课程设计（阀杆）

成都工业职业技术学院毕业设计目录1计算年生产纲领，确定生产类型生产纲领是指包括废品、备品在内的该产品的年产量。产品的年生产纲领就是产品的年生产量。零件的年生产纲领由下式计算：N=Qn(1+a)(1+b)式中N－零件的生产纲领（件/年）Q－该零件所属产品的年产量n－单台产品中零件的数量（件/台）a－备品率，以百分百数计b－废品率，以百分百数计生产类型根据生产纲领的大小，生产可分为3种类型，分别是单件生产、成批生产、大量生产等。（见表1.1）单件生产是指单个地生产不同结构和不同尺寸的产品。特点是生产种类繁多；成批生产是指一年中分批、分期地制造同一产品。特点是生产品种较多，每种品种均有一定数量，各种产品分批、分期轮番进行生产；大量生产是指全年中重复制造同一产品。特点是产品种类少产量大，长期重复地进行同一产品的加工。表1.1生产纲领选择表生产类型零件的年生产纲领/(件/年)重型机械中型机械小型机械单件生产<5<20<100成批生产小批生产5-10020-200100-200中批生产100-300200-500500-5000大批生产300-1000500-50005000-50000大量生产>1000>5000>50000该零件生产，根据客户订单需求,结合企业自身实际生产情况,该零件生产类型定为中批量生产。2分析零件图图2.1零件图2.1作用分析2.1.1功能阀杆是阀门重要部件，用于传动，上接执行机构或者手柄，下面直接带动阀芯移动或转动，以实现阀门开关或者调节作用。2.1.2工作环境与状态阀杆在常温条件下，空气环境或潮湿环境中工作。阀杆在阀门启闭过程中不但是运动件、受力件，而且是密封件。同时，它受到介质的冲击和腐蚀，还与填料产生摩擦。2.2结构分析2.2.1零件类型该零件为典型阶梯轴零件。2.2.2主体形状其主要表面包括：端面1、端面2、φ50外圆、φ42外圆、φ36外圆、M35螺纹外圆、φ32外圆（见表2.1）表2.1零件主要表面分析表表面相关尺寸公称尺寸公差主要表面端面1无无无端面2长度154.7自由公差φ50外圆轴径φ500/-0.1轴长贯通无φ42外圆轴径φ420/-0.1轴长126.25±0.2(±0.05)φ36外圆轴径φ360/-0.1轴长5间接获得（121.25）±0.1(±0.05)φ32外圆轴径φ320/-0.08轴长60±0.2计算φ36外圆表面加工所需轴长尺寸：AXY:分析φ36外圆表面轴长尺寸链，如图2.2所示图2.2尺寸链分析图封闭环：5±0.1组成环：126.25±0.2（增环）AXY（减环）因其封闭环公差带宽度小于组成环公差带宽度之和，无法直接计算，需收缩组成环公差。因两组成环公称尺寸接近，均分封闭环公差带宽度，得到公差：126.25±0.2→126.25±0.05AXY→121.25±0.052.2.3次要表面该零件次要表面包括：M10螺纹孔、M35外螺纹、10mm键槽、21.95mm对方、20°锥面。（如表2.2所示）表2.2零件次要表面分析表表面相关尺寸公称尺寸公差次要表面M10螺纹孔螺纹相关M10自由M35外螺纹螺纹相关M35自由10mm键槽槽宽100/-0.04槽长88±0.2槽深260/-0.121.95mm对方平面1面长贯通性无面宽20±0.1面厚21.95（11）0/-0.05（-0.025/-0.05）21.95mm对方平面2面长贯通性无面宽20±0.1面厚21.95（11）0/-0.05（-0.025/-0.05）20°锥面小端直径21.950/-0.052.3精度分析2.3.1尺寸精度依据零件各表面类型，结合零件公称尺寸及公差带宽度，查询外圆精度等级表（见表2.3），平面精度等级表（见表2.4）表2.3外圆精度等级表表2.4平面精度等级表得到零件各表面加工精度等级（见表2.5）表2.5零件各表面加工精度等级表表面相关尺寸精度等级主要表面端面1无无端面2长度IT13-IT14φ50外圆轴径IT10轴长无φ42外圆轴径IT10轴长IT8-IT100φ36外圆轴径IT10轴长IT8-IT10φ32外圆轴径IT8-IT10轴长IT11-IT13次要表面M10螺纹孔螺纹相关无M35外螺纹螺纹相关无10mm键槽槽宽刀具保证槽长IT11-IT13槽深IT10-IT1121.95mm对方平面1面长IT11-IT13面宽无面厚IT8-IT1021.95mm对方平面2面长IT11-IT13面宽无面厚IT8-IT1020°锥面小端直径IT8-IT102.3.2形状精度该零件无特殊形状精度要求，各表面形状精度控制在尺寸公差范围内即可。2.3.3位置精度零件图中未直接标注特殊位置精度要求，从零件图中可知：1.该零件对方两平面平行且中心对称。2.键槽底面与对方平面平行。2.3.4表面粗糙度φ42外圆及轴肩表面Ra0.4φ36外圆及轴肩表面Ra0.4φ50外圆表面Ra1.6φ32外圆表面Ra1.6其余各表面Ra3.22.4技术要求1.未注倒角C0.3，去毛刺。2.零件未注内R小于0.8mm3.未注粗糙度Ra3.2

