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阀体零件加工工艺及钻4×M12螺纹底孔钻床夹具设计毕业设计说明书






本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差合 与测量等多方面的知识。 阀体零件加工工艺及钻 4×M12 螺纹底孔钻床夹具设计是包括零件加工的工 艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行 分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出 零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个 工序的工艺装备及切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个 组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其 它部件; 计算出夹具定位时产生的定位误差, 分析夹具结构的合理性与不足之处, 并在以后设计中注意改进。 关键词:工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。

毕业设计任务书

I、毕业设计(论文)题目:
阀体零件加工工艺及钻 4×M12 螺纹底孔钻床夹具设计

II、毕 业设计使用的原始资料及设计技术要求
(1)阀体零件工作图,附图见后一页 (2)完成该零件的机械加工工艺设计 (3)完成指定工序的专用夹具设计(指定钻 4×M12-7H 螺孔的底孔钻削钻床 夹具的设计) (4)生产类型:大批量生产 (5)生产车间条件:无专用设备,常规通用加工设备齐全 (6)要求所有图纸加起来要有两张 A0 图纸那么大 (7) 零件材料: ZG230-450 (8) 绘制阀体体零件工作图 (9)编制阀体加工工艺过程卡和工序卡 (10) 撰写毕业设计说明书





序言………………………………………………………………………………… 1 一. 零件分析
1.1 零件作用 ……………………………………………………2 ………………………………………………2 …………………………………………2

1.2 零件的工艺分析

二. 工艺规程设计…………………………………………………2
2.1 确定毛坯的制造形式 ……………………………………2

2.2 基面的选择传 ……………………………………………2 2.3 制定工艺路线 ……………………………………………2 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………… 2.5 4

确定切削用量及基本工时………………………………4



夹具设计…………………………………………………… 8
3.1 夹具设计概述……………………………………………8 3.2 方案设计…………………………………………………9 3.3 定位基准的选择…………………………………………9 3.4 切削力及夹紧力计算……………………………………9 3.5 定位误差分析……………………………………………10 3.6 导向装置设计……………………………………………10 3.7 夹具设计及操作简要说明………………………………11

总 结……………………………………………………………… 13 致 谢……………………………………………………………… 14 参考文献 …………………………………………………………15





机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品, 并把它们装备成 机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用,也可以为其它行业 的生产提供装备,社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活 离不开制造业,因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低是衡量一个国家 国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 阀体零件加工工艺及钻 4×M12 螺纹底孔钻床夹具设计是在学完了机械制 图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下,进行的一个全面 的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及工艺路线安排,工艺尺 寸确定等问题,并设计出专用夹具,保证零件的加工质量。本次设计也要培养自 己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在 设计中既要注意基本概念、基本理论,又要注意生产实践的需要,只有将各种理 论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限,其中难免有缺点错误,敬请老师们批评指正。

-- 1 --

一、 零件的分析

1.1

零件的作用
阀体是整体装置的重要零件,它支撑中心部分,承受着部分静载荷,因为阀

体与整个机体连接,并且中心部分与该零件是螺纹连接,因而该零件的螺纹承受 着一定载荷,以及一定的冲击力,所以该零件承受着静、动载荷

1.2

零件的工艺分析
阀体有 3 个加工面他们有位置度要求。这三个加工面的分别为:

1,以底面为基准的加工面,这组加工面包括,左右面,和直径为 18 的孔。 2:以直径为 18 孔的轴线为基准,这组面包括 M24 3:以直径为 22 的圆和直径为 35 的圆为基准的加工面,这组加工面主要是车孔。

二. 工艺规程设计

2.1

确定毛坯的制造形式
零件的材料为 ZG230, 根据生产纲领以及零件在工作过程中所受的载荷情况,

选用砂型机铸造。

2.2

基面的选择的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理,可以

使加工质量得到保证,生产率得到提高。否则,加工工艺过程中会问题百出。 粗基准的选择:对阀体这样的零件来说,选择好粗基准是至关重要。以零件 的 75×75 加工平面作为粗基准。选取已加工的内圆为精基准。

2.3

制定工艺路线

制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等 技术要求能得到合理的保证。通过仔细考虑零件的技术要求后,制定以下两种工

