基于UG的阀体零件的机械加工工艺及夹具设计

摘要

本篇设计是基于UG的阀体零件的机械加工工艺及夹具设计。阀体零件的主要加工表面是内孔和各轮廊面等。一般来说，保证平面的加工精度与保证孔系的加工精度相比，保证平面的加工精度比较容易。孔径加工都是选用专用镗孔夹具，夹紧方式一般选用手动夹紧，夹紧可靠。因此生产效率较高。能够满足设计要求。

文章的重点在于对阀体的工艺性和力学性能分析，对加工工艺进行合理分析，选择确定合理的毛坯、加工方式、高效设计、省力的夹具，经过实践证明，最终加工出合格的阀体零件。

关键词：阀体类零件；工艺；夹具；

Abstract

This design is based on UG body parts of the mechanical processing technology and fixture design. The main processing surface of body parts is the inner hole and the outline. Generally speaking, the machining accuracy of the plane is guaranteed to ensure the machining accuracy of the plane is relatively easy compared with the machining precision of the hole. Is the aperture processing of special boring fixture, the clamping way generally manual clamping, clamping reliable. Therefore, the production efficiency is high. Can meet the design requirements.

The focus of the article is on the valve body, the processing and mechanical properties analysis on the process of rational analysis, to determine the reasonable blank, processing, efficient design, labor saving fixture. Through practice proved that ultimately produce a qualified body parts.

Key words: valve parts; process; fixture;

目录

第一章绪论 (1)

第二章零件的分析 (2)

2.1 零件的作用 (22)

2.2 零件的技术要求 (22)

第三章确定毛坯、画毛坯—零件合图 (6)

3.1 确定毛胚的制造形式及材料 (7)

3.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (8)

3.3 选择加工设备及刀、夹、量具 (9)

第四章工艺规程设计 (10)

4.1 定位基准的选择 (12)

4.2 定位元件 (13)

4.3 切削力及夹紧力的计算 (14)

4.4 加工工序设计 (22)

第五章镗孔夹具的设计 (17)

5.1 定位基准的选择 (18)

5.2 切削力的计算与夹紧力分析 (19)

5.3 夹紧元件及动力装置确定 (19)

5.4 定位销及夹具体设计 (20)

5.5 夹具精度分析 (21)

第六章 UG软件在机械设计中的应用 (23)

结论 (24)

参考文献 (25)

致谢 (26)

第一章绪论

本文首先对阀体的零件进行分析，通过对阀体进行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率，与指导老协商后，感觉用夹具比较合适。

在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了夹具设计。整个设计得指导思想“简便、效率高、非常经济”。

机床夹具是生产技术准备工作中一项重要组成部分，为了适应现代机械工业的上述生产特点，机床夹具发展方向主要表现为：

标准化：完善的标准化，不仅指现有夹具零部件（包括毛坯及半成品）的标准，而且应有各种类型夹具结构的标准。后者如通用可调夹具标准；组合夹具标准；自动线夹具标准等，并在上述两种标准化的基础上，对专用夹具零部件，通用可调夹具零部件及组合夹具零部件等，实行统一的标准化，以便使有一部分零部件，能在各类夹具上通用。另外把一些夹具部件、组件，做成一个独立单元，使夹具的设计、制造和装配工作简化，这也是夹具标准化的一个发展方向。作为发展趋势，有些国家不仅有上述各种夹具标准，而且有制造标准零部件和各类标准夹具的专业工厂，使原来单件生产的夹具，转变为专业化批量生产，有利于缩短生产周期和降低成本。

可调化、组合化：当前机床夹具结构发展的两个主要方面，一是要把专门用于某一特点工序的专用夹具，扩大其应用范围，使能用于同一类型零件的加工，并实现快速调整；二是改变专用夹具在产品稍有修改或改变就报废的现象，使夹具能重复利用，实行组合化的原则，用少数元件能满足多种需要。

精密化：随着机械产品加工精度日益提高，高精度机床大量涌现，势必要求机床夹具也相应越来越精密。

高效自动化：为了改善劳动条件，实现文明生产，提高生产效率，降低加工成本，不仅大批量生产有此要求，对多品种、小批量生产同样可考虑采用合适的高效自动化夹具，使获得良好的经济效益。

