阀体机械加工工艺及工装设计.docx
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阀体机械加工工艺及工装设计
摘要
本设计说明书共分两部分，内容包括工艺规程设计，其中包括零件的分析，分析毛坯余量，工艺规程设计以及一些常用的公式和表格等；另一部分是工艺装备设计，包括夹具设计，专用刀具设计，专用量具设计等。
本论文理论观点清晰，设计特点突出，内容详尽，简单易懂。
论文的每一部分都是经过我的详细分析论证和计算，每一种设计都是有据可依的。
此论文是在催老师的指导下，又经过我的查阅资料，分析计算，编排汇总而来。
此论文能够体现出我的独特设计风格，也能表现出我设计此套方案的价值观。
这也说明了我所学知识，说明我能够将自己的知识更好更充分的运用与实际的工作实践中。
经过了４年的大学学习，我们是否有所收获很大程度上都体现在了此次设计中，在我们即将走出校门的时候，我将充分发挥自己的才能，运用自己的知识为培育我的老师，栽培我的学校留下自己的设计作品。
目录
绪论――――――――――――――――――――――――
（2）
1、工艺规程设计――――――――――――――――――――（３）
１.１零件分析―――――――――――――――――――――（３）
１.１.１零件的作用――――――――――――――――――――――――（３）
１.１.２零件的工艺分析――――――――――――――――――――――（３）
１.２确定毛坯――――――――――――――――――――――（3）
１.３工艺规程设计――――――――――――――――――――（5）
１.３.１定位基准的选择―――――――――――――――――――――――（5）
１.３.２制定工艺路线――――――――――――――――――――――――（６）
１.３.３选择加工设备及刀、夹、量具―――――――――――――――――（８）
１.３.４确定加工余量和主要表面的工序尺寸――――――――――――――（8）
１.３.５加工工序设计――――――――――――――――――――――――（９）
１.３.５.１工序1粗铣底面和工序2精铣底面―――――――――――――（９）
１.３.５.２时间定额计算――――――――――――――――――――――（９）
２、工艺装备设计―――――――――――――――――――（１０）
２.１夹具设计――――――――――――――――――――――――――（１０）
２.１.１铣底面夹具设计――――――――――――――――――――――（10）
２.１.１.１夹具设计的目的和条件―――――――――――――――――（10）
2.１.１.２确定设计方案―――――――――――――――――――――（10）
２.１.１.３确定并设计对刀元件――――――――――――――――――（１１）
２.１.１.４.夹紧力的计算和设计夹紧机构―――――――――――――（１１）
２.１.１.５加工精度分析―――――――――――――――――――――（１１）
２.１.１.６夹具体的设计――――――――――――――――――――――（１２）
２.１.１.７绘制夹具装配总图――――――――――――――――――――（１２）
２.１.２钻底面孔夹具设计―――――――――――――――――――――－（１２）
２.１.２.１研究原始材料，明确设计任务―――――――――――――――（１２）
２.１.２.２确定夹具设计方案，结构，绘制结构草图――――――――――（１２）
２.１.２.２.１确定零件的定位方式，选择定位元件――――――――――（１２）
２.１.２.２.２确定并设计导向元件―――――――――――――――――（１３）
２.１.２.２.３计算所需夹紧力，设计夹紧机构――――――――――――（１３）
２.２专用刀具设计――――――――――――――――――――――――――（１４）
