KCSJ-08阀体的镗孔夹具设计及加工工艺装备含3张CAD图

KCSJ-08阀体的镗孔夹具设计及加工工艺装备含3张CAD图,KCSJ,08,阀体,镗孔,夹具,设计,加工,工艺,装备,CAD 阀体加工工艺及夹具设计 学院名称 专业名称 学生姓名 学号 指导教师 年 月 1 任务书 题目名称：阀体加工工艺及夹具设计 1 课程设计的内容 l 批量：年产5000件，中批生产 l 小组绘制零件图一张、毛坯图一张 l 小组编制工艺过程卡片一份 l 每人编制组长制定的一道工序工序卡片 l 每人设计规定工序的夹具，绘制总装图 l 小组编写设计说明书 2 课程设计完成时需提交的成果 l 课程设计说明书 （每个小组交打印稿装订1份: 装订顺序：说明书封面、任务书、零件图、任务分工说明、目录、正文、结论、致谢、参考文献、毛配图、工艺卡、工序卡、封底），其中零件图、毛坯图、工艺卡、工序卡用A4横向幅面。 l 夹具总装图（每人一张，A1或A0幅面） l 刻有设计说明书、工艺卡、工序卡、零件图、毛坯图和夹具图纸光盘 目录 目录 2 1 零件的分析 3 1.1零件的介绍和作用 3 1.2主要加工表面及技术要求分析 3 2.工艺流程设计 4 2.1生产方式的确定 4 2.2毛坯的设计 4 2.3基准的选择 6 2.4工艺路线及综合工艺卡设计 6 3.工序设计 7 3.1 工序分析 7 3.2基准的选择 7 3.3设备的选择 7 3.4工序尺寸的确定 8 3.5切削用量及工时定额的确定 9 4 夹具设计 11 4.1 定位设计 11 4.2 定位误差的分析 11 4.3 夹紧机构的设计及夹紧力的计算 12 4.4 夹具方案及结构设计 13 结论 16 致谢 16 参考文献 17 1 零件的分析 1.1零件的介绍和作用 阀体是阀门中的一个重要零部件，主要起的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。 阀体零件尺寸比较小，结构形状较复杂，加工内孔的精度要求较高，上下断面孔端面需要加工，精度要求也高；其内孔对孔端面有垂直度要求。其尺寸精度，几何形状精度和相对为此精度以及表面质量均影响阀是否能够有良好的密封，进而影响使用性能。 1.2主要加工表面及技术要求分析 1.加工面的确定，由给定的零件图可以确定以下加工面： 加工表面 尺寸和几何精度要求 表面粗糙度要求 M8螺纹孔的端面与Φ28H7孔的端面 距离为72mm Ra6.3 Φ22H8孔的端面与Φ32H8孔的端面 距离为57mm，保证与Φ28H7孔的端面的垂直度误差为0.06 Ra6.3 2处Φ35孔 直径为Φ35，与Φ22H8孔中心距为45±0.02 Ra12.5 Φ28H7孔 直径为Φ28H7(0+0.021)，与Φ22H8孔中心距为45±0.02 Ra3.2 Φ36的沉孔 直径为Φ36 Ra12.5 Φ32H8孔 直径为Φ32H8(0+0.039)，保证轴线与Φ32H8孔的端面垂直度误差为0.06 Ra3.2 Φ22H8孔 直径为Φ22H8(0+0.033)，保证轴线与Φ32H8孔的端面垂直度误差为0.06 Ra3.2 2个M8螺纹的底孔 直径为Φ8 Ra12.5 4个M6螺纹的底孔 直径为Φ6 Ra12.5 技术要求 1）未注明圆角为R3~5； 2）未注明倒角为C1.5； 3）以Φ28H7孔的端面作为基准A； 4）以Φ32H8孔的端面作为基准B； 5）铸造后的毛坯需要进行时效处理。 2.工艺流程设计 2.1生产方式的确定 生产纲领是企业在计划期间应当生产的产品数量和进度计划。计划期为一年，生产纲领常称为年产量。设计题目给出该零件为年产量5000件，零件质量小于100kg，因此生产类型为中批生产。加工工艺过程采用金属型铸造等的毛坯制造方法，毛坯精度和加工余量中等，采用“通用+专用”结合的工艺装备，初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段，工序适当集中，加工设备以通用设备为主。 2.2毛坯的设计 根据生产纲领5000件的要求，该阀体零件生产属于中批生产，以及零件本身结构的复杂程度和加工表面与非加工表面的技术要求，综合考虑，我们选择毛坯的制造方式为金属型铸造机器造型。零件的材料所选择的是HT250。 根据表5-7至5-11，铸件的公差等级为CT8～10，取CT9；加工余量等级为D～F，取F级。 