齿轮油泵泵体的机械加工工艺规程及工艺装备设计钻4φ9通孔.docx

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齿轮油泵泵体的机械加工工艺规程及工艺装备设计钻4φ9通孔

课程设计

题目：

齿轮油泵泵体的机械加工工艺

规程及工艺装备设计

班　　级：

姓　　名：

指导教师：

完成日期：

一、设计题目

　　齿轮油泵泵体的机械加工工艺规程及工艺装备设计

二、原始资料

（1）被加工零件的零件图（草图）1张

（2）生产类型:

5176件/年

三、上交材料

（1）被加工工件的零件图1张

（2）毛坯图1张

（3）机械加工工艺过程综合卡片1张

（4）与所设计夹具对应那道工序的工序卡片1张

（4）夹具装配图1张

（5）夹具体零件图1张

（6）课程设计说明书（5000字左右）1份

四、进度安排（参考）

（1）熟悉零件,画零件图2天

（2）选择工艺方案,确定工艺路线,填写工艺过程综合卡片5天

（3）工艺装备设计（画夹具装配图及夹具体图）9天

（4）编写说明书3天

（5）准备及答辩2天

五、指导教师评语

成绩：

指导教师　　　　　　　

日　　期　　　　　　　

摘　要

本次课程设计的课题是钻床主轴径向孔钻夹具设计。

本论文按照夹具设计的一般步骤，进行了以下部分的设计：

通过对零件的分析，讨论了零件的机械加工工艺过程、工艺规程设计和毛坯的种类。

通过零件的分析后制定零件机械加工工艺路线，说明表面加工方法的选择、零件加工工艺原则和工艺编制。

确定夹具总体方案，包括加工的方法、定位方案和定位误差的分析、夹紧方案、切削夹紧力的计算。

关键词:

夹具设计钻模加工工艺

Abstract

Theprojectoftheclassisthesubjectofradialdrillingspindleholedrillingfixturedesign.Thispaperinaccordancewiththegeneralstepsfixturedesign,thedesignofsomeofthefollowing:

Throughthepartsanalysis,discussedthecomponentsofthemachiningprocess,processdesignandorderthetypeofhairembryo.Partoftheanalysisthroughthedevelopmentofmechanicalpartsprocessingline,thatthechoiceofsurfaceprocessingmethods,principlesandprocessingpartsofthepreparation.Fixturedeterminetheoverallplan,includingprocessingmethods,targetingprogrammesandpositioningerroranalysis,clampingprogramme,cuttingclampingforcecalculations.

Keywords:

