500mm浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计【钻φ25孔】【说明书+CAD】
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钻φ25孔
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毕业论文（设计）题目名称： 500mm浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计题目类型： 毕业设计 学生姓名： 陈 翔 院 （系）： 机械工程学院 专业班级： 装备10901班 指导教师： 眭 满 仓 辅导教师： 眭 满 仓 时 间： 2012 至 2013 目录长江大学毕业设计(论文)任务书I毕业设计开题报告III长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见XIII长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语XIV长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定XV摘要XVIAbstractXVII第一章 绪论11.1 本设计的内容及意义11.2 课题背景知识21.3 机械制造工艺与夹具设计的发展概况51.4 机械制造工艺与夹具设计相关技术的国内外现状61.5关键问题6第二章 机械加工工艺与夹具设计概述82.1机械制造加工工艺过程中的基本概念82.2机械制造加工工艺规程设计的基本准则82.3机床夹具概述102.4工件在夹具中的定位102.5工件在夹具中的夹紧11第三章 浮头式换热器浮动管板工艺规程设计133.1零件的图纸与工艺分析133.2工艺规程定性设计143.3工艺规程定量设计17第四章 浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计224.1 钻孔夹具设计的要求224.2 钻夹具的结构形式与设计要点234.3定位方案254.4定位元件与夹紧装置的设计254.5夹具结构分析与设计274.6使用操作说明29第五章 夹具装配图及相关零件图30结 论34参考文献35致谢36长江大学毕业设计(论文)任务书学院（系）机械工程学院专业过程装备与控制工程班级 装备901 学生姓名 陈 翔 指导教师/职称 眭满仓/副教授1. 毕业设计(论文)题目：管板机械制造工艺及钻加工动力头设计（论文）起止时间：2013 年3 月25日2013 年6 月10日2毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）加工对象：管板零件，相关要求见图样。加工能力：3000 件/年工装要求：能适应不同规格的可调式工装1金属机械加工工业人员手册金属机械加工工业人员手册修订组（上海科学技术出版社）2机械制造工艺与机床夹具刘守勇主编（机械工业出版社）3机床夹具设计王秀伦、边文义、张运祥编著（中国铁道出版社）4机床夹具设计 王启平著（ 哈尔滨工业大学出版社）5机械制造工艺学王先逵主编（机械工业出版社）6机械结构设计 卢耀祖、郑惠强著（同济大学出版社）7专用夹具的设计方法（上）林晓磊、宋若峰山东机械2004年第03期8专用夹具的设计方法（下）林晓磊、宋若峰山东机械2004年第03期9机床夹具的设计李青机械工程与自动化2004年第06期10专用加工设备夹具的设计与应用李卫民大众科技2005年第11期3毕业设计(论文)应完成的主要内容 1）国内外盘类零件加工工艺设计及工装设计发展情况 2）工艺方案设计； 3）主要工装方案和结构设计： 4）夹紧力计算； 5) 相关图样绘制。4毕业设计(论文)的目标及具体要求设计计算说明书一份工艺文件一份全部设计图样一份，装配图和主要零件图外文翻译一份6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求 计算机绘制相关设计图样 200机时任务书批准日期 年 月 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 年 月 日 指导教师(签字) 完成任务日期 年 月 日 学生（签名） 毕业设计开题报告题 目 名 称 500mm浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计院 （系） 机械工程学院 专 业 班 级 装备10901班 学 生 姓 名 陈 翔 指 导 教 师 眭 满 仓 辅 导 教 师 眭 满 仓 开题报告日期 2013年4月19日 500mm浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计学 生： 陈翔 长江大学机械工程学院指导老师：眭满仓 长江大学机械工程学院1题目来源生产实践。2研究目的和意义夹具设计是产品开发环节中的重要活动 ,计算机辅助夹具设计以及装夹自动规划已成为计算机辅助设计（Computer Aided Design ,CAD）/计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing,CAM） 集成的重要组成部分 ,在柔性制造系统和计算机集成制造系统中起十分关键的作用。近年来 ,国内外在夹具自动设计以及柔性夹具设计领域进行了不少研究 ,取得了一些富有成效的成果 ,如文献1提出了一个适用于棱柱形零件定位方法的枚举算法;文献2和文献3提出了定位方案的几何分析和精度夹紧可及性分析方法;文献4根据工件的几何与拓扑形状建立了确定工件定位面和定位点的规则;文献5提出了一系列对夹具设计方案的评价规则 ,研制了夹具构型设计的专用软件;文献6和文献7提出了利用连杆曲线求交原理和扩展的 3 - 2 - 1 规则 ,确定工件全部定位方案的方法;此外 ,人工智能8 - 9和专家系统也广泛应用到组合夹具的设计中，然而 ,目前的研究大部分集中在定位方案的规划与设计方法上 ,对组合夹具夹紧方案自动规划方法的研究则涉及较少。成组夹具技术是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造（CAM）和柔性制造系统等方面的技术基础.为进一步推动我国机械制造业的发展 ,许多学者和专家正在积极从事成组夹具技术基本理论及其应用方面的研究工作.零件分类编码系统、零件分类成组方法和计算机辅助编码、分类、工艺设计、零件设计、生产管理软件等系统的研究开发 ,将是今后成组夹具技术研究开发的重点课题.成组夹具技术作为一门综合性的生产技术科学 ,已发展成为柔性制造系统和集成制造系统的技术基础.可以相信 ,随着它的应用推广和科研工作的持续开展 ,成组夹具技术必将对我国制造业水平的提高发挥重要的作用。3阅读的主要参考文献及资料名称1 BROST R C, GOLDBERG K Y1A complete algorithm for designing planar fixtures using modular componentsJ 1IEEE Transaction on Robotics and Automation ,1996 ,12 1 :31 -4612 WU Y, RONG Y, MA W, et al1Automated modular fixture planning:geometric analysisJ 1Robotics and Computer Integrated Manufacturing ,1998 ,14 1 :1 - 1513 WU Y, RONG Y, MA W, et al1Automated modular fixture planning: accuracy , clamping , and accessibility analysisJ.Robotics and Computer - Integrated Manufacturing,1998 ,14 1 :17 - 2614 CECIL J. A clamping design approach for automated fixturedesign J . Advanced Manufacturing Technology, 2001 , 18 11 :784 - 789.5 RONG Yiming,ZHU Yaoxiang,LUO Zhenbi. Computer - aided fixture designM.Beijing: China Machine Press ,2002 in Chinese . 融奕鸣,朱耀祥,罗振璧. 计算机辅助夹具设计M.