泵体零件的加工工艺及专用夹具的设计论文.docx

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泵体零件的加工工艺及专用夹具的设计论文

西安航空学院

本科毕业设计（论文）

题目：

泵体零件的加工工艺及专用夹具的设计

学院：

机械工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

学号：

30

学生姓名：

duonp

指导教师：

二〇一七年六月八日

学士学位论文原创性声明

本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权西安航空学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

作者签名：

日期：

导师签名：

日期：

泵体零件的加工工艺及专用夹具的设计

摘要：

设计名为“泵体零件的加工工艺及专用夹具的设计”的课题旨在通过编写加工工艺和设计专用夹具两个方面来加深学生对理论知识的理解和对机械设备的掌握。

对于加工工艺规程的编制，主要涉及到零件毛坯的合理选用和零件的合理加工：

选用毛坯要考虑毛坯制造是否节约时间和成本，毛坯成品是否易于加工，是锻造还是铸造；零件的加工要考虑设备的选用，尽可能地利用零件的有关表面和孔轴减少误差，要满足“定位基准”原则，对于工序的要求，满足精量化和简单化。

对于专用夹具的设计，主要涉及到钻零件夹具的设计和制造：

钻夹具要保证要求的倾斜度在合理范围内，同时更要保持与工作台面的稳定性。

关键词：

泵体零件；工艺规程；定位基准；专用夹具。

Thedesignofthemachiningprocessandspecialfixtureofpumpparts

Abstract：

Designcalled"pumpbodypartsprocessingtechnologyandspecialfixturedesign"bywritingwillleadtoprocessingtechnologyandspecialfixturedesigntwoaspectstodeepenstudents'understandingoftheoreticalknowledgeandmasteryofmechanicalequipment.

Forprocessingprocedures,mainlyinvolvesthereasonablepartsandchoosingproperblankpartsprocessing:

chooseblanktoconsiderwhetherornottheblankmanufacturingtosavetimeandcost,blankproducteasytomachining,castingorforging;Partsprocessingtoconsidertheselectionofequipment,asmuchaspossibletousepartsofthesurfaceandtheholeaxisandreduceerrortomeet"locatingdatum"principle,totherequirementofprocess,meetthefinequantizationandsimplicity.

Tothedesignofthespecialfixture,mainlyinvolvesdrillingpartsfixturedesignandmanufacturing:

theinclinationofthedrilljigtoensurethattherequirementswithinareasonablerange,butalsotomaintainthestabilityofworkbenchface.

Keywords:

Pumpparts;Processplanning;Positionbase;Specialfixture

1序言

1.1课题研究意义

“泵体零件的加工工艺及专用夹具的设计”主要是通过UG建模来分析零件构造，然后编写该零件的加工工艺规程，设计相关夹具来完成机械零件的制造。

设计该零件的主要目的是熟练运用相关软件（如UG、CAPP等制图软件），设计的目的是创新，最大化减轻环境污染，减少劳力耗时，减弱人力操作，减去可见繁杂，通过一系列的改进来提高生产力，从而增升良品加工率，改善生产环境。

随着机械行业的快速发展，各种新材料、新工艺和新技术不断被合成、创新和发明，机械制造工艺正向高质高效的方向发展。

各种新工艺的出现突破了传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工的材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。

特别是数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。

然而传统的工艺加工在目前、在我国仍然是机械行业的主力军，在我们不断创新制造新的设备和仪器的时候，也可以改进现有设备和仪器来提高生产率，而加工工艺就是重中之重，加工工艺涉及到计算、测量、校准、定位、误差等,这些都是就算是世界上最先进的数控机床在运作过程中也避免不了的核心问题，所以说改进加工工艺是把整个机械行业向更高一级质量提升的必不可少的一个过程，或者说是一个环节。

现代制造技术与机械制造工艺自动化的长足发展，确实使机械行业发生了巨变，制造的零件越来越精密，制造的设备越来越多地承担起以前不曾敢想到的操作，同样的，各种各样的工具也被设计和制造出来，被广泛运用到各个领域，工具功能十分显著，尤其是机床夹具，它对零件加工的质量、生产率和成品利润都有着直接的影响，因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。

泵体零件工艺与夹具设计在学习了机械制图、机械工艺学、机械设计、机械工程材料等知识后的一次综合运用，需要耗费相当的时间和精力，是极其重要的教学环节，更是检验学生理论知识的考试环节，如何正确地编写一个零件的工艺规程，确定一个零件的基准定位，设计一个零件的专用夹具，保证一个零件的加工质量，这些都需要缜密的思维能力和超强的计算能力以及基本的创新能力。

