阀体机械制造技术专业课课程设计说明书附夹具毛坯图Word下载.docx
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4夹具设计·
14
4.1指定工序的工艺分析·
4.2定位方案分析及定位元件选择·
15
4.3定位误差的分析与夹紧力计算·
4.4夹紧方案设计及夹紧机构·
16
4.5夹紧结构及操作说明·
5设计小结·
6参考文献·
一、设计任务书
1.1设计题目
设计课题：
成批生产“阀体”零件机加工工艺规程及其夹具设计；
设计零件：
（参见图纸）；
生产纲领：
年产1万件成批生产；
1.2设计任务
设计的内容包括如下几个部分：
零件图
1张
AutoCAD或CAXA绘图后打印
毛坯图
机械加工工艺过程综合卡片
1套
Word＋AutoCAD或CAXA绘图后打印
工艺装备设计（专用机床夹具）
工艺规程制定后由指导老师指定，AutoCAD或CAXA绘图后打印
1份
Word排版后打印
1.3、设计要求
1.3.1总体要求：
1）能熟练地运用机械制造技术课程中的基本理论，以及在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧及合理安排工艺路线等问题，以保证零件的加工质量。
2）能完成基本的结构设计。
学生通过亲手设计夹具（或量具）的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力，既经济合理，又能保证加工质量的夹具的结构设计能力。
3）学会使用手册及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称及出处，并能够做到熟练运用。
4）按时完成规定的设计工作量
1.3.2零件图和毛坯图要求：
1）在分析产品零件图纸的基础上，完成零件图的绘制。
注意审查图纸的结构和技术要求。
2）根据产品零件图和给定的材料，设计产品毛坯制造结构及尺寸，完成毛坯图纸绘制。
1.3.3工艺规程设计：
1）确定所有加工表面的加工方法（链）。
根据表面加工要求、零件结构，参照教材和工艺设计手册，形成合理的工艺路线。
注意生产纲领影响加工节拍、设备、加工工艺等诸方面的先进性。
工艺方案必须与指导教师审查，接收审查的方案中应该用工序简图表示加工方案。
2）完成给定格式的“机械加工工艺过程综合卡片”的填写。
1.3.4专用机床夹具设计：
1）在审定工艺方案后经指导教师同意并指定某一工序的专用机床夹具（或装备）的设计。
2）夹具方案的设计。
夹具方案包括原理方案和结构方案。
夹具原理方案指根据六点多为原理审定工艺规程中确定的定位方案，并确定相应的定位元件，对于精加工工序要求计算定位误差判断方案的合理性；
夹具结构方案根据加工要求参照相关的夹具图册（图例）设计。
夹具草图（非精确图）要求与指导教师讨论并作方案审定。
3）夹具总装图绘制。
按照总装图绘制要求完成。
1.3.5课程设计说明书要求：
参见给定的模板。
1.4设计零件图：
图1阀体零件图纸
二、零件分析及毛坯设计
2.1零件的功用：
题目所给的零件时阀体，主要作用是通过螺纹与其他零件连接，达到控制流体开关、方向、压力及流量。
2.2零件的结构及技术要求分析：
2.2.1阀体零件的主要加工技术要求：
1．面A粗糙度要求Ra6.3；
2．面B粗糙度要求Ra6.3；
3．面C粗糙度要求Ra6.3；
4．面D粗糙度要求Ra6.3，相对于底面A垂直度公差要求0.06；
5．孔Eφ28的精度等级为H7，粗糙度要求Ra3.2，φ35粗糙度要求为Ra12.5；
6.孔Fφ22的精度等级为H8，粗糙度要求Ra3.2，φ32粗糙度要求Ra3.2，孔中心线与底面A尺寸公差为±
0.01，与面D垂直度公差要求为0.06；
7.孔E孔与孔F中心线尺寸偏差±
0.02；
8.面B加工两个螺纹孔G，中心距尺寸偏差±
9.面C加工四个螺纹孔H，无尺寸、位置公差要求；
各表面的精度要求和表面粗糙度要求可以通过机械加工的方法来获得。
初步确定平面采用铣床加工，孔采用镗床加工，螺纹空采用钻床，攻丝的方法加工。
阀体的材料为灰铸铁，为了改善灰铸铁的加工工艺性，可在进行机械加工前，进行退火处理，用以改善灰铸铁的切削性能。
2.3零件的材料及毛坯设计：
