齿轮泵箱体设计与数控编程.docx
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齿轮泵箱体设计与数控编程
毕业设计说明书
题目齿轮泵箱体设计与数控编程
专业
班级
学生姓名
指导教师
2010年4月18日
一、绪论…………………………………………………………………………………………………3
二、毕业设计目的与要求………………………………………………………………………………3
三、二维图………………………………………………………………………………………………3
四、三维图………………………………………………………………………………………………5
五、齿轮泵箱体的功用、结构特点和技术要求和选材………………………………………………10
六、齿轮泵箱体加工工艺分析…………………………………………………………………………11
七、设备的选择…………………………………………………………………………………………16
八、刀具的选择和夹具的设计…………………………………………………………………………16
九、齿轮泵箱体加工工艺路线…………………………………………………………………………17
十、数控加工程序………………………………………………………………………………………19
十一、设计小结…………………………………………………………………………………………27
十二、参考文献…………………………………………………………………………………………28
一、绪论
本次课程设计的题目是齿轮泵箱体加工工艺设计，在学校通过学习了机械制造基础和机械设计基础等专业知识的学习，对于该课程的设计有了一定的认识。
机械制造技术基础课程设计课程是在学习完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为毕业后从事设计工作打下了良好的基础。
本次设计比较贴近顶岗实习工作的有关内容，我所从事的工作是在厂里面操作加工中心，通过几个月的操作我对加工中心有了一定的认识，所以就利用这次机会更加全面的了解加工中心。
二、目的与要求
1．培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能的目的。
2．培养学生建立正确的科学思想、认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风。
3．培养学生调查研究、收集资料，熟悉有关技术文件，运用国家标准、手册、等资料进行机械零件设计或加工（如设计计算，数据处理，工程制图等）、编写技术文件等独立工作能力。
三、齿轮泵箱体二维图
齿轮泵箱体前盖二维图
齿轮泵箱体前盖图
齿轮泵箱体后盖图
齿轮泵支座图
四、齿轮泵箱体三维图
齿轮泵箱体前盖三维图
齿轮泵箱体支座三维结构图
齿轮泵箱体后盖三维结构图
齿轮泵箱体整体三维图
五、齿轮泵箱体零件功用、结构特点和技术要求和选材
（一）箱体零件的功用
齿轮泵箱体是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴套、齿轮等相关的零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系传递运动或动力，并对内部零件起到清洁和保护的作用。
因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。
（二）箱体类零件的结构特点
箱体的种类很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中功用的不同有着较大的差异。
但从工艺上分析它们仍有许多共同之处，其结构特点是：
1．外形基本上是由六个或五个平面组成的封闭式多面体，又分成整体式和组合式两种；
2．结构形状比较复杂。
内部常为空腔形，某些部位有“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均。
3．箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系；
4．箱体上的加工面，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。
（三）箱体类零件的技术要求
1．轴承支承孔的尺寸精度和、形状精度、表面粗糙度要求。
2．位置精度包括孔系轴线之间的距离尺寸精度和平行度，同一轴线上各孔的同轴度，以及孔端面对孔轴线的垂直度等。
