阀体的说明书

机械制造装备实训
阀体
绪论
机械制造装备实训是学生在学校完成了大学三年的全部课程，并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，也是学生在校学习阶段的一个重要的教学环节，是完成工程师基本训练的一个必不可少的过程。

通过课程设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。

本说明书是设计阀体零件加工工艺规程及装备之用，是工作者在进行大量生产实习的基础上，再和现场了解相结合，选用“机械制造工艺学”和“机床夹具设计”编写而成。

本书系统地介绍了泵体零件加工工艺过程以及其工艺装备的选用、零件的功用及结构分析、加工余量、工序尺寸、公差、确定工时、切削余量、速度的计算选用、工件加工夹具的设计等，是一份较为全面的设计说明书。

第一章零件的分析
1.1零件的作用
阀体加工质量的好坏直接影响着配套产品的性能和耐用性，从而提出零件的制造工艺方面的要求：加工精度和加工表面质量。

前者包括了零件的尺寸精度、形状精度和位置精度；后者包括了零件表面的粗糙度、波度、和物理、机械性能；设计结构应能够加工。

在工件上应有足够的加工空间，以便刀具能够接近加工部位，如留有必要的退刀槽和越程槽等；要能提高劳动生产率。

如加工表面尽可能地安排在同一平面或同一轴线上，以便采取多刀或多件加工的高效生产方法。

零件图如图所示
1.2零件的工艺分析
零件的材料为HT300，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。

但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。

以下是阀体需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
(1) 右侧孔φ14到中心距离65mm
(2) 右侧螺纹孔M8-6H到中心距离65mm
(3) 左端面表面粗糙度为6.3
(4) 右底面表面粗糙度为6.3
(5)空心轴内侧表面粗糙度为6.3，外侧表面粗糙度为3.2
由上面分析可知，可以先加工左端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。

再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此阀体零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。

第二章确定毛坯、画毛坯图
2.1确定毛坯种类
零件材料为HT300。

考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构不是太复杂，生产类型为大批生产，故选择金属型铸造毛坯。

2．2确定铸件加工余量及形状
根据零件材料确定毛坯为铸件，由参考文献表可知其生产类型为大批量生产。

毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，为成批量生产，应注意此阀体零件内部孔需铸出，还应为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。

参考文献1表2.3-6该种铸件的尺寸公差等级CT8-13级，加工余量等级MA为G级，故取CT为10级，MA为G级。

参考文献[1]表12-2，用查表法确定个表面的总余量如表所示
如下表：各加工表面总余量
参考文献[1]表12-4可得铸件主要毛坯尺寸的公差.
如下表：主要毛坯尺寸及公差
第三章工艺规程设计
3．1选择定位基准
正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。

定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。

在最初加工工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准(粗基准)。

在后续工序中，则使用已加工表面作为定位基准(精基准)。

在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来，然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。

另外，为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工件上某部位作一辅助基准，用以定位。

应从零件的整个加工工艺过程的全局出发，在分析零件的结构特点、设计基准和技术要求的基础上，根据粗、精基准的选择原则，合理选择定位基准。

3.1.1精基准的选择
①“基准重合”原则
应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。

这样可以避免因基准不重合而引起的误差。

②“基准统一”原则
应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准，即“基准统一”的原则。

这样便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并简化夹具的设计制造工作。

③“互为基准”原则
当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用这两个表面互为基准，反复多次进行精加工。

④“自为基准”原则
在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中，应尽量选择加工表面本身作为定位基准。

此外，精基准的选择还应便于工件的装夹与加工，减少工件变形及简化夹具结构。

需要指出的是，上述四条选择精基准的原则，有时是相互矛盾的。

例如，保证了基准统一就不一定符合基准重合等等。

在使用这些原则时，要具体情况具体分析，以保证主要技术要求为出发点，合理选用这些原则。

结合此零件的特点精基准采用内孔定位。

3.1.2 粗基准的选择
①若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。

②在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。

这样可使这个表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件报废。

③在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工时，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。

若既需保证某重要表面加工余量均匀，又要求保证不加工表面与加工表面的位置精度，则仍按本原则处理。

④选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，以便定位准确，装夹可靠。

⑤粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。

但是，当毛坯是精密铸件或精密锻件，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可以重复使用某一粗基准。

结合此零件的粗基准采用各表面定位。

3．2制定工艺路线
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用各种机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
3.3选择加工设备及刀、夹、量具
3.3.1选择加工设备和工艺设备
①机床的选择
工序采用C6140车床. Z535立式钻床即可
②选择夹具
该阀体的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。

③选择刀具
在车床上加工的各工序，采用硬质合金车刀即可保证加工质量。

钻孔工序采用高速钢麻花钻。

④选择量具
加工的孔均采用极限量规。

⑤其他
对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。

3.4加工工序设计
工序5：钻Φ14的孔及M8-6H 的螺纹孔
工件材料为HT300铁，硬度200HBS 。

孔的直径为14 mm ，表面粗糙度12.5。

加工机床为Z535立式钻床。

钻头为Φ14 mm 标准高速钢麻花钻 。

确定钻削用量
①确定进给量f 根据机械加工工艺手册，表28-10可查出0.47~0.57/f mm r =表，查Z535立式钻床说明书，取0.43/f mm r =。

