基于proe的汽车阀体零件加工工艺设计.docx

1、基于proe的汽车阀体零件加工工艺设计1 我国汽车制造业概论1.1 我国汽车制造业发展现状我国汽车工业经过近50多年的发展，已逐步成为国民经济的支柱产业，形成了由几个大型企业集团和众多配套长组成的完整的汽车制造体系。但是我国汽车工业起步晚、起点低、规模小、技术落后、产业结构不合理，改革开放以来虽有较快发展，但与汽车生产大国相比差距明显：单从绝对产量来看，我国2003头6个月共生 产销售汽车200多万辆，全年预计超过400万辆，尽管相比去年同期增长了30%，但全国总产量尚不足国际汽车巨头通用公司的年产量。我国已经加入WTO，按照我国对于汽车行业的承诺，到2006年，我国汽车整车进口关税水平将降至

2、25%，零部件降至10%，并且逐步取消一些诸如进口配额等非关税保护政策，国内汽车行业将直接面对开放的国际市场，这对于我国尚属幼稚的汽车产业来说，将是一个非常严峻的考验。我国汽车工业的差距，除了规模上的差距，更重要的制造技术以及管理技术上的差距，而其中最重要的是管理上的差距。整体来说，当前我国汽车行业普遍存在很多的管理问题：11.2 我国汽车发展史我国的第一辆汽车于1929年5月在沈阳问世，由张学良将军掌管的辽宁迫击炮厂制造。张学良让民生工厂厂长李宜春从美国购进“瑞雪”号整车一辆，作为样车。李宜春将整车拆卸，然后除发动机后轴、电气装置和轮胎等用原车零件外，对其它零件重新设计制造，到1931年5月

3、历时两年，终于试制成功我国第一辆汽车。 我国最早进口汽车是在1901年(清光绪二十七年)，是匈牙利人李恩时(Leine)将两辆汽车带入上海。一辆是凉篷式汽车，另一辆是折叠式软篷，前排为双轮座席，车轮是木制的，外面包上实心橡胶轮胎。 自1953年7月第一汽车制造厂动工兴建，1957年7月投产，1957年7月13日我国生产出第一辆载货的解放牌汽车，又于1958年5月，我国第一汽车制造厂自行研制设计生产了第一辆与当时政治风云起伏颠簸、荣辱与共的红旗牌轿车，被誉为“东方神韵”。几十年来，我国汽车工业得到了快速的发展。特别是改革开放以来，汽车生产采用了各种高科技及人性化的安全及便利设施，汲国外汽车科研之

4、精华。1.3 我国汽车制造发展展望在一项调查中，消费者认为，合资车在技术含量、品牌价值和服务方面要优于自主品牌. 技术含量是一直是自主品牌汽车的最大的软肋，由于中国自主品牌企业都是小厂，没有雄厚的技术背景，给人们形成了根深蒂固的技术落后的印象. 除了技术含量，品牌形象也是自主品牌的弱项.品牌是产品的质量、技术含量和售后服务等要素所支撑起来的企业综合实力的体现. (1)下一个轿车消费热可能在2009年出现(考虑到换车周期和消费周期)。(2)华北地区城市的出租车换车、治理超载后的大吨位载重汽车、农用车和特种车是新的行业增长点。(3)低档车制造企业面临非常大的生存压力。(4)电动、混合燃料车依然不会

5、有什么市场，节能概念、款式新潮的轿车可能成为卖点。(5)虽然有大众公司这样的外资厂商决定减少在华投资，但是不会形成群体效应。而非常值得重视的是：日资企业在华有后发制人的潜力，并且会在广州一带形成日资汽车产业链。(6)中档车的价格风险较大，也是市场注意力所在，但是高档车价格下降空间反而不大，需要密切注意外资在这方面的动向和操作方式。(7)由于中国市场和生产效率问题乃至贸易保护主义抬头，世界汽车业向中国转移的趋势并不明显(区别与电子、纺织、轻工)。但是，政府将会用极大的努力促使其转移成功，目前处于比较微妙的时期。(8)关税和配额政策的取消效应已经被市场消化，在2005年，不一定会出现车价大幅下降的

6、局面。因为消费市场已经处于下降状态，它不是简单地用降价手段就能刺激起来的。 (9)汽车大卖场将是行业内第一个破灭的泡沫。2 夹具的概述2.1 夹具的发展趋势夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。随着机械工业的迅速发展，对产品的品

