阀堵工艺工装设计及CADCAM
摘要
本毕业设计题目是阀堵工艺工装设计及CAD/CAM，来自岫岩××机械有限公司。××公司专门从事国外机加工生产，主要的加工对象是阀体类零件，在精密铸造方面也有着他们自己的先进技术。
分析零件特点拟订合理的工艺规程，依据工艺规程设计，选择机床和设计合理的夹具。
设计内容：利用Pro/engineer的零件模块建造实体模型；利用CAXA电子图版绘制零件的工艺规程表和夹具设计图；利用MasterCAM模拟上表面各槽的加工路线和生成数控代码，利用CIMCO Edit对生成的数控代码进行仿真。
设计难点：在零件的工艺规程设计中，零件下表面粗糙度要求较高，通过精磨可以达到要求。零件中心孔的粗糙度要求也较高，通过磨销即可达到要求。零
的专用铣刀完成。零件下表件上表面0.38深圆槽较难加工，在加工中心用38
.0
面4.83宽圆槽也比较难加工，利用加工中心完成。
关键词：模具；夹具；模拟制造；实体造型
Abstract
The subject of this design is designing the assembly and craft of valve base. It also relate to CAD/CAM. This subject task comes from Xiuyan ××Machinery CO.LTD which works in machining production for abroad. Its main machining objects are parts like types of valve base. It has advanced technology in investment casting.
The feature of the parts is analyzed so as to plan the reasonable process and select the corresponding machine and inspection.
Content of design: The parts module of the Pro/engineer is used to build the work piece. CAXA electric plate is used to draw the accessory's stipulation chart of technic and design of jig. MasterCAM is used to simulate the processing route of every trough of above surface and turn into the numerical control code. CIMCO Edit is used to carry on simulation to the numerical control code produced.
Difficulties in design: In the simulation design of technic, low roughness is requested for the accessory's undersurface which can be achieved by carefully grinding. The roughness of the core bore should also be low, and it can be realized by grinding too. On the components the superficial 0.38 deep circular slot are difficult to process, and a special-purpose milling cutter is used in the machining center. The components undersurface 4.83 wide circular slots are also quite difficult to process, and it can be completed using the machining center.
Key words：mould；jig；simulating manufacturing；physical model
第1章绪论 (1)
1.1 模具工业的概况 (1)
1.2 我国模具工业现状 (1)
1.3 我国模具工业的发展方向 (3)
1.4 模具CAD/CAE/CAM发展概况及趋势 (3)
第2章零件的三维造型 (6)
2.1 零件的结构特征分析 (6)
2.2 零件的三维造型过程 (6)
2.3 零件三维造型的心得 (6)
2.4 零件三维造型图片 (7)
第3章阀座体的机械加工工艺规程设计 (8)
3.1 阀座体工艺规程设计 (8)
3.1.1 零件的结构工艺性分析 (8)
3.1.2 计算生产纲领，确定生产类型 (8)
3.1.3 毛坯种类及其制造方法的确定 (9)
3.2 工艺路线的拟订 (9)
3.2.1 定位基准的选择 (9)
3.2.2 制定工艺路线 (9)
3.2.3 选择加工设备及工艺装备 (11)
3.3 切削用量和工时定额的确定 (11)
3.3.1 基本计算公式的引用 (11)
3.3.2各道工序的设计 (12)
3.4 工艺合理性分析 (43)
3.5 填写工艺卡片 (43)
第4章机床专用夹具的设计 (44)
4.1 机床专用夹具设计的基本要求 (44)
4.2 钻床夹具Ⅰ的设计 (45)
4.2.1 确定夹具类型 (45)
4.2.2 拟定定位方案和选择定位元件 (45)
4.2.3 夹具的整体结构设计 (45)
4.2.4 夹紧力的分析 (45)
4.2.5 夹具的使用说明 (46)
4.3 钻床夹具Ⅱ的设计 (46)
4.3.1 确定夹具类型 (46)
4.3.2 拟定定位方案和选择定位元件 (46)
4.3.3 夹具结构的整体设计 (46)
4.3.4 夹紧力的分析 (46)
