阀体夹具设计毕业论文Word下载.doc
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fixtureassemblyand
fixture
partsdiagram,fill
inthemechanicalprocessing
processcard
andmachining
processcard.Understanding
the
partsthestructure
andthe
working
process,positioning
partsand
theclampingdevice
isdetermined
accordingtotheprocessing
characteristicsandproductionin
types,
accordingtocoaxial
between
themachiningprecision,
surfaceroughnessand
thePRO/Esystemof
selectingfeasible.Feasible
intheoperation,
safeoperation,
laborsaving,
quickclamp,andconvenientmanufactureand
repair.
Thepositioningerrors
afterthedesigniscompleted
tocalculate
positioning,
analyzestherationalityanddeficiencyof
thefixturestructure,
payattentiontoimproving
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Forthedesignof
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Thispaper
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PRO/E,
CADmappingand
metal
materials,tolerancesandmachineequipment
knowledge.
Keywords:
body;
fixture;
processingtechnology;
tolerances
I
目录
引言 1
第1章绪论 2
1.1研究背景及目的 2
1.2国内外研究现状 2
1.3本课题主要研究内容 3
第2章阀体的工艺性分析及生产类型的确定 5
2.1零件的工艺分析 5
2.2零件的生产类型 6
第3章阀体工艺规程设计 7
3.1毛坯的选择 7
3.2毛坯尺寸的确定 7
3.3选择基准制定工艺路线 8
3.4工艺装备的选择 10
3.5确定切削用量及基本用时 11
第4章阀体零件的专用夹具设计 22
4.1工件的加工工艺分析 22
4.2定位方案的确定 23
4.3定位误差的分析 25
4.4夹紧方案的确定 26
4.5夹紧力的计算 27
4.6夹紧误差的分析 28
第5章夹具体及其他部分设计 29
5.1夹具体 29
5.2平衡块的设计 31
5.3分度定位机构 32
5.4夹具的装配及使用方法 32
结论与展望 35
致谢 36
参考文献 37
附录A外文文献及译文 38
附录B题录与摘要 52
III
插图清单
图2-1阀体零件图 4
图2-2阀体实体图 5
图3-1毛坯图 6
图3-2粗基准 7
图3-3精基准 7
图4-1工序尺寸图 22
图4-2定位图 23
图4-3定位元件 23
图4-4定位误差 24
图4-5夹紧装置 25
图4-6夹紧误差 27
图5-1固定盘三维图 29
图5-2固定盘二维图 29
图5-3定位盘与固定盘 30
图5-4定位盘二维图 30
图5-5平衡块 31
图5-6分度定位机构 32
图5-7装配图 33
图5-8剖视图 33
插表清单
表1-1生产纲领 5
表3-1机床的选用 9
表3-2刀具的选用 9
表3-3加工余量表 10
V
引言
本课题是根据机械设计制造及其自动化专业的机械制造方向的培养目标和机械制造中的典型零件的机械加工工艺规程与工艺装备设计要求而拟的毕业设计题目,目的是提高我们理论联系工程实际和工程实际设计能力。
课题内容是阀体多孔专用夹具的设计,阀体是各种阀中的一个重要部件,它和管道直接连通,通过阀芯的开启与关闭对流动介质进行切断、调节、减压、节流或改变介质的流动方向。
因此不同用途的阀门,阀体的结构和形状也不相同。
机械加工工艺规程一般包括一下内容:
工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺设备、工艺的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额的等。
