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在实际生产中,由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同,针对某一零件,往往不是单独在一种机床上,用某一种加工方法就能完成的,而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。
因此,不仅要根据零件的具体要求,结合现场的具体条件,对零件的各组成表面选择合适的加工方法,还要合理地安排加工顺序,逐步地把零件加工出来。
2.1阀体的结构特点和技术要求
阀体是模铸件,根据要求主要是加工孔、底平面。
具体特点和技术要求如下:
Φ26的孔与Φ30孔中心轴线是一条
Φ18与Φ22的孔要有同轴度要求,且与Φ26与Φ30孔的轴线有垂直度要求
左右端面的八个Φ7孔同轴度位置,需设计一立轴回转分度钻床夹具。
④上下端面各有的两个Φ7的孔有同轴度要求
2.2阀体的材料、毛坯和热处理
毛坯材料:
HT150,可热处理强化。
毛坯的结构工艺要求:
毛坯的形状尺寸主要由零件组成表的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定,并尽量与零件相近,以达到减少机械加工的切削力,力求达到
少或无切削加工,但是,由于现有的毛坯制造技术及成本的限制以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈高,所以毛坯某些表面须留一定的加工余量,以便通过机械加工达到零件的技术要求。
设计毛坯形状、尺寸还应考虑到:
各加工面的几何形状应尽量简单。
工艺基准以设计基准相一致。
便于装夹、加工和检查。
在确定毛坯时,要考虑经济性。
虽然毛坯的形状尺寸与零件接近,可以减少加工余量,提高材料的利用率,降低加工成本,但这样可能导致毛坯制造困难,需要采用昂贵的毛坯制造设备,增加毛坯的制造成本。
因此,毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。
在毛坯的种类形状及尺寸确定后,必要时可据此绘出毛坯图。
2.3工艺过程设计中应考虑的主要问题
所选加工方法应考虑每种加工方法的经济、精度要求相适应。
所选加工方法能确保加工面的几何形状精度,表面相互位置精度要求。
所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。
加工方法要与生产类型相适应。
所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。
按照加工性质和作用的不同,工艺过程一般可划分为三个加工阶段:
粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属,为以后的精加工创造较好的条件,并为半精加工,精加工提供定位基准,粗加工时能及早发现毛坯的缺陷,予以报废或修补,以免浪费工时。
粗加工可采用功率大,刚性好,精度低的机床,选用大的切前用量,以提高生产率、粗加工时,切削力大,切削热量多,所需夹紧力大,使得工件产生的内应力和变形大,所以加工精度低,粗糙度值大。
一般粗加工的公差等级为
,粗糙度为
。
半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备,保证合适的加工余量。
半精加工的公差等级为
表面粗糙度为
精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床小的切前用量,工序变形小,有利于提高加工精度.精加工的加工精度一般为
,表面粗糙度为
确定加工方法以后,就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。
确定工序数的基本原则:
工序分散原则
工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。
便于采用通用设备。
简单的机床工艺装备。
生产准备工作量少,产品更换容易。
对工人的技术要求水平不高。
但需要设备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。
工序集中原则
工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。
使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。
但采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。
一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。
但由于不采用专用设备,工序集中程序受到限制。
结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
零件的加工过程通常包括机械加工工序,热处理工序,以及辅助工序。
在安排加工顺序时常遵循以下原则:
表2.2加工工序安排原则
工序类别
工序
安排原则
机械加工
1)对于形状复杂、尺寸较大的毛坯,先安排划线工序,为精基准加工提供找正基准
2)按“先基准后其他”的顺序,首先加工精基准
3)在重要表面加工前应对精基准进行修正
4)按“先主后次,先粗后精”的顺序
5)对于与主要表面有位置精度要求的次要表面应安排在主要表面加工之后加工
辅助工序
中间检验
一般安排在粗加工全部结束之后,精加工之前;
花费工时较多和重要工序的前后
2.4阀体的机械加工工艺过程分析
