自来水管阀阀体的零件的机械加工工艺规程及67道工序的夹具设计.docx
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自来水管阀阀体的零件的机械加工工艺规程及67道工序的夹具设计
机械制造工艺学毕业设计任务书
题目：
设计自来水管阀阀体的零件的机械加工工艺规程及6、7道工序的夹具设计
内容：
（1）零件图1张
（2）机械加工工艺规程卡片1套
（3）3道工序的夹具装配总图1张
（4）4道工序的夹具装配总图1张
（5）夹具零件图1套（6）毕业设计说明书1套
前言
毕业设计是在学完了机械制造工艺学（含机床夹具设计）等所有课程后，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。
这次设计使我们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（阀体）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。
同时也大大的提高了我们熟悉运用手册、规范、图表等技术资料的能力，进一步培养我们识图、制图、运算、和编写技术文件等基础技能。
由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。
目录
摘要………………………………………………………4
一、管阀的用途和主要性能…………………………………6
1．用途………………………………………………..6
2．主要性能规范……………………………………….6
2.1工作原理和结构说明………………………………6
二、阀体零件的分析………………………………………6
1.零件的作用…………………………………………6
2.零件的工艺分析…………………………………….6
三、确定毛坯、画毛坯图…………………………………..6
1.确定毛坯类型以及毛坯的公差等级和余量………………6
2.画出毛坯图…………………………………………..7
四、工艺规程设计………………………………………….8
1.定位基准的选择…………………………………….8
2.制定工艺路线……………………………………….9
3.选择加工设备及刀、夹、量具……………………….11
4.加工工序的设计……………………………………11
5.确定切削用量及基本时间……………………………13
6.填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡……………15
六、夹具体的设计…………………………………………15
1.对夹具体的要求………………………………………15
2.结构工艺性、排屑以及在机床上安装的稳定可靠性………15
七、夹具设计………………………………………………16
1.确定设计方案………………………………………16
2.计算夹紧力………………………………………17
3.定位精度的分析…………………………………17
参考文献………………………………………………19
中英文翻译………………………………………20
摘要：
夹具是机械制造工厂里使用的一种工艺装备，分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具。
对工件进行机械加工时，一些精度要求主要是通过夹具来保证的。
管阀主要用于需要保持全开全关的场合。
用来控制运输油品、蒸汽、水等的流量。
管阀主要是由阀体、阀盖、阀杆、支架、手轮等组成。
本文主要是介绍关于阀体设计的过程，阀体工艺规程的编制，以及阀体在加工过程中，工序夹具的设计。
关键字：
管阀阀体夹具精度
Theabstract：
Jigisonekindofcraftequipmentwhichinthemachinemanufacturefactoryuses,dividesintotheenginebedjig,theweldingfixture,thesectionalfixtureandtheexaminationjig.Whentoworkpiecemachine,someprecisionrequestsmainlyisguaranteedthroughthejig.Thegatevalvemainlyusesintoneedtomaintainallopenstheentirepassthesituation.Usesfortocontrolthetransportationoilquality,thesteam,thewaterandsoonthecurrentcapacity.Thegatevalvemainlyisbythevalvebody,thevalvecover,thevalvelever,thesupport,thehandwheelandsooniscomposed.Thisarticlemainlyistheintroductiontheprocesswhichdesignsaboutthevalvebody,thevalvebodytechnologicalprocessestablishment,aswellasvalvebodyinprocessingprocess,workingprocedurejigdesign。