3选择毛坯3.1毛坯材料零件毛坯的选材主要考虑以下因素：1、材料的使用性能应能满足使用要求

（1）从工作条件及失效形式的分析提出使用性能要求

①承受载荷的类型及大小——如承受持久作用的静载荷，对弹性或塑性变形的抗力是最主要的使用性能；承受交变载荷，则疲劳抗力是重要的使用性能。

②工作环境——温度、介质的性质等

③特殊要求的性能——电、热、磁、比重、外观等

（2）从使用性能要求提出机械、物理、化学等性能要求2、材料的工艺性应满足加工要求材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，自然是选材时必须考虑的重要问题。在选材中，同使用性能比较，工艺性能处于次要地位，但在某些情况下，如大量生产时，工艺性能则可能成为选材考虑的主要依据。3、材料的价格和总成本应经济、低廉

经济性是选材必须考虑的重要问题。选材的经济性不单指选用的材料本身的价格应便宜，更重要的是应使产品的总成本降至最低。同时，所选材料应符合国家的资源状况和供应情况，其品种、规格应尽量少而集中。由2.1.1可知，阀杆在阀门开启和关闭过程中，承受拉、压和扭转作用力，因此在选择阀杆材料时，必须保证它在规定的温度下有足够的强度、良好的冲击韧性。由2.1.2可知，阀杆在空气或潮湿环境下工作，阀杆与介质直接接触，同时和填料之间还有相对的摩擦运动，因此在选择阀杆材料时，必须保证它在规定的温度下良好的抗氧化性、抗擦伤性、耐腐蚀性。依据材料性能表，最终选择316L不锈钢作为该零件毛坯材料3.2毛坯类型零件毛坯一般有如下几种类型：（1）铸件对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型壁厚均铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如金属型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造和离心铸造等。（2）锻件由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织，因此锻件毛坯的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模锻件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。(3)型材型材主要有板材、棒材、线材等。常用的型材截面形状有圆形、方形、六角形和特殊形状，其制造方法又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大、精度较低，用于一般的机械零件；冷拉型材尺寸较小、精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。(4)焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。焊接件的优点是制造简单、生产周期短，可节省材料、减轻重量，但其抗震性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。其他毛坯其他毛坯包括冲压件、粉末冶金件、冷挤件和塑料压制件等。该零件为阶梯轴零件，总长度154.7，最大直径φ50，外形较规则，力学性能要求一般。精度要求较高，生产批量为中批量生产。综合考虑零件材料的工艺性、零件的生产纲领、零件的结构、形状、尺寸，该零件毛坯类型选择型材-圆钢（φ55*158±1）。

