齿轮泵壳体加工工艺及夹具设计加工工艺设计毕业论文.docx
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齿轮泵壳体加工工艺及夹具设计加工工艺设计毕业论文
齿轮泵壳体加工工艺及夹具设计
摘要
本设计是基于外啮合齿轮泵壳体加工工艺和一个重要工序的夹具设计。
壳体的加工工艺好坏将直接影响齿轮泵的工作性能，由于该零件的主要加工表面为端面及孔系的加工，其中齿轮轴孔的和齿轮槽孔的加工最为重要。
既要保证孔的位置精度又要保证同轴度垂直度等技术要求，加工难度较大。
该零件为箱体类零件，在加工中应该遵循先面后孔、粗精加工分开的加工原则，在卧式铣床上完成面的加工，再在坐标镗床上配合孔加工专用夹具完成孔的加工。
从而保证零件的各项技术要求。
本设计应用坐标镗床和孔加工专用夹具，在保证各项技术要求的条件下将大大降低零件的废品率和生产成本。
关键词：
齿轮泵工艺夹具
Abstract
Thisdesignisbasedontheexternalgearpumpshellprocessingtechnologyandanimportantprocessoffixturedesign.Themachiningprecisionandprocessqualityofthispartwilldirectlyaffecttheworkingperformanceoftheequipment,suchastheoilpressureofthepumpandworkingefficiency,becausethemainprocessingsurfaceofthispartistheprocessingofendfaceandholesystem,amongwhichtheprocessingofthegearshaftholeandgearslotholeisthemostimportant.Toensuretheaccuracyoftheholepositionandtoensurethecoaxialityoftheverticaldegreeandothertechnicalrequirements,processingisdifficult.Thispartisakindofboxparts,intheprocessingshouldfollowthefirstsurfaceafterthehole,roughandfineprocessingseparateprocessingprinciple,Inthehorizontalmillingmachinetocompletethesurfaceprocessing,andtheninthecoordinateboringmachinewithholeprocessingspecialfixturetocompletetheholeprocessing.Thusverygoodguaranteepartsprocessingprecisionrequirementsandtechnicalrequirements.Thisdesignisinthecoordinateboringmachinewiththeholeprocessingspecialfixturetocompletetheholeprocessing,inthehorizontalmillingmachinetocompletethesurfaceprocessing.Theadoptionofcommonmachinetoolswillgreatlysaveproductioncosts,specialholeprocessingfixturesandotherpartsgreatlyreducetherejectionrateandlaborintensity.
Keywords：
gearpump,parts,fixture
1绪论
1.1机械加工工艺概述
机械产品的工作性能以及使用寿命往往依赖于每一个零部件的加工质量，除新兴制造技术如3D打印外，就传统机械制造而言，大多借助金属切削机床采用去除材料的方法获得需要的零件形状、尺寸、精度，所以对零件质量的影响是多方面的。
