【《液压阀体的工艺规程及专用镗夹具设计》16000字（论文）】

页/共43页序言阀门作为一种控制流体的通断、流动方向、流动速度和压力的元件[1]。在液压传动领域中，广泛使用各种阀门用于流体的控制，阀门的性能也直接影响着主体设备的使用性能[2]。阀体作为阀门的载体，其加工精度、表面质量直接关系到阀门的质量性能。为此研究阀体的加工制造具有十分重要的意义[3]。在其加工过程中，一方面要优化加工工艺规程，通过理论与实践相结合不断完善工艺规程，进而确保阀体的加工精度，提升其性能质量[4,5]。另一方面要设计专用夹具，保证阀体的定位准确和夹紧可靠，同时提高元件的利用率和降低研制成本[6]。本课题针对阀体零件进行了机械加工工艺和专用夹具的设计。为了能完成本课题的要求，需要具备一定的机械专用知识，通过分析和解决实际问题，以掌握机制工艺规程和专用夹具的设计方法。第1章绪论1.1研究背景阀门是液压传动和流体输运设备中的一种控制元件，可以控制流体的通断、流动方向、流动速度和压力。在液压传动领域中，广泛使用各种阀门用于流体的控制，阀门的性能也直接影响着主体设备的使用性能。阀门根据结构特征分为截止阀、球阀、闸阀和旋塞阀等[7]。截止阀通过阀杆使阀瓣与阀座贴合，进而阻断流体的运动。由于在开闭过程中贴合面的摩擦力较小，故使用寿命较高，且因结构简单，制造和维修难度较低[8]。球阀可通过旋转阀芯来通断流体。密封面与球面常处于闭合状态，球阀结构简单、密封可靠、且不易被介质冲蚀[9]。闸阀是通过闸板作为密封面来阻断流体通过的元件，还可通过增加弹簧来增强密封性能[10]。旋塞阀通过旋转旋塞体以实现管路的开启和关闭，除切断流体外，还可以对流体进行分流和改变流向[11]。根据控制方式可分为电力驱动、液力驱动、气压驱动和人工驱动四种[12,13]。电力驱动指电能驱动相关设备进行实现阀门的动作。液力驱动指通过压力流体自身作为介质进行阀门的控制。气压驱动指利用压缩空气实现阀门的动作。

人工驱动指使用手柄、链轮附属部件进行驱动。阀体作为阀门的载体，其加工精度、表面质量直接关系到阀门的质量性能。为此研究阀体的加工制造具有十分重要的意义。在其加工过程中，一方面要优化加工工艺规程，通过理论与实践相结合不断完善工艺规程，进而确保阀体的加工精度，提升其性能质量。另一方面要设计专用夹具，保证阀体的定位准确和夹紧可靠，同时提高元件的利用率和降低研制成本。1.2国内外发展现状近年来，我国阀门产业快速发展，是全球阀门生产量和使用量增长最快的国家[14,15]。阀门作为重要的液压元件，广泛应用于冶金、电力、化工、石油、机械制造、建筑和国防军工等领域中，已成为流体设备装置中必不可少的控制元件[16]。阀门品种规格繁多，属于量大面广的产品[17]。自改革开放以来，我国在阀门制造方面注重人才的培养的系统的研究，现已在人才培养、科学研究、产品开发和设计制造方面形式了完善的体系，除少数的特殊阀门产品外，现有的产品品种和数量基本能满足国民经济各部门的需要，但各类阀门的可靠性和配套能力与国际水平仍有较大的差距，仍需继续深入探索和研究[18,19]。1.3主要研究内容本阀体零件的生产纲领为20000件/年，属于大批大量生产。并对此零件进行机械加工工艺和专用夹具的设计。1、绘制零件图。设计毛坯，绘制毛坯图。2、设计机械加工工艺，完成机械加工工艺过程卡和工序卡。3、针对某道工序，设计专用夹具，并绘制夹具装配图和主要非标件零件图。对该夹具所有零件及工件进行三维造型并装配。

第2章方案设计与经济性分析2.1零件的作用及工艺性分析本阀体用于流体设备中，通过调节塞门的开度以实现流体通断和流量大小的控制。阀的体内部孔路为流体的运动通道，M36螺纹孔用于安装调节塞门，通过螺纹传动实现开度的调节，M18螺纹孔用于安装堵头或外接管路，端面法兰及安装孔用于阀体在流体设备的安装固定。本阀体的材质为牌号200的灰铸铁，具有较高的强度和较好的耐磨性能，同时铸造性能和减震性能良好，主要用在阀体、泵体、箱体等零件的生产加工中。本阀体的结构如图1-1所示，其加工面分为以孔φ25为主的加工表面和以孔φ28为主的加工表面。（1）以孔φ25为主的加工表面包括孔φ25内圆表面和端面、沉头孔4×φ7、M36×2内螺纹及端面、3×45°锥面。（1）主视图（2）剖视图图2-1零件图（2）以孔φ28为主的加工表面包括孔φ28内圆表面和端面、沉头孔4×φ7、M18×2内螺纹及端面、外方口30×30面。在加工要求上，尺寸精度方面本零件的要求较低，未标注尺寸公差，故尺寸精度等级要求按照IT12级进行选定。表面粗糙度方面，3×45°锥面、φ25内圆表面、φ28内圆表面的表面粗糙度为1.6；外方口30×30外表面的表面粗糙度为3.2；φ25端面、φ28端面、M36×2端面、M18×2端面和倒角的表面粗糙度为6.3；沉头孔4×φ7、M36×2螺纹、M18×2螺纹的表面粗糙度为12.5。2.2毛坯制造形式的确定本阀体零件材料HT200属于铸造所用材料，具有良好的铸造性[20]。同时考虑有法兰板、内部孔路等复杂结构，不易采用锻造的方式进行生产，同时结合零件的生产纲领，故采用砂型机器铸造的方式进行毛坯生产。在毛坯孔的铸造上，Φ20以上的孔通过预制孔的形式铸造，包括孔Φ25、孔Φ28和M36×2螺纹底孔。而较小尺寸的孔如M18×2螺纹底孔、沉头孔4×Φ7和螺纹孔4×M8以实体形式铸出。2.3基准面的确定因阀体底面是本零件其它尺寸的基础，从设计基准和定位基准重合的角度，可选其作为精基准。同时考虑是大批量生产，可将底面沉头4×φ7中的对角的两个孔作为工艺孔，加工至IT7精度等级，采用“一面两孔”的方式进行完全定位。相应地，选用毛坯顶面作为粗基准，完成底面的加工，同时选用Φ35外圆面和Φ28端面作为粗基准，保证底面沉头孔4×φ7的相对位置。