fixturedesigndrill-processingmanufacturetechnology

目录

1齿轮油泵泵体零件技术要求………………………………1

1.1标题（二级）…………………………………………1

1.1.1标题（三级）……………………………………1

2.审查泵体的工艺性…………………………………………1

3.确定泵的生产类型…………………………………………2

4.确定毛坯.绘制毛坯简图…………………………………2

4.1选择毛坯………………………………………………2

4.2零件的工艺分析………………………………………2

4.2.1上端面4-Ф9mm的圆孔内表面…………………3

4.2.2两端4-φ5孔……………………………………3

4.2.4钻孔及攻螺纹孔…………………………………3

4.2.3泵体左端面6-φ9通孔……………………………3

4.3确定毛坯尺寸，设计毛坯图……………………………3

4.3.1确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差……………3

4.3.2确定机械加工余量………………………………4

4.3.3确定毛坯尺寸……………………………………4

4.3.5设计毛坯图………………………………………4

4.3.4确定毛坯尺寸公差………………………………4

4.3.5设计毛坯图………………………………………4

5.选择加工方法，制定工艺路线……………………………5

5.1定位基准的选择………………………………………5

5.1.1精基准的选择……………………………………5

5.1.2粗基准的选择……………………………………5

5.2各个表面的加工方法…………………………………7

5.3制定工艺路线…………………………………………7

6.工序设计（工序Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ）………………………8

6.1选择加工设备与工艺装备……………………………8

6.1.1选择机床…………………………………………8

6.1.2选择夹具…………………………………………9

6.1.3选择刀具…………………………………………9

6.1.4选择量具…………………………………………9

6.2确定工序尺寸…………………………………………9

7.确定切削用量………………………………………………10

7.1工序Ⅰ加工4-φ5盲孔………………………………10

7.1.1加工余量，工序尺寸和公差的确定……………10

7.1.2确定粗加工Φ4.5孔的切削用量………………12

7.2工序Ⅲ、Ⅴ加工φ9孔………………………………12

7.2.1确定粗加工Φ9孔的切削用量…………………13

7.3工序Ⅶ　钻削螺纹孔…………………………………13

7.3.1切削用量…………………………………………13

8.钻床专用夹具设计…………………………………………14

8.1夹具设计任务………………………………………14

8.2定位方案的确定………………………………………14

8.3选择定位元件…………………………………………14

8.4定位误差分析∆d………………………………………15

8.5切削力及夹紧力计算…………………………………15

8.6导向及引导装置设计…………………………………15

8.7确定夹紧机构…………………………………………16

参考文献………………………………………………………17

加工表面

尺寸及偏差

Mm

公差及精度等级

表面粗糙度Ra

μm

形位公差/mm

泵体上端面

88

IT8

泵体左端面

151

IT8

1.6

泵体右端面

151

IT8

1.6

泵体入口端面

φ22

IT8

12.5

泵体出口端面

φ22

IT8

12.5

泵体内部弧面

IT8

3.2

/O/

0.046

上端面4-φ9孔

IT8

25

两端4-φ5深7孔

IT8

3.2

泵体左端面6-φ9孔

IT8

25

出入口端面4-M8螺纹孔

M8

IT8

6.3

1.齿轮油泵泵体零件技术要求

2.审查泵体的工艺性

分析零件图可知

1．结构形状比较复杂，内部为空腔形，某些部位有“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均。

2．壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系；

3．泵体上的加工面，主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔。

4．钻孔结构——零件上的孔多数是用钻头加工而成，用钻头在零件上钻孔时，要使钻头尽量垂直于被钻孔的零件表面，以保证钻孔准确和避免钻头折断。

5．该零件除主要工作面外，其余表面加工精度均较低，不需求高精度机床加工，通过粗加工就可达到加工要求；而主要工作面虽然加工精度要求相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。

由此可见，该零件的工艺性较好。

3.确定泵的生产类型

依设计题目知：

Q=5000台/年，m=1件/台；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。

代入公式得

N=5000台/年X1件/台X（1+3%）X（1+0.5%）=5176件/年

4.确定毛坯、绘制毛坯简图

4.1选择毛坯

根据所用材料（HT30），泵体材料选用铸铁，同时由于泵体的外形简单，可以通过铸造获得。

由于零件属大量生产，可以应用砂型铸造，且采用金属模机器造型，这从提高生产率，保证加工精度以及节省材料上考虑，是合理的。

4.2零件的工艺分析

由表可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。

从零件图上可以看出，主要加工表面可以分为四个部分。

4.2.1上端面4-Ф9mm的圆孔内表面：

加工时要保证

的公差要求，以及表面粗糙度Ra25，表面要求不高。

4.2.2两端4-φ5孔：

粗糙度要求Ra3.2,表面要求较高，同时保证孔的深度7mm。

4.2.3泵体左端面6-φ9通孔：

粗糙度要求Ra25,表面要求不高。

4.2.4钻孔及攻螺纹孔：

出入口端面4×M8，保证尺寸16mm、孔深20mm,沉头锥角120°，粗糙度要求Ra6.3。

根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，上述各表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。

4.3确定毛坯尺寸，设计毛坯图

4.3.1确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差

参见本书第二章第一节，灰铸铁的公差及机械加工余量按表2-3和表2-4确定。

要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。

铸件机械加工余量等级　该值由铸件的成型方法和材料确定，成型方法为金属型铸造，材料为灰口铸铁，确定加工余量等级为D～F。

铸件尺寸公差　根据表2-3毛坯铸件的基本尺寸处于100～160之间，而铸件的尺寸公差等级取为８级，取铸件的尺寸公差为１.８mm。

4.3.2确定机械加工余量

根据查得的毛坯的加工余量等级为D～F，以及铸件的尺寸，定铸件的机械加工余量1.5mm。

4.3.3确定毛坯尺寸

根据成型零件的基本尺寸，以及确定的件机械加工余量和铸的尺寸公差确定毛坯的尺寸为基本尺寸加上2.5mm。

4.3.4确定毛坯尺寸公差

根据表2-3毛坯的尺寸公差等级去为8级，确定尺寸公差为1.8mm。

4.3.5设计毛坯图

毛坯图如下图所视。

5.选择加工方法，制定工艺路线

5.1定位基准的选择

本零件是带孔的类箱体零件，孔是其设计基准，在铣削零件的三个平面以及钻孔的时侯，都应以孔为定位基准，避免基准不重合误差的产生，在铣削底面时应该以铸件中的内圆弧为粗基准进行加工。

