机械设计制造及其自动化专业毕业论文设计195柴油机单缸泵泵体打窝扩孔专机及其夹具设计.docx
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机械设计制造及其自动化专业毕业论文设计195柴油机单缸泵泵体打窝扩孔专机及其夹具设计
三江学院
本科生毕业设计（论文）
题目195柴油机单缸泵泵体打窝扩孔专机
及其夹具设计
院（系）三江学院高等职业技术学院
专业机械设计制造及其自动化
学生姓名徐杰学号G095152027
指导教师王志斌职称工程师
起讫日期2012.11～2013.4
设计地点三江学院高等职业技术学院
摘要
本文介绍了195柴油机单缸泵体机械加工中打窝扩孔专用钻床的设计。
主要介绍了钻孔专机三图一卡的编制、主轴箱的设计、夹具的设计以及导向模板的设计。
在夹具的设计中许多零件选择了通用件；在刀具的设计中，对传统的刀具进行了改进，解决了195柴油机单缸泵体的一个技术难题。
这种专机的设计在保证加工精度要求的前提下降低了成本，减轻了劳动强度，提高了机床的生产率，配置也更加的灵活。
关键词：
195柴油机单缸泵体；专用钻床；夹具；导向模板。
ABSTRACT
Thisarticleintroducedamachinetoolofdoublesurfacecoarsedrillinginmachiningdieselengine’s195dieseloilpump.Thearticleintroducedtheweavingofthedrillingspecialmechanicalmachiningcard,thedesignoftheaxisboxes,thedesignofthejigandthedesgnoftheprincipalaxis;inthedesignoftheclamp,IappliedthelocalizergoingwiththeVformstyle,soitcanensurethepressureclamptheaccessory,alsoupdatingthedegreeofautomatization.Bythewayofuninstallingoftheaccessory,Idesignthedrillingtemplateofthemovingdrillingtemplatethatconnectwiththebox.Thedesignofthespecialmachinenotonlycanensuretheprecisionofthemachiningbutalsocanreducethecost,easetheworker’sintenstity,advancetheproductivity,thecollocationisflexible.
Keywords：
195dieselOilPump；SpecialTemplate；MultipleAxisBoxes；MovingDrillingTemplate
目录
前言·······························································1
第一章加工方案拟定·············································2
1.1零件分析·······················································2
1.2工艺安排·······················································2
第二章总体设计··················································5
2.1加工工序图·····················································5
2.2加工示意图····················································5
2.3机床联系尺寸图·················································7
2.4机床生产率计算卡图············································8
第三章机床夹具设计·············································10
3.1概述··························································10
3.2定位装置的设计················································10
3.3夹紧装置的设计················································11
3.4导向装置······················································14
3.5设计导向模板的主要注意事项·····································13
第四章结论·····················································15
致谢································································16