第二章零件的分析

2.1 零件的作用

本文首先对阀体的零件进行分析，通过对阀体进行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率，与指导老协商后，感觉用夹具比较合适。随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。

工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。题目给出的零件是阀体。阀体的主要作用是连通不同介质的连通作用，实现介质之间的流通。故阀体零件的加工精度和表面光洁度直接影响着的精度和效率，可以说，一个加工精度高的阀体与加工精度的低的阀体相比，其使用效果很明显。

在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了夹具设计。整个设计得指导思想“简便、效率高、非常经济”。

2.2 零件的工艺分析

（1）以φ50.8中心孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：两侧端面

φ的斜孔加工，φ64H10的斜孔φ216面的铣削加工；mm

50

8.

25

4.

16φ

?的孔加工，mm

加工，两侧端面上的11.9×7.9凹槽加工。其中两侧面有表面粗糙度要求为m

12，

5.

Raμ

φ64H10孔的表面粗糙度要求m

Raμ3.6。

φ的孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：（2）以中间孔中心mm

84

φ226端面铣削加工，φ25.4孔的加工。以及端面上11.9×7.9凹槽加工。

以下是该阀门阀体的零件图。

阀体主剖视图

阀体左视图

阀体局部剖视图

第三章确定毛坯、画毛坯—零件合图

3.1 确定毛坯的制造形式及材料

“阀体”零件材料采用304铸造件制造。阀体材料为ZG 1Cr18Ni9Ti，硬度HB为170—241，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。

由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用铸造的形式，从而提高劳动生产率，降低成本。

3.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

3.2.1、顶面和底面的加工余量

根据工序要求，顶面和底面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：

粗铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-23。其余量值规定为2.7~3.5mm，现取3mm。表7-27粗铣平面时厚度偏差取-0.28mm。

精铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-24。其余量值规定为0.8~1.0mm，现取1mm。

铸造毛坯的基本尺寸为371.3+3+3+1=378.3mm。

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.6mm。

毛坯的名义尺寸为：371.3+3+3+1=378.3mm

毛坯最小尺寸为：378.3-0.8=367.5mm

毛坯最大尺寸为：378.3+0.8=379.1mm

粗铣后最大尺寸为：371.3+1+1=373.3mm

粗铣后最小尺寸为：373.3-0.28=372.1mm

精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即371.3mm。

3.2.2、φ50.8孔的加工余量，

根据工序要求，该孔的加工分为粗镗、精镗两个工序完成，各工序余量如下：

粗镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为2.0mm;

精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。

铸件毛坯的基本尺寸分别为：

毛坯基本尺寸为φ50.8-2-1-0.3=φ47.5

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.1mm。

毛坯名义尺寸为φ50.8-2-1-0.3=φ47.5；

毛坯最大尺寸为φ47.5+0.55=φ48.05；

毛坯最小尺寸为φ47.5-0.55=φ46.95；

粗镗工序尺寸为φ46.95；

精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即φ50.8

3.2.3、φ64孔的公差0~+0.12

根据工序要求，侧面孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：

粗镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为2.0mm；

半精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为1.3mm；

精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。

铸件毛坯的基本尺寸分别为：

毛坯基本尺寸为φ64-2-1.3-0.3=φ60.4mm；

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.1mm。

毛坯名义尺寸为φ64-2-1.3-0.3=φ60.4mm；

毛坯最大尺寸为φ60.4mm+0.55=φ60.95mm；

毛坯最小尺寸为φ60.4mm-0.55=φ59.95mm；

粗镗工序尺寸为φ61.3mm；

半精镗工序尺寸为φ62mm；

精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即φ64 0~+0.12mm。

第四章工艺规程设计

4.1 定位基准的选择

4.1.1、粗基准的选择：

粗基准选择毛坯的下底面。

4.1.2、精基准的选择：

精基准选择毛坯经过铣削的下底面。

4.2 制定工艺路线

本次设计的零件是阀体的加工工艺，根据先面后孔原则，本次先以内孔定位加工阀体零件的各个面，然后再是孔。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。对于阀体，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中样安排不易于保证孔和端面相互垂直。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于m g