2.4工件表面加工方法的确定在工件表面加工方法的确定上，需要根据加工表面的特征、尺寸精度等级和表面粗糙度选用适当的加工路线和加工阶段[21]。对于平面可采用粗铣、半精铣和精铣的加工路线，对于尺寸较小的孔可采用钻孔、扩孔和铰孔的加工路线，对于尺寸较大的孔可采用粗镗、半精镗和精镗的加工路线。对应每一个加工阶段，可使尺寸精度等级分别达到IT11、IT9和IT7，表面粗糙度到达Ra6.3、Ra3.2和Ra1.6。根据上述分析，确定本阀体零件表面的加工路线如表2-1所示。表2-1阀体主要表面的加工路线加工表面尺寸精度等级表面粗糙度加工路线高度尺寸80IT126.3粗铣厚度尺寸70IT126.3粗铣孔4×IT71.6钻孔、铰孔外方口30×30IT123.2粗铣、半精铣孔Φ25IT121.6粗镗、半精镗、精镗螺纹孔M36×27H12.5粗车、车螺纹3×45°锥面IT121.6粗镗、半精镗、精镗孔Φ28IT121.6粗镗、半精镗、精镗螺纹孔M18×27H12.5钻孔、攻螺纹螺纹孔4×M8IT1212.5钻孔、攻螺纹2.5工艺路线的设计1、方案一：工序10：以顶面、Φ35外圆面和Φ28端面作为粗基准，粗铣底面，并钻孔、铰孔至4×，表面粗糙度至1.6工序20：以底面和2×作为精基准，粗铣顶面，表面粗糙度至6.3工序30：以底面和2×作为精基准，粗铣Φ28端面和M18端面，表面粗糙度至6.3工序40：以底面和2×作为精基准，粗车M36底孔，并倒角C1.5，表面粗糙度至12.5工序50：以底面和2×作为精基准，粗车螺纹M36，表面粗糙度至12.5工序60：以底面和2×作为精基准，粗镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至6.3工序70：以底面和2×作为精基准，粗镗孔Φ28，并倒角C2，表面粗糙度至6.3工序80：以底面和2×作为精基准，钻底孔Φ16，并攻螺纹M18×2，表面粗糙度至12.5工序90：以底面和2×作为精基准，粗铣外方口30×30，表面粗糙度至6.3工序100：以底面和2×作为精基准，半精镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至3.2工序110：以底面和2×作为精基准，半精镗孔Φ28，表面粗糙度至3.2工序120：以底面和2×作为精基准，半精铣外方口30×30，表面粗糙度至3.2工序130：以底面和2×作为精基准，锪沉头孔4×Φ16，表面粗糙度至12.5工序140：以底面和2×作为精基准，钻底孔4×Φ6.8深14，表面粗糙度至12.5工序150：以底面和2×作为精基准，攻螺纹4×M8深10，表面粗糙度至12.5工序160：以底面和2×作为精基准，精镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至1.6工序170：以底面和2×作为精基准，精镗孔Φ28，表面粗糙度至1.6方案二：工序10：以顶面作为粗基准，粗铣底面，表面粗糙度至6.3工序20：以底面作为精基准，粗铣顶面，表面粗糙度至6.3工序30：以底面作为精基准，粗铣M18端面和Φ28端面，表面粗糙度至6.3工序40：以底面作为精基准，粗车M36底孔、倒角C1.5，并车螺纹，表面粗糙度至12.5，工序50：以底面作为精基准，粗镗、半精镗和精镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至1.6工序60：以M18端面作为精基准，粗镗、半精镗和精镗孔Φ28，并倒角C2，表面粗糙度至1.6工序70：以Φ28端面作为精基准，粗车M18底孔，并车螺纹，表面粗糙度至12.5工序80：以Φ28端面作为精基准，粗铣、半精铣外方口30×30，表面粗糙度至3.2工序90：以底面作为精基准，钻孔4×Φ7，并锪沉头孔4×Φ16，表面粗糙度至12.5工序100：以M18端面作为精基准，钻底孔4×Φ6.8深14，并攻螺纹4×M8深10，表面粗糙度至12.53、方案对比工艺路线方案一采用了工序分散的设计方式，加工阶段划分明确，且每一工序内工步较少，符合大批量生产的要求。采用基准统一的原则，并将底面的4个Φ7孔的尺寸精度提高，降低了定位表面精度造成的定位误差。并先以顶面作为粗基准在一道工序中完成了底面和工艺孔的加工，之后根据加工阶段划分和先面后孔的顺序逐步完成本工件的加工。工艺路线方案二采用了工序集中的设计方式，将相关表面的加工集中在一道工序中，工艺路线长度显著缩短，适用于小批量生产的加工。2.6经济性分析从经济加工方面分析两套加工方案，包括切削机床的使用费用、专用夹具的制造费用、切削刀具的消耗费用、切削加工的工时费用和阀体工件的废品成本[22]。针对两套工艺路线，对比分析经济性如表2-2所示。表2-2加工方案的经济性分析加工方案单价数量单位总价方案一切削机床使用费40300×8小时96000专用夹具制造费110017套18700切削刀具消耗费5017把850切削加工工时费30300×8小时72000工件的废品成本60100个6000方案二切削机床使用费80300×8小时96000专用夹具制造费110010套11000切削刀具消耗费5010把500切削加工工时费40300×8小时96000工件的废品成本60160个9600以总生产纲领20000件进行经济性的计算，由于总加工数量一定，故切削机床的单件使用时间和切削刀具的单件消耗数量一致，即这两项的单件经济成本一致。则差别出现在专用夹具的制造费用、切削加工的工时费用和阀体工件的废品成本这三方面。专用夹具方面，对于方案一共计17道工艺路线，方案二共计10道工艺路线，则此项方案一要多花费7700元。工时费用方面，由于方案二的工序集中会比方案一的工序分散产生的操作复杂性高，则加工费用会提高，按照全年300天8小时制计算，方案一要少花费24000元。