容积式压缩机阀体课程设计夹具设计.docx
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容积式压缩机阀体课程设计夹具设计
机械制造技术基础
课程设计说明书
设计题目：
设计“容积式压缩机阀体”零件机械加工工艺规程及工艺装备
设计者：
班级学号：
指导老师：
江南大学
2011年7月10日
§课程设计任务书………………………………………………2
§序言……………………………………………………………3
§零件的工艺分析及生产类型的确定……………………3
§选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛图…………………4
§选择加工方法，制定工艺路线…………………………6
§工序设计……………………………………………………8
§确定切削用量及基本时间………………………………10
§夹具设计…………………………………………………12
§设计小结…………………………………………………13
§参考文献…………………………………………………14
江南大学
机械制造技术基础课程设计任务书
题目：
设计“容积式压缩机阀体”零件的机械加工工艺规程及相关工序的专用夹具
内容：
1.被加工零件的零件图1张
2.毛坯图1张
3.机械加工工艺过程综合卡片1张
4.机械加工工序卡片1套
5.夹具设计装配图1张
6.夹具体零件图1张
7.课程设计说明书1份
原始资料：
该零件图样，产品年产量Q=4000件/年（中批或大批生产）
班级学号
学生
指导老师
教研室主任
2011年6月27日
序言
机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
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。
1、零件的工艺分析及生产类型的确定
1.零件的作用
题目所给定的零件是容积式压缩机的阀体，如图1所示。
它是将阀内介质压缩，一端连接压缩活塞，一端与输出螺纹连接。
通过阀体内的活塞的往复运动，压缩介质，产生压缩作用。
图1
2.零件的工艺分析
通过对该零件的重新绘制，知原图样的视图正确且较完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
该零件属于类回转体零件，主体部分以中心轴为回转中心，但是在外圆上附有两个尺寸不同的凸台，二者轴线之间角度为90°，回转中心在同一个径向平面上。
该零件两端的沉孔和内腔壁的精度要求较高。
沉孔的粗糙度要求为
=6.3，精度等级为CT11；内腔壁的精度等级为CT7，粗糙度要求为
=3.2。
该零件属于类回转体零件，两个端面、内腔和两个凸台面需要加工，各表面的加工精度和表面粗糙度能够通过机械加工获得。
首先加工两个端面，其中大端面为设计基准，先以小端面定位粗铣大端面，再以大端面为工序基准铣削小端面。
内腔壁各尺寸以轴线和大端面为设计基准，精度要求较高，内腔尺寸较大，切各段尺寸不一致，所以可采用镗削加工。
大端的各个孔，位置分布均匀，且大端厚度较小为16mm，便于直接加工，不必担心中心线变形。
总的来说，该零件的工艺性较好。
3.零件的生产类型
生产类型是指企业生产专业化程度的分类。
主要根据产品的大小、结构复杂程度及生产纲领而确定。
根据设计题目可知：
Q=4000件/年，且零件总体尺寸较小φ160mm×233.5mm，为轻型零件。
根据机械制造技术基础课程设计指南（主编崇凯）第7页表2-1知生产类型为成批生产中的中批生产。
2、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
1.选择毛坯
根据零件图样要求，该零件材料为HT300，形状较简单，根据《机械制造技术基础课程设计指南》（主编崇凯）第9页表2-3和《金属机械加工工艺设计手册》（赵如福主编）第144页内容知用砂型铸造机器造型方法制造毛坯较适合，效率高且铸件精度较高，便于加工。
2.确定机械加工余量、毛坯尺寸、公差
铸件某一部位在铸态下的最大尺寸应不超过成品尺寸与要求的机械加工余量及铸造总公差之和。
机械加工中毛坯尺寸与完工零件尺寸之差，称为毛坯的机械加工余量，要求的机械加工余量适用于整个毛坯铸件。