北京:机械工业出版社,200216 WU Yuguang, GAO Shuming , CHEN Zichen. Geometric theory on automated modular fixture planningJ .ChineseJournal of Mechanical Engineering, 2002 , 38 1 :117 - 122 in Chinese . 吴玉光,高曙明,陈子辰1 组合夹具设计的几何原理 J1 机械工程学报,2002 ,38 1 :117 - 122. 7 WU Yuguang , FU Qiang. An extended 3 - 2 - 1 rule for modular fixture design J . Journal of Hehai University Chang zhou , 2003 ,17 4 :47 - 50 in Chinese . 吴玉光,傅 强 一种扩展的3 2 1 组合夹具定位方法J 河海大学常州分校学报,2003 ,17 4 :47 - 50. 8 ZHENG Lianyu , GU Qiang , WANG Shuchun. Decisiomechanism for workpiece locating datum based on neural net work in setup planningJ. Acta Aeronautica et AstronauticSinica ,2001 ,22 2 :130 - 134 in Chinese . 郑联语,谷 强 汪叔淳 装夹规划中确定工件定位基准的神经网络决策机制J.航空学报,2001 ,22 2 :130 - 134. 9 DUAN Guolin , LIN Jianping, ZHANG Mandun ,et al. Computer aided 3D modular fixture configuration design systewith intelligenceJ . China Mechanical Engineering ,2003 ,18 :684 - 686 in Chinese . 段国林,林建平,张满囤,等. 组合夹具计算机三维智能组装系统J 1 中国机械工程,2003 ,18 :684 - 686. 10融亦鸣 朱耀祥 罗振璧 计算机辅助夹具设计 北京 机械工业出版社 200211 Xiong Caihua Li Youfu Rong Y K et al. Qualitative analysis and quantitative evaluation of fixturingJ . Robotics and Computer Integrated Manufacturing 2002 18 335-342.12苗恩铭 费业泰 夹具设计中温度影响分析 机械研究与应用J . 2003 16 （3） 41-46.13陈薇 沈晓红 刘璇 夹具规划设计中的映射研究 北京工商大学学报 自然科学版J . 2002 20（1） 41-43.14康秀梅 朱耀祥 夹具三维定位误差的计算机辅助分析 制造技术与机J2003 （11） 59-64.15融亦鸣 李杰 马卫东 自动夹具设计装夹表面影响性分析 哈尔滨理工大学学报J . 2000（5） 4 1-13.16Trappey AJC, Su CS, Huang SH. Methodology for LocationandOrientationofModularFixturesC.InProcASMEWAM,NewOrleans,LA,1993,PED-64:333- 42.17吴玉光 ,高曙明 ,陈子辰. 组合夹具设计的几何原理J机械工程学报 ,2001, 5 .4国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向夹具是工艺装备的主要组合部分 ,在机械制造中占有重要地位。夹具对保证产品质量 ,提高生产率 ,减轻劳动强度 ,扩大机床使用范围 ,缩短产品试制周期等都具有重要意义。目前 ,单件、小批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中 ,要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性 ,以缩短生产准备时间、降低生产成本 ,所以 ,按单一品种设计专用夹具的方法已不能满足生产发展的要求 ,而组合夹具正是适应这一生产模式的柔性工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期 ,以及产品换型后对原有工装夹具延续使用起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式 ,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段 ,并将其作为机械制造业的主要发展。孔系组合夹具与槽系组合夹具相比，具有夹具元件定位精度.整体组装刚性好.组装时间短以及夹具元件加工工艺性好等优点。是目前CNC系统中最具发展前途的组合夹具，夹具设计包括定位方案设计夹紧.近年来 组合夹具的研究得到了广泛关注，许多学者采用不同的方法提方案设计，定位质量评价等许多环节出了多种组合夹具的定位方案并对定位方案的定位质量评价进行相关的研究10融亦鸣等； 提出的夹具设计方案评价规则，可以对定位精度，夹紧稳定性和干涉检查等进行分析11熊蔡华等；利用形封闭理论对夹具的质量进行分析12苗恩铭等；认为温度对夹具设计有影响，主张夹具设计的基本原则应根据具体情况给予一定13陈薇等；对夹具规划设计中的映射进行研究，给出了制造特征与夹具特征间特征映射的具体实现方的调整法14康秀梅等；提出夹具三维定位误差的计算机辅助分析方法，运用矩阵计算工件的定位误差，建立了加工精度的数学模型15融亦鸣等；对自动夹具设计的装夹表面影响性进行分析，建立了装夹表面影响性模型。4.1国外的研究现状夹具的设计包括三个步骤:设备规划、夹具规划和夹具结构设计。目前 ,Joneja 以及 Ferreira 等人在进行 CAPP方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计 CAFD 就夹具方面也作了一些工作:ChouYC,ChandruV 等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法;DeMeterEC 提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法;MarkusA 等人提出的针对棱柱形工件进行组合夹具设计的基于规则的系统。目前 ,关于工件夹具的自动化配置方面的工作 ,自动夹具结构设计 AFCD 中很少提及。TrappeyAJC 等人提出了一个二维组合夹具元件的配置算法。几乎所有的AFCD 研究者都承认 ,在一个成功的AFCD系统中 ,工件的几何形状是一个关键因素NnajiB,AlladinS 等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究。然而其结果也仅仅适用于特定的几何体 ,比如多边形棱柱4.2国内的研究现状我国于 80 年代末开始对组合夹具元件的设计与管理进行了研究和开发 ,在总结和吸取我国应用和发展槽系夹具经验的基础上 ,根据现代机械加工特征及夹具的发展趋势 ,研制了新一代孔系组合夹具系统。此系统发挥了槽系平移可调性和孔的旋转可调性的优势 ,可直接组装获得任何直线尺寸和角度尺寸。此系统把大中小三个系列的元件有机融为一体 ,可在一块多夹具基础板上 ,既能组装单个大工件夹具 ,又能组装多个中小零件夹具 ,有利于装夹具基础板长期固定在机床工作台上 ,此系统还设有孔系和槽系过渡元件 ,便于实现孔、槽系夹具元件混合使用。吴玉光博士在这个领域取得了较大的突破提出孔系基础板组合夹具设计17的系统方法。该方法利用连杆机构原理自动确定由直线和圆弧组成定位边界的零件的全部候选定位方案。并提出定位销可见锥概念和定位销转动支点的概念 ,进行定位方案的装卸方便性分析。进一步提出瞬心三角形和同向边的概念对工件进行可夹紧性分析 ,确定工件边界的可夹紧范围。其理论水平在国内外相关领域内开拓了新的局面。5主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路。1.专用夹具有以下几方面组成：（1）定位装置。这种装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置，即通过它使工件加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确的位置，如支承钉、支承板、V形块、定位销等。（2）夹紧装置。它的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力、惯性力以及切削力等外来作用而产生位移，同时防止或减小振动。