3．此外，为满足箱体加工中的定位需要及箱体与机器总装要求，箱体的装配基准面与加工中的定位基准面应有一定的平面度和表面粗糙度要求；各支承孔与装配基准面之间应有一定距离尺寸精度的要求。
（四）齿轮泵箱体零件的材料和毛坯
箱体类零件的材料一般用灰口铸铁，常用的牌号有HT100～HT400。
因零件为箱体类，对于材料无特殊的性能要求，故毛坯选择较为经济的HT200金属型铸造成型即可。
毛坯为铸铁件，其铸造方法视铸件精度和生产批量而定。
单件小批生产多用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量大。
有时也采用钢板焊接方式。
大批生产常用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。
为了消除铸造时形成的内应力，减少变形，保证其加工精度的稳定性，毛坯铸造后要安排人工时效处理。
精度要求高或形状复杂的箱体还应在粗加工后多加一次人工时效处理，以消除粗加工造成的内应力，进一步提高加工精度的稳定性。
六、齿轮泵箱体零件加工工艺分析
（一）工艺路线的安排
齿轮泵箱体要求加工的表面很多。
在这些加工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保证，于是，箱体中主要孔的加工精度、孔系加工精度就成为工艺关键问题。
因此，在工艺路线的安排中应注意三个问题：
1．工件的时效处理
箱体结构复杂壁厚不均匀，铸造内应力较大。
由于内应力会引起变形，因此铸造后应安排人工时效处理以消除内应力减少变形。
一般精度要求的箱体，可利用粗、精加工工序之间的自然停放和运输时间，得到自然时效的效果。
但自然时效需要的时间较长，否则会影响箱体精度的稳定性。
对于特别精密的箱体，在粗加工和精加工工序间还应安排一次人工时效，迅速充分地消除内应力，提高精度的稳定性。
2．安排加工工艺的顺序时应先面后孔
由于平面面积较大定位稳定可靠，有利于简化夹具结构减少安装变形。
从加工难度来看，平面比孔加工容易。
先加工平面，把铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷切除，在加工分布在平面上的孔时，对便于孔的加工和保证孔的加工精度都是有利的。
因此，一般均应先加工平面。
利用圆台铣就能完成。
3．粗、精加工阶段要分开
箱体均为铸件，加工余量较大，而在粗加工中切除的金属较多，因而夹紧力、切削力都较大，切削热也较多。
加之粗加工后，工件内应力重新分布也会引起工件变形，因此，对加工精度影响较大。
为此，把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。
4、工序内容的合理安排
a.工序集中
如果在每道工序中所安排的加工内容多，则一个零件的加工就集中在少数几道工序里完成，这样，工艺路线短，工序少，称为工序集中。
b.工序分散
如果在每道工序中所安排的加工内容少，把零件的加工内容分散在很多工序里完成，则工艺路线长，工序多，称为工序分散。
工序集中的特点：
1）在工件的一次装夹中，可以加工多个表面。
这样，可以减少安装误差，较好地保证这些表面之间的位置精度；同时可以减少装夹工件的次数和辅助时间。
2）可以减少机床的数量，并相应地减少操作工人，节省车间面积，简化生产计划和生产组织工作。
3）由于要完成多种加工，机床结构复杂、精度高、成本也高。
工序分散的特点：
1）机床设备、工装、夹具等工艺装备的结构比较简单，调整比较容易，能较快地更换、生产不同的产品。
2）对工人的技术水平要求较低。
（二）定位基准的选择
箱体定位基准的选择，直接关系到箱体上各个平面与平面之间，孔与平面之间，孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。
在选择基准时，首先要遵守“基准重合”和“基准统一”的原则，同时必须考虑生产批量的大小，生产设备、特别是夹具的选用等因素。
1.粗基准的选择
粗基准的作用主要是决定不加工面与加工面的位置关系，以及保证加工面的余量均匀。
箱体零件上一般有一个（或几个）主要的大孔，为了保证孔的加工余量均匀，应以该毛坯孔为粗基准（如齿轮泵箱体上的工艺孔）。
箱体零件上的不加工面主要考虑内腔表面，它和加工面之间的距离尺寸有一定的要求，因为箱体中往往装有齿轮等传动件，它们与不加工的内壁之间的间隙较小，如果加工出的轴承孔端面与箱体内壁之间的距离尺寸相差太大，就有可能使齿轮安装时与箱体内壁相碰。
从这一要求出发，应选内壁为粗基准。
但这将使夹具结构十分复杂，甚至不能实现。