4加工方法与路线4.1各表面的加工方法和方案零件各表面加工方法和加工方案的选择主要考虑以下因素：（1）根据加工表面的技术要求，确定加工方法和加工方案。这种方案必须在保证零件达到图样要求方面是稳定而可靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。（2）要考虑被加工材料的性质。（3）要考虑生产纲领，即考虑生产率和经济性问题。（4）应考虑本厂的现有设备和生产条件，充分利用本厂现有设备和工艺装备。在选择加工方法时，根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。具有一定技术要求的加工表面，一般都不是只通过一次加工就能达到图样要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐步达到技术要求。由2.3.1可知该零件各表面径向尺寸精度等级，结合零件粗糙度，查询外圆表面加工方案选择表（见表4.1），得到零件径向尺寸加工方案。表4.1外圆表面加工方案选择表由2.3.1可知该零件各表面轴向尺寸精度等级，结合零件粗糙度，查询平面加工方案选择表（见表4.2），得到零件轴向尺寸加工方案。表4.2平面加工方案选择表比较各表面径向、轴向加工方案，选择精度、粗糙度较好的加工方案，得到零件各表面加工方案表（见表4.3）表4.3零件各表面加工方案表表面相关尺寸精度等级Ra加工方案主要表面端面1无无3.2粗车-半精车端面2长度无3.2粗车-半精车φ50外圆轴径IT103.2粗车-半精车轴长无无φ42外圆轴径IT100.4粗车-半精车-抛光轴长IT11-IT130.4φ36外圆轴径IT100.4粗车-半精车-抛光轴长IT7~IT90.4M35螺纹外圆轴径IT103.2粗车-半精车轴长IT13-IT143.2φ32外圆轴径IT8-IT101.6粗车-半精车轴长IT11-IT13无次要表面M10螺纹底孔孔径IT13-IT14无钻中心孔-钻孔孔深IT13-IT14无M10内螺纹螺纹相关无攻丝M35外螺纹螺纹相关无车螺纹10mm键槽槽宽刀具保证3.2粗铣-精铣槽长IT11-IT133.2槽深IT10-IT113.221.95mm对方平面1面长IT11-IT133.2粗铣-精铣面宽无面厚IT8-IT103.221.95mm对方平面2面长IT11-IT133.2粗铣-精铣面宽无面厚IT8-IT103.220°锥面小端直径IT8-IT103.2粗车-半精车4.2定位基准的选择4.2.1粗基准的选择粗基准的选择应重点考虑保证各加工表面有足够的加工余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求，主要考虑以下原则：（1）合理分配加工余量的原则（2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则（3）便于装夹的原则（4）粗基准一般不得重复使用的原则由3.1.2分析可知，该零件毛坯为热轧圆钢，各表面余量足够。且零件所有表面均为机加表面。故选择毛坯外圆表面作为该零件加工粗基准。4.2.2精基准的选择精基准选择应重点考虑如何减少误差，提高定位精度，主要考虑以下原则：（1）基准重合原则（2）基准统一原则（3）自为基准原则（4）互为基准原则（5）便于装夹原则由2.2.1分析可知，该零件类型为阶梯轴。阶梯轴零件径向设计基准均为轴线，考虑基准重合原则，零件定位精基准可选择中心孔或已加工外圆表面。零件右端φ42-φ36-M35-φ32外圆尺寸依次缩小，符合一次装夹连续加工的要求，因该部分外圆悬伸较长，故选取右端中心孔作为零件右端面、φ42外圆表面、φ36外圆表面、M35螺纹外圆、φ32外圆表面加工精基准。零件左端φ50外圆、左端面加工需要调头装夹，无法选取中心孔作为精基准，考虑便于装夹原则，选取φ36外圆表面作为精基准零件各次要表面加工精基选择，准依据基准统一原则，延用该次要表面所附着的主要表面加工精基准。4.3拟定工艺路线拟定零件加工工艺路线主要有以下两步：加工阶段的划分根据零件的技术要求划分加工阶段①粗加工阶段。在此阶段主要是尽量切除大部分余量，主要考虑生产率。②半精加工阶段。在此阶段主要是为主要表面的精加工做准备，并完成次要表面的终加工（钻孔、攻螺纹、铣键槽等）。③精加工阶段。在此阶段主要是保证各主要表面达到图样要求，主要任务是保证加工质量。