为了能确切的说明过程,使工件能按照零件图的技术要求加工出来,就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产指导性的技术文件。
夹具是保证零件精度的重要工具夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制定之后按照某一工序的集体要求进行的,夹具的设计质量的高低,应以能否稳定保证工件的加工质量、生产效率、成本等指标衡量。
本课题的的设计重点是明白机械加工工艺规程和工艺装备设计,设计出符合生产要求的机床专用夹具以降低生产成本提高生产效率等。
学习研究机械加工过规程作用及相关工装夹具的设计就是本课题的研究目的。
1
第1章绪论
1.1研究背景及目的
本题目是根据机械设计制造及其自动化专业的机械制造方向的培养目标和机械制造中的典型零件的机械加工工艺规程与工艺装备设计要求而拟的毕业设计题目,目的是提高我们理论联系工程实际和工程实际设计能力。
毕业设计是综合运用机械设计制造及其自动化专业的专业知识,分析和解决实际工程问题的一次深入的综合性总复习。
通过毕业设计能使我们熟悉制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力,以及设计机床夹具的能力。
通过设计过程,熟悉有关标准和设计资料,学会使用有关手册和数据库。
也作为我们未来从事机械制造技术工作的一次重要的基本训练。
本课题是阀体多孔专用夹具的设计,阀体是各种阀中的一个重要部件,它和管道直接连通,具有一定压力和温度的介质在阀体内流动。
通过阀芯的开启与关闭对流动介质进行切断、调节、减压、节流或改变介质的流动方向。
本课题的的设计重点是明白机械加工工艺规程和专用夹具的设计,其中机械加工工艺过程程就是用切削的方法改变毛皮的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。
机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺的过程和操作方法等的工艺文件之一,它是在具体的生产条件下,把较为合理的工艺过程和操作方法,按照规定的形式书写成工艺文件,经审批后用来指导生产机械加工工艺规程是指导车间生产的主要技术文件、生产准备和管理准备的重要资料、新建或扩建工厂和车间的基本依据、还便于交流与推广先进经验。
正确的工艺规程可以稳定地保证产品的质量和获得较高的生产率及经济效益、能使生产均衡、顺利的进行。
为了能确切的说明过程,使工件能按照零件图的技术要求加工出来,就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产指导性的技术文件;
机床夹具是机械制造中一项重要的工艺装备,工件通过机床夹具进行安装,包含工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置及通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变两个方面,这样就可以保证工件的加工表面的位置精度,且精度稳定;
使用夹具安装工件,可以减少划线、找正、对刀等辅助时间它可以缩短辅助时间,采用多件、多工位夹具、以及气动、液压动力夹具夹紧装置,可以进一步减少辅助时间,提高生产率;
有些机床夹具实质上是多机床进行了部分改造,扩大了原机床的功能适用范围;
可以减轻工人的劳动强度,保证生产安全。
1.2国内外研究现状
机械制造业是国民经济的支柱产业,是国家创造力、竞争力和综合国力的重要体现。
机械制造工艺是将各种原材料、半成品加工成产品的方法和过程。
它是应先进工业和科学技术的发展需求而发展起来的。
现代工业科学技术的发展又为制造业技术提供了近一步发展的技术支持,如新材料的使用、计算机技术、微电子技术、控制理论与技术、信息处理技术、测试技术、人工智能理论与技术的发展与应用都促进了制作工艺技术的发展。
现代机械制造中较多的采用了数控机床、机器人、柔性制造的单元和系统等高技术的集成,来满足产品个性化和多样化的要求。
零件在工艺规程制定之后,就要按工艺规程顺序进行加工。
加工中除了需要机床、刀具、量具之外,成批生产时还需要机床夹具。
夹具是机床和工件之间的连接装置,使工件相对于机床或者刀具获得正确的位置。
机床夹具的好坏直接影响工件加工表面的位置精度和生产率;
机床夹具按使用范围分为:
通用夹具、专业夹具、可调整夹具和成组夹具、组合夹具和随行夹具等;
近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用对机床夹具也提出了新的要求:
要能装夹一组具有相似特征的工件、能适用于精密加工的高精度机床和各种现代化的制造技术的新型机床以及采用以液压站等为动力的高效夹紧装置。
同时,在机械加工过程中,夹具占有非常重要的地位,它可靠地保证了工件的加工精度,提高了加工效率,减轻了劳动的强度,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。
