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阀体工艺工装设计及部分零件制作

【摘 要】本文首先对阀体进行了分析，画出了零件毛坯图和零件图。其次对零件进行了工艺分析，设计出了工艺路线和填写了工序过程卡，并对其中一道工序切削用量和工时额定计算方法进行了具体说明了。再次对粗车内孔这道工序进行了夹具设计可行性分析并最终确定，从而绘制出了夹具装配图和全部零件零件图。最终写出了所设计每个夹具零件工艺过程，并利用金工车间机床对其各个零件进行了加工制作。
【关键词】阀体；加工工艺；夹具设计制造

目 录
1 序言 3
1.1 设计目标和意义 3
1.2 设计要求及内容 3
2 零件工艺分析 4
2.1 零件作用 4
2.2 零件工艺分析 4
3 零件工艺设计 4
3.1 确定毛坯 4
3.2 工艺规程设计 5
3.2.1 定位基准选择 5
3.2.2 制订工艺路线 5
3.2.3 选择加工设备及刀、夹、量具 6
3.2.4 加工工序设计 7
4 专用夹具设计 14
4.1 定位基准选择 14
4.2 定位误差分析 15
4.2.1 铣侧面 15
4.3 定位精度分析 15
4.4 夹具设计及操作简明说明 15
结论 17
致谢 18

1 序言
1.1 设计目标和意义
毕业设计是在完成了机械设计工艺学、机床夹具设计及大学其它课程后，并进行了生产实习基础上一个教育步骤，它要求学生全方面地综合利用本课程及相关课程理论和实践知识，进行零件加工工艺规程设计和加床夹具设计。其目标和意义在于：
(1)培养学生利用机械制造工艺学及相关课程（工程材料于热处理、机械设计、公差和技术测量、金属切削机床、金属切削原理和刀具等）知识，结合生产实际中学到实践知识，独立地分析和处理工艺问题，含有设计一个复杂程度零件工艺规程能力。
(2)能依据一个被加工零件技术要求，利用夹具设计原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，提升结构设计能力。
（3）培养学生熟悉并利用相关手册、规范、图表等技术资料能力。
(4)深入培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基础技能。
1.2 设计要求及内容
此次设计要求编制一个复杂程度零件机械加工工艺规程，按老师指定任务设计其中几道工序专用夹具，并撰写设计说明书。学生在老师指导下，按任务书要求，认真、有计划按时完成设计任务。必需以负责态度对待自己所作技术决定、数据和计算结果。注意理论于实践结合，以使整个设计在技术上是最优异，在经济上是合理，在生产上是可行。
具体内容以下：
（1）确定生产类型（通常为中批或大批生产），对零件进行工艺分析。
（2）选择毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图（零件—毛坯合图）。
（3）拟订零件机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备（刀具、夹具、量具、辅具），确定各工序切削用量及工序尺寸，计算某一代表工序工时定额。
（4）填写工艺文件：工艺过程卡片（或工艺卡片）、工序卡片（也可视工作量大小只填部分关键工序工序卡片）。
（5）设计指定工序专用夹具，绘制装配总图和关键零件图。
（6）撰写设计说明书。

2 零件工艺分析
2.1 零件作用
该阀体零件是经过三个Φ35㎜孔和其它物体连接，在侧面孔上安装一个阀门，能够利用阀门大小来控制液体流量，或和其它物体连接进行工作。
2.2 零件工艺分析
阀体共有上、下、侧三个面，其中每一个面全部要和其它物体连接。最优异行机械加工表面是精基准I、L面，这时定位夹紧方案为:用一定位销插入Φ35㎜孔内限制二个自由度，在用活动压板压住底板来限制其它四个自由度。
由参考文件【2】中相关面和孔加工经济精度及机床能达成精度可知，上述技术要求是能够达成，零件结构工艺性也是可行。
3 零件工艺设计
3.1 确定毛坯
依据零件材料确定毛坯为铸件。毛坯铸造方法选择砂型机器造型。由参考文件【1】，该种铸件尺寸公差等级CT为8～10级，加工余量等级MA为G级。故取CT为10级，MA为G级。
由参考文件【1】表2-4，用查表法确定各表面总余量图3-1所表示。
表3-1 各加工表面总余量
加工表面
基础尺寸（㎜）
加工余量等级
加工余量数值（㎜）
说明
H面
120
H
4
顶面
I面
114
H
4
顶面
J面
90
H
3
顶面
K面
90
G
3
底面
L面
114
G
4
底面
M面
120
G
4
底面
N面
154
G
4
侧面
I、L面2-Φ35㎜孔
35
H
3
侧面
I、L面2-Φ25㎜孔
25
H
3