参考文献··························································17
附录································································18
前言
单缸油泵是中小型柴油机的主要配套部件之一，其性能在很大程度上将影响柴油机的整体性能质量。
195柴油机单缸泵体又是单缸泵中的主要关键零件。
为了保证油泵的整体性能，设计中对泵体零件提出了很高的技术要求。
我国目前中小型柴油机所用的单缸油泵主要来自于专业配套厂，其中有较资深的国有企业，也有新兴的乡镇企业。
195柴油机单缸泵体的生产主要采用通用机床加专用夹具以工序分散组织方式进行。
存在的主要问题是加工质量不稳定，精度低，废品率高；个别关键精度要求普遍难以保证，导致油泵整体性能难以达标，成为困扰行业的一个技术难题。
行业内部也一直不断地在进行技术攻关，但见效不大。
本设计是在原有的粗加工到精加工回转机床的设计基础导上加以改进的，原有的回转机床，由于结构紧凑，那么必然带来了机床的复杂程度，导致了机床的维修，调试的不便。
为此，如果把工序分开，采用专用机床来完成不同的工序，形成一个生产线来实现工件加工，那么机床的复杂程度下降了，机床的维护和调试也就方便多了。
工件的加工精度也得到了相应的提高。
不过机床的数量多了，增加了工作场所，对厂房的使用面积增多了，这是唯一的不足之处。
本设计是设计了195柴油机单缸泵体打窝扩孔的专用机床，它是一个工程实际应用的课题，它是对我这四年来所学专业知识的检验，在了解了产品特性工艺要求的前提下，进行打窝扩孔专机的总体方案的设计及部件设计（即三图一卡及夹具装配图设计）
在设计过程中王志斌老师对我们的设计提出指导，在此深表感谢。
由于时间的限制，还有我们的水平和实际工作经验的限制，设计中的疏漏之处和不正确的地方，敬请各位指导老师和验收老师指正。
设计人：
徐杰
第一章加工方案拟定
1.1零件分析
目前中小型柴油机配套用单缸油泵的品种较多，但总体上来说差异不大，其中以AK型较为典型。
图1所示为AK泵泵体零件简图，其零件坯料位铸件，材料为HT200。
由图可见其形体比较复杂，缺少理想、可靠、稳定的定位基准，各加工要素间具有较高的位置精度要求，加工内容涉及到钻、扩、膛、攻丝、割槽等多种工艺。
从行业调查结果看，该零件加工中存在的主要问题是Φ9H8齿杆孔与Φ14G8齿圈孔间的中心距尺寸12.08±0.04以及图中各项形位公差较难达到。
尤其是12.08±0.04超差率很高。
从目前制造业水平看，采用先进的制造装备加工零件，上述精度不成问题。
但单缸泵是个微利配套产品先进设备的高投入将给企业带来沉重的压力，导致利润进一步降低，甚至出现亏损。
因此针对泵体行业目前的生产批量特点，采用经济高效的专用工艺装备进行加工方为上策。
1.2工艺安排
图1AK泵泵体零件简图
（1）总体方案：
由于缺少理想、可靠、稳定的定位基准，为了保证中心孔系与Φ9H8齿杆孔间的位置精度，主要采用了组合机床工序集中的方案，将相关要素集中，以多方面、多工位同时加工的形式在一次定位装夹下进行加工，从而经济地满足要求。
（2）工艺步骤：
工序1车Φ45f9外圆、端面F及左右端面等
工序2粗钻中间孔，钻铰3-Φ8.7至8.7H7
工序3工步1预钻Φ9H8定心孔，扩左中心孔系
工步2钻Φ9H8至Φ8，割左孔内宽槽
工步3攻M20X1.5螺纹
工步4铣铰Φ9H8至Φ8.8H10，镗铣Φ14G8至Φ13.8H10
工步5精铰Φ9H8，精铰Φ14G8及端面
工序4工步1粗扩右侧Φ25H9孔
工步2精扩右侧Φ25H9孔
工步3割右侧内孔槽
工步4铣内缺口
工步5镗Φ25H9
工序5其他次要表面加工
工序1采用普通车床加专用夹具安装加工，为工序2加工提供精基准（Φ45f9及F面）。
工序2采用双面加工机床组合机床对中心孔面组合作为后续工序3、4的统一精定位基准。
工序3采用回转多工位立卧复合组合机床，逐步分级进行加工，减少误差复映，确保左侧
中心孔系各相关要素及Φ9H8间的加工尺寸位置精度。
工序4采用卧式回转多工位组合机床完成25H9孔的加工，保证其尺寸位置误差要求，同时兼顾完成孔内一些次要表面的加工。
工序5以通用机床完成零件外围一些次要表面的加工。
三．关键技术措施解析
（一）定位方案
（1）为了保证Φ9H8齿杆孔与Φ14G8齿圈孔间的孔距精度，工序3各工步采用了基准
统一的方案，即以前面工序之已加工表面B面<3>加2-Φ8.7<2+1>为定位基准，确保稳定
可靠的定位精度。
（2）工序4加工Φ25H9各工步采用B面<3>、Φ14G8<2>及Φ8.7H7<1>为定位基准，基
准重合有利于保证Φ25H9与Φ14G8间的同轴度要求。
（3）考虑到工序1急攻的经济性，对基准面B的跳动不适合提太高的要求，因此夹具
上与B面<3>对应的支撑采用环面与工件接触，以减少B面跳动误差对定位精度的影响。
（二）加工方法的选择
（1）Φ9H8齿杆孔（立轴）：
钻定心孔（Ⅱ）工位---钻孔（Ⅲ）工位---铣铰（Ⅳ）工
位---精铰（Ⅴ）工位。
Φ14G8齿圈孔（卧轴）：
扩孔（Ⅱ）---镗铰（Ⅳ）工位---精铰（Ⅴ）工位。
以上工艺对Φ9H8齿杆孔和Φ14G8齿圈孔分步逐级提高精度，立卧动力头相关工步在同
一工位一次安装条件下同时加工完成，从而消除定位误差对加工精度的影响。
各工步刀具均采用精密导向。
Φ9H8孔铣铰和精铰刀采用双导向结构，从而确保刀具的
正确位置，见图2.