7、种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。它主要表现在以下几个方面：(1)发展通用夹具新品种通用夹具是使用最广泛的一种夹具，发展通用夹具以代替某些专用夹具。内容包括以下：1 发展高精度通用夹具2 广泛采用高效率通用夹具3 发展适用于各种类型零件工艺特征的专用夹具(2)发展调整式夹具调整式夹具经过部分零件的更换和重新调整组合，即可适应不同工件的加工。适用程度介于通用和专用之间。主要有两种类型：通用可调式夹具和调整式夹具。(3) 推广和发展组合夹具及拼拆夹具1 组合夹具 组合夹具式有一套预先制好的各种不同形

8、状、不同规格尺寸、具有互换性和耐磨性的标准元件与合件所组成。2 拼拆夹具与组合夹具有相同之处，有一系列可多次利用的标准零件与基础零件，但又采用了部分具有一定专用性的部件，其夹紧部件多采用液压传动装置。(4)加强专用夹具的标准化和规格化强夹具元件的标准化和规格化，不但能加速生产准备周期，而且也可使夹具的生产由单件转为成批，降低夹具制造成本。因此，可节省劳动力，缩短生产准备周期。(5)专用夹具中采用高精度、高效率的夹具主要满足高生产率的加工要求，使之有可能采用采用平行或平行先后的加工方法，采用多件的加工方法，以及尽可能缩短或重合辅助时间的方法来压缩单件工时，提高生产率。(6)大力推广和使用机械化及

9、自动化夹具生产机械化及自动化是技术革命的中心内容，大力推广和使用机械化及自动化夹具以减少和消除繁重的体力劳动是机械制造中的重要问题。(7)推广和发展扩大机床性能的夹具具体的有仿形装置、机床改装用的各类夹具(8)采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具实践证明，采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具，能满足机械加工中的定位要求，并简化制造工艺，缩短了生产周期，并能保证零件的加工精度。2.2 夹具的组成夹具要起到应有的作用，一般来说应由以下几部分组成：(1)定位元件定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。(2)夹紧装置夹紧装置是使工件在外力作

10、用下仍能保持其正确定位位置的装置。(3)对刀元件、导向元件对刀元件、导向元件是指夹具中用于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件，例如钻套、镗套、对刀块等。(4)联接元件夹具联接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之联接的元件，例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。(5)其他元件及装置根据加工要求，有些夹具尚需设置分度转位装置、靠模装置、工件抬起装置和辅助支承等装置。(6)夹具体夹具体是用于联接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件，夹具通过夹具体与机床联接。以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工

11、件加工精度的关键，目的是使工件“定准、夹牢”2.3 夹具的作用与意义由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或机床）有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动，为此，进行机械加工之前，先将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种使工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种使工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法不需专门装备，但效率低，一般用于单件或者小批生产。批量较大时，

12、大都采用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有以下优点：(1)保证加工精度，降低人工等级零件的加工精度，包括尺寸精度，几何形状精度和表面相互位置精度三种。实用夹具的最大功用，是保证零件上加工表面的位置精度。例如，在摇臂钻床上使用钻夹具加工孔系时，可保证达到0.100.20mm的中心距精度，而按划线找正加工时，仅能保证0.41.0mm，而且受到操作技术的影响，同批零件的质量也不稳定。当工件的形状复杂及精度要求高时，往往不易或不能依靠通用机床及其附件来达到加工要求，因此需要采用专用夹具。(2)扩大机床工艺范围利用机床夹具，能扩大机床的加工范围，例如，在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔，使车床、钻床具有

13、镗床的功能。(3)提高劳动生产率和降低加工成本使用夹具后，免除了每件都要找正、对刀等时间，加速工件的装卸，从而大大减少了有关工件安装的辅助时间。特别对那些机动时间较短而辅助时间长的中小件加工意义更大。此外，用夹具安装还容易实现多件加工、多工位加工、可进一步缩短辅助时间，提高劳动生产率。(4)减轻操作的劳动强度，保证安全生产由于夹具中可以采用扩力机构来减小操作的原始力，而且有时还可以采用各种机动夹紧装置，故可使操作省力，减轻劳动强度。由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。(5)改变原机床的用途，扩大机床适用范围工件的结构形状时各式各样的，现在对精度和生

14、产率的要求也越来越高，在某些情况下，原有机床难以适应。为解决这一困难，往往采用专用夹具以扩大机床的适用范围，实现“一机多用”。在产品更换时，工厂现有的机床设备，有时往往不能适应新产品的要求。为此，可以采用夹具来改变机床的用途。3 PROE设计环境的简述3.1 PROE设计软件介绍 Pro/ENGINEER是当今3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。Pro/ENGINEER集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据管理等功能于一体。Pro/ENG

