阀杆的加工工艺及夹具设计

1安 徽 机 电 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计 说 明 书课题名称：阀杆的加工工艺及夹具设计 系 （部） 机械工程系 专 业 机械设计与制造 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2011 2012 学年第 2 学期2毕 业 设 计 任 务 书专业： 机械设计与制造 班级： 3091 学生：朱兆科一：设计题目：阀杆的加工工艺及夹具设计 二：设计内容：1、阀杆加工工艺过程卡2、阀杆加工工序卡3、零件图4、专用夹具设计5、装配图绘制6、设计说明书编写三：原始资料：阀杆零件图，中等批量。四：完成日期： 2011 年 11 月 25 日指导教师： 2010 年 10 月 28 日签发3目 录设计任务书 课程设计说明书正文 一、前言 二、零件的分析 2.1 零件的作用 2.2 零件的加工工艺性分析三、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图四、选择加工方法，制定工艺路线4.1 机械加工工艺设计 4.1.1 基面的选择4.1.2 粗基面的选择4.1.3 精基准的选择4.2 制定机械加工工艺路线4.2.1 工艺路线方案一4.2.2 工艺路线方案二4.3 工艺方案的比较与分析4.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定4.5 确定切削用量及基本工时4.6 机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片的填写五、选择加工设备及刀具、夹具、量具5.1 加工设备的选择 45.2 刀具的选择 5.3 夹具的选择 5.4 量具的选择 六、专用夹具设计 （一） 、设计主旨 （二） 、夹具设计 1、 拟定定位方案和夹紧方案 2、 拟定切削力和夹紧力的计算 3、 定位误差的分析 4、 确定对刀装置 5、 设计支座和夹具体，完成总体结构设计 6、 各部件的加工工艺分析7、绘制总装配图 七、课程设计心得体会八、参考文献5一、前言毕业设计是机械设计与制造的一个十分重要的学习环节，是在学完了机械设计与制造专业所有课程后，并通过进行了生产实习和课程设计的基础上进行的最后一个教学环节。这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基础理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（阀杆）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力。同时也大大地提高了我熟悉运用手册、规范、图表等技术资料的能力，进一步培养了我的识图、制图、运算和编写技术文件等基础技能。由于本人能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望肖老师多加指教。二、零件的分析2.1零件的作用阀杆是阀门的重要部件，用于传动，上接执行机构或者手柄，下面直接带动阀芯移动或转动，以实现阀门开关或者调节作用。此阀杆可用于公称压力小于等于 6.4MPa，温度小于等于 600度的高温阀中，也可以用于温度小于等于-100度的不锈钢阀中。2.2零件的加工工艺性分析图（1）为此零件的零件图，该零件是阀杆，主要加工面是外圆、端面和铣扁方。现分析如下：（1）该工件是以下端面和轴线为基准，根据基面先行的原则，第一道工序应以上端面外圆定位加工下端面；（2）加工各阶外圆；（3）外圆 20mm，粗糙度为 Ra1.6m；（4）铣扁方 10b11，深度为 10.5mm，两侧粗糙度为 Ra6.3m；（5）铣扁方 12d11，深度为 32mm,两侧粗糙度为 Ra6.3m。三、选择毛坯，确定毛坯尺寸，绘制毛坯草图阀杆在阀门启闭过程中手介质的冲击和腐蚀，还与填料产生摩擦，因此在选择材料是，必须保证它在限定的温度下有足够的强度、良好的冲击韧性、抗擦伤性、耐腐蚀性。阀杆是易损件，在选用时应注意材料的机械加工性能和热处理性能，故该零件的材料为 1Cr18Ni9Ti，毛坯尺寸为 35x100mm，毛坯草图如图（2）所示：四、选择加工方法，制定工艺路线4.1 机械加工工艺设计4.1.1基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会是加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批量报废，是生产无法进行。4.1.2粗基准的选择由于该零件为轴类零件，故以外圆作为粗基准。用三爪卡盘夹持毛坯的一端外圆，以消除 y、z 方向移动的两个自由度；再用尾座顶尖顶另一端，以消除y、z 方向旋转的两个自由度。64.1.3精基准的选择精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。