工件的废品方面，一个工序中的操作复杂性越高，出现错误的概率也会越高，要求方案一的废品率为5‰，要求方案二的废品率为8‰，则方案一要少花费3600元。综上计算，方案一比方案二少花费19900。同时结合本阀体零件大批量生产的要求，确定方案一为最终的工艺加工路线，即，工序10：铸造工序20：热处理工序30：涂底漆工序40：以顶面、Φ35外圆面和Φ28端面作为粗基准，粗铣底面，并钻孔、铰孔至4×，表面粗糙度至1.6工序50：以底面和2×作为精基准，粗铣顶面，表面粗糙度至6.3工序60：以底面和2×作为精基准，粗铣Φ28端面和M18端面，表面粗糙度至6.3工序70：以底面和2×作为精基准，粗车M36底孔，并倒角C1.5，表面粗糙度至12.5工序80：以底面和2×作为精基准，粗车螺纹M36，表面粗糙度至12.5工序90：以底面和2×作为精基准，粗镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至6.3工序100：以底面和2×作为精基准，粗镗孔Φ28，并倒角C2，表面粗糙度至6.3工序110：以底面和2×作为精基准，钻底孔Φ16，并攻螺纹M18×2，表面粗糙度至12.5工序120：以底面和2×作为精基准，粗铣外方口30×30，表面粗糙度至6.3工序130：以底面和2×作为精基准，半精镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至3.2工序140：以底面和2×作为精基准，半精镗孔Φ28，表面粗糙度至3.2工序150：以底面和2×作为精基准，半精铣外方口30×30，表面粗糙度至3.2工序160：以底面和2×作为精基准，锪沉头孔4×Φ16，表面粗糙度至12.5工序170：以底面和2×作为精基准，钻底孔4×Φ6.8深14，表面粗糙度至12.5工序180：以底面和2×作为精基准，攻螺纹4×M8深10，表面粗糙度至12.5工序190：以底面和2×作为精基准，精镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至1.6工序200：以底面和2×作为精基准，精镗孔Φ28，表面粗糙度至1.6工序210：终检

第3章工艺规程设计3.1毛坯尺寸的确定本工件为大批量生产，且工艺方法为砂型机器铸造，可取尺寸公差等级CT=10，加工余量等级为G级。根据本工件的最大轮廓尺寸80、机械加工余量等级G级，确定铸件机械加工余量为RMA=1.4。在毛坯件设计中，由于孔Φ25和螺纹孔M36同轴线且连通，故毛坯孔尺寸按照Φ25进行确定，以简化毛坯结构。1、高度尺寸80为双侧外表面，当铸件基本尺寸>63~100，铸件尺寸公差为CT=3.2，则， R=F+RMA+CT/2=80+2×1.4+3.2/2=84.4 (3-1)取整R=85mm2、厚度尺寸70为双侧外表面，当铸件基本尺寸>63~100，铸件尺寸公差为CT=3.2，则， R=F+2RMA+CT/2=70+2×1.4+3.2/2=74.4 (3-2)取整R=75mm3、孔Φ25和螺纹孔M36×2为双侧内表面，当铸件基本尺寸>16~25时，铸件尺寸公差CT=2.4，则， R=F+RMA+CT/2=25-2×1.4-2.4/2=21 (3-3)即R=21mm4、孔Φ28为双侧内表面，当铸件基本尺寸>25~40时，铸件尺寸公差CT=2.6，则， R=F+RMA+CT/2=28-2×1.4-2.6/2=23.9 (3-4)即整R=24mm故确定铸件的毛坯尺寸参数如表3-1所示。表3-1铸件毛坯尺寸加工表面加工余量铸造尺寸尺寸偏差高度尺寸802.885±1.6厚度尺寸702.875±1.6孔Φ25和螺纹孔M36×22.8Φ21±1.2孔Φ282.8Φ24±1.33.2机械加工余量和工序尺寸的确定1、高度尺寸80表3-2高度尺寸80的工序尺寸要求切削表面切削余量尺寸精度要求工序尺寸精度要求加工粗糙度毛坯85±1.6粗铣底面2.5IT1282.5±0.156.3粗铣顶面2.5IT1280±0.156.32、厚度尺寸70表3-3厚度尺寸70的工序尺寸要求切削表面切削余量尺寸精度要求工序尺寸精度要求加工粗糙度毛坯75±1.6粗铣底面2.5IT1277.5±0.156.3粗铣顶面2.5IT1275±0.156.33、钻、铰孔Φ7表3-4过程质量要求切削表面切削余量尺寸精度要求工序尺寸精度要求加工粗糙度钻孔6.8IT12Φ6.86.3铰孔0.2IT7Φ71.64、孔Φ25表3-5过程质量要求切削表面切削余量尺寸精度要求工序尺寸精度要求加工粗糙度毛坯Φ21±1.2粗镗3.7IT12Φ24.7半精镗0.2IT12Φ24.93.2精镗0.1IT12Φ251.65、孔Φ28表3-6过程质量要求切削表面切削余量尺寸精度要求工序尺寸精度要求加工粗糙度毛坯Φ24±1.4粗镗3.7IT12Φ27.76.3半精镗0.2IT12Φ27.93.2精镗0.1IT12Φ281.66、M36×2表3-7过程质量要求切削表面切削余量尺寸精度要求工序尺寸精度要求加工粗糙度毛坯Φ21±1.2第一次粗车6IT12Φ2712.5第二次粗车6IT12Φ3312.5车螺纹1.5M36×212.57、外方口30×30表3-8过程质量要求切削表面切削余量尺寸精度要求工序尺寸精度要求加工粗糙度粗铣4.5IT1230.5×30.512.5半精铣0.5IT1230×3012.58、螺纹孔M18，先钻底孔Φ169、螺纹孔4×M8，先钻底孔Φ6.83.3工艺装备的确定具体工艺装备如表3-9所示表3-9工艺装备的选用工序号机床类型刀具类型量具类型40多工位专用机床YG8硬质合金端铣刀（D=100,Z=5），Φ6.8高速钢麻花钻，Φ7高速钢铰刀游标卡尺、内径千分尺50X51K立式铣床YG8硬质合金端铣刀（D=100,Z=5）游