机械工艺夹具毕业设计113阀体的加工工艺设计和工艺装备设计.docx
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机械工艺夹具毕业设计113阀体的加工工艺设计和工艺装备设计
毕业设计
题目阀体的加工工艺设计和工艺装备设计
系机电工程系
专业机械制造及自动化
完成日期
毕业设计评分标准
班级
姓名
学号
考核项目及总分
具体内容
分值
评分标准
得分
差
及
中
良
优
设计过程20
查阅资料及手册的能力
5
0～2
3
3.5
4.5
5
工作态度及纪律情况
5
0～2
3
3.5
4.5
5
独立工作能力
5
0～2
3
3.5
4.5
5
基本概念、基本理论及专业知识掌握情况
5
0～2
3
3.5
4.5
5
设计结果40
规定任务的完成情况
10
0～5
7
8
9
10
说明书质量
10
0～5
7
8
9
10
图纸及技术文档的质量
15
0～8
10
12
13
15
设计有无独到和创新之处
5
0～2
3
3.5
4.5
5
答辩情况40
对设计的阐述（自述）
15
0～8
10
12
13
15
回答基本理论和方法
15
0～8
10
12
13
15
回答有关设计问题
10
0～5
7
8
9
10
指导老师签名
总得分
考核小组专家签名
前言……………………………………………………………………………1
第1章毕业设计任务概述…………………………………………………2
第2章零件图样分析………………………………………………………3
2.1零件的功用、材料和性能…………………………………………3
2.2形体分析……………………………………………………………3
2.3技术要求分析………………………………………………………4
2.4零件的工艺性分析…………………………………………………5
第3章毛坯设计……………………………………………………………7
3.1生产纲领……………………………………………………………7
3.2毛坯制造方法………………………………………………………7
3.3毛坯尺寸确定………………………………………………………8
3.4毛坯简图……………………………………………………………8
第4章零件加工工艺方案的拟定……………………………………………9
4.1加工顺序的安排……………………………………………………9
4.2各加工表面加工阶段的划分………………………………………11
4.3安排加工工艺路线…………………………………………………12
4．4工艺方案的比较与优先…………………………………………13
第5章工序设计……………………………………………………………14
5.1定位基准的选择……………………………………………………14
5.2加工设备的选择……………………………………………………16
5.3刀具的选择…………………………………………………………20
5.4切削用量的选择……………………………………………………20
5.5量具的选择…………………………………………………………22
5.6夹具的选择…………………………………………………………22
5.7时间定额计算………………………………………………………22
第6章机床夹具概述………………………………………………………24
第7章工件的定位及定位元件……………………………………………26
7.1工件在夹具中的定位………………………………………………26
7.2定位误差分析…………………………………………………………27
第8章工件的夹紧和夹紧装置……………………………………………………28
8.1夹紧装置的组成………………………………………………………28
8.2夹紧力的确定…………………………………………………………28
第9章夹具体及分度装置………………………………………………………30
9.1夹具体…………………………………………………………………30
9.2分度装置………………………………………………………………30
第10章阀体零件的车床夹具设计…………………………………………32
10.1车床夹具的主要类型………………………………………………32
10.2车床夹具的设计要点………………………………………………33
10.3阀体零件的车床专用夹具的加工误差分析………………………34
10.4阀体零件的车床夹具的加工误差分析……………………………35
参考文献………………………………………………………………………37
结束语…………………………………………………………………………38
前言
这次毕业设计是机械制造与自动化的一个十分重要的学习环节，是对入学以来所学的机械方面的知识进行了一次全面的检查、巩固和提高。
这次毕业设计是应用所学基础理论、专业知识与技能去分析和解决生产实际问题的一次综合训练。