本次设计既能培养学生的自学与创新能力，又能检验学生的理论和操作能力，所以说本次设计具有很强的综合性和实践性，要将理论与实践相结合，努力做好本次设计，完成毕业设计任务。

1.2课题研究现状

我们国家的机械行业的发展经历了漫长的时间，这里主要了解1949年以后的机械行业现状。

题外话，有的人可能观看过热播的一个有关机械的纪录片：

《超级工程》，这档纪录片主要讲述了中国改革开放以来国家面貌和居民生活的巨大改变，而改变这一切的，就是中国工人，或者说是中国机械。

高铁，桥梁，道路，海港，一个又一个的超级工程告诉我们一个事实，中国的机械行业已经不再以前那种漫山遍野粗制滥造和模仿山寨的景象，而是以全新的面貌展现在世界面前，创新，是科技发展不竭的动力，中国的高铁已经走向世界，国产大飞机已经实现首飞，超级计算机的运算能力称霸全球，航空母舰成功下水，数不胜数的实例摆在面前，让人不得不感叹中国机械行业面貌焕然一新得如此之快。

我国是一个需求大国，而机械行业是目前我国劳动力最为积聚的领域，这也是我国参与世界经济贸易最主要的方式，即制造。

在以前，我们生产的商品只是被称之为“中国制造”、“madeinchina”，而现在，我们更容易听到许多人称之为“中国智造”、“Designedbychina”。

那么，在这短短的三十年来，中国的机械行业发展变化为何如此之快呢？

从整体来看，当前中国的机械制造发展情况始终保持良好的态势并且已经形成了比较牢固的基础和抗冲击的能力，企业的创新意识慢慢取代了陈旧的借鉴思想，互联网时代的到来又大大激发了企业的创新能力，企业和个人可以通过网络相互联系交流，产生丰富多彩的创新点子，缩短了研发周期，也使得个人的才能得到重用，所谓双赢。

当然，由此产生的偷窃别人知识产权和创新成果的事件也就愈演愈烈，这是后话。

我国的机械行业起步晚、基础薄、设施差、理论弱，与已经经历了两次工业革命的西方国家的机械行业有着完完全全的区别：

1949年以后，全国范围内真正能够正常使用的工厂没有几家，几乎是白手起家，当时的人民群众热情高涨，正值国家急需建设的时候，每个人都有钱出钱，有力出力，在最困难的时候，建成了第一座跨江大桥，即南京长江大桥，作为中国人民自行设计制造的第一座跨江大桥，在中国桥梁史上有着重要的意义，它是1949年以来中国经济建设最重要的成就，一穷二白，没有钢铁就发动群众一起炼，没有起重机就发动群众一起抬，没有成熟的理论就发动群众集思广益。

南京长江大桥的建成也是对旧有机械设施和理论知识的一次整合创新，算得上是中国机械行业设备更新化、理论修改化、数据标准化的开始，之后的很长一段时间，中国的机械行业发展开始进入平稳发展阶段，几乎谈不上进步，一直到了改革开放之后，外来资本给中国经济注入了新鲜血液，中国厂商开始接触大量的国外的制造设备以及理论知识，并且很快有机会更换已经不能再落后的设备，学习新的标准与国际接轨，改革开放的这十几年，中国经济发展速度之快超乎人的想象，作为新的世界工厂，中国已经当了一个好学生，开始开发自己的创新力，新的记录、新的设备，近年来，中国的工程师们攻克了无数的世界性难题，建成了世界上最长的高铁交通线路，制造了世界上最大的风力扇叶，建造了世界上最长的悬索桥，制成了是加速最大的电射望远镜，这些，都是中国创造。

这些年，中国的企业通过引进外来机械技术和管理方法，对其消化吸收，然后仿制，再到国产，一方面提高了制造技术，另一方面提升了管理效率，先进制造技术的普及和自我创新意识的提高，中国的机械行业正在迈进一个高精密的发展阶段，但与工业发达的西方国家相比，仍存在阶段性的差距，主要体现为制造技术的落后，西方国家已经普遍应用计算机辅助设计技术和优质高效低耗工艺及装备，而中国大部分企业仍然采用落后的工艺装备进行生产，优质高效低耗的先进工艺普及程度太低。