标卡尺60X2540双柱铣床YG8硬质合金端铣刀（D=100,Z=5）游标卡尺70CA6140卧式车床YG8硬质合金内孔车刀游标卡尺80CA6140卧式车床YG8硬质合金螺纹车刀螺纹量规90T68卧式镗床YG8硬质合金镗刀游标卡尺100T4163立式镗床YG8硬质合金镗刀游标卡尺110Z525立式钻床Φ16高速钢麻花钻、M18机用丝锥游标卡尺、螺纹量规120X51K立式铣床YG8硬质合金立铣刀(D=20、z=4)游标卡尺130T68卧式镗床YG8硬质合金镗刀游标卡尺140T4163立式镗床YG8硬质合金镗刀游标卡尺150X51K立式铣床YG8硬质合金立铣刀(D=20、z=4)游标卡尺160组合钻床Φ16高速钢锪孔钻游标卡尺170组合钻床Φ6.8高速钢麻花钻游标卡尺180组合钻床M8机用丝锥螺纹量规190T68卧式镗床YG8硬质合金镗刀内径千分尺200T4163立式镗床YG8硬质合金镗刀内径千分尺3.4切削用量的确定工序40：以顶面、Φ35外圆面和Φ28端面作为粗基准，粗铣底面，并钻孔、铰孔至4×，表面粗糙度至1.6本工序分为三个工步，分别为工步1粗铣底面、工步2钻孔至4×Φ6.8和工步3铰孔至4×（1）加工机床：多工位专用机床（2）加工刀具：工步1为规格D=100、z=5的YG8硬质合金端铣刀工步2为规格Φ6.8高速钢麻花钻工步3为规格Φ7高速钢铰刀（3）加工参数：工步1由加工余量、单边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为2.5mm，由工件尺寸确定切削宽度为70mm。由刀具材质、工件材质、铣床主轴功率确定每齿进给量为f=0.2mm/z、切削速度为v=65m/min。则计算进给量为1mm/r，加工机床主轴转速为：。由于本机床主轴为无级调速，故取转速为n=210r/min，则实际切削速度为：。工步2由加工余量和双边切削确定背吃刀量为3.4mm。由刀具材质、工件材质、钻削孔径确定进给量为f=0.16mm/z、切削速度为v=12m/min。则计算加工机床主轴转速为：。由于本机床主轴为无级调速，故取转速为n=560r/min，则实际切削速度为，。工步3由加工余量和双边切削确定背吃刀量为0.1mm。由刀具材质、工件材质、钻削孔径确定进给量为f=0.3mm/z、切削速度为v=4m/min。则计算加工机床主轴转速为：。由于本机床主轴为无级调速，故取转速为n=180r/min，则实际切削速度为：。工序50：以底面和2×作为精基准，粗铣顶面，表面粗糙度至6.3（1）加工机床：X51立式铣床（2）加工刀具：规格D=100、z=5的YG8硬质合金端铣刀（3）加工参数：由加工余量、单边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为2.5mm，由工件尺寸确定切削宽度为50mm。由刀具材质、工件材质、铣床主轴功率确定每齿进给量为f=0.2mm/z、切削速度为v=65m/min。则计算进给量为1mm/r，加工机床主轴转速为： (3-5)由X51主轴转速系列取n=210r/min，则实际切削速度为： (3-6)工作台进给量为：nf=210×1=210mm/min (3-7)由X51进给系列取=205mm/min。工序60：以底面和2×作为精基准，粗铣Φ28端面和M18端面，表面粗糙度至6.3（1）加工机床：X2540双柱铣床（2）加工刀具：规格D=100、z=5的YG8硬质合金端铣刀（3）加工参数：由加工余量、单边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为2.5mm，由工件尺寸确定最大切削宽度为66mm。由刀具材质、工件材质、铣床主轴功率确定每齿进给量为f=0.2mm/z、切削速度为v=65m/min。则计算进给量为1mm/r，加工机床主轴转速为：。由X2540主轴转速系列取n=210r/min，则实际切削速度为：。则工作台进给量为nf=210×1=210mm/min，由X2540进给系列取=205mm/min。工序70：以底面和2×作为精基准，粗车M36底孔，并倒角C1.5，表面粗糙度至12.5本工序分为两个工步，分别为工步1粗车M36底孔Φ33和工步2倒角C1.5（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：工步1为规格YG8硬质合金内孔车刀工步2为规格YG8硬质合金内孔车刀（3）加工参数：工步1由加工余量、双边切削和两次走刀完成确定背吃刀量为3mm。由刀具材质、工件材质、切削深度和CA6140进给系列确定进给量为f=0.66mm/r、切削速度为v=65m/min。则计算加工机床主轴转速为：。由CA6140主轴转速系列取n=560r/min，则实际切削速度为：。工步2由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为1.5mm。由于和工步1的尺寸相近，故按照工步1的切削参数取进给量为f=0.66mm/r、机床主轴转速为n=560r/min，实际切削速度为。工序80：以底面和2×作为精基准，粗车螺纹M36，表面粗糙度至12.5（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：规格YG8硬质合金螺纹车刀（3）加工参数：本螺纹共三次走刀完成，第一次背吃刀量为0.6mm，之后逐次减少。根据M36螺距要求确定进给量为f=2mm/r。根据刀具材质、工件材质、螺纹直径确定切削速度为v=50m/min。则计算加工机床主轴转速为：。由CA6140主轴转速系列取n=450r/min，则实际切削速度为：。