把所学的知识能够综合运用到实际零件的加工中。
通过本次设计使我巩固了已学的知识，加深了印象，使自己能够运用所学的机械加工知识解决一些具体的问题。
此次毕业设计涉及的知识面有金属切削原理、加工工艺、数值计算、刀具的性能、测量技术、金属切削机床、CAD制图外还涉及到毛坯、金属材料、公差配合及加工设备等多方面的知识。
通过这次毕业设计我发现了自己还有许多知识还没有掌握牢固。
但更多的是通过这次设计使我提高、巩固、扩大了自己所学到的理论知识与技能，提高自己设计计算、制图、编写技术文件的能力‘学会正确使用技术资料、标准、手册等工具书’并在这次设计中培养了我对机械设计的独立工作能力、初步树立了正确的实际思想，掌握了一定的机械加工设计方法步骤和思路为以后的学习和设计工作打下了良好的基础。
同时，也使我体会到了老师平时对我们的谆谆教导、用心良苦。
由于本人水平有限，设计还有许多不足之处，希望朱老师给予批评和指正！
第1章毕业设计任务概述
1.毕业设计的目的
1、培养学生理论联系实际的设计思想，综合运用本课程及先修课程的理论知识，结合生产实际知识，训练分析和解决一般工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计的知识；
2、通过对油泵盖加工方案，合理选择加工机床，正确分析零件尺寸的能力、确定尺寸、选择材料，叫全面的考虑加工工艺、使用和维护等要求等，学习机械设计的一般方法，掌握通用零件、简单机械设计的设计原理和过程，培养学生初步设计的能力；
3、进一步训练学生计算、绘图、熟悉和运用设计资料以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。
2.毕业设计的任务
设计通常选择一般用途的较简单机械为题目，设计的内容包括“零件图样分析、毛坯设计及毛坯图、工艺设备的选择、工艺路线设计与比较、工序设计、工序加工程序编制、编写设计说明书等。
3毕业设计的要求
在加工时，保证零件加工质量；适合一般现场条件，能显著提高生产效率；降低生产成本，适应强；工艺合理，工艺资料齐全，说服力强。
4毕业设计的效果
通过这次设计，使我们利用所学知识，解决基本问题，熟悉以前旧知识，应运现在新知识，解决实际问题，在原来的基础上，在上一步新台阶。
5毕业设计的原则
我认为设计的原则是从准备资料到说明书的结束，应尽量提高生产效率的前提下，降低成本，保证加工质量，稳定可靠，提高经济效益。
第2章零件图样分析
2.1零件的功用、材料和性能
该阀体是一个管道控制阀，通过一处外螺纹，一处带螺纹孔的方形壁与其他物体连接。
顶部内螺纹是用来安装控制阀门，利用阀门来控制液体的开关以及流量的大小。
阀体的材料是灰铸铁HT350，其抗拉强度大于350MPa。
灰铸铁有很多优良性能：
第一，铸造性能好，灰铸铁熔点低、流动性好。
第二，减振性好，石墨割裂了基体，阻止了振动的传播，并将振动能量转变为热能而消失。
第三，切削加工性能好，片状石墨割裂了基体，使切削容易脆断，且石墨有减振的作用，减少了刀具的磨损。
第四，缺口敏感性低。
2.2形体分析
此零件是阀体，从零件图上看，阀体左端通过螺柱和螺母与阀盖连接，形成球阀容纳阀芯的φ43空腔，左端的φ50H11圆柱形槽与阀盖的圆柱形凸缘相配合；阀体空腔右侧φ35H11圆柱形槽，用来放置球阀关闭时不泄露流体的密封圈；阀体右端有用于连接系统中管道的外螺纹M36×2，内部阶梯孔φ28.5、φ20与空腔相通；在阀体上部的φ36圆柱体中，有φ26、φ22、φ18的阶梯孔与空腔相通，在阶梯孔内容纳阀杆、填料压紧套；阶梯孔顶端90°扇形限位凸块，用来控制扳手和阀杆的旋转角度。
从尺寸上分析，阀体的结构形状比较复杂，标注尺寸很多，这里仅分析其中主要尺寸，其余尺寸读者自行分析。
以阀体水平轴线为径向（高度方向）尺寸基准，注出水平方向的径向直径尺寸φ50、φ35、φ20和M36×2等。
同时还要注出水平轴线到顶端的高度尺寸56。
以阀体垂直孔的轴线为长度方向尺寸基准，注出铅垂方向的径向直径尺寸φ36、M24×1.5、φ22H11、φ18H11等。
同时还要注出铅垂孔轴线与左端面的距离21。
以阀体前后对称面为宽度方向尺寸基准，注出阀体的圆柱体外形尺寸φ55、左端面方形凸缘外形尺寸75×75，以及四个螺孔的定位尺寸φ70。
同时还要注出扇形限位块的角度定位尺寸45°±30'。
2.3技术要求分析
尺寸精度：
阀体的尺寸精度中Φ50，Φ35的精度为IT7。
尺寸41的公差是0.06，精度为IT9。
尺寸43的公差是0.039，精度是IT8.尺寸21的公差是0.05，精度是IT9.尺寸Φ22，Φ20的公差是0.033，精度是IT8.尺寸5的公差是0.18，精度是IT13.尺寸Φ18的公差是0.027，精度是IT8.尺寸56的公差是0.12，精度是IT10.