研究协会的统计表明,目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。
现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代,以适应市场的需求与竞争。
然而,一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具,一般在具有中等生产能力的工厂,里约拥有数千甚至近万套专用夹具;
另一方面,在多品种生产的企业中,每隔3~4年就要更新50~80%左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为10~20%左右。
特别是近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、(FMS)等新加工技术的应用,对机床夹具提出了如下新的要求:
①能迅速而方便地装备新产品的投产,以缩短生产准备周期,降低生产成本;
②能装夹一组具有相似性特征的工件;
③能适用于精密加工的高精度夹具;
④能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具;
⑤采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提高生产效率;
⑥提高机床夹具的标准化程度。
1.3本课题主要研究内容
1.3.1主要面临的问题
在加工批量不是很大的阀体零件的3个孔系时,如果专门为此购买一台专机或数控机床,则增加了企业成本,加重了企业的负担,对于一般的企业是一种行不通的办法。
如果在普通镗床上采用常规的镗孔加工工艺(先划线,然后安装校正再进行镗孔)来解决,则孔与孔之间的中心距不好控制(靠对每个孔进行校线来控制)。
内孔直径靠手动调整刀具伸出的长短控制(调整刀具伸出长度只能凭经验估计)且测量时,会出现人为误差,造成尺寸精度较难保证,从而导致生产效率低。
显然,用这种方法是无法完成一定数量产品零件的生产加工。
如果在卧式车床上用四爪单动卡盘装夹阀体零件进行镗孔加工(先划线,然后根据每个孔的位置分别安装、分别校正),在加工过程中除出现用普通镗床加工时出现的问题之外,还会出现位置精度(如孔与孔之间的平行度)很难保证甚至无法保证的情况;
显然,用这种方法也是无法完成一定数量的产品零件生产加工。
经过以上分析(试制产品曾经使用过)得知,在卧式车床或镗床上用常规的加工方法对阀体孔系进行镗孔加工,很难保证加工质量,也无法完成大批量的生产任务。
1.3.2主要研究内容
l通过对阀体零件进行工艺性分析得出阀体需要加工部分的技术精度要求以便设计出保证加工精度的夹具;
l设计合理的定位装置,使工件在夹具中占据正确的位置。
减少定位误差,计算定位误差保证零件的加工精度;
l设计合理的夹紧装置,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,减少夹紧误差,计算夹紧误差保证零件的加工精度;
l设计夹具体,通过夹具体将夹具的所有元件连接成一个整体;
l设计其他元件或装置,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;
l对已设计好的夹具进行检验,检查其是否能满足加工精度以及生产需求;
l通过CAD、PRO/E等制图软件绘制零件图、夹具图、装配。
53
第2章阀体的工艺性分析及生产类型的确定
2.1零件的工艺分析
阀体是一个很重要的零件,因为其零件尺寸比较小,结构形状较复杂,其加工内孔的精度要求较高,此外还有上下端面,孔端面需要加工,对精度要去也很高。
其内孔对孔端面有垂直度要求,其尺寸精度,几何形状精度和相互位置精度以及表面质量均影响阀是否能够良好的密封,因此在加工时要对孔的加工要进行高精度加工同时对于部分不易加工的孔可以设计专用夹具进行加工以达到加工精度的要求。
对于多孔阀体其孔系之间的同轴度以及孔与孔之间的中心距要求很高,此处要加工的零件是多孔阀体,材料为黄铜H70,毛坯采用精密铸造的方式,铸造时同时铸出3个通孔,阀体除三个阶梯圆孔外其余各表面均已加工,该工序加工阀体孔1、孔2、孔3时,阀体零件的加工要求如图2-1所示。
图2-1阀体零件图
加工中由于孔与孔之间有中心距的要求,因此在加工过程中需要使用游标卡尺测量中心距是否符合加工精度要求。
同时孔1、2、3之间有很高的同轴度要求,因此在加工时要使用量规检测同轴度是否符合加工要求。
其内孔的表面粗糙度为1.6,在加工孔时需要采用先扩孔再镗孔,镗孔时要采用先粗后精两步加工。
其加工后的实体图如图2-2所示。
图2-2阀体实体图
2.2零件的生产类型
查《机械制造工艺学》[1]得零件的年生产纲领可按以下公式计算
(2-1)
式中:
N——零件的年产量(件/年);
Q——产品的年产量(台/年);
m——每台产品中该零件的数量(件/台);
a%——该零件的备品率(备品百分率);