２.２.１设计条件和要求――――――――――――――――――――――（１４）
２.２.２初选主要结构设计―――――――――――――――――――――（１４）
２.３专用量具设计――――――――――――――――――――（１６）
２.３.１工件螺纹的牙型尺寸――――――――――――――――――――（１６）
２.３.２自文献（8）表6.4.3查的环规公差及截形有关尺寸――――――――（１６）
２.３.３计算螺纹环规的大,中,小径尺寸―――――――――――――――（１６）
毕业设计结论――――――――――――――――――――――――――――（１７）
致谢―――――――――――――――――――――――――――――――――（1８）
毕业设计参考文献――――――――――――――――――――――――――（１８）
绪论
通过这次毕业设计，我学到了许多课堂上学不到的知识，增强了我的实践能力和空间想象能力。
这次设计是为了适应本专业学生理论联系实践的需要，培养学生综合运用所学理论知识，独立解决一般机械类技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风，为社会培养更多的人才。
本设计论文中包括工艺规程设计和工艺装备设计两大部分。
并主要以阀体的工艺规程设计和工艺装备设计为重点，阐述其设计原理和方案。
我还设计了一套与之配套的专用刀具和量具及两套夹具。
在整个设计方案中，力求以经济技术指标来指导设计，并掌握一般夹具，刀具，量具的设计方法，使工艺科学性强，并在此基础上贯穿了自己的整个设计思想。
在此次毕业设计过程中，我得到了催广臣等老师的热情指导和帮助，及广大同学提出了宝贵的意见，在此对他们的关心和帮助表示最衷心的感谢。
编者：
吴飞
１工艺规程设计
１.１零件分析
１.１.１零件的作用:
阀体是东风汽车等内燃机的一个主要零件,内燃机通过该零件的安装平面既低面与阀体相连,用四个螺栓固定,实现内燃机车的正确连接,底面上4个直径11毫米孔为螺栓连接孔,由于没有定位销定位,故对它的位置要求0.25毫米。
１.１.２零件的工艺分析：
有零件图可知，其材料为ＱＴ４０－１０，该材料具有较高的韧性、塑性，在低温下有较低的韧性——脆性转变，温度及较高的低温冲击值，且有一定抗温度急发性，耐腐蚀性。
适用于承受较好韧性，要求耐腐蚀的零件。
该零件的主要加工面为直径４３、４５、２７、４１的锥孔，Ｍ４８Ｘ２螺纹，直径２６、２０，Ｍ３２Ｘ２螺纹，直径３６，２—Ｍ１２螺纹孔，４个直径１１孔的底面。
底面的加工精度直接影响阀体与其他零件的接触精度及密封，在加工底面时，应有一定的精度要求。
直径４３凸台面是与其他零件的接触表面，直接影响该零件与其他工件之间的接触精度。
２－Ｍ１２ＭＭ，４个直径１１毫米的孔是用于链接的表面，在加工它们时，应有一定的精度要求。
直径４１的锥孔是该零件中精度要求最高的表面，因而具有较高的加工精度要求。
由参考文献１中有关面和孔加工经济精度及机床能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。
１.２确定毛坯：
根据零件材料确定毛坯为铸件又由设计任务书已知零间的生产纲领为５０００－１００００件/年，该零件质量约为２.８５千克，由参考文献２表１－４，表１－３可知，其生产类型为大批生产，毛坯的铸造方法选用砂型及其造型。
又由于阀体零件的内腔及内孔均需铸出，故应安放型芯。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效和检验。
参考文献２表１２－５、表１２－３可知，该种铸件的尺寸公差等级ＣＴ为８－１０级，加工余量等级ＭＡ为Ｇ级，取ＣＴ为１０级，ＭＡ为Ｇ级。
铸件分型面选择通过直径２６毫米，直径２７毫米孔轴线且与底面垂直的面，浇冒口位置分别位于底面和直径４３毫米凸台两侧。
参考文献２表１２－２，用查表法确定各表面的总余量如下表所示：