考虑到铸造时内壁与主要孔都是同一个泥心浇注的，因此实际生产中常以孔为主要粗基准，限制四个自由度，而辅之以内腔或其它毛坯孔为次要基准面，以达到完全定位的目的。
1．1．精基准的选择
箱体零件精基准的选择一般有两种方案：
一种是以装配面为精基准。
它的优点是对于孔与底面的距离和平行度要求，基准是重合的，没有基准不重合误差，而且箱口向上，观察和测量、调刀都比较方便。
但是在镗削中间壁上的孔时，由于无法安装中间导向支承，而不得不采用吊架的形式，这种吊架刚性差，操作不方便，安装误差大，不易实现自动化，故此方案一般只能适用于无中间孔壁的简单箱体或批量不大的场合。
针对上述采用吊架式中间导向支承的问题，对于前盖利用圆台铣就能解解决问题，先以粗基准定位，预留加工余量，然后精铣到所需尺寸，对于支座和后盖也是一样。
（三）主要表面的加工
1．箱体的平面加工
箱体平面的粗加工和半精加工常选择刨削和铣削加工。
刨削箱体平面的主要特点是：
刀具结构简单；机床调整方便；在龙门刨床上可以用几个刀架，在一次安装工件中，同时加工几个表面，于是，经济地保证了这些表面的位置精度。
箱体平面铣削加工的生产率比刨削高。
在成批生产中，常采用铣削加工。
当批量较大时，常在多轴龙门铣床上用几把铣刀同时加工几个平面，但本次设计是选择在圆台铣床上加工平面的即保证了平面间的位置精度，又提高了生产率。
对于前盖的配合面就用圆台铣先进行粗铣，留一定的加工余量，第二刀精铣加工到所要尺寸。
后盖和前盖一样，支座是先以一面为基准铣另一面，然后再以加工后的一面为基准铣削加工。
2．主要孔的加工
由于主要孔的精度比其它轴孔精度高，表面粗糙度值比其它轴孔小，故应合理安排加工方法。
目前机床主轴箱主轴孔的精加工方案有：
精镗—浮动镗；金刚镗—珩磨；金刚镗—滚压；粗镗—精镗。
上述主轴孔精加工方案中的最终工序所使用的刀具都具有径向“浮动”性质，这对提高孔的尺寸精度、减小表面粗糙度值是有利的，但不能提高孔的位置精度。
孔的位置精度应由前一工序（或工步）予以保证。
从工艺要求上，精镗和半精镗应在不同的设备上进行。
若设备条件不足，也应在半精镗之后，把被夹紧的工件松开，以便使夹紧压力或内应力造成的工件变形在精镗工序中得以纠正。
所以选择在加工中心上加工主要的孔，在安排工艺路线时先进行粗加工后进行精加工，已到达所要求的精度。
需要进行镗削加工的只有O1、O2两个主轴孔。
3．孔系加工
齿轮泵箱体的孔系，是有位置精度要求的各轴承孔的总和，其中有平行孔系和同轴孔系两类。
平行孔系主要技术要求是各平行孔中心线之间以及孔中心线与基准面之间的尺寸精度和平行精度根据生产类型的不同，可以在普通镗床上或专用镗床上加工。
单件小批生产箱体时，为保证孔距精度主要采用划线法。
为了提高划线找正的精度，可采用试切法，虽然精度有所提高，但由于划线、试切、测量都要消耗较多的时间，所以生产率仍很低。
坐标法加工孔系，许多工厂在单件小批生产中也广泛采用，特别是在普通镗床上加装较精密的测量装置（如数显等）后，可以较大地提高其坐标位移精度。
必须指出，采用坐标法加工孔系时，原始孔和加工顺序的选定是很重要的。
因为，各排孔的孔距是靠坐标尺寸保证的。
坐标尺寸的积累误差会影响孔距精度。
如果原始孔和孔的假定顺序选择的合理，就可以减少积累误差。
成批或大量生产箱体时，加工孔系都采用镗模。
孔距精度主要取决于镗模的精度和安装质量。
虽然镗模制造比较复杂，造价较高，但可利用精度不高的机床加工出精度较高的工件。
因此，在某些情况下，小批生产也可考虑使用镗模加工平行孔系。
同轴孔系的主要技术要求是各孔的同轴度精度。
成批生产时，箱体的同轴孔系的同轴度大部分是用镗模保证，单件小批生产中，在普通镗床上用以下两种方法进行加工：
1）从箱体一端进行加工
加工同轴孔系时，出现同轴度误差的主要原因是：
当主轴进给时，镗杆在重力作用下，使主轴产生挠度而引起孔的同轴度误差；
当工作台进给时，导轨的直线度误差会影响各孔的同轴度精度。
对于箱壁较近的同轴孔，可采用导向套加工同轴孔。
对于大型箱体，可利用镗床后立柱导套支承镗杆。
2）从箱体两端进行镗孔
一般是采用“调头镗”使工件在一次安装下，镗完一端的孔后，将镗床工作台回转1800，再镗另一端的孔。
具体办法是：
加工好一端孔后，将工件退出主轴，使工作台回转1800，用百（千）分表找正已加工孔壁与主轴同轴，即可加工另一孔。
“调头镗”不用夹具和长刀杆，镗杆悬伸长度短，刚性好。
但调整比较麻烦和费时，适合于箱体壁相距较远的同轴孔。
3）在数控加工中心上加工孔系
先在圆台铣上把各个配合面加工出来，然后以这些面为定位面，能更精确的加工位置度更高的孔系。
能很好的保证孔系的位置度和尺寸精度。
