精密传动柱塞工艺设计报告曾俊贤概要.docx

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精密传动柱塞工艺设计报告曾俊贤概要

课程设计

课程名称：

机械制造技术基础

题目名称：

精密传动柱塞工艺规程设计

学生学院：

机电工程学院

专业班级：

2011级机械类创新实验班

学号：

**********

****************************

***********************************

2013年06月16日

一．柱塞机械加工工艺规程制订任务书……………………………3

二．计算生产纲领，确定生产类型…………………………………3

三．零件主要功用和技术要求………………………………………4

四．选择毛坯…………………………………………………………5

五．工艺分析…………………………………………………………5

六．工艺规程设计…………………………………………………6

七．机械加工工艺过程卡……………………………………………9

八．机械加工工序卡片………………………………………………11

九．总结……………………………………………………………14

十．参考文献……………………………………………………15

一、柱塞机械加工工艺规程制订任务书

任务题目：

“精密传动柱塞”零件加工工艺规程。

任务目的：

综合运用"机械制造技术基础"及有关课程内容，分析和解决实际工程问题的。

通过柱塞机械加工工艺规程制订，培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。

在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。

柱塞机械加工工艺规程制订是作为未来从事机械制造技术工作的一次基本训练。

任务目标：

完成“精密传动柱塞”加工精度设计之后，根据指导教师对零件的精度要求意见，设计并完成各零部件的成批或大批生产加工工艺规程设计加工工艺设计。

具体零件图由指导老师另外提供。

任务要求：

考虑毛坯选择、工艺路线、采用的设备、达到精度所采用的工装和定位方法。

1.上述制定指定零件（或零件组）的机械加工工艺规程，编制机械加工工艺卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具；

