阀体机械制造技术专业课课程设计说明书

课程设计说明书

课程名称：机械制造技术

题目：成批生产“阀体”零件机加工工艺规程及其钻夹具设计学院：机电学院教研室：机制

专业：机械设计制造及自动化

班级：

学号：

学生姓名：

起讫日期：

指导教师：职称：

分管主任：

审核日期：

目录

1设计任务书2222222222222222222222222222222222222222222222222221

1.1设计题目22222222222222222222222222222222222222222222222221

1.2设计任务22222222222222222222222222222222222222222222222221

1.3设计要求22222222222222222222222222222222222222222222222221

1.4设计零件图222222222222222222222222222222222222222222222222 2零件分析及毛坯设计22222222222222222222222222222222222222222224

2.1零件的功用222222222222222222222222222222222222222222222224

2.2零件的结构及技术要求分析2222222222222222222222222222222224

2.3零件的材料及毛坯设计22222222222222222222222222222222222225 3工艺规程设计22222222222222222222222222222222222222222222222226

3.1零件结构工艺性分析2222222222222222222222222222222222222226

3.2定位基准选择2222222222222222222222222222222222222222222226

3.3加工工艺方案分析222222222222222222222222222222222222222227

3.4关键工序设计2222222222222222222222222222222222222222222229

3.5切削用量、时间定额的计算2222222222222222222222222222222229 4夹具设计2222222222222222222222222222222222222222222222222222214

4.1指定工序的工艺分析2222222222222222222222222222222222222222222222214

4.2定位方案分析及定位元件选择22222222222222222222222222222222222222215

4.3定位误差的分析与夹紧力计算222222222222222222222222222222222222222215

4.4夹紧方案设计及夹紧机构2222222222222222222222222222222222222222222216

4.5夹紧结构及操作说明22222222222222222222222222222222222222222222222216 5设计小结2222222222222222222222222222222222222222222222222222216 6参考文献2222222222222222222222222222222222222222222222222222216

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：

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：

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。

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E φ28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±0.02；

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：

（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，φ 28H7加工余量为2 mm，即该毛坯的尺

寸为φ 26H7 φ 35加工余量为9 mm ，即该毛坯的尺寸为φ 26mm，φ 22H8加工余量为2 mm，即该毛坯的尺寸为φ 20H8 ，φ 32H8加工余量为12mm，即该毛坯的尺寸为φ 20mm，φ36加工余量为16 mm，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：

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：

3.4关键工序设计：

3.4.1选择机床及刀具：

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：

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

16mm325mm、a mm p ≤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= b δ166～181Mpa 灰铸铁,a mm p ≤ 3 ,f ≤1.0mm/r,切削速度υ1=80m/min。

切削速度的修正系数为= 1.031.2131.1530.8531.02 = 1.206 v k （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a p = 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Ra 6.3μm，a p = 1 mm，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43M8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，d 5mm 0 =

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 =（0.15～0.2 tm ，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 =0.1530.204360=1.836s

精铣上端面的辅助时间：ta=0.1530.126360=1.134s

粗铣后端面的辅助时间：ta = 0.1530.117360 = 1.053s

精铣后端面的辅助时间：ta =0.1530.072360=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%）3（ta + tm ）计算，它们分别为：

粗铣下端面的其他时间：b t + x t =6%3（0.204360+1.836）=0.8445s

精铣下端面的其他时间：b t + x t =6%3（0.126360+1.134）=0.5216s

粗铣后端面的辅助时间：b1 t + x t =6%3(0.117360+1.053)=0.4822s

精铣后端面的其他时间： b t + x t =6%3（0.072360+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定位方案分析及定位元件选择：

选择定位元件为：支承板，支撑钉。支撑板限制了X,Y,Z方向的移动自由度，X,Y方向的转动自由度，支撑钉限制了Z方向的转动自由度。可见，定位方案选择合理。选择工件的夹紧方案，夹紧方案的选择原则是夹得稳，夹得劳，夹得快。选择夹紧机构时，要合理确定夹紧力的三要素：大小、方向、作用点。夹紧装置的基本要求如下：

1. 加紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；

2. 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不震动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形。

4.3定位误差的分析与夹紧力计算：

使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素很多，其中来之夹具方面的有：定位误差，夹紧误差，对刀或导向误差以及夹具的制造与安装误差等；来之加工方面的误差有：工艺系统的几何误差，，受力变形，磨损以及各种随机因素所造成的各种加工误差。上述各项因素所造成的误差总和应该不超过工件允许的工序误差，才能使工件加工合格。

4.3.1定位误差及其产生的原因：

由基准不重合误差引起的定位误差；

有基准位置误差引起的定位误差；

4.4夹紧方案设计及夹紧机构：

4.5夹紧结构及操作说明：

五、设计小结

阀体的加工工艺及夹具设计，主要是对阀体的加工工艺和夹具进行设计。阀体的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线，机械加工余量和切削用量、基本工时的确定，夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工件的加工工艺路线正确合理，夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的，能保证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题，如出现工艺路线的不合理，甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，因定位基准选择不合理，出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的，也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。不过在指导老师的悉心认真的指导下，经过2 个月自身的不断努力，这些问题都一一解决。在这个过程中，对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解，增强了对本专业综合知识运用的能力，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。

六、主要参考资料

[1] 杨叔子，机械加工工艺师手册。北京：机械工业出版社2001.8

[2] 陆剑中，孙家宁，金属切削原理与刀具。北京：机械工业出版社2005.1

[3] 梁旭坤，焦建雄，机械制造基础（公差，配合，材料热加工分册）。长沙：中南

大学出版社2006.6

[4] 王先逵，机械制造工艺学（第二版）。北京：机械工业出版社2006.1

[5] 李益民，机械制造工艺设计简明手册。北京：机械工业出版社

[6] 成大先，机械设计手册。北京：化学工业出版社2008.1

[7] 龚定安等主编，《机床夹具设计》，西安交通大学出版社1999