壳体的工艺与工装的设计.docx
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壳体的工艺与工装的设计
扬州职业大学
毕业设计论文
设计（论文）题目：
壳体的工艺与工装的设计
系别：
机械工程系
专业：
机电一体化技术
班级03机电（3）班
姓名：
刘雷雷
学号：
0301020322
指导老师：
吴红
完成时间：
06年5月
（一）产品介绍-------------------------------------------------------------------1
（二）计算生产纲领-------------------------------------------------------------2
1，计算生产纲领决定生产类型
2，生产纲领
（三）零件的分析----------------------------------------------------------------3
1.零件的结构的分析
2，零件的技术分析
（四）确定毛坯--------------------------------------------------------------------4
1，毛坯的铸造方式
2，铸件的尺寸
3，铸件的加工余量
4，零件—毛坯综合图的绘制
（五）工艺规程设计--------------------------------------------------------------5
a）定位基准的选择
Ⅰ粗基准的选择
Ⅱ精基准的选择
b）制定工艺路线
c）拟订定位方案和选择定位元件
Ⅰ定位方案
Ⅱ选择定位元件
d）初步拟定加工工艺路线
e）修改后的工艺路线
6，选择加工设备
7，填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡
（六）机床夹具设计----------------------------------------------------------------6
1，加工中心用的夹具
Ⅰ零件体工序的加工要求分析
Ⅱ确定夹具的类型
2，工作台面与夹具体的设计
Ⅰ定位装方案
Ⅱ加紧机构设计
Ⅲ夹具精度分析与计算
Ⅳ绘制夹具总图
Ⅴ总图的绘制
（七）设计所参考书籍-----------------------------------------------------------------7
第一章产品介绍
世界上包括我国的中重型卡车用动力几乎百分之百采用柴油机。
轻型卡车中
的５０％以上也是用柴油机。
从上世纪九十年代开始，欧洲生产的轿车中已
有３０％采用柴油机，目前已接近４０％。
而对柴油机的性能和排放影响最
大的部件是燃油喷射系统。
燃油喷射系统俗称油泵油嘴，是柴油机的心脏部
件。
由于其产品要密封几百巴甚至更高压力的燃油，同时又要精确控制其喷
油量、喷油时刻，因此，其制造精度极高。
随着我国对汽车排放实施逐步严
格的排放标准，对燃油喷射系统提出了更高的要求，喷射压力已提高到１０
００－１６００巴，控制要求还要细化到控制喷油规律，控制一次喷油过程
中的多次喷射，因此，控制系统电子化是不可逆转的趋势。
燃油喷射装置的
电控系统又是整个汽车电子控制的基础和核心。
因此，未来燃油喷射系统是
一个集高精密加工技术、电子数控技术于一体的高新技术产品，行业也由劳
动密集型、技术密集型向技术密集、资金密集的行业转变，面对这一形势，
我国燃油喷射系统行业正在经历着一场严峻的变化。
产品发展动态；
燃油喷射系统产品发展围绕着执行国家汽车排放标准推进。
燃油喷射系统是车用
柴油机改善排放、降低油耗、提高性能最有效、最关键的部件。
近年来我国高速
公路、高等级公路发展迅猛，因此中重型载重车的吨位、功率不断提高，柴油机
的排量增大。
与此相应，多缸喷油泵中喷射压力高，工作能力大，泵体刚性好的
Ｐ型泵（包括Ｐ７、ＰＷ、ＰＮ、ＰＢ等）产量增加很快。