当确定机械加工余量的尺寸时，必须考虑到毛坯的公差的大小。
对于圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下，要求的机械加工余量RMA应加倍。
为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒脱出，在圆柱形内壁作出平行于起模方向的在芯盒上的拔模斜度。
（1）确定公差等级、尺寸公差
根据《机械制造技术基础课程设计指南》（主编崇凯）第119页表5-1确定毛坯铸件的公差等级CT为8--12级，取CT11；再根据《机械制造技术基础课程设计指南》（主编崇凯）第121页表5-3确定铸件内腔壁尺寸公差为4mm，大凸台内螺纹孔的尺寸公差亦为4mm，内径Φ36的尺寸公差为3.6mm,高度方向的尺寸公差为4.4mm，小凸台内螺纹孔的尺寸公差为3mm，高度方向的尺寸公差为4mm，大小端面的尺寸公差为5.6mm。
（2）确定机械加工余量等级、要求的机械加工余量RMA
根据《机械制造技术基础课程设计指南》（主编崇凯）第121页表5-5确定毛坯铸件的机械加工余量等级MA为E--G级，取MA为F级；再根据《机械制造技术基础课程设计指南》（主编崇凯）第120页表5-4确定毛坯铸件机械加工余量RMA为2mm（最终机械加工后铸件的最大轮廓尺寸为233.5mm）。
（3）确定毛坯尺寸
根据各加工面的加工余量和零件尺寸，确定毛坯尺寸。
对于毛坯尺寸直径小于30mm的孔，在毛坯上应为实心。
综合以上内容，根据《机械制造技术基础课程设计指南》（主编崇凯）第118页三个公式
可以确定毛坯尺寸，具体参见表1
（4）确定毛坯尺寸公差
铸件精度选ZJ6，由此可确定毛坯尺寸公差如表1。
零件尺寸（mm）
单面加工余量（mm）
毛坯尺寸（mm）
233.5
4.8
243.1±1.3
Φ60
3
Φ54±1.3
Φ48H7x2
3
Φ42±1.2
Φ54H7
3
Φ48±1.3
M60x2-6H
3
54±1.3
M48x2-6H
3
42±1.2
M18x1.5-6H
0
4xΦ14
0
4xM8
0
55
4
59±1.3
68
4.4
72.4±1.3
表1阀体零件毛坯（铸件）尺寸及公差
3.设计毛坯图
根据零件图样要求，确定外圆角半径为6mm，内圆角半径为3mm和1.6mm，外倒角边长为2mm、内腔倒角边长为1mm。
所取的数值能保证各表面的加工余量。
（1）确定分模位置
零件为类回转体零件，结构简单，应采取轴向分模，可以冲内孔，是材料利用率得到提高。
为便于起模，分模位置选在零件的中心轴线上，分型面为过零件轴心和大凸台轴线的面。
（2）确定热处理方式
采用时效处理，消除毛坯内部应力，以保证加工精度。
综上所述，具体毛坯图为下图图2。
图2毛坯图
3、选择加工方法，制定工艺路线
零件加工的工艺路线，是零件加工的总体方案设计，是制定工艺规程过程中的关键性工作。
拟定工艺路线所涉及的问题主要是选择定位基准、选择各表面的加工方法、安排加工顺序以及选择各工序所用的机床和工艺装备等。
1.定位基准选择
用毛坯上未经加工的表面作定位基准，称为粗基准。
该零件为类回转体零件，选择外圆为粗基准。
由大端面和内腔孔轴线为设计基准（零件图样上的标注设计尺寸所采用的基准），遵循了“基准重合”原则。
采用大端面和内孔和大端面的小孔为精基准。
2.零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有端面、内孔、小孔等，材料为HT300。
以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关资料，确定其加工方法如下。
（1）大端面表面粗糙度要求为
=6.3，尺寸较大为Φ160，且为回转体，所以采用车削加工，Φ86外圆和小端面定位，尺寸精度都要求不高，公差等级取IT11,粗车加工。
（2）小端面表面粗糙度要求为
=6.3，同样采用车削加工，公差等级取IT11，外圆定位，可进行粗车加工。
（3）两端面的沉孔表面粗糙度要求为
=6.3，公差等级为11级，尺寸为Φ70.6。
可采用车削加工，且粗车加工。
（4）内腔孔表面粗糙度要求高为
=3.2，内腔孔的公差等级为7级，尺寸适中，采用镗削加工，由于加工余量小，用粗镗-半精镗-精镗加工。