④光整加工阶段。在此阶段主要是为了获得高的表面质量和尺寸精度。划分加工阶段的目的①保证零件加工质量。因为工件在加工时会有受力变形、热变形和内应力，其精度、表面质量只能逐步提高。②有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理。③有利于合理利用机床设备。④便于穿插热处理工序。穿插热处理工序必须将加工过程划分为几个阶段，否则很难充分发挥热处理的效果。此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏工序的划分在制定工艺过程中，为便于组织生产、安排计划和均衡机床的负荷，常将工艺过程划分为若干个工序。划分工序时有两个不同的原则，即工序集中和工序分散。工序集中工序集中是指每道工序加工内容很多，工艺路线短。其主要特点是：①采用高效率专用设备和工艺设备，提高生产率，减少机床数量和生产面积。②减少了工件的装夹次数。工件在一次装夹中可加工多个表面，有利于保证这些表面之间的相互位置精度。减少装夹次数，也可减少装夹所造成的误差。③减少了工序数目，缩短了工艺路线，也简化了生产计划和组织工作。④专用设备和工艺装备较复杂，生产准备周期长。工序分散工序分散是指每道工序的加工内容很少，甚至一道工序只含一个工步，工艺路线很长。其主要特点是：①设备和工艺装备比较简单，调整比较容易。②工艺路线长，设备和工人数量多，生产占地面积大。③可采用合理的切削用量，减少基本时间。④变换产品较困难。在拟定工艺路线时，工序集中或工序分散的程度，主要取决于生产类型、零件结构特点及技术要求。生产批量小时，多采用工序集中。生产批量大时，可采用工序集中，也可采用后工序分散。由于工序集中的优点较多，以及数控机床、柔性制造单元和柔性制造系统等的发热展，现在生产多趋于采用工序集中。由4.1可知，该零件加工总共包含以下工步（见表4.4）表4.4零件加工相关工步表面加工方案工步主要表面端面1粗车-半精车粗车端面1半精车端面1端面2粗车-半精车粗车端面2半精车端面2φ50外圆粗车-半精车粗车φ50外圆半精车φ50外圆φ42外圆粗车-半精车-抛光粗车φ42外圆半精车φ42外圆抛光φ42外圆φ36外圆粗车-半精车-抛光粗车φ36外圆半精车φ36外圆抛光φ36外圆φ32外圆粗车-半精车-抛光粗车φ32外圆半精车φ32外圆抛光φ32外圆次要表面M10螺纹孔钻中心孔-钻孔-攻丝钻中心孔钻φ8.5孔攻丝M10*1.5M35外螺纹粗车-半精车-车螺纹粗车M35螺纹外圆半精车M35螺纹外圆车螺纹M35*1.510mm键槽粗铣-精铣粗铣10mm键槽精铣10mm键槽21.95mm对方平面1粗铣-精铣粗铣对方平面1精铣对方平面121.95mm对方平面2粗铣-精铣粗铣对方平面2精铣对方平面220°锥面粗车-半精车粗车20°锥面半精车20°锥面依据轴类零件车削加工一般原则：1.轴类零件一般以最大外圆分断，分两端车削2.一次装夹可加工尺寸单向缩小的区域3.先车削大外圆，后车削小外圆以及机械加工工序安排原则：1.基准先行2.先粗后精3.先主后次4.先面后孔将零件车削相关工步重新排序：粗车端面1-半精车端面1-钻中心孔-钻φ8.5孔-粗车φ42外圆-粗车φ36外圆-粗车M35外圆-粗车φ32外圆-半精车φ42外圆-半精车φ36外圆-半精车M35外圆-半精车φ32外圆-车M35螺纹-粗车端面2-半精车端面2-粗车φ50外圆-半精车φ50外圆-粗车20°锥面-半精车20°锥面-粗铣对方平面1-精铣对方平面1-粗铣对方平面2-精铣对方平面2-粗铣键槽-精铣键槽-攻丝M10*1.5-抛光φ42外圆-抛光φ36外圆-抛光φ32外圆；依据工序划分的一般原则，将在同一设备上一次装夹可以加工的工步划分为一道工序，得到以下工艺路线安排：（见表4.5）表4.5工艺路线安排表工序一粗车端面1-半精车端面1-钻中心孔-钻φ8.5孔工序二粗车φ42外圆-粗车φ36外圆-粗车M35外圆-粗车φ32外圆-半精车φ42外圆-半精车φ36外圆-半精车M35外圆-半精车φ32外圆-车M35螺纹工序三粗车端面2-半精车端面2-粗车φ50外圆-半精车φ50外圆-粗车20°锥面-半精车20°锥面工序四粗铣对方平面1-精铣对方平面1-粗铣对方平面2-精铣对方平面2工序五粗铣键槽-精铣键槽工序六攻丝M10*1.5工序七抛光φ42外圆-抛光φ36外圆-抛光φ32外圆

