阀体零件机械加工工艺规程及关键工序夹具设计（机械工艺学课程设

机械制造工艺学 课程设计说明书

题目:

阀体零件机械加工工艺规程

及关键工序夹具设计

专 业： 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师：

机械制造工艺学 课程设计任务书

题目:

阀体零件机械加工工艺规程

及关键工序夹具设计

内容：

1.零件图 2.毛坯图

3.机械加工工艺过程综合卡片 4.机械加工工序卡片 5.夹具结构设计装配图 6.夹具结构设计零件图 7.课程设计说明书

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专 业： 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师：

目录

序言 .................................................................................................................................. 4 一、零件的分析 .............................................................................................................. 4 (一)零件的功用、材料和性能 ....................................................................................... 4 （二）形体分析 .............................................................................................................. 4 二、确定生产类型 .......................................................................................................... 5 三、确定毛坯 .................................................................................................................. 5 （一）选择毛坯 .............................................................................................................. 5 （二）确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 .............................................................. 6 四、工艺规程设计 .......................................................................................................... 6 （一）技术要求分析 ...................................................................................................... 6 （二）零件的加工工艺性分析 ...................................................................................... 7 （三）选择基面 .............................................................................................................. 7 （四）安排加工工艺路线 .............................................................................................. 8 （五）确定工序内容 ...................................................................................................... 8 五、夹具设计 ................................................................................................................ 17 （一）机床夹具的组成 ................................................................................................ 17 （二）机床的分类 ........................................................................................................ 18 （三）工件的装夹方法 ................................................................................................ 18 （四）工件在夹具中的定位 ........................................................................................ 19 （五）夹紧装置的组成 ................................................................................................ 21 （六）阀体零件的钻床专用夹具的总体设计 ............................................................ 24 参考文献 ........................................................................................................................ 27

序言

机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术机车和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。

一、零件的分析

(一)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。

阀体的材料是普通碳素结构钢Q235，其屈服值为235。 普通碳素结构钢有许多优良特点：

第一：与优质碳素钢相比，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。

第二：有中等强度，并具有良好的塑性和韧性，而且易于成形和焊接。 第三：此类钢的应用范围非常广泛，其中大部分用作焊接、铆接或栓接的钢结构件，少数用于制作各种机器部件。

（二）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φ30空腔，左端的φ44H9圆柱形槽与阀盖的圆柱形凸缘相配合；

阀体空腔右侧φ14H11圆柱形槽，用来放置球阀关闭时不泄露流体的密封圈；阀体左端有用于连接系统中管道的外螺纹4×M6深12，在阀体上部有连接系统中管道的外螺纹4×M6深12，在阀体下部有连接系统中管道的外螺纹4×M6深12。

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60×60、φ44H9、φ36f9、φ30、φ14H11和63等。同时还要注出两个圆环形槽的高度为6。

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60×60、46×46等。同时还要注出进油孔与垂直方向的距离为6。

以阀体前后对称面为宽度方向尺寸基准，注出左端面四个螺孔外形尺寸46×46，以及的大小尺寸4×M6深12。

二、确定生产类型

该零件材料为普通碳素钢，零件结构比较简单，生产类型为中批生产，为使零件有较好的力学性能，保证零件工作可靠，故采用铸造成形。这从提高生产效率保证加工精度上考虑也是应该的。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。零件的生产纲领：属中批量生产。

根据设计要求可知：Q=4000 件/年，每日３班，且零件总体尺寸适中，为轻型零 件，生产类型为中批或大批生产。

三、确定毛坯

（一）选择毛坯

根据零件图要求，零件材料为 Ｑ２３５，形状简单，故采用铸件毛坯。由于

零件的生产类型为中批或大批生产，故采用砂型铸件，效率高，同时保证了毛坯尺寸，便于加工。

（二）确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差

根据《金属加工工艺及工装设计》第 6 页的表格内容，确定零件的公差等级 CT 为 13 级，加工余量等级 MA 为H 级。根据表 1-9，根据零件尺寸和精度等级，确定铸件毛坯的单边和双边毛坯加工余量。 根据各加工表面的加工余量和零件尺寸，确定毛坯的尺寸。对于毛坯尺寸直径小于 30mm 的孔，在毛坯上应为实心。

根据《金属加工工艺及工装设计》第 6 页表 1-9，查得零件两端和孔为双边加工余量，而外圆上的两个凸台的高度均为单边加工余量。根据零件尺寸，双边加工余量中，确定孔的每边加工余量为 4.5mm，两端面每边加工余量为 7mm，单边加工余量中，确定大小凸台高度方向 的加工余量分别为 6.5mm 和 4.5mm。零件其余部分无需加工，故无加工余量。

四、工艺规程设计

（一）技术要求分析

尺寸精度：阀体的尺寸精度中Φ44，Φ35的精度为IT9。尺寸Φ36和Φ25的公差公差为f，9级。尺寸Φ14的公差是H11。.