200。

根据以上分析过程，现将活塞加工工艺路线确定如下：

工序1：毛坯制造。

工序2：对毛坯进行时效处理，确定并在毛坯上画出各孔的位置。

工序3：粗铣和精铣上顶面即φ226面，保证尺寸42到位。

工序4：钻φ226大端面上的10个φ25.4的工艺孔。

工序5：粗镗两侧端面斜孔2-φ50.8。

工序6：粗镗和精镗斜孔2-φ64H10，保证16宽度尺寸到位。

工序7：铣两侧端面φ216和φ104端面，保证尺寸371.3和7.9到位。

工序8：铣两侧端面上的2处11.9×7.9凹槽。

工序9：铣顶面上的11.9×7.9凹槽。

工序10：钻两侧端面φ216上的16-φ25.4孔。

工序11：清洗加工零件。

工序12：检查零件。

4.3 选择加工设备及刀、夹、量具

由图样分析，该图样需要铣削外轮廊，镗斜孔，钻、铰孔，在这里我们在铣轮廓时选用面铣刀，扩孔钻，铰刀。而钻削加工时我们可以选用麻花钻头，量具可选用0--150mm 为75-100mm的测量游标卡尺，外径千分尺，游标深度卡尺等。

4.4 确定切削用量及基本工时

工序3：粗、精铣上平面

机床：铣床X5032

刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀） mm d w 400= 齿数14=Z

（1）粗铣

铣削深度p a ：mm a p 3=

每齿进给量f a ：根据文献[7]表2.4-73，取Z mm a f /25.0=

铣削速度V ：参照文献[7]表2.4-81，取s m V /4=

机床主轴转速n ：min /191400

14.3604100010000r d V n ≈???==π，取min /200r n = 实际铣削速度V '：s m n

d V /19.460

100020040014.310000≈???=='π 进给量f V ：s mm Zn a V f f /67.1160/2001425.0≈??==

工作台每分进给量m f ：min /2.700/67.11mm s mm V f f m ===

εa ：根据文献[7]表2.4-81,mm a 240=ε

被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知mm l 341=

刀具切入长度1l ：mm a D D l 42)3~1()(5.0221=+--=ε

刀具切出长度2l ：取mm l 22=

走刀次数为1

机动时间1j t ：min 55.02

.700242341211≈++=++=

m j f l l l t （2）精铣

铣削深度p a ：mm a p 5.1=

每齿进给量f a ：根据文献[7]表2.4-73，取Z mm a f /15.0=

铣削速度V ：参照文献[7]表2.4-81，取s m V /6=

机床主轴转速n ：min /28840014.3606100010000r d V n ≈???==π，取min /300r n = 实际铣削速度V '：s m n d V /28.660100030040014.310000≈???==

'π

进给量f V ：s mm Zn a V f f /5.1060/3001415.0=??==

工作台每分进给量m f ： min /630/5.10mm s mm V f f m ===

被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知mm l 341=

刀具切入长度1l ：精铣时mm D l 4001==

刀具切出长度2l ：取mm l 22=

走刀次数为1

机动时间2j t ：min 18.1630

2400341212≈++=++=m j f l l l t ∴ 本工序机动时间min 73.118.155.021=+=+=j j j t t t

工序4: 钻顶面10个4.25φ工艺孔

机床：Z3050组合钻床

刀具：麻花钻、扩孔钻、铰刀

（1）钻定位孔

切削深度p a ：mm a p 5.5=

进给量f ：根据文献[7]表2.4-39，取r mm f /25.0=

切削速度V ：参照文献[7]表2.4-41，取s m V /45.0=

机床主轴转速n ：min /78211

14.36045.010*******r d V n ≈???==π，取min /500r n = 实际切削速度V '：s m n

d V /29.060

10005001114.310000≈???=='π 被切削层长度l ：mm l 20=

刀具切入长度1l ：mm ctg ctgk D l r 2.521202

11)2~1(21≈+?=+= 刀具切出长度2l ：02=l

走刀次数为1

机动时间1j t ：min 20.0500

25.02.520211≈?+=++=

fn l l l t j （2）扩定位孔

切削深度p a ：mm a p 425.0=

进给量f ：根据文献[7]》表2.4-52，扩盲孔r mm f /6.0~3.0=取r mm f /6.0= 切削速度V ：参照文献[7]表2.4-53，取s m V /3.0=