-- 2 --

艺方案: 方案一 工序Ⅰ:铸造 工序Ⅱ:时效处理 工序Ⅲ:铣 75x75 平面; 工序Ⅳ:车Φ 50 和Φ 35、Φ 43 孔及其端面 工序Ⅴ:车 M36 的端面和外圆,M36 螺纹车Φ 20 和Φ 28.5 的孔 工序Ⅵ:铣上端成 90°的端面面 工序Ⅶ:车Φ 18,Φ 22,Φ 24.3,Φ 24 螺纹底孔,Φ 26 孔,车Φ 24 螺纹孔 工序 VIII:钻 4-M12 工序 IX:质检 工序 X:入库

方案二 工序Ⅰ:铸造 工序Ⅱ:时效处理 工序Ⅲ:铣床 96x80 平面; 工序Ⅳ:铣上端面 工序Ⅴ:车Φ 48 的端面和外圆 工序Ⅵ:车Φ 54 和Φ 47 的圆 工序Ⅶ:钻Φ 25 的孔 工序Ⅷ:钻Φ 10 孔锪孔Φ 20 深 28 再锪孔Φ 27 深 15 工序Ⅸ:车退刀槽和螺纹孔。 工序 X:钻 4-M12 工序 XI:质检 工序 XII:入库 工艺方案一和方案二的区别在于方案一加工的时间在一个定位的情况下,把 可以加工的孔全部加工完,这样可以保证加工的质量和精度,同时也能提高生产 效率,适合于大批量生产,因此我们综合考虑选择方案一

-- 3 --

具体的方案如下 工序Ⅰ:铸造 工序Ⅱ:时效处理 工序Ⅲ:铣 75x75 平面; 工序Ⅳ:车Φ 50 和Φ 35Φ 43 孔及其端面 工序Ⅴ:车 M36 的端面和外圆,M36 螺纹车Φ 20 和Φ 28.5 的孔 工序Ⅵ:铣上端成 90°的端面面 工序Ⅶ:车Φ 18,Φ 22,Φ 24.3,Φ 24 螺纹底孔,Φ 26 孔,车Φ 24 螺纹孔 工序 VIII:钻 4-M12 工序 IX:质检 工序 X:入库

2.4

机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
阀体零件材料为 ZG230,重量为 450G,生产类型为大批量生产,采用砂型机

铸造毛坯。 1、不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差,由铸造可直接获得。 2、阀体的底面 由于阀体底面要与其他接触面接触,所以要进行铣,其加工余量为 2.5mm。 3、 阀体的孔直径为 20 孔毛坯为实心, 不铸造出孔。 孔的精度要求介于 IT7—IT8 之间,参照参数文献,确定工艺尺寸余量为 钻
? 20



表面粗糙度均为 1.6 1、孔Ⅰ端面 采用铣一次走刀完表面加工,表面粗糙度为 3.6,根据参考文献,其余量为 Z=2.5mm

2.5

确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ:铣 96X80 的平面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀,刀片采用 YG8,

-- 4 --

a p ? 1 . 5 mm

, d 0 ? 40 mm , v ? 125 m / min , z ? 4 。

2. 决定铣削用量 1)决定铣削深度 因为加工余量不大,一次加工完成
a p ? 1 . 5 mm

2)决定每次进给量及切削速度 根据 X51 型铣床说明书,其功率为为 7.5kw,中等系统刚度。 根据表查出
ns ? 1000 v

f z ? 0 . 2 mm / 齿 ,则
1000 ? 125 ? 663 . 48 r / min

?d

?

? ? 40

按机床标准选取 n w =750 r / min
v ?

? dn w
1000

?

? ? 40 ? 750
1000

? 141 . 3 m / min

当 n w =750r/min 时
f m ? f zzn w ? 0 . 2 ? 4 ? 750 ? 600 mm / r

按机床标准选取 f m ? 600 mm / r 3)计算工时 切削工时: l ? 20 mm , l1 ? 4 mm , l 2 ? 3 mm ,则机动工时为
tm ? l ? l1 ? l 2 nw f ? 20 ? 4 ? 3 750 x 0 . 2 ? 0 . 47

工序 II:车φ 48 的外圆和端面 选硬质合金车刀 工步一:车φ 48 外圆端面 1) 车削深度,因为尺圆弧面没有精度要求,故可以选择 ap=1.0mm,一次走刀即 可完成所需长度。 2) 机床功率为 7.5kw。 《切削手册》 查 f=0.14~0.24mm/z。 选较小量 f=0.14 mm/z。