5设备、刀具、夹具、量具5.1加工设备的选择由4.1分析可知，该零件加工工序包含：车削：粗车端面、精车端面、粗车外圆、精车外圆、车外螺纹、钻中心孔、钻孔铣削：粗铣键槽、精铣键槽、粗铣对方、精铣对方钳工：去毛刺、攻丝、抛光考虑零件尺寸、加工精度与机床功率，选择设备如表5.1所示表5.1加工设备选择表工种设备类型设备型号铣削立式铣床X5025钳工砂轮机车削卧式车床CA61405.2刀具的选择依据零件各表面加工方案，结合零件精度。粗糙度要求，得出零件各表面加工所需刀具（见表5.2）表5.2刀具选择表需要加工表面刀具端面145°端面车刀端面2中心孔中心钻Φ32外圆90°外圆车刀（R≤0.8）抛光轮Φ36外圆Φ42外圆Φ50外圆21.95对方平面1Φ80端铣刀21.95对方平面220°锥面45°端面车刀10mm键槽Φ10键槽铣刀M35外螺纹螺纹车刀M10螺纹孔丝锥5.3量具的选择依据零件各表面公称尺寸与精度要求要求，得出零件各表面加工所需量具（见表5.3）表5.3量具选择表表面相关尺寸量具端面1无无端面2长度游标卡尺0-250mmφ50外圆轴径轴长游标卡尺0-250mmφ42外圆轴径轴长游标卡尺0-250mmφ36外圆轴径轴长游标卡尺0-250mmφ32外圆轴径游标卡尺0-250mm轴长游标卡尺0-250mmM10螺纹孔螺纹相关螺纹塞规M10*1.5M35外螺纹螺纹相关游标卡尺0-250mm螺纹环规M35*1.510mm键槽槽宽游标卡尺0-250mm槽长游标卡尺0-250mm槽深千分尺25-50mm21.95mm对方平面1面长游标卡尺0-250mm面宽无面厚千分尺25-50mm21.95mm对方平面2面长游标卡尺0-250mm面宽无面厚千分尺0-25mm20°锥面小端直径角度规/影像测量仪5.4夹具的选择依据零件各工序加工设备、定位基准与装夹方式，得出零件各表面加工所需量具（见表5.4）表5.4量具选择表工序装夹方式夹具工序一夹持毛坯外圆三爪卡盘工序二一夹一顶三爪卡盘、顶尖工序三夹持φ36外圆靠台肩三爪卡盘工序四夹持φ36外圆靠台肩分度头工序五专用夹具定位专用夹具工序六钳工装夹虎钳工序七手持抛光无