工序90：以底面和2×作为精基准，粗镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至6.3本工序分为两个工步，分别为工步1粗镗孔Φ25和工步2粗镗锥面3×45°（1）加工机床：T68卧式镗床（2）加工刀具：工步1为规格YG8的硬质合金镗刀工步2为规格YG8的硬质合金镗刀（3）加工参数：工步1由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为1.85mm。由刀具材质、工件材质和T68进给系列确定进给量为f=0.74mm/r、切削速度为v=40m/min。则计算加工机床主轴转速为：由T68主轴转速系列取n=500r/min，则实际切削速度为：。工步2由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为1.85mm。由于和工步1的尺寸相近，故按照工步1的切削参数取进给量为f=0.74mm/r、机床主轴转速为n=500r/min，实际切削速度为。辅助时间为：工序100：以底面和2×作为精基准，粗镗孔Φ28，并倒角C2，表面粗糙度至6.3本工序分为两个工步，分别为工步1粗镗孔Φ28和工步2倒角C2（1）加工机床：T4163立式镗床（2）加工刀具：工步1为规格YG8的硬质合金镗刀工步2为规格YG8的硬质合金镗刀（3）加工参数：工步1由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为1.85mm。由刀具材质、工件材质确定进给量为f=0.74mm/r、切削速度为v=40m/min。则计算加工机床主轴转速为：由于本机床主轴为无级调速，故取转速为n=460r/min，则实际切削速度为v=40m/min。工步2由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为2mm。由于和工步1的尺寸相近，故按照工步1的切削参数取进给量为f=0.74mm/r、机床主轴转速为n=460r/min，实际切削速度为v=40m/min。工序110：以底面和2×作为精基准，钻底孔Φ16，并攻螺纹M18×2，表面粗糙度至12.5本工序分为两个工步，分别为工步1钻底孔Φ16和工步2攻螺纹M18×2（1）加工机床：Z525立式钻床（2）加工刀具：工步1为规格Φ16高速钢麻花钻工步2为规格M18机用丝锥（3）加工参数：工步1由加工余量和双边切削确定背吃刀量为8mm。由刀具材质、工件材质、钻削孔径和Z525进给系列确定进给量为f=0.36mm/z、切削速度为v=16m/min。则计算加工机床主轴转速为：由Z525主轴转速系列取转速为n=272r/min，则实际切削速度为：。工步2由加工余量和双边切削确定背吃刀量为1mm。根据M18螺距要求确定进给量为f=2mm/r。根据刀具材质、工件材质、螺纹直径确定切削速度为v=12m/min。则计算加工机床主轴转速为：由Z525主轴转速系列取转速为n=195r/min，则实际切削速度为：。工序120：以底面和2×作为精基准，粗铣外方口30×30，表面粗糙度至6.3（1）加工机床：X51立式铣床（2）加工刀具：规格D=20、z=4的YG8硬质合金立铣刀（3）加工参数：由加工余量、单边切削和每面一次走刀完成确定背吃刀量为5mm，由工件尺寸确定切削宽度为4.5mm。由刀具材质、切削宽度、铣刀直径确定每齿进给量为f=0.04mm/z、切削速度为v=98m/min。则计算进给量为0.16mm/r，加工机床主轴转速为：由X51主轴转速系列取n=1500r/min，则实际切削速度为：。工作台进给量为nf=1500×0.16=240mm/min，由X51进给系列取=250mm/min。工序130：以底面和2×作为精基准，半精镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至3.2本工序分为两个工步，分别为工步1半精镗孔Φ25和工步2半精镗锥面3×45°（1）加工机床：T68卧式镗床（2）加工刀具：工步1为规格YG8的硬质合金镗刀工步2为规格YG8的硬质合金镗刀（3）加工参数：工步1由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为0.1mm。由刀具材质、工件材质和T68进给系列确定进给量为f=0.52mm/r、切削速度为v=50m/min。则计算加工机床主轴转速为：由T68主轴转速系列取n=630r/min，则实际切削速度为：。工步2由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为0.1mm。由于和工步1的尺寸相近，故按照工步1的切削参数取进给量为f=0.52mm/r、机床主轴转速为n=630r/min，实际切削速度为。工序140：以底面和2×作为精基准，半精镗孔Φ28，表面粗糙度至3.2（1）加工机床：T4163立式镗床（2）加工刀具：规格YG8的硬质合金镗刀（3）加工参数：由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为0.1mm。由刀具材质、工件材质确定进给量为f=0.52mm/r、切削速度为v=50m/min。则计算加工机床主轴转速为：由于本机床主轴为无级调速，故取转速为n=570r/min，则实际切削速度为v=50m/min。工序150：以底面和2×作为精基准，半精铣外方口30×30，表面粗糙度至3.2（1）加工机床：X51立式铣床（2）加工刀具：规格D=20、z=4的YG8硬质合金立铣刀（3）加工参数：由加工余量、单边切削和每面一次走刀完成确定背吃刀量为5mm，由工件尺寸确定切削宽度为0.5mm。由刀具材质、切削宽度、铣刀直径确定每齿进给量为f=0.04mm/z、切削速度为v=165m/min。