加工表面
基本尺寸（mm）
加工余量等级
加工余量数值（mm）
说明
安装平面
10
G
3.0
侧面：
单侧加工
直径26端面
107
G
3.5
侧面：
单侧加工
直径27孔
27
H
2.5
孔降一级，双侧加工
凸台面
10
G
3.0
侧面：
单侧加工
直径41孔端面
22
G
3.0
侧面：
单侧加工
M42X2螺纹
48
G
3.0
侧面：
单侧加工
直径35孔
30
H
2.5
孔降一级，双侧加工
M33X2螺纹
33
G
3.0
侧面：
双侧加工
直径20孔
20
H
2.5
孔降一级，双侧加工
直径36外圆
36
G
2.5
侧面：
双侧加工
参考文献3表12-4得主要毛坯尺寸及公差
主要面尺寸
零件尺寸（MM）
总余量（MM）
毛坯尺寸（MM）
公差CT
N底面轮廓尺寸
10
10
1
N底面直径26孔端面尺寸
107
3.5
110.5
2
C面距直径26孔端面尺寸
21
3.0
24.0
1
凸台面表面距直径43空轴线中心尺寸
10
3.0
13.0
1
大孔深
22
3.0
25
1
直径27孔
27
2.5+2.5
22
1
直径20孔
20
2.5+2.5
15
1
直径35孔
35
2.5+2.5
30
1.5
M42X2外径尺寸
48
3.0+3.0
54
1.5
M33X2外径尺寸
33
3.0+3.0
39
1.5
直径36外径尺寸
36
3.0+3.0
42
1.5
１.３工艺规程设计：
１.３.１定位基准的选择：
精基准的选择：
阀体底面是装配基准，又是设计基准，用它做精基准，遵循基准重合原则，实现阀体零件一面二孔的定位方式，其余各面和孔的加工也能用它定位，这样就遵循了基准统一原则。
此外，底面的面积较大，定位比较稳定，夹紧也比较简单，可靠，操作方便。
粗基准的选择：
选择底面的对面D面作为粗基准；1.保证各加工表面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽可能均匀；2.其他零件与阀体有足够的间隙。
两定位夹紧方案：
方案一：
用D面定位限制3个自由度，侧面用一个支撑板限制2个自由度，这种夹紧方案简单，但不适合大批量生产，加工稳定性不高。
方案二;在小孔处以销定位限制两个自由度，侧面用3个支撑钉限制3个自由度，底面本生限制一个自由度，这种定位准确、可靠、随行夹具简单，适用于大批量生产，所以该方案可行。
１.３.２制定工艺路线
方案一：
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：
底面：
粗铣——精铣两侧面：
粗铣直径35孔：
粗铣
底面孔4-11、4-20：
钻——锪直径41内锥孔:
粗车-－半精车－精车
直径２７大孔：
粗镗 Ｍ４８Ｘ２：
粗车－半精车－精车－攻螺纹
直径２０小孔：
粗镗 直径２６孔：
粗镗
Ｍ３３Ｘ２：
粗车－半精车－精车－攻螺纹
凸台面直径４３、直径３５孔：
粗车－半精车
２－Ｍ１２：
钻孔－攻螺纹
根据先面后孔，先主要表面后次要表面，先粗加工后精加工的原则，将底面，两侧面级底面空的加工放前面，后钻４－１１孔，２－１０.２孔，螺纹孔Ｍ４８Ｘ２、Ｍ３３Ｘ２、２－Ｍ１２等次要表面放在最后加工。
工序过程排列如下：
方案一：
工序号
工序内容
铸造
时效
涂漆
1
粗铣底面
2
精铣底面
3
铣两侧面
4
钻底面孔4——11，锪盘4——22
5
车大孔，车端面，车直径27内孔，车直径41锥孔，粗车直径48外圆，半精车直径48外圆，精车直径48外圆，倒1.5X45度角，车半径3毫米圆弧，车M48X2螺纹
6
车小孔（车端面，车直径20内孔，车直径36外圆，车直径33外圆，车3.5沟槽，倒1X45度角，倒1.5X45度角，车M33X2螺纹）
7
车凸台面（车直径43端面，车直径43外圆，车直径35内孔）
8
