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1、说明书报告（论文）题目：阀杆零件加工工艺及专用机床夹具设计作者所在系部：机械工程系作者所在专业：机械设计与制造作者所在班级：作者姓名：作者学号：指导教师姓名：完成时间：目录第一部分：零件的分析31.1 零件的作用31.2 零件的工艺分析3第二部分：零件的机械加工工艺设计32.1 确定毛坯32.2 拟定加工路线32.3 .确定工艺装备42.4 确定各主要工序技术要求和检验方法42.5 .确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差52.6 确定切削用量和时间定额6第三部分：专用夹具的设计153.1 夹具的设计思路153.2 夹具的结构原理153.3 夹具的操作过程173.4 该夹具的特点17参考文献1
2、8第一部分：零件的分析1.1 零件的作用题目所给的零件是阀杆零件，阀杆是机器的重要零件，其作用是将阀体中的轴、套、齿轮等有关零件联成一个整体，并使之保持正确的相对位置，彼此协调工作，以传递动力、改变速度、完成机器或部件的预定功能。要求阀体零件要有足够的刚度和强度，良好的密封性和散热性。因此，加工质量直接影响机器的性能、精度和寿命。1.2 零件的工艺分析1、零件形状：此阀杆的外形较简单，有许多加工要求高的外圆和平面。而主要加工面是轴，轴之间有相当高的位置和形状的要求。现分析结构特点如下：(1)外形基本上是多个圆柱面组成的封闭式多面体；(2)结构形状比较简单；(3)阀杆的加工面，仅为左右俩侧面，此
3、外还有精度要求较高的配作孔。2、技术要求如下：(1)尺寸精度外圆的尺寸精度、表面粗糙度要求。(2)为满足阀杆加工中的定位需要及阀体与机器总装要求，阀体的装配基准面与加工中的定位基准面应有一定的平面度和表面粗糙度要求。第二部分：零件的机械加工工艺设计1.1 确定毛坯根据零件图可知，零件材料为40Cr,零件形状为非圆柱体，且属于中批生产，因此选用锻造毛坯，这样，毛坯形状与成品相似，加工方便，省工省料。1.2 拟定加工路线粗基准的选择：采用阀杆上底面做粗基准，考精基准的选择：采用阀杆上外圆面作为精基准，考虑到此平面比较大，并且此平面有定位孔，可以实现阀杆零件外圆用V型块的典型定位方式;其余各面和孔的
4、加工也可以用它来定位,这样的工艺路线遵循了“基准统一”的原则。工序号工名序称工序内容IO锻造锻造成型20时效去除锻造应力30车车大端外圆40车车614外圆50铳铳8.5mm平面60铳铳Ilmm四方平面70钳工清洗、去毛刺、80终检检验1.3 .确定工艺装备由图样分析，该图样需要车削外圆，在这里我们在车轮廓时选用车刀。而切削加工时我们可以选择CA6140车床，量具可选用015Omm为75T00mm的测量游标卡尺，外径千分尺，游标深度卡尺等。铳8.5mm平面与铳Ilmm四方平面用X62W铳床1.4 确定各主要工序技术要求和检验方法此零件的主要加工表面是平面。一般来说，保证平面的加工精度要比保证平面
5、的加工精度容易。因此，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好平面之间的相互关系。由于生产量中批，怎样满足生产率的要求也是零件加工过程中的主要考虑因素。1、平面的加工顺序零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工阀杆上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面，然后再加工四方平面。阀杆零件的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证外圆的加工精度。其次,先加工外圆平面可以先切去锻件表面的凹凸不平。为提高外圆的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。阀杆零件的加工工艺应遵循粗精加工基准面的原则,将孔与平面的加工明确划分成粗
6、加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。这样处理还有一个好处就是在粗加工以后零件表面有应力集中的现象，粗精分开可以在粗加工以后进行热处理以消除应力。2、外圆加工方案选择阀杆零件外圆加工方案，应选择能够满足外圆加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择最经济的机床。根据阀杆零件图所示的精度要求和生产率要求，当前应选用在车床加工较为适宜。在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。综合以上的特点，本零件车外圆的加工采用卧式车床车外圆。1.5 ,确定各工序加