-- 5 --

3) 查后刀面最大磨损及寿命 查《切削手册》表 3.7,后刀面最大磨损为 1.0~1.5mm。 查《切削手册》表 3.8,寿命 T=180min 4) 计算切削速度 按《切削手册》 ,查得 Vc=98mm/s,n=439r/min,Vf=490mm/s 据 CA6140 卧式车床 车床参数,选择 nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.14×80× 475/1000=119.3m/min,实际进给量为 f
zc

=V

fc

/ncz=475/(300×10)=0.16mm/z。

5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为 Pcm>Pcc。 故校验合格。 最终确定 ap=1.0mm,nc=475r/min,Vfc=475mm/s,V c=119.3m/min,f z=0.16mm/z。 6)计算基本工时 tm=L/ Vf=(12+15)/475=0.052min。 工步二:车φ 48 外圆 选择硬质合金车刀 1) 车削深度,因为尺圆弧面没有精度要求,故可以选择 ap=1.0mm,一次走刀即 可完成所需长度。 2) 机床功率为 7.5kw。 《切削手册》 查 f=0.14~0.24mm/z。 选较小量 f=0.14 mm/z。 3) 查后刀面最大磨损及寿命 查《切削手册》表 3.7,后刀面最大磨损为 1.0~1.5mm。 查《切削手册》表 3.8,寿命 T=180min 4) 计算切削速度 按《切削手册》 ,查得 Vc=98mm/s,n=439r/min,Vf=490mm/s 据 CA6140 卧式车床 车床参数,选择 nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.14×80× 475/1000=119.3m/min,实际进给量为 f
zc

=V

fc

/ncz=475/(300×10)=0.16mm/z。

5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为 Pcm>Pcc。 故校验合格。 最终确定 ap=1.0mm,nc=475r/min,Vfc=475mm/s,V c=119.3m/min,f z=0.16mm/z。 6)计算基本工时 tm=L/ Vf=(12+20)/475=0.050min。

-- 6 --

工序 III:钻φ 25 孔 钻孔 ? 25 mm 确定进给量 f :根据参考文献Ⅳ表 2-7,当钢的 ? b ? 800 MPa ,
d 0 ? ? 25 mm

时, f ? 0 . 39 ~ 0 . 47 m / r 。由于本零件在加工 ? 25 mm 孔时属

于低刚度零件,故进给量应乘以系数 0.75,则
f ? ?0 . 39 ~ 0 . 47 ? ? 0 . 75 ? 0 . 29 ~ 0 . 35 mm / r

根据 Z525 机床说明书,现取 f ? 0 . 25 mm / r 切削速度:根据参考文献Ⅳ表 2-13 及表 2-14,查得切削速度
v ? 18 m / min

所以
ns ? 1000 v

?d w

?

1000 ? 18

? ? 19

? 337 . 2 r / min

根据机床说明书,取 n w ? 375 r / min ,故实际切削速度为
v ?

?d w n w
1000

?

? ? 19 ? 375
1000

? 24 . 72 m / min

切削工时: l ? 40 mm , l1 ? 9 mm , l 2 ? 3 mm ,则机动工时为
tm ? l ? l1 ? l 2 nw f ? 43 ? 9 ? 3 375 ? 0 . 25 ? 0 . 896 min

其他的车床,铣床的计算如上,在此不在累述 工序 III:钻 4-M12 的孔 钻 M12 螺纹底孔 ?10 .2 确定进给量 f :根据参考文献Ⅳ表 2-7,当 钢的 ? b ? 800 MPa , d 0 ? ? 10 . 2 mm 时, f ? 0 . 39 ~ 0 . 47 m / r 。由于本零件在 加工 ? 10 . 2 mm 孔时属于低刚度零件,故进给量应乘以系数 0.75,则
f ? ?0 . 39 ~ 0 . 47 ? ? 0 . 75 ? 0 . 29 ~ 0 . 35 mm / r

根据 Z525 机床说明书,现取 f ? 0 . 25 mm / r

-- 7 --

切削速度:根据参考文献Ⅳ表 2-13 及表 2-14,查得切削速度
v ? 18 m / min

所以
ns ? 1000 v ? 1000 ? 18 ? 1061 . 6 r / min

?d w

? ? 10 . 2

根据机床说明书,取 n w ? 965 r / min ,故实际切削速度为
v ?