２０００年时，全国
Ｐ型泵产量才８．１８万台，２００１年即达１７．２６万台，翻了一番，２０
０２年达到４５．８万台，又翻了一番多，２００３年为４８万台，增幅大大趋缓。
与此相对应的喷射压力较低的Ａ、ＡＤ喷油泵，已从２００２年５３．５万
台下降到２００３年的４１．７万台，下降了２２％。
六十年代设计投产的用于
轻型卡车和农用运输车低喷射压力泵Ｉ号泵，其产量已从鼎盛时１９９６年近５
０万台跌至２００３年的３０万台，跌幅４０％。
南京威孚金宁生产的ＶＥ分配
泵从２０００年的１．１９万台，至２００１年的３．２５万台，２００２年的
５．１２万台，至２００３年的７．７万台。
三年内的产量增加５．５倍。
当前，
喷射压力达１００Ｍｐａ、工作能力更大的Ｐ７１００喷油泵，是满足欧Ⅱ排放
标准的重型卡车发动机的关键部件。
在最近２－３年来，产量将快速增加。
从近
几年产品发展速度来看，燃油喷射系统行业中一个产品可以生产几十年的历史将
结束，产品更新周期加快，这是燃油喷射系统行业面临的挑战。
市场预测及行业展望；
由于我国载重汽车的发展速度不会像轿车发展那么快，因此燃油喷射系统产
品在今后几年内其总量上也不会出现突破性发展，但每年仍将以１０％左右的速
度在增加。
有一点值得注意的是我国柴油轿车何时能有长足的发展。
目前已有一
些轿车生产企业和发动机生产厂家在规划、研制轿车柴油机。
一旦柴油轿车实现
批量生产，则相应的燃油喷射系统产量会突发性增长。
我们展望行业未来，可以预测：
１．主导产品向行业大企业进一步集中
由于汽车要求配套的燃油喷射系统产品向高喷射压力、电子控制方向发展，燃油
喷射系统行业正向技术密集性产业发展，高精设备的投入和技术开发费用所占比
重加大，这对投资少、技术力量不足的小企业是个严峻考验。
再加上汽车配套所
必须的一整套严格的技术认证程序，都将促使燃油喷射系统主导产品向行业大企
业集中。
计划经济体制下无法解决的生产布点分散的局面将有可能彻底解决。
而
民营小企业会进一步占据那些技术含量略低的产品生产。
２．产品型式将由单一的多缸直列泵向单体泵、泵喷嘴和共轨系统发展
新中国成立５０多年来，除了农用小缸径单缸泵外，汽车用多缸柴油机一直
采用多缸直列泵作为主导产品，几乎没有其他燃油喷射系统。
唯一例外的是康明
斯ＰＴ燃油喷射系统，每年也才３０００台左右，用于引进的重型车用康明斯Ｎ、
Ｋ系列柴油机。
随着汽车向大功率、低排放方向发展，中国第一汽车集团公司已
经引进德国道依兹公司发动机，该机采用高置式单体泵燃油喷射系统，每年产量
将逐步达到３－５万台。
广西玉林柴油机厂也正在开发研制采用电控单体泵燃油
喷射系统的车用柴油机，准备达到欧Ⅲ排放标准。
有的大汽车企业正在开发的大
功率车用柴油机将采用箱体合成式单体泵，因此用于大中功率车用柴油机的单体
泵将成为今后我国燃油喷射系统又一主导产品。
同时，一汽无锡柴油机厂、上海
柴油机厂等有名的发动机制造厂正在开发用电控共轨喷射系统的发动机，以满足
欧Ⅲ排放法规。
因此，多缸柴油机采用单一的多缸直列泵的局面必将打破。
４．我国燃油喷射系统行业正面临着国外大公司的激烈挑战
２００３年世界著名的燃油喷射系统生产厂商－－德国Ｂｏｓｃｈ公司与
我国最大的燃油喷射系统生产企业－－无锡威孚集团公司正式签约在无锡开发
区建立规模巨大的生产燃油喷射系统产品的合资企业，总投资３．６亿欧元（约
３６亿人民币）。
Ｂｏｓｃｈ公司控股，主导产品是喷油器总成、喷油嘴偶件和
电控燃油喷射系统。
由于该合资企业依托技术先进、开发力量雄厚的德国Ｂｏｓ
ｃｈ公司，又有巨大规模的投资，企图垄断我国未来燃油喷射系统市场，我国燃
油喷射系统行业面临极大挑战，现有行业中的企业有可能陷入生死存亡的危险。
日本电装公司与上海伊维公司合资，已经成立了上海东维油泵油嘴公司，美国Ｄ
ｅｌｐｈｉ公司准备在中国建立独资或合资企业，这将使我国燃油喷射系统行业
雪上加霜。
如果我们没有自己的电控燃油喷射系统产品，不以自己的优势（例如