7、工余量，计算工序尺寸和公差加工余量的确定阀杆零件材料采用灰锻铁制造。材料为40Cr,根据机械制造工艺设计简明手册查得各种锻铁的性能比较，得灰锻铁的硬度HB为143269,灰锻铁的物理性能，40Cr密度P=7.27.3(g/c/)，计算零件毛坯的重量约为1kgo根据原始资料，该零件为5000件/年的年产量，毛坯重量估算为IkgvlOOkg。查金属机械加工工艺手册工艺表17-5机械加工车间的生产性质为轻型，确定为大批生产。查机械制造技术基础第3版表6-4,确定毛坯锻件的制造方法为金属模机器造型。根据生产纲领，选择锻造类型的主要特点要生产率高，适用于中批生产，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-5根
8、据锻造的类别、特点、应用范围和锻造方法的经济合理性，按表确定机器造型金属模的加工余量等级为F级,尺寸公差等级为7-9级，选择CT8级精度。8 .5mm侧面的加工余量根据工序要求，左、右两侧面粗糙度要求均为凡=12.5机,参照机械制造工艺设计简明手册表1.4-8,查得采用粗铳、半精铳两道加工工序完成，经济精度选为IT11。参照机械制造工艺设计简明手册表2.2-4,其加工余量规定为1.52.0帆加，现取2.0如。参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-21,粗铳后精铳，加工长度300以，加工宽度WlOOm加，那么精铳余量为加机，粗铳余量为妨皿。则锻件毛坯的基本尺寸为11+2.0+2.0=15,根据机
9、械制造工艺设计简明手册表2.2-1,锻件尺寸公差等级选用CT8。可得锻件尺寸公差为L6帆加。车中14外圆的加工余量根据工艺要求，14的端面粗糙度要求(=3.2劭,公差要求为自由公差，参照机械制造工艺设计简明手册表1.4-8,查得采用粗车、精车两道加工工序。参照机械制造工艺设计简明手册表2.2-4,其加工余量选为2m加。则锻件毛坯的基本尺寸为10+2-2=10W明根据机械制造工艺设计简明手册表2.2-1,锻件尺寸公差等级选用CT8。可得锻件尺寸公差为1.0加。精车余量：参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-5,端面精车余量为0.5加；粗车余量：Z=2.0-0.5=1.5?o现规定本工序(粗车)的
10、加工精度为ITIl级，因此可知本道工序的加工公差为-0.22相2(入体方向)。车14外圆面由于本工序设计基准与定位基准不重合，要进行尺寸链的换算，如图所示：本工序要要间接保证工序尺寸A),则人为封闭环，A1为增环，江为减环。计算可得，A=AiA2=66-10=56ES(4)=ES(X)-EI(A2)=0-(-0.022)=0.022EI(o)=EI(X)-ES(A2)=-0.19-0=-0.19所以，封闭环4的基本尺寸和上、下偏差按“入体原则”标注为14.022：212。9 .6确定切削用量和时间定额车大端外圆加工条件工件材料：40Cr,硬度190HBS,金属型锻造。加工要求：车大端外圆，粗糙
11、度要求凡=6.3刖。机床：CA6140车床选择刀具：根据切削用量简明手册表1.2,选择YG6的硬质合金端车刀。根据切削用量简明手册表3.1,ap=2.6nn4mm,ae=68ww90/wn铳刀直径选取d0=100zwh-200”？。根据切削用量简明手册表3.16,选择d=125三,z=12o根据切削用量简明手册表3.2,由于灰锻铁硬度y2003S,故车刀的几何形状取Yo=5。、a0=80%s=-20or=45oK喈=30。、r=5ob=1.2nm0计算切削用量1）决定车削深度与由于加工余量不大，故可在一次走刀内完成，则询=2.6%c2）决定每齿进给量工根据切削用量简明手册表3.5,当使用YG6
12、时，车床功率为75Kw（机械制造工艺设计简明手册表4.2-38）,工=0.140.24懵，但因采用不对称车削，故可以取fz=0Snn/r。3）选择车刀磨钝标准及刀具寿命根据切削用量简明手册表3.7,车刀刀齿后刀面最大磨损限度为L5帆由于铳刀直径d=125三,根据切削用量简明手册表3.8查得刀具寿命7=18min4）决定切削速度匕和每分钟进给量乙切削速度匕可以根据切削用量简明手册表3.27中的公式计算，也可以根据切削用量简明手册表3.16查得：匕=86/n/min、n,-220rrrrinxvfi=415wwmin各修正系数为kMv=kMn=kMvf=1.0k$v=K=k,w=1.0k=所以：v