钻凸台面孔（钻2——10.2孔）
9
攻丝2——M12
10
成品检查
方案二：
工序号
工序内容
铸造
时效
涂漆
1
车底面
2
铣两侧面
3
钻底面孔4——11，锪盘4——22
4
车大孔，车端面，车直径27内孔，车直径41锥孔，倒1.5X45度角，车半径3毫米圆弧
5
粗车直径48外圆，车M48X2螺纹
6
车小孔（车端面，车直径20内孔，车直径36外圆，车3.5沟槽，倒1X45度角，倒1.5X45度角）
7
粗车直径33外圆，车M33X2螺纹
8
车凸台面（车直径43孔，车直径35孔）
9
钻凸台面孔）
10
攻丝2——M12
11
成品检查
方案二所制定的工序存在许多问题，，须进一步讨论。
如车底面，因工件和夹具的寸较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性力较大，平衡较空难，又由于底面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的震动，故改用铣削加工较好。
工序4、5、6、7都分别采用车削，它们应该采用工序集中原则，因此方案一比较好。
１.３.３选择加工设备及刀、夹、量具：
由于生产类型为大批生产，所以加工设备以通用机床为主，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
铣底面：
考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X53K立铣床，参考文献2表4——3，选择直径50毫米的立铣刀，专用夹具和游标卡尺。
铣两侧面：
采用立铣，选择铣床X53K，直径53毫米的立铣刀，铣夹具和游标卡尺。
钻底面孔：
采用摇臂钻床Z35,选择直径11毫米的锥柄麻花钻，锪盘专用夹具、专用夹具和游标卡尺。
车大孔:
采用CA6140,选择端面车刀，45度弯头车刀，外圆车刀，螺纹车刀，游标卡尺，螺纹量规和专用夹具。
车小孔：
采用CA6140,选择端面车刀，45度弯头车刀，外圆车刀，螺纹车刀，游标卡尺，螺纹量规和专用夹具。
车凸台面：
采用CA6140,选择端面车刀，45度弯头车刀，外圆车刀，螺纹车刀，游标卡尺，专用夹具。
钻凸台面孔：
采用摇臂钻床Z35，选择直径10.2毫米钻头，游标卡尺，专用夹具。
攻丝2——M12：
采用摇臂钻床Z35，选择M12X1的机用丝锥，选择螺纹量规，丝锥专用夹具。
成品检查：
检查主要尺寸,选择游标卡尺，螺纹量规和角度尺。
１.３.４确定加工余量和主要表面的工序尺寸
根据参考文献1
直径41锥孔，半精膛，工序余量Z=1.7mm
直径27mm孔，粗镗，工序余量Z=2.5mm
直径26mm孔，粗镗，工序余量Z=6mm
直径20mm孔：
粗车，工序余量Z=5mm
直径35mm孔：
粗车，工序余量Z=5mm
直径43mm凸台面：
粗车，工序余量Z=7mm
平面：
粗车，工序余量Z=2mm
１.３.５加工工序设计
１.３.５.１工序1粗铣底面和工序2精铣底面：
查文献1表13——27平面加工余量，的精加工余量Z1JINGWEI1.0mm,知1面总余量Z1总为3mm故粗加工Z1粗=3-1=2mm
查文献1表4—21得粗加工公差等级为T11,其公差T粗=0.24mm
校核精铣余量：
Z1精
Z1精min=X1粗min-X1精min=（11-0.24）-（10+0.035）=0.725mm＜1mm―――――１．１
故余量足够。
参考文献1表14-69，取粗铣的每齿进给量Fｚ为０.３ｍｍ/r,粗铣走刀一次，Ａｐ＝３ｍｍ，精铣走刀一次，Ａｐ＝１．０ｍｍ
ｉｎ，相应切削速度分别为：
Ｖ粗＝3.14D/1000=3.14X125X150/1000=58.88ｍ／ｍｉｎ――――――――――１．２
Ｖ精＝３.１４ＮＤ/1000=3.14X125X300/1000=117.75m/min―――――――――１．３