较低的价格，较完善的售后服务系统）在国内市场上占有一席之地，那么在１０
－１５年后现有的燃油喷射系统企业原有的产品已不能维持再生产，企业从萎缩
至淘汰，这决不是危言耸听。
而燃油喷射系统行业又关系到汽车发动机乃至汽车
行业，也关系到与发动机有关的军用车辆、船舶、机车、工程机械行业，因此关
系到我国国民经济健康发展的一件大事。
我们绝不能坐以待毙。
尽量选用柴油车也是交通运输节油途径之一。
柴油机与汽油机相比，具有功率
大、燃油热效率高、使用寿命长、起动性能好、一氧化碳和碳氢化合物排放低，
油耗低等一系列优点，因而在工业发达国家柴油机汽车发展很快，在世界范围内
出现了汽车柴油化的趋势。
中国柴油车生产比例1998年为26%，但2003年降到24.3%。
2003年生产的
汽车中，99.98%的重型载重汽车，91.84%的中型载货汽车，87.95%的轻型载货汽
车，85.01%的大型客车和86.82%的中型客车采用了柴油发动机。
但只有14.8%
的轻型客车采用柴油发动机，微型客车全部为汽油车，生产柴油轿车只占轿车生
产量的0.31%（6921辆）。
汽车柴油化应该成为中国汽车工业的一个发展方向。
由此可见柴油机将会在未来的汽车工业中将担任着重要的角色，而柴油机的心脏
即是油泵所以说油泵将会有很大的需求量，壳体是油泵调速器的工作场所（油泵
的调速器主要安装于壳体内）。
其工艺工装设计的是否合理将会直接关系到油泵
能否正常的工作从而影响油泵的性能指标。
第二章纲领的计算
（一）计算程设计生产纲领决定生产类型
如附图所示的PW2000导例油泵的壳体，（无锡咸孚股份有限公司,一个国
有企业）则该产品年产量为8000台,（1件/台）壳体,设备品率为17%机械加
工废品率为0.5%,现制定该零件的机械加工工艺流程.
技术要求；
（1）压铸件应解除内应力
（2）未说明铸造同角为R2-R3
（3）铸件表面不得有粘砂,多内,裂纹等缺陷
（4）铸件不允许有眼存在,导用压铸件（精密铸造）
（5）未注明倒角为0.5ⅹ450
（6）去元刺，锐边倒钝
（7）压铸件材料为CD-ALSI8CU3
生产纲领N
N=Qn（1+a%+b%）
=8000ⅹ（1+17%+0.5%）
=9400（件/年）
油泵壳体的年产量为9400件/年现通过计算，该零件的质量
为4kg,生产纲领对工厂的生产过程和生产组织有着决定性的作用，包括觉得各
工作点的专业化程度，加工方法，加工工艺设备和工装等。
同一种产品，生产纲领不同也会有完全不同的生产过程和专业化程度，即有着完
全不同的生产组织类型。
根据生产专业化程度的不同，生产组织类型可分为单件生产，成批生产，和大量
生产三种，其中成批生产可分为大批生产，中批生产和小批生产，下表1-3
是各种生产组织管理类型的划分，从工艺特点上看单件生产与小批生产相近，大
批生产和大量生产相近，因此在生产中一般按单件小批，中批，大批大量生产来
划分生产类型，这三种类型有着各自的工艺特点。
表1-1
生产类型
零件年生产类型（件/年）
重型机械
中型机械
轻型机械
单件生产
≦5
≦20
≦100
小批生产
＞5～100
＞20～200
＞100～500
中批生产
＞100～300
＞200～500
＞500～5000
大批生产
＞300～1000
＞500～5000
＞5000～30000
大量生产
＞1000
＞5000
＞50000
所以综上所说，根据生产类型和生产纲领的关系，可
以确定该产品的生产类型为大批量生产。
关键字；材料CD-ALSI8CU3N=9400（件/年）生产类型；大批量生产
第三章零件的分析
1，零件的结构分析
PW2000系列油泵壳体是柴油机心脏（油泵）调速器箱的一个重要零件。
油泵调
速器的零部件安装于壳体内，安装平面和定位孔
结构简图所示；
主要通过调速器箱控制动元件的快慢运动。
2,l零件的技术分析；
由壳体零件图可知，材料为CD-ALSI8CU3.
