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闸板
工艺和粗铣环形槽内槽夹具设计
工艺
环形
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设计
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辽宁工程技术大学课程设计 15绪论机械加工工艺与工艺装备课程设计是学生学完了机械制造工艺与装备课程后，对机械加工工艺过程、机械加工工艺和机床夹具结构进一步了解的练习性的教学环节，是学习深化与升华的重要过程，是对学生综合素质与工程实践的能力培养应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。在课程设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。该课程设计是学完本课程之后的一项重要的实践，是我们步入社会的一次深刻的链接，考察了我们独立设计，计算，绘图和分析的能力，同时提高了我们查阅各种设计手册的能力，通过该课程设计我了解了夹具设计的一般步骤，需要用到的一些结构都需要我认真查阅后绘制到图纸上，通过课程设计我学会了很多课本上没有的知识由于本人能力有限，设计中一定存在很多不足之处，还请各位老师多多斧正。1 设计闸板零件的机械加工工艺规程1.1 零件工艺性分析1.1.1 闸板的作用题目所给的零件是闸板阀的闸板，它位于闸板阀内部。闸板有两个密封面 , 两个密封面形成楔形、楔形角随阀门参数而异 , 此闸板楔形角为10度。 闸阀关闭时, 密封面可以只依靠介质压力来密封 , 即依靠介质压力将闸板的密封面压向另一侧的阀座来保证密封面的密封，这就是自密封。大部分闸阀是采用强制密封的 , 即阀门关闭时，要依靠外力强行将闸板压向阀座 , 以保证密封面的密封性。闸阀的闸板随阀杆一起作直线运动的，通常在升降杆上有梯形螺纹，通过阀门顶端的螺母以及阀体上的导槽，将旋转运动变为直线运动 , 也就是将操作转矩变为操作推力。开启阀门时，当闸板提升高度等于阀门通径的1:1倍时，流体的通道完全畅通，但在运行时，此位置是无法监视的。实际使用时，是以阀杆的顶点作为标志，即开不动的位置，作为它的全开位置。闸阀在管路中只能作全开和全关切断用, 不能作调节和节流。1.1.2 闸板的技术要求根据闸板的零件图纸将该闸板的全部技术要求列于表中。表1-1 闸板零件技术要求表加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度Ra(um)形位公差上端面16412.5楔面直径185左密封面90.61js12IT120.4右密封面90.61js12IT120.4T形槽上部分内侧面IT1012.5T形槽下部分内侧面IT1012.5环形槽外槽12js12IT1212.5环形槽内槽180js12IT1212.5中心轴孔30IT10电镀密封环外圆18125电镀密封环内圆14525电镀密封环厚度30.4电镀密封环倒角0.545度25顶部倒角345度12.51.1.3 审查闸板的工艺性分析零件图可知，该闸板采用双闸板结构，对楔角要求较低，闸板不易楔死，但结构较复杂。在零件的加工过程中，上部的T形孔通过铣削加工，加工位置合理，便于装夹与定位。环周槽均采用铣床加工，通过下部圆柱形表面定位和装夹。中心轴孔采用扩孔钻加工。在主要工序完成以后，还要对零件的密封面进行磨削和电镀处理，以加强表面的抗磨性能和提高表面刚度。同时提高表面的粗糙度，加强表面的密封性能。零件的主要工序都可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的公艺性较好。1.1.4 确定闸板的生产类型由课程设计题目要求，该闸板的生产类型为中批或大批生产。1.2 机械加工工艺规程设计1.2.1 选择毛坯由零件要求可知，零件的材料为ZG230-450，考虑到本零件在具体工作的受力情况，我们选择砂型机器造型及壳型铸造，足以满足要求，又因为零件是中批或大批量生产，所以选择砂型铸造是提高效率节省成本的最佳方法。1.2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由机械加工工艺手册表2.3-5，确定此铸造毛坯的尺寸公差和机械加工余量如下表所示：表2-1 闸板铸造毛坯尺寸公差及机械加工余量表项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注顶面高度1646.0（单边）CT10表2.5-5表2.3-6顶部侧面宽度603.0（两侧分别取3.0）CT10表2.5-5表2.3-6底部楔面距离84.613.0（两侧分别取3.0）CT10表2.5-5表2.3-6轴孔302.4CT10表2.5-5表2.3-6底部外圆柱表面1856(单边)CT10表2.5-5表2.3-61.2.3 毛坯设计1.2.3.1 确定圆角半径铸造圆角为35mm.。1.2.3.2 确定拔模斜度拔模斜度为：5。1.2.3.3 确定分模位置选择在左视图中中心平面为分模面，分模线为直线，属平直分模线。 1.2.3.4 确定毛坯的热处理方式热处理：退火、正火、正火回火（回火温度550）；适用于一般工程结构，要求焊接性能好的碳素钢铸件。1.2.4 绘制闸板铸造毛坯简图由表2-1所得结果，绘制毛坯简图如下所示：图3-1 闸板铸造毛坯简图1.3 拟定闸板工艺路线1.3.1 定位基准的选择基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以是加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。1.3.1.1 精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，选择零件左视图中的左楔面和中心轴孔中心线作为精基准。