该零件的精基准选择 30mm 的轴线为精基准。4.2制定机械加工工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应该考虑经济效率，以便降低生产成本。4.2.1工艺路线方案一工序 1：粗车 30mm 外圆，钻中心孔，倒角 2x45工序 2：精车 20x78mm 外圆工序 3：粗车 18x37mm 外圆工序 4：车断两端面，保证尺寸 32mm、75mm、90mm工序 5: 用成形车刀车 SR20mm工序 6：倒角 1x45工序 7：铣扁方 12d11工序 8：铣扁方 10b11工序 9：进行热处理工序 10：终检4.2.2工艺路线方案二工序 1: 粗车 30mm 外圆，钻中心孔，倒角 2x45工序 2：粗车 21x78mm 外圆工序 3：粗车 18x37mm 外圆工序 4：精车 20mm 外圆工序 5：车断两端面，保证尺寸 32mm、75mm、90mm，倒角 1x45工序 6：用成形车刀车 SR20mm工序 7：铣扁方 10b11工序 8：铣扁方 12d11工序 9：进行热处理工序 10：终检4.3工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是，先加工扁方 12d11，然后以此为基础加工扁方 10b11；而方案二则与其相反，先加工扁方 10b11，后加工扁方12d11。由于在加工扁方 10b11时应保证它与 20 轴线的对称度要求为0.10mm，加工扁方 12d11时应保证其长度要求为 32mm，故在加工时应先加工扁方 10b11，再加工扁方 12d11较合适，且在加工 20mm 和 18mm 两道工序中方案二的经济性比方案好，所以经分析采用方案二。4.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:考虑其加工长度为 90mm，加工外圆表面直径为 30mm.，为减少成本及加工工时，现直接取其外圆表面直径为 35mm，总长度为 100m。因 30mm 表面尺寸为自由尺寸公差，表面粗糙度值要求为 Ra12.5，只要求粗加工，此时直径余量 2Z=5mm，长度余量L=10mm 已能满足加工要求。7五、选择加工设备、刀具、夹具量具及填写加工工艺过程卡、加工工序卡5.1加工设备的选择机床设备的选择应根据零件的外形结构、外形尺寸、加工技术要求、生产类型和生产厂家自身的生产条件来确定，在保证加工精度要求和经济效益的前提下选择合理的机床设备。加工设备的选择：在选择机床时，应考虑以下几点：（1） 所选用的机床精度应和工件的精度相适用。（2） 所选用的机床技术规格应与工件的外形尺寸相适应，即小零件选用小机床，加工大零件多选用大机床，做到合理选用。（3） 多选用的机床生产效率和自动化程度应与零件的生产纲领相适应。通常单件、小批量生产选择工艺范围较广的通常机床；而大批量生产时，往往选用生产率和自动化程度较高的专用机床。（4） 机床的选择还应该结合现场的实际情况，充分利用现有设备。本零件在加工时所需的设备主要有：CA6140 车床、X63 卧式铣床。5.2刀具的选择在特定的条件下，选用一把较好的刀具来进行切削加工可以达到优质、高效、低耗的目的的刀具选用的基本原则：（1） 切削效率高，能在最短的机动时间内完成的加工。（2） 加工质量好，能保证或提高零件的精度和光洁度。（3） 辅助时间少，刃磨方便、耐用。（4） 断屑性能好，断屑良好排屑春、顺利。（5） 经济效益高，刀具制造方便成本低，充分利用刀具切削部分材料。一般情况下，应优先选用标准刀具（特别是硬质合金可转位刀具） 。硬质合金时制造高速切削刀具的主要材料，其硬度高、耐磨性和耐热性好，具有一定的使用强度，缺点是韧性差，性脆，但这缺点可通过刃磨合理的几何参数来弥补。所以，目前硬质合金是一种应用广泛的刀具材料。该零件所用的刀具有：45度硬质合金车刀、车断刀、镶齿三面刃铣刀。5.3夹具的选择机加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：（1） 尽量选用可调整夹具、组合夹具及其通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。（2） 在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。（3） 装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。（4） 夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。本零件中加工车外圆时，采用三爪卡盘；加工铣扁方时设计专用铣床夹具。5.4量具的选择单件小批量生产选用通用量具，如游标卡尺、千分尺和百分表等；而在大批量生产中，则应尽量选择效率较高的专用量具。总之，所选量具的量程和精度要与工件的尺寸和精度相适应。测量该零件所选用的量具有：0-150mm 的游标卡尺、百分表等。