定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。

5.1.1精基准的选择

因为该零件的精基准为两个泵体内圆

，零件上很多表面都可以根据他们进行加工，既遵循了基准统一原则。

把它的轴线作为设计基准，选用选用其作为精基准定位加工6-φ9的孔，同时可加工4-M8的螺纹孔，以及4-φ9的孔，4-φ5深7的孔。

5.1.2粗基准的选择

作为粗基准的表面应该平真，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。

该泵体零件可以选择下端面为粗基准。

二表面加工方法的确定

加工表面

尺寸及偏差

Mm

公差及精度等级

表面粗糙度Raμm

加工方案

备注

泵体下端面

88

IT8

3.2

粗铣-半精铣

表1-8

泵体左端面

151

IT11

1.6

粗铣-半精铣

表1-8

泵体右端面

151

IT11

1.6

粗铣-半精铣

表1-8

泵体入口端面

φ22

IT11

12.5

粗铣

表1-8

泵体出口端面

φ22

IT11

12.5

粗铣

表1-8

泵体内部弧面

IT8

3.2

粗铣-半精铣

表1-8

上端面4-φ9孔

IT12

25

钻

表1-7

两端4-φ5深7孔

IT8

3.2

钻-粗扩-精扩-铰

表1-7

泵体左端面6-φ9孔

IT12

25

钻

表1-7

根据泵体零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加

出入口端面4-M8螺纹孔

M8

IT8

6.3

钻-攻丝

表1-10

工各表面的加工方法，如上表所示。

5.2各个表面的加工方法

（1）泵体下端面据表面粗糙度Ra3.2，考虑加工余量的安排，根据表1-8选用先粗铣后半精铣的方法加工。

（2）泵体左右端面据表面粗糙度Ra1.6，考虑加工余量的安排，根据表1-8选用先粗铣后精铣的方法加工。

（3）泵体出入口端面据表面粗糙度Ra12.5，考虑加工余量的安排，根据表1-8选用粗铣的方法加工。

（4）泵体内部弧面据表面粗糙度Ra3.2，考虑加工余量的安排，根据表1-8选用先粗铣后半精铣的方法加工。

（5）上端面4-φ9的孔根据表面粗糙度Ra25，选公差等级为IT8，根据表1-7选用钻削的加工方法。

（6）两端4-φ5的孔根据表面粗糙度Ra3.2，选公差等级为IT8，根据表1-7选用先钻后扩再粗铰再精铰的加工方法。

（7）左端6-φ9的孔根据表面粗糙度Ra25，选公差等级为IT8，根据表1-7选用钻削的加工方法。

（8）M8螺纹孔根据螺纹的加工方法，选用先钻后倒角再攻丝的加工方法。

5.3制定工艺路线

根据该零件的结构以及需要选用的定位基准，按照先加工基准面，以及先粗后精的的原则，该零件应先加工下底面，再钻孔，再加工其他表面的方法，具体工艺路线如下：

工序Ⅰ：

以泵体左右端面互为基准加工保证38的厚度尺寸后，加工4-φ5的深7的孔。

工序Ⅱ：

以泵体出入口端面互为基准加工。

工序Ⅲ：

以泵体内弧面为粗基准加工下端面，并钻削4-φ9的孔。

工序Ⅳ：

以下端面为精基准加工两个内弧面。

工序Ⅴ：

以铣削过的内弧面和一个支撑为定位，钻削直径9的六个孔。

工序Ⅵ：

以铣削过的内弧面和钻削后的孔和一个支撑为定位，钻削左右直径20的孔，然后扩孔至22，用相同的基准铣削进出口端面，保证长度100mm的尺寸。

工序Ⅶ：

以铣削过的底面和钻削后的孔和一个支撑为定位，加工M8的螺纹孔。

6.工序设计（工序Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ）

6.1选择加工设备与工艺装备

6.1.1选择机床

根据不同的工序选择机床。

a）关于铣削。

工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用立式铣床。

根据零件外廓尺寸，精度要求，选用X51式立式铣床即能满足要求。

b）关于钻削

零件中的孔加工主要涉及到钻、扩孔,攻螺纹。

由于加工面位置分散，表面粗糙度数值要求不同，因而选择Z550钻床。

6.1.2选择夹具

本零件结构不规则，不易进行装夹、定位，故工序Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ均选择专用夹具。