未标注的孔径尺寸，用粗镗，表面粗糙度要求高为
=6.3，内腔孔的公差等级为11级。
（5）凸台端面与内孔表面粗糙度要求高为
=12.5，公差等级取IT13，采用车削加工，同时进行车螺纹。
小凸台的孔直接钻铰加工而成，并攻螺纹。
（6）大端面孔表面粗糙度要求高为
=12.5，公差等级取IT13，进行钻铰加工，锪平面，直接攻螺纹。
综上所述，列表为表2
加工表面
精度要求
表面粗糙度/µm
加工方案
大端面
IT13
6.3
粗车
小端面
IT13
6.3
粗车
两端沉孔
IT11
6.3
粗车
内腔孔Φ48、Φ54
IT7
3.2
粗镗-半精镗-精镗
内腔孔Φ60、M60、M48
IT11
6.3
粗镗
槽Φ49、Φ57
IT11
6.3
粗镗
大凸台面
IT11
12.5
粗车
小凸台
IT13
12.5
粗车、钻、攻螺纹
大端面孔
IT13
12.5
钻、锪钻、攻螺纹
表2
3.制定工艺路线
零件加工工艺路线为先端面后内腔，按照先加工基准面及先粗后精的原则制定。
该零件的工艺路线可按下述工艺路线进行。
工序Ⅰ以Φ86外圆面及小端面定位，
（1）粗车大端面，粗镗Φ60、Φ48H7x2的内腔孔，粗镗Φ57的槽、粗车Φ70.6H11的沉孔。
工序Ⅱ
（1）半精镗Φ48x2的内腔孔。
工序Ⅲ
（1）精镗Φ48x2的内腔孔，车倒角。
工序Ⅳ以粗车后大端面及粗镗后Φ60内腔孔定位，
（1）粗车小端面，粗镗M60、Φ54H7的内腔孔、粗车Φ70.6H11的沉孔。
工序Ⅴ
（1）半精镗Φ54H7的内腔孔，车M60x2-6H的螺纹、车倒角。
工序Ⅵ
（1）精镗Φ54H7的内腔孔。
工序Ⅶ以粗车后大端面及粗镗后Φ60内腔孔和大凸台端面定位，
（1）粗车小凸台平面。
（2）钻Φ18的小凸台孔。
（3）攻M18x1.5-6H的小凸台内螺纹。
工序Ⅷ以粗车后大端面、粗镗后Φ60内腔孔及小凸台端面定位，
（1）粗车大凸台平面，粗镗Φ48凸台孔，粗镗内沟槽3xΦ49，车倒角。
（2）车M48x2-6H的螺纹。
工序Ⅸ以粗车后大端面及粗镗后Φ60内腔孔定位，
（1）钻4xΦ14的孔。
（2）攻螺纹孔4xM8-6H。
（3）光孔4xΦ14背面锪平Φ26。
4、工序设计
1.选择加工设备和工艺装备
（1）选择机床根据不同的工序选择机床
①粗车和半精车加工，各工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，所以选用卧式车床就可以了。
本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用最常用的CA6140型卧式车床即可。
②精镗孔加工，由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔。
由于精度要求较高，表面粗糙度值较小，需选用较精密的车床才能满足生产要求，因此选用C616A型卧式车床。
③车小凸台端面、钻M18的小孔、攻螺纹M18加工，可采用专用的分度夹具在卧式镗床上加工，故选TX611A型卧式镗床。
④加工大端孔Φ4xΦ14、M8，可在立式钻床上进行。
采用专用的分度夹具在立式钻床上加工。
（2）选择夹具
在车床上加工大小端面工序时用通用夹具三爪自定心卡盘，其他工序时，由于定位夹紧位置的选择和加工的生产率等情况的综合考虑，均使用专用夹具。
（3）选择刀具根据不同的工序选择刀具
在车床上加工的工序，一般都选择硬质合金车刀和镗刀加工铸铁类零件采用YG类硬质合金，粗车用YG8，半精加工用YG6X，精加工用YG3。
为提高生产率及经济性，应选用可转位刀具。
铣削小凸台端面用硬质合金面铣刀。
钻孔用Φ18、Φ14的高速钢直柄麻花钻、锪平用Φ26带导柱直柄平底锪钻。
（4）选择量具本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。
根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，选择如下表2
加工面尺寸
量具
深度、长度
300x0.05深度游标卡尺
孔径
三牙紧缩式圆柱塞规
表3
2.确定工序尺寸
（1）内径工序尺寸
加工表面
工序双边余量
工尺寸及公差
表面粗糙度
粗
半精
精
粗
半精
精
粗
半精
精
Φ70.6H11
10.6
6.3
M60
6
6.3
Φ54H7
