机械装备课程设计-阀体(大批量)课程设计加工工艺设计

目录

序言-------------------------------------------------------------------------------4

一、 零件的工艺分析及生产类型的确定------------------------5 1、零件的作用--------------------------------------------------------------5 2、零件的工艺分析--------------------------------------------------------5 3、零件的生产类型--------------------------------------------------------5

二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图--------------------5 1、选择毛坯-----------------------------------------------------------------5

2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差-----------------------------5 3、设计毛坯图--------------------------------------------------------------6

三、选择加工方法，制定工艺路线----------------------------------6

1、定位基准的选择--------------------------------------------------------6 2、零件表面加工方法的选择--------------------------------------------6

3、制定工艺路线----------------------------------------------------------7 四、工序设计------------------------------------------------------------------7

五、确定切削用量及基本时间----------------------------------------8 六、夹具设计----------------------------------------------------------------12 七、设计小结----------------------------------------------------------------13 八、参考文献-----------------------------------------------------------------14

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基础和大部分专业课，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，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导。

一、 零件的工艺分析及生产类型的确定

⒈零件的作用

题目所给定的零件是容积式压缩机的阀体，如图1所示。它是将阀内介质压缩，一端连接压缩活塞，一端与输出口螺纹连接。通过阀体内的活塞的往复运动，压缩介质，产生压缩作用。

图1

⒉零件的工艺分析

通过对该零件的重新绘制，对零件进行分析，该零件属于类回转体零件，主体部分以中心轴为回转中心，但是在外圆上附有两个尺寸不同的凸台，二者轴线之间角度为90度，回转中心在同一径向平面上。该工件两端的沉孔和内腔的壁精度要求高，内腔壁的精度为7级，且粗糙度要求 为3.2，要求高。零件两端的沉孔精度为11级。

该零件属于类回转体的，两个端面和内腔需要加工，各表面的加工精度和表面粗糙度能够通过机械加工获得。首先加工两个端面，其中大端面为设计基准，内腔各尺寸以轴线和大端面为设计基准，要求较高的精度，且内腔尺寸较大，可采用镗削加工。大端的各个孔，位置分布均匀，且大端厚度不大，便于对空的加工。总的来说，该零件的工艺性较好。

⒊零件的生产类型

依设计题目知：Q=4000件/年，且零件总体尺寸适中，为轻型零件，生产类型为成批生产中的中批生产。

二、 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 ⒈选择毛坯

根据零件图要求，零件材料为HT300，形状简单，故采用铸件毛坯。由

于零件的生产类型为成批生产，故采用砂型铸件，效率高，同时保证了毛坯尺寸，便于加工。

⒉确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 按第五章第一节《铸件尺寸公差与机械加工余量（摘自GB/T14-1999）》确定，步骤如下:

①求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓尺寸，长233.5mm，宽160mm，高160mm，故最大轮廓尺寸为233.5mm

②选取公差等级CT 由表5-1，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得公差等级CT范围8 ~12级，取为11级。

③求铸件尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。

④求机械加工余量等级 由表5-5，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得机械加工余量等级范围E ~G级，取为G级。

⑤求RMA（要求的机械加工余量） 对所有加工表面取同一个数值，由表5-4查最大轮廓尺寸为233.5、机械加工余量等级为G级，得RMA数值为2.8mm。 ⑥求毛坯基本尺寸 4×φ14孔较小，铸成实心

R=F+2RMA+CT/2,R=F-2RMA-CT/2 表1 阀体零件毛坯（铸件）尺寸 零件尺寸（mm） 单面加工余量（mm） 毛坯尺寸（mm） 233.5 5 244 Φ60 4 52 Φ48H7×2 4 40 ΦH7 4 46 M60 4 46 68 5 73 M48 4 36 55 5 60 M18 4 0 4×Φ14 4 0 4×M8 4 0 ⒊设计毛坯图 根据零件尺寸，确定外圆角半径为3mm，内圆角半径为3mm，是圆角

尺寸能保证各表面的加工余量。确定分模位置 零件为类回转体零件，结构简单。为便于起模，分模位置选在零件的中心轴线上，分型面为过零件轴心和大凸台轴线的面。热处理方式采用时效处理，消除毛坯内部应力，以保证加工精度。