图2-1阀体零件图
由图2-1可知:
该零件为模铸件,材料为HT150。
要求加工同心孔,表面粗糙度
=12.5
要求粗加工上下端面,表面粗糙度
要求粗加工左右端面,表面粗糙度
要求加工Φ18孔,Φ20孔,Φ22孔,Φ26孔
要求粗加工上下端面Φ7孔。
要求粗加工左右端面Φ7孔。
要求加工Φ36孔
由零件图分析知,该零件有铣削部分、钻孔部分。
在钻上加工深孔和同轴孔;
铣削部分有粗加工平面;
钻孔部分为在立式钻床上加工Φ7通孔。
阀体的毛坯图
拟定工艺路线是制定工艺过程的关键性的一步。
在拟定时应充分调查研究,多提几个方案,加以分析比较确定一个最合理方案。
采用加工方法一般所能达到的公差等级和表面粗糙度以及需留的加工余量
表(参考参数)
加工表面
加工
方法
表面粗糙度Ra
表面光洁
度
公差
等级
余量
说明
外
圆
粗车
半精车
精车
细车
粗磨
精磨
研磨
12.5
6.3
1.6
0.8
1.0
0.4
0.1
1~3
4~5
6~7
7~8
8~9
10~14
IT12~IT11
IT10~IT9
IT8~IT7
IT6~IT5
11~10
10~8
8~7
7~6
7
6
1~5
0.50~1.60
0.2~0.5
0.1~0.25
0.25~0.85
0.06
0.10~0.03
指尺寸在直径180以下,长度在500以下,铸件的直径余量
内
孔
钻孔
扩孔
粗镗
半精镗
精镗
细镗
粗铰
精铰
25
3.2
0.2
2~4
5~6
9~10
910
IT13~IT11
IT9~IT8
IT7~IT6
IT8
IT7
12
10
9~8
8
5~4
0.3~0.5
>
1.8
1.0~1.8
0.5~0.8
0.1~0.3
0.1~0.55
0.4~0.2
0.2~0.3
0.1~0.2
0.01~0.02
指孔径在180以下,铸件直径的余量.L/d<
2
L/d=2~10时,加工误差增加1.2~2倍
平
面
粗刨,粗铣
精刨,精铣粗磨
半精磨
6.31.6
4~66~7
7~9
IT14~IT11
IT10
IT9
IT5
11~9
10~98~6
7~5
5~2
0.9~2.3
0.2~0.30.05
0.03
0.01~0.03
指平面最大尺寸500以下的铸件的平面余量
2.4.3阀体加工工艺路线的确定
在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下,成批量生产可以考虑采用专用机床,以便提高生产率。
但同时考虑到经济效果,降低生产成本,阀体具体加工工艺过程可以设计两个,具体如下表:
表2.4机械加工工艺过程1
·
工序内容
加工车间
设备名称
工艺设备名称
夹具
刀具
量具
1
备料用铸锻方法获得毛坯
铸造车间
模铸
毛坯时效处理
热处理间
自然
3
粗铣阀体左右端面
金工车间
普通铣床
专用夹具
端面铣刀
专用量具
4
粗铣阀体上下端面
5
钻左端面Φ7的孔
普通钻床
高速钢钻头
钻左端面Φ20的孔
锪左端面Φ26的孔
钻右端面Φ7的孔
9
绞右端面Φ36的孔
钻下端面Φ18孔
11
钻下端面Φ7的孔
钻上端面Φ22的孔
13
钻上端面Φ7的孔
14
去毛刺
15
清洗
16
终检入库
表2.5机械加工工艺过程2
钻左端面Φ26的孔
钻下端面Φ18的孔
通过对以上两个工艺过程进行比较,可以发现工艺规程2在对零件进行机加工时,由于没有对上下底面进行粗加工,会对之前所列出的加工的定位产生很大的影响,从而使零件很难甚至不可能达到要求的精度,因此采用工艺规程1,运用工艺规程1对阀体进行机加工。
2.5阀体的工序设计
工序设计包括工序基准的选择、工序尺寸的确定、加工余量的确定、机床的选择、工艺装备的选择、切削用量的选择和时间定额的确定。
工序基准是在工序图上以标定被加工表面位置尺寸和位置精度的基准。
所标定的位置尺寸和位置精度分别称为工序尺寸和工序技术要求,工序尺寸和工序技术要求的内容在加工后应进行测量,测量时所用的基准称为测量基准。
通常工序基准和测量基
准重合。
工序基准的选择应注意以下几点:
选设计基准为工序基准时,对工序尺寸的检验就是对设计尺寸的检验,有利于减少检验工作量。
当本工序中位置精度是由夹具保证而不需要进行试切,应使工序基准与设计基准重合。
对一次安装下所加工各个表面,各加工面之间的工序尺寸应与设计尺寸一致。
机床的加工尺寸范围应与零件的外轮廓尺寸相适应。
机床的工作精度应与工序要求精度相适应。
机床的生产率应与工件的生产类型相适应。
查资料可得,具体的机床选择如下:
立式钻床(Z5030A),主要用于钻孔和扩孔。
万能铣床(XW6032A),主要用于铣平面加工。
刀具的选择主要取决于工序采用的加工方法,加工表面的尺寸,工件材料,所要求的加工精度,表面粗糙度,生产率及经济性等,一般应尽可能采用标准刀具,必要时采用高生产率的复合刀具及其化专用刀具。
查资料可得具体刀具选择如下:
铣刀:
材料高速钢(
)
圆柱形铣刀:
D=63mmL=70mmZ=10(GB/T1115.1-2002)
钻头:
直柄长麻花钻:
Φ8(GB/T1135.4-1996)
专用复合刀具:
材料高速钢
用于加工Φ7通孔
2.5.3阀体切削用量和工序尺寸的确定
在这只确定钻上端面φ7孔的加工余量、和公差。
由表2-28可查得钻孔余量Z钻=0.2mm。
查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为,镗:
IT12。
根据上述结果,再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为,钻:
0.15mm。
综上所述,该工序各工步的工序尺寸及公差分别为,钻:
φ7+0.14mm。
钻Ф7孔