b%——该零件的废品率(废品百分率)。
N=7200(件)
查《机械制造工艺学》表1-1[1]得阀体属于大范围用零件,每月生产需求为600到800件,年产量为5000件以上,因此可以确定其生产类型为大批量成批生产。
表1-1生产纲领
生产类型
零件的生产纲领(件)
重型机械
中型机械
轻型机械
单批生产
小批生产
>
5~100
20~200
100~500
中批生产
100~300
200~500
500~5000
大批生产
300~1000
5000~50000
大量生产
1000
5000
50000
第3章阀体工艺规程设计
3.1毛坯的选择
根据零件图的要求,零件材料为黄铜H70,形状一般复杂,故采用铸件毛坯,由于零件的生产类型是成批生产,故采用金属型浇筑,件尺寸较小,单边余量不大,需要结构细密,能承受较大的压力,所以选择铸件做毛坯。
毛坯形状应力求接近成品形状,以减少机械加工余量。
3.2毛坯尺寸的确定
查《机械制造技术基础课程设计》表2-7[2]可查得,铸件孔的最小尺寸为10~20mm。
查《简明机械零件手册》表1-28[3]查得,铸件的最小壁厚为4mm。
选择的毛坯铸造方法是金属模机器造型,零件的最大尺寸小于250mm,铸件的机械加工余量等级则为7~9级。
查《机械加工工艺手册》表2.1-6[4],选择精度等级为7级。
查《机械加工工艺手册》得全长108mm的加工余量为2.0mm,即该毛坯尺寸为112mm;
由于该零件长宽相等,所以毛坯宽度尺寸也为112m;
厚度为36mm的毛坯余量2mm,毛坯厚度为40mm。
加工余量为1.5mm,毛坯的尺寸为,毛坯图如图3-1所示。
图3-1毛坯图
3.3选择基准制定工艺路线
3.3.1基准的选择
①粗基准的选择
作为粗基准的表面平整,没有飞边、毛刺或其他表面缺陷。
选择阀体上端面和前端面作为粗基准。
采用阀体上端面作为粗基准加工下端面及以前端面作粗基准加工后端面,可以为后续工序准备好精基准。
图3-2粗基准
②精基准的选择
根据该阀体零件的技术要求和装配要求,选择阀体下端面和后端面作为精基准,零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工,即遵循了“基准统一”原则。
阀体的下端面和后端面是设计基准,选用其作精基准定位加工阀体上端面和前端面以及定位孔,实现了设计基准和工艺基准的重合,保证了被加工表面的垂直度要求。
图3-3精基准
3.3.2制定工艺路线
工艺路线一:
工序I:
铸造
工序Ⅱ:
粗、半精铣上下端面
工序Ⅲ:
粗、半精铣侧面
工序Ⅳ:
用分读盘钻通孔,扩、绞至的通孔
工序V:
用埋头钻在上锪出深11的沉孔
工序Ⅵ:
将通孔扩孔至
工序Ⅶ:
粗镗孔的通孔,粗镗深19的盲孔
工序Ⅷ:
精镗孔至,精镗至深20的盲孔
工序Ⅸ:
去毛刺
工序Ⅹ:
倒角4—R2
工序Ⅺ:
终检
工艺路线二:
粗、精铣上下端面
粗、精铣侧面
3.3.3比较工艺路线的合理性
工艺路线一先加工基准面面后加工孔,这样加工在有定位面的情况下能保证加工的精度,减少基准误差,适合大批量生产。
工艺路线二是先加工孔再加工面,这样加工会
使表面粗糙度增大,孔的加工精度变差,加工难度增大。
因此工艺路线一较工艺路线二更合理。
故该阀体工序的安排顺序为:
基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。
3.4工艺装备的选择
①机床的选用
查《机械加工工艺手册》[4]机床选用如表3-1所示。
表3-1机床的选用
工序号
加工内容
机床设备
备注
001
浇铸
002
粗铣上下端面
X62W型万能铣床
常用,工作台尺寸,机床电动机功率均合适
003
精铣上下端面
004
钻、扩、绞通孔
Z525立式钻床
005
锪出深11的沉孔
006
扩通孔
CA6140卧式车床
007
粗、精镗通孔
008
粗、精镗深20的盲孔
009
倒角
倒角机
②刀具的选用
查《机械加工常用刀具手册》[5]刀具的选用如表3-2所示。
表3-2刀具的选用
名称
类型
材料
备注
铣刀
镶齿端铣刀YG6
硬质合金
铣削上下端面及侧面
钻头
麻花钻
高速钢
钻通孔
扩孔钻
铰刀
机用铰刀
绞通孔
埋头钻
扩孔
镗刀
60度单刃镗刀
镗通孔、镗深20的盲孔
③量具的选用
铣平面采用的量具为游标卡尺,用于在加工时量取阀体的长宽高。
镗孔采用的量具为塞规和千分尺,塞规用于检测位置,测量孔的尺寸,检查两孔距及测量孔的深度用,千分尺用于测量孔系之间的同轴度。
3.5确定切削用量及基本用时
3.5.1阀体零件的加工余量
查《切削用量简明手册》[6]确定孔、表面的加工余量如表3-3所示。
表3-3加工余量表
加工工序
粗加工余量
精加工余量
精度等级
铣上端面
1.5mm
0.5mm
IT8
铣下端面
铣侧面
4.0mm
IT10
1.4mm
0.1mm
IT6
锪深11沉孔
1.2mm
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