2.3.1毛坯形状的确定：
毛坯形状应力求接近成品形状，以减少机械加工余量。
（1）铸件孔的最小尺寸，根据《机械制造技术基础课程设计》表2-7可查得，铸件孔的最小尺寸为10~20mm。
（2）铸件的最小壁厚。
根据《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-7查得，铸件的最小壁厚为4mm。
（3）铸件的拔模斜度。
铸件垂直于分型面上，需要铸造斜度，且各面的斜度数值应尽可能一致，以便于制造铸模。
根据《机械制造技术基础课程设计》表2-8可得：
斜度位置
铸造方法
砂型铸造
外表面
0°
30′
内表面
1°
（4）铸件圆角半径。
铸件壁部连接处的转角应有铸造圆角。
主要是为减少应力集中，防止冲砂、裂纹等缺陷。
一般为邻壁厚度的1/3~1/5，中小铸件圆角半径为3~5mm。
（5）铸件浇铸位置及分型面选择。
铸件的重要加工面或主要工作面一般应处于底面或侧面，应避免气孔、砂眼、疏松、缩孔等缺陷出现在工作面上；
大平面尽可能朝下或采用倾斜浇铸，避免夹砂或夹渣缺陷；
铸件的薄壁部分放在下部或侧面，以免产生浇铸不足的情况。
2.3.2毛坯种类的选择主要依据的几种因素：
（1）设计图样规定的材料及机械性能；
（2）零件的结构形状及外形尺寸；
（3）零件制造经济性；
（4）生产纲领；
（5）现有的毛坯制造水平。
由零件图可知零件材料为HT250，生产批量为大批大量，零件结构一般复杂，所以选择金属型浇铸，因为生产率很高，所以可以免去多次造型，工件尺寸较小，单边余量不大，需要结构细密，能承受较大的压力，所以选择铸件做毛坯。
确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
2.3.3毛坯尺寸的确定：
选择的毛坯铸造方法是金属模机器造型，零件的最大尺寸<
250mm，铸件的机械加工余量等级则为5~7级（查《机械制造技术基础课程设计》表2-11），选择6级。
从《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4中查得全长94.5mm的加工余量为2.5mm，即该毛坯尺寸为99.5mm；
全长为57mm的加工余量为2.5mm，即该毛坯的尺寸为62mm，φ28H7加工余量为2mm，即该毛坯的尺寸为φ26H7φ35加工余量为9mm，即该毛坯的尺寸为φ26mm，φ22H8加工余量为2mm，即该毛坯的尺寸为φ20H8，φ32H8加工余量为12mm，即该毛坯的尺寸为φ20mm，φ36加工余量为16mm，即该毛坯的尺寸为φ22mm。
三、工艺规程设计
3.1零件结构工艺性分析：
3.2定位基准选择：
3.2.1粗基准的选择：
作为粗基准的表面平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺陷。
选择阀体上端面和前端面作为粗基准。
采用阀体上端面作为精基准加工下端面及以前端面作粗基准加工后端面，可以为后续工序准备好精基准。
3.2.2精基准的选择：
根据该阀体零件的技术要求和装配要求，选择阀体下端面和后端面作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。
阀体的下端面和后端面是设计基准，选用其作精基准定位加工阀体上端面和前端面以及定位孔，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。
3.3加工工艺方案分析：
3.3.1加工件各表面的加工方法：
根据阀体零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如表：
加工面
尺寸精度等级
表面粗糙度
加工方案
阀体下端面
IT10
6.3
粗铣—精铣
阀体上端面
阀体前端面
粗车—精车
阀体后端面
φ28H7孔
IT8
3.2
粗镗—粗铰—精铰
φ35孔
IT12
12.5
粗镗
φ36孔
φ22H8孔
粗镗—粗铰
φ32H8孔
M8螺纹孔
IT13
钻孔—攻螺纹
M6螺纹孔
3.3.2工序的集中与分散：
选用工序分散原则安排阀体的加工工序。
该阀体的生产类型为大批生产，可以采用普通型机床配以专用工、夹具，以降低其生产成本。
3.3.3工序顺序的安排：