85.5确定切削用量及基本工时工序 1：粗车 30mm 外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。采用 CA6140车床，刀具采用 45硬质合金车刀。1）背吃刀量：单边余量 Z=2.5mm，可一次加工。2）进给量：根据切削用量简明手册 （第 3版） （以下简称切削手册 ）表 1.4，选用 f=0.5mm/r。3）计算切削速度：见切削手册表 1.27Vc kvvxympCTaf式中，Cv=242,T=60min，xv=0.15,y v=0.35,m=0.2.。kv 见切削手册表1.28.即KMv=1.44， Ksv=0.8， Kkv=1.04， Kkrv=0.81， KBv=0.97故 Vc= kv= x1.44x0.8x0.81x0.97m/min=112m/minvxympCTaf0.2.150.3464）确定主轴转速：ns= = =1019r/minVcdp*2按机床选取 n=1000r/min。所以实际切削速度为V= = =109.9m/min1035105）检验机床功率：主切削力 Fc按切削手册表 1.29所示公式计算Fc= FcFcxynpCafvk式中，CFc=2795, xFc=1.0, yFc=0.75, nFc=-0.15= = =0.94， =0.89Mpk650Fnb0.75kr故 Fc= N=1717.6N.7.12795*.9*4.89-切削时消耗功率 Pc 为Pc= = KW=3.15KW460cFv4.60.由于 CA6140机床说明书可知，CA6140 主电动机功率为 7.8KW，当主轴转速为 1000r/min时，主轴传递的最大功率为 7.5KW，所以机床功率足够，可以正常加工。6）校验机床进给系统强度：已知主切削里 Fc=1717.6N，径向切削力 Fp按切削手册表 1.29所示公式计算Fp= FpFpxyncCafvk式中，CFp=1940, xFp=0.9, yFp=0.6, nFp=-0.3kMp= = =0.923， kk=1.17650Fnb1.09于是轴向切削力 Ff= N=839.1N0.50.428*.19*231.7取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =0.1，则切削力在进给方向对进给机构的作用力为F=Ff+(Fc+Fp)=839.1+0.1*(1717.6+319.7)N=1042.8N而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530N（见切削手册表1.30） ，股机床进给系统可正常工作。7）切削工时：t= 12lnf式中，l=100, l1=4, l2=0。所以 t= = min=0.21min12lf04*.5工序 2：粗车 21mm 外圆。取 ap=4.5mm，f=0.51mm/r（切削手册表 1.6，Ra=6.3m，刀尖圆弧半径 r=1.0mm） ，分两次切削。切削速度Vc= kvvxympCTaf式中，Cv=242,T=60min，xv=0.15,y v=0.35,m=0.2，kM =1.44,kk=0.81。于是 vc= *1.44*0.81m/min=125.46m/min0.2.150.346n= = r/min=1331.85r/mind10*25.463按机床说明书取 n=1200r/min则此时 v=113.04m/min切削工时 t= 12lnf式中，l=78,l1=4,l2=0,所以 t= = min=0.134min1lnf7840*.51因分两次加工，故t=2t=0.268min工序 3：粗车 18mm 外圆取 ap=2mm,f=0.5mm/r(切削手册表 1.6，Ra=6.3m，刀尖圆弧半径r=1.0mm） ，可一次加工。Vc= kvvxympCTaf式中，Cv=242,T=60min，xv=0.15,y v=0.35,m=0.2，kM =1.44,kk=0.81。10于是 vc= *1.44*0.81m/min=143.28m/min0.2150.346n= = r/min=2172.88r/minvd10*43.28按机床说明书取 n=1400r/min则此时 v=92.32m/min切削工时 t= 12lnf式中，l=37,l1=4,l2=0,所以 t= = min=0.06min12lf3740*.5工序 4：精车 20d11mm 外圆。1）背吃刀量：单边余量 Z=0.5mm，可一次切除。2）进给量：根据切削手册表 1.4，选用 f=0.25mm/r。3）计算切削速度：见切削手册表 1.27Vc kvvxympCTaf式中，Cv=242,T=60min，xv=0.15,y v=0.35,m=0.2.。kv 见切削手册表1.28.即KMv=1.44， Ksv=0.8， Kkv=1.04， Kkrv=0.81， KBv=0.97Vc= kv= x1.44x0.8x0.81x0.97m/min=174.1m/minvxympCTaf0.2.150.3464）确定主轴转速：ns= = =2640.28r/minVcd*74.12按机床选取 n=1400r/min。