N面Φ35㎜孔
35
H
3

由参考文件【1】表2-5，可得铸件关键尺寸公差，如表3-2所表示。
表3-2 关键毛坯尺寸级公差 （㎜）
关键面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
H面
120
4
124
0.32
35内圆面1
35
2.5
37.5
0.24
I面
114
4
118
0.28
J面
90
3.5
93.5
0.28
Φ25内圆面1
25
2.5
27.5
0.168
Φ25内圆面2
25
2.5
27.5
0.168
K面
90
3.5
93.5
0.28
Φ35内圆面2
35
2.5
37.5
0.24
L面
114
4
118
0.28
M面
120
4
124
0.32
N面
154
4
158
0.32
Φ35侧面内圆面1
35
2.5
37.5
0.24
3.2 工艺规程设计
3.2.1 定位基准选择
精基准选择:精基准选择关键考虑基准重合问题。当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。
粗基准选择：考虑到以下几点要求，选择阀体零件关键孔（即Φ35㎜孔）毛坯孔和阀体内壁作粗基准：第一，在确保各加工面均用加工和来那个前提下，使关键孔加工余量尽可能均匀；第二，装入阀体内零件和阀体内壁由足够间隙；另外还应确保定位正确、加进可靠。
最优异行机械加工表面是精基准I、L面，这时定位夹紧方案为:用一定位销插入Φ35㎜孔内限制二个自由度，在用活动压板压住底板来限制其它四个自由度，这种方案适适用于中、大批生产，故方案可行。
3.2.2 制订工艺路线
依据各表面加工要求和多种加工方法能达成经济精度，确定各表面加工方法以下:
初步拟订加工工艺路线以下：
工序1:车上表面及台阶端面
工序2:车下表面及台阶端面
工序3:铣侧面
工序4:钻上表面4-Φ11㎜孔，扩Φ25㎜孔
工序5:锪Φ35㎜孔
工序6:钻下表面4-Φ11㎜孔，扩Φ25㎜孔
工序7:锪Φ35㎜孔
工序8:钻侧面2-Φ11㎜孔
工序9: 扩侧面Φ35㎜孔
因为在设计铣床家俱时需要用下表面上Φ11㎜孔插入菱形销来定位，故铣侧面这道工序应安排在钻孔完成后进行，所以修改后方案以下：
工序1:车上表面及台阶端面
工序2:车下表面及台阶端面
工序3:钻上表面4-Φ11㎜孔，扩Φ25㎜孔
工序4:锪Φ35㎜孔
工序5:钻下表面4-Φ11㎜孔，扩Φ25㎜孔
工序6:锪Φ35㎜孔
工序7:铣侧面
工序8:钻侧面2-Φ11㎜孔
工序9: 扩侧面Φ35㎜孔
以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。
3.2.3 选择加工设备及刀、夹、量具
因为生产类型为中、大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少许专用机床。其生产方法为以通用机床加专用机床为主，辅以少许专用机床流水生产线。工件在各机床上装卸及各机床间传送均由人工完成。
车上表面及台阶端面。选择C620-1车床（参考文件【2】表4-3），选择正方形刀片结构端面车刀，专用夹具和游标卡尺。
车下表面及台阶端面。选择C620-1车床（参考文件【2】表4-3），选择正方形刀片结构端面车刀，专用夹具和游标卡尺。
钻上表面4-Φ11㎜孔，扩Φ25㎜孔。选择钻床Z525（参考文件【2】表4-5），选择直柄麻花钻（参考文件【2】表5-6），直柄扩孔复合钻，选择专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。
锪Φ35㎜孔。选择C365L转塔车床（参考文件【2】表4-6），选择90度Φ35㎜锪钻、游标卡尺及塞规。
钻下表面4-Φ11㎜孔，扩Φ25㎜孔。选择钻床Z525（参考文件【2】表4-5），选择直柄麻花钻（参考文件【2】表5-6），直柄扩孔复合钻，选择专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。
锪Φ35㎜孔。选择C365L转塔车床（参考文件【2】表4-6），选择90度Φ35㎜锪钻、游标卡尺及塞规。
铣侧面。选择X53T铣床（参考文件【2】表4-16），选择高速钢镶齿三面刃铣刀（参考文件【2】表5-33），选择专用夹具、游标卡尺。
钻侧面2-Φ11㎜孔。选择钻床Z525（参考文件【2】表4-5），选择直柄麻花钻（参考文件【2】表5-6），选择专用夹具、游标卡尺及塞规。
扩侧面Φ35㎜孔。选择钻床Z525（参考文件【2】表4-5），直柄扩孔复合钻，选择专用夹具、游标卡尺及塞规。
3.2.4 加工工序设计
工序1:车上表面及台阶端面
（1）车Φ50㎜上表面
1）确定切削深度：因为粗加工余量仅为4㎜，可在二次走刀内完成，故=2㎜
2）确定进给量f：依据参考文件【3】，当刀杆尺寸为㎜，≦3㎜和工件直径为50㎜时，f=0.4～0.5
根据C620-1车床说明书取f=0.4
3）计算切削速度：按参考文件【3】表1.27，切削速度计算公式为（寿命选T=60min）

