KCSJ-08閥體的鏜孔夾具設計及加工工藝裝備含3張CAD圖

KCSJ-08閥體的鏜孔夾具設計及加工工藝裝備含3張CAD圖,KCSJ,08,閥體,鏜孔,夾具,設計,加工,工藝,裝備,CAD 閥體加工工藝及夾具設計 學院名稱 專業名稱 學生姓名 學號 指導教師 年 月 1 任務書 題目名稱：閥體加工工藝及夾具設計 1 課程設計的內容 l 批量：年產5000件，中批生產 l 小組繪制零件圖一張、毛坯圖一張 l 小組編制工藝過程卡片一份 l 每人編制組長制定的一道工序工序卡片 l 每人設計規定工序的夾具，繪制總裝圖 l 小組編寫設計說明書 2 課程設計完成時需提交的成果 l 課程設計說明書 （每個小組交打印稿裝訂1份: 裝訂順序：說明書封面、任務書、零件圖、任務分工說明、目錄、正文、結論、致謝、參考文獻、毛配圖、工藝卡、工序卡、封底），其中零件圖、毛坯圖、工藝卡、工序卡用A4橫向幅面。 l 夾具總裝圖（每人一張，A1或A0幅面） l 刻有設計說明書、工藝卡、工序卡、零件圖、毛坯圖和夾具圖紙光盤 目錄 目錄 2 1 零件的分析 3 1.1零件的介紹和作用 3 1.2主要加工表面及技術要求分析 3 2.工藝流程設計 4 2.1生產方式的確定 4 2.2毛坯的設計 4 2.3基準的選擇 6 2.4工藝路線及綜合工藝卡設計 6 3.工序設計 7 3.1 工序分析 7 3.2基準的選擇 7 3.3設備的選擇 7 3.4工序尺寸的確定 8 3.5切削用量及工時定額的確定 9 4 夾具設計 11 4.1 定位設計 11 4.2 定位誤差的分析 11 4.3 夾緊機構的設計及夾緊力的計算 12 4.4 夾具方案及結構設計 13 結論 16 致謝 16 參考文獻 17 1 零件的分析 1.1零件的介紹和作用 閥體是閥門中的一個重要零部件，主要起的作用是通過螺紋與其他零件連接，達到控制流體開關方向壓力及流量。 閥體零件尺寸比較小，結構形狀較復雜，加工內孔的精度要求較高，上下斷面孔端面需要加工，精度要求也高；其內孔對孔端面有垂直度要求。其尺寸精度，幾何形狀精度和相對為此精度以及表面質量均影響閥是否能夠有良好的密封，進而影響使用性能。 1.2主要加工表面及技術要求分析 1.加工面的確定，由給定的零件圖可以確定以下加工面： 加工表面 尺寸和幾何精度要求 表面粗糙度要求 M8螺紋孔的端面與Φ28H7孔的端面 距離為72mm Ra6.3 Φ22H8孔的端面與Φ32H8孔的端面 距離為57mm，保證與Φ28H7孔的端面的垂直度誤差為0.06 Ra6.3 2處Φ35孔 直徑為Φ35，與Φ22H8孔中心距為45±0.02 Ra12.5 Φ28H7孔 直徑為Φ28H7(0+0.021)，與Φ22H8孔中心距為45±0.02 Ra3.2 Φ36的沉孔 直徑為Φ36 Ra12.5 Φ32H8孔 直徑為Φ32H8(0+0.039)，保證軸線與Φ32H8孔的端面垂直度誤差為0.06 Ra3.2 Φ22H8孔 直徑為Φ22H8(0+0.033)，保證軸線與Φ32H8孔的端面垂直度誤差為0.06 Ra3.2 2個M8螺紋的底孔 直徑為Φ8 Ra12.5 4個M6螺紋的底孔 直徑為Φ6 Ra12.5 技術要求 1）未注明圓角為R3~5； 2）未注明倒角為C1.5； 3）以Φ28H7孔的端面作為基準A； 4）以Φ32H8孔的端面作為基準B； 5）鑄造后的毛坯需要進行時效處理。 2.工藝流程設計 2.1生產方式的確定 生產綱領是企業在計劃期間應當生產的產品數量和進度計劃。計劃期為一年，生產綱領常稱為年產量。設計題目給出該零件為年產量5000件，零件質量小于100kg，因此生產類型為中批生產。加工工藝過程采用金屬型鑄造等的毛坯制造方法，毛坯精度和加工余量中等，采用“通用+專用”結合的工藝裝備，初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段，工序適當集中，加工設備以通用設備為主。 2.2毛坯的設計 根據生產綱領5000件的要求，該閥體零件生產屬于中批生產，以及零件本身結構的復雜程度和加工表面與非加工表面的技術要求，綜合考慮，我們選擇毛坯的制造方式為金屬型鑄造機器造型。