?d w n w
1000

?

? ? 10 . 2 ? 965
1000

? 16 . 3 m / min

切削工时: l ? 10 mm , l1 ? 9 mm , l 2 ? 3 mm ,则机动工时为
tm ? l ? l1 ? l 2 nw f ? 20 ? 9 ? 3 965 ? 0 . 25 ? 0 . 20 min

工步 II:攻丝 M12 攻螺纹 M12mm 。
v ? 15 m / mm

n s ? 217 r / m i n

按机床选取 n w ? 195 r / min ,则 v ? 13 .4 r / mm 机动时 攻 M12 孔
tm ? ( l ? l1 ? l 2 ) nf ? ( 20 ? 5 ? 3 ) 195 ? 0 . 1 ? 1 . 9 min

l ? 20 mm

, l1 ? 5 mm , l 2 ? 3 mm

第三章:夹具设计

3.1 概述
在机床对零件进行机械加工时,为保证工件加工精度,首先要 保证工件在机床上占有正确的位置,然后通过夹紧机构使工件 正确位置固定不动,这一任务就是由夹具来完成。

-- 8 --

对于单件、小批生产,应尽量使用通用夹具,这样可以降低工件 的生产成本。但由于通用夹具适用各种工件的装夹,所以夹紧时 往比较费时间,并且操作复杂,生产效率低。 本零件属于大量生产,零件外形也不适于使用通用夹具,为了保证 工件精度, 提高生产效率,设计专用夹具就显得非常必要。

3.2 方案设计
方案设计是夹具设计的第一步,也是夹具设计关键的一步,方案 设计的好、坏将直接影响工件的加工精度、加工效率,稍不注意就 会造成不能满足工件加工要求,或加工精度不能达到设计要求,因 此必须慎重考虑。 设计方案的拟定必须遵循下列原则: 1、定位装置要确保工件定位准确和可靠,符合六位定位原理。 2、夹具的定位精度能满足工件精度的要求。 3、夹具结构尽量简单,操纵力小而夹紧可靠,力争造价低

3.3 定位基准的选择
我们采用已经加工好的Φ 20 孔及其端面作为定位基准,Φ 20 孔和端面 共限制 5 个自由度,这样还有一个旋转的自由度没有限制,为了保证空 间工件定位准确,我们需要限制 6 个自由度,因此我们采用一挡销来限 制旋转方向的自由度。这样空间 6 个自由度就限制完了。

3.4 切削力和夹紧力的计算
由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工,钻削力。由《切削手册》得: 钻削力 钻削力矩 式中: D ? 10.5 m m
f ? 0.20 m m ? r
?1

F ? 26 Df
T ? 10 D
1 .9

0 .8

HB
0 .8

0 .6

式(5-2) 式(5-3)

f

HB 0 .6

H B ? H B m ax ?

1 3

? H B m ax

? H B m in ? ? 187 ?

1 3

?187 ? 149 ? ? 174

代入公式(5-2)和(5-3)得

-- 9 --

? F ? 26 ? 10.5 ? 0.20

0.8

? 174

0.6

? 1664 N ? 46379 N ? m m

T ? 10 ? 10.5

1.9

? 0.20

0.8

? 174

0.6

本道工序加工工艺孔时,夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧力计 算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。

3 .5

定位误差分析
定位元件尺寸及公差确定。 夹具的主要定位元件为一平面和两定位销,孔与销间隙配合。

(1)

(2)

工件的工序基准为孔心,当工件孔径为最大,定位销的孔径为最小

时,孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本 夹具是用来在铣床上加工, 所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接 触。 此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径 公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销 中心连线方向相同,则其定位误差为: Td=Dmax-Dmin

本工序采用一定位销,一挡销定位,工件始终靠近挡销的一面,而 定位销的会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力,因此, 工件不在在定位销正上方,进而使加工位置有一定转角误差。但是,由 于加工是自由公差,故应当能满足定位要求。