综上所述，具体毛坯见毛坯图。 三、 选择加工方法，制定工艺路线 ⒈定位基准的选择

该零件为类回转类零件，故选择外圆为粗基准。由大端面和内腔孔轴线

为设计基准，故遵循“基准重合”原则，采用大端面和内孔及端面的小孔为精基准。

⒉零件表面加工方法的选择

（1）大端面 表面粗糙度要求高，尺寸较大，且为回转类，故采用车削加工，进行粗车。

（2）小端面 采用车削加工，外圆定位，进行粗车。

（3）两端面的沉孔 由于精度高，为10级精度，尺寸适中，故采用车削，且为半精车加工。

（4）内腔各孔 内腔各孔精度高，为7级精度，尺寸适中，故采用半精镗加工，保证精度。

（5）凸台端面 采用车床加工，同时进行车螺纹，小凸台的螺纹孔直接打孔而成。

（6）大端面孔 进行钻削加工，在钻床上打孔，攻螺纹孔。 ⒊制定工艺路线

加工工艺路线为有端面至内腔，按照先加工基准面级先粗后精的原则，

零件的加工工艺路线确定：

⑴工序一：粗车大端面，粗镗Φ60，Φ48H7×2的内孔

⑵工序二：半精车Φ70.6H11的沉孔，Φ48H7×2的内孔，车倒角 ⑶工序三：粗车小端面，粗镗Φ60，ΦH7的内孔

⑷工序四：半精车Φ70.6H11的沉孔，ΦH7的内孔，车倒角 ⑸工序五：车M60×2的螺纹

⑹工序六：粗车大凸台，粗镗Φ48，Φ36的内孔，3×Φ49的槽 ⑺工序七：锪Φ75端面，车倒角 ⑻工序八：车M48×2-6H的螺纹 ⑼工序九：粗车小凸台

⑽工序十：钻-精铰Φ18的孔，锪Φ32平面，车倒角 ⑾工序十一：攻M18×1.5的螺纹

⑿工序十二：钻4×Φ14的孔，光孔背面锪平Φ26 ⒀工序十三：攻M8-6H的螺纹孔 四、 工序设计

⒈选择加工设备与工艺装备

① 工序一、二、三。四是粗车和半精车，粗镗，半精镗。各工序的工步

数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸较大，精度要求较高，选用C620-1型卧式车床即可。

② 工序七、十为钻，惚，故采用Z525机床

⑵选择夹具 本零件除钻孔、锪等工序需要专用夹具外，其他各工序使

用通用夹具即可，前两道车床工序用三爪卡盘。

⑶选择刀具 根据不同的工序选择刀具

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。 ⑷选用量具

两面/双面游标卡尺：公称规格300×0.05，测量范围0~300，读数值0.05。 外径千分尺：公称规格125~175，测量范围125~175，读数值0.01 公称规格75~100，测量范围75~100，读数值0.01

根据表5-108，选择加工孔用量具，为φ70.6选择读数值为0.01，测量范

围50~100的内径百分表，为φ48选择读数值为0.01，测量范围25~50的内径千分尺，为φ选择读数值为0.01，测量范围50~175的内径千分尺。 ⒉确定工序尺寸

（1）确定各端面的加工余量 加工表面 大端面 5 工序单边余量 粗 半精 239 工序尺寸 粗 半精 表面粗糙度 粗 12.5 半精 6.3 小端面 大凸台端面 小凸台端面 加工表面 φ70.6H11 φ60 φ66 φ57 φ48H7 φ60 φ48H7 φ56 φH7 φ M60x2-6H φ70.6H11 M48x2-6H 3xφ49 5 5 5 工序双边余量 粗 半精 2 2 2 2 2 233.5 68 55 工序尺寸 12.5 12.5 12.5 6.3 表面粗糙度 （2） 确定各内孔的加工余量 粗 φ60 φ66 φ57 φ46 φ60 φ46 φ56 φ50 φ51 φ68.6 φ49 φ48 φ48 φ52 φ70.6 半精 φ70.6 粗 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 半精 6.3 3.2 3.2 3.2 8 15 6 6 21 6 11 6 13 17.6 13 五、 确定切削用量及基本时间 工序Ⅰ：