总高72mm的机械加工余量为1mm，即该总高的公称尺寸为73mm，尺寸公差为2.2mm； 总宽57mm的机械加工余量为0.5mm，即该总宽的公称尺寸为57.5mm，尺寸公差为2mm； Φ35mm孔的机械加工余量为0.5mm，即该孔的公称尺寸为∅34.5mm，尺寸公差为1.8mm； Φ28H7mm孔的机械加工余量为0.5mm，即该孔的公称尺寸为∅27.5mm，尺寸公差为1.8mm； Φ36mm孔的机械加工余量为0.5mm，即该孔的公称尺寸为∅35.5mm，尺寸公差为1.8mm； Φ32H8孔的机械加工余量为0.5mm，即该孔的公称尺寸为∅31.5mm，尺寸公差为1.8mm； Φ22H8孔的机械加工余量为0.5mm，即该孔的公称尺寸为∅21.5mm，尺寸公差为1.7mm；其他尺寸参照零件图查得。最后按入体形式标注毛坯尺寸，得到图所示毛坯尺寸。 2.3基准的选择 粗基准面的选择一般以设计基准作为定位基准，粗基准面的选择按照以下要求： （1） 选择不加工的表面作为粗基准面，尤其应选与加工表面有位置要求的不加工表面，这样可以保证加工面的位置精度。 （2） 选重要表面作为粗基准面，这样可以保证加工表面的加工余量，加工精度较高。 （3） 选加工余量较小的表面作为粗基准面，这样可以保证加工表面都有足够的加工余量。 （4） 选平整，光洁，无飞边，浇冒口等缺陷的表面作为粗基准面，这样可以使定位可靠，夹紧方便。 （5） 粗基准面只选用一次，应避免重复使用，这样可以避免较大的定位误差。 精基准的选择主要考虑基准重合和基准统一的问题。在已经加工出一个表面 的情况下，就可以把它作为精基准使用。 以M8螺纹孔的端面为粗基准，加工Φ28H7孔的端面；以Φ22H8孔的端面为粗基准，加工Φ32H8孔的端面；以Φ28H7孔的端面为精基准，加工Φ22H8孔，Φ36孔，Φ32H8孔；以Φ32H8孔的端面为精基准，加工Φ35孔，Φ28H7孔；以Φ22H8孔为精基准，加工4个M6螺纹的底孔；以Φ28H7孔为精基准，加工2个M8螺纹的底孔。 2.4工艺路线及综合工艺卡设计 工艺路线方案： 工序010：铸造毛坯； 工序020：时效处理； 工序030：粗铣M8螺纹孔的端面； 工序040：粗铣Φ28H7孔的端面； 工序050：粗铣Φ22H8孔的端面； 工序060：粗铣Φ32H8孔的端面； 工序070：镗Φ35孔，Φ28H7孔，并倒角C1.5；（粗、精镗在一次装夹中完成）； 工序080：镗Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔，并倒角C1.5；（粗、精镗在一次装夹中完成）； 工序090：钻2个M8螺纹的底孔； 工序100：攻2处M8螺纹； 工序110：钻4个M6螺纹的底孔； 工序120：攻4处M6螺纹； 工序130：检查； 工序140：入库。 3.工序设计 3.1 工序分析 由阀体零件图可知，Φ36的沉孔圆柱面的粗糙度为12.5；Φ32H8孔和Φ22H8孔的粗糙度均为3.2，并且三孔的公共轴线与Φ32H8孔的端面有垂直度要求，垂直度为0.06。根据镗削工艺不同加工方式中对粗糙度的实现程度，最后综合考虑Φ36的沉孔加工方案选择了粗镗。因为精镗之后孔的表面粗糙度可以达到5~20其次在于公差等级上，这个方案也符合原本要求的公差，其次也符合经济性原则。Φ32H8孔和Φ22H8孔的加工方案选择了粗镗—精镗。因为粗镗之后孔的表面粗糙度只能达到5~20，最后加上精镗之后表面粗糙度可以达到0.63~5，满足要求，其次在于公差等级上，这个方案也符合原本要求的公差，其次也符合经济性原则。 3.2基准的选择 基准选择为Φ22H8孔的端面，Φ32H8孔的端面，Φ28H7孔轴线。 3.3设备的选择 机床的选择： 工序号 加工内容 机床设备 说明 090 粗镗Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔 卧式镗床T618 常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适 090 精镗Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔 卧式镗床T618 常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适 刀具的选择： 工序号 加工内容 机床设备 刀具 说明 090 粗镗Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔 卧式镗床T618 机夹单刃镗刀 Φ36，Φ32H8，Φ22H8 090 精镗Φ32H8孔，Φ22H8孔 卧式镗床T618 机夹单刃镗刀 Φ36，Φ32H8，Φ22H8 3.4工序尺寸的确定 （1） 加工余量的确定： 加工余量应保证按此余量加工后，能达到零件图要求的尺寸公差，几何公差和表面粗糙度。 