则计算进给量为0.16mm/r，加工机床主轴转速为：由X51主轴转速系列取n=1800r/min，则实际切削速度为：。则工作台进给量为：nf=1800×0.16=288mm/min，由X51进给系列取=300mm/min。工序160：以底面和2×作为精基准，锪沉头孔4×Φ16，表面粗糙度至12.5（1）加工机床：组合钻床（2）加工刀具：规格Φ16高速钢锪孔钻（3）加工参数：由加工余量和双边切削确定背吃刀量为4.5mm。由刀具材质、工件材质、钻削孔径确定进给量为f=0.1mm/z、切削速度为v=12m/min。则计算加工机床主轴转速为：由于本机床主轴为无级调速，故取转速为n=240r/min，则实际切削速度为：。工序170：以底面和2×作为精基准，钻底孔4×Φ6.8深14，表面粗糙度至12.5（1）加工机床：组合钻床（2）加工刀具：规格Φ6.8高速钢麻花钻（3）加工参数：由加工余量和双边切削确定背吃刀量为3.4mm。由刀具材质、工件材质、钻削孔径确定进给量为f=0.16mm/z、切削速度为v=12m/min。则计算加工机床主轴转速为：由于本机床主轴为无级调速，故取转速为n=560r/min，则实际切削速度为：。工序180：以底面和2×作为精基准，攻螺纹4×M8深10，表面粗糙度至12.5（1）加工机床：组合钻床（2）加工刀具：规格M8机用丝锥（3）加工参数：由加工余量和双边切削确定背吃刀量为0.6mm。根据M8螺距要求确定进给量为f=1.25mm/r。根据刀具材质、工件材质、螺纹直径确定切削速度为v=6m/min。则计算加工机床主轴转速为：由于本机床主轴为无级调速，故取转速为n=240r/min，则实际切削速度为：。工序190：以底面和2×作为精基准，精镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至1.6本工序分为两个工步，分别为工步1半精镗孔Φ25和工步2半精镗锥面3×45°（1）加工机床：T68卧式镗床（2）加工刀具：工步1为规格YG8的硬质合金镗刀工步2为规格YG8的硬质合金镗刀（3）加工参数：工步1由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为0.05mm。由刀具材质、工件材质和T68进给系列确定进给量为f=0.37mm/r、切削速度为v=65m/min。则计算加工机床主轴转速为：由T68主轴转速系列取n=800r/min，则实际切削速度为：。工步2由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为0.05mm。由于和工步1的尺寸相近，故按照工步1的切削参数取进给量为f=0.37mm/r、机床主轴转速为n=800r/min，实际切削速度为。工序200：以底面和2×作为精基准，精镗孔Φ28，表面粗糙度至1.6（1）加工机床：T4163立式镗床（2）加工刀具：规格YG8的硬质合金镗刀（3）加工参数：由加工余量、双边切削和一次走刀完成确定背吃刀量为0.05mm。由刀具材质、工件材质确定进给量为f=0.37mm/r、切削速度为v=65m/min。则计算加工机床主轴转速为。由于本机床主轴为无级调速，故取转速为n=740r/min，则实际切削速度为v=65m/min。3.5基本工时的确定工序40：以顶面、Φ35外圆面和Φ28端面作为粗基准，粗铣底面，并钻孔、铰孔至4×，表面粗糙度至1.61、工步1根据切削长度L=70mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-8)辅助时间为 (3-9)2、工步2根据切削长度L=6mm、切入长度=3mm、切出长度=3mm、四个孔一同走刀，计算有，基本工时为 (3-10)辅助时间为 (3-11)3、工步3根据切削长度L=6mm、切入长度=3mm、切出长度=3mm、四个孔一同走刀，计算有，基本工时为 (3-12)辅助时间为 (3-13)工序50：以底面和2×作为精基准，粗铣顶面，表面粗糙度至6.3根据切削长度L=50mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-14)辅助时间为 (3-15)工序60：以底面和2×作为精基准，粗铣Φ28端面和M18端面，表面粗糙度至6.3根据切削长度L=66mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-16)辅助时间为 (3-17)工序70：以底面和2×作为精基准，粗车M36底孔，并倒角C1.5，表面粗糙度至12.51、工步1根据切削长度L=15mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-18)辅助时间为 (3-19)2、工步2根据切削长度L=1.5mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-20)辅助时间为 (3-21)工序80：以底面和2×作为精基准，粗车螺纹M36，表面粗糙度至12.5根据切削长度L=15mm、切入长度、切出长度、三次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-22)辅助时间为 (3-23)工序90：以底面和2×作为精基准，粗镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至6.31、工步1根据切削长度L=46mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-25)辅助时间为 (3-26)2、工步2根据切削长度L=3mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-27)辅助时间为 (3-28)工序100：以底面和2×作为精基准，粗镗孔Φ28，并倒角C2，表面粗糙度至6.31、工步1根据切削长度L=15mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-29)辅助时间为 (3-30)2、工步2根据切削长度L=2mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-31)辅助时间为 (3-32)工序110：以底面和2×作为精基准，钻底孔Φ16，并攻螺纹M18×2，表面粗糙度至12.51、工步1根据切削长度L=15mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-33)辅助时间为 (3-34)2、工步2根据切削长度L=15mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-35)辅助时间为 (3-36)工序120：以底面和2×作为精基准，粗铣外方口30×30，表面粗糙度至6.3根据切削长度L=30mm、切入长度、切出长度、共走刀四次，计算有，基本工时为 (3-37)辅助时间为 (3-38)工序130：以底面和2×作为精基准，半精镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至3.21、工步1根据切削长度L=46mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-39)辅助时间为 (3-40)2、工步2根据切削长度L=3mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-41)辅助时间为 (3-42)工序140：以底面和2×作为精基准，半精镗孔Φ28，表面粗糙度至3.2根据切削长度L=15mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-43)辅助时间为 (3-44)工序150：以底面和2×作为精基准，半精铣外方口30×30，表面粗糙度至3.2根据切削长度L=30mm、切入长度、切出长度、共走刀四次，计算有，基本工时为 (3-45)辅助时间为 (3-46)工序160：以底面和2×作为精基准，锪沉头孔4×Φ16，表面粗糙度至12.5根据切削长度L=1mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-47)辅助时间为 (3-48)工序170：以底面和2×作为精基准，钻底孔4×Φ6.8深14，表面粗糙度至12.5根据切削长度L=14mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-49)辅助时间为 (3-50)工序180：以底面和2×作为精基准，攻螺纹4×M8深10，表面粗糙度至12.5根据切削长度L=10mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-51)辅助时间为 (3-52)工序190：以底面和2×作为精基准，精镗孔Φ25和锥面3×45°，表面粗糙度至1.61、工步1根据切削长度L=46mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-53)辅助时间为 (3-54)2、工步2根据切削长度L=3mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-55)辅助时间为 (3-56)工序200：以底面和2×作为精基准，精镗孔Φ28，表面粗糙度至1.6根据切削长度L=15mm、切入长度、切出长度、一次走刀完成，计算有，基本工时为 (3-57)辅助时间为 (3-58)第4章专用夹具的设计本章节针对“工序100：以底面和2×作为精基准，粗镗孔Φ28，并倒角C2，表面粗糙度至6.3”，进行专用镗夹具的设计。4.1定位结构设计4.1.1定位基准的选择由于本工件为大批量生产，根据基准统一的加工原则，本工序也采用阀体底面和底面上的两个孔2×Φ7作为定位基准。具体地，对阀体底面进行面定位，作为主要定位表面，限制两个转动自由度和一个移动自由度。对其中一个工艺孔内圆表面进行定位，作为次要定位表面，限制两个移动自由度。对间隔较远的另一个工艺孔内圆表面进行定位，限制一个转动自由度。即通过“一面两孔”的定位方式实现了工件的完全定位。4.1.2定位元件的设计对阀体底面，选用两条支承板组合成定位平面实现此面的定位。由于定位表面尺寸、其它定位元件安装等因素，本支承板采用非标准元件。具体尺寸（长×宽×高）为100×16×10，固定孔采用沉头孔的形式，通过M6的内六角圆柱头螺钉进行紧固，在定位销安装位置设置让位孔，以避免两者发生干涉。对两个定位孔φ7H7内圆表面，采用短圆柱销和菱形销进行组合定位，通过两者组合限制两个移动自由度和一个转动自由度。两个定位销的工作部分尺寸偏差采用基轴制h7。两个定位销的定位部分长度需短于夹具体安装面厚度，尺寸偏差为n6，并与安装孔为过渡配合H7/n6。并在定位销上设置螺纹轴段，通过六角螺母将其与夹具体紧固。4.1.3定位误差的计算1、在垂直于阀体底面方向上，由于底面和定位元件紧密接触，故此方向的φ28孔的位置误差由镗套与支承板的距离误差和支承板自身的加工误差组成。镗套与支承板的距离误差为±0.015mm，支承板的高度误差取基轴制IT7级，即0.015mm，则在垂直于底面方向上φ28孔的最大位置误差为， (4-1)由于此方向φ28孔未标注位置精度，故根据GB/T1804-m取位置公差为±0.2mm。