所以实际切削速度为V= = =92.3m/min1005）切削工时 t= 2lnf式中，l=41,l1=4,l2=0,所以 t= = min=0.13min12lf40*.5工序 5：车断两端面，保证尺寸 90mm，78mm，32mm 及倒角 1*45。采用车断刀，刀宽为 4mm。根据机械加工工艺师手册表 27-8，取 f=0.25mm/r，n=305r/min， v=17.24m/min, t=0.17min。11工序 6：车 SR20mm球面。采用成形车刀，R20mm。工序 7：铣扁方 10b11采用 X63卧式铣床，刀具采用硬质合金镶齿端铣刀，d=10mm，L=115mm，齿数 Z=4，fz=0.08mm/z。切削速度：根据有关手册，确定 v=15m/min，ns=477.7r/min。根据机床使用说明书（见机械加工工艺手册表 4.2-39）取nw=475r/min，故，实际切削速度为 V= = m/min=15.02m/min10wdn*4750当 nw=475r/min 时，工作台的每分钟进给量 fm 应为fm=fzznw=0.08*4*475=114mm/min查机床说明书，fm=100mm/min。切削工时：由于是铣削是精度不很高，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，所以 l+l1+l2=48mm。因此，机动工时为t= = min=0.48minwlf480工序 8：铣扁方 12d11采用 X63卧式铣床，刀具采用硬质合金镶齿端铣刀，d=10mm，L=115mm，齿数 Z=4，fz=0.08mm/z。切削速度：根据有关手册，确定 v=15m/min，ns=477.7r/min。根据机床使用说明书（见机械加工工艺手册表 4.2-39）取nw=475r/min，故，实际切削速度为 V= = m/min=15.02m/min10wdn*4750当 nw=475r/min 时，工作台的每分钟进给量 fm 应为fm=fzznw=0.08*4*475=114mm/min查机床说明书，fm=100mm/min。切削工时：由于是铣削是精度不很高，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，所以 l+l1+l2=48mm。因此，机动工时为t= = min=0.48minwlf4805.5 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡5.5.1 填写机械加工工艺过程卡5.5.2 填写机械加工工序卡1.六、专用夹具设计6.1 设计主旨为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。经过研究决定设计第七道、第八道工序铣 10b11 和 12d11 扁方的铣床夹具。本夹具将用于 X63 卧式铣床，刀具为镶齿三面刃铣刀。本夹具主要用于铣12扁方。由于工艺要求不高，因此在这两道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。6.2 夹具设计6.2.1 拟定定位方案和夹紧方案由零件图可知，10b11 扁方对 20mm 中心线由对称度要求，其设计基准为20mm 的中心线。为了使定位误差为零，应该选择以 20mm 外圆面为定位基面。为了提高加工效率，现决定用两把镶齿三面刃铣刀对扁方进行加工，同时为了使工件在夹具中自动定心决定采用 V形块，再用螺钉同时夹紧多个工件。6.2.2拟定切削力和夹紧力的计算6.2.16.2.2.2 夹紧力夹紧力大小要适当，过大了会事工件变形，过小了则在加工是工件会松动，造成报废甚至发生事故。因此此次设计的专用夹具采用手动的夹具方式，故可凭人力来控制夹紧力的大小，择可则可不需要算出所需夹紧力的确切数值。6.2.3 定位误差的分析定位元件尺寸及公差的确定。本夹具的主要定位元件为 V 形块，该定位元件 V 形块的开口角度为 90，V 形块定位时对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在 V 形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，并且按照方便。 。因本零件为轴类零件，故工序基准是圆柱轴线，定位基准也是圆柱轴线，则两者重合，即B=0；因定位基准相对限位基准有位移，i 与加工尺寸方向一致，则 Y=i=0.707 d=0.092mm （d=0.13mm）由于工序基准（轴线）不在定位基面（圆柱面）上，B 与Y 无相关公共变量，所以 D=B+ Y=0.707d=0.092mm6.2.4 确定对刀装置对刀装置主要有对刀块和塞尺组成，用于确定夹具与刀具间的相对位置。