1.3.1.2 粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选取零件左视图中的右楔面和下部外圆柱面作为粗基准。1.3.2 表面加工方法的确定表3-1 闸板零件各表面加工方法加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/um加工方案备注上端面IT1112.5粗铣表1-8左右密封面IT63.2粗铣-半精铣表1-8下部外圆柱表面IT1212.5粗磨表1-6T形槽上部分内侧面IT1112.5粗铣表1-8T形槽下部分内侧面IT1112.5粗铣表1-8环形槽外槽IT1112.5粗铣表1-8环形槽内槽IT1112.5粗铣表1-8中心轴孔IT71.6粗扩-精扩-铰表1-7电镀密封环电镀电镀密封环外表面IT60.4粗铣-精铣-磨削表1-8电镀密封环外圆表面IT825粗铣表1-8电镀密封环内圆表面IT825粗铣表1-8电镀密封环倒角IT825粗铣表1-8顶部倒角IT825粗铣表1-81.3.3 加工阶段的划分该闸板加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工，半精加工和精加工几个阶段。，在粗加工阶段。首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣闸板上端面，T形槽上部分内侧面，T形槽下部分内侧面，环形槽外槽，环形槽内槽。粗扩中心轴孔。粗铣和粗磨电镀密封环外表面，电镀密封环外圆表面，电镀密封环内圆表面，电镀密封环倒角，顶部倒角。1.3.4 工序的集中与分散选用工序集中原则安排闸板的加工工序。该闸板的生产类型为大批或者中批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。1.3.5 工序顺序的安排1.3.5.1 机械加工工序1.3.5.1.1 遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准闸板下部外园柱表面和左右楔面。1.3.5.1.2 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。1.3.5.1.3 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面。1.3.5.1.4 遵循“先面后孔”原则，先加工主要表面，后加工孔。1.3.5.2热处理工序热处理：退火，正火，正火回火（回火温度550）；适用于一般工程结构，要求焊接性能好。1.3.5.3 辅助工序在加工完中心轴孔以及以前的工序以后，要对闸板左右两个楔面进行电镀处理，以加强这两个密封面的刚度、抗腐蚀性能、抗磨性能等；提高综合机械性能。在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。1.3.6 确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了闸板的工艺路线。表3-2 闸板工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床装备刀具量具1粗磨下部外圆柱表面万能外圆磨床M1432砂轮卡规深度游标卡尺2粗铣闸板左右密封楔面立式铣床X51端铣刀游标卡尺3半精铣闸板左右密封面立式铣床X51端铣刀游标卡尺4粗扩-精扩-铰30孔四面组合机床麻花钻、扩孔钻、铰刀卡尺、塞规5粗铣上端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺6粗铣顶部倒角立式铣床X51端铣刀游标卡尺7粗铣T形槽上部分内侧面立式铣床X51键槽铣刀卡规深度游标卡尺8粗铣T形槽下部分内侧面立式铣床X51键槽铣刀卡规深度游标卡尺9粗铣环形槽外槽卧式铣床X62W锯片铣刀卡规深度游标卡尺、塞尺10粗铣环形槽内槽卧式铣床X62W锯片铣刀卡规深度游标卡尺、塞尺11电镀密封环电镀设备游标卡尺12粗铣电镀密封环外表面立式铣床X51端铣刀卡规深度游标卡尺13精铣电镀密封环外表面立式铣床X51端铣刀卡规深度游标卡尺14粗铣电镀密封环外圆表面立式铣床X51端铣刀卡规深度游标卡尺15粗铣电镀密封环内圆表面立式铣床X51端铣刀卡规深度游标卡尺16粗铣电镀密封环倒角立式铣床X51端铣刀卡规深度游标卡尺17磨削电镀密封环外表面平面磨床M7120A砂轮卡规深度游标卡尺18清洗清洗机19终检塞规、百分表、卡尺等1.4 工序尺寸（工序10）由零件图及查表可得，此工序的工序尺寸为30mm，加工精度等级为IT10。从零件图中可以得知，此工序的加工公差值为1.0mm，上下极限偏差值分别为+0.2mm、-0.8mm.1.5 切削用量、时间定额的计算。（工序10）1.5.1切削用量的计算该工序就是通过多次走刀，完成窄槽的铣削加工。只要选择合适的背吃刀量、切削速度和进给量就可以。通过一次粗铣就能完成工序内容。1.5.1.1 背吃刀量的确定由于机床刚度和刀具尺寸的限定，此工序需要多次走刀，完成要求的机械加工要求。加工总深度为Z=164-15-30=119mm。选择每次走刀背吃刀量为=30mm,最后一次走刀背吃刀量为=29mm。总走刀次数为4次。1.5.1.2 进给量的确定由课程设计指导书表419查得。粗加工，对表面质量要求较低，卧式铣床X62W工作台的横向进给量选为600mm/min。1.5.1.3 铣削速度的计算铣削速度v=nd/1000，由课程设计指导书表418查得，卧式铣床X62W主轴转速选为150r/min。查手册，锯片铣刀的直径选为315mm。可以计算铣削速度v= nd/1000=1503.14315/1000=158.3m/min。 1.5.2 时间定额的计算由课程设计指导书表543查得，卧式铣床锯片铣刀铣削的基本时间计算公式为=88s。