（铝合金材质）该材料具有较高的韧性，耐（热和磨）及减振性适用于高温环境，
易振动场合的耐磨零件。
该零件上主要加工为A面，B面,另一端大平面，¢68
的孔
A面平面度为0.1mm直接影响壳体与泵体的接触精度与密封。
B面平面度为0.04mm，垂直度0.1mmB面平面度为0.04mm，垂直度
1.1mm相对A面，水平度0.2mm，要求更严格，主要与其他驱动元件的精
2.
确配合，以达到油泵的运动精度。
第四章毛坯的确定
合金的铸造性能所涉及的主要是铸件的质量问题，铸件结构设计时，必须充分考
虑适应合金的铸造性能。
否孔，缩松，裂纹，冷隔，浇不足气孔等多种铸造缺陷，
造成铸件很高的废品率。
我们选用压铸的方式即将液态或半液态金属快速压入金属铸行中，并在压力的作
用下凝固。
其种铸造方式产品质量最好，生产效率也高，能取得良好的经济效益，
根据零件材料DGTALSi8Cu3铝合金材料，N=9400件/台，G=4×8㎏；可知其
生产型为大批量生产。
由于铝合金的昂贵普通铸造既浪费严重，更达不到零件
结构要求，也不便于加工，因此我们选用压铸，为了消除压铸后的残余应力，在
压铸完成后的将铸件低温加热过程中使合金产生强化，以消除应力即人工时效。
关键字；毛坯加工方式为压铸。
铸件的尺寸公差；
铸件的尺寸公差分为16级，由于生产的客观要求我们选取0.05mm
铸件的加工余量；
对于成批大量生产的铸件加工余量，由工艺人员手册查得，选取GA级，（铅合
金压铸）。
各表面的总余量见表2—12，由工艺人员手册可得加工表面总余量
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量数据
A面
82
G
3.5
Z面
82
H
4
B面
145
G
4
X面
80
H
4.5
Y面
76
G
4
主要毛坯尺寸及公差/mm
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
A面轮廓尺寸
82
4+3.5
89.5
3.6
Z面轮廓尺寸
82
4+3.5
89.5
4
B面轮廓尺寸
145
4
148
22
2，件毛坯综合图的绘制
由于毛坯尺寸与成品零件的尺寸在大体上是一致的,图在这里就省略了,详见（资
料袋:
零件毛坯图一张,A0图纸）.毛坯的尺寸可由前零件的尺寸和加工余量而确
定.
第五章工艺规程设计
（1）定位基准的选择
1精基准的选择
油泵调速器壳体的大平面A和平面B以及Φ68的孔,他们既是装配的基
准又是设计的基准,用他们作为精基准.能使机械加工遵循基准重的原则,
能实现’一面二孔’的典型定位公式,其余各面以及孔的加工也能用他定位,
这样使工艺路线遵循了”基准统一”的原则,操作也比较方便.
2粗基准的选择
考虑到以下的几个要求,选择Φ68的零件的内孔作为粗基准
要求如下:
能保证各个加工面均有加工余量的前提下,使重要孔的加工余量均匀.
能保证定位准确,夹紧可靠.