它通常是一种机构，包括夹紧元件（如夹爪、压板等），增力及传动装置（如杠杆、螺纹传动副、斜、凸轮等）以及动力装置（如气缸、油缸）等。（3）对刀引导装置。它的作用是确定夹紧相对于刀具的位置，或引导刀具进行加工，如刀块、钻套、镗套等。（4）其它元件及装置。如定向件、操作件以及根据夹具特殊功用需要设置的一些装置，如分度装置、工件顶出装置、上下料装置等。（5）夹具体。用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，并与机床有关部位连接，以确定夹具对于机床的位置。2.设计的基本要求：（1）保证工件的加工精度（2）夹具总体方案应与生产纲领相适应（3）操作方便，工作安全，能减轻工人劳动强度（4）便于排削（5）有良好的结构工艺性3.设计的一般步骤：1）研究原始资料。认真研究任务书中提出的设计要求，明确设计任务并收集下列资料：（1）零件工作图、毛坯图和工艺规程等技术文件。了解该工序的加工技术要求，定位和夹紧方案，毛坯情况。加工中使用的机床、刀具、检验量具、加工余量和切削用量等。（2）了解生产批量和对夹具的需用情况，以确定所采用夹具结构的合理性和经济性。（3）了解机床的主要技术参数、规格、安装夹具的有关连接部分的尺寸等。（4）了解刀具的主要结构尺寸、制造精度、主要技术条件等。（5）收集有关夹具零部件标准（国标、部标、企标、厂标），典型夹具结构、夹具设计资料等。（6）了解制造、使用夹具的情况。2）确定夹具的结构方案（1）确定工件的定位方案。工件在夹具中的定位应符合定位原理，合理设置定位元件，进行定位误差的分析计算，定位误差应小于工序公差的三分之一。（2）确定刀具的对刀或引导方式。根据加工表面的具体情况，合理地选择与确定刀具的对刀或引导。（3）确定工件的夹紧方案。夹紧力的作用点和方向应符合夹紧原则。进行夹紧力的分析和计算，以确定夹紧元件及传动装置的主要尺寸。（4）确定夹具其它组成部分的结构形式。（5）确定夹具体的形式和夹具的总体结构。3）绘制夹具总装配图夹具总图应按国家制图标准绘制。图形大小尽量采用1：1比例，以具有良好的直观性。工件过大时可用1：2或1：5的比例；过小时可用2：1的比例。主视图应选取面对操作者的工作位置。绘制总装配图的顺序是：先用红色细实线或黑色双点划线，画出工件的轮廓和主要表面。主要表面是指：定位基准面、夹紧表面和被加工表面。被加工表面上的加工余量，可用网纹线或粗实线表示。总装配图上所绘制的工件视为假想的透明体，因此它不影响夹具元件的绘制。然后按定位元件、对刀引导元件、夹紧机构、传动装置等顺序，划出各自的具体结构，最后画夹具体。总装配图上的视图配置和选择，应能完整地表达出整个夹具的各部分结构。在夹具体的明显处一个标记，以表示在该处刻写夹具编号。4）标注夹具总装配图上各部分尺寸和技术条件5）标注零件编号及编制零件明细表在标注零件编号时，标准件可直接标出国家标准号。明细表要注明夹具名称、编号、序号、零件名称和材料、数量等。6）绘制夹具零件图拆绘夹具零件图的顺序和绘制夹具总装配图的顺序相同。主要绘制夹具上专用零件的工作图。6完成毕业设计(论文)所必须具备的工作条件及解决的方法设计中需要参考大量的参考书，其中主要用到的书目如下：机械制造工艺学 陈明主编 机械工业出版社 2005年8月机械零件性手册 蔡兰主编 机械工业出版社 1994年4月机床夹具设计手册洛阳工学院主编 上海科学技术出版社1990年2月检验夹具设计 谢诚主编 机械工业出版社 2000年12月实用机械加工工艺手册陈宏钧 主编 机械工业出版社 1996年12月 同时要保证足够的上机时间,要求上机时数不少于200小时解决的方法：以上参考书在图书馆都能借到，在毕业设计的过程中认真学习，加强实践，勤于思考,有疑难问题及时向指导老师询问.7工作的主要阶段，进度与时间安排时间工作内容工作安排第五周查阅资料,撰写开题报告阅读参考文献不少于5篇,开题报告不少于3000字第六周外文翻译翻译与管板换热器有关的外文文献,不 少于3000字第七周设计论文准备零部件的理论设计计算第八周设计论文准备零部件的校核,并进行整体结构设计第九周画图二维图、主要零部件图第十周设计论文换热器管板加工工艺第十一周设计论文夹具设计工艺第十二周撰写论文将前面做的进行整理成完整的论文第十三周修改论文仔细查阅整个论文,按要求规范,修改整个论文第十四周论文答辩温习设计内容,强化设计知识,积极准备答辩8指导教师审查意见指导老师： 2013年4月19日 长江大学机械工程学院长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名陈翔专业班级装备10901毕业论文(设计)题目500mm浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计指导教师眭满仓职 称副教授评审日期2013年6月10日评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见： 指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面） 长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名陈翔专业班级装备10901毕业论文(设计)题目500mm浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计评阅教师周志宏职 称评阅日期2013年6月11日评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面）长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名陈翔专业班级装备10901毕业论文(设计)题目500mm浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计答辩时间 2013 年 6 月 13 日 8:0017:40时答辩地点7教209一、答辩小组组成答辩小组组长：周志宏成 员：张慢来 张琴 李美求 刘利军二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分 毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 2013年 6月13日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章)500mm浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计学 生： 陈翔 长江大学机械工程学院指导老师：眭满仓 长江大学机械工程学院摘要：机械制造工艺学是研究机械产品的制造工艺，包括零件的加工和装配两方面，其指导思想是在保证质量的前提下达到高产率、经济性（包括利润和经济效益）。所研究的重点是工艺过程，同样也包括零件加工工艺过程和装配工艺过程。工艺是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。各种机械的制造方法和过程的总称为机械制造工艺。工艺是生产中最活跃的因素，它既是构思和想法，又是实在的方法和手段，并落实在由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中，所以它包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的支持，同时又和生产实际联系十分密切。本次毕业设计研究的课题是500mm浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计，需要我们对浮头式换热器浮动管板的工艺规程进行详细的分析，填写工艺过程卡片及工序卡片，然后设计浮头式换热器的专用机床夹具，包括定位方案、定位元件、夹紧方案等等。通过本题目可以让我们（1）熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。（2）提高结构设计能力。（3）学会使用手册及图表资料。为我们以后从事机械制造工艺方面工作打下良好的基础。