根据定位元件的尺寸精度为工件相应尺寸精度的1/5~1/3，有， (4-2)故所设计的定位元件可用满足要求。2、在阀体的重力方向上，由于工件工艺孔轴线与重力方向垂直，故在重力作用下阀体φ7内圆表面的上半部分会与圆柱定位销工作部分外圆面接触，同时因菱形销与φ7孔存在公差间隙，还出现阀体绕圆柱定位销轴线转动的情况。此时应定位元件尺寸精度为产生的定位误差为， (4-3) (4-4)式中，为阀体孔的公差0.015mm。为圆柱销的公差公差0.015mm。为两者的最小间隙，当阀体定位孔和定位销的尺寸偏差均为0时，。为孔的公差0.015mm。为菱形销的公差公差0.015mm。为第一定位基准孔与圆柱定位销间的最小间隙；为第二定位基准孔与削边销销间的最小间隙，当阀体定位孔和定位销的尺寸偏差均为0时，。L为两基准孔的间距，有工件零件图可知L=71mm。则， (4-5) (4-6)在平行于底面方向上φ28孔未标注位置精度，故根据GB/T1804-m取位置公差为±0.2mm、角度公差为±10′。根据定位元件的尺寸精度为工件相应尺寸精度的1/5~1/3，有， (4-7) (4-8)故所设计的定位元件可用满足要求。4.2导向装置在本工序中采用镗套作为导向装置，以提高刀具的对刀速度和保证所镗孔的位置精度。为提高镗模板的使用寿命，故在镗套和镗模板之间安装衬套。衬套与镗模板采用过渡配合H7/n6，镗套与衬套采用过盈配合F7/m6。4.3夹紧结构设计4.3.1夹紧力的确定在本工序中，阀体底面作为主要定位表面具有更强的载荷承载能力，故将夹紧力施加在垂直于阀体底面的方向上。由于夹紧力动态变化，通常估算切削力后乘以安全系数。采用YG8镗刀切削铸铁的切削力公式为，其中各参数为切削参数或刀具规格参数，、f=0.74mm/r、。得， (4-9)取安全系数K=2.2，则所需夹紧为， (4-10)在镗削力的作用下，阀体会产生绕定位销轴线的转动，由零件图可知φ28孔轴线和定位销轴线的距离为25mm，则转矩为， (4-11)4.3.2夹紧机构的设计本工序采用自动化夹具进行工件的装夹，具体为采用气缸作为动力源、移动压板为夹紧元件。同时气缸内压缩空气压强为P=0.8MPa。则气缸产生的夹紧力为， (4-12)通过气缸的夹紧作用，会使支承板与阀体底面、压头与阀体夹紧面产生压力，进而产生支承板、压头与阀体表面产生摩擦转矩，此摩擦转矩大于镗削力产生的转矩即可保证夹紧稳定，即， (4-13)其中，取摩擦系数为0.3，支承板和压头到定位销轴线的距离分别为71mm和50mm。得D>47mm根据《GB2348-2018流体传动系统及元件缸径及活塞杆直径》，取气缸缸径为D=50mm即可满足夹紧力需求。4.4夹具三维造型4.4.1夹具重要零件的三维造型1、夹具体，作为夹具的基础零件，用于定位元件和夹紧元件的安装[23]。图4-1夹具体2、支承板，通过两块支承板进行面定位。图4-2支承板3、压头，通过气缸作用，用于将工件压紧。图4-3压头4、铰链杆，用于气缸活塞杆和压头连接图4-5铰链杆6、气缸，用于施加夹紧力图4-6气缸7、气缸安装板，用于安装气缸图4-8气缸安装板9、圆柱定位销，通过圆柱定位销对内圆表面进行定位，限制2个自由度。图4-10圆柱定位销11、菱形式定位销，通过对内圆表面进行定位，限制1个自由度。图4-12菱形定位销12、镗套，用于镗刀的快速对刀和导向。图4-12镗套4.4.2夹具三维装配图夹具体装配如图4-13所示。图4-13镗夹具装配图

第5章工程与社会可持续发展是当今社会发展的重要战略。在机械加工过程中，切削产生的切屑、使用过的切削液都会对环境产生一定的负面影响，而对机械加工工艺进行优化可以有效降低甚至消除其对环境造成的污染。本阀体的材料为HT200，具有铸造性能好、切削性能好、使用寿命长、可回收再利用的优点。铸造性能好意味着在铸造毛坯时更容易铸造成满足要求的形状结构，降低出现废品的几率，降低无效的能源消耗。切削性能好意味着切削机床、切削夹具和切削刀具更易满足其切削要求，对切削装备造成更小的损耗，切削工艺更易满足其尺寸精度要求。使用寿命长意味可以减少本阀体的更换次数，进而减少生产量，从长远角度会大幅度降低生产零件所造成的能量消耗。可回收再利用意味着可对阀体本身其产生的切屑进行回收和二次利用，通过熔炼再次铸造成型，在一些强度要求较低的工作场合进行重新利用，以大幅节省材料的消耗，通过二次利用提高企业的经济效益，同时提高社会的环保效益。对机械加工工艺进行优化，可以提高零件的加工效率、加工质量，优化专用夹具使用，降低零件的加工成本。优化专用夹具使用，更多的意味着减少专用夹具的数量，提高专用夹具的使用性能。减少专用夹具，可在满足使用要求的情况下尽可能减小体积，降低不必要的基材消耗，减少夹具的制造费用。提高夹具使用性能，可以在切削过程中，对工艺路线的优化对于积极的响应作用，夹具性能的提高了，则加工的精度也会因定位精度提高而提高，装夹的效率和夹紧的可靠性也会随之提升。同时，在高速高效制造加工的背景下，也为阀体零件的高效加工、柔性制造提供一定的实践积累，进而为机械加工工艺的升级、金属切削设备的优化发挥积极的作用，最终使国内的机械制造产品在激烈的市场竞争中立于领先地位。

第6章总结阀门作为液压传动和流体输运设备中的常用元件，可以实现流体的通断、流动方向、流动速度和压力控制。阀体的加工精度、表面质量直接关系到阀门的质量性能，为此，本课题针对阀体零件进行了机械加工工艺规程和专用镗夹具的设计。首先，对本阀体零件的加工方案进行了分析确定。完成了阀体零件的结构功能和工艺特性的分析，确定了各加工表面的技术要求。由阀体材料HT200确定毛坯生产方式为砂型机器铸造。确定精基准面为阀体底面和孔Φ7H7，粗基准为毛坯顶面、Φ35外圆面和Φ28端面。由各加工表面的技术要求确定了相应的加工方法，并根据“先粗后精