Essentialcharacter：
gatevalvevalvecausesjigprecision
一、用途和主要性能参数
1.用途
楔式管阀适用于工作温度t≤425℃，介质为水、蒸气、油品等的管路上，作为控制介质流动的起闭器。
3.主要性能规范
压力等级Class
单位
介质
600Lb
Mpa
Lbf/in2
水
强度试验
15.3
2225
密封试验
11.2
1630
上密封试验
11.2
1630
低压密封试验
0.6
80
空气
2.1、工作原理和结构说明
1.本阀门主要由阀体、阀盖、闸板、阀座及阀杆等零件组成。
2.本阀门依靠手轮带动阀杆螺母，使阀杆升降而带动闸板垂直于介质流动方向的直线位移，达到开启和关闭的目的。
二、阀体零件的分析
1、阀体的作用
阀体是管阀的一个主要零件。
闸阀主要是由阀体、阀盖、闸板、阀座及阀杆等零件组成。
阀体其相当于简单的三通结构，主要是由左右俩法兰，中间的法兰来通水、油、蒸气等，而流量的大小则是由闸板、阀杆等的控制调整。
而阀体的中法兰面上的8-￠25mm孔即为螺栓联接孔，主要是实现与阀盖的正确联接。
2、零件的工艺性分析
由零件图得知，其材料为WCB，是美国材料标准。
特用于阀门，其含碳量在0.3以下。
具有较强的强度、耐磨性、耐热性，使用于承受较大应力、要求耐磨的零件。
该零件主要加工面为￠195法兰的端面、左右法兰总长250±1.9、法兰的凸台、止口水线等，以及8-￠25的螺栓孔的加工。
端面12.5的粗糙度要求以及中心145距离的要求都是要3道工序的夹具所保证，左右法兰的圆度、同轴度，以及5°角倾斜要求则是由4道工序夹具所保证的。
8-￠25的螺栓孔的尺寸精度，以及每个孔之间的偏角，影响阀盖与阀体联接时的正确定位，从而影响整个闸阀的气密性。
由参考文献中有关面和孔的经济精度及机床达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
三、确定毛坯、画毛坯图
根据零件材料确定毛坯为铸件。
根据工厂实际要求，其生产类型为大批生产。
毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。
参考文献[1]表2.2-5成批和大量生产的铸件机械加工余量等级，该种铸件的尺寸公差等级CT为8~10级，加工余量等级MA为H级。
故取CT为10级，MA为H级。
铸件尺寸公差（代号“CT”）分为16级。
壁厚尺寸公差可比一般尺寸差降一级公差带。
应对称于铸件基本尺寸设置。
基本尺寸应按有加工要求的表面上最大基本尺寸和该表面距离他的加工基准见尺寸中较大的尺寸确定。
旋转体基本尺寸取其直径或高度（长度）中较大尺寸。
表2.2-4中每栏有两个加工余量数值是以一则为基准、进行单侧加工的余量值。
下面的数值为进行双侧加工时每侧加工余量值。
参考文献[1]表，用查表法确定各表面的总余量如下表所示：
表3-1各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸（mm）
加工余量等级
加工余量数值（mm）
说明
A面
125
H
5.0
单侧加工
B凸台
112
H
4.0
双侧加工
C止口
88×4
H
3.0
双侧加工
D外圆面
195
H
5.0
双侧加工
E反平面
94
H
3.0
双侧加工
F面
145
H
4.0
单侧加工
G内止口
115
H
4.0
单侧加工
H外圆
200
H
5.0
双侧加工
I反平面
126
H
4.0
双侧加工
J4￠25孔
25
H
3.0
双侧加工
由参考文献[1]表2.2-1，可得铸件主要尺寸的公差，如下表：
表3-2主要毛坯尺寸及公差（mm）
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
A面的轮廓尺寸
125
5.0
125
3.6
中法兰平面距中心尺寸
145
4.0
145
3.6
4-￠25孔
25
3.0
---
2.4
四、工艺规程的设计
1、定位基准的选择
基准的选择：
闸阀的阀体的3个法兰面在整个阀体加工过的