2.对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；

3.确定毛坯制造方法及主要表面的总余量；

4.确定主要工序的加工余量、工序尺寸、公差和技术要求；

5.对主要工序进行工序设计，编制合理的机械加工工艺规程卡，画出的工序简图，选择切削用量；

6.定位基准的选择，设计某一工序的夹具，绘制夹具装配图和主要零件图；

7.编写设计说明书。

二、计算生产纲领，确定生产类型

各种生产类型的生产纲领

（《机械制造技术基础》P253表5-5）

生产类型

同一种零件的年产量

重型零件

中型零件

轻型零件

单件件生产

小批量生产

中批量生产

大批量生产

大量生产

1～5

5～100

100～300

300～1000

1000以上

1～10

10～200

200～500

500～5000

5000以上

1～100

100～500

500～5000

5000～50000

50000以上

按计算公式N=Q·n（1+α%）（1+β%）

其中零件在每台机床产品中的数量n=1（件/台），年产量Q=20000（件/年），

废品率α%=3%，备品率β%=3%

所以N=Q·n（1+α%）（1+β%）=20000×1×（1+3%）（1+3%）=21218（件）

由于属于小型零件，确定柱塞生产为大批量生产。

三、零件的主要功用和技术要求

精密传动柱塞是应用于油泵传动的重要零部件，柱塞和柱塞套的精密程度和质量决定了该油泵的质量，因此，做好精密传动柱塞的质量是柱塞泵的质量的关键环节。

柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度、光洁度和好的耐磨性，其径向间隙2～3um。

柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。

柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。

目前，柱塞泵主要有两种类型：

轴向柱塞泵和径向柱塞泵。

柱塞泵按柱塞的排列方向不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。

柱塞和圆柱套筒主要加工部位有：

柱塞的柱头，套筒内壁、外圆等，对这些加工部位的主要技术要求有：

（一）、标注配合尺寸公差、重要尺寸公差

1、工件在工作时有相对运动，因此采用间隙配合；

2、由于无专门要求，采用基孔制；

3、查优先配合选用表，按一般转速，采用一般间隙，考虑一定精度和加工经济性H8/f7；

4、根据公差表，求出极限偏差并标注

Φ20f8基本尺寸20mm，公差等级IT8，标准公差IT=33μm,es=-20μm,ei=es-IT=-53μm；

Φ10H8基本尺寸10mm，公差等级IT8，标准公差IT=22μm,EI=0μm,ES=EI+IT=22μm；

Φ10f7基本尺寸10mm，公差等级IT7，标准公差IT=15μm,es=-13μm,ei=es-IT=-28μm；

5、重要尺寸的尺寸公差，按学校车床能加工达到的经济精度设计，选公差等级IT8。

（二）、孔轴形位公差设计标注

根据公差等级查《机械设计基础课程设计指导书》表17.8-17.11可得到：

圆柱套筒的外圆柱面形位公差设计

对于外圆柱面，控制外圆柱形状精度。

因其要用于定位与固定装置，因此外圆柱面需要有一定的形状精度。

平行度为0.050mm，圆柱度为0.009mm，同轴度为0.025mm，径向圆跳动度为0.025mm。

圆柱套筒的内圆柱面形位公差设计

对于内圆柱面，确保内外圆柱共轴、内圆柱形状精度。

因其要保证与轴的间隙配合，并且要求轴运动的准确性，因而需要有一定的精度。

平行度为0.050mm，圆度为0.006mm，同轴度为0.015mm，圆柱度为0.006mm，径向圆跳动度为0.015mm。

零件“柱塞”形位公差设计

柱塞与圆柱套筒接触面要保证轴运动的准确性，柱塞轴以公共轴线作为基准，以保证与其它零件的工作位置精度。

为检测控制方便，同时在一定程度上能控制轴颈表面形状误差，采用径向圆跳动公差控制。

平行度为0.030mm，垂直度为0.030mm，圆柱度为0.004mm，同轴度为0.010mm，两轴颈圆跳动度为0.010mm。

粗糙度设计

根据公差等级查《机械设计基础课程设计指导书》表17-12，得出柱塞头的轴颈表面粗糙度为0.4μm，圆柱套内径表面粗糙度为0.4μm，圆柱套外径表面粗糙度为0.8μm，其余表面粗糙度均为3.2μm。

一般零件尺寸设计

根据任务书图中尺寸，考虑到圆柱套外径很可能会跟其他零件进行装配，所以就设计其加工精度到IT8级，所以尺寸为

，基本尺寸为Φ20mm，上偏差是-0.020mm，下偏差是-0.053mm。

由于其他为非十分重要部分尺寸，所以设计圆柱套长

，轴长

，柱塞小径为

，两端柱塞头长

，材料预选45号钢，并采用调质处理，硬度要求达到58HRC。

四、选择毛坯

本零件的主要功用是传递小动力，其工作时需承受不大的冲击载荷，不过要求有较高的强度和刚度，保持配合的精确性。

由于需要进行滑动摩擦，所以表面必须有足够的硬度。

因此柱塞可选用45钢，热处理可采用调质处理，再进行表面淬火。

圆柱套筒调质后内表面再进行表面淬火。

五、工艺分析

5、1柱塞分析

考虑1：

由于柱塞外圆直径为10mm，对于三爪卡盘夹具定位，可能会产生跳动现象，对于同轴度和圆跳动度要求比较高来说，三爪卡盘定位会产生误差，所以，最后精车时应该采用两端顶尖定位方法加工外圆，所以粗加工时应该加工出两端顶尖孔，以外圆为粗基准，用三角卡盘定位，车端面，加工两端中心孔和车出大致轮廓，留出足够余量为后面半精车和精车做准备。

考虑2：

粗基准采用毛坯外圆时，中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆，车端面、钻中心孔。

但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，精车出另一端外圆；然后以已精车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹（有时在上工步已车外圆处搭中心架），车另一端面，钻中心孔。

如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。

考虑3：

由于采用两端顶尖定位时，有一端需要夹紧工件来拨动工件转动，若留有余量用于夹紧，后续加工工序繁多复杂，所以应采用加工完未夹紧的一端后拆下来调转加工另外一头。

5、2柱塞套筒

考虑1：

外圆精度要求没那么高，所以可以用三角卡盘夹紧定位，进行外圆车加工，然后再以外圆为基准，进行孔加工，由于内孔有精度要求，要进行钻、扩、铰加工。

考虑2：

由于孔加工完毕后进行热处理时，要进行内孔表面淬火，来加强内表面的耐磨度和硬度，但淬火可能有残余内应力，淬火后应该检查，如果变形发生，可以再进行低温回火，消除内应力，然后为了保证内孔精度和粗糙度，要进行内孔磨削，使内表面光滑耐磨。