6加工余量加工余量为了保证零件的质量（精度和表面粗糙度），在加工过程中，需要从工件表面上切除的金属层厚度，称为加工余量该零件为阶梯轴，工序过程中无热处理。依据零件加工方案，查询铣平面加工余量表（见表6.1）和端面加工余量表（见表6.2）轴的机械加工余量表（见表6.3）得出该零件加工余量表（见表6.4)表6.1铣平面加工余量表零件厚度粗铣后的半精铣宽度≤200宽度≥200-400加工表面不同长度下的加工余量≤100>100-250>250-400≤100>100-250>250-400>6-300.71.01.01.01.01.0>30-501.01.21.2>501.01.51.5表6.2端面加工余量表零件长度（全长）粗车后的精车端面余量（按端面最大直径取）≤30＞30-120＞120-260≤＞10-＞18-500.61.01.2＞50-800.71.01.3＞80-1201.01.01.3＞120-1801.01.31..5表6.3轴的机械加工余量公称直径表面加工方法轴的长度≤120＞120-200＞260-500＞500-800直径上的余量（分子是用中心孔安装，分母是用卡盘安装）车削一般精度的轧钢件≤30粗车和一次车半精车精车细车1.3/1.10.45/0.450.25/0.200.13/0.121.7/-0.50/-0.25/-0.15/-＞30-50粗车和一次车半精车精车细车1.3/1.10.45/0.450.25/0.200.13/0.121.6/1.40.45/0.450.25/0.250.14/0.132.2/-0.45/-0.30/-0.16/-＞50-80粗车和一次车半精车精车细车1.5/1.10.45/0.450.25/0.200.13/0.121.7/1.50.50/0.450.30/0.250.14/0.132.3/2.10.50/0.500.30/0.300.18/0.163.1/-0.55/-0.35/-0.20/-查表得出该零件加工余量表（见表6.4)表6.1零件加工余量表表面加工方案加工余量端面1粗车→半精车粗车端面1（留余量0.45）半精车端面1（不留余量）端面2粗车→半精车粗车端面2（留余量0.45）半精车端面2（不留余量）Φ32外圆粗车→半精车→抛光粗车Φ32外圆（留余量1.0）半精车Φ32外圆（不留余量）抛光Φ32外圆Φ36外圆粗车→半精车→抛光粗车Φ36外圆（留余量1.0）半精车Φ36外圆（不留余量）抛光Φ36外圆Φ42外圆粗车→半精车→抛光粗车Φ42外圆（留余量1.0）半精车Φ42外圆（不留余量）抛光Φ42外圆Φ50外圆粗车→半精车粗车Φ50外圆（留余量1.0）半精车Φ50外圆（不留余量）10mm键槽粗铣→精铣粗铣10mm键槽（留余量1.0）精铣10mm键槽（不留余量）21.95对方平面1粗铣→精铣粗铣对方平面1（留余量1.0）精铣对方平面1（不留余量）21.95对方平面2粗铣→精铣粗铣对方平面2（留余量1.0）精铣对方平面2（不留余量）20°锥面粗车→半精车粗车20°锥面（留余量1.0）半精车20°锥面（不留余量）

7确定切削用量、工时定额7.1切削用量的选择7.1.1背吃刀量ap背吃刀量一般是指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，如纵向车外圆时，其背吃刀量可按下式计算：ap＝dw-dm/2式中：dw指的是工件待加工表面直径（mm）dm指的是工件已加工表面直径（mm）根据设备功率和刀杆尺寸和刀具材料得出：粗车ap为1半精车ap进给量f进给量是指刀具在进给运动方向上相对于工件的移动量，用刀具或工件每转或每行程的位移量来表示，单位为mm/r或mm/行程。进给速度vf是指切削刃上选定点相对工件在进给运动方向的瞬时速度。vf＝fn式中：vf指的是进给速度（mm/s）n指的是主轴转速（r/s）f指的是进给量（mm/r）查询《机械制造工艺书》表1-37和表1-38得出粗车f为0.2半精车f切削速度Vc切削速度是指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，即主运动的线速度，单位为m/s。车削时的计算公式如下：Vc＝πdwn/1000式中：Vc指的是切削速度（m/s）dw指的是工件待