1.确定切削用量

根据表5-112，由于C620-1车床的中心高度为200mm（表5-55），故选用刀杆尺寸B x H=16mm x 25mm,刀片厚度为4.5mm。根据表5-113，选择车刀几何形状

r151263000r为平面带倒棱型，前角，后角，主偏角，副偏角，

10s刃倾角。 （1）背吃刀量

ap

小端面 由于粗加工余量为5mm，故背吃刀量=5/2=2.5mm。

内孔∅60mm 粗加工单边余量为4mm，加工一次，故背吃刀量=4mm。 内孔φmm 粗加工单边余量为3mm，加工一次，故背吃刀量=3mm。 （2）进给量f

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-114，表5-115，查得本工序中各工步进给量f。

工步一：粗车小端面 进给量f=1mm/r 工步二：粗镗内孔φ60mm 进给量f=0.5mm/r 工步三：粗镗内孔φmm 进给量f=0.5mm/r （3）切削速度

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-121，根据工件材料、切削深度和进给量，初步确定工步一的切削速度=63m/min。

v 按表2-8的计算公式中，

CvCvxvTmapfyvyvkv 确定工步二及工步三的切削速度，式

kv=158，m=0.2,

vxv=0.15,

yv=0.4, T=60min, =0.9， 则

工步二

CvxvTmapfkv1580.967.2m/min0.20.150.46040.5

v 工步三

CvxvTmapfyvkv1580.971.66m/min0.230.150.50.4

根据公式 n= 计算出初定的机床转速，然后根据表5-56所选机床的各级转速，确定各个工步的机床转速。 工步一 n=230r/min 工步二 n=370r/min

工步三 n=460r/min

根据确定的机床转速和公式v= 再次确定各个工步的精确切削速度： 工步一 =62.14m/min 工步二 =69.74m/min

工步三 =78.04m/min

2.确定基本时间 （1）工步一

T根据表2-21，车端面基本时间为

LiLdd1l1l2l3fn，2

dll4l0式中 d=86mm, 1=52mm, 1=2mm, 2mm, 3, f=1mm/r, n=3.8r/s,

i=1

则由于进给次数为2，故（2）工步二

TT12T2Li29.212.1sfn ll1l2l3Lifnfn

根据表2-21，镗孔的基本时间为式中l=31mm，

T2l1=2mm,

l24mm,

l30, f=0.5, n=6.17 r/s

则

ll1l2l33124Li12sfnfn0.56.17

（3）工步三

T根据表2-21，镗孔的基本时间为式中l=50mm，

T3l1ll1l2l3Lifnfn

=2mm,

l24mm,

l30, f=0.5, n=7.67 r/s

则

ll1l2l35024Li14.6sfnfn0.57.67

辅助时间根据《金属加工工艺及工装设计》表4-106计算得

工序一为12.1s, 工序二为12s，工序三为14.6s。

至此，工序卡一各个主要参数确定，具体见附卡工序卡一。

工序Ⅱ：

1.确定切削用量

根据表5-112，由于C620-1车床的中心高度为200mm（表5-55），故选用刀杆尺寸B x H=16mm x 25mm,刀片厚度为4.5mm。根据表5-113，选择车刀几何形状

r151263000r为平面带倒棱型，前角，后角，主偏角，副偏角，

10s刃倾角。 （1）背吃刀量

ap

大凸台 由于粗加工余量为5mm，故背吃刀量=5/2=2.5mm。

内孔φ48mm 粗加工单边余量为3mm，加工一次，故背吃刀量=3mm。

内孔3xΦ49mm 粗加工单边余量为6.5mm，加工一次，故背吃刀量=6.5mm。 （2）进给量f

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-114，表5-115，查得本工序中各工步进给量f。

工步一：粗车小凸台 进给量f=1mm/r 工步二：粗镗内孔φ48mm 进给量f=0.5mm/r 工步二：粗镗内孔3xφ49mm 进给量f=0.5mm/r （3）切削速度

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-121，根据工件材料、切削深度和进给量，初步确定工步一的切削速度=63m/min。