3
2
1
6.3
3.2
3.2
Φ48H7
3
2
1
6.3
3.2
3.2
Φ57
9
6.3
Φ60
6
6.3
M48
6
6.3
M18
18
12.5
Φ14
14
12.5
M8
8
12.5
（2）面工序尺寸
加工表面
工序单边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗
粗
粗
233.5
4.8
233.5±0.15
6.3
3.5
3.5
6.3
68
4.4
68±0.23
12.5
55
4
55±0.23
12.5
5、确定切削用量及基本时间
1、工序Ⅰ切削用量及基本时间的确定
（1）切削用量
本工序为粗车（车端面、镗孔、车沉孔）。
已知加工材料为HT300，铸件；机床为CA6140型卧式车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。
①确定粗镗Φ60的内腔孔的切削用量
所选刀具为YG8硬质合金直径为Φ12的圆形镗杆镗刀。
ⅰ确定背吃刀量双边余量为6mm，显然
为单边余量，
=3mm。
ⅱ确定进给量根据表5-115，当粗镗铸铁、镗刀杆伸出长度为＜60mm时，f=0.51-0.68mm/r，根据表5-57按CA6140车床取f=0.6mm/r。
Cv=158,m=0.2,
=0.15,
=0.4,T=60min,
=1.0×1.0×0.8×0.83×0.8=0.53,则
，
，按CA6140车床取n=320r/min。
最后确定的切削用量为
=3mm，f=0.6mm/r，v=65.2m/min，n=320r/min。
②确定粗镗Φ48H7x2的内腔孔的切削用量
所选刀具为YG8硬质合金直径为Φ30的圆形镗杆镗刀。
背吃刀量
=1.5mm，f=0.71mm/r，n=320r/min，v=42.2m/min。
③确定粗镗Φ57的槽的切削用量
所选刀具为YG8硬质合金直径为Φ30的圆形镗杆镗刀。
背吃刀量
=6mm，f=0.41mm/r，n=320r/min，v=45.2m/min
④确定粗车大端面的切削用量所用刀具为YG8硬质合金可转位车刀，由于车床的中心高度为202mm，故选刀杆尺寸为
刀片厚度为4.5mm，选择刀具几何形状为平面带倒棱型前刀面，前角
=12°，后角为
=6°，主偏角
=90°，副偏角
=10°，刃倾角
=0°刀尖圆弧半径
=0.8mm。
ⅰ确定背吃刀量
粗车双边余量为9.6mm，显然，
为单边余量4.8mm。
ⅱ确定进给量f根据在粗车铸铁、刀杆尺寸为
、
=4.8mm，工件长度为100-400mm时，f=0.7-1.2mm/r，按CA6140车床的进给量（表5-57），选择0.79mm/r。
ⅲ选择车刀磨钝标准及耐用度根据表5-119车刀后刀面最大磨损量取为1mm可转位车刀耐用度T=30min。
ⅳ确定切削速度根据表选择v=70m/min。
修正系数为
=1.15×1.00×1.0×0.8×0.83×1.18×0.73×1.0×0.94×0.97=0.6，计算出转速为70x0.6x1000/160л=83.6r/min，查表5-56，选n=80r/min，则实际的切削速度为38.88m/min。
ⅴ校验机床功率查表5-126，当
=4.8mm、f=0.79mm/r、v=38.88m/min时，
=2KW,修正系数
=1.15×1.0×1.0×0.8×0.83×1.18×1.0×0.87×0.97=0.76，故实际切削时功率
=2x0.76=1.52KW。
机床主轴允许功率为7.5KW。
故所选切削用量可在本机床上加工。
最后确定的切削用量为
=4.8mm、f=0.79mm/r、n=80r/min、v=38.88m/min。
⑤确定粗车Φ70.6H11的沉孔的切削用量
采用上述车大端面的平面带倒棱型前刀面刀具加工沉孔。
加工余量可一次走刀切除，背吃刀量为
=5.3mm，f=0.79mm/r，主轴转速同上n=80r/min，v=15.07m/min。
（2）基本时间
①确定粗镗Φ60的基本时间
根据表2-24，基本时间计算公式为
②确定粗镗Φ48H7x2的内腔孔的基本时间
③确定粗镗Φ57的槽的基本时间
④确定粗车大端面的基本时间
⑤确定粗车Φ70.6H11的沉孔基本时间
⑥确定工序基本时间
2、工序Ⅸ切削用量及基本时间的确定