１.３.５.２时间定额计算
（1）机动时间：
粗铣：
T1=（L+L1+L2）/FmI――――――――――――――――――――１．４
取L1=3minL2=32min
T1=115+32+3/0.3X1500=0.33mim
精铣：
T2=（L+L1+L2）/FmI―――――――――――――――――――１．５
取L1=3minL2=32min
T2=115+32+3/0.5X300=1min
所以机动时间T=T1+T2=0.33+1=1.33min
（2）辅助时间
参考文献4表2-5确定如下：
操作内容
每次所需时间
粗铣
精铣
操作次数
时间min
操作次数
时间min
主轴变速
0.025
1
0.025
变换进给量
0.025
1
0.025
1
0.025
卡尺测量
0.1
1
0.1
1
0.1
开停车
0.015
主轴运转
0.02
清除铣削
0.04
各工步辅助时间分别为:
粗铣:
0.125min,精铣:
0.15min装卸工件时间参数取1.5min。
所以辅助时间：
Ta=0.125+0.15+1.5X2=3.275min
（3）作业时间:
Tb=Ta+T1=3.275+1.33=4.605min
（4）布置工地时间Ts,参考文献
（1）取a=3%
则:
Ts=Tb*a=4.608x3%=0.138min
（5）休息与生理需要时间Tr:
参考文献
（1）取B=3%,则Tr=Tb*B=4.608X3%=0.138min
（6）准备与终结时间Te,取各部分时间为:
中等件:
33min
对刀:
7min
２工艺装备设计
２.１夹具设计
２.１.１铣底面夹具设计
２.１.１.１夹具设计的目的和条件:
设计第五道工序粗铣、精铣安装平面的铣夹具。
该夹具选择用机床型号为X30K。
２.１.１.２确定设计方案：
由于该道工序是机械加工的第一道工序，要进行粗基准的选择。
夹具设计必须遵循夹具设计方案的原则即“在确保加工质量的前提下，结构竟可能简单，操作省力，高效，安全，经济合理，并尽量采用标准元件”。
根据以上，拟定方案如下：
方案一：
选用D面作为主要定位表面限制3个自由度，再以侧面辅以定位，限制2个自由度，再在前后方向上用一个支撑钉限制1个自由度。
主轴顺时针正转进行铣削加工。
在侧面用一压板压紧，运用联动机构一次加工两个工件，夹紧力由液压缸通过拉杆提供。
方案二：
以小孔内圆毛坯面及端面定位，再辅以侧面定位。
其中长定位心轴及小孔端面限制了4个自由度，侧面定位限制2个自由度，在侧面方向上采用螺栓施加夹紧力。
对以上两种方案进行分析比较如下：
方案一：
由于定位基准与设计基准重合，没有基准不从合误差，当毛坯铸造精度不高时，不会产生安装平面与小孔轴线不垂直的缺陷，不易保证孔加工余量均匀，定位元件尺寸较小，刚性较差，手动夹紧，辅助时间长，工人劳动强度高，生产率较低，但便于设计和制造，成本较低，适用于小批量生产。
方案二：
所选定位基准与设计基准不重合，存在的不重合误差不易保证，各孔的加工余量均匀，由于心轴定位并承受主要切削力，心轴尺寸不大，易变形，但采用液压夹紧时，辅助时间短，一次加工两个元件减少了作业时间，工人劳动强度低，生产率也高，其设计制造较复杂，要求较高，适用于大批量生产。
综上，优先选用方案一。
２.１.１.３确定并设计对刀元件：
为迅速正确地确定铣刀与工件的相对位置，设置了块。
借助平塞尺进行对刀，控制端铣刀的中心位置和铣削深度，对刀块安装在夹具体上。
２.１.１.４夹紧力的计算和设计夹紧机构：
（1）夹具选用液压装置夹紧，用一根定位心轴连接液压缸缸杆，带动连接在心轴上的压板夹紧工件。
（2）夹紧力的计算：
粗铣时切向切削力Py为最大
铣削切削力，由参考文项（5）表1-29得：
Py=490TSzDBZ
T－铣削深度取T=2
S－每齿进给量S=0.3
D－铣刀直径D=120
B－铣削宽度B=115