关键词 机械制造工艺，工艺流程，浮头式换热器，夹具设计The fixture design of the floating tube plate of 500 mm floating head heat exchanger Abstract: Machinery manufacturing technology is the study of mechanical products manufacturing process, Including parts processing and assembly of two aspects, whose guiding ideology is under the premise of guarantee quality high yield rate and economy profits and economic benefits (including). Its research focuses on the process，also including the parts processing process and assembly process。Process is the method of making all kinds of raw materials, semi-finished products and processes。All kinds of mechanical manufacturing methods and processes of total is called mechanical manufacturing process。process is the most active factors in the production，which is not only a conception and ideas, but also method and means，and is implement in the workpiece, cutting tool, machine tool, fixture of process in the system.So it contains and involves the range is very wide,and also needs the support of the multi-discipline knowledge, at the same time, it is very close to the actual production。The graduation design research topic is the fixture design of the floating tube plate of 500 mm floating heat exchanger，it needs us provide a detailed analysis of the technological procedure of Floating of floating head heat exchanger tube plate, fill in the process card and process card, then design the Special machine tool fixture of floating head heat exchanger,Including positioning, positioning device, clamping scheme, and so on。Through this topic can make us（1）being familiar with the basic theory of Technology of Mechanical Manufacture and Learn practical knowledge in production practice, Correctly solve the Positioning, clamping and processing route arrangement Process dimensions, etc of a part in the processing.（2）Improving the ability of structure design。（3）Learning how to use manual and chart information。Through this research we can lay a good foundation For our future work in the machinery manufacturing technology .Key words: machinery production technique ,technological process,floating head heat exchanger,fixture designXVII第一章 绪论第一章 绪论 1.1 本设计的内容及意义本设计是在我们完成大学全部基础课，技术基础课以及专业课之后进行的。此次的设计是对大学期间所学的各课程及相关的应用软件的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。其目的在于：1.巩固我们在大学里所学的知识，也是对以前所学知识的综合性检验；2.加强我们查阅资料的能力，熟悉有关资料；3.树立正确的设计思想，掌握设计方法，培养我们的实际工作能力；4.通过对浮头式换热器浮动管板的机械制造工艺设计，使我们在机械制造工艺规程设计，工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查阅技术文献等各个方面受到一次综合性的训练。初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。5.能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效，省力，经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。6.通过零件图，装配图绘制，使我们对于AutoCAD绘图软件的使用能够得到进一步的提高。本次设计的主要内容为：首先运用AutoCAD软件绘制浮头式换热器浮动管板的零件图，然后根据图纸的技术要求等确定生产类型，经分析本次设计的零件年产量为3000件，属于大批量生产。其次进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，确定材料，确定拟采用的毛坯制造方式，并确定零件的机械加工工艺路线，完成机械加工工序设计，进行必要的经济分析。最后，对某道加工工序进行夹具装配图及主要零件图的设计。1.2 课题背景知识 1.2.1 浮头式换热器简介 新型浮头式换热器浮头端结构，它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成，其特征是：在外头盖侧法兰内侧面设凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，浮头处取消钩圈及相关零部件，浮头管板密封槽为原凹型槽并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心，半径稍大于管束外径的梯型凹槽，且管板分程凹槽只与梯型凹槽相连通，而不与凹型槽相连通。结构在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，设浮头法兰为凸型和梯型凸台双密封，分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰，且凸型和梯型凸台及分程隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配，该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为浮头盖，其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配，用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其垫片，该结构必要时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径，同时相应变更加大相关零部件的尺寸；另配置一无外力辅助钢圈，其圈体内径大于浮头管板外径，钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰内侧面凹型或梯型密封面连接并密封，另一端设法兰或其他结构与浮头管板原凹型槽及其垫片或外圆密封。 设计要求 图1 浮头式换热器随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，中国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：1.合理地实现所规定的工艺条件；2.结构安全可靠；3. 便于制造、安装、操作和维修；4. 经济上合理。浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=35mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验，不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。 优点1.管束可以抽出，以方便清洗管、壳程；2.介质间温差不受限制；3.可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450度，压力小于等于6.4兆帕；4.可用于结垢比较严重的场合；5.可用于管程易腐蚀场合。缺点1.小浮头易发生内漏；2.金属材料耗量大，成本高20%；3.结构复杂制造工艺选取换热设备的制造材料及牌号，进行材料的化学成分检验，机械性能合格后，对钢板进行矫形，方法包括手工矫形，机械矫形及火焰矫形。备料划线切割边缘加工（探伤）成型组对焊接焊接质量检验组装焊接压力试验质量检验化工设备不仅在制造之前对原材料进行检验，而且在制造过程中要随时进行检查。特点浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。故障及对策在生产过程中，由于浮头式换热器的管板受水分冲刷、气蚀和微量化学介质的腐蚀，管板焊缝处经常出现渗漏，导致水和化工材料出现混合，生产工艺温度难以控制，致使生成其它产品，严重影响产品质量，降低产品等级。冷凝器管板焊缝渗漏后，企业通常利用传统补焊的方法进行修复，管板内部易产生内应力，且难以消除，致使其它换热器出现渗漏，企业通过打压，检验设备修复情况，反复补焊、实验，24人需要几天时间才能修复完成，使用几个月后管板焊缝再次出现腐蚀，给企业带来人力、物力、财力的浪费，生产成本的增加。通过福世蓝高分子复合材料的耐腐蚀性和抗冲刷性，通过提前对新换热器的保护，这样不仅有效治理了新换热器存在的焊缝和砂眼问题，更避免了使用后化学物质腐蚀换热器金属表面和焊接点，在以后的定期维修时，也可以涂抹福世蓝高分子复合材料来保护裸露的金属；即使使用后出现了渗漏现象，也可以通过福世蓝技术及时修复，避免了长时间的堆焊维修影响生产。正是由于此种精细化的管理，才使得换热器渗漏问题出现的概率大大降低，不仅降低了换热器的设备采购成本，更保证了产品质量、生产时间，提高了产品竞争力。1.2.2 零件的特点本设计所设计的零件是500mm浮头式换热器中的浮动管板，它是浮头式换热器壳体和管束自由膨胀的重要零件。零件的加工表面有端面、外圆、孔、腔槽。同时也有配合加工表面；零件的结构分析：孔起支撑作用，精度要求高，轴向尺寸小，为典型的盘类零件。该零件属于小型盘类零件，结构简单，但刚性较差。其主要加工表面要求如下：孔是盘类零件的主要配合表面，因此要有较高的尺寸精度和表面粗糙度，孔的上偏差为+0.033，下偏差为0。可以确定孔为基准孔，其表面粗糙度Ra值为3.2um。螺纹表面是主要表面，有配合尺寸要求。其尺寸要求是M100X2-6g。1.3 机械制造工艺与夹具设计的发展概况机械制造加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。夹具是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。1.4 机械制造工艺与夹具设计相关技术的国内外现状现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，尽管国际生产研究协会的统计表明中不批，多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯采用传统的专用夹具，在一个具有一定生产能力的工厂中约拥有1300015000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。 综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求： 1.能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期； 2.能装夹一组相似性特征的工件； 3.适用于精密加工的高精度的机床； 4.适用于各种现代化制造技术的新型技术；5.采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率。1.5关键问题一.工艺规程设计中的关键问题在于基准的选择及加工工艺路线的选择。1.零件的分析2.制定加工工艺路线根据各表面加工要求，和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面及孔的加工方法。因左右两端面均对孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少装次数，提高加工精度。二.夹具设计中关键的问题在于夹具设计中结构方案的构思夹具设计主要是绘制所需的图样，同时制订有关的技术要求。夹具设计是一种相互关联的工作，它涉及到很广的知识面。对初学者而言，预计夹具结构方案的构思是一个设计难点。构思结构方案需要：1.确定夹具的类型；2.定位设计，根据六点定位规则确定工件的定位方式；3.确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置；4.确定刀具的对刀导向方案，选择合适的对刀元件或导向元件；5.确定夹具总体布局和夹具体的结构。第 35 页（共36页）第二章 机械加工工艺与夹具设计概述第二章 机械加工工艺与夹具设计概述2.1机械制造加工工艺过程中的基本概念机械产品的生产过程是指将原材料转变为成品的所有劳动过程。这里所指的成品可以是一台机器、一个部件，也可以是某种零件。对于机器制造而言，生产过程包括：1.原材料、半成品和成品的运输和保存；2.生产和技术准备工作，如产品的开发和设计、工艺及工艺装备的设计与制造、各种生产资料的准备以及生产组织；3.毛坯制造和处理；4.零件的机械加工、热处理及其它表面处理；5.部件或产品的装配、检验、调试、油漆和包装等。由上可知，机械产品的生产过程是相当复杂的。它通过的整个路线称为工艺路线。工艺过程是指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为半成品或成品的过程。它是生产过程的一部分。工艺过程可分为毛坯制造、机械加工、热处理和装配等工艺过程。 机械加工工艺过程是指用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为零件或部件的那部分生产过程，它包括机械加工工艺过程和机器装配工艺过程。本设计所称工艺过程均指机械加工工艺过程，以下简称为工艺过程。172.2机械制造加工工艺规程设计的基本准则工件是个几何形体，它由一些几何元素（如点、线、面）所构成。工件上任何一个点、线、面的位置总是要用它与另外一些点、线、面的相互关系（如尺寸距离、平行度、垂直度、同轴度等）来确定。称将用来确定加工对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面为基准。在加工时，用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所采用的基准，称为定位基准。定位基准可分为粗基准和精基准。若选择未经加工的表面作为定位基准，这种基准被称为粗基准。若选择已加工的表面作为定位基准，则这种定位基准称为精基准。粗基准考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，而精基准考虑的重点是如何减少误差。粗基准和精基准均有自身的选择原则:一.粗基准的选择原则有：1.余量均匀原则2.相互位置原则3.余量足够原则4.选做粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便可靠定位。5.粗基准只能使用一次，重复使用位置误差大。二.精基准的选择原则有：1.基准重合原则：定位基准与设计基准重合2.基准统一原则：当工件以某一组精基准定位可以较方便的加工其他表面时，尽可能在多数工序中采用此组精基准定位。（选作统一基准的表面，应面积大、精度高，孔以及其他距离较大的几个面的组合。）如：箱体零件以一面两孔定位、轴用两个顶尖孔定位、圆盘类零件用其端面和内孔定位。3.自为基准原则：在精加工或光整加工时，要求余量小而均匀时，选择加工表面自身为基准。 4.互为基准原则：为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度用。（齿轮加工，淬火后，先以齿面为基准磨内孔、再以孔为基准磨齿面。选择好定位基准后，拟定工艺路线是制订工艺规程的关键一步，它不仅影响零件的加工质量和效率，而且影响设备投资、生产成本、甚至工人的劳动强度。