4）确定机床主轴转速：依据参考文件【2】表4-3，取机床转速为400r/min
则实际切削速度
5）计算切削工时：

（2）车Φ100㎜上表面
1）确定切削深度：=2㎜
2）确定进给量f：依据参考文件【3】，当刀杆尺寸为㎜，≦3㎜和工件直径为100㎜时，f=0.6～0.9
根据C620-1车床说明书取f=0.7
3）计算切削速度：按参考文件【3】表1.27，切削速度计算公式为（寿命选T=60min）

4）确定机床主轴转速：依据参考文件【2】表4-3，取机床转速为185r/min
则实际切削速度
5）校验机床功率：主切削力按参考文件【3】表1.29所表示计算公式计算

切削时消耗功率为

由参考文件【3】表1.30中C620-1机床说明书可知，C620-1机床主电动机功率为7.8KW，当主轴转速为185r/min，主轴传输最大功率为5.9KW,数以机床功率足够，能够正常加工。
6）校验机床进给系统强度：已知主切削力=456.4N，径向切削力按参考文件【3】表1.29所表示公式计算

轴向切削力

取机床导轨和床鞍之间摩擦系数，则切削力在纵向进给方向对进给机构作用力为

而机床纵向进给机构了承受最大纵向力为3530N，故机床进给系统可正常工作。
7）计算切削工时：

工序2:车下表面及台阶端面
（1）车Φ50㎜上表面
1）确定切削深度：因为粗加工余量仅为4㎜，可在二次走刀内完成，故=2㎜
2）确定进给量f：依据参考文件【3】，当刀杆尺寸为㎜，≦3㎜和工件直径为50㎜时，f=0.4～0.5
根据C620-1车床说明书取f=0.4
3）计算切削速度：按参考文件【3】表1.27，切削速度计算公式为（寿命选T=60min）

4）确定机床主轴转速：依据参考文件【2】表4-3，取机床转速为400r/min
则实际切削速度
5）计算切削工时：

（2）车Φ100㎜上表面
1）确定切削深度：=2㎜
2）确定进给量f：依据参考文件【3】，当刀杆尺寸为㎜，≦3㎜和工件直径为100㎜时，f=0.6～0.9
根据C620-1车床说明书取f=0.7
3）计算切削速度：按参考文件【3】表1.27，切削速度计算公式为（寿命选T=60min）

4）确定机床主轴转速：依据参考文件【2】表4-3，取机床转速为185r/min
则实际切削速度
5）计算切削工时：

工序3:钻上表面4-Φ11㎜孔，扩Φ25㎜孔
(1)钻上表面4-Φ11㎜孔
1) 确定进给量f：依据参考文件【3】表2.7，当铸铁时，f=0.52～0.64mm/r

依据机床说明书，取f=0.36mm/r。
2）计算切削速度：依据参考文件【3】表2.15，查得切削速度v=14m/min
∴
依据机床说明书，取=392r/min,故实际切削速度为