除需要良好的设备以及工人良好的技术水平外，各工序间的先后顺序以及每道工序切削用量的选择对零件加工质量的保证也是至关重要的，因此每个企业都有特定的工艺人员根据本企业实际情况对相应产品的生产过程编制一个最合理的生产程序，需要工人严格执行的指导性文件就是工艺规程，一个良好并合理的工艺规程能有效提高零件的合格率，降低工人劳动强度，为企业带来更好的经济效益。
1.2机械加工工艺流程
机械零件的加工工艺规程是生产制造企业为了达到最佳生产质量降低生产成本规定的详细操作方法的工艺文件之一。
它是企业工艺人员按本企业实际情况把该零件加工的所有过程程序化，制定工艺卡片，需要工人严格按照工艺规程执行零件加工流程。
1.3夹具的概述
传统的机械制造多为切削加工，去除材料形成需要的形状、结构、尺寸，因此零件的加工往往在机床上完成，为了更快的找到零件相对于机床的正确位置和保证在加工过程中零件不会因切削力或机床的震动而偏移出正确位置，导致加工的不稳定使不能达到零件所需要的尺寸及精度要求就需要机床夹具来解决这一问题，从常见的车床三抓卡盘到专用夹具，夹具作为传统机械制造业中最重要的工艺装备之一发展已有了一百余年的历史，在其制造业的发展过程中发挥了巨大作用。
1.4夹具的主要功能
机床夹具广泛应用于实际生产中，从常见的车床三抓卡盘到机床专用夹具，夹具在生产中的作用不可忽视，夹具主要用于装夹工件，使工件能在机床上迅速定位并夹紧工件，使在加工过程中工件不会受切削力或者机床震动而偏移正确位置，使加工过程趋于稳定，这样才能加工出所需要的零件结构、尺寸、精度，同时在很多专用夹具中还设置有对刀装置，可以快速确定刀具相对于夹具或机床的正确位置，此外还有导向装置如钻床夹具中的钻模板和镗床夹具中的导向装置等。
1.5机床夹具的发展趋势
随着中国制造2025发展计划的持续推进，发展先进制造业是我的发展目标，制造业的快速崛起以及社会生产率的迅速提高，更高端数控机床的研发，智能化加工系统等使作为装备制造业的必不可少的组成部分的工艺装备（夹具）越来越精密化，对夹具的要求也更高如自动化的应用等，近年来在国家和企业的大力支持下夹具已经得到重视并集中力量研发制造许多专用夹具。
2加工工艺规程设计
2.1零件的分析
2.1.1零件的作用
无论在机械制造设备还是常用机械设备如货车、吊车等具有液压装置的设备中，齿轮泵是常用泵油装置，齿轮泵具有体积小、泵油效率高、工作稳定、可靠等优点，目前应用的液压装置中用于泵油的齿轮泵主要有内啮合形式和外啮合形式两种，由于生产制造成本和维护等原因应用最多的为外啮合齿轮泵。
外啮合齿轮泵壳体一般从中间分为两半，经铸造毛坯再进一步加工而来。
齿轮泵工作原理如图2.1所示，当齿轮泵上边主动齿轮逆时针旋转时，液压油经吸油腔进入齿轮间隙，液压油被吸入齿轮间隙被送入齿轮泵左端的压油腔压出，从而完成吸油和压油过程。
图2.1外啮合齿轮泵的工作原理
2.1.2零件的工艺分析
由壳体零件图2.2所示，齿轮泵壳体是一个箱体类零件，法兰面需要去除材料加工，表面粗糙度为3.2。
除法兰面外还有一系列孔需要加工，孔的表面要求也不相同，最高要求为表面粗糙度1.6。
因此可分为三个加工表面。
分析如下：
以该零件两半壳体的连接平面即法兰面为主要平面的加工表面。
包括：
法兰面的平面铣削加工，其中技术要求该加工表面粗糙度要求为3.2。
以进油口和出油口左右端面的加工平面。
粗糙度要求为12.5，粗铣即可达到。
以齿轮泵底平面为主要加工表面，由于该平面将用于定位，将其表面粗糙度提高到6.3。
孔的加工，2Xφ18+0.0180内孔，粗糙度要求为1.6，与基准H有位置度公差φ0.02；2Xφ48+0.0390内孔，表面粗糙度要求为1.6，于基准G有垂直度公差φ0.05，于基准A有同轴度公差φ0.05；M27的螺纹孔，粗糙度要求为6.3；2XRp3/8的螺纹孔，粗糙度要求为6.3；2Xφ11的沉孔，该孔将用于定位，需将粗糙度提高到6.3；6XM6的螺纹孔，表面粗糙度要求为6.3；2Xφ5+0.0120内孔，粗糙度要求为3.2。
图2.2轮泵壳体零件图
2.2齿轮泵壳体加工的主要难点和措施
分析齿轮泵壳体零件图可知，该零件的主要加工表面是以法兰面为主的平面以及内孔。
加工该零件的主要难点在于保证孔系的位置度公差以及同轴度公差，其核心就是要处理好孔与平面间的关系。