6.1.3选择刀具

根据不同的工序选择刀具。

a）工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铣端面时，在立式铣床上加工，所以选择端铣刀。

按表查得，选用镶齿套式面铣刀根据零件加工尺寸，所选铣刀直径D＝32mm，齿数Z＝4。

材料选择硬质合金钢。

b）工序Ⅲ、Ⅴ钻孔时，选择高速钢麻花钻头d＝9mm，长度L＝125mm，齿数Z＝3。

材料选择高速钢。

c）工序Ⅰ钻孔时，选择高速钢麻花钻头d＝4.5mm，长度L＝58mm，齿数Z＝3。

材料选择高速钢。

d）工序Ⅶ攻螺纹时，根据螺纹公称直径选择M8丝锥，直径d＝10mm，长度L＝72mm，螺距P＝1.25。

6.1.4选择量具

本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。

根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考有关资料，选择如下。

a）选择加工平面所用量具。

铣端面，选择读数值0.02，测量范围0～150游标卡尺。

b）选择加工孔所用量具。

Φ5mm、Φ9mm孔经过钻，扩两次加工，选择读数值0.01，测量范围5～30的内径千分尺。

M8×6H螺纹经过钻,锪孔，攻螺纹加工，测量范围5～30的内径千分尺，攻螺纹时选择螺纹塞规进行测量。

6.2确定工序尺寸

本零件各工序加工余量，工序尺寸及公差，表面粗糙度见下表。

（mm）

加工表面

工序余量

工序尺寸及公差

表面粗糙度

/μm

粗

半精

粗

半精

粗

半精

端面

3

100、88

Ra6.3

Φ5孔

4.5

0.5

Φ4.8

Φ5

Ra12.5

Ra3.2

4-Φ9孔

Φ9

Φ9

4-Φ9孔

Φ9

Φ9

M8螺纹

1.6

M8

7.确定切削用量

7.1工序Ⅰ加工4-φ5盲孔

本工序为钻，已知加工材料为HT30，铸件；机床为Z550立式钻床，工件装夹在专用夹具上。

7.1.1加工余量，工序尺寸和公差的确定

该工序的加工过程为：

1）根据图纸尺寸确定加工圆心，以圆心作为定位基准，首先加工Φ4.8mm的孔，保证工序尺寸P1。

2）还是以圆心作为定位基准，精加工Φ4.8mm的孔，加工至Φ5mm，保证工序尺寸P2。

则画出工艺尺寸链，如下图

从图知，P2=2.5mm,且P2=P1+Z，其中Z为半精铰余量，由表格3-32，知P2=

（实际为

，我们取半径，所以除以2）

由表2-40，查得Z=

（实际为

），且Z为封闭环，P2为增环，P1为减环，

则AZ=AP2-AP1，则AP1=AP2-AZ=2.5-0.25=2.25，恰与P1的基本尺寸相同，则证明无误。

=

-

，则

=

-

=0.0075-0.007=+0.0005，

=

-

，则

=

-

=0.004-0=+0.004。

则P1=

余量校核：

Zmax=P2max-P1min=2.5075-2.254=0.2535,

Zmin=P2min-P1max=2.504-2.255=0.249。

余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的，将工序尺寸按入体原则表示为：

P1=

P2=

7.1.2确定粗加工Φ4.5孔的切削用量

所选刀具为直柄麻花钻。

I.确定背吃刀量ap

钻孔粗加工双边余量4.5mm，显然ap＝4.8/2＝2.4mm。

II.确定进给量f

根据表5-22，在高速钢钻头钻孔时，麻花钻直径为φ4.8mm,进给量f＝0.07～0.12mm/r，选择进给量为0.11mm/r。

III.确定切削速度

由表5-22知在铸铁上钻直径4.5的孔，v=16～24m/min,取v=20m/min

则可知n=v/（3.14*d）*1000=1415r/min,查表4-9，选n=1400r/min,再代入v=n*3.14*d/1000=19.8m/min。

做完上述工步后，与要求的尺寸相差0.5mm,则需要用直柄机用铰刀进行半精加工，并达到精度要求3.2，材料选择高速钢。

根据表5-26，则

确定背吃刀量ap1,显然ap1=0.5/2=0.25mm.