机械加工工序：
（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即阀体下端面和后端面。
（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。
（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，即阀体的下端面和后端面。
（4）遵循“先面后孔”原则，先加工阀体四个端面，在加工阀体的内孔以及钻孔、攻螺纹。
热处理工序：
铸件为了消除残余应力，需在粗加工前、后各安排一次时效处理，在半精加工前、后各安排一次时效处理。
辅助工序：
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、终检工序。
综上所述，该阀体工序的安排顺序为：
基准加工----主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。
阀体零件的机加工工序安排如表：
工序名称
工序内容
基准
设备
夹具
工序1
铸造
工序2
退火处理
工序3
粗铣A面
B面
铣床
专用夹具
工序4
粗铣B面
A面
工序5
半精铣A面
工序6
半精铣B面
工序7
粗铣C面
D面
工序8
粗铣D面
C面
工序9
半精铣C面
工序10
半精铣D面
工序11
粗镗Φ28，Φ35的孔
B面和孔F
镗床
工序12
粗镗Φ22，Φ36，Φ32的孔
B面和孔E
工序13
粗铰Φ28的孔
钻床
工序14
粗铰Φ22，Φ32的孔
工序15
精铰Φ28的孔
工序16
钻孔G
孔E和孔F
工序17
钻孔H
工序18
加工A面螺纹
钳工台
工序19
加工C面螺纹
工序20
工序21
3.4关键工序设计：
3.4.1选择机床及刀具：
机床类别
型号
刀具及参数
X6120
镶齿端铣刀
T618
单刃镗刀
Z5125A
铰刀·
麻花钻
3.4.2量具的选用：
铣平面采用的量具为游标卡尺；
镗孔采用的量具为塞规和游标卡尺；
3.5切削用量、时间定额的计算：
3.5.1确定加工余量的目的：
为保证零件质量，一般要从毛坯上切除一层材料。
合理的选择加工余量，对保证零件的加工质量、提高生产率和降低成本都有很重要的意义。
若余量确定的过小，则不能完全切除上道工序留在加工表面上的缺陷层和各种误差，也不能补偿本道工序加工时工件的装夹误差，影响零件的加工质量，造成废品；
余量确定的过大，不仅增加了机械加工量，降低了生产率，而且浪费原材料和能源，增加了机床与刀具的消耗，使加工成本升高。
所以合理确定加工余量是一项很重要的工作。
3.5.2工序余量的选用原则：
（1）为缩短加工时间，降低制造成本，应采用最小的加工余量；
（2）加工余量应保证得到图样上规定的精度和表面粗糙度；
（3）要考虑零件热处理时引起的变形；
（4）要考虑所采用的加工方法、设备以及加工过程中零件的可能变形；
（5）要考虑被加工零件的尺寸，尺寸越大，加工余量越大。
因为零件的尺寸增大后，由切削力、内应力等引起零件变形的可能性也增大；
（6）选择加工余量时，还要考虑工序尺寸公差的选择。
因为公差决定加工余量的最大尺寸和最小尺寸。
其工序公差不应超过经济加工精度的范围；
（7）本道工序余量应大于上道工序留下的表面缺陷层厚度；
（8）本道工序的余量必须大于上道工序的尺寸公差和几何形状公差；
3.5.3阀体零件的加工余量：
根据机械制造技术基础课程设计手册表5-37——5-56确定孔、表面、螺纹的加工余量如下表：
名称
加工余量
基本尺寸
加工经济精度（IT）
工序尺寸及公差
72
10
720-0.12
Ra6.3
1.5
73
12
730-0.30
Ra12.5
毛胚尺寸
74.5
74.5±
1.3
57
570-0.12
58
580-0.30
59.5
59.5±
1.6
工序基本尺寸
粗铰φ22
0.2
22
8
220.033O
Ra3.2
粗镗φ22
1.8
21.8
21.80.210
毛胚孔
20
20±
1.2
粗铰φ32
0.25
32
320.039O
扩
0.05
31.75
11
31.750.16O
粗镗φ32
11.7
31.7
31.70.25O
精铰φ28
0.06
28
280.021O
粗铰φ28