目前中国的制造技术太过于依赖国外技术导致自主开发的科技成果形成的产业较少。

主要是因为：

一、技术开发能力和技术创新能力的薄弱，没有持续的发展后劲；二、对引进技术的消化吸收以国产化为主，自主开发为辅；三、技术开发经费严重不足，没有一个良好的创新环境，缺乏一个良性的借鉴循环；四、对知识产权的保护，相关法制不完善，抄袭和借鉴的低成本使得企业个人难以下功夫去创新；五、作为机械行业关键的环节，企业没有真正成为开发的主体，不注重创新和人才，只注重制造和劳力，难以形成企业文化。

这些都是中国机械行业面临的问题，需要政府和企业共同去努力解决。

1.3课题研究内容

综述机械行业的发展趋势；

熟悉工序技术要求，准备设计资料；

制定的夹具设计方案，并对其方案进行经济分析；

呈现形式：

零件图纸一张（1张4号），夹具设计图纸5张（1张0号，4张4号），零件工艺规程1本，毕业设计论文1份。

1.4课题研究方案

制订规程：

规程是整个零件加工的基础，必须要计算和测量每个孔、每个轴、每个面、每个槽的数据。

在设计开始的过程中，首先通过泵体零件图，了解其相关结构特点和技术要求，仔细分析其加工表面的平行度、粗糙度和垂直度等硬性要求，其轴孔的轴度、圆度、粗糙度等精度同和它们的轴线之间的平行度、垂直度以及轴面之间的平行度、垂直度等相互位置精度。

作为整个零件加工的关键，零件的尺寸必须弄清楚，搞明白。

划分工序：

工序是整个零件加工的核心，必须要确定和保证加工每一道加工顺序、每一条工序内容。

在加工开始的过程中，要合理安排工序的集散程度，具体的划分工序阶段可以根据生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等综合因素确定。

根据实际生产条件确定工艺过程的工序数量；如批量小时可采用工序集中原则，在通用机床进行加工，批量大时可采用工序分散原则，在流水线组织生产，具体情况具体分析。

基准选择：

根据粗基准选择原则，以不加工的表面作为粗基准、选择要求加工余量均匀的表面作为粗基准、选择余量最小的表面作为粗基准和选择平整光洁且尺寸足够大的表面作为粗基准；根据精基准选择原则，基准重合和基准统一。

夹具设计：

泵体零件的夹具设计主要是钻夹具设计。

1.5小结

本章主要讲述了泵体零件的研究意义和现状，深层次阐述了泵体制造和夹具设计的重要性，它不仅仅在于提升个人的学识水平，也可以通过此次设计制造，发掘到比较好的设计制造方案，来替代现有的某些旧有方案，通过实践验证该设计的正确性。

机械发展到现在，一直注重创新，需要不断改进旧工艺，实现机械的快速发展。

课题研究的简述，主要通过基准来引出如何加工零件。

2零件的分析

2.1零件的作用

泵体是机器比较基础的零件之一，其作用是将机器和部件中的轴、套等有关零件联接成一个整体，并使之保持正确的相对位置，彼此之间协调工作，以传递动力、改变速度、完成机器或部件的预定功能。

要求箱体零件要有足够的刚度和强度，以及良好的密封性和散热性。

因此箱体零件的加工质量直接影响机器的性能、精度和寿命。

2.2零件的工艺

根据图2-1可知，标有表面粗糙度的表面有底座端面、轴面和孔径等。

其中表面粗糙度要求最高的是Φ48mm的轴段，公差等级达到IT7级，表面粗糙度为Ra1.6μm。

该轴是整个泵体零件的主要设计基准。

从精度要求来看：

泵体底座前端面和后端面应与Φ38mm孔的轴线垂直，3个Φ9mm孔的轴线应与Φ38mm孔的轴线平行；3个Φ9mm孔的水平线相交于Φ38mm孔的圆心，且水平线相互角度均为120°。

从工艺要求来看：

Φ48mm轴的轴线对泵体底座端面的垂直度要求可以通过使用专用夹具来保证；Φ48mm轴的公差等级为IT7级，表面粗糙度为Ra1.6μm，可通过精车来保证；M18x1.5配合孔的轴线与工作台面的倾斜角度为60°，可以通过使用专用夹具来保证。