位置精度:指零件的各表面之间相互位置精度。Φ30和Φ14的同轴度应达到设计要求。四个螺纹孔对Φ30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。

（二）零件的加工工艺性分析

此零件是阀体，主要加工面是外面、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：

a) 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； b) 切屑不易排出，冷却液难以注入切削区域； c) 当加工时，壁厚比较薄，加工时容易产生变形； d) 内孔的测量要比外圆难，尤其是小孔。 就阀体零件来说：

a) 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

端面定位加工左端面及内孔。

b) 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。

c) 该工件内孔Φ30和Φ14H11有同轴度要求，所以在加工时Φ30、Φ14H11应

在一次装夹内完成加工。

d) 该工件螺纹孔4×M6深12对Φ30的轴线有位置度要求，所以在加工4×M6

深12螺纹孔时，应设计专用钻模，才能保证位置度的要求。

（三）选择基面

基面选择是工艺规程中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大量报废，使生产无法正常进行。

粗基准的选择：按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。现以零件的外圆Φ30为主要的定位粗基准。

精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，选择以圆柱体的Φ20孔为精基准。

（四）安排加工工艺路线

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。

阀体零件的加工工艺路线安排如下： （1）铸造毛坯 （2）时效处理

（3）车左端面，粗、半精、精镗孔Φ30、Φ14、Φ8； （4）调头，车右端面

（5）车上端面，镗孔Φ4，车以Φ35为外端圆和Φ25为内端圆的环形槽；车4个M6深12螺纹孔。

（6）左端面和下端面钻4×M6深12螺纹孔 （7）铣凸台 （8）检查 （9）包装入库

（五）确定工序内容

1.加工机床的确定

根据零件的尺寸和加工精度的要求，确定车床加工采用车床 C620-1。 2.加工刀具和夹具的确定

零件材料为 HT300，故选用刀具材料为 YG6 刀具。 工步一 YG6 90°端面车刀。 工步二 YG6 镗刀。 工步三 YG6 镗刀。

3.确定切削用量

“阀体”零件材料为Ｑ２３５，生产类型为大批量生产，采用铸造方法铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

查《机械制造工艺设计手册》（以下简称《工艺手册》）表1-52

工序 工序内容

工序Ⅰ：粗铣最外端上下两端面。 工序Ⅱ：钻、粗铰Φ3０的孔。 工序Ⅲ：

工序Ⅳ：钻Φ１４的孔。 工序Ⅴ：粗车φ41外圆面。 工序Ⅵ：粗车、半精车φ50外圆下端面。工序Ⅶ：粗车、半精车φ50外圆。 工序Ⅷ：粗车φ53外圆下端面。 工序Ⅸ：粗车φ53外圆上端面。 工序Ⅹ：粗车φ53外圆。 工序Ⅺ：钻、粗铰、精铰φ28.5的孔。 工序Ⅻ：锪钻鍃平φ28.5孔内端面 工序XIII：钻4-φ14孔。 工序XIV：粗车M36外螺纹。 工序XV：车倒角。

单边余量 1mm 7.5mm 10mm 2mm 1mm 2mm 1mm 1mm 0.5mm 4.25mm 1mm 7mm 1mm C1.5 工序尺寸 表面粗糙度 63?0.290?0.390mm Ra12.5um ?30?0.1600mm Ra12.5um Φ20mm Ra25um Φ41mm Ra25um

440?0.390mm

Ra12.5um φ50 Ra25um 390?0.480mm Ra25um 380?0.480mm Ra25um φ53 Ra25um φ28.5 Ra12.5um 5 Ra12.5um φ14 Ra25um M36

Ra25um

阀盖的铸造毛坯尺寸如图；

表1 加工余量计算表

工序

加工尺寸及公差

铸件毛坯 (孔Φ20mm 两端面

0.29048??0.390mm）

粗铣二端面

加工前尺

寸 加工后尺寸

最大 最小 最大 最小

51.3 50 1 +0.7 -0.3

最大 最小

51.3 50 48.29 47.61

2.3 0.71 -0.22/2

加工余量（单边） 加工公差（单边）

5．确定切削用量及基本时工 工序Ⅰ：粗铣左右两水平端面。

(1)切削速度 刀具耐用度t?60min ap=10mm

Vp?Cv?d0?qvt?ap?fmxvyv?ae?Zuvpvkv

查《工艺手册》表1-152得取f=0.2 d0=20mm 查《工艺手册》表4.2-8得kv=0.96

查《工艺手册》表2-13得到系数Cv=26 x=0.1 y=0.4 Z=3 m=0.2

qv=0.25

可得：V ?pv=0.1 u=0.15 ae=1 ap=4 d0=20mm

26?20?0.25?0.96

60?40.20.1?0.20.4?10.15?30.1 ?81.7(mmin) (1.36ms) (2)确定机床主轴转速

?1?0.5

1.8?0.8 ?1.05(s)