Φ9H8齿杆孔和Φ14G8齿圈孔半精加工分别采用铣铰、镗铰工艺见图2，以减少或消除
前面预制孔加工位置误差在本工步加工中引起的仿形误差，确保为精加工准备好位置精度
达到图纸所需的精度。
（2）Φ18端面与Φ14G8齿圈孔精加工时由一把铰刀一次成形加工完成，加工终了一死
挡铁定位停留并延时以确保加工端面平整。
该端面为浅止口，与Φ18孔结合处刀具容易磨
损而不易清跟，从而其实际端面工作状态，降低密封性能。
为此端面做成2°中鼓形，见
图
3.确保齿圈与泵体Φ14G8孔口部接触以实现良好密封。
（3）Φ25H9孔受工位限制采用：
粗扩——精扩——镗孔工艺确保孔的准确位置从而保
证其与Φ14G8孔的同轴度要求。
镗孔采用滚动镗模结构，利于维护、保持和恢复精度。
（4）左部内宽槽Φ24x11采用专用偏心割槽刀杆一次成型加工完成，由于该槽处于孔深
处，且底孔小、槽宽而深，刀具工作条件较
差，因此刀具寿命相对比较短些。
（5）鉴于回转专机调试不便，所以将机床的横向工作台和立柱分开。
采用随行夹具。
机床示意图如下：
图2机床示意图
第二章机床总体设计
2.1加工工序图
2.1.1绘制加工工序图：
在本道工序的工序图中，表达了加工孔根据制定的加工方案，在组合机床上完成工艺
内容，加工部分的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部件以
及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前的余量、毛坯或半成品情况，是机床设计中
的重要技术文件之一。
（见加工工序图）
2.1.2加工工序图的作用及其内容：
（1）被加工零件的形状和轮廓尺寸与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。
打窝Φ9孔时，用到的中间导向套，故要检查工件、夹具、刀具是否发生干涉，经检验不发生干涉
现象。
（2）加工用定位基准。
压紧部分及方向，以便确定夹具的支撑（包括辅助定位支撑），限位、夹紧、导向系统的设计。
（3）本道工序加工部分的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求、还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）
（4）必要的文字说明，加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。
2.1.2绘制加工工序图的注意事项：
（1）为了使本道工序清晰明了，一定要突出机床的加工内容，用粗实线画出加工部位，尺寸、角度等应在相应的数值下加画粗实线。
（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。
（3）应注明零件加工时机床提出的特殊要求。
（4）画出定位基准符号，并标出消除自由度数量。
并画出夹压位置符号。
2.2加工示意图
2.2．1加工示意图的作用和内容：
（1）反映机床的加工方法（打窝Φ9、扩孔Φ18.5）加工条件及加工过程。
（2）根据加工部分的特点及加工要求，决定刀具的类型、数量（双工件装夹，故刀具两把），结构、尺寸（直径和长度）等。
（3）决定主轴的类型，规格尺寸及外伸长度。
（4）选择标准的接杆，浮动卡头、导向装置、刀杆托架等并决定它们的结构、参数及尺寸。
（5）标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸，配合及其精度。
（6）根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各轴的切削用量。
（7）决定机床动力部件的工作行程及工作循环（具体情况如下：
）。
1.Φ18.5孔的确定：
工进=切入长度+加工长度+切出长度=40mm
快退长度=工进长度+快进长度=200mm
快进长度=160mm
动力部件总行程=前备量+快退量+后备量=250mm
2.Φ9孔的确定：
工进=12mm
快退=180mm
快进=168mm
总行程=250mm
（8）该注意的问题：
加工示意图应于机床实际加工状态一致，表示出工件安装状态及主轴加工方法。
图中尺寸应标注完整，尤其是从多轴箱端面至刀尖的轴向尺寸链应齐全，以便于检查行程和调整机床。