①背吃刀量的选择
由表查得,铰削前孔的直径是6.8mm,因此铰孔工位的背吃刀量ap=7mm-6.8mm=0.15mm。
②进给量的选择
由表5-31查得在铸铁上铰φ7的孔,进给量f=0.30~0.50mm/r,故暂取f=0.40mm/r。
③切削速度的选择
由表5-31知在铸件上铰φ7的孔,v=2~6m/min,故暂取v=4m/min。
所以主轴转速n=
=
=181.89r/min
取转速n=185r/min。
可求出实际切削速度v=n
d/1000=4.07m/min。
3专用夹具设计
为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度。
在加工曲柄板沉孔时,需要设计专用夹具。
一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求:
(1)保证工件的加工精度保证加工精度的关键,首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件,必要时还需进行定位误差分析,还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响,确保夹具能满足工件的加工精度要求。
(2)提高生产效率专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应,应尽量采用各种快速高效的装夹机构,保证操作方便,缩短辅助时间,提高生产效率。
(3)工艺性能好专用夹具的结构应力求简单、合理,便于制造、装配、调整、检验、维修等。
专用夹具的制造属于单件生产,当最终精度由调整或修配保证时,夹具上应设置调整和修配结构。
(4)使用性能好专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。
在客观条件允许且又经济适用的前提下,应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置,以减轻操作者的劳动强度。
专用夹具还应排屑方便。
必要时可设置排屑结构,防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具,防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。
(5)经济性好专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构,力求结构简单、制造容易,以降低夹具的制造成本。
因此,设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析,以提高夹具在生产中的经济效益。
3.1夹具的基本概念及基本原理
按在夹具中的作用、地位及结构特点、组成夹具的元件可以分为以下几类
(1)定位元件及定位装置
(2)夹紧元件及夹紧装置
(3)夹具体
(4)对刀,导引元件及装置
(5)动力装置
(6)分度,对定装置
(7)其它辅助元件及装置(包括夹具体各部分相连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉以及各种手柄等)
每一个夹具不一定所有各类组成元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般车床夹具就没有刀具导向装置及分度装置。
工件在安装之前必须安装在夹具中,使其得到一个正确的位置和方向,并使其在加工过程中虽受到切削力和其他外力的影响,仍能保持正确的位置和方向。
确定工件在机床上或夹具中有正确位置的过程称为定位。
工件定位后将其固定,使其在加工过程中保持定位位置不变的操作成为夹紧。
将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程称为装夹。
任何一个工件在空间有六个自由度,工件在夹具中定位时用合理分布的六个支撑点限制工件的六个自由度,使工件在夹具中的位置完全确定,称为六点定位原理。
完全定位:
定位元件所能限制的自由度数且等于所需要限制和可能有的全部自由度的情况。
不完全定位:
定位元件所能限制的自由度数目,不少于所需要限制的自由度数,但少于6个自由度的定位情况。
欠定位:
定位元件所能限制的自由度数少于所需要限制的自由度数的定位情况。
过定位:
定位元件所相当于的支承点数多于所能限制的自由度数,即所相当于的额多个支承点重复限制同一个自由度的定位情况。
定位基准的选择原则
定位基准的选择原则应尽量使工件的定位基准与工序基准相重合,尽量用精度基准作为定位基准,遵守基准统一原则,应使工件安装稳定,加工中所引起的变形最小,应使工件定位方便,夹紧可靠。
当工件以一个平面为定位基准时,一般不以一个完整的大平面作为定位元件的接触表面,常用三个支承钉或两三个支承板作为定位元件。
各定位板的位置应尽量远离,以使工件定位可靠。
有时由于某种特殊原因,如工件很薄很小,而不得不用平面定位原件,此时去除中间的一部分或开若干小槽,以便提高定位精度并便于清除切削。
(1)固定支承
固定支承包括支承钉和支承板,它们在使用过程中是固定不动的。
支承钉包括平头支承钉、圆头支承钉和齿纹支承钉。
平头支承钉用于精基准面定位;
圆头支承钉用于粗基准面定位;
齿纹头支承钉也适用于粗基准面定位,因其表面有齿纹,具有较大的摩擦因数,可防止工件滑动,常用在工件的侧面。
支承钉可用过盈配合或过度配合压入夹具内。
工件以较大的精度基准定位时采用支承板,支承钉支承板都已标准化,设
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