拟定工艺路线时， 一般应遵循以下原则： 1.先基准面后其它：应首先安排被选作精基准的表面的加工，再以加工出的精基准为定位基准，安排其它表面的加工。该原则还有另外一层意思，是指精加工前应先修一下精基准。例如，精度要求高的轴类零件，第一道加工工序就是以外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔，再以顶尖孔定位完成各表面的粗加工；精加工开始前首先要修整顶尖孔，以提高轴在精加工时的定位精度，然后再安排各外圆面的精加工。2.先粗后精：这是指先安排各表面粗加工，后安排精加工。3.先主后次：主要表面一般指零件上的设计基准面和重要工作面。这些表面是决定零件质量的主要因素，对其进行加工是工艺过程的主要内容，因而在确定加工顺序时，要首先考虑加工主要表面的工序安排，以保证主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工顺序后，常常从加工的方便与经济角度出发，安排次要表面的加工。例如，图5.5所示的车床主轴箱体工艺路线，在加工作为定位基准的工艺孔时，可以同时方便地加工出箱体顶面上所有紧固孔，故将这些紧固孔安排在加工工艺孔的工序中进行加工。此外，次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工。4.先面后孔：这主要是指箱体和支架类零件的加工而言。一般这类零件上既有平面，又有孔或孔系，这时应先将平面（通常是装配基准）加工出来，再以平面为基准加工孔或孔系。此外，在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀。此时也应先加工面，再加工孔，以避免上述情况的发生。2.3机床夹具概述机床夹具是在金属切削机床上装夹工件所使用的辅助工艺装备，它可以准确的确定工件与刀具的相对位置，实现对工件的准确定位和夹紧在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件的加工精度、劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。其的作用有：1.缩短辅助时间，提高劳动生产率；2.易于保证加工精度，并使加工精度稳定；3.扩大机床的工艺范围，实现一机多能；4.降低对工人的技术要求和减轻工人的劳动强度。2.4工件在夹具中的定位工件的定位：指工件在机床或夹具中取得一个正确的加工位置的过程。定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置，并且应用夹具定位工件，还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。在机械加工中，通过用一定规律分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，使工件在机床或夹具中的位置完全确定，称为工件的“六点定位原理。即工件在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度 。因此，要完全确定工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度。工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔等，对于这些表面，总是采用一定结构的定位元件。常见的定位方法有如下几种：1.工件以平面定位：在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式，称为平面定位。 定位元件有固定支承、可调支承和自位支承。2.工件以圆孔定位：有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔作为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、定位心轴等。3.工件以外圆柱面定位：工件以外圆柱面定位在生产中是常见的，如轴套类零件等。常用的定位元件有V形块、定位套、半圆定位座。4.工件以组合表面定位：实际加工过程中，工件往往是以几个表面同时定位的，称为“组合表面定位”。 2.5工件在夹具中的夹紧一.夹紧装置的组成机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、重力、惯性力等的作用，在这些外力作用下，为了使工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，保证加工质量和生产安全，一般夹具结构中都必须设置夹紧装置将工件可靠夹牢。夹紧主要由以下三部分组成：1.力源装置 所产生的力称为原始力，如气动、液动、电动等。2.中间传力机构 介于力源和夹紧元件之间传递力的机构，在传递力的过程中，它能够改变作用力的方向和大小，起增力作用；还能使夹紧实现自锁，保证力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夹紧工件，这对手动夹紧尤为重要3.夹紧元件 夹紧装置的最终执行件，与工件直接接触完成夹紧作用。 二.夹紧装置的基本要求夹紧装置的具体组成并非一成不变，须根据工件的加工要求、安装方法和生产规模等条件来确定。但无论其组成如何，都必须满足以下基本要求： 1.夹紧时应保持工件定位后所占据的正确位置。2.夹紧力大小要适当。夹紧机构既要保证工件在加工过程中不产生松动或振动。同时，又不得产生过大的夹紧变形和表面损伤。3.夹紧机构的自动化程度和复杂程度应和工件的生产规模相适应，并有良好的结构工艺性，尽可能采用标准化元件。4.夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。三.常用夹紧机构夹具中常用的夹紧装置有楔块,螺旋,偏心轮等,它们都是根据斜面夹紧原理而夹紧工件的。1.楔块夹紧装置是最基本的夹紧装置形式之一,其他夹紧装置均是它的变形。它主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。楔块夹紧装置具有自锁性 ，斜楔能改变夹紧作用力方向，但是其夹紧行程小，效率低，适用范围于机动夹紧装置中2.螺旋夹紧装置结构简单,制造容易,夹紧可靠但是夹紧动作慢,效率低，适用于手动夹紧装置。3.偏心夹紧装置也是由楔块夹紧装的一种变形. 偏心夹紧与螺旋夹紧相比,夹紧行程小,夹紧力小,自锁能力差,但夹紧迅速,结构紧凑,所以常用与切削力不大,振动较小的的场合,常与其他夹紧元件联合使用。4.定心夹紧结构是一种利用定位夹紧元件等速移动或弹性变形来保证工件准确定心或对中的装置.使工件的定位和夹紧过程同时完成,而定位元件与夹紧元件合二为一。第三章 浮头式换热器浮动管板工艺规程设计第三章 浮头式换热器浮动管板工艺规程设计3.1零件的图纸与工艺分析 3.1.1零件的作用浮动管板是浮头式换热器壳体和管束自由膨胀的重要零件。零件的加工表面有端面、外圆、孔、腔槽。同时也有配合加工表面；零件的结构分析：孔起支撑作用，精度要求高，轴向尺寸小，为典型的盘类零件。该零件属于小型盘类零件，结构简单，但刚性较差。其主要加工表面要求如下：孔是盘类零件的主要配合表面，因此要有较高的尺寸精度和表面粗糙度，孔的上偏差为+0.033，下偏差为0。可以确定孔为基准孔，其表面粗糙度Ra值为3.2um。由于加工的孔要插入换热管，不能承受过大的弯曲应力，所以孔与管板要有一定的垂直度。其零件图如下图： 图2 浮动管板 3.1.2零件的工艺分析由图3.1得知，其材料为中碳钢。该材料热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为 HRC55(HB538)，b为6001100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。3.2工艺规程定性设计3.2.1生产类型与毛坯制造方法的确定根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为3000件/年，通过计算，该零件质量约为3Kg，由表14、表13可知，其生产类型为成批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。由212可知该种铸造公差等级为CT1011，MA-H级。3.2.2定位基准的选择精基准的选择：浮动管板的下端面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循基准重合的原则。孔及左右两端面都采用底面做基准，这使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，下端面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单，可靠，操作方便。