工序Ⅹ：粗铣φ53外圆上端面。

根据《工艺手册》表1-147 表1-148，根据加工条件取参考值

f?0.2(mm)

rv?0.5(m)

s确定机床主轴转速

ns?1000v1000?0.5??7.96(r)

s??dw3.14?20切削工时 根据《工艺手册》表7-5 切入深度l1?1mm，切入长度l2?166mm

t? ?l1?l2 nsf1?166

7.96?0.2 ?104.8(s)

工序Ⅺ：钻、粗铰、精铰φ28.5的孔。

根据《工艺手册》表1-163，根据加工条件取参考值

f?0.8(mm)

rv?0.18(m)

s确定机床主轴转速

ns?1000v1000?0.18??2.29(r)

s??dw3.14?25切削工时 根据《工艺手册》表7-5

l?5,切入深度l1?1.5mm，切入长度l2?80mm

t?l?l1?l2 nsf ?5?1.5?80

2.29?0.8 ?47.2(s) 工序XIII：钻4-φ14孔。

根据《工艺手册》表1-163，根据加工条件取参考值

f?0.7(mm)

rv?1.55(m)

s确定机床主轴转速

ns?1000v1000?1.55??6.14(r)

s??dw3.14?14切削工时 根据《工艺手册》表7-5 切入深度l1?7mm，切入长度l2?12mm

t? ?l?l1?l2 nsf44?7?12

35.3?0.7 ?9.7(s)

五、夹具设计

在对工件进行机械加工时，为了保证加工的要求，首先要使工件相对道具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。因此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。

（一）机床夹具的组成

1、定位装置 其作用是使工件在夹具中占据正确的位置。

2、夹紧装置 其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确的正确位置。

3、对刀或导向装置 其作用是确定刀具相对定位元件的正确位置。

4、连接原件 其作用是确定夹具在机床上的正确位置。

5、夹具体 夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体。

6、其他元件或装置 是指家家具中因特殊需要而设置的元件或装置。根据加工需要，有些夹具上设置分度装置、靠模装置；为能方便、准确定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。

以上各组成部分中，定位元件、夹紧装置和夹具体是机床夹具的基础组成部分。

（二）机床的分类

机床夹具种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。

1、按夹具的使用特点可分为：通用夹具，专用夹具，可调夹具，组合夹具，

拼装夹具。

2、按使用机床可分为：车床夹具，铣床夹具，钻床夹具，镗床夹具，齿轮

机床夹具，数控机床夹具，自动机床夹具，自动线随行夹具以及其他机床夹具。

按夹紧的动力源可分为：手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液增力夹具，电磁夹具以及真空夹具等。

（三）工件的装夹方法

工件装夹的方法有两种：

1、 将工件直接装夹在机床的工作台或花盘上 2、 将工件装夹在家具上

采用第一种方法装夹的效率低，一般要求先按图纸要求在工件的表面上划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时，用划针或面分表找正后再夹紧。一般用于单件和小批生产。批量较大时，都采用夹具装夹工件。

采用夹具装夹工件有如下优点： a、保证加工精度，稳定加工质量 b、缩短辅助时间，提高劳动生产率 c、扩大机床的使用范围，实现“一机多能” d、改善工人的劳动条件，降低生产成本

（四）工件在夹具中的定位

1工件的定位的基本原理 ? 六点定则

用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为“六点定位原则”，简称“六点定则”。

六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承点作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。

? 限制工件自由度与加工要求的关系

工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制；不影响加工要求的自由度，有时要限制，有时可不限制，视具体情况而定。习惯上，工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位，工件限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。

在工件定位时，以下情况允许不完全定位：

a． 加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。

b．毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制。 c． 加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。

夹具上的定位元件重复限制工件的同一个或几个自由度的定位称为重复定位。重复定位分两种情况：当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产

生有害影响的重复定位，称为不可用重复定位。它将造成工件定位不稳定，降低加工精度，使工件或定位元件产生变形，甚至无法安装和加工。因此，不可用重复定位是不允许的。 当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增强工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。在生产实际中，可用重复定位被大量采用。

? 基准、对定位元件的基本要求 a. 定位基准的选择

定位基准的选择，应尽量使工件的定位基准与工序基准相重合；尽量用精基准作为定位基准；遵守基准统一原则；应使工件安装稳定，加工中所引起的变形最小；应使工件定位方便，夹紧可靠。

b. 对定位元件的基本要求

足够的精度、足够的强度和刚度、耐磨性好、工艺性好、便于清理切削。 2工件定位方式及其定位元件

a.工件以平面定位。工件以平面作为定位基准时，所用定位元件一般可分为主要支承和辅助支承。主要支承用来限制工件的自由度，具有独立定位的作用。辅助支承用来加强工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用。

b.工件以圆柱孔定位。工件以圆柱孔为定位基准，如套类、齿轮、拨叉等。

此种定位方式所用的定位元件有圆柱定位销、定位心轴和圆锥定位销等。 c.工件以外圆柱面定位。工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有：V形

块、定位套和半圆套。 3 定位误差的分析

造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生 基准不重合误差△b；二是定位基准与限制位基准不重合，由此产生基准位移误 差△y 。

基准不重合误差△b是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准

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