15、INEER是一个参数式设计的CAD/CAM系统。参数式设计就是将零件尺寸的设计用参数来描述，并在设计修改时通过修改参数的数值来更改零件的外形。这项参数式设计的功能不但改变了设计的概念，并且将设计的便捷性推进了一大步。Pro/ENGINEER参数式设计的特性：单一数据库：Pro/ENGINEER可随时由3D实体模型产生2D工程图，而且自动标示工程图尺寸。不论在3D还是2D图形上在尺寸修改，其相关的2D图形或3D实体模型均自动修改，这样可确保资料的正确性。由于采用单一数据库，提供了所谓双向关连性的功能，正符合现代产业中的同步工程。实体模型：3D实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机

16、上表现出来之外，借助于系统参数，用户还可随时计算出产品的体积、面积、重心、惯性大小等，以了解产品的真实性，并补足传统面结构、线结构的不足。用户在产品设计过程中，可以随地回掌握以上重点，设计物理参数，并减少许多认为计算时间。特征作为设计的单位：Pro/ENGINEER以最自然的思考方式从事设计工作，如孔、开槽、圆角等均被视为零件设计的基本特征，除了充分掌握设计思想之外，还在设计过程中导入实际的制造思想；也正因为以特征作为设计的单元，因此可随时对特征做合理、不违反几何的顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。3.2 PRO/E的CAM功能应用 在产品的数控制造加工编程方面，PRO/ENGINEE

17、R软件提供了强大的数控编程模块PRO/NC，该CAM模块与CAD模块集成在一起，具有强大的数控加工编程、后置处理功能。PRO/NC可分别对各种加工机床的各种加工方式进行数控加工编程，能产生生产过程规划，提供参数化的刀位轨迹生成，估计加工的时间。它所具有的数控车削，铣削，线切割加工编程功能，支持车削中心，五轴铣削中心和四轴线切割数控加工编程功能，具备完整关联性，对任何设计更改，能自动生成加工程序和资料。利用PRO/NC生成的刀具轨迹文件称为CL DATA（CUTTER LOCATION DATA）通过NC CHECK进行仿真加工检测切削状况，提供的VERICAT模拟功能可以模拟材料的去除过程，使

18、用户对切削过程进行快速校验和刀具轨迹的优化设计提供指导，以预测误差和干涉过切，产生的CL刀位文件经NCPOST或GPOST后置处理产生NC代码。其提供的后置处理程序能满足如FANUC，Heidenhain,Simenses,Mitsubishi,Mazak,Agie和Charmilles等数控系统，用户可以通过修改OPTION FILE文件（机床配置文件）和FIL FILE文件（数控机床系统接口文件），产生合适自有数控机床系统的后置处理程序，然后进行切削加工。3.3 设计任务及要求（1）运用Pro/E软件建立零件的三维实体模型，并完成工程图的生成和尺寸的标注；（2）制定零件的加工工艺规程并编制

19、机械加工工序卡一套；（3）设计其中一道工序的夹具图纸一套；（4）运用Pro/E软件实现夹具零件的工装3.4 加工环境介绍阀体的加工要求有下列数控设备：车削加工中心，数控电火花线切割机；以及专业夹具，修理维护设备和量具等加工设备。零件的加工不需要操作者很强的工艺经验，但需要有数控加工的基础，能熟练进行对刀等的操作，懂得维护和调整机床。4 阀体零件加工工艺的基本理论4.1 阀体零件机械技工工艺过程及组成4.1.1 工艺过程工艺过程是指直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或者半成品的过程。而在机床上用切削刀具或其他工具加工毛坯或半成品，使其尺寸及形状发生变化的过程称为机械制造

20、工艺过程。通常还把与机械加工有直接关联的辅助工作也包含在机械加工工艺过程中。机械加工工艺过程中包括以下内容：1.切屑型加工 加工中以产生切屑来切除金属层而获得工件或半成品所要求的形状、尺寸和表面质量。它的基本方法是刨（插）削、钻（铰、扩、锪）削、铣削、拉（推）削、磨（研、珩、超精加工）削、刮削、点火花加工、电化学加工等。后3中多用于设备、工装的加工。2.无屑型加工 有冷压加工（如滚压螺纹、活塞销孔的冷压加工等）、化学加工3.辅助型工作 包括检验、去毛刺、清洗和涂防锈剂、热处理、平衡、称重等。4.1.2工艺过程的组成机械加工工艺过程总是由若干个按顺序排列的工序组成。而工序又可分为安装、工位、工步