13、c=86xl.b?/min=94.6wminn=nlkll=220l.lrmin=242r/minvf=%kvt=415nnlmin=456.5nn/min根据机床说明书，机械制造工艺设计简明手册表4.2-39与4.2-40,选择nc=235rmin、vfc=475mm/min。因此，实际切削速度与进给量为:匕=TaIoTooo3.141252351000= 92.2nmin匕=475 ncz 23512= 07mn/ z5）校验机床功率根据切削用量简明手册表3.24,当85=190,ae70mmfap2.7nun,J0=125ww,z=12vf=475tnm/min550mm/min,近似为
14、Pcc=3.3KWo根据机械制造工艺设计简明手册表4.238,机床主轴允许功率为Pcm=7.5X0.75Kw=5.63Kvv故m，因此所选择的切削用量可以采用。即询=2.6削，vf=475mm/min,nc=235r/min,VC=92.2nzmin,f.=0.11twnz。3. 1.3计算切削工时计算基本工时1.tn.=LfM二式中，L=1o+1,+2根据机械制造工艺设计简明手册表6.2-7,C0=(0.030.05)J=0.04x125=5I1=O.5-CoW-Co)+2=0.5125-5(125-5)+2=40=4Iq=68,fMz0.17x475车414外圆加工条件工件材料：40Cr,
15、硬度190HBS,金属型锻造。加工要求：车14外圆粗糙度要求&=6.3九。机床：CA6140车床选择刀具：根据切削用量简明手册表1.2,选择YG6的硬质合金端车刀。根据切削用量简明手册表3.1,QP=Imm4mm,ae=6Smtn90/wzz车刀直径选取4)=100%200W。根据切削用量简明手册表3.16,选择d=125“，z=12o根据切削用量简明手册表3.2,由于灰锻铁硬度Y2008S,故铳刀的几何形状取/o=5。、or0=8o4S=20。、Kr=45。、K吒=30。、k；=5。、b=.2mtno计算切削用量1）决定车削深度与由于加工余量不大，故可在一次走刀内完成，则p=l三7o2）决定
16、每齿进给量工根据切削用量简明手册表3.5,当使用YG6时，车床功率为75Kw（机械制造工艺设计简明手册表4.2-38）,工=0.140.24即，但因采用不对称铳削，故可以取fz=0.18wnr。3）选择车刀磨钝标准及刀具寿命根据切削用量简明手册表3.7,车刀刀刀面最大磨损限度为15九，由于车刀直径d=125mz,根据切削用量简明手册表3.8查得刀具寿命T=180min.4）决定切削速度匕和每分钟进给量巳切削速度匕可以根据切削用量简明手册表3.27中的公式计算，也可以根据切削用量简明手册表3.16,ap=mm1.5rrun,查得：vt=98mmin、nt=250min、vfi=471ww/min
17、各修正系数为kMv=kMn=kMvf=1.0k.-k5n=%=1.0ky=所以：vt.=98l.lw/in=107.8wminn=nlkn=250l.lr/min=275r/minVf=VXkvt=471nn/min=518.wn/min根据车床说明书，机械制造工艺设计简明手册表4.2-39与4.2-40,选择nc=300rmin、vfi.=475nun/min0因此，实际切削速度与每齿进给量为:=117.8n/ min7dn_3.14125300lo1000fzc=475=03mmz.ncz300125）校验机床功率根据切削用量简明手册表3.24,当3S=190,ae70mmfap=,0nn
18、dQ=125nun,z=12,v=475nunmin55()/丽/min,近似为Pcc=.6Kw0根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-38,机床主轴允许功率为PCM=7.5X0.75KW=5.63KW故Ew,因此所选择的切削用量可以采用。即以/,=lmw,vf=475wn/min,t.=300rmin,vr=117.8w/nin,fz=03mmzo计算切削工时计算基本工时1.tm=7VTlfxM二式中，L=I0+11+/2根据机械制造工艺设计简明手册表6.27,C0=(0.030.05)J=0.04125=5I1=0.5d-7C0W-C0)+2=0.5125-5(125-5)+2=40Z2=