4.3.5 夹具的使用说明 (47)
4.4 钻床夹具Ⅲ的设计 (47)
4.4.1 确定夹具类型 (47)
4.4.2 拟定定位方案和选择定位元件 (47)
4.4.3 夹具结构的整体设计 (47)
4.4.4 夹紧力的分析 (47)
4.4.5 夹具的使用说明 (47)
4.5 钻床夹具Ⅳ的设计 (48)
4.5.1 确定夹具类型 (48)
4.5.2 拟定定位方案和选择定位元件 (48)
4.5.3 夹具结构的整体设计 (48)
4.5.4 夹紧力的分析 (48)
4.5.5 夹具的使用说明 (48)
4.6 立铣加工中心夹具Ⅰ的设计 (49)
4.6.1 确定夹具类型 (49)
4.6.2 拟定定位方案和选择定位元件 (49)
4.6.3 夹具结构的整体设计 (49)
4.6.4 夹紧力的分析 (49)
4.6.5 夹具的使用说明 (49)
4.7 立铣加工中心夹具Ⅱ的设计 (50)
4.7.1 确定夹具类型 (50)
4.7.2 拟定定位方案和选择定位元件 (50)
4.7.3 夹具结构的整体设计 (50)
4.7.4 夹紧力的分析 (50)
4.7.5 夹具的使用说明 (50)
第5章零件复杂表面的CAM设计 (51)
5.1 计算机辅助制造（CAM）的介绍 (51)
5.2 零件复杂表面CAM的设计过程 (51)
5.3 MasterCAM加工仿真图片 (52)
5.4 CIMCO Edit刀具轨迹模拟图片 (52)
第6章结论 (53)
参考文献 (54)
致谢 (55)
附录1钻床夹具Ⅰ装配图 (56)
附录2钻床夹具Ⅱ装配图 (57)
附录3钻床夹具Ⅲ装配图 (58)
附录4钻床夹具Ⅳ装配图 (59)
附录5立式加工中心夹具Ⅰ装配图 (60)
附录6立式加工中心夹具Ⅱ装配图 (61)
附录7英文资料及中文翻译 (62)
第1章绪论
1.1模具工业的概况
模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。
在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。1999年，国内汽车年产量为183万辆，保有量为1500万辆，预计到2005年汽车年产量将达600万辆。仅汽车行业就将需要各种塑料件36万吨，而目前的生产能力仅为20多万吨，因此发展空间十分广阔。家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了100万台。家用电器行业的飞速发展使之对模具的需求量极大。到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。其它发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。
1.2我国模具工业现状
我国模具工业起步晚、底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国
家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速。据统计，我国现有模具生产厂近2万家，从业人员约50万人，“九五”期间的年增长率为13%，2000年总产值为270亿元，占世界总量的5%。但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化模具仅为1/3左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，仍主要依赖进口。目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的20%左右，其中，中高档模具进口比例达40%以上。因此，近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口逐渐下降，模具技术和水平也有长足的进步。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加较快，其能力提高显著；“三资”及私营企业发展迅速，尤其是“三资”企业目前已成为行业的主力军；股份制改造步伐加快等等。从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列六方面：
(1)国内自配率不足80％，中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60％。
(2)企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。
(3)模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。
(4)开发能力弱，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。
(5)模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。
(6)与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。
纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。
早在1989年，在国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。经国务院批准，从1997年开始对部分模具企业实行了增值税返还70%的优惠政策。所有这些国家对模具工业采取的优惠政策也将对其发展提供有力支持。
在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。
1.3我国模具工业的发展方向
在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。