在加工中采取卧式铣床加工平面，用坐标镗床和孔加工专用夹具保证孔的技术要求。
2.2.1孔和平面的加工顺序
通过对壳体零件图的分析可知该零件在形状上是箱体类零件，在生产加工中应该遵循“先面后孔”的原则。
底平面面积大方便定位，装夹稳定可靠，平面加工比孔加工容易，表面的凹槽凸起对平面加工质量影响较小，为提高孔的精度创造条件，同时也便于对刀及调整，也利于刀具的保护。
2.2.2加工方案的选择
零件的加工方案应该适应于本企业的实际情况选择加工设备，并且应该考虑设备的成本以及运营状况，尽可能选择常用设备。
根据齿轮泵壳体零件图所示的技术要求，和中大批量生产的要求，采用坐标镗床镗模法镗孔，铣床铣削平面较为合适。
2.3齿轮泵壳体加工定位基准的选择
2.3.1定位基准的选择
定位基准的作用。
合理选择零件在机床或者夹具中的定位基准在零件生产加工中非常重要，定位基准是使工件能在夹具或机床中定位并稳定加工的关键，定位基准的正确与否不仅影响工件的加工精度，如果定位基准和设计基准不重合还会产生基准不重合误差。
基准的选择原则。
正确选择合理的定位基准也就是合理选择恰当的基面，通常在零件加工中的第一道工序没有直接可用的质量很好的面作为精基准，只能用相对较好毛坯的面作为定位基准，这个暂时的只用于加工出精基准的定位基面就是粗基准。
在后续的加工中采用上一道工序已经加工出来的表面做为定位基面，这种定位基面就是精基准。
2.3.2粗基准的选择
为了满足上述要求，从零件的以上分析可知，由于该零件为大批量生产，毛坯质量较高，所以选择中间的两个轴孔作为粗基准。
先以一个轴孔定位，限制工件的四个自由度，再以工件的另一个轴孔定位再限制工件的一个转动，共限制工件的五个自由度，最后再用工件的法兰面限制工件的第六个自由度平动，将工件夹紧便可加工出工件的底面作为下面工序的精基准。
2.3.3精基准的选择
从保证齿轮泵壳体孔与面、孔与孔、平面与平面间的位置考虑。
选择的精基准应该能保证齿轮泵壳体在接下来的加工中都能使用这个统一的精基准面，保证基准统一原则。
从齿轮泵壳体零件图可知，底面面积较大且与重要的轴孔是平行的，更适合将其作为精基准。
但是如果用一个平面定位仅仅限制了工件的三个自由度，正好泵体底面有两个孔可与底面形成一面两孔，该定位方案能保证在接下来的加工中都可以采用同一定位方案。
2.4齿轮泵壳体加工的主要工序安排
对于大批量生产的该零件，齿轮泵壳体加工的第一个工序也就是以两个轴孔和法兰面作为粗基准加工出下底面作为精基准。
具体的加工流程是先以两个轴孔和法兰面定位在粗加工、精加工底平面。
然后加工底面将用于定位的两个工艺孔到表面粗糙度6.3。
因为加工是从底平面开始加工到壳体所有工序加工完为止，除了个别工序外都要用到这个精基准。
后面的工序安排应当遵循箱体类零件加工原则，即先面后孔、粗精加工分开的原则。
加工精度较高的是法兰面和与法兰面平行的齿轮槽底面粗糙度要求都为3.2，而法兰面还有平面度垂直度公差要求。
由于后续轴孔的加工再坐标镗床上完成，先以加工好的底面以及两工艺孔定位，在立式铣床上先粗加工法兰面和齿轮槽底面，再进行半精加工并留加工余量0.6mm，以底面和两孔定位，在坐标镗床上先用扩孔钻扩两轴孔，再用铰刀粗铰、半精铰、精铰两轴孔到相应粗糙度和尺寸要求。
粗镗、半精镗2Xφ48的孔并留0.6mm的加工余量，刮镗两轴孔和两大孔从而保证了同轴度公差要求，最后攻丝。
根据以上分析过程，将外啮合齿轮泵壳体加工工艺路线拟定如下：
工艺路线一：
10铸造毛坯
20人工时效处理，消除内应力
30粗铣零件底平面
40半精铣零件底平面到表面粗糙度Ra6.3
50钻、扩2Xφ11工艺孔
60铰2Xφ11工艺孔到表面粗糙度Ra6.3
70粗铣法兰面
80粗铣齿轮槽底面
90粗铣进油孔和出油孔端面到Ra12.5
100钻孔攻丝M27螺纹孔
110钻孔攻丝Rp3/8螺纹孔
120钻扩2Xφ18轴孔
130粗镗2Xφ48内孔
140半精铣法兰面
150半精铣齿轮槽底面
160半精镗2Xφ48内孔
170精铰2Xφ18轴孔
180精铣法兰面
190精铣齿轮槽底面
200镗刮2Xφ48内孔
210配作2Xφ5销孔
220配作6XM6螺纹孔
230去毛刺、倒角