21、、走刀。1.工序 是指一个工人或一组工人在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的标志是：机床或工作地是否变动和工作是否连续。工序是工艺过程的基本组成部分。2.安装与工位 在一道工序中，有时工件需要在该设备或工作地上进行几次装夹（定位与夹紧）或变动几个位置，才能连续完成该工件的全部工作内容（如几个表面的先后加工或粗、精加工）。所以，某些工序可能有几次安装或几个工位。安装：工件加工前在机床上（或夹具中）进行定位和夹紧的过程成为安装。通常把工件经一次装夹后完成一定的工序内容称为一次安装。工位：是指为了完成一定的工序部分，在一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分，

22、一起相对于刀具或设备的固定部分，所占据的每一个位置。机械加工中的主要工位都有相应的刀具和加工表面。3.工步 是指加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。机械加工中一个工序的一个工位上所完成的工序内容，有时不是单一的，对其中的加工表面、刀具、切削速度和进给量都不变的那一部分工序内容，称为一工步。若其中至一发生变化，就应视为另一个工步。4.走刀 是当工件余量教大，在一个工步中需要进行多次行程来切削，则每次行程的切削称为一次走刀。多一次走刀，就要增加一部分基本时间和空行程时候，使生产率减低，故在大量生产中，通常用控制毛坯余量和误差的方法来避免多次走刀

23、。2工艺过程的组成工艺设计时确定的。加工工艺不同，同一零件的工艺过程的组成就不同。4.2 阀体制造专业的工艺文件一、工艺工作和工艺文件阀体零件的制造一般是在较短的节拍时间内，严格按工艺过程完成的。从生产准备到正式生产，都必须有一套完整的、详细的、各个专业的工艺文件作依据。如铸造、锻造、机械加工、冲压、热处理、焊接、电镀、油漆、装配等各种工艺文件。工艺文件是工艺工作的成果以文件形式确定下来的全部资料的总称。按其作用可分为工艺规程和管理用工艺文件两类。前者是后者的基础和依据；后者是前者得以实施的保证。工艺文件按使用阶段又分为生产准备用工艺文件、试生产用工艺文件和生产用工艺文件。（一） 工艺工作的主

24、要内容在阀体制造企业中，工艺工作始终处于各项工作的核心位置。它对其它技术工作，管理工作具有导向、协调和认可的作用。机械加工工艺工作的主要内容可归结为：1.参加产品设计调研和对产品图的结构工艺性质进行审查、会签。2.绘制毛坯图或审查、会签毛坯厂提供的毛坯图。3.工艺的初步设计。编制阀体工艺方案，进行技术经济分析。这项工作应尽早地结合产品图、毛坯图会签时进行。一般以详细的工艺过程卡形式进行，必须对每道工序的时间、投资和主要精度的定位方案三个方面作出估计。4.工艺的技术设计。应用尺寸链理论确定各工序和加工余量。5.工艺的施工设计。确定各工序的工艺装备（夹具、刀具、辅具、量具和检具），切削用量，时间定

25、额和工序负荷率。所用的工艺文件有：工序卡、典型机床调整卡、检验工序卡、各类工具清单（或草案）和专用工装、设备设计任务书等。7.工厂设计。包括新建、扩建、改建工厂（车间、生产线）设计。所用工艺文件有工艺设备平面布置图和工厂设计说明书，以及有关工艺文件。7.日常工艺工作。工序能力测算和验证；工序稳定分析；现场故障和质量问题诊断，并提出解决措施；工艺纪律检查；工艺过程的改进等。8.其它协调工作。厂房、动能、设备和工装设计的会审、协调及会签，以及施工、安装调试的配合、验收等。（二） 工艺文件的重要性1、工艺文件的性质 工艺文件是阀体生产中的纪律性文件，有关人员都应严格执行，违背工艺文件就是违背工艺纪律

26、，应对其产生的不良后果负责。工艺文件是带有决策性的文件，它关系到企业的投资效益、产品质量和生产率。制订工艺文件，一般要经过反复调研，多方案比较，广泛征求意见等过程。而且要经过校核、逐级审批、签字后方能生效。当然，工艺文件也不是一成不变的，发现问题，应依照规定的审批手续及时修订、完善。2工艺文件的作用(1)是生产准备的依据(2)是指导操作的依据。如刀具调整、工件安装、切削用量、工序尺寸、冷切液使用等都必须按工艺文件进行。(3)是生产组织、管理的依据。如各个工种人员配备、工时考核、生产计划、经济核算都一工业文件规定的工序为基本单元。(4)是辅助生产和生产服务的初始依据。如工具、动能的生产、供应是按