六、工艺规程设计

6、1加工流程设计

（1）柱塞：

先以外圆作为粗基准，粗车外圆，精车端面；由于中心孔要求高，应该先划线，再到钻床钻中心孔；再以外圆中轴线为精基准，采用双顶尖夹紧定位，精车外圆；热处理后，可能会产生有误差存在，所以应该再以外圆为基准，修研两端中心孔；最后精加工磨削中，应该以双顶尖夹紧定位，保证精度和粗糙度。

粗车（三爪卡盘）—钻中心孔—半精车和精车（双顶尖）—热处理—修研中心孔（三爪卡盘）—磨削（双顶尖）

（2）套筒：

对于加工孔类零件，应以外圆为基准，采用三角卡盘夹紧定位，粗车和精车外圆、端面后，进行孔的钻扩加工；热处理后，进行内孔磨削处理。

粗车和精车（三爪卡盘）—钻、扩、铰孔—热处理—磨削

6、2加工余量设计

由于加工余量确定的计算方法比较复杂，而且未知毛坯尺寸，应当根据工艺人员的经验确定加工余量，为了防止余量不够而产生废品，所估计余量一般偏大。

一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。

以下为本人粗略确定，仅作参考：

估计毛坯为直径25mm的45钢棒料（未注明单位：

mm）

柱塞：

圆跳动度0.010，圆柱度为0.004，柱塞两头表面粗糙度Ra0.4，毛坯加工余量为15

工序名称

加工余量（mm）

经济加工精度

直径工序尺寸（mm）

公差（μm）

粗车

12

IT11-IT12

13

半精车

2

IT8-IT10

11

精车

0.6

IT6-IT7

10.4

磨削

0.4

IT6-IT7

10

15

套筒：

同轴度要求为0.010，圆柱度为0.006，内孔表面粗糙度Ra0.8，毛坯加工余量为5

工序名称

加工余量（mm）

经济加工精度

直径工序尺寸（mm）

公差（um）

粗车

4

IT11-IT12

21

精车

1

IT6-IT7

20

钻孔

8

IT11-IT14

8

扩孔

1

IT12

9

铰孔

0.6

IT9

9.6

磨削

0.4

IT6-IT7

10

22

6、3车床、钻床、磨床和刀具的选择

车床：

CM6140车床

钻床：

摇臂钻床Z35

磨床：

内圆磨床M2120

刀具：

车削时，由于未调质且为45号钢，采用钨钴类硬质合金YT15；

粗车：

75°可转位外圆车刀，正四边形YT15刀片，B×H=16×25mm；

角度：

前角=15°，后角=6°，主偏角=75°，刃倾角=2°，

刀尖圆弧半径0.75，刀具后面磨损量VB=0.6，刀具耐用度T=60min。

精车和半精车：

90°可转位外圆车刀，选用凸三边形YT15刀片；

角度：

主偏角=90°，副偏角=10°，前角=15°，后角=8°，刃倾角=4°，

刀尖圆弧半径=0.5，刀具后面磨损量VB=0.4，刀具耐用度T=60min；

钻孔时用L1452018普通级直柄麻花钻8.0mm；

扩孔时用直径为9的扩孔钻；

铰孔时用直径为9.6的手用铰刀。

6、4车削用量确定

根据《机械制造技术基础》P150-P154中表3-6至3-11计算（不加切削液计算）

6.4.1柱塞

（1）粗车

1、选择背吃刀量。

根据已知条件，单边余量Z=6mm，故由表3-6得，背吃刀量

=3mm，粗车两次。

2、选择进给量。

查表3-6得，f=0.4mm/r。

3、选择切削速度。

工件材料为45钢，由表3-11，v=100m/min，可保证刀具耐用度T=60min。

4、确认机床主轴转速n。

n=1000v/π/25r/min=1273.2r/min

5、切削用量：

=3mm，f=0.40mm/r，n=1273.2r/min

（2）半精车

1、选择背吃刀量。

取背吃刀量a=1mm。

2、选择进给量。

查表3-9得，当粗糙度R=1.6um，副偏角=10°，V>100m/min，刀尖圆弧半径=1.0时，f=0.2-0.30mm/r，取f=0.20mm/r。

3、选择切削速度。

工件材料为45钢，由表3-11，v=130-160m/min，取v=140m/min。

4、确认机床主轴转速n。

n=1000v/π/13r/min=1000×140/（π×13）r/min=3428.0r/min

5、切削用量：