机床主轴转速n ：min /48485

.1114.3603.010*******r d V n ≈???==π，取min /500r n = 实际切削速度V '：s m n

d V /31.060

100050085.1114.310000≈???=='π 被切削层长度l ：mm l 20=

刀具切入长度1l ：mm ctg ctgk d D l r 25.221202

1185.11)2~1(201≈+?-=+-= 刀具切出长度2l ：02=l

走刀次数为1

机动时间2j t ：min 08.0500

6.025.220212≈?+=++=

fn l l l t j

工序5：粗镗φ50.8、精镗φ64H10

机床：T613卧式镗床

刀具：硬质合金钢刀具YG3X

（1） 粗、精镗mm 64φ孔

粗镗mm 64φ孔

切削深度p a ：mm a p 2=

进给量f ：根据文献[7]表2.4-66，刀杆伸出长度取mm 200，切削深度为mm 2。因此确定进给量r mm f /6.0=

切削速度V ：参照文献[7]表2.4-66，取min /15/25.0m s m V ==

机床主轴转速n ：min /5.607914.315100010000r d V n ≈??==π，取min /60r n = 实际切削速度V '：s m n

d V /25.060

1000607914.310000≈???=='π 工作台每分钟进给量m f ：min /36606.0mm fn f m =?==

被切削层长度l ：mm l 19=

刀具切入长度1l ：mm tg tgk a l r p 4.52302)3~2(1≈+?=+=

刀具切出长度2l ：mm l 5~32= 取mm l 42=

行程次数i ：1=i

机动时间1j t ：min 79.0136

44.519211≈?++=++=

m j f l l l t 精镗mm 64φ孔

切削深度p a ：mm a p 1=

进给量f ：根据切削深度mm a p 1=，再参照文献[7]表2.4-66。因此确定进给量r mm f /4.0= 切削速度V ：参照文献[7]表2.4-66，取min /21/35.0m s m V ==

机床主轴转速n ：min /6.8380

14.321100010000r d V n ≈??==π，取min /84r n = 实际切削速度V '：s m n

d V /35.060

1000848014.310000≈???=='π 工作台每分钟进给量m f ：min /6.33844.0mm fn f m =?==

被切削层长度l ：mm l 19=

刀具切入长度1l ：mm tg tgk a l r p

4.52302)3~2(1≈+?

=+= 刀具切出长度2l ：mm l 5~32= 取mm l 42=

行程次数i ：1=i

机动时间1j t ：min 85.016

.3344.519211≈?++=++=m j f l l l t （2）粗镗 mm 8.50φ孔

粗镗 mm 8.50φ孔

切削深度p a ：mm a p 2=

进给量f ：根据文献[7]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm ，切削深度为mm 2。因此确定进给量r mm f /7.0=

切削速度V ：参照文献[7]表2.4-66，取min /18/3.0m s m V ==

机床主轴转速n ：min /2.48119

14.318100010000r d V n ≈??==π，取min /40r n =

实际切削速度V '：s m n

d V /25.060

10004011914.310000≈???=='π 工作台每分钟进给量m f ：min /28407.0mm fn f m =?==

被切削层长度l ：mm l 19=

刀具切入长度1l ：mm tg tgk a l r p

4.52302)3~2(1≈+?

=+= 刀具切出长度2l ：mm l 5~32= 取mm l 32=

行程次数i ：1=i

机动时间2j t ：min 97.0128

34.519212≈?++=++=m j f l l l t 第五章 镗侧边斜孔夹具的设计

在本夹具主要用来粗、精镗8.50φ，1064H φ的孔。这些孔表面粗糙度要求Ra m μ3.6。

并作为左右端面垂直度的基准，其质量直接影响洗左右端面的精度。因此在本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

5.1定位基准的选择

由零件图可知两侧8.50φ和1064H φ分别在同一轴线上，并且此轴线分别于地面成5度的斜角。由于在镗孔之前上平面已经进行了铣削加工，所以选择上平面即大端面φ226为定位基准面，10个φ25.4孔也已经加工，选择对角两个孔作为定位销孔，则两对角φ25.4孔为定位孔。