程中既是装配基准又是设计基准，所以选择其作为定位基准，能使加工遵循“基准重合”的原则。
其余各面和孔的加工也能用它来定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。
此外三个法兰面都比较的大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。
当加工3道工序的时候则以左法兰面和中法兰面作为粗基准，加工右法兰面。
同样的夹具，夹紧方式，右法兰面和中法兰面加工左法兰面。
而加工4道工序的时候则以通径法兰面为精基准加工。
由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应工件的加工要求。
定位元件不仅限制工件的自由度，还有支承工件、承受夹紧力和切削力的作用，因此，应有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损坏。
由于本工艺用主要草用的基本都是车夹具，车床的主轴转速一般都是非常的高，需要较高的强度和刚度。
工件的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。
定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则，夹具不能继续使用。
为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。
具体图形定位基准的面如下图所示：
最先机械加工的是左（右）法兰面，预想方案有俩种定位夹紧方案：
方案一、还好是先以中法兰面为粗基准，限制3个自由度。
再用支撑钉来分别支撑左（右）法兰面，则总共限制5个自由度，X轴的转动不受限制。
在俩左（右）法兰俩边分别用俩个V型块来限制X轴的转动，以及夹紧整个工件。
但由于此道工序中要有个5°角倾斜的要求，同时还需保证其的同轴度，圆度等。
5°角主要是由夹具模板保证的，而夹紧装置由于与工件长期的接触易产生磨损，加工时容易偏，同轴度和圆度都不能够保证。
方案二、由于磨损不能够保证同轴度和圆度的要求，考虑的
以上的要求，将原来支撑左（右）的支撑锭换成与其配套的圆板支撑，还是采用两块V型块从两边夹紧，这样即使两V型块长期使用磨损还有有比较精确同轴度和圆度的圆板来保证。
从俩方面来保证，所达到的精度就会比较的高拉。
加工完左右两通径法兰后，以其为精基准加工中法兰，首先
以两通径法兰面由两个V块来限制。
表面由压板压住起着定位夹紧的作用。
2、制定工艺路线
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
定个表面的加工方法如下：
A、B、C、D、E面：
粗车---精车
F、G、H、I面：
粗车---精车
10级精度未铸出孔：
钻--扩--铰；螺纹孔：
钻孔--攻螺纹。
因A、B、C、D、E面的加工要求精度比较的高，而通径法兰的中间是带有5°的倾斜要求，同轴度和圆度的要求均比较的高。
故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将其加工出来，以保证其位置精度。
根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将A、B、C、D、E、F、G、H、I面、凸台、止口的粗加工放前，精加工放在后面，而通径孔，阀座内螺纹及静密封面，通径法兰的螺栓孔等的加工放在后面。
通径法兰钻完螺栓孔孔后，还需把反平面锪平，这道工序则放在最后进行加工。
清理毛刺和转入装配为是最后工序。
初步拟订的加工工艺路线如下：
工序号
工序内容
10
铸造
20
时效
30
涂漆
40
铸钢件按规定要求进行全数检验
50
粗、精车通径法兰外圆、凸台、内止口、V型密封槽反平面
60
粗、精车阀体总长法兰外圆、凸台、内止口、V型密封槽反平面
70
粗、精车中法兰外圆、中心高、内止口、V型密封槽反平面
80
粗、精车通径孔联接阀座的内螺纹及静密封面
90
刨俩侧导向筋
100
加热后焊接阀座并保温、热补、打磨焊缝处、清理两通径法兰外圆、端面氧化皮。
110
钻通径法兰螺栓孔
120
钻中法兰螺栓孔。
130
通径法兰反平面锪平。
140
清理毛刺、转入装配
上述的方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。
由于本加工工艺路线中有加热后焊接阀座并保温、热补、打磨焊缝处、清理两通径法兰外圆、端面氧化皮。
这一道工序加工完后就直接按照初步拟订的工艺路线来讲，就是直接钻通径法兰螺栓孔、钻中法兰螺栓孔、通径法兰反平面锪平。