制定加工的工艺路线
根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的最经济的精度,确定各表面
的加工方法如下:
A面的精度要求比较高,普通的铣是不能够满足的,得须有精铣,即先粗铣,然后
再精铣,这样才能达到A面的精度要求,而Z面的精度要求不是很高,普通单铣可以
达到要求,所以单铣就可以了.X面和Y面也同样如此,只需要单铣就能达到尺寸的
要求,同样钻,扩,绞锤,也为单遍就可以了,不用分粗精.
利用集中的原则,即在一次的装夹的情况下,完成大多数表面和孔的加工.以保
证精度要求,多次装夹不仅的麻烦,费时,费力而且容易造成装夹误差集中的原则
则可以避免产生装夹误差.
又根据先面加工后孔的加工,先主要平面的加工后次要平面的加工,先粗加工后精
加工的原则将工艺的加工路线初步拟定如下:
设计类别
主要内容
结果
工艺规程的设计
工序号
工序内容
车间
10
毛坯入库检验
质量
20
毛坯合格入库
毛坯
30
粗精铣大平面A平面
油泵
40
粗精镗内孔Ф68
油泵
50
压6.1扁孔
油泵
60
加工顶面B及两侧面
油泵
70
压衬套
油泵
80
加工正面及两侧面
油泵
90
压衬套
油泵
100
加工正面孔及两侧面x面y面
油泵
110
综合去毛刺
车间
120
零件的清洗
油泵
130
成品综合入库
油泵
上述加工工艺路线的方案遵循了工艺路线,拟定的一般原则性某些工序还存在些
问题,编制的不够合理,还得进一步思考,讨论和修改.
如:
粗铣大平面A,由于没有一个确定的定位基准,给铣削加工带来了很大的麻烦,
所以在这里用铣削的方式加工大平面A显得不合理,我们采用CNC控制系统找正
内孔,然后车大平面A,这样不仅可以达到加工大平面A的目的,而且省略了许多
麻烦.
工序40的工艺路线制定也存在问题,粗精樘内孔为确保其孔的精度在加工之前去
毛刺.
工序50压6.1扁孔,由于考虑到一般采通用的机床为主,辅以专用机床,其生产方式
为以通用机床和专用夹具为主,辅一少量专用机床的流水生产线.
粗精车大平面A考虑到生产类型是大批量生产和产品的精度要求,我们选用数据
车床,即CK3220外加专用的夹具,可转位刀具为主,精度检测仪选用游标卡尺.
粗精镗内孔Ф68
同样是因为生产的批量是大批量生产以及产品的精度要求,我们还得依靠
CK3220外加夹具来完成,精度检测仪选用内径百分表.
气密性实验装置
采用气密试验检测机（专用）,这里就不作过多的介绍.
压6.1扁孔
采用油压机Y41—25KN（专用机床）
加工顶面B以及两侧面,由于加工面比较多,而且不是在同一平面内,这样如果采
用普通的机床会很麻烦,而且容易造成误差而造成产品的废品率增多,在这里我们
从经济的角度出发选用卧式加工中心五轴联动JE30S专用夹具,其优点是在一次
的装夹下可以完成多界面的铣,削加工,很方便且精度也得到保证.
压衬套
采用气压机,其机床也是专用机床,在这里也不作过多的叙述.
加工正面反面两侧面
同样,此道工序加工的面比较多,而且被加工面也不在同一平面,其精度
要求也比较高这样操作会比较麻烦,而且多次装夹易产生误差,从经济的角度出
发，
选用卧式加工中心来完成这道工序比较方便,我们仍采用80工序一样的加工设
备,
即卧式加工中心五轴联动JE30S,外加专用夹具..
钻Ø2的孔
由于孔比较多，用普通的机床对其进行加工比较复杂，而且孔的精度要求也
‘
比较高，在这里我们从经济的角度出发我们选择加工中心对其进行加工，即
FZ12W（046-22）.