模具技术的发展趋势主要是：①CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD／CAM／CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；②PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；
③高速、高精加工技术的发展与应用；④超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；⑤快速成型与快速制模(RP／RT)技术的发展与应用；⑥热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用；⑦模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；⑧优质模具材料的研制及正确选用；⑨模具自动加工系统的研制与应用；⑩虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。
1.4模具CAD/CAE/CAM发展概况及趋势
计算机辅助设计（CAD）是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。
三十多年来，国外模具CAD技术发展相当迅速。70年代己开始应用计算机对熔
融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。近十年来，注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。比较有代表性的软件系统有: ·澳大利亚Moldflow PTY公司的Moldflow系统该系统具有很强的注射模分析模拟功能，包括绘制型腔图形的线框造型软件SHOD，有限元网格生成软件FMESH，流动分析软件FLOW，冷却分析软件COOLING，流动、冷却分析结果和模架应力场分布的可视化显示软件FRES以及翘曲分析模拟软件。
·美国CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系统该系统包括三维几何形状描述软件OPTIMOLD III，二维注射流动分析软件SIMUFLOW，三维有限元流动分析软件SLMUFLOW 3D，冷却分析软件SIMUCOOL，标准模架(美国DME标准)选择软件OPTIMOLD 等部分。
·美国和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT专家系统，该系统包括材料选择TMC-MS、注射工艺条件和模具费用优化TMC-MCO、注射流动分析TMC-FA、型腔尺寸设计TMC-CSE和模具传热分析TMC-MTA等功能模块。
·德国IKV研究所的CADMOULD系统，该系统具有注射模流动分析、冷却分析和力学性能校核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系统则采用有限元法进行三维型腔的流动分析。
我国在模具CAD技术开发、应用及研究方面起步较晚。从80年代中期开始，国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模CAD系统。同时，某些高等学校和科研院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作。
多年来，我国对模具设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视，在“八五”期间，这方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技术”、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技术”和“实用CAD/CAM技术在精密注射模制造中的应用”等国家重点企业技术开发项目，还安排了国家“八五”重点科技攻关项目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”。这些项目的成果对促进我国注射模CAD技术的迅速发展起到了重要作用，使我国注射模CAD技术的发展和应用水平得到很快提高。
我国在模具CAD技术研究与开发方面较具代表性的工作有:
·华中理工大学是国内较早自行开发研究注射模CAD/CAE/CAM系统的单位之自80年代中期开始，就在注塑模流动分析模拟和冷却分析模拟方面进行了较深入的研究与开发工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系统HSC-1。该系统包括塑料制品三维形状输入、流动模拟、冷却分析、型腔强度与刚度校核及模具图设计与
绘制等功能，在一些企业单位应用取得较好效果，现已实现商品化。
·浙江大学基于工作站的UG II系统开发出精密注射模CAD/CAM系统。该系统采用特征造型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了型腔模型的快速生成。
·上海交通大学从1983年开始，对注射模CAD进行了多方面的研究。在国内首次将人工智能技术引入注射模CAD系统中，并于1988年开发出集成化注射模智能CAD系统。现在在工作站UG II平台上进一步开发智能CAD/CAE/CAM系统。
·北京航空航天大学华正模具研究所开发的注射模CAD/CAE/CAM系统具有塑料产品线框造型、曲面造型、分析模拟和数控仿真与数控加工程序生成等功能，具有很高的技术水平与实用价值。
·合肥工业大学在注射模结构CAD技术方面进行了多年的研究与开发工作，先后研制出微机注塑模CAD系统PMCAD和微机注塑模CAD三维系统IPMCAD V3.0，取得了较好的成绩。IPMCAD3.0系统在微机上采用三维实体模型、实体造型技术，使系统在设计效率和通用性两方面都得到较好的兼顾。现在以AutoCAD 813.0和MDT作为环境，进一步采用参数化特征模型、特征建模技术和装配模型技术，研制出注射模CAD三维参数化系统IPMCAD V4.0，在技术水平、实用性与通用性方面都达到较高水平。