图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。
确定钻-攻螺纹复杂工序动力部件工作循环时，要注意攻螺纹循环（包括工进和退出）完成丝锥退出工件后，动力部件才能退出。
加工示意图要有必要的说明如：
被加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷却液及其它特殊工艺要求等。
2.2．2选择刀具、工具、导向装置并标注其相关位置及尺寸
（1）刀具的选择
选择刀具时，打Φ9孔的同时要加工Φ18.5，应选直径与加工部位尺寸、精度相适应，钻孔Φ9，其长度要保证加工完成后，刀具尾端与导向端面有一定的距离。
由于工件的材料为HT200，生产批量较大，故选择高速钢钻头，且左端采用复合刀具Φ18.5复合铰刀，提高了工序集中的程度，Φ9孔采用标准刀具。
（2）导向的选择
铰刀工作时导向模板内的导套会不断的磨损，达到一定程度必须更换，因此采用可换导套。
导套为采用衬套，一边倒套更换并保护导向模板不被更换频繁而平破坏。
我是采用固定导向模板，单支点导向。
立式的采用随行夹具的导向装置导向，由于立式的刀具细而长故采用双支点导向，更好的保证了加工精度。
由《机床夹具手册》得铰套、衬套和配套螺钉的尺寸。
（3）初定主轴类型、尺寸、外伸长度
（4）Φ18.5孔由《组合机床设计简明手册》表6-11得：
v=21m/minf=0.2mm/r
2.2．3夹具轮廓尺寸的确定
工件的轮廓尺寸和形状式确定夹具体的基本依据，具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。
2.2．4机床底座及装料高度的设计
为了满足用户要求和机床的整体性，底座被设计成一个整体。
装料高度是指工件安装基面到地面的距离。
在确定机床装料高度时，首先要考虑工人是否操作方便，体现以人为本的原则。
2.3机床联系尺寸总图
2.3．1机床联系尺寸总图的作用和内容
机床联系尺寸总图是表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图。
用以检验各部件相互位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据。
其内容主要包括：
（1）表明机床的配置形式和总布局。
以适当的视图用同意比例画出各个主要部件的外轮廓形状和位置。
表明机床基本形式及操作者的位置等。
（2）完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置以及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。
（3）标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件的名称，全部组件应包括机床全部通用部件及专用零部件，不得泄露。
（4）表明机床验收标准及安装规程。
2.3．2各个部件的选择
（1）动力箱的选择
Φ18.5孔
P
=
=
=0.16KW
P
=
=
=0.68KW取
=0.9
P
=P
=1.36KW
由《机械工程及自动化简明设计手册（上册）》表2-2得
电动机型号为Y100L1-4额定功率为1.5KW额定转速为940r/min
由《组合机床设计简明手册》表5-38得
动力箱型号为1TD25IA驱动轴转速为520r/min
由《组合机床设计简明手册》表5-40得动力箱与多轴箱、滑台的联系尺寸
由《组合机床设计简明手册》表5-3得液压滑台型号1HY25IA及联系尺寸
（2）φ9孔
P
=
=
=0.5KW
P
=
=
=0.56KW取
=0.9
P多=2P多1=1.12kW
由《机械工程及自动化简明设计手册（上册）》表2-2得
电动机型号为Y100L1-6额定功率为1.5kW额定转速为940r/min
由《组合机床设计简明手册》表5-38得
动力箱型号为1TD25IA驱动轴转速为520r/min
2.3．3绘制机床联系尺寸总图的注意事项
机床联系尺寸总图应按机床加工终了状态绘制。
图中应画出机床个部件在长、宽、高方向的相对位置联系尺寸及动力部件退至起始位置尺寸（动力部件起始位置画虚线）；画出动力部件的总行程和工作循环图；应注明通用部件型号、规格和电动机型号、功率及转速；对机床各个组成部件标注分组编号。
当工件上加工部件对工件中心线不对称时，应注明动力部件中心线同夹具中心线的偏量。