19、4fxM40+5+68=1,9n三0.13475铳8.5mm平面加工条件工件材料：40Cr,硬度190HBS,金属型锻造。加工要求：铳8.5mm平面，粗糙度要求凡=12.5以。机床：X62W铳床选择刀具：根据切削用量简明手册表1.2,选择YG6的硬质合金端铳刀。根据切削用量简明手册表3.1,ap=2.6nm4/wn,ae=78mm90nm铳刀直径选取o=100nW2200o根据切削用量简明手册表3.16,选择4j=12576,Z=I2。根据切削用量简明手册表3.2,由于灰锻铁硬度Y200HBS,故铳刀的几何形状取为=5、劭=8、s=-20o,=45。、“=30、Kr=5。、b舌=1.2mm计算
20、切削用量1）决定铳削深度询由于加工余量不大，故可在一次走刀内完成，则册=2.6nm02）决定每齿进给量工采用不对称铳削以提高进给量。根据切削用量简明手册表3.5,当使用YG6时，铳床功率为7.5KW（机械制造工艺设计简明手册表4.238）,工=0.140.24m,但因采用不对称铳削，故可以取fsOSmmr3）选择铳刀磨钝标准及刀具寿命根据切削用量简明手册表3.7,铳刀刀齿后刀面最大磨损限度为L5/77W,由于铳刀直径。=125,即，根据切削用量简明手册表3.8查得刀具寿命T=180min.4）决定切削速度匕和每分钟进给量。切削速度匕可以根据切削用量简明手册表3.27中的公式计算，也可以根据切削
21、用量简明手册表3.16查得：匕=86m/min、“=220r/min、vfi=415w?/inin各修正系数为kMv=kMn=kMvf=1.0K=篇=L=Lok=1.1所以：vr=86xl.b?/min=94.6/T?/minn=nlkn=2201.lrmin=242r/minvf=vfikv,=415mm/min=456.5mm/min根据铳床说明书，机械制造工艺设计简明手册表4.2-39与4.2-40,选择nc=235r/min、=475mm!min因此,实际切削速度与每齿进给量为:血On _ 3.14 125x235io 100092.2/n / min以 二 475 ncz 2352=
22、 07mm z5）校验机床功率根据切削用量简明手册表3.24,当“BS=190,aeS5mm,ap2.7mm,J0=125mm,z=12,vf=475nm/min550mm/in,近彳以为Pcc=3.8KW。根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-38,机床主轴允许功率为Pcm=7.5x0.75Kw=5.63Kw故己c%,因此所选择的切削用量可以采用。BPap=2.6/wn,O=475mmin,nc=235r/min,VC=92.26/min,fz=0.11mn/z计算切削工时计算基本工时z二LifMz式中，L=1o+1,+2根据机械制造工艺设计简明手册表6.2-7,C0=(0.030.05)d
23、=OQXl25=5I1=0.5-C0(-Co)+2=0.5125-5(125-5)+2=40Z2=4Jqi=40+5+%=.811inwfMz0.17x475铳Ilmm四方平面加工条件工件材料：40Cr,硬度190HBS,金属型锻造。加工要求：铳Umm四方平面，粗糙度要求凡=12.5加。机床：X62W选择刀具：根据切削用量简明手册表1.2,选择YG6的硬质合金端铳刀。根据切削用量简明手册表3.1,ap=1.Omm,ae=ISm/n90mn铳刀直径选取4,=100mnz200z三O根据切削用量简明手册表3.16,选择d=125制，Z=I2。根据切削用量简明手册表3.2,由于灰锻铁硬度y2008S
24、,故铳刀的几何形状取为=5。、4=8。、s=-20or=45oK寸=30。、r=5o.b=.2nvn0计算切削用量1）决定铳削深度工由于加工余量不大，故可在一次走刀内完成，则vfi=471wwminMv=Mvf=1K=Zw=L=Lok=ivc=98LlzzzZmin=107.8znminn=nlktl=250X1.Ir/min=275r/minvf=vf.Icvi=471Xnn/min=518.Iwtw/nin根据X62W型铳刀说明书，机械制造工艺设计简明手册表4.2-39与4.2-40,选择nc=300r/min、v/c=475mm/min。因此，实际切削速度与每齿进给量为：M3.14125