5.2定位元件的设计

本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计。

由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距g L 。

mm L g 30.33822025722=+=

由于两工艺孔有位置度公差，所以取其尺寸公差为mm 1.0。

所以两工艺孔的中心距为 mm 1.030.338±，而两工艺孔尺寸为mm 027.012+φ。 根据文献[16]削边销与圆柱销的设计计算过程如下：

图1 定位元件示意图

（1）确定两定位销中心距尺寸x L 及其偏差Lx δ

x L =g L =mm 30.338

Lx δmm Lg 03.01.03

1)31~51(=?==δ （2）确定圆柱销直径1d 及其公差1d δ

mm D d 1211== （1D —基准孔最小直径） 1d δ取f7

所以圆柱销尺寸为 mm 016.0034.012-

-

（3）削边销的宽度b 和B （由《机床夹具设计手册》）

mm b 4= mm D B 1022=-=

（4）削边销与基准孔的最小配合间隙2?

212)2(2D b Lg Lx ?-

+=

?δδ 其中： 2D —基准孔最小直径 1?—圆柱销与基准孔的配合间隙

mm 078.012)2027.01.003.0(422=-

+??=?∴

（5）削边销直径2d 及其公差

mm D d 982.11018.012222=-=?-=

按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为6h ，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为 mm 0

009.025-φ。

5.3 切削力及夹紧力的计算

由于三种大小的孔切削力各不相同，因此选择最大孔的切削力为标准。 镗刀材料：X YG 3（硬质合金镗刀）

刀具的几何参数： 60=γK 10=γ 0=s λ 12=α

由参考文献[18]查表33-可得：

圆周切削分力公式：P

p C K f a F 75.0795= 式（3.1）

式中 mm a p 2= r mm f /7.0= rp

sp op p k m p p K K K K K K λγγ= 式（3.2） 查表33-得：n mp HB K )150

(= 取175=HB 4.0=n 由表33-可得参数：94.0=p k K γ 0.1=op K γ 0.1=sp K λ 0.1=rp K

即：)(54.1216N F C =

同理：径向切削分力公式 ： P p P K f a F 75.09.0422= 式（3.3） 式中参数： 77.0=p k K γ 0.1=op K γ 0.1=sp K λ 0.1=rp K

即：)(55.493N F P =

轴向切削分力公式 ： P p f K f a F 4.0373= 式（3.4） 式中参数： 11.1=p k K γ 0.1=op K γ 0.1=sp K λ 0.1=rp K

即：)(62.763N F f =

根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：

F K F j ?= 式（3.5） 安全系数K 可按下式计算：

6543210K K K K K K K K = 式（3.6） 式中：60~K K 为各种因素的安全系数，见《简明机床夹具设计手册》表13-，23-可得：73.10.10.10.12.10.12.12.1=??????=C K

07.20.10.10.12.12.12.12.1=??????=P K

16.20.10.10.12.125.12.12.1=??????=f K

所以，由式（3.5）有：)(61.2104

N F K F C C j =?= )(65.1021

N F K F P P j =?= )(42.1649N F K F f f j =?=

5.4镗套与衬套的设计

根据工艺要求此镗孔夹具为镗斜孔的φ50.8和φ64孔，所以本次采用的镗套为60×45，镗套用衬套选用75×45。选用镗套如图所示

:

镗套

其结构参数如下表：

表1 镗套基本结构参数

图衬套

其机构参数如下表：

表2镗套用衬套结构参数

5.5夹紧元件及动力装置确定

根据设计要求保证夹具一定的先进性且夹紧力并不是很大，所以采取螺旋夹紧装置。工件在夹具体上安装后，通过推动移动压板将工件夹紧。

整个压紧装置大致图如下：

阀体镗孔夹具夹紧装置

5.6夹具设计及操作的简要说明

镗孔的夹具，装卸工件时，通过定位轴将工件的工艺孔放入两个定位销中，保证工件的定位，然后将移动压板转移到工件上方，通过压板，将工件夹紧，然后镗杆引导可以对工件进行加工，加工完成后仍然通过将工件取走。

镗孔夹具装配图