零件的材料所選擇的是HT250。 根據表5-7至5-11，鑄件的公差等級為CT8～10，取CT9；加工余量等級為D～F，取F級。 總高72mm的機械加工余量為1mm，即該總高的公稱尺寸為73mm，尺寸公差為2.2mm； 總寬57mm的機械加工余量為0.5mm，即該總寬的公稱尺寸為57.5mm，尺寸公差為2mm； Φ35mm孔的機械加工余量為0.5mm，即該孔的公稱尺寸為?34.5mm，尺寸公差為1.8mm； Φ28H7mm孔的機械加工余量為0.5mm，即該孔的公稱尺寸為?27.5mm，尺寸公差為1.8mm； Φ36mm孔的機械加工余量為0.5mm，即該孔的公稱尺寸為?35.5mm，尺寸公差為1.8mm； Φ32H8孔的機械加工余量為0.5mm，即該孔的公稱尺寸為?31.5mm，尺寸公差為1.8mm； Φ22H8孔的機械加工余量為0.5mm，即該孔的公稱尺寸為?21.5mm，尺寸公差為1.7mm；其他尺寸參照零件圖查得。最后按入體形式標注毛坯尺寸，得到圖所示毛坯尺寸。 2.3基準的選擇 粗基準面的選擇一般以設計基準作為定位基準，粗基準面的選擇按照以下要求： （1） 選擇不加工的表面作為粗基準面，尤其應選與加工表面有位置要求的不加工表面，這樣可以保證加工面的位置精度。 （2） 選重要表面作為粗基準面，這樣可以保證加工表面的加工余量，加工精度較高。 （3） 選加工余量較小的表面作為粗基準面，這樣可以保證加工表面都有足夠的加工余量。 （4） 選平整，光潔，無飛邊，澆冒口等缺陷的表面作為粗基準面，這樣可以使定位可靠，夾緊方便。 （5） 粗基準面只選用一次，應避免重復使用，這樣可以避免較大的定位誤差。 精基準的選擇主要考慮基準重合和基準統一的問題。在已經加工出一個表面 的情況下，就可以把它作為精基準使用。 以M8螺紋孔的端面為粗基準，加工Φ28H7孔的端面；以Φ22H8孔的端面為粗基準，加工Φ32H8孔的端面；以Φ28H7孔的端面為精基準，加工Φ22H8孔，Φ36孔，Φ32H8孔；以Φ32H8孔的端面為精基準，加工Φ35孔，Φ28H7孔；以Φ22H8孔為精基準，加工4個M6螺紋的底孔；以Φ28H7孔為精基準，加工2個M8螺紋的底孔。 2.4工藝路線及綜合工藝卡設計 工藝路線方案： 工序010：鑄造毛坯； 工序020：時效處理； 工序030：粗銑M8螺紋孔的端面； 工序040：粗銑Φ28H7孔的端面； 工序050：粗銑Φ22H8孔的端面； 工序060：粗銑Φ32H8孔的端面； 工序070：鏜Φ35孔，Φ28H7孔，并倒角C1.5；（粗、精鏜在一次裝夾中完成）； 工序080：鏜Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔，并倒角C1.5；（粗、精鏜在一次裝夾中完成）； 工序090：鉆2個M8螺紋的底孔； 工序100：攻2處M8螺紋； 工序110：鉆4個M6螺紋的底孔； 工序120：攻4處M6螺紋； 工序130：檢查； 工序140：入庫。 3.工序設計 3.1 工序分析 由閥體零件圖可知，Φ36的沉孔圓柱面的粗糙度為12.5；Φ32H8孔和Φ22H8孔的粗糙度均為3.2，并且三孔的公共軸線與Φ32H8孔的端面有垂直度要求，垂直度為0.06。根據鏜削工藝不同加工方式中對粗糙度的實現程度，最后綜合考慮Φ36的沉孔加工方案選擇了粗鏜。因為精鏜之后孔的表面粗糙度可以達到5~20其次在于公差等級上，這個方案也符合原本要求的公差，其次也符合經濟性原則。Φ32H8孔和Φ22H8孔的加工方案選擇了粗鏜—精鏜。因為粗鏜之后孔的表面粗糙度只能達到5~20，最后加上精鏜之后表面粗糙度可以達到0.63~5，滿足要求，其次在于公差等級上，這個方案也符合原本要求的公差，其次也符合經濟性原則。 3.2基準的選擇 基準選擇為Φ22H8孔的端面，Φ32H8孔的端面，Φ28H7孔軸線。 