25、3001o.V.=117.8m/min10001000f2,=-=475=03mmz“ncz300125）校验机床功率根据切削用量简明手册表3.24,当“BS=190,aeS5fwn,ap=LOinzn,do-125nun,z=21Vf=475nnmin550nmmin,近似为Pcc=1.9Kw0根据机械制造工艺设计简明手册表4.238,机床主轴允许功率为PCM=7.5X().75Kw=5.63Kw故%m,因此所选择的切削用量可以采用。即=L加，vf=475W7min,nc=3(X)rminv=117.8wminf=03mmz计算切削工时计算基本工时=7LAji式中，L=1o+11+2根据机械
26、制造工艺设计简明手册表6.2-7,C0=(0.030.05)J=0.M125=5I1=O.5t-Co(-Co)+2=0.5125-5(125-5)+2=402=4jo=94LfMz40 + 5 + 94 0.13475=2.3 min第三部分：专用夹具的设计3.1 夹具的设计思路为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工阀杆零件时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，经过与指导老师协商，决定设计铳8.5mm两侧面工序的专用夹具。在X62W型铳床上加工完成，所用刀具是YG6的硬质合金端铳刀.本夹具主要用于加工8.5mm两侧面，因为8.5mm两侧面有精度要求，定位要求高，因此我
27、们在保证加工精度的前提下还要考虑提高生产效率的。3.2 夹具的结构原理根据零件结构分析可得，因为工件底面是工件的设计基准，也是装配基准。所以以外圆平面为主要的定位面，则采用经典的V型块定位，端面将限制工件Z方向的移动、X方向上的旋转、Y方向上的旋转三个自由度。定位柱X方向和Y方向的移动。这样可以限制工件的六个自由度,实现完全定位。考虑到尽可能的减小工件装夹时的转角误差，同时使工件能顺利装卸，定位误差分析1V型块定位误差(I)移动时基准位移误差加.v=J1+D1+Xlmin(式5-5)式中：J1V型块的最大偏差diV型块的最小偏差lminV型块定位孔与定位销最小配合间隙代入（式5-5）得：y,y
28、=J,+E1+Xlmin=0.009+0+0.016=0.025%（2）转角误差/Ag_+Xlmin+Xzniing2L式中：J1圆柱销孔的最大偏差D,圆柱销孔的最小偏差lmin圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙J2削边销孔的最大偏差2削边销孔的最小偏差X2min削边销定位孔与定位销最小配合间隙Y其中：2min=2（+一一则代入（式5-6）得：（式5-6）tgb=0.009+0+0.016+0.009+00.0042x305.29=0.0000622则：6=0.00006219切削力的计算查表1-2-3圆周力：Fc=902%,/。?/,径向力：.=530T%p轴向力：Fc=5apfkp其中：kp
29、=kmpkrpknkxsp查机床夹具手册表1-2-4匕卬=（哥），表1-2-5Fcn=0.4,Fpn=1.0,Ffn=0.8表1-2-6/=45。Kd=L0,%=10,KzP=LO人=0。,K丁=1.0由上得：Fc=725N,Fp=459N,F1=695N夹紧力的计算：由机床夹具设计手册（表1225）得：用扳手的六角螺母的夹紧力：M=12mm,P=1.75mm,L=140mm,作用力：F=70N,夹紧力：W0=5380N由于夹紧力大于切削力，即本夹具可安全使用。3.3 夹具的操作过程本次设计的铳8.5mm两侧面夹具，采用了V型块和活动压柱夹紧元件。将夹紧力均衡的分配到侧面以及水平面，也就是相当
30、于V型块的两个受力平面上，使零件夹紧更加稳定可靠。加工零件紧紧贴靠在支撑平面上，夹紧力直接传递到夹具体上，销轴套茴元件并没有变形的空间。通过打开活动螺栓就可以把工件轻松地取出来。3.4 该夹具的特点本例中我们设计的铳削夹具，能够实现零件加工的准确快速定位、夹压、保证刀具切削可靠，不会因为零件在切削过程中移动或转动而打坏铳刀，以及零件的快速拆卸。本课题的难点和主要任务是，就是要选择最有效的装夹定位方案和夹具元件，使我们在一次装夹中能够加工更多的零件，提高生产效率。参考文献1.孟少农主编机械加工艺手册机械工业出版社，19932.浦林祥主编机床夹具设计手册机械工业出版社，20003.徐茂功主编公差配合与技术测量机械工业出版社，20004.赵如福主编金属机械加工工艺人员手册机械工业出版社，20005陈宏钧主编实用金属切削手册机械工业出版社，2007