=1mm，f=0.20mm/r，n=3428.0r/min

（3）精车

1、选择背吃刀量。

取背吃刀量

=0.30mm。

2、选择进给量。

查表3-9得，当粗糙度R=0.8um，副偏角=10°，V>100m/min，刀尖圆弧半径=1.0时，f=0.12-0.20mm/r，取f=0.16mm/r。

3、选择切削速度。

工件材料为45钢，由表3-11，v=130-160m/min，取v=140m/min。

4、确认机床主轴转速n。

n=1000v/π/11r/min=1000×140/（π×11）r/min=4051.2r/min

5、切削用量：

=0.30mm，f=0.16mm/r，n=4051.2r/min

（mm）

f（mm/r）

n（r/min）

粗车

3（X2）

0.40

1273.2

半精车

1

0.20

3428.0

精车

0.3

0.16

4051.2

6.4.1套筒

（1）粗车（采用半精车，因为余量不足以粗加工，刀具为精加工刀具）

1、选择背吃刀量。

取背吃刀量

=2mm。

2、选择进给量。

查表3-9得，当粗糙度R=1.6um，副偏角=10°，V>100m/min，刀尖圆弧半径=1.0时，f=0.20-0.30mm/r，取f=0.24mm/r。

3、选择切削速度。

工件材料为45钢，由表3-11，v=130-160m/min，取v=130m/min。

4、确认机床主轴转速n。

n=1000v/π/25r/min=1000×130/（π×25）r/min=1655.2r/min

5、切削用量：

=2mm，f=0.24mm/r，n=1655.2r/min

（4）精车

1、选择背吃刀量。

取背吃刀量

=0.5mm。

2、选择进给量。

查表3-9得，当粗糙度R=0.8um，副偏角=10°，V>100m/min，刀尖圆弧半径=1.0mm时，f=0.12-0.20mm/r，取f=0.16mm/r。

3、选择切削速度。

工件材料为45钢，由表3-11，v=130-160m/min，取v=130m/min。

4、确认机床主轴转速n。

n=1000v/π/21r/min=1000×130/（π×21）r/min=1970.5r/min

5、切削用量：

=0.5mm，f=0.16mm/r，n=1970.5r/min

（mm）

f（mm/r）

n（r/min）

粗车（半精车）

2

0.24

1655.2

精车

0.5

0.16

1970.5

6、5热处理

调质：

淬火（840°水冷）—高温回火（600°）

表面淬火：

由于柱塞半径小，套筒壁薄，应该用高频表面淬火，频率范围250-300kHz，淬硬层深度为0.5mm-2mm

低温回火：

经检查若表面淬火后，变形产生误差较大，可低温回火，但温度不高于200℃，范围为150-200℃。

七、加工工艺过程卡

广东工业大学2011级机械类创新实验班

机械加工工艺过程卡片

零件图号

零件名称

1

柱塞

工序号

工序名称及内容

机床

夹具

刀具

量具

辅具

工时

名称

型号

名称

规格

名称

规格

1

粗车端面

普通车床

CM6140

三爪卡盘

左偏刀

75°

钢尺

150

2

粗车外圆

普通车床

CM6140

三爪卡盘

左偏刀

75°

游标卡尺

0.02/200

3

切断后调头夹紧重复1-3工序

普通车床

CM6140

三爪卡盘

切断刀

90°

游标卡尺

0.02/200

4

钻两端中心孔

摇臂钻床

Z35

虎钳

麻花钻

8.0mm

游标卡尺

0.02/200

5

中间检验

游标卡尺

0.02/200

6

半精车一端配合面及端面

普通车床

CM6140

双顶尖

左偏刀

90°

游标卡尺

0.02/200

7

精车一端配合面及端面

普通车床

CM6140

双顶尖

左偏刀

90°

游标卡尺

0.02/200

8

拆下调头，半精车另一端配合面

普通车床

CM6140

双顶尖

左偏刀

90°

游标卡尺

0.02/200

9

拆下调头，精车另一端配合面

普通车床

CM6140

双顶尖

左偏刀

90°

游标卡尺