粗基准的选择：选择零件的重要面和重要孔做基准。在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以粗基准为上端面。3.2.3工艺路线的拟定根据各表面加工要求，和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面及孔的加工方法如下：上下端面：粗铣精铣左右端面：粗铣精铣 端面：粗铣精铣2-孔：钻孔 3mm 轴向槽精铣孔：钻孔粗镗精镗因左右两端面均对孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少装次数，提高加工精度。根据先面后孔原则，将上端面下端面的粗铣放在前面，左右端面上孔放后面加工。初步拟订以下两个加工路线方案加工路线方案（一）工序号工序内容05#铸造10#时效15#涂漆25#车上端面30#铣下端面35#钻两通孔 40#铣左右端面45#钻通孔50#镗孔55#轴向槽60#铣检验65#入库（二）以V形块定位的加工路线方案工序号 工序内容05#铸造10#时效15#涂漆25#粗铣下端面30#粗铣上端面35#粗铣左右端面45#钻两通孔50#精铣下端面55#精铣上端面60#精铣左右端面65#钻孔65#镗孔70#铣轴向槽75#入库上述两个方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。车上端面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们惯性力较大，平衡困难；因为在零件图纸中要求左右端面的跳动度为0.06，所以需要同时铣削左右端面，保证两端的平行度。工序30#应在工序25#前完成，使上端面在加工后有较多的时间进行自然时效，减少受力变形和受热变形对通孔加工精度的影响。综上所述选择方案二。最后确定的工件加工工序如下：序号 工序内容定位基准05#铸造10#时效15#涂漆20#粗铣下端面上端面（3）+左右端（3）25#粗铣上端面下端面（3）+左右端（3）30#粗左右端面（同时，不准调头）下端面(3)+ 外圆柱面35#钻两通孔13下端面(3)+ 外圆柱面40#精铣下端面上端面（3）+左右端（3）45#精铣上端面下端面（3）+左右端（3）50#精铣左右端面（同时，不准调头）下端面(3)+ 外圆柱面55#钻通孔18下端面(3)+ 外圆柱面60#镗孔到25下端面(3)+ 外圆柱面65#粗-精铣轴向槽下端面(3)+ 外圆柱面70#入库 3.3工艺规程定量设计3.3.1机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定因工件的生产类型为成批生产，毛的铸造方法选用砂型机器造型。根据表2.3-12确定各表面的加工余量如下表所示： 表3.1 各表面加工余量 加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明上端面48H4 单侧加工下端面50H3 单侧加工左端面35H3 单侧加工右端面35H3 单侧加工3.3.2切削余量及基本工时的确定（一） 机械加工余量确定根据文献（1）可知计算底面加工余量公式如下。 式中 ： e 余量值； 铸件的最大尺寸； 加工表面最大尺寸； C 系数根据表3-12查表得出各个加工面得加工余量。经查表312可得，铣削上端面的加工余量为4，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=12.5可知，粗铣的铣削余量为4。底面铣削余量为3，粗铣的铣削余量为2，铣余量1，精铣后公差登记为IT7IT8。左右端面的铣削余量为3，粗铣的铣削余量为2，精铣余量1，精铣后公差登记为IT7，根据表312确定余量2。工序40粗镗18工序。粗镗余量表3-83取粗镗为1.8，粗镗切削余量为0.2,铰孔后尺寸为20H8,各工步余量和工序尺寸公差列于下表表3.2 各工步加工尺寸加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差粗镗_25精镗（二）确定切削用量及基本工工序20#：粗铣下端面(1)加工条件工件材料：HT200,=170240MPa，铸造;工件尺寸：=13，l=36;加工要求：粗铣上端面加工余量4机床：X51立式铣床；刀具：立铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册表3.1，取刀具直径d0=80。根据切削用量手册后表3.16，选择刀具前角00后角016，副后角0=8，刃倾角：s=10,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角Kr=5。(2)切削用量1）确定切削深度ap 根据手册等，选择ap=1.15，两次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端机床功率为4.5kw（据简明手册表4.2-35，X51立式铣床）选择： fz=83.9mm/min。3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直d0=80，故刀具使用寿命T=180min（据简明手册表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据切削手册表3.16，当d0=80，Z=12，ap7.5，fz0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。 切削速度计算公式为：其中 ，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速： 。根据简明手册表4.2-36，选择,因此，实际进给量和每分钟进给量为：=5)校验机床功率 根据切削手册表3.24，近似为,根据机床使用说明书，主轴允许功率。故校验合格。最终确定: 6)计算基本工时 ，查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：则： 工序25# 粗铣上端面： 刀具，机床与上到工序相同，得出 , 工序30#粗铣左右端面：同时粗铣左右端面，圆盘铣刀一次加工完成不准调头计算切削用量： =2由 机械加工工艺手册表15.53可知：由切削用量手册表9.4-8可知： 各系数为 所以有 取 所以实际切削速度： 确定主轴转速： 切削工时： 工序35# 钻孔查机械制造工艺设计手册表3-38，取查机械制造工艺设计手册表3-42，取 查表机械制造工艺设计简明手册4.2-15，机床为Z525，选择转速实际切削速度：v= 切削工时带入公式：工序40# 精铣下端面与工序5#相同。工序45# 精铣上端面与工序10#相同.工序50# 精铣左右端面与工序15#相同工序55#钻通孔18，工序步骤与工序20#相同，代入数据得出结果: , 工序60#镗孔到20因精镗与粗镗的定位的下底面与V型块，精镗后工序尺寸为20.020.08，与下底面的位置精度为0.05,与左右端面的位置精度为0.06, 且定位夹、紧时基准重合，故不需保证。0.06跳动公差由机床保证。粗镗孔时因余量为1.9,故,查机械制造工艺设计手册2-8 取进给量为 故实际切削速度为： 此时作台每分钟进给量应为：计算切削基本工时：工序65#铣槽：加工条件：机床：x6132卧式铣.床.刀具：直齿三面刃铣刀其中 , 计算切削用量： 由机械加工工艺手册表15-53，表15-55可知： 确定主轴转速： 切削工时： 第四章 浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计第四章 浮头式换热器浮动管板工艺夹具设计4.1 钻孔夹具设计的要求4.1.1 钻孔夹具方案设计 方案设计是夹具设计的重要阶段，它在分析各种原始资料的基础上，要完成下列设计工作：研究壳体零件原始资料，明确设计要求。 拟订钻孔夹具结构方案，绘制夹具结构草图。 绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求。 绘制零件图。 从另外一方面来说，机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分， 是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。 在设计过程中应深人实 际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。