位置精度:
指零件的各表面之间相互位置精度。
Φ20和Φ35的同轴度应达到设计要求。
四个螺纹孔对Φ35的轴线的位置度也应达到设计要求。
表面粗糙度：
零件的各表面的粗糙度应达到设计要求的粗糙度Ra值。
热处理性能：
作用零件的使用要求，其材料性能是很重要，对加工切削也有很大影响。
项目
说明
◎
Φ0.025
A
Φ
内Φ孔轴线对Φ
内孔轴线的同轴度公差为Φ0.025
⊥
0.05
A
左端面相对基准AΦ
圆柱面其垂直度要求为0.05
⊥
0.02
A
Φ
的内孔相对基准Φ
的起垂直度要求是0.02
Φ0.06
A
被测轴线必须位于直径为公差值0.06的范围内轴线位于相对于基准AΦ
所确定的理想位置上
HT350
材料为灰铸铁
2.4零件的工艺性分析
2.4.1工艺性分析
零件工艺性是指所设计的零件能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。
它包括零件的各个制造工程中的工艺性，有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性由此可见，零件结构工艺性涉及面很广，具有综合性，必须全面综合地分析。
在制定机械加工工艺规程时，主要进行零件切削加工工艺性分析。
零件结构工艺性分析，可从零件尺寸和公差的标注、零件的组成要素和零件的整体结构等方面来阐述。
2.4.2零件的工艺性
零件要素是指组成零件的各加工面。
显然零件要素的工艺性会直接影响零件的工艺性。
零件要素的切削加工工艺性归纳起来有以下三点要求：
1）各要素的形状应尽量简单，面积应尽量少，规格应尽量标准和统一。
2）能采用普通设备和标准刀具进行加工，且刀具易进入、退出和顺利通过加工表面。
3）加工面与非加工面应明显分开，加工面之间也应明显分开。
2.4.3零件的加工工艺性分析
此零件是阀体，主要加工面是外圆、内孔、端面、阶台孔、内螺纹和沟槽等，而且加工的内表面比外表面多，就带来了许多困难：
（1）孔加工是在零件的内部进行，切削情况不易直接用眼睛来观察；
（2）切屑不易排出，冷却液难以注入切削区域；
（3）当加工时，壁厚比较薄，加工时容易产生变形；
（4）内孔的测量要比外圆难，尤其是小孔。
就阀体零件来说：
（1）该工件是以左端面和轴线为基准，根据基面先行的原则，第一道工序应以右端面外圆定位加工左端面及内孔。
（2）因阀体零件的壁厚较薄，在各道工序夹持工件时应注意防止变形。
（3）该工件内孔Φ20和Φ35有同轴度要求，所以在加工时Φ20、Φ35应在一次装夹内完成加工。
（4）该工件螺纹孔4-M12对Φ35的轴线有位置度要求，所以在加工4-M12螺纹孔时，应设计专用钻模，才能保证位置度的要求。
第3章毛坯设计
3.1生产纲领
该零件的年产量是5000件，属于中批生产，为了提高生产效率，应尽量采用专业夹具、刀具。
3.2毛坯制造方法
毛坯的选择
1）该零件的毛坯选择HT350钢，采用铸造。
零件在进行加工铣削时，由于加工过程，使用余量的大小，如何装夹的问题在设计毛坯时就要仔细考虑好。
否则加工将很难进行，选择毛坯时应考虑一下因素：
2）零件材料的工艺特性，以及零件对材料组织和性能的要求，例如，铸铁和青铜不能制造，只能选铸件；钢质零件的形状不复杂，且机械性能要求不高时，可用棒料；零件形状复杂，机械性能要求不高时，可用铸钢件；机械性能要求高时，宜用锻造件毛坯。
3）零件的结构形状和外形尺寸：
例如，尺寸较大的毛坯，通常不采用模锻，压铸和精铸，多数采用砂型铸造、自由锻造及焊接等方法制坯。
毛坯应有充分、稳定的加工余量零件毛坯的制造方法的选择与加工企业的生产效率、生产成本密切相关，在选择毛坯制造方法时应根据零件的生产纲领、毛坯材料、工艺特性、零件形状、生产条件来确定。
4）根据以上原则该零件的毛坯制造方法可选择：
砂型铸造。
砂型铸造的铸件，按照造型方法的不同，可分为木模手工造型和金属模造型两种。
木模手工造型的精度低，加工余量大，适合于单件和小批量生产；成批及大量生产时，为提高铸造的生产效率，减少铸件的误差和加工余量，常用金属模机器造型的铸件，但其生产费用较高，铸件的重量和尺寸不能过大。
5）压力铸造的铸件，是将熔融的金属，在压铸机中，以较高的压力和速度射入金属型中，并在压力下结晶而获得的此方法制造的铸件，精度较高，表面粗糙度较细，加工余量小，且可以铸造较复杂的结构，但压力铸造所使用的设备和铸型昂贵，所以，这种铸造方法主要用于大批大量生产中，生产形状复杂，尺寸较小，重量不大的有色金属铸件。
6）经过比较分析，砂型铸造较为合适，具体的课选择叠箱造型，用于零件的批量生产和加工尺寸较小的场合，铸造的尺寸精度可达到IT8-IT13。