3.3設備的選擇 機床的選擇： 工序號 加工內容 機床設備 說明 090 粗鏜Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔 臥式鏜床T618 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 090 精鏜Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔 臥式鏜床T618 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 刀具的選擇： 工序號 加工內容 機床設備 刀具 說明 090 粗鏜Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔 臥式鏜床T618 機夾單刃鏜刀 Φ36，Φ32H8，Φ22H8 090 精鏜Φ32H8孔，Φ22H8孔 臥式鏜床T618 機夾單刃鏜刀 Φ36，Φ32H8，Φ22H8 3.4工序尺寸的確定 （1） 加工余量的確定： 加工余量應保證按此余量加工后，能達到零件圖要求的尺寸公差，幾何公差和表面粗糙度。 首先由零件圖得到，Φ32H8孔，Φ22H8孔的公差等級均為IT8，查表得Φ32H8孔公差為0.039mm，Φ22H8公差為0.033mm。 查表5-53知，Φ36孔粗鏜加工余量為1.5，精鏜加工余量為0.8；Φ32H8孔粗鏜加工余量為1.5，精鏜加工余量為0.8；Φ22H8孔粗鏜加工余量為1.4，精鏜加工余量為0.8。 毛坯總余量=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） 計算各工序尺寸的公稱尺寸 Φ36孔：D1=36-0.8=35.2mm（粗鏜），D0=35.2-1.5=33.7mm（毛坯） Φ32H8孔：D1=32-0.8=31.2mm（粗鏜），D0=31.2-1.5=29.7mm（毛坯） Φ22H8孔：D1=22-0.8=21.2mm（粗鏜），D0=21.2-1.4=19.8mm（毛坯） （3） 確定各工序尺寸的公差及其偏差 根據表3-5，Φ36孔粗鏜公差等級選IT13，T1=0.39mm；精鏜公差等級選IT12，T2=0.25mm；毛坯公差取自毛坯圖，T0=1.8mm。Φ32H8孔粗鏜公差等級選IT12，T1=0.25mm；精鏜公差等級選IT8，T2=0.039mm；毛坯公差取自毛坯圖，T0=1.8mm。Φ22H8孔粗鏜公差等級選IT12，T1=0.21mm；精鏜公差等級選IT8，T2=0.033mm；毛坯公差取自毛坯圖，T0=1.7mm。 （4）工序尺寸偏差按“入體要求”標注 Φ36孔：精鏜Φ360+0.25mm，粗鏜Φ35.20+0.39mm，毛坯孔Φ33.7±0.9mm。 Φ32H8孔：精鏜Φ320+0.039mm，粗鏜Φ31.20+0.25mm，毛坯孔Φ29.7±0.9mm。 Φ22H8孔：精鏜Φ220+0.033mm，粗鏜Φ21.20+0.25mm，毛坯孔Φ19.8±0.9mm。 工序名稱 工序間雙邊余量 工序達到的公差 工序尺寸及公差 精鏜Φ36孔 0.8 IT10 Φ360+0.25mm 粗鏜Φ36孔 1.5 IT12 Φ35.20+0.39mm Φ36毛坯孔 — CT9 Φ33.7±0.9mm 精鏜Φ32H8孔 0.8 IT8 Φ320+0.039mm 粗鏜Φ32H8孔 1.5 IT12 Φ31.20+0.25mm Φ32H8毛坯孔 — CT9 Φ29.7±0.9mm 精鏜Φ22H8孔 0.8 IT8 Φ220+0.033mm 粗鏜Φ22H8孔 1.4 IT12 Φ21.20+0.25mm Φ22H8毛坯孔 — CT9 Φ19.8±0.9mm 3.5切削用量及工時定額的確定 1.背吃刀量 （1） 粗加工時，應盡可能一次切去全部加工余量，即選擇背吃刀量值等于余量值。當余量太大時，應考慮工藝系統剛度和機床的有效功率，盡可能選取較大的背吃刀量和最少的工作行程數。因此選擇為1mm。 （2） 精加工時，背吃刀量為0.2mm。 2.進給量 查表5-83，選擇粗鏜進給量為1.1mm/r，精鏜進給量為0.9mm/r。 3.切削速度 查表5-83，選擇粗鏜切削速度為0.6m/s，精鏜切削速度為0.3m/s。 