对机床单独安装的液压站和电气控制柜及控制台等设备应确定安装位置。
绘制机床联系尺寸总图时，各部件应严格按同一比例绘制，并仔细检查长、宽、高三个坐标方向的尺寸链均要封闭。
机床具体分组如下：
（1）第10—19组——支承部件。
一般由通用的侧底座、立柱及底座和专用中间底座等组成。
（2）第20—29组——夹具及输送设备。
夹具是组合机床主要的专用部件，常编为20组，包括工件定位夹紧及固定导向部分。
（3）第30—39组——电气设备。
电气设计常编为30组，包括原理图、接线图和安装图等设计，专用操纵台、控制柜等则另编组号。
（4）第40—49组——传动装置。
包括机床中所有动力部件如动力滑台、动力箱等通用部件。
编号40组，其余修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。
（5）第50—59组——液压和气动装置。
（6）第60—69组——刀具、工具、量具、和辅助工具等。
（7）第70—79组——多轴箱及其附属部件。
（8）第80—89组——冷却、排屑及润滑装置。
（9）第90—99组——电气、液压、气动等。
2.4机床生产率计算卡
根据加工示意图所确定的工作性循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。
生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷率等关系的技术文件。
它是用户验收机床生产效率的重要依据。
2.4．1理想生产率Q
理想生产率Q（单件为件/h）是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。
它与全年工时总数tk有关，一般情况下，单班制tk取2350h，两班制tk取4600h，则
Q=
2.4．2实际生产率Q1
实际生产率Q1（单位为件/h）是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。
即
Q1=
式中T单——生产一个零件所需时间（min），可按下式计算：
T单=t切+t辅=（
+
+t停）+（
+t移+t装、卸）
式中：
L1、L2——分别为刀具第I、第II工作进给长度，单位为mm
Vf1、Vf2——分别为刀具第I、第II工作进给量，单位为mm/min
t停——当加工沉孔、止口、鍯窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转5—10转所需要的时间。
L快进、L快退——分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为mm；
vfk——动力部件快速行程速度。
用机械动力部件时取5—6mm/min;用液压动力部件时取3—10mm/min；
t
——直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.1mm；
t
——工件装、卸时间（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切削及吊运工件等）。
它取决于装卸自动化程度。
工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。
通常取0.5-1.5min。
如果计算出来的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即Q12.4．3机床负荷率Q
当Q1>Q时，机床负荷率为二者之比。
即
Q
=
组合机床负荷率一般为0.75-0.90。
2.4．4编制生产率计算卡
年生产纲领40万件，两班制。
1.理想生产率Q
Q=
=
件/h=87件/h
Q
=
=43.5件/h（一台机床同时加工两个零件）
2.实际生产率Q1
（1）Φ18.5孔T=
=
min=0.61min
（2）Φ9孔T=
=
min=0.47min
辅助时间T辅=1min
取机加工时间为0.47min，总工时为2.298min，单件工时为1.149min。
则实际生产率Q1：
Q
=
=
件/h=52.2件/h
3.机床负荷率Q
Q
=
=
×100%=83.3%
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