3.6 导向装置设计
因为我们所加工的孔是螺纹孔,因此我们需要先钻螺纹底孔,然后攻丝,且我们 是批量生产, 因此用固定和可换钻套难以满足要求, 为了能很好的提高生产效率, 我们采用快换钻套,当我们加工完螺纹底孔后,通过压紧螺钉迅速取出钻套,然 后开始攻丝,查机床夹具设计手册知,快换钻套的结构和具体尺寸如下

-- 10 --

具体的尺寸如下

3.7 夹具设计及操作说明 -- 11 --

如前所述,在设计夹具时,为提高生产率,首先想到是怎么样方便的安装和 拆卸,本道工序就是采用了铰链压板压紧的方式。由于本夹具是对工件进行钻削 加工面,因此工件的主要受力是钻削力,因为钻削力是向下的,我们采用的是铰 链压板压紧,压紧力也是向下的,钻削力和压紧力方向相同,因此更容易保证工 件的稳定性,我们采用定位销和挡销定位,当我们装上工件好,旋转工件,使其 靠上挡销工件即定好位置,然后用铰链压板压紧,再翻转钻模板使其处于水平位 置即可开始加工工件,当我们卸下工件时,首先掀开翻转式钻模板,然后松开铰 链压板,即可取出工件。

夹具体

-- 12 --





毕业设计即将结束了,时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的,通过 这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论,不再是纸上谈兵,而是将理论 和实践相结合进行实实在在的设计, 使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计 的步骤和要领,使我们更好的利用图书馆的资料,更好的更熟练的利用我们手中 的各种设计手册和 AUTOCAD 等制图软件,为我们踏入社会打下了好的基础。

毕业设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的,还应该更好 的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给我们的辛勤指导,使我们学 到了很多,也非常珍惜西南科技大学给我们的这次设计的机会,它将是我们毕业 设计完成的更出色的关键一步。

-- 13 --





这次毕业设计使我收益不小, 为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基 础。 但是, 查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时, 数据存在大量的重复和重叠, 由于经验不足,在选取数据上存在一些问题,不过我的指导老师每次都很有耐心 地帮我提出宝贵的意见,在我遇到难题时给我指明了方向,最终我很顺利的完成 了毕业设计。 这次毕业设计成绩的取得,与指导老师的细心指导是分不开的。在此,我衷 心感谢我的指导老师,特别是每次都放下他的休息时间,耐心地帮助我解决技术 上的一些难题,她严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深 深地感染和激励着我。从题目的选择到项目的最终完成,他都始终给予我细心的 指导和不懈的支持。多少个日日夜夜,他不仅在学业上给我以精心指导,同时还 在思想、生活上给我以无微不至的关怀,除了敬佩指导老师的专业水平外,他的 治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样, 并将积极影响我今后的学习 和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

-- 14 --

参 考 文 献
[1] 东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学,机床夹具设 计手册[M],上海:上海科学技术出版社,1980。 [2] 张进生。机械制造工艺与夹具设计指导[M] 。机械工业出版社,1995。 [3] 李庆寿。机床夹具设计[M] 。机械工业出版社,1991。 [4] 李洪。机械加工工艺手册[M] 。北京出版社,1996。 [5] 上海市金属切削技术协会。 金属切削手册 [M] 上海科学技术出版社, 。 2004。 [6] 黄如林,刘新佳,汪群。切削加工简明实用手册[M] 。化学工业出版社, 2004。 [7] 余光国,马俊,张兴发,机床夹具设计[M],重庆:重庆大学出版社,1995。 [8] [周永强,高等学校毕业设计指导[M],北京:中国建材工业出版社,2002。 [9] 刘文剑,曹天河,赵维,夹具工程师手册[M],哈尔滨:黑龙江科学技术出 版社,1987。 [10] 王光斗,王春福。机床夹具设计手册[M] 。上海科学技术出版社,2002。 [11] 东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学。机床夹具 设计手册[M].上海科学技术出版社,1984。 [12] 李庆寿, 机械制造工艺装备设计适用手册[M], 银州: 宁夏人民出版社, 1991。 [13] 廖念钊,莫雨松,李硕根,互换性与技术测量[M],中国计量出版社,2000: 9-19。 [14] [王光斗,王春福,机床夹具设计手册[M],上海科学技术出版社,2000。 [15] 乐兑谦,金属切削刀具,机械工业出版社,2005:4-17。 [16] Machine Tools N.chernor 1984. [17] Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973.

-- 15 --


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