4.工時定額 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 粗鏜: Φ36孔：Tb=17+2.577+31.1?320?2=0.13min Ta=0.2Tb=0.03min 作業時間TB=Tb+Ta=0.16min Φ32H8孔：Tb=20+2.577+31.1?360?2=0.13min Ta=0.2Tb=0.03min 作業時間TB=Tb+Ta=0.16min Φ22H8孔：Tb=20+2.577+31.1?530?2=0.09min Ta=0.2Tb=0.02min 作業時間TB=Tb+Ta=0.11min 精鏜: Φ36孔：Tb=17+2.577+31.1?320?4=0.26min Ta=0.2Tb=0.05min 作業時間TB=Tb+Ta=0.31min Φ32H8孔：Tb=20+2.577+31.1?360?4=0.26min Ta=0.2Tb=0.05min 作業時間TB=Tb+Ta=0.31min Φ22H8孔：Tb=20+2.577+31.1?530?4=0.18min Ta=0.2Tb=0.04min 作業時間TB=Tb+Ta=0.22min 5.布置工作地時間Ts 取3% Ts=TB*3%=(0.16+0.16+0.11+0.31+0.31+0.22)*3%=0.04min 6.休息與生理需要時間Tr 取3% Tr=TB*3%=(0.16+0.16+0.11+0.31+0.31+0.22)*3%=0.04min 7.準備與終結時間Te=0.03min 8.成批生產單件時間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 夾具設計 4.1 定位設計 本夾具用于鏜床加工Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔。本工序前零件的M8螺紋孔的端面、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孔的端面支撐板限制X軸轉動、Y軸轉動和Z軸移動三個自由度、活動圓錐銷限制X軸移動、Y軸移動兩個自由度，支撐釘限制Z軸轉動一個自由度；以此來實現六個自由度的限制，實現完全定位。 4.2 定位誤差的分析 定位誤差為工序基準在加工方向上的變動量。 依據六點定位原理，可以設計和檢查工件在夾具中的正確位置，但是能否滿足加工精度要求，還需要進一步討論影響加工精度的因素，如夾具在機床上的裝夾誤差、工件在夾具中的定位誤差和夾緊誤差、機床的調整誤差、工藝系統的彈性變形和熱變形誤差等都是影響加工精度的因素。為了保證加工質量，應該滿足關系式：。式中為各種因素產生的誤差總和、為工件被加工尺寸的公差。 為了計算方便，我們通常只討論與夾具設計有關的定位方法所引起的定位誤差對加工精度的影響，因此上式又可寫成：，式中為定位誤差、為除定位誤差外其他因素引起的誤差總和，可按加工經濟精度方法查得。 定位誤差的組成及產生原因有以下兩個方面： ①定位基準與工序基準不一致所引起的定位誤差，稱為基準不重合誤差，用表示。 ②定位基準面和定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差，稱為基準位置誤差，用表示。 故有：。 對于工序尺寸45±0.02，因限制自由度的元件為圓錐銷，與支撐板的配合尺寸為30H7/n6，為過渡配合，設計基準與該尺寸的工序基準重合，即。 又基準的位置誤差，去，查表得0.02, 所以： 對于工序尺寸24±0.01,由于定位基準與工序（設計）基準重合，且定位面為平面，所以不考慮定位基準面和定位元件的制造誤差，即 4.3 夾緊機構的設計及夾緊力的計算 1夾緊機構設計 為了使工件加工時在切削力、慣性力、重力等外力作用下任然保持已定好的位置，在夾具上還必須設有夾緊裝置，對工件產生適當的夾緊力。 夾緊裝置是設計和選擇是否正確合理，將直接影響工件的加工質量和生產效率。因此對夾緊裝置提出以下要求：①夾緊動作要準確迅速；②操作方便省力；③夾緊安全可靠；④結構簡單，便于制造。 