3）计算切削工时：l=11㎜

以上为钻一个孔机动时间，故本工序机动时间为

（2），扩Φ25㎜孔
1）确定进给量f：依据参考文件【3】表2.7，当铸铁时，f=0.0.78～0.0.96mm/r

依据机床说明书，取f=0.62mm/r。
2）计算切削速度：依据参考文件【3】表2.15，查得切削速度v=15m/min
∴
依据机床说明书，取=195r/min,故实际切削速度为

3）计算切削工时：l=10㎜

工序4:锪Φ35㎜孔
(1)确定进给量f：依据相关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔，故，按机床取f=0.28mm/r

2）计算切削速度：
按机床选择=44r/min，所以实际切削速度

3）计算切削工时：l=15㎜

工序7:铣侧面
（1）确定进给量f：依据参考文件【3】表3.3，
（2）计算切削速度：依据切削时切削速度公式为

（3）确定机床主轴转速：

按机床选择=18r/min，所以实际切削速度

当=18r/min，工作台每分钟进给量应为

查机床说明书，取=40m/min
(4) 计算切削工时：依据参考文件【2】表7-7，切削基础时间为

4 专用夹具设计
为了提升劳动效率，确保加工质量，降低劳动强度，通讯行需要设计专用夹具。经过指导老师指导，决定设计第7道工序—铣侧面铣床夹具。该夹具将用于X53立式铣床，刀具为高速钢镶齿三面刃铣刀，对共建侧面进行加工；第8道工序—钻侧面2—Φ11孔，该夹具用于Z525立式钻床。
4.1 定位基准选择
（1）由零件图可知，铣侧面能够让侧面朝上，用心轴和一个菱形销定位安装在夹具体上，在工件下方用一辅助支承来避免因铣削力而使工件弯曲情况。
（2）钻侧面2—Φ11孔，能够采取铣侧面定位加紧方案。
（3）切削力及夹紧力计算。刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，Φ225mm，z=20，则
式中：=650，=3.1mm，=1.0mm，=0.08mm，=0.72，=40mm（在加工面近似值）=0.86，=225mm，=0.86，0，z=20，所以

计算切削里时，必需考虑安全系数，安全系数

式中 ——基础安全系数，1.5；
——加工性质系数，1.1；
——刀具钝化系数，1.1；
——断续切削系数，1.1。
则 N
为克服水平切削力，实际夹紧力N应为

由分析可得本夹具可安全工作。
4.2 定位误差分析
4.2.1 铣侧面
（1）定位元件尺寸及公差确实定。本夹具关键定位元件为一心轴，该定位轴尺寸和公差现要求为本零件在工作时和其相配轴尺寸和公差相同，即为208×35mm。
（2）孔轴间隙配合时定位误差。由公式

4.3 定位精度分析
因为4-Φ11㎜孔是在一次装夹下完成，它们之间位置精度由钻模板确保。依据参考文件【4】表1-10，取
衬套和夹具体模板配合为；
钻套和衬套配合为；
钻孔时刀具和导套内孔配合为。
4.4 夹具设计及操作简明说明
夹具设计应依据零件工艺设计中所要求标准和要求来进行。如工序名称、加工技术要求、机床型号、前后工序关系、定位基准、夹紧部位、同时加工零件数等。
夹具设计时，除应满足工艺设计要求精度和生产率要求外，还应符合可靠、简单、方便标准。象零件在夹具中装卸方便；夹具在机床上装夹、校正方便；加工中对刀、测量方便；操作方便、省力、安全等。另外，还应宜于排屑，夹具本身结构工艺性要好。

结论
此次设计最终进了尾声，经过这次毕业设计，是我收获很多、感慨很深：
这次毕业设计是对我们所学四年来全部专业知识一次综合应用，是对我们所学知识巩固和检验，也是一次给我们积累工作经验宝贵机会。经过这次毕业设计，我发觉了很多以前学习过程中掌握不太好知识点，在老师指导下，加强记忆和了解这些知识点，是自己专业知识更间牢靠和全方面。
因为本人知识水平有限，工作经验有限，尽管有很高期望目标，但本身对理论知识了解上和实践经验缺乏，再设计制造过程中难免出现部分纰漏，敬请各位老师和同学批评指正。