7）加工余量的确定：
加工时，如果余量留得过大，不但浪费材料，而且增加机械加工劳动量和生产工时，使生产成本增高，降低生产率，余量留得过小，一方面使毛坯制造困难，另一方面在机械加工时，也常因余量留得过小而使用划线找正确等方法，不仅增加了生产工时，而且还有可能制造废品，因此，必须合理的选择加工余量。
3.3毛坯尺寸确定
加工表面的余量如下所示：
基本尺寸
加工余量数值（单边）
M36×2
2
80
2
56
2
Φ43
4
Φ18
2
Φ20
2
主要毛坯尺寸如图所示：
基本尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差等级IT
M36×2
4
Φ40
11-13
Φ18
4
Φ14
11-13
Φ20
4
Φ16
11-13
43
8
35
11-13
56
2
58
11-13
80
2
84
11-13
3.4毛坯简图（见附图）
第4章零件加工工艺方案的拟定
4.1加工顺序的安排
工件的机械加工工艺路线中，要经过切削加工、热处理和辅助工序。
因此，在拟定工艺路线时，必须全面地把切削加工、热处理和辅助工序一起考虑合理安排。
4.1.1机械加工工序的安排原则
（1）先加工基准面
选择为精基准的表面，应该安排起始工序先进行加工，以便尽快为后续工序提供精基准。
这有利于保证加工精度。
（2）划分加工阶段
根据加工质量的要求常划分为粗加工、半精加工、精加工。
由于工件的加工质量要求不是很高，所以划分为粗粗加工、半精加工、精加工三个阶段。
（3）先面后孔
对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工面后加工孔。
这是因为平面的轮廓平整，安放和定位比较稳定可靠，若先加工好平面，就以平面定位孔，保证平面和孔的位置精度。
此外，由于平面先加工好了，给平面上的孔加工也带来方便，使刀具的初始切削条件能得到改善。
（4）次要表面穿插在各加工阶段进行
4.1.2热处理工序安排原则
①退火与正火：
属于毛坯预备性热处理，应安排在机械加工之前进行。
②时效：
为了消除残佘应力，对于尺寸大、结构复杂的铸件需在在粗加工前、后各安排一次时效处理；对于一般铸件在铸造后或粗加工后安排一次时效处理；对于精度要求高的铸件，在半精加工前、后务必安排一次时效处理；对于精度高、刚度差的零件，在粗车、粗磨半精磨后各需安排一次时效处理。
③淬火：
淬火后工件硬度提高且易变形，应安排在精加工阶段的磨削加工前进行。
④渗碳：
渗碳易产生变形，应安排在精加工前进行。
为控制渗碳层厚度，渗碳前需要安排精加工。
⑤氮化：
一般安排在工艺过程的后部、该表面的最终加工之前，氮化处理前应调质。
4.1.3确定工序集中于分散
（1）工序集中
工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。
其主要特点是：
①可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；
②减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；
③减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度；
④采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。
（2）工序分散
工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。
其主要特点是：
①设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换；
②对工人的技术要求较低；
③可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；
④所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。
在拟定工艺路线时，工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。
一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。
批量生产应尽可能采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效地提高生产率。
根据上述工序安排的原则，可将阀体的加工顺序安排如下：