根据加工要求，用于加工两扁方的对刀装置，因本夹具按机床夹具零部件标准GB/T2244-91 选用直角对刀块。对刀时要垫对刀塞尺，按标准 2GB/T2242-91 选用塞尺，基本尺寸及偏差 2mm 对刀块在夹具体支座上的安装位置如下图所示：图6.2.5 设计支座和夹具体，完成总体结构设计根据两支座各自的作用以及在其上零件的布置情况，完成其结构设计，并用 M8*10mm 螺栓与夹具体连接。为了提高铣床夹具在机床上安装的稳固性和动态下的抗振性能在进行夹具13的总体结构设计师，各种装置的布置应紧凑，加工面应尽可能靠近工作台面，以及降低夹具的重心。夹具上装有对刀装置，可使夹具在一批零件加工之前与塞尺配合，使得能够很好地对刀；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工，本夹具选用定位键 A8h6GB/T2206-91，与夹具体的配合为 18H7/h6。6.3 各部件的机械加工工艺分析及所用的机床设备6.3.1 各部件的机械加工工艺分析模板 1：侧盖板工序 1：下料 245mm*70mm*50mm。工序 2：铣各面至 240mm*68mm*46mm。工序 3：铣“L”形。工序 4：铣凸台。工序 5：划线，钻孔 3*6mm，深 12mm。工序 6：钻孔 2*8mm，深 16mm。工序 7：钻两侧面孔 4*6mm，深 12mm。工序 8:锪孔 2*10mm，深 10mm。工序 9：攻螺纹 3*M6mm，深 12mm。工序 10：攻螺纹 4*M6mm，深 12mm。工序 11：终检模板 2：底座工序 1：下料 325mm*135mm*35mm。工序 2：铣各面至 320mm*135mm*32mm。工序 3：铣两边凹槽，保证尺寸 40mm，16mm。工序 4：划线，钻孔 4*8mm,深 16mm。工序 5:钻孔 2*10mm，深 16mm。工序 6：攻螺纹 4*M8mm，深 16mm。工序 7:铣 U形槽。14工序 8：终检。模板 3：支承块工序 1：下料 55mm*35mm*25mm。工序 2:铣各面至 50.5mm*34mm*24mm。工序 3：铣凹槽，宽为 10mm、高为 12mm。工序 4：磨两侧面值 mm。0.215工序 5：倒角 2*45。工序 6：终检。模板 4：压板工序 1:下料 245mm*25mm*10mm。工序 2：铣各面至 240mm*20mm*6mm。工序 3：划线，钻孔 3*6mm。工序 4：锪孔。工序 5：终检。模板 5：V 形块工序 1：下料 54mm*32mm*30mm。工序 2：铣各面至 50.5mm*30mm*28mm。工序 3：铣 V形槽，开口角度为 90。工序 4：磨两侧面至 mm。0.15工序 5：终检。模板 6：支座板 1工序 1：下料 95mm*20mm*44mm。工序 2：铣各面至 90mm*16mm*40mm。工序 3：划线，钻孔 6*6mm，深 16mm。15工序 4：锪孔 4*8mm，深 10mm。工序 5：攻螺纹 2*M6mm，深 16mm。工序 6：终检。模板 7：；支座板 2工序 1:下料 95mm*20mm*44mm。工序 2：铣各面至 90mm*16mm*40mm。工序 3：划线，钻孔 4*6mm，深 16mm。工序 4：钻孔 8mm。工序 5：锪孔 4*8mm，深 10mm。工序 6：终检。模板 7：对刀块6.3.2所用的机床设备所用的机床设备有：B6050 牛头刨床、X6132 万能升降台铣床、MY7130 卧轴矩台平面磨床、Z4016 台式钻床、Z5125A 立式钻床及各种金加工工具、量具等。6.4绘制总装配图七、心得体会在指导老师的指导和帮助下，我认真、严谨的完成了毕业设计，并达到了预期的效果。毕业设计中，通过阅读大量的工具书和参考资料，我对机械的程序和方法有了很深刻的认识。对机械结构和工艺设计方法和原则，以及设计计算进行了研究和实践，获得了一定的设计经验。对机械设计的深入认识的同时，我也对计算机制图进行了集中地训练，绘制的技能有了很大幅度的提高；也对各门功课进行了一定量的复习。但是，由于实际设计和生产经验很少，对结构设计和工艺计算、安排的实际合理性没有把握。难免会出现大到问题。总之，毕业设计达到了温故而知新德效果，为进入社会实际工作做了比较系统的准备。不积跬步何以之千里，通过这次毕业设计，我更加熟练的掌握了使用机械制图的方法，加深对机械制造技术基础课程知识的理解。由于不熟练，设计还有很多不足之处，如：夹具部分不够全面，效率不高等等，都是对工艺基础不熟练，对相关知识缺乏造成的。在实践过程中老师给我很大的帮助，在今后的学习中我会加强理论与实践的结合，通过不断的摸索来弥补自己在机械制作方面的差距。与同学讨论我们设计过程遇到的问题更是一件快乐的事情，只有彼此度付16出，彼此度努力维护才能将作品做的更加完美。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次毕业设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！首先