首先由零件图得到，Φ32H8孔，Φ22H8孔的公差等级均为IT8，查表得Φ32H8孔公差为0.039mm，Φ22H8公差为0.033mm。 查表5-53知，Φ36孔粗镗加工余量为1.5，精镗加工余量为0.8；Φ32H8孔粗镗加工余量为1.5，精镗加工余量为0.8；Φ22H8孔粗镗加工余量为1.4，精镗加工余量为0.8。 毛坯总余量=各工序余量之和 Φ36孔：（1.5+0.8）mm=2.3mm Φ32H8孔：（1.5+0.8）mm=2.3 mm Φ22H8孔：（1.4+0.8）mm=2.2 mm （2） 计算各工序尺寸的公称尺寸 Φ36孔：D1=36-0.8=35.2mm（粗镗），D0=35.2-1.5=33.7mm（毛坯） Φ32H8孔：D1=32-0.8=31.2mm（粗镗），D0=31.2-1.5=29.7mm（毛坯） Φ22H8孔：D1=22-0.8=21.2mm（粗镗），D0=21.2-1.4=19.8mm（毛坯） （3） 确定各工序尺寸的公差及其偏差 根据表3-5，Φ36孔粗镗公差等级选IT13，T1=0.39mm；精镗公差等级选IT12，T2=0.25mm；毛坯公差取自毛坯图，T0=1.8mm。Φ32H8孔粗镗公差等级选IT12，T1=0.25mm；精镗公差等级选IT8，T2=0.039mm；毛坯公差取自毛坯图，T0=1.8mm。Φ22H8孔粗镗公差等级选IT12，T1=0.21mm；精镗公差等级选IT8，T2=0.033mm；毛坯公差取自毛坯图，T0=1.7mm。 （4）工序尺寸偏差按“入体要求”标注 Φ36孔：精镗Φ360+0.25mm，粗镗Φ35.20+0.39mm，毛坯孔Φ33.7±0.9mm。 Φ32H8孔：精镗Φ320+0.039mm，粗镗Φ31.20+0.25mm，毛坯孔Φ29.7±0.9mm。 Φ22H8孔：精镗Φ220+0.033mm，粗镗Φ21.20+0.25mm，毛坯孔Φ19.8±0.9mm。 工序名称 工序间双边余量 工序达到的公差 工序尺寸及公差 精镗Φ36孔 0.8 IT10 Φ360+0.25mm 粗镗Φ36孔 1.5 IT12 Φ35.20+0.39mm Φ36毛坯孔 — CT9 Φ33.7±0.9mm 精镗Φ32H8孔 0.8 IT8 Φ320+0.039mm 粗镗Φ32H8孔 1.5 IT12 Φ31.20+0.25mm Φ32H8毛坯孔 — CT9 Φ29.7±0.9mm 精镗Φ22H8孔 0.8 IT8 Φ220+0.033mm 粗镗Φ22H8孔 1.4 IT12 Φ21.20+0.25mm Φ22H8毛坯孔 — CT9 Φ19.8±0.9mm 3.5切削用量及工时定额的确定 1.背吃刀量 （1） 粗加工时，应尽可能一次切去全部加工余量，即选择背吃刀量值等于余量值。当余量太大时，应考虑工艺系统刚度和机床的有效功率，尽可能选取较大的背吃刀量和最少的工作行程数。因此选择为1mm。 （2） 精加工时，背吃刀量为0.2mm。 2.进给量 查表5-83，选择粗镗进给量为1.1mm/r，精镗进给量为0.9mm/r。 3.切削速度 查表5-83，选择粗镗切削速度为0.6m/s，精镗切削速度为0.3m/s。 4.