图2-1泵体零件图

2.2.1毛坯形状

此泵体的外形比较简单，有多个加工要求高的孔径和平面，主要加工的面是轴孔，轴孔之间要求位置精度和尺寸精度相当高。

结构特点如下：

外形组成比较简单，是由一个不规则的平台和有锥度的圆柱体组成的多面体；

结构形状比较简单，内部为空腔型；

泵体加工的面包括平台的侧面和两端面、凸出轴的轴面、以及几个精度要求高的孔。

2.2.2技术要求

尺寸精度要求：

主要包括内径两个配合孔的尺寸精度要求；

表面粗糙度要求：

主要包括内径和两个配合孔的表面粗糙度精度要求，另外要求改泵体零件表面阳极化；

装配要求：

主要包括装配基准面和定位基准面的平面度和表面粗糙度精度要求。

2.3小结

本章主要讲述了泵体零件在加工前需要了解的数据，比如毛坯的制造是锻造还是铸造，其力学性能如何，形状尺寸该如何如确定，根据设计要求确定各个面、孔和轴的表面粗糙度、平行度等数据，等一切准备完毕之后才可以进行下一个阶段，作为下一个阶段的基础阶段，需要考虑各方面的因素，以免进行毛坯加工时影响加工。

3零件的工艺规程设计

该泵体零件的工艺规程设计主要通过CAPP电脑制图软件制作，主要包括工序附图、工艺路线卡片、毛料图表以及机械加工工序卡片。

3.1确定零件毛坯的制造形式

由该零件的功用可知，该零件要有足够的刚度和强度，以及良好的密封性和散热性。

因此选用了锻件材料LY12，所以可以确定毛坯的制作形式为锻造。

3.1.1毛坯的物理性能

LY12是一种高强度铝，可以进行热处理强化，该合金的特点是强度高，耐热性较强，抗蚀性不高，所以常采用阳极氧化处理以提高抗腐蚀能力。

LY12基本参数：

执行标准：

GB/T3880-2006（最新版）

抗拉强度：

≧425

密度：

2.78g/cm³

LY12具有十大特点，使之成为被运用最广泛的硬铝合金之一，其特点包括稳定，组织致密，公差精度高，加工性能强，弯曲性能优异，能够抗腐蚀和抗高温，染色处理均匀而有光泽，能够很好的物理性质均匀性，时效处理后完美消除内应力。

3.1.2毛坯的设计条件

零件为批量生产，因此选用锻造毛坯，毛坯形状与成品相似，锻件可以获得更加精确的粗基准，利于加工；硬铝合金具有良好的力学性能，不会因为加工温差而产生缩孔和裂纹，时效处理后的硬铝合金能够保持完好的力学均匀性，便于加工；锻件精度高，表面质量与机械性能较好，适于批量生产。

表3-1

加工表面

尺寸及偏差

表面粗糙度

公差及精度等级

前端面

34mm

Ra6.3μm

Φ48mm轴段

Φ48mm

Ra1.6μm

Φ46mm轴段

Φ46mm

Ra6.3μm

中心孔

Φ38mm

Ra6.3μm

定位孔

3xΦ9

Ra6.3μm

配合孔

M18x1.5

Ra6.3μm

锥面

∠30°

Ra6.3μm

倒角

1x45°

Ra6.3μm

退刀槽

Φ48h6mm

Ra6.3μm

3.2确定零件毛坯的定位基准

3.2.1粗基准的选择

采用泵体凸出轴的两平行侧面作为粗基准，两侧面为直接锻造形成，符合“以不加工的表面作为粗基准”和“选择余量最小的表面作为粗基准”的原则,而且要避免粗基准重复使用。

3.2.2精基准的选择

采用泵体底座前端面作为精基准，此表面比较大，而且还有定位孔，是一种典型的“一面两孔”的定位方式，泵体底座侧面以及中心孔的加工都可以通过对此表面的定位来完成，符合“基准统一”原则。