在焊接过后由于应力变化，组织结构的变化，可能回使零件产生变形，会影响原已加工通径法兰的精度，而通径法兰的俩端面表面粗糙度要求为12.5，且通径法兰孔的加工要求同轴度和圆度的要求也比较的高，孔的5°倾斜加工也比的有难度。
在焊接过后若不加工直接钻孔，精度要求方面难以达到。
因为初步拟订的工艺路线是粗精车放在一起加工的，根据实际要求考虑将粗精车分开进行加工，即将精车部分的放到焊接以后钻孔以前的工序中，这样保证阀体零件要要求的个方面精度。
由于才用的是同种工艺，未必显的设计的工艺路线过于繁琐，没采用工序集中的方法，增加了装夹的次数，而定位误差和装夹误差也有所增加。
这样设计与设想的结果未必相同，但虽然是误差值增大，但由于采用的工装还是一样，误差产生值不大，若不该工艺规程，则焊接后的精度相差非常之大。
修改后的工艺路线如下：
工序号
工序内容
10
铸造
20
时效
30
涂漆
40
铸钢件按规定要求进行全数检验
50
粗、精车通径法兰外圆、凸台、内止口、V型密封槽反平面
60
粗、精车阀体总长法兰外圆、凸台、内止口、V型密封槽反平面
70
粗、精车中法兰外圆、中心高、内止口、V型密封槽反平面
80
粗、精车通径孔联接阀座的内螺纹及静密封面
90
刨俩侧导向筋
100
加热后焊接阀座并保温、热补、打磨焊缝处、清理两通径法兰外圆、端面氧化皮。
110
精车两通径法兰端面、凸台、车水线。
120
精车中法兰外圆、端面、车止口。
130
精车阀座密封面。
140
钻通径法兰螺栓孔
150
钻中法兰螺栓孔。
160
通径法兰反平面锪平。
170
清理毛刺、转入装配
3、选择加工设备及刀具、夹、量具
由于生产类型为大批生产，故加工设备宜用通用机床为主，
以少量专用机床。
其生产方式为以通用机床加夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。
工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
工序设计包括机床与工艺装备的选择，加工余量的确定，工序尺寸的确定，切削用量的确定，时间定额的确定等。
机床的选择：
首先选择机床时应该考虑机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应；机床的工作精度应与工序的精度要求相适应；机床的生产效率应与零件的生产类型相适应；机床的选择应考虑车间现有设备条件，尽量采用现在有的设备进行改装。
夹具在大批、成批大量生产中应按工序加工要求设计制造专用夹具，本工艺过程中车这道工序所用的夹具均为设计的专用夹具。
量具的选择主要根据生产类型和加工精度。
在单件、小批生产中，应尽量采用通用量具、量仪。
在大批、大量生产中应采用各种量规和高效的检验仪器和检验夹具等。
刀具的选择只要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求、生产率和经济性等，一般应尽可能采用标准刀具，必要时采用高生产率的复合刀具及其他专用刀具。
在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。
粗精车通径法兰外圆、凸台、内止口、密封槽反平面，考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用C630，无丝杆车床，（参考文献[1]表4.1-3）。
选择90°外圆车刀，采用四爪卡盘来夹紧，检验测量则采用一般的游标卡尺。
粗精车阀体总长法兰外圆、凸台、内止口密封槽反平面，因为定位基准的转换，所以改用C6136卧室车床（参考文献{1}表4.1-2）同样采用90°外圆车刀。
采用车专用夹具及游标卡尺、样板、卡规。
粗精车中法兰外圆，中心高，内止口和V型槽，由于外圆直径比较大则改用CA6140，其回转直径比较的大。
（参考文献[1]表4.1-2）刀具还是采用外圆车刀，车3道专用夹具、游标卡尺、样板和卡规。
粗精车通径孔、阀座内螺纹及静密封面采用CA6140，四道车夹具、螺纹规、卡规和塞规。
刨俩侧导向筋，显然采用刨床。
按照要求根据现有设备，采用B665牛头刨床。
由于俩侧的筋要求比较要，成型不易故选取成型刀具，量具采用导向筋卡规来进行测量。
钻通径法兰螺栓孔选用摇臂钻床Z3035加工（参考文献[1]表4.1-3），钻中法兰螺栓孔同样选用Z3035摇臂钻床。
量具的选择一般采用通用量具。
选择量具的方法有二种：
一种按计量器具的不确定度选择；二是按照计量器具的测量方法极限误差选择。
本工艺中考虑到现场加工精度要求，现有设备，采用一般的游标卡尺、卡规、样板等进行测量。
4、加工工序设计
六、夹具体的设计
1.对夹具体的要求
夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向