Z－齿数Z=12
所以：
Py=2876.89N
２.１.１.５加工精度分析：
（1）夹具外形的最大轮廓尺寸为：
605X196X233mm
（2）与安装有关的技术要求△A：
由于铣床夹具是依靠夹具体底面和定位键侧面与机穿工作台的平面T形槽连接，对安装平面的加工尺寸无影响故△A=0
（3）对刀误差△T：
△T=△S+△h
△S-塞尺的制造误差
△h-对刀块工作到定位元件的尺寸公差
△T=0.018=0.036=0.054mm
（4）制造误差△Z:
由夹具总图的技术要求可知:
△Z=0.05mm
２.１.１.６夹具体的设计:
由于工件形状复杂且不规则,夹紧选用的是液压连动夹紧,故选择铸造夹具体为宜底座设有两个耳座槽,用T形螺栓固定与铣床工作台上,在中间最远距离处安装有两个定向件,用以确定夹具与刀具的正确位置。
２.１.１.７绘制夹具装配总图：
此铣床夹具的装配总图上应将定位衬套，液压夹紧装置，辅助支撑与夹具体的连接表达清楚。
２.１.２钻底面孔夹具设计
２.１.２.１研究原始材料，明确设计任务：
根据任务书可知此零件的生产纲领为5000-10000件/年，根据零件的工艺规程和本工序的具体要求及前后工序的相互联系，可知本工序所选用的刀具为钻头，要选用一把平挫，量具用游标卡尺，由于被加工孔是均匀分布在同一圆周上的平行孔系，所以采用固定式钻模在摇臂钻床在Z35上进行加工。
２.１.２.２确定夹具设计方案，结构，绘制结构草图：
在确定夹具设计方案时应根据夹具设计的基本原则：
在确保零件的加工质量基础上，结构尽量简单，操作方便高效，制造成本低廉，综合分析。
２.１.２.２.１确定零件的定位方式，选择定位元件：
在分析零件结构特点，尺寸，精度，数量的基础上，根据6点定位原则，结合实际加工精度的要求，选择以工件的外圆表面，所加工的4个小孔中心轴线所在的平面及侧面作为定位基面。
在工件的外圆表面用一V型块实现定位，由于所用的是短V型快，因而用它定位限制了两个自由度，定位支撑板用圆铣刀铣成圆形，由于该支撑板圆环部分较大，因而用它定位限制了3个自由度，为使该夹紧机构实现完全定位，再在侧面用一支撑钉定位限制另一自由度，从而实现工件的完全定位。
２.１.２.２.２确定并设计导向元件：
为了迅速，准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻模上设计引导刀具且防止其在加工过程中发生偏移的元件——钻套，由于所加工的孔为均布于同一圆表面的4个孔，故选用4个钻套，用以保证被加工孔的位置精度及提高工艺系统的刚度。
２.１.２.２.３计算所需夹紧力，设计夹紧机构：
（1）由于工件质量不大，产量为批量生产，所以采用手动夹紧装置。
选择用夹角成120度的V型块夹紧工作，为了装卸工件方便，需要V型块在X方向上能够平移，所以采用压紧螺钉与V型块相连，在支撑的槽内实现X方向的平移，把带孔滚花螺母与压紧螺钉相连，承受主要夹紧力，在侧面辅助夹紧的支撑钉定位方向上用一球形夹紧螺栓夹紧，从而实现工件的手动夹紧。
（2）计算夹紧力：
W=2QL/［Dtg（a+&）+rtga2］―――――――――――２．１
W－夹紧力
Ｑ－原始作用力一般取８０－１００Ｎ
Ｌ－作用力臂，一般取Ｌ＝１４d
D－螺纹中径
a－螺纹升角，取３度
＆－螺纹处摩擦角，取２０度
a2－螺钉端部与Ｖ型块的摩擦角
r－螺钉端部与Ｖ型块的当量摩擦半径
把以上数据代入公式得：
Ｗ＝３４４００Ｎ
为了保证工件装夹可靠，因将理论夹紧力乘以安全系数Ｋ，Ｋ值由手册查得，一般取１.５－２.５．所以Ｋ２＝２.５Ｘ３４４００＝８６０００Ｎ
满足夹紧力要求,所以此装置可行。
（3）夹具体的设计：
夹具体须将定位，导向，夹紧装置连接成一体，并能正确地安装在机床上。
此
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