夾緊力包括力的大小、方向、作用點，這三要素是夾緊裝置設計和選擇的核心問題。對于題目給定的閥體零件，因為工件尺寸較小，切削力不大，則往往只需要垂直朝向主定位面的夾緊力，保證主要定位面與定位元件有較大的接觸面積，就可以使工件夾緊。此外，還應該考慮以下問題：夾緊力的方向應方便裝夾和有利于減小夾緊力、夾緊力的方向應使工件夾緊和變形小。這就要求作用點應布置在零件剛度較大的位置。 綜合考慮以上因素，確定夾緊裝置設計如下圖。該夾緊方案具有以下優點： ①夾緊力垂直與主定位面，夾緊可靠性高。 ②夾緊力與工件重力方向相同，垂直與主定位面，有利于減小夾緊力； ③夾緊力作用點位于零件剛度大的地方，可以減小零件變形。 2夾緊力計算 由夾具總裝圖的主視圖可知，水平方向上有一個圓錐銷，而且該工序鏜孔加工的進給方向為Y軸方向，所以主要需要考慮鏜削加工時工件在Y軸方向移動。 如圖所示為該工序的夾緊設計，簡化模型如圖（b） 圖（b）夾緊機構簡化示意圖 圖中L=2l=100mm，通過查閱表3-1得進給抗力： ，式中，與加工材料有關,取0.94 ； 與刀具刃磨形狀有關,??；與刀具磨鈍標準有關,取； 為背吃刀量，則： 由于支撐板材料為碳素工具鋼T8，而零件材料為HT250，查閱資料得摩擦系數為 所以理論夾緊力： 為安全起見，還要考慮一個安全系數,一般取，粗加工時取，精加工時取，考慮到零件尺寸要求嚴格，為減小夾緊力引起的變形影響，取。因此實際的夾緊力為： 所以在壓板上，螺栓的預緊力為: 對螺栓強度進行校核，螺栓為M12×1.5小徑d1=10.106,許用拉應力為。 根據預緊力求得螺栓設計尺寸為： d1=4×1.3Pp[s]=4×1.3×2835.93.1416×58.97×106=8.922mm<10.106mm 故螺栓連接強度足夠，因此夾緊方案可行。 4.4 夾具方案及結構設計 Φ36的沉孔，Φ32H8孔，Φ22H8孔工序中，三個孔均有表面粗糙度要求，并且三個孔公共軸有垂直度要求。因此為了滿足加工要求，所采用的加工工藝為鏜削工藝。為了提高生產效率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。夾具采用支撐板限制X軸轉動、Y軸轉動和Z軸移動三個自由度，活動圓錐銷限制X軸移動、Y軸移動兩個自由度，支撐釘限制Z軸轉動一個自由度；以此來實現六個自由度的限制，實現完全定位。為了保證所加工孔的尺寸精度，位置要求，采用了鏜套來進行對刀，導向。夾具所采用的夾緊裝置為螺栓移動壓板式夾緊方式采用手動夾緊方式。按照要求，最終所設計的該工序的夾具三維圖如圖所示。 結論 機械制造技術基礎課程設計是高等院校機械工程類專業理論聯系實際的一門重要技術基礎課。通過本次課程設計主要鍛煉我們綜合應用金屬切削原理和刀具、機械加工方法及設備、互換性與測量技術，機械制造工藝學及工藝設備設計的機械制造技術基礎的理論知識；以及熟練應用機械制圖和機械設計課程的知識。 在本次課程設計中，我們具體鍛煉了如下能力：學習和掌握了簡單零件的工藝分析和工序、工藝卡片制作，定位設計和誤差分析，夾緊設計和夾緊力計算等等；對零件從設計到加工成品有了更系統、更清晰的認知；鍛煉了我們查閱資料的能力；鞏固了CAD繪圖能力和三維輔助設計軟件的使用；培養了我們團隊合作能力、語言表達能力。并且在此過程中，我們也深刻認識到自己的不足之處，比如很多設計和想法都停留在理論水平，缺少實際加工經驗。為此我們應該多學習一些跟自己專業知識相關的，努力提升自己的專業能力和素養。 致謝 經歷幾個月時間，我們順利完成了機械制造技術基礎課程設計，在這個過程中，有唐老師的細心指導和及時答疑、有組員們的努力工作和相互支持、以及有各種參考文獻的幫助。在此，我們向唐老師表示誠摯的感謝；對其他組員的努力和支持表示誠摯的感謝；對文獻著作的作者表示誠摯的感謝。 參考文獻 [1]柯建宏，機械制造技術基礎課程設計[M].武漢：華中科技大學出版社，2017. 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