而深入生产实际调查研究中，应当掌握下面的一些资料： (1)工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该 零件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。 (2)工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面 及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部 分的尺寸及切削用量等。 (3)生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。 在本次毕业设计的夹具要求是中小批量生产的夹具设计。 (4)制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气 站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。 夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分 发挥和扩大机床的工艺性能。 4.1.2了解夹具总体设计要求（1）夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加工工序， 应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。 （2）夹具应达到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的 夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。 （3）夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可设置必要的 防护装置、挡屑板以及各种安全器具。 （4）能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。夹具元件的材料选用将直接影响夹具的使用寿命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力 学性能较好的材料。夹具的低成本设计在世界各国都以相当重视。为此，夹具的 复杂程度应与工件的生产批量相适应。在大批量生产中。宜采用气压、液压等高 效夹紧装置；而小批量生产，则宜采用较简单的夹具结构。 （5）要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。选用标准化元件， 特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，从而降低夹具成本。 （6）必须具有良好的结构工艺性，以便夹具的制造、使用和维修。 以上要求有时是互相矛盾的，故应在全面考虑的基础上，4.2 钻夹具的结构形式与设计要点4.2.1夹具的分类 按使用范围，夹具可分为通用夹具和专用夹具两类。 通用夹具适用于各种不同尺寸的零件加工，如导尺、分度盘等。这类夹具是作为附件与机床一起配套供 应的。专用夹具是专门为某一工件在某一工序进行加工而设计的夹具， 如在铣床 上加工弯曲零件必须采用相应的夹具，在压刨上加工斜面、曲面也要采用专用夹具。4.2.2钻床夹具的主要类型钻床专用夹具一般通称为“钻模”。可按钻模有无夹具体，以及夹具体是否 可动，而分为下面几类：1.固定式钻模。这种钻模在使用时，是被固定在钻床工作台。用于在立轴式钻床上加工较 大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。 如果要在立式钻床上使用固定式钻模加 工平行空系，则需要在机床主轴上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺刀具 伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种加工方式的钻孔精度比较 高。 2.回转式钻模。回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系，或分布在圆周上的径 向孔。有立轴、卧轴和斜轴回转等三种基本形式。由于回转台已标准化，并作为 机床附件由专门厂生产供应，固回转式钻模的设计，大多数情况是设计专用的工 作夹具和标准回转台联合使用。3.翻转式钻模。主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻转式钻模可减少工件装夹 的次数，提高工件上各孔之间的位置精度。 4.盖板式钻模 这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。钻模板在 工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹具、结构简单轻便， 易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜 超过10 kg。 5.滑柱式钻模 滑柱式钻模的结构已经标准化了和规格化了，具有不同的系列。使用时， 只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况，专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等，装在夹具体的平台或钻模板上的适当位置，就可用于加工。4.2.3钻模设计要点1钻套 钻套安装在钻模板或夹具体上，用来确定工件上加工孔的位置，引导刀具进行加工，提高加工过程中工艺系统的刚性并防振。钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类。（1）固定钻套（2）可换钻套（3）快换钻套（4）特殊钻套2钻模板钻模板用于安装钻套，确保钻套在钻模上的正确位置，钻模板多装在夹具体或支架上， 常见的钻模板有： 图3 钻模板 （1）固定式钻模板（2）铰链式钻模板（3）可卸（分离）式钻模板 （4）悬挂式钻模板4.3定位方案根据工件结构特点，其定位方案有二： （1）以孔25及端面B为定位面，以开口垫圈一侧面为防转定位面，限制6个自由度。这一定位方案，存在基准不重合误差，会引起较大的定位误差。 （2）以孔25孔及端面C为定位面，不存在基准不重合误差，所以B=0。 比较以上两种定位方案，初步确定选择第二种方案。4.4定位元件与夹紧装置的设计4.4.1 定位元件该套夹具采用的定位： 该套夹具采用“一销一孔”的定位.通过一个销及工件上一个孔及其该工件 的一个平面进行定位。 其中孔限制X、Y方向上移动，销限制绕Z旋转。 若定位销为长销，则出现过定位。所以定位销为短定位销。如图：4.4.2夹紧装置的设计 图4 定位销夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。本设计采用的夹紧装置是一对螺旋压板夹紧机构。螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、自锁性能好、夹紧可靠，是手动夹紧中常用的一种夹紧机构 。其结构如图： 图5 螺旋夹紧机构4.4.3夹紧力的计算（1）计算切削力与夹紧力的计算及螺杆的直径：根据机床夹具设计手册表5-37查表可知： 根据机床夹具设计手册表2-4-8取取在计算切削力时，必须考虑安全系数 式中：基本安全系数；取1.4 加工性质系数；取0.9刀具钝化系数；取0.9断续切削系数；取1.0安全系数在夹紧力与切削力方向相反后时：由机床夹具设计手册表1-2-11紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力与切削力之间的关系。安全系数在夹紧力与切N削力方向相反后时，由前面的计算可知 由机床夹具设计手册表1-24，从强度考虑，用一个M10的螺柱完全可以满足要求，M10的许应夹紧为3924N，所以螺杆直径为d=10。 （2）定位精度分析25孔的加工是在一次装夹下完成的，具体采用的是前后支撑引导的夹具机构，故机床主轴振动可略不计，25孔的加工精度主要由钻模来保证。因为孔的轴线与底面的平行度要求为0.05。故两镗模装配后同轴度要求应小于0.05，其最大间隙为 被加工孔的长度为 ,取两孔同轴度误差为则 所以 因为 ，由以上计算可知夹具能满足零件加工精度的要求4.5夹具结构分析与设计4.5.1 夹具的夹紧装置和定位装置 夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作 用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹
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