3.2.3机械加工顺序

零件的主要表面以及其它的加工表面的合理机械加工顺序可以精简加工、提高质量和降低成本，而零件的机械加工顺序也是基于工序的划分和基准的定位转换而来。

一般原则为：

“先粗后精”原则：

根据先粗加工，其次半精加工，然后精加工的顺序，最后加工主要表面的顺序。

除了基准平面外，精度越高、表面粗糙度Ra值越小的表面应置于工序末尾防止划伤或者在前面加工作定位时受到挤压而影响精度。

“先主后次”原则：

先加工主要表面，达到一定精度以后再加工次要表面。

“先面后孔”原则：

平面定位比孔定位稳定得多。

“基准先行”原则：

在各加工阶段中，先加工基准表面，后加工其它表面。

3.3确定工序余量

端面的加工余量

根据要求，端面的表面粗糙度为Ra6.3μm。

参照（机械制造工艺学）表3-6得，采用粗铣-半精铣两道加工工序完成，经济精度为IT11；参照表1-8得尺寸公差为0.39。

所以毛坯的尺寸为34+1.0+1.5=36.5mm。

ø38孔的加工余量

根据要求，ø38孔的表面粗糙度为Ra6.3μm。

参照表3-5得，采用粗镗-半精镗两道加工工序完成，经济精度为IT13，参照表1-8得尺寸公差为0.39。

所以毛坯的尺寸为38+0.3+0.3+0.1=38.7mm。

ø9孔的加工余量

根据要求，ø9孔的表面粗糙度为Ra6.3μm。

参照表3-5得，采用粗镗—半精镗两道加工工序完成，经济精度为IT13，参照表1-8得尺寸公差为0.22。

所以毛坯的尺寸为9+0.2+0.2+0.1=9.5mm。

凸出轴的加工余量

根据要求，凸出轴的表面粗糙度为Ra6.3μm。

参照表3-4得，采用粗车-半精车两道加工工序完成，经济精度为IT11，参照表1-8得尺寸公差为0.16。

因为需要预制作轴上的两个相互平行的面，所以毛坯的直径尺寸为48+1.7+1.3+2.0=53mm，长度尺寸为68+1.0+1.0=72mm。

ø48轴的加工余量

根据要求，ø48轴的表面粗糙度为Ra1.6μm。

参照表3-4得，采用精车这一道加工工序完成，经济精度为IT7，参照表1-8得尺寸公差为0.025。

所以毛坯的尺寸为48+0.3=48.3mm。

M18X1.5孔的加工余量

根据要求，M18X1.5孔的表面粗糙度为Ra6.3μm。

参照表3-5得，采用钻-扩-铰三道加工工序完成，经济精度为IT8，参照表1-8得尺寸公差为0.027。

所以毛坯的尺寸为17+0.44+0.09+0.06=17.94mm。

3.4确定工序尺寸

一般来说，加工某表面的最终工序尺寸可以直接按照零件图的要求确定，而加工过程中的工序则是最终工序尺寸±工序加工余量，即采用后续推前序的方法，由零件图尺寸推算到毛坯尺寸。

因此确定了工序余量后，可以根据设计尺寸推算出工序尺寸。

表3-2铣底座前端面

加工形式

公差等级

公差值

加工余量

工序尺寸偏差

半精铣

IT11

0.16

1.0

340-0.16

粗铣

IT13

0.39

1.5

34.80-0.39

加工前

-

-

-

36.5

表3-3铣底座侧面

加工形式

公差等级

公差值

加工余量

工序尺寸偏差

半精铣

IT11

0.16

1.0

-

粗铣

IT13

0.39

1.5

-

加工前

-

-

-

-

表3-4钻ø38、ø9孔

加工形式

公差等级

公差值

加工余量

工序尺寸偏差

粗铣

IT13

IT13

0.39

0.22

0.3

0.2

Ø380.390

Ø90.220

加工前

-

-

-

Ø38.7

Ø9.5

表3-5镗ø38、ø9孔

加工形式

公差等级

公差值

加工余量

工序尺寸偏差

半精镗

IT10

IT10

0.1

0.058

0.1

0.1

Ø380.10

Ø90.0580

粗镗

IT12

IT12

0.25

0.15

0.3

0.2

Ø38.10.250

Ø9.10.150

加工前

-

-

-

Ø38.4

Ø9.3

表3-6粗车凸出轴

加工形式

公差等级

公差值

加工余量

工序尺寸偏差

粗车

IT11

0.16

3.7

Ø49.30-0.16

加工前

-

-

-

Ø53

表3-7半精车凸出轴、倒角、退刀槽

加工形式

公差等级

公差值

加工余量

工序尺寸偏差

半精车

IT9

0.062

1.0

Ø48.30-0.062

加工前

IT11

0.16

3.7

Ø49.30-0.16

表3-8精车ø48轴段

加工形式

公差等级

公差值

加工余量

工序尺寸偏差

精车

IT7

0.025

0.3

Ø480-0.025

加工前

IT9

0.062

1.0

Ø48.30-0.062

表3-9钻、扩、铰M18X1.5孔

加工形式

公差等级

公差值

加工余量

工序尺寸偏差

铰

IT7

0.018

0.06

Ø17.940.0180

扩

IT8

0.027

0.09

Ø17.850.0270

钻

IT9

0.043

0.44

Ø170