vCvxvTmapfyvyvkv 按表2-8的计算公式中，

Cv 确定工步二及工步三的切削速度，式

kv=158，m=0.2,

vxv=0.15,

yv=0.4, T=60min, =0.9， 则

工步二

CvxvTmapfkv1580.973.37m/min0.20.150.44830.5

v 工步三

CvxvTmapfyvkv1580.965.06m/min490.26.50.150.50.4

根据公式 n= 计算出初定的机床转速，然后根据表5-56所选机床的各级转速，确定各个工步的机床转速。 工步一 n=230r/min 工步二 n=480r/min

工步三 n=460r/min

根据确定的机床转速和公式v= 再次确定各个工步的精确切削速度： 工步一 =62.14m/min 工步二 =72.38m/min

工步三 =70.81 m/min

2.确定基本时间 （1）工步一

T根据表2-21，车大凸台基本时间为

LiLdd1l1l2l3fn，2

dll4l0式中 d=75mm, 1=36mm, 1=2mm, 2mm, 3, f=1mm/r, n=3.8r/s,

i=1

则由于进给次数为2，故（2）工步二

TT12T2Li26.7113.42sfn ll1l2l3Lifnfn

根据表2-21，镗孔的基本时间为式中l=31mm，

T2l1=2mm,

l24mm,

l30, f=0.5, n=8 r/s

则

ll1l2l33124Li9.25sfnfn0.58

ll1l2l3Lifnfn

（3）工步三

T根据表2-21，镗孔的基本时间为式中l=3mm，

T3l1=2mm,

l24mm,

l30, f=0.5, n=7.67 r/s

则

Lll1l2l33242.35sfnfn0.57.67

辅助时间根据《金属加工工艺及工装设计》表4-106计算得

工序一为13.42s, 工序二为9.25s，工序三为6.75s。

至此，工序卡二各个主要参数确定，具体见附卡工序卡二。

六、夹具设计

本夹具是工序6使用的加工大凸台内孔、端面的车床专用夹具，在C620-1车床上加工，进行车端面，镗内孔和车内槽的加工。所设计的夹具装配图和零件图如附图所示。有关说明如下。 （1）定位方案

工件以加工过的大端面为设计基准，采用大端面和内腔孔定位，其中以大端面定位，消除3个自由度，以内腔孔定位，消除2个自由度，以侧面小凸台定位，消除1个自由度，共了6个自由度。 （2）夹紧机构

根据零件结构和定位方案，通过手动夹紧即可满足要求。采用钩形压板压住工件，再旋紧螺母将工件夹紧。 （3）夹具与机床的连接元件

全部采用螺栓连接，可保证机床的稳定性。 （4）夹具体

工件的定位元件与夹紧元件由夹具体连接起来，保证了定位精度和加紧的可靠性，实现定位和夹紧功能。 （5）使用说明

安装工件时，松开钩形压板上的紧固螺母，压板上升，自动转过90度，装上V 形块，安放零件，保证定位，然后旋下螺母，使两个压板联动加紧。 （6）机构特点

该夹具结构简单，操作方便，联动夹紧精度高，定位准确，加紧可靠。夹具结构紧凑，而且与机床连接方便。 （7）切削力的计算

分析可知，车削端面时，轴向力最大。

FfCFfapffxFyFfvcfkFfnF =0.4，

nFf式中

CFf=450，

apxF=3，

yFfxFfnF=1，

yFf=0， f=1,

vc=35.8,

kFf=0.8

故

根据受力分析知

JFf92FJ46FN5 FJ517.FfCFfapffvcfkFf450335.800.81080N146

FJKFLf1HL, 得

又由夹紧力的计算公式

FJ2.51080922700N01692

即

FJ2FJ

故夹紧力可以保证在切削力最大的时候也保证工件稳定，满足要求。

（8）误差分析与计算

该夹具以一个平面和一个短销定位，要求保证工件轴线与凸台右侧面间的

尺寸公差以及凸台轴线与底平面的平行度公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。 定位误差 水平方向

短销与内孔的配合为间隙配合，查《指南》表5-167，得

基准位移误差为

jy0.023/20.012/20.0175mmjb0

基准不重合误差为

垂直方向 基准重合

dw0查《课程设计手册》表9-1得

0.019mm 误差总合

jyjb0.0175mm

从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

七、设计小结

经过为期两个周的课程设计，使我了解了一个零件从毛坯、工艺、工序到夹具的设计过程，经历了一个零件设计、加工的全部过程，学会了运用所学理论知识指导设计实践，培养了分析和解决工程实际问题的能力，掌握了机床夹具的一般设计方法和步骤，学会运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料查找数据的能力，体会到了一个机械设计师的工作过程，强化了基础设计技能，提高了今后走上工作岗位所需的专业技能，同时隐约体会到了一些将来参加工作的感觉。

感谢在设计过程中老师对我的指导和帮助，让我真正学到了很多知识。

八、参考文献

1、崇凯、李楠. 《机械制造技术基础课程设计指南》. 第一版.北京：化工工

业出版社，2007

2、刘新佳《材料成型工艺基础》. 第一版.北京：化学工业出版社.2006

3、黄如林、汪群.《金属加工工艺工装设计》.第一版.北京：化学工业出版社，2006

4、鲁屏宇.《工程图学》.第一版.北京：机械工业出版社，2005

5、冯辛安.《机械制造装备设计》.第二版.北京：机械工业出版社，2007 6、冯之敬.《机械制造工程原理》.第一版.北京：清华大学出版社，2006 7、杨叔子.《机械加工工艺师手册》.第一版.北京：机械工业出版社，2001