元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面），本次夹具设计中主要设计为车床夹具的设计，主要的误差也是为过渡盘与主轴间的最大间隙配合，以及过渡盘与夹具体间的最大配合间隙，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。
为了使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。
其次，夹具体在加工过程中要有足够的强度和刚度。
夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。
为了保证夹具体不产生不允许的变形和震动，夹具体应有足够的强度和刚度。
因此，夹具体需要有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。
2.夹具体要求要有较好的结构工艺性、排屑方便。
夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相
表面的接触或配合实现的。
当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支撑面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。
夹具体安装基面的形式有很多中，而本次夹具的设计主要是机床主轴的配合。
七、夹具设计
06道夹具的设计
1.确定设计方案
本道夹具为6道车中法兰总长，法兰外圆、凸台及反平面。
由于阀体本身为规则体，所以定位的时候就可以以自己本身的表面为定位面。
俩通径法兰外圆表面作为定位基准面，主要是由2个支撑板、2个校正丝杆、定位块，定位杆各一个，以及俩个支撑钉来限制所有的自由度。
从而满足工序的定位要求。
如图所示，此图为工序简图，上面则有须加工精度要求。
2.确定夹紧方案
根据工件形状特点，夹紧点不宜放于圆形外轮廓表面上，以免工
件产生夹紧变形，不利用保证面本身的尺寸精度。
为了避免夹紧变形，将夹紧点选择为通径法兰的外侧，施力方向垂直于主要定位面，符合夹紧原则。
为了使夹紧可靠，布置四个夹紧点，分别通过螺母，有俩边的压板进行夹紧。
由于该夹具主要是以平面为主要定位基准，且在车床上加工，而工件的形状与尺寸决定了他采用心轴、卡盘内的夹具。
由于本夹具只需要一次装夹，所以大大的减少了装夹误差。
3.定位精度的分析
由于工件完全定位，且加工端面到俩定位面的距离相等，故俩端面距离尺寸精度仅由刀具的调整来保证。
可不进行精度分析。
以下仅对中心线到底面距离尺寸的精度分析
根据误差不等式，应有：
δD+δJ+δT+δA+δG≤0.5mm
1）、因定位板到压板中心线的距离公差为99±0.1mm，故可认为基准位移误差为δY=0.1+0.1=0.2mm
而基准内不重合误差为δB=0
故定位误差为δD=δY+δB
=0.2mm
2）、因夹紧点选择恰当，工件不会产生夹紧变形，故夹紧误差
δJ=0
3）、车加工一般可认为不产生对刀误差，
故δT=0
4）、夹具安装时，靠2个校正丝杆确定其在车床上的位置的，打表时的误差范围不会超过0.1mm，故夹具的安装误差为δA=0.1mm
5）、加工方法误差难于确定，假设一个保守值0.1mm，即
δG=0.1mm
综合以上可知：
δD+δJ+δT+δA+δG=0.2+0.1+0.1=0.4＜0.5mm
故本工序该项加工精度可以充分予以保证。
07道夹具的设计
1.确定设计方案
本道夹具为7道车阀座联接孔及静密封面。
由于阀体本身为规则体，所以定位的时候就可以以自己本身的表面为定位面。
一端通径法兰外圆表面、以及中法兰表面作为定位基准面，由1号支撑板来支撑中法兰的表面，而3号左右螺杆则是用来调节7号卡座则是用来限制14号滑座的移动，而8，34俩块压板则是用来起夹紧作用的，盖板主要是防止漏油。
如图所示，此图为工序简图，上面则有须加工精度要求。
2.确定夹紧方案
根据工件形状特点，夹紧点不宜放于圆形外轮廓表面上，以免工
件产生夹紧变形，不利用保证面本身的尺寸精度。
为了避免夹紧变形，将夹紧点选择为通径法兰的外侧，施力方向垂直于主要定位面，符合夹紧原则。
为了使夹紧可靠，布置四个夹紧点，分别通过螺母，有俩边的压板进行夹紧。
由于该夹具主要是以平面为主要定位基准，且在车床上加工，而工件的形状与尺寸决定了他采用心轴、卡盘内的夹具。
由于本夹具只需要一次装夹，所以大大的减少了装夹误差。
4.定位精度的分析
俩压块对￠4
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