240清洗、涂防锈漆
工艺路线二：
10铸造毛坯
20人工时效处理，消除内应力
30粗铣零件底平面
40半精铣零件底平面到表面粗糙度Ra6.3
50钻、扩2Xφ11工艺孔
60铰2Xφ11工艺孔到表面粗糙度Ra6.3
70粗铣半精铣法兰面
80粗铣半精铣齿轮槽底面
90粗铣进油孔和出油孔端面
100钻、扩2Xφ18轴孔
110钻孔攻丝M27螺纹孔
120钻孔攻丝Rp3/8螺纹孔
130粗镗、半精镗2Xφ48内孔
140粗铰、精铰2Xφ18轴孔
150精铣法兰面
160精铣齿轮槽底面
170镗刮2Xφ48内孔
180配作2Xφ5销孔
190配作6XM6螺纹孔
200去毛刺、倒角
210清洗、涂防锈漆
以上工艺方案看起来合理，但通过仔细斟酌，这样的工艺方案确有不妥，没有按照粗精加工分开的原则，导致加工余量不均匀，但粗加工和半精加工同时进行却提高了生产效率，但加工质量得不到保障，所以从提高效率和保障加工质量上来说，加工质量是首要的，所以选择方案一较合理。
综合选择方案一：
10铸造毛坯
20人工时效处理，消除内应力
30粗铣底面
40半精铣底面到Ra6.3
50钻扩2Xφ11工艺孔
60铰2Xφ11工艺孔到Ra6.3
70粗铣法兰面
80粗铣齿轮槽底面
90粗铣进油孔和出油孔端面到Ra12.5
100钻孔攻丝M27螺纹孔
110钻孔攻丝Rp3/8螺纹孔
120钻扩2Xφ18轴孔
130粗镗2Xφ48内孔
140半精铣法兰面
150半精铣齿轮槽底面
160半精镗2Xφ48内孔
170精铰2Xφ18轴孔
180精铣法兰面
190精铣齿轮槽底面
200镗刮2Xφ48内孔
210配作2Xφ5销孔
220配作6XM6螺纹孔
230去毛刺、倒角
240清洗、涂防锈漆
2.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
2.5.1毛坯种类的选择
对于大批量生产的产品，好的毛坯可以节约原材料，减少机械加工中刀具以及机床的磨损，所以往往希望尽最大可能提高毛坯质量，但是毛坯的铸造质量与制造成本是成正比的，即毛坯质量越高，毛坯制造成本也越高，因此需要根据生产纲领和企业自身实际情况综合考虑来确定毛坯图。
根据该零件图可知，材料为HT200、大批量生产、空间结构复杂、尺寸中等，以及考虑到制造成本等因素经综合分析该毛坯更适合选用砂型铸造。
2.5.2确定毛坯的加工余量
根据生产批量采用砂型铸造，铸件机械加工余量分别为下表2.1：
表2.1
公称尺寸D
04063机械加工余量
0.5
0.5
1
面的粗加工余量，平面粗铣加工余量分别为下表2.2：
表2.2
平面最大尺寸D
D<=50
50粗加工余量
1.0~1.5
1.5~2.0
半精铣平面加工余量，半精铣后半精铣加工余量分别为下表2.3：
表2.3
零件的厚度D
630加工余量
0.7
1.0
精铣平面加工余量及偏差，镗刮平面加工余量分别为下表2.4：
表2.4
平面长度
平面宽度
余量
偏差
<=300
<=100
0.15
+0.06
孔的加工余量及偏差，基孔制7及精度孔的加工余量及偏差为下表2.5：
表2.5
基本尺寸
钻孔直径
扩孔钻直径
粗铰
精铰
18
17
17.85
17.94
18H7
刮孔加工余量根据，直径余量为下表2.6：
表2.6
基本尺寸
直径余量
48
0.05
铸件尺寸公差，为下表2.7：
表2.7
基本尺寸
铸件尺寸公差等级CT
大于
至
7
8
10
16
0.78
1.1
16
25
0.82
1.2
25
40
0.9
1.3
40
63
1.0
1.4
63
100
1.1
1.6
毛坯尺寸：
2Xφ18孔属内腔加工，即R=F-2RMA-CT/2=18-2*0.5-0.82/2=16.59mm
2Xφ48孔属内腔加工，即R=F-2RMA-CT/2=48-2*0.5-1.0/2=45mm
φ52孔属内腔加工，即R=F-2RMA-CT/2=52-2*0.5-1.4/2=50.3mm
2Xφ11孔属内腔加工，即R=F-2RMA-CT/2=11-2*0.5-0.78/2=9.61mm
M27螺纹底孔内腔加工，即R=F-2RMA-CT/2=24.4-2*0.5-0.9/2=22.95mm