工时定额 Tb=l+l1+l2fni l1= ap/tankr+(2~3); 取Kr=60, l2=3 Φ36孔：n=vcpd∗1000=0.6∗603.142∗36∗1000=318，取n=320 Φ32H8孔：n=vcpd∗1000=0.6∗603.142∗32∗1000=358，取n=360 Φ22H8孔：n=vcpd∗1000=0.6∗603.142∗22∗1000=520.8，取n=530 粗镗: Φ36孔：Tb=17+2.577+31.1∗320∗2=0.13min Ta=0.2Tb=0.03min 作业时间TB=Tb+Ta=0.16min Φ32H8孔：Tb=20+2.577+31.1∗360∗2=0.13min Ta=0.2Tb=0.03min 作业时间TB=Tb+Ta=0.16min Φ22H8孔：Tb=20+2.577+31.1∗530∗2=0.09min Ta=0.2Tb=0.02min 作业时间TB=Tb+Ta=0.11min 精镗: Φ36孔：Tb=17+2.577+31.1∗320∗4=0.26min Ta=0.2Tb=0.05min 作业时间TB=Tb+Ta=0.31min Φ32H8孔：Tb=20+2.577+31.1∗360∗4=0.26min Ta=0.2Tb=0.05min 作业时间TB=Tb+Ta=0.31min Φ22H8孔：Tb=20+2.577+31.1∗530∗4=0.18min Ta=0.2Tb=0.04min 作业时间TB=Tb+Ta=0.22min 5.布置工作地时间Ts 取3% Ts=TB*3%=(0.16+0.16+0.11+0.31+0.31+0.22)*3%=0.04min 6.休息与生理需要时间Tr 取3% Tr=TB*3%=(0.16+0.16+0.11+0.31+0.31+0.22)*3%=0.04min 7.准备与终结时间Te=0.03min 8.成批生产单件时间Tc Tc=TB+Ts+Tr+Te=(0.16+0.16+0.11+0.31+0.31+0.22)+0.04+0.04+0.03=1.38min 4 夹具设计 4.1 定位设计 本夹具用于镗床加工Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔。本工序前零件的M8螺纹孔的端面、Φ28H7孔的端面、Φ22H8孔的端面、Φ32H8孔的端面和Φ28H7孔均已加工。工件以Φ28H7孔的端面支撑板限制X轴转动、Y轴转动和Z轴移动三个自由度、活动圆锥销限制X轴移动、Y轴移动两个自由度，支撑钉限制Z轴转动一个自由度；以此来实现六个自由度的限制，实现完全定位。 4.2 定位误差的分析 定位误差为工序基准在加工方向上的变动量。 依据六点定位原理，可以设计和检查工件在夹具中的正确位置，但是能否满足加工精度要求，还需要进一步讨论影响加工精度的因素，如夹具在机床上的装夹误差、工件在夹具中的定位误差和夹紧误差、机床的调整误差、工艺系统的弹性变形和热变形误差等都是影响加工精度的因素。为了保证加工质量，应该满足关系式：。式中为各种因素产生的误差总和、为工件被加工尺寸的公差。 为了计算方便，我们通常只讨论与夹具设计有关的定位方法所引起的定位误差对加工精度的影响，因此上式又可写成：，式中为定位误差、为除定位误差外其他因素引起的误差总和，可按加工经济精度方法查得。 定位误差的组成及产生原因有以下两个方面： ①定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称为基准不重合误差，用表示。 ②定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，称为基准位置误差，用表示。 故有：。 对于工序尺寸45±0.02，因限制自由度的元件为圆锥销，与支撑板的配合尺寸为30H7/n6，为过渡配合，设计基准与该尺寸的工序基准重合，即。 又基准的位置误差，去，查表得0.02, 所以： 对于工序尺寸24±0.01,由于定位基准与工序（设计）基准重合，且定位面为平面，所以不考虑定位基准面和定位元件的制造误差，即 4.3 夹紧机构的设计及夹紧力的计算 1夹紧机构设计 为了使工件加工时在切削力、惯性力、重力等外力作用下任然保持已定好的位置，在夹具上还必须设有夹紧装置，对工件产生适当的夹紧力。 夹紧装置是设计和选择是否正确合理，将直接影响工件的加工质量和生产效率。因此对夹紧装置提出以下要求：①夹紧动作要准确迅速；②操作方便省力；③夹紧安全可靠；④结构简单，便于制造。 夹紧力包括力的大小、方向、作用点，这三要素是夹紧装置设计和选择的核心问题。对于题目给定的阀体零件，因为工件尺寸较小，切削力不大，则往往只需要垂直朝向主定位面的夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件夹紧。