所以本次对孔系的加工就采用在加工中心上加工的方法。
也是以自己的工作为依托而选择加工中心的。
七、设备的选择
本次设计主要是要结合我的实际工作，而我所做的工作就是在厂里面操作机床，主要的设备有圆台铣和北方红旗生产的数控加工中心等，所以本次箱体设计选择的设备就选择圆台铣洗选所需平面，用数控加工中心加工各个孔。
八、刀具的选择和夹具的设计
刀具的选择是：
工序一
用直径为D40的圆盘铣刀，齿数为10
工序二
粗加工O1、O2用到的是直径为Ф15.5的铰刀，和Ф16的精镗刀
六个阶梯孔用直径为Ф9*Ф7的阶梯直槽钻
两个工艺孔用Ф5的直槽钻
工序三
粗加工O1、O2用到的是直径为Ф15.5的铰刀，和Ф16的精镗刀
用到Ф20*Ф16镗刀
六个阶梯孔用直径为Ф9*Ф7的阶梯直槽钻
两个工艺孔用Ф5的直槽钻
工序四
用到Ф18的直槽丝锥
用到Ф18*Ф16的复合钻
六个阶梯孔用直径为Ф9*Ф7的阶梯直槽钻
两个工艺孔用Ф5的直槽钻
夹具的设计：
本次所用到的夹具除圆台铣用台虎钳外，其余在加工中心上的夹具全部都是专用夹具，因为专用夹具换型比较快。
所以本次设计就采用了专用夹具。
九、工艺路线的安排
工序一：
铸造之后，到机加车间开始上机加工，用圆台铣铣配合面，先进行粗铣接着进行精铣。
用0～150的高度尺见平面度，平面度为0.05。
再用0～200的游标卡尺见高度。
工序二：
对于前盖的加工用加工中心加工其他部分（及各孔系）：
首先用直径为Ф15.50的铰刀T1粗加工两个Ф16的孔（定义为O1、O2孔）。
用Ф15.50的光滑塞规检测孔径，用0～200的游标卡尺检测深度。
接着就是用Ф16的精镗刀T2精加工Ф16深11的O1、O2孔。
用气动量仪检测精镗孔Ф16的孔径，同样用0～200的游标卡尺检测深度。
用直槽阶梯钻T3加工Ф9深6和Ф7深11的6个阶梯孔（定义为A1、A2、A3、A4、A5、A6）。
用到Ф9和Ф7的光滑塞规，及0～200的游标卡尺检测深度。
最后是直槽钻T4加工Ф5深11（定义为A7、A8）的两个工艺孔。
Ф5的光滑塞规检孔径，用0～200的游标卡尺检测深度。
工序三;
用数控加工中心加工后盖：
第一步用直径为Ф15.50的铰刀T1粗加工两个Ф16的孔（定义为O1、O2孔）。
接着就是用Ф16的精镗刀T2精加工Ф16深11的O1、O2孔。
用Ф15.50的光滑塞规检测孔径，用0～200的游标卡尺检测深度11。
接着就是用Ф16的精镗刀T2精加工Ф16深11的O1、O2孔。
用气动量仪检测精镗孔Ф16的孔径，同样用0～200的游标卡尺检测深度。
第三步用Ф20镗刀精镗T3精加工03孔。
用Ф20气动量仪检该精镗孔。
第四步麻花阶梯钻T4对Ф9深6和Ф7深11的6个阶梯孔（定义为A1、A2、A3、A4、A5、A6）进行加工。
用到Ф9和Ф7的光滑塞规，及0～200的游标卡尺检测深度。
最后一步就是用直槽钻T5加工Ф5深11（定义为A7、A8）的两个工艺孔。
Ф5的光滑塞规检孔径，用0～200的游标卡尺检测深度。
工序四：
同样是在加工中心上加工支座：
用麻花阶梯钻T1对Ф9深6和Ф7深11的6个阶梯孔。
用到Ф9和Ф7的光滑塞规，及0～200的游标卡尺检测深度。
用直槽钻T2加工Ф5深11（定义为A7、A8）的两个工艺孔。
Ф5的光滑塞规检孔径，用0～200的游标卡尺检测深度。
用复合钻T3Ф17.5深7（加工螺纹底孔）和Ф16深15孔（定义为C1、C2）。
用游标卡尺检测Ф17.5的底孔深度7，和Ф17.5的光滑塞规检测孔径，再用Ф16的光滑塞规检测Ф16的孔径。
再用Ф18的直槽丝锥T4加工M18的螺纹。
用螺纹塞规进行检测。
十、数控加工程序
前盖的加工程序：
O0001
M55;
M81;
M11;
G90G10L2P1X[+221.68]Y[-290.05]Z[-458.39]A0.0（G54）;
N10（T1-O1O2-D15.5）;
G90G54G00X0.0Y0.0A0.0;
M10;
G00X14.38Y0.0;
S2000M13;
G43Z105.0H01;
G01Z-10.5F200;
G00Z10.0;
G01X-14.38Y0.0;
Z-10.5F200;
G04X0.5;
G00Z200.0;
M05;
#101=#101+1;
M09;
N20（T2-0102-D16）
T2M6;
G90G54X14.38Y0.0;
S1500M13;
G43Z105.0H02;
G98G76Z-11.0R10.0Q0.1F200;
G00Z150.0;
G90G54G00X-13.38Y0.0;
G98G76R10.0Q0.1F200;