0.02/200

10

中间检验

游标卡尺、外径千分尺

0.02/200、

0-25

11

热处理

12

磨外圆

内圆磨床

M2120

双顶尖

游标卡尺

0.02/200

13

最终检验

游标卡尺、

外径千分尺

0.02/200、

0-25

设计者

曾俊贤

指导老师

于兆勤

共2页

第1页

广东工业大学2011级机械类创新实验班

机械加工工艺过程卡

零件图号

零件名称

2

套筒

工序号

工序名称及内容

机床

夹具

刀具

量具

辅具

工时

名称

型号

名称

规格

名称

规格

1

粗车端面和外圆

普通车床

CM6140

三爪卡盘

左偏刀

75°

钢尺

150

2

精车端面和外圆

普通车床

CM6140

三爪卡盘

左偏刀

90°

游标卡尺

0.02/200

3

切断

普通车床

CM6140

三爪卡盘

切断刀

90°

游标卡尺

0.02/200

4

粗车和精车另一端面

普通车床

CM6140

三爪卡盘

左偏刀

75°90°

游标卡尺

0.02/200

5

检验

游标卡尺

、外径千分尺

0.02/200

0-25

6

钻两端中心孔

摇臂钻床

Z35

虎钳

麻花钻

游标卡尺

0.02/200

7

扩孔

摇臂钻床

Z35

虎钳

扩孔钻

游标卡尺

0.02/200

8

铰孔

摇臂钻床

Z35

虎钳

铰刀

游标卡尺

0.02/200

9

检验

游标卡尺、

百分表

0.02/200

0-10

10

热处理

11

磨内圆

内圆磨床

M2120

三爪卡盘

游标卡尺

0.02/200

12

最终检验

游标卡尺

百分表

0.02/200

0-10

设计者

曾俊贤

指导老师

于兆勤

共2页

第2页

八、机械加工工序卡片

广东工业大学2011级机械类创新实验班

机械加工工序卡片

产品名称

精密传动柱塞

零件图号

1

共2页

零件名称

柱塞

第1页

材料牌号

45钢

毛坯种类

轧制

毛坯外形尺寸

Ф25×100

每毛坯件数

1

每台件数

1

备注

工序号

工序名称

工步号

工步内容

工艺装备

主轴转速/（r/min）

切削速度/（m/min）

进给量/（mm/r）

切削深度/mm

进给次数

工时定额

机动

辅助

夹紧

1

三角卡盘夹紧长度30mm

1

粗车端面

1

粗车圆柱端面

1200

100

0.4

1

1

2

粗车外圆

1

粗车圆柱外圆表面至Ф13，长60mm

1200

100

0.4

3

2

3

车断

1

车断，从未夹紧一端53开始切断

450

——

——

——

——

4

调头车端面

1

粗车另一端圆柱端面

1200

100

0.4

3

1

5

夹紧

1

双顶尖夹紧定位

6

半精车一端外圆表面

1

半精车未夹紧端外圆表面至直径Ф11，长度10mm

3600

140

0.2

1

1

7

精车一端外圆表面

1

精车未夹紧端外圆表面至直径Ф10.4mm，长度10mm

4000

140

0.16

0.3

1

8

车倒角

1

倒角c1

1200

1

9

调头半精车剩下一端外圆

1

半精车剩余外圆表面至直径Ф11，长度10mm

3600

140

0.2

1

1

10

精车剩下一端外圆

1

精车剩余外圆表面至直径Ф10.4mm

4000

140

0.16

0.3

1

11

车倒角

1

倒角c1

1200

1

12

粗车中间外圆表面

1

从未夹紧一端10mm开始，车外圆至Ф8，长30mm

1200

100

0.4

1.0

1

13

热处理

1,2

调质，表面淬火

14

钳工

1

修研中心孔

15

磨两端外圆

1

磨削两端外圆

0.2

1

广东工业大学2011级机械类创新实验班

机械加工工序卡片

产品名称

精密传动柱塞

零件图号

2

共2页

零件名称

套筒

第2页

材料牌号

45钢

毛坯种类

轧制