第一步，铸造毛坯，时效处理；
第二步，平左端面，并加工横向孔；
第三步，加工纵向孔；
第四步，加工左端面四个螺纹孔；
第五步，加工凸台；
第六步，检验入库。
4.2各加工表面加工阶段的划分
在加工过程中，正确选择加工方法，不但能提高生产效率，而且能降低生产成本。
根据阀体零件的表面粗糙度值和尺寸公差等级，各加工表面加工阶段划分如下：
加工位置
加工阶段划分
左端面
粗车—半精车—精车
右端面
粗车—半精车—精车
上断面
粗车—半精车—精车
Φ35孔
粗镗—半精镗—精镗
Φ20孔
钻—粗铰—精铰
Φ50孔
粗镗—半精镗—精镗
Φ43孔
粗镗—半精镗—精镗
M36X2螺纹
粗车螺纹—精车螺纹
Φ28.5孔
粗镗
Φ18孔
粗镗—半精镗—精镗
Φ22孔
粗镗—半精镗—精镗
Φ24.3槽
粗车
Φ26孔
粗镗—半精镗
M24螺纹
粗车螺纹—精车螺纹
4-M12螺纹孔
钻—攻螺纹
Φ28.5孔
粗车—精车
4.3安排加工工艺路线
根据加工顺序的安排和表面加工阶段的划分，可将零件的加工工艺路线安排如下：
方案一：
（1）铸造毛坯
（2）时效处理
（3）车左端面，粗镗孔Φ35、Φ43、Φ50，钻Φ20
（4）调头，车右端面，粗车、半精车右端外圆表面
（5）调头，粗、精铰孔Φ20，半精、精镗孔Φ35、Φ43、Φ50
（6）调头，精车右端外圆表面，车M36螺纹
（7）平上端面，镗孔Φ18、Φ22、Φ26，车Φ孔24.3，车M24螺纹
（8）钻—攻4-M12螺纹
（9）铣凸台
（10）检查
（11）包装入库
方案二：
（1）铸造毛坯
（2）时效处理
（3）车左端面，粗、半精、精镗孔Φ35、Φ43、Φ50；钻、粗铰、精铰Φ20
（4）调头，车右端面，车孔Φ28.5；车右端外圆表面，倒角；车M36×2螺纹
（5）车上端面，镗孔Φ18、Φ22、Φ26，车Φ孔24.3；车M24螺纹
（6）钻—攻4-M12螺纹
（7）铣凸台
（8）检查
（9）包装入库
4.4工艺方案的比较与优先
方案一：
这套方案的定位基准高，粗，精加工穿插进行。
但由于在加工横向阶梯孔时，装夹次数很多，这样务必会增加加工的安装误差，安装次数多了，耗费了很多时间，降低了生产效率，且要求工人的技术等级比较高，经济性不好。
因此，这套方案有待改进。
方案二：
采用这一方案，一次装夹中能加工面多，且粗、精加工在一次装夹中完成，减少了安装误差。
这样便于保证工件的加工质量，提高生产效率。
同时，也提高了加工的稳定性和经济性。
这套方案是一套可行的方案。
第5章工序设计
5.1定位基准的选择
制定工艺规程时，合理地选择定位基准，对保证零件加工精度和安排加工顺序有很大的影响。
用夹具装夹时，定位基准的选择还会影响到夹具的结构，因此定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。
选择定位基准时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工表面都加工出来多选择共建上不需要铣削的平面和孔作定位基准。
对薄板件，选择的定位基准应有利于提高工件的刚性，以减少切削变形。
定位基准应尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。
基准是零件上用以确定其他点、先、面得为之多一句的点、线、面。
基准根据其功能不同可分为设计基准和工艺基准。
基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚至会造成零件的大批量报废，使生产无法进行。
（1）设计基准是设计图样上采用的基准。
有零件图分析，该零件的设计基准为Φ35.
（2）定位基准加工时，使工件在机床或夹具占据正确位置所用的基准。
就该零件可选择两条轴线作为定位基准。
在拟定工艺路线时，应尽量使工序基准和定位基准重合，减少基准不重合误差。
5.1.1粗基准的选择
（1）选择粗基准时，主要考虑两个问题：
一是合理地分配各加工余量；二是保证加工面与不加工面的互相位置关系。
具体选择时考虑下列原则：
（2）对于具有加工面与非加工面的弓箭，为了保证非加工表面与加工表面之间的位置要求，应选择非加工表面作粗基准。
（3）对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各表面之间的加工余量。
若需要保证各主要加工表面都有足够的余量，应选择毛坯余量最小的表面作粗基准。
若对于工件上的某些重要表
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