此外，还应该考虑以下问题：夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力、夹紧力的方向应使工件夹紧和变形小。这就要求作用点应布置在零件刚度较大的位置。 综合考虑以上因素，确定夹紧装置设计如下图。该夹紧方案具有以下优点： ①夹紧力垂直与主定位面，夹紧可靠性高。 ②夹紧力与工件重力方向相同，垂直与主定位面，有利于减小夹紧力； ③夹紧力作用点位于零件刚度大的地方，可以减小零件变形。 2夹紧力计算 由夹具总装图的主视图可知，水平方向上有一个圆锥销，而且该工序镗孔加工的进给方向为Y轴方向，所以主要需要考虑镗削加工时工件在Y轴方向移动。 如图所示为该工序的夹紧设计，简化模型如图（b） 图（b）夹紧机构简化示意图 图中L=2l=100mm，通过查阅表3-1得进给抗力： ，式中，与加工材料有关,取0.94 ； 与刀具刃磨形状有关,取；与刀具磨钝标准有关,取； 为背吃刀量，则： 由于支撑板材料为碳素工具钢T8，而零件材料为HT250，查阅资料得摩擦系数为 所以理论夹紧力： 为安全起见，还要考虑一个安全系数,一般取，粗加工时取，精加工时取，考虑到零件尺寸要求严格，为减小夹紧力引起的变形影响，取。因此实际的夹紧力为： 所以在压板上，螺栓的预紧力为: 对螺栓强度进行校核，螺栓为M12×1.5小径d1=10.106,许用拉应力为。 根据预紧力求得螺栓设计尺寸为： d1=4×1.3Pp[s]=4×1.3×2835.93.1416×58.97×106=8.922mm<10.106mm 故螺栓连接强度足够，因此夹紧方案可行。 4.4 夹具方案及结构设计 Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔工序中，三个孔均有表面粗糙度要求，并且三个孔公共轴有垂直度要求。因此为了满足加工要求，所采用的加工工艺为镗削工艺。为了提高生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。夹具采用支撑板限制X轴转动、Y轴转动和Z轴移动三个自由度，活动圆锥销限制X轴移动、Y轴移动两个自由度，支撑钉限制Z轴转动一个自由度；以此来实现六个自由度的限制，实现完全定位。为了保证所加工孔的尺寸精度，位置要求，采用了镗套来进行对刀，导向。夹具所采用的夹紧装置为螺栓移动压板式夹紧方式采用手动夹紧方式。按照要求，最终所设计的该工序的夹具三维图如图所示。 结论 机械制造技术基础课程设计是高等院校机械工程类专业理论联系实际的一门重要技术基础课。通过本次课程设计主要锻炼我们综合应用金属切削原理和刀具、机械加工方法及设备、互换性与测量技术，机械制造工艺学及工艺设备设计的机械制造技术基础的理论知识；以及熟练应用机械制图和机械设计课程的知识。 在本次课程设计中，我们具体锻炼了如下能力：学习和掌握了简单零件的工艺分析和工序、工艺卡片制作，定位设计和误差分析，夹紧设计和夹紧力计算等等；对零件从设计到加工成品有了更系统、更清晰的认知；锻炼了我们查阅资料的能力；巩固了CAD绘图能力和三维辅助设计软件的使用；培养了我们团队合作能力、语言表达能力。并且在此过程中，我们也深刻认识到自己的不足之处，比如很多设计和想法都停留在理论水平，缺少实际加工经验。为此我们应该多学习一些跟自己专业知识相关的，努力提升自己的专业能力和素养。 致谢 经历几个月时间，我们顺利完成了机械制造技术基础课程设计，在这个过程中，有唐老师的细心指导和及时答疑、有组员们的努力工作和相互支持、以及有各种参考文献的帮助。在此，我们向唐老师表示诚挚的感谢；对其他组员的努力和支持表示诚挚的感谢；对文献著作的作者表示诚挚的感谢。 参考文献 [1]柯建宏，机械制造技术基础课程设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2017. [2]吕明，机械制造技术基础[M].武汉：武汉理工大学出版社，2015. [3]龚定安等主编，《机床夹具设计》，西安交通大学出版社 1999 [4]李益民，机械制造工艺设计简明手册。北京：机械工业出版社 [5]杨叔子，机械加工工艺师手册。北京：机械工业出版社 2001.8 [6]陆剑中，金属切削原理与刀具[M].4版.北京：机械工业出版社，2006. 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