Mm/镗孔Φ68余量和加工尺寸
¢68
余量
精度等级
工序尺寸及公差
粗镗
2.75
H10
¢67.5+0.120
精镗
0.25
H7
¢68+0.030
气密性检验：
采用专一的气密检测装置，（在这里就不做过多的介绍）
修改后的工艺路线见下表
表二修改后的工艺路线
设计类别
主要内容
结果
工艺规程设计
工序号
工序内容
设备
10
毛坯入库检验
20
毛坯合格入库
30
粗精车大平面
CK3220
40
去毛刺
50
粗精镗内孔Φ68
CK3220
60
气密试验
BST（E29-36）
70
压6.1扁孔
Y41-25KN
80
加工顶面及两侧
JE30S
90
压衬套
JE30S
100
加工正面及两侧面x面y面
110
钻Φ2孔左侧面
JE30S
120
钻Φ2孔右侧面
FZ12W（046-22）
130
综合去毛刺
Z512B
135
零件清洗
800Ⅱ（792-167）
135j
成品检验
140
成品入库
。
3选择加工设备和检测工具；
综上所述所用的加工设备和检测装置主要为；远州卧式加工中心JE30S，
自动数据库车床CK3220游标卡尺，钳工台，内径百分表，气密性检测装置
BST（E26-36），锉刀。
4填写机械机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。
工艺文件祥见袋内（附表）
第六章夹具的设计
在金属切削机床上进行加工时，为了保证工件加工表面的尺寸，几何形状和
相互位置的精度等要求，在加工方法确定之后，需要解决的问题之一是使工件相
对于刀具和机床占有正确的加工位置（即工件的定位）并把工件压紧夹牢，以保
证这个确定了的位置在加工过程中稳定不变（即工件的夹紧）着就是工件在上的
正确安装。
在现代自动化生产中，数控机床的应用已愈来愈广泛。
数控机床加工时，刀
具或工作台的运
动是由程序控制，按一定坐标位置进行的。
数控机床夹具设计时应注意以下几点：
1．数控机床夹具上应设置原点（对刀点）。
2．数控机床夹具无需设置刀具导向装置。
这是因为数控机床加工时，机床、夹
具、刀具和工件始终保持严格的坐标关系，刀具与工件间无需导向元件来确定位置。
3．数控机床上常需在几个方向上对工件进行加工，因此数控机床夹具应是敞开式的。
4．数控机床上应尽量选用可调夹具、拼装夹具和组合夹具。
因为数控机床上加
工的工件，常是单件小批生产，必须采用柔性好、准备时间短的夹具。
5．数控机床夹具的夹紧应牢固可靠、操作方便。
夹紧元件的位置应固定不变，
6．防止在自动加工过程中，元件与刀具相碰。
数控夹具是指夹具按数控程序使
工件进行定位和夹紧功能的夹具。
工件一般采用一面两孔定位，夹具上两个
定位销距离的调节。
以及定位销插入和退出定位孔的动作，均可按程序实现自动
调节。
调节距离的方式有按直角坐标平移方式、按极坐标回转方式和复合式三种。
该零件加工工序多，精度要求较高，但形状较为复杂。
在加工中心上若用夹具加
工，工件可采用一面两孔的定位方案，先将工件的底平面及其上两孔进行粗、精
加工，再在加工中心上完成其他表面的加工。
机床夹具的分类：
机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：
1）通用夹具
通用夹具具有一定的通用性。
2）专用夹具
专用夹具是针对某一种工件的某一个工序而专门设计的。
3）通用可调整夹具和成组夹具
通用可调整夹具和成组夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。
4）组合夹具
组合夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。
5）随行夹具
随行夹是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。
机床夹具的功用
1）保证加工质量
机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。
2）提高生产率，降低成本
使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多件、多工位加工。
3）扩大机床工艺范围
在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围。
4）减轻工人劳动强度，保证生产安全。
1，设计的准备：
为了提高劳动生产率，保证质量，精度，需要设计专用夹具。
2，总体设计
工件
升级会员 