0.14
27.94
粗镗φ28
27.8
27.80.210
粗镗φ36
36
360.250
毛胚孔φ36
粗镗φ35
35
350.250
26
26±
3.5.4切削用量的计算：
根据加工余量来确定铣削背吃刀量。
粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。
半精铣时，背吃刀量一般为0.5～2mm；
精铣时一般为0.1～1mm或更小。
3.5.5粗铣下端面的切削用量计算
（1）背吃刀量的确定根据下端面的机械加工余量及粗铣时背吃刀量的确定原则，确定背吃刀量为1.5mm；
（2）进给量的确定由表1.4《切削用量简明手册》，在粗铣铸铁、刀杆尺寸为16mm×
25mm、ammp≤3以及工件直径为60～100mm时；
f=0.6～1.2mm/r
所以选择f=1.0mm/r
（3）铣削速度的计算由表1.11《切削用量简明手册》，当用YG6硬质合金铣刀铣削=bδ166～181Mpa灰铸铁,ammp≤3,f≤1.0mm/r,切削速度υ1=80m/min。
切削速度的修正系数为
=1.0×
1.21×
1.15×
0.85×
1.02=1.206vk（参见1.28《切削用量简明手册》），故
3.5.6精铣下端面的切削用量的计算：
（1）背吃刀量的确定取ap=1mm。
（2）进给量的确定精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。
查表1.6
《切削用量简明手册》，当表面粗糙度为Ra6.3μm，ap=1mm，υ=96.5m/min
时，f=0.3～0.35mm/r
选择f=0.3mm/r。
（3）铣削速度的计算
6.1.3钻4×
M8螺纹孔
（1）选择高速钢麻花钻头的切削用量
A、按加工要求决定进给量：
当加工精度为IT12～IT13精度，d5mm0=时，
f=0.53mm/r。
（2）选择高速钢麻花钻头的切削速度
3.6.7时间定额的计算
辅助时间ta的计算
辅助时间tm与基本时间tm之间的关系为ta=（0.15～0.2tm，取ta=0.15tm，则各工序的辅助时间分别为：
粗铣上端面的辅助时间：
ta=0.15×
0.204×
60=1.836s
精铣上端面的辅助时间：
ta=0.15×
0.126×
60=1.134s
粗铣后端面的辅助时间：
ta=0.15×
0.117×
60=1.053s
精铣后端面的辅助时间：
ta=0.15×
0.072×
60=0.648s
其他时间的计算：
除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。
由于阀体的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；
布置工作地时间tb是作业时间的2%～7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%～4%，均取为3%，则各工序的其他时间（tb+tx）可按关系式（3%+3%）×
（ta+tm）计算，它们分别为：
粗铣下端面的其他时间：
bt+xt=6%×
（0.204×
60+1.836）=0.8445s
精铣下端面的其他时间：
（0.126×
60+1.134）=0.5216s
b1t+xt=6%×
（0.117×
60+1.053）=0.4822s
精铣后端面的其他时间：
（0.072×
60+0.648）=0.298s
四、夹具设计
4.1指定工序的工艺分析：
该阀体零件加工需要设计专用夹具，专用家具设计的基本要求是：
1保证被加工要素的加工精度。
采用合理的定位、夹紧方案，选择适当的定位元件、夹紧元件，确定合适的尺寸，形位公差，是从夹具设计角度来保证加工要素加工精度的基础。
2提高劳动生产率。
通过设计合理的夹具结构，可以简化操作过程，有效的减少辅助时间，提高生产率。
3具有良好的使用性能。
简单的整体结构、合理的结构工艺性、加工工艺性、使加工、装配、检验、维修和使用更加简便、安全、可靠。
4经济性要更好。
在满足加工精度的前提下，夹具结构越简单，元件标准化程度越高，制造成本越低周期越短，就可以争取到更好的经济性。
本设计选择钻加工2XM8底孔的夹具设计。
4.2定位
升级会员 