（1）切削用量
①确定钻4xΦ14的孔的切削用量所用刀具为高速钢Φ14直柄麻花钻，钻四个通孔，使用切削液。
查表5-127得钻孔时进给量为f=0.61-0.75mm/r,查表5-66取f=0.72mm/r。
查表5-130取钻头后刀面最大磨损限度0.8mm，耐用度T=60min。
查表5-133得切削速度v=0.3m/min,则n=67r/min。
根据Z525立式钻床说明书选择主轴实际转速为97r/min,则实际转速为4.26m/min。
②确定锪平的切削用量所用刀具为Φ26x100带导柱的平底锪钻，高速钢制。
背吃刀量为（26-14）/2=6mm。
（2）基本时间
①确定钻4xΦ14的孔的基本时间钻4个Φ14mm，深16mm的通孔，基本时间约110s。
②确定锪平4xΦ14的背面的基本时间锪4个Φ26的背面，根据表2-26，基本时间为4s。
6、夹具设计
本夹具是工序Ⅶ以粗车后大端面及粗镗后Φ60内腔孔和大凸台端面定位，
粗车小凸台平面，钻Φ18的小凸台孔，攻M18x1.5-6H的小凸台内螺纹。
和工序Ⅷ以粗车后大端面、粗镗后Φ60内腔孔及小凸台端面定位，粗车大凸台平面，粗镗Φ48凸台孔，粗镗内沟槽3xΦ49，车倒角，车M48x2-6H的螺纹的专用夹具。
在卧式镗床TX611A上加工小凸台上的平面、钻孔并攻出螺纹，工件随夹具转90°，再进行大凸台的加工。
所设计的夹具装配图及工序简图如图3所示，夹具体零件图如图4，有关说明如下（以工序Ⅷ加工小凸台为说明）。
（1）定位方案
确定工件在夹具中占有正确的位置的过程称为定位。
以粗车后大端面为设计基准，用大端面及Φ60内孔定位，用短销大端面组合定位限制5个自由度，侧面以Φ75凸台内孔Φ48定位，以菱形销限制一个自由度。
共限制了6个自由度。
（2）夹紧机构
夹紧的目的就是使工件在夹具中的定位，不致因加工中受切削力、重力、离心力和惯性力等作用而产生位移或振动，从而保证加工精度的实现和安全生产。
考虑到生产率的要求和加工精度要求，本零件的加工用手动夹紧即可。
先将压板拧紧到连接座上，将螺栓拧入连接座，压好零件后，拧紧螺母，即实现夹紧。
手动夹紧既方便可靠还可免去夹紧力的计算。
（3）夹具与机床连接元件
用螺栓将夹具体固定在工作台上。
（4）夹具体
工件的定位与夹紧元件由连接座连接起来，连接座定位固定在分度盘上，分度盘又与夹具体用螺栓连接（可旋转），这样该夹具便有机连接起来，实现定位、夹紧、分度等功能。
（5）使用说明
安装工件时，先松开压板，把工件装在定位盘上，加入菱形销，使其侧面也得到定位，再压紧压板，将工件夹紧。
为了能加工大凸台，连接座下面装有分度盘。
分度盘下端沿圆周方向分布有4条长度为1/4周长的斜槽。
可以保证每次将分度盘转90°。
旋转的动力可有人工手动完成。
在分度盘侧边做出一块六角状凸起，可以用扳手作用于上使分度盘转动。
（6）结构特点
该夹具结构简单，操作方便。
但是加工精度不高，故适用于加工要求不高的场合，适合本零件的加工。
另外本夹具容易改装用于加工大端的孔，只需换压块，选择适用于夹紧外圆柱面的压块实现夹紧。
7、设计小结
经过了为期两周的课程设计，通过对一个零件从毛坯、工艺、工序到夹具设计的全部设计过程，我从中学到了毛坯设计和工艺、工序设计的相关知识，实践了夹具设计过程，使学到的专业理论知识得到了具体应用，体会了一个机械设计师的工作过程。
没有严谨的态度，就作不出值得尊重的成绩。
一次次反复和修改，都是对主题的进一步的认识。
从中，我体会到了一名设计师的辛苦，也感受到了完工那一刻的骄傲。
感谢在设计过程中老师和同学们的指导和帮助。
8、参考文献
1、《机械制造技术基础课程设计指南》崇凯
北京化学工业出版社2006.12
2、《机械加工工艺编制》徐海技
北京北京理工大学出版社2009.7
3、《金属机械加工工艺设计手册》赵如福
上海上海科学技术出版社2009.1
4、《机械制造技术基础》吉卫喜
北京高等教育出版社2008.6（2009重印）
5、《金属工艺实习教材》刘新佳
北京高等教育出版社2008.2
6、《机械制造手册》琬山邢敏
沈阳辽宁科学技术出版社2002.3
7、《机床夹具手册与三维图库》曹岩白瑀
北京化学工业出版社2010.3
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