确定进给量f1,根据表5-22，知道f1=0.07～0.12mm/r,选择进给量为0.10mm/r。

确定切削速度，根据表5-26，知道最大切削速度为v1=8m/min,则可知n=v/（3.14*d）*1000=510r/min,查表4-9，选n=500r/min,再代入v=n*3.14*d/1000=7.85m/min。

7.2工序Ⅲ、Ⅴ加工φ9孔

本工序为钻，已知加工材料为HT30，铸件；机床为Z550立式钻床，工件装夹在专用夹具上。

7.2.1确定粗加工Φ9孔的切削用量

所选刀具为直柄麻花钻。

Ⅰ.确定背吃刀量ap

钻孔粗加工双边余量9.0mm，显然ap＝9.0/2＝4.5mm。

Ⅱ.确定进给量f

根据表5-22，在高速钢钻头钻孔时，麻花钻直径为φ9.0mm,进给量f＝0.12～0.20mm/r，选择进给量为0.15mm/r。

Ⅲ.确定切削速度

由表5-22知在铸铁上钻直径9.0的孔，v=16～24m/min,取v=20m/min

则可知n=v/（3.14*d）*1000=708r/min,查表4-9，选n=735r/min,再代入v=n*3.14*d/1000=6.6m/min。

7.3工序Ⅶ　钻削螺纹孔

本工序为钻，已知加工材料为HT30，铸件；机床为Z550立式钻床，工件装夹在专用夹具上。

7.3.1切削用量

确定粗加工M8螺纹底孔的切削用量。

所选刀具为直柄麻花钻。

Ⅰ.确定背吃刀量ap

钻孔粗加工双边余量7mm，显然ap＝7/2＝3.5mm。

Ⅱ.确定进给量f

根据表3-2和4-10，在高速钢钻头钻孔时，莫氏锥柄阶梯麻花钻直径为φ7mm,进给量f＝0.12～2.64mm/r，选择进给量为0.4mm/r。

Ⅲ.确定切削速度

由表5-22知在铸铁上钻直径7mm的孔，v=16～24m/min,取v=20m/min

则可知n=v/（3.14*d）*1000=909r/min,查表4-9，选n=996r/min,再代入v=n*3.14*d/1000=21.9m/min。

8.钻床专用夹具设计

8.1夹具设计任务

设计任务要求设计加工4-φ9通孔的专用夹具。

已知：

工件材料为HT30，毛坯为铸件，所用机床为Z550型立式钻床，成批生产规模。

8.2定位方案的确定

由于本方案设计的是4-φ9的通孔专用机床夹具，孔的位置都已规定，所以要限制X轴的转动和移动，Y轴的转动和移动，Z轴的转动和移动等6个自由度。

实际上，本道工序不需限制沿Z轴的移动自由度，但考虑到加工的方便以及切削力的影响，限制其沿Z轴的移动自由度。

8.3选择定位元件

根据要求用一个长心轴先在φ54的孔处来固定Z轴的转动和移动、Y轴的转动和移动，再用一个短削边销在另一个φ54的孔处和长定位销配合固定X轴的转动，最后用一个支撑板在零件的一个端面来固定零件在X轴方向的移动。

这就满足了元件所要求的定位方案。

8.4定位误差分析∆d

选择一端面为定位基准，工序基准也为该端面，所以定位基准与工序基准重合，基准不重合误差∆b=0。

由于定位基准与支撑板存在一定的设计误差，定位基准的加工也就是端面加工是的端面粗糙度，端面的粗糙度为0.0016mm。

支撑板选择公差数值为IT5也就是0.02mm，所以基准位移误差∆j为0.0016mm+0.02mm=0.0216mm。

所以此孔的定位误差∆d=∆j+∆b=0.0216mm+0mm=0.0216mm。

根据加工要求所需的公差等级IT8的孔也就是加工误差为0.022mm，定位误差<加工误差，所以此定位方案合理。

8.5切削力及夹紧力计算

刀具：

硬质合金麻花钻，d=9.0mm。

由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查《切削手册》表2.3，切削力计算公式为：

其中，

=410,

=0.75,

=9.0mm，

=0.15，

=

×

×

其中：

与加工材料有关,取0.94；

与刀具刃磨形状有关,取1.33；

与刀具磨钝标准有关,取1.0，则：

F=410×