可以知道辅助时间0.2=0.288=17.6s。布置工作地时间=0.05530=4.4s。休息和生理需要时间。则单件时间定额88+17.6+4.4+2.64=112.64s。2. 相关工序夹具的设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。根据老师给定的题目，设计工序9粗铣环形槽内槽的铣床夹具。本专用夹具将用于卧式铣床X62W。刀具为锯片铣刀，制造夹具体毛坯的材料为HT200。通过铸造得到。2.1 定位方案工件以左楔面及30轴孔中心线为定位基准，采用支撑板(斜板)、支撑钉和固定V形块组成定位方案，其中V形块限制工件的两个转动和两个平动4个自由度，支撑板限制工件的一个平动和一个转动两个自由度，支撑钉限制上面两个定位元件没有限制住的一个转动。这些定位装置可以保证对零件六个自由度的限制，工件在夹具中定位，若六个自由度都被限制时，称为完全定位。2.2 定位误差分析零件的工序尺寸用V形块定位，选工件的定位基准和工序基准都在圆形截面的圆心上。由于基准重合，不存在基准不重合误差。基准移位误差=0.04mm，就是此定位方案的定位误差。2.3 夹紧机构根据生产要求，选用气动压板夹紧机构进行夹紧，利用压板直接夹紧工件。使用气动夹紧装置，适应工件的大批量生产要求，并有效的提高了工作效率。确定夹紧力的基本原则，夹紧力包括大小，方向和作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。应依据工件的结构特点，加工要求并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式等中和考虑。1，夹紧力方向的选择夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时注意，应垂直于主要定位基准面。以保证工件夹紧的稳定性，最好与切削力和工件重力的方向一致，这样所需夹紧力最小，应尽量与工件刚度最大的方向一致，以减少变形。2，夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性和工件变形有很大的影响。选择时注意：应落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支承面内，应落在工件刚度好的部位上，应尽量靠近加工面。3，夹紧力的计算（1）选择气动夹紧装置的气缸选择气缸类型为QGB无缓冲的普通气缸（查机械加工工艺装备设计手册表3-196），缸径为40mm,工作压力为0.4Mpa,周围介质温度为-10 +80摄氏度，输出力（在压力为0.4Mpa时）。推力为50daN，拉力为42daN。行程范围为40300mm。（2）数值计算夹紧力：: 工作缸活塞直径：工作缸气压力： 动力源气缸活塞直径： 动力源气缸活塞杆外径（活塞杆直径为0.25D0.2D）：动力源气缸压力为0.4Mpa： 当D小于100mm时，取=0.65 0.80，这里D=40mm，取=0.80= 30mm ，=0.25=10mm。经计算：夹紧力： 代入数值得到：2.4 对刀装置采用直角对刀块及平塞尺对刀。2.5 夹具与机床联接元件采用四个标准定为键，每两个定位键用螺钉固定在夹具体底面同一条直线位置上，用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置。要保证定位键的宽度与机床工作台T型槽相匹配的要求。定位键可以承受一定的铣削扭矩，减轻夹紧螺栓、夹具体与机床的负荷，加强夹具加工过程的稳定性。夹具体上设置四个坐耳，夹具在机床工作台上定位后，用T形螺栓和螺母及垫片把夹具与机床固定夹紧。2.6 夹具体夹具体一般是夹具上最大和最复杂的基础元件，在夹具体上，要安放组成该夹具所需要的各种元件，机构，装置，并且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。因此夹具体的形状和尺寸应满足一定的要求，它主要取决与工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质等。所以在专用夹具中，夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。夹具体设计时应满足一下基本要求：1 有足够的强度和刚度2 减轻重量，便于操作3 安放稳定，可靠4 尺寸稳定，有一定的精度5 结构稳定，工艺性好6 排屑方便7 应吊装方便，使用安全2.7 方案综合评价和总结该夹具结构简单，操作方便。采用气动夹紧装置，使工件的夹紧与卸下过程更为方便快捷。夹具上装有直角对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀；同时，夹具体底面上的两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。工作过程为气动夹紧装置为夹紧机构提供动力源，夹紧机构控制夹紧元件，夹紧元件直接与工件接触并对工件进行夹紧。对工件的夹紧可通过控制气动夹紧装置来完成，实现了工件的夹紧与卸下的自动化，这样有效的提高生产效率。此设计达到了铣床专用夹具的设计要求，能够满足加工条件的要求，达到完成加工的目的。3 设计体会为期三周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为机械制造基础课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。本次课程设计主要经历了两个阶段，第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶
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