G80;
G00Z200;
M05;
#102=#102+1;
M09;
N30（T3-A1A2A3A4A5A6-D9*D7）;
IF[#10003LT144.0]GOTO130;
G90G54G00X31.38Y0.0;
G01Z-6.0F150.;
G00X-31.38Y0.0;
G01Z-6.0;
G00X14.38Y0.0;
G01Z-6.0;
G00X-14.38Y0.0;
G01Z-6.0;
G00X14.38Y22.0;
G01Z-6.0;
G00X-14.38Y-22.0;
G01Z-6.0F150.;
M05;
#103=#103+1;
M09;
N40（T4-A7A8-D5）;
G90G54X29.89Y15.6;
G01Z-10.0F50.;
G00X-29.89Y-15.6;
G01Z-10.0F50.;
G04X0.5;
G00Z200.0;
M05；
#`104=#104+1;
M09;
M11;
G91G28Z0.0;
G90G30X0.0Y0.0A0.0;
M82;
M56;
M93;
M30;
后盖加工数控程序
O0002
M55;
M81;
M11;
G90G10L2P1X[+221.68]Y[-290.05]Z[-458.39]A0.0（G54）;
G90G10L2P1X[+221.68]Y[-290.05]Z[-458.39]A180.0（G55）;
N10（T1-O1O2-D15.5）;
G90G54G00X0.0Y0.0A0.0;
M10;
G00X14.38Y0.0;
S2000M13;
G43Z105.0H01;
G01Z-10.5F200;
G00Z10.0;
G01X-14.38Y0.0;
Z-10.5F200;
G04X0.5;
G00Z200.0;
M05;
#101=#101+1;
M09;
N20（T2-0102-D16）
T2M6;
G90G55X14.38Y0.0;
S1500M13;
G43Z105.0H02;
G98G76Z-11.0R10.0Q0.1F200;
G00Z150.0;
G90G54G00X-13.38Y0.0;
G98G76R10.0Q0.1F200;
G80;
G00Z200;
M05;
#102=#102+1;
M09;
N30（T3-03-D20*D16）
T3M6;
IF[#10003LT144,0]GOTO130;
G90G55G00X0.0Y0.0A0.0;
M10;
G68X0.0Y0.0R35.0;
G00X-14.38Y0.0;
S2000M13;
G43Z105.0H03;
G98G76Z-11.0R10.0Q0.1F100.;
G80;
G00Z100.;
M05;
#103=#103+1;
M09;
N40（T4-A1A2A3A4A5A6-D7）
IF[#10004LT144.0]GOTO130;
G90G54G00X31.38Y0.0;
G01Z-6.0F150.;
G00X-31.38Y0.0;
G01Z-6.0;
G00X14.38Y0.0;
G01Z-6.0;
G00X-14.38Y0.0;
G01Z-6.0;
G00X14.38Y22.0;
G01Z-6.0;
G00X-14.38Y-22.0;
G01Z-6.0F150.;
M05;
#104=#104+1;
M09;
N50（T5-A7A8-D5）;
G90G54X29.89Y15.6;
G01Z-10.0F50.;
G00X-29.89Y-15.6;
G01Z-10.0F50.;
G04X0.5;
G00Z200.0;
M05；
#`104=#104+1;
M09;
M11;
G91G28Z0.0;
G90G30X0.0Y0.0A0.0;
M82;
M56;
M93;
M30;
支座数控加工程序
O0003
M55;
M81;
M11;
G90G10L2P1X[+221.68]Y[-290.05]Z[-458.39]A0.0（G54）;
G90G10L2P1X[+221.68]Y[-290.05]Z[-458.39]A180.0（G55）;
G90G10L2P1X[+221.68]Y[-290.05]Z[-458.39]A270.0（G56）;
N10（T1-A1A2A3A4A5A6-D7）
T1M6;
IF[#10001LT144.0]GOTO130;
G90G54G00X31.38Y0.0;
G01Z-6.0F150.;
G00X-31.38Y0.0;
G01Z-6.0;
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