根据参考文献[2]表28-8，钻头强度所允许是进给量' 1.75/f mm r >。

由于机床进给机构允许的轴向力max 15690F N =（由机床说明书查出），根据机械加工工艺手册，表28-9，允许的进给量" 1.8/f mm r >。

由于所选进给量f 远小于'f 及"f ，故所选f 可用。

②确定切削速度v 、轴向力F 、转矩T 及切削功率m P 根据参考文献[2]，表28-15，由插入法得
17/min v m =表，4732F N =表 51.69T N M =⋅表， 1.25m P kW =表
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。

根据参考文献[2]，由表28-3，0.88Mv k =，0.75lv k =，故
'17/min 0.880.7511.22(/min)v m m =⨯⨯=表
查Z535机床说明书，取275/min n r =。

实际切削速度为10.8m/min 由机械加工工艺手册，表28-5， 1.06MF MT k k ==，故
4732 1.065016()F N N =⨯= 51.69 1.0654.8T N m N m =⋅⨯=⋅ ③校验机床功率 切削功率m P 为 '/)m MM m P P n n k =表
（
1.05kW = 机床有效功率
' 4.50.81 3.65E E m P P kW kW P η==⨯=>
故选择的钻削用量可用。

相应地
5016F N =，54.8T N m =⋅， 1.05m P kW = 切削工时
被切削层长度l ：≤40 mm 刀具切入长度1l ：
112.5(1~2)1201 4.622
r D l ctgk ctg mm =
+=︒+= 刀具切出长度2l ： 取mm l 32= 走刀次数为1
机动时间2j t ：0.207min 工步辅助时间为：1.76min
第四章 夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。

在加工此泵体零件时，需要设计专用夹具。

根据任务要求中的设计内容，需要设计车A 面夹具。

4.1车夹具设计
4.1.1问题的提出
本夹具主要用来粗、半精车A 面并达到表面粗造度6.3的要求。

此工序夹具工序靠前在本道工序加工时，还是应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。

同时应保证加工尺寸精度和表面质量。

4.1.2夹具的设计
①定位基准的选择
在进行车加工工序时，采用V 型块来限制四个自由度，同时侧面支承块可限制二个自由度，到此完成定位基准选择。

②铣削力与夹紧力计算
本步加工可按铣削估算夹紧力。

实际效果可以保证可靠的夹紧。

轴向力 N k f
d C F F yM
Mf F i 52.20.10.1006.04208.00.10=⨯⨯⨯==
扭矩 M
N k f
d C M M yM
zM M c •⨯=⨯⨯⨯==-68.00.2010416.70.10.1006.0206.0
由于扭矩很小，计算时可忽略。

卡紧力为N F F f
04.52==
μ
取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1
则实际卡紧力为 F ’=S1*S2*S3*S4*F=10.06N
使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。

4.2钻夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。

在加工此零件时，需要设计专用夹具。

根据任务要求中的设计内容，需要设计钻孔夹具。

4.1.1问题的提出
本夹具是用来钻φ14的孔工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题.
4.1.2夹具设计 定位基准选择
工件选择φ14的孔，面A 与A 面对面作为定位基准。

A 对面有支承块支承，可限制六个自由度。

现决定采用麻花钻加工φ14的孔。

4.1.3切削力及夹紧力计算
本夹具是在钻床上使用的，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对底面施加一定的夹紧力。

由计算公式
F j =F s L/(d 0tg(α+ψ1’)/2+r ’tg ψ2)
F j －沿螺旋轴线作用的夹紧力 F s －作用在六角螺母
L －作用力的力臂(mm) d 0－螺纹中径(mm) α－螺纹升角(゜)
ψ1－螺纹副的当量摩擦(゜)
ψ2－螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角(゜) r ’－螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径(゜) 根据参考文献[6]其回归方程为 F j ＝k t T s 其中F j －螺栓夹紧力(N)； k t －力矩系数(cm －1)
T s －作用在螺母上的力矩(N.cm)； F j =500N
根据参考文献[1]，表2.4可查得： 钻削力计算公式为
圆周分力 1.00.650.830.83
9.8130p f Fz Fz a a a zd k ε-=⨯ 代入得 Fz=231.43N
查表可得钻削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为：/0.3L z F F =
/0.95V z F F = /0.54x z F F =
∴F L = 69.429N F V = 219.86N F Z = 124.97N 故夹紧可靠。

结 论
本次设计从零件的毛坯生产到最终成品，中间经过了车、钻、打毛刺等工序。

因为是大批量生产，工序就分得很散，中间就可省去换刀具和调试的时间。

在每道工序中都有计算切削用量和工时。

参考文献
1. 王先逵主编《机械制造工艺学》，机械工业出版社，2000年版。

2. 赵如福主编《金属机械加工工艺人员手册》，上海科学技术出版社，1990年版。

3. 李洪主编《机械加工工艺手册》，北京出版社，1990年版。

4. 戴陆武主编《机床夹具设计》，西北工大出版社，1990年版。

5 .林文焕主编《机床夹具设计》，国防工业出版社，1987年版。

6．黄鹤汀主编：《机械制造装备》，机械工业出版社，2006年，第1版。

7．李庆余、张佳主编：《机械制造装备设计》，机械工业出版社，2003年，第1版。

8．陈志雄主编. 数控机床与数控编程技术. 北京：电子工业出版社，2003.8
9．曹凤主编. 数控编程. 重庆：重庆大学出版社，2004.8
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