27、照工具一览表（清单）和工厂设计要求进行的。(5)是相互交流工艺技术资料。5 阀体的分析5.1 阀体的作用阀体有两个26的大孔，称为压力油的主流道，两个26的大孔各与两个长斜孔相通，然后两长斜孔分别与3.9和2.6的侧孔相连。由于两侧孔的直径不同，所以在相同时间内的通过的压力油的流量不同，因而所产生的液压力大小不同。通过开启不同的阀门实现不同的控制。5.2 阀体的工艺性分析5.2.1阀体材料的选择及毛坯成型材料选用45号铸钢，阀体的毛坯采用铸造成型，铸造能加强零件的综合性能，能够满足零件的刚度和强度要求。5.2.2工艺路线的分析及拟订对于比较复杂的零件，可以考虑几个加工方案，分析比较后，从中选出

28、比较合理的加工方案。（1）选择定位基准综合分析零件的结构特点、技术要求及毛坯的具体情况。选择阀体的两个侧面为定位基准。（2）决定各表面的加工方法，划分加工阶段。阀体的上端面是与螺栓装配，下端面是与泵装配，其表面粗糙度要求1.6，故要采用精铣和磨的加工方法。车4-2.65的环形槽，用专用车床夹具、割槽刀（2.65）。（见图5.1）。对于孔的加工，由于最终的孔是26，所以首先先粗钻19的孔，然后进行扩孔（见图5.2）。钻2-12.7的斜孔用专用的钻夹具12.7的锥柄麻花钻。钻小孔时用专用的钻小孔夹具，2.6和3.9的直柄麻花钻。车外侧外圆、锥面，用端面车刀和外圆车刀。车顶孔，用专用英制螺纹车刀。

29、（3）选择加工设备及刀、夹、量具。总原则是根据生产类型与加工要求，使所选择的机床及工艺装备既能保证加工质量，又经济合理。中批生产条件下，通常采用通用机床加专用工、夹具；大批量生产条件下，多采用高效专用机床、组合机床流水线、自动线与随行夹具。图5.1 局部图图5.2 局部放大图 （4）拟定工艺路线从阀体的PROE三维建模，来直观的分析阀体的工艺加工过程，从而制定工艺路线。图5.1 阀体零件图由阀体的三维实体可以看出铣上下平面、加工孔、斜孔都需要专用夹具。各以上下平面为基准，粗、精铣上下平面，粗钻2-20顶孔，然后在扩孔至2-26。在数孔车床上车螺纹，先加工一个螺纹（这个夹具类似与其中一个钻孔的夹

30、具）然后在加工另个，这个夹具是个内螺纹，固定在车床主轴上，用刚才哪个加工好的螺纹旋进去固定就可以加工另一侧的螺纹。初步的工艺路线制定如下：1.粗铣下平面2.粗钻2-20顶孔3.粗铣下平面，镗孔。4.车螺纹5.扩孔6.铣上平面7.钻斜孔8.磨上平面9.车“ O”形槽10.钻孔11.钻小孔 对于工序5与6，如果先扩孔再铣上平面，就不利于控制扩孔的深度，所以应当变更5与6的工序顺序；对于工序10钻孔，不应该一次性钻至通孔，应该从两端分步进行钻孔。改进的加工工艺路线制定如下：1.粗铣下平面2.粗钻2-20顶孔3.粗铣下平面，镗孔。4.车外侧螺纹5.车内侧螺纹6.铣上平面7.扩孔2-278.钻斜孔9.磨

31、上平面10.车“ O”形槽11.钻孔（一端钻12.70.13深度43，另一端钻孔12.70.13至通孔）12.钻小孔5.2.3刀具的选择及切削用量的确定3刀具的选择进给量切削深度进给次数阀体上下两平面的尺寸为83.838.9mm，粗铣下平面时选用50的立铣刀1.2r/min1.51粗钻2-20的顶孔，选用19的柄麻花钻0.4mm/min591粗铣下平面，选用50的立铣刀650mm/min1.51粗镗22.9孔，选用22镗刀160mm/min11精镗22.9孔，选用22.3镗刀160mm/min0.51车外侧螺纹，45外圆刀60mm/min44车内侧螺纹，45外圆车刀60mm/min44铣上平面，选用40立铣刀2mm/r22扩2-26孔，选用25的内空镗刀100mm/r1.552钻斜孔2-13.7，选用12.7锥柄麻花钻1.5mm/r522平磨上平面，60#磨床砂轮0.1mm/r0.181车“O”形槽，选用割槽刀2.65180mm/min1.31钻12.70.13的孔，选用12.7锥柄麻花