Rp3/8螺纹底孔内腔加工，即R=F-2RMA-CT/2=14.95-2*0.5-0.78/2=13.56mm
法兰面及其后面双侧加工，即R=F+2RMA+CT/2=65+2*1+1.6/2=70.2mm
油管端面双侧加工，即R=F+2RMA+CT/2=84+2*1+1.6/2=89.2mm
底面单侧加工，即R=F+RMA+CT/2=10+2*0.5+1.1/2=13.2mm
齿轮槽底面单侧加工，即R=F+RMA+CT/2=25+2*0.5+0.9/2=26.45mm
故毛坯图为下图2.3：
图2.3
2.6选择加工设备及刀具、量具
根据生产纲领该零件为大批量生产，考虑到企业实际情况以及尽可能降低生产成本，所以选择企业有且常用的通用设备为主，生产方式以通用设备和专用夹具的组合为主。
确定工件的总长，选用带表游标卡尺，测量范围0~150mm[2]，因为孔的加工精度介于IT6~IT8之间，选用读数值0.001，测量范围0-50mm的内径千分尺。
采用立式铣床、卧式坐标镗床。
钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、镗孔、刮孔、刮端面选用刀具[2]。
根据不同的工序选择机床
工序30粗铣底平面，选用XA6132卧式铣床。
工序40半精铣底平面，选用XA6132卧式铣床
工序50钻2Xφ11工艺孔，选用Z525立式钻床
工序60铰2Xφ11工艺孔，选用Z525立式钻床
工序70粗铣法兰面，选用XA6132卧式铣床
工序80粗铣齿轮槽底面，选用XA6132卧式铣床
工序90粗铣进油孔和出油孔端面，选用XA6132卧式铣床
工序100钻孔攻丝M27螺纹孔，选用立式钻床
工序110钻孔攻丝Rp3/8螺纹孔，选用立式钻床
工序120钻扩2Xφ18轴孔，选用坐标镗床TG4120B
工序130粗镗2Xφ48内孔，选用坐标镗床TG4120B
工序140半精铣法兰面，选用XA6132卧式铣床
工序150半精铣齿轮槽底面，选用XA6132卧式铣床
工序160半精镗2Xφ48内孔，选用坐标镗床TG4120B
工序170精铰2Xφ18轴孔，选用坐标镗床TG4120B
工序180精铣法兰面，选用XA6132卧式铣床
工序190精铣齿轮槽底面，选用XA6132卧式铣床
工序200镗刮2Xφ48内孔，选用坐标镗床TG4120B
工序210配作2Xφ5销孔，选用立式钻床
工序220配作6XM6螺纹孔，选用立式钻床
根据不同的机床查表选择刀具
工序30，选择高速钢圆柱铣刀，铣刀直径d=63mm，齿数z=10
工序40，选择高速钢圆柱铣刀，铣刀直径d=63mm，齿数z=10
工序50，选择φ10.5高速钢机用麻花钻
工序60，选用φ11高速钢铰刀
工序70，选择高速钢圆柱铣刀，铣刀直径d=63mm，齿数z=10
工序80，选择高速钢立铣刀，铣刀直径d=16mm，齿数z=3
工序90，选择高速钢圆柱铣刀，铣刀直径d=63mm，齿数z=10
工序100，选用机用M27丝锥
工序110，选用机用Rp3/8丝锥
工序120，选择φ17高速钢机用扩孔钻
工序130，选用YT15镗刀
工序140，选用高速钢里铣刀
工序150，选用高速钢立铣刀
工序160，选用YT15镗刀
工序170，选用φ18铰刀
工序180，选用高速钢立铣刀
工序190，选用高速钢立铣刀
工序200，选用刮镗刀
工序210，选用d=3mm的麻花钻，d=5mm的铰刀
2.7确定切削用量及机动时间
2.7.1工序30的切削用量及基本时间的确定
本工序为粗铣齿轮泵底面，选择材料为高速钢的圆柱铣刀，铣刀直径为d=63mm，齿数z=4，选择铣刀的参数[2]
前角r0=10
后角β0=16
偏角α0’=8
螺旋角β=45
齿数z=3
选用机床XA6132卧式铣床
主传动电机功率7.5kw
每齿进给量fz=0.45~0.70取fz=0.5mm/r
铣削速度vc=24~36m/min取vc=30m/min
由vc=πd0n/1000得
铣刀转速n=1000vc/πd0=151.6r/min
每转进给量f=fzz=0.5*4=2mm/r
每分钟进给量vf=fn=2*151.6=303.2mm/min
走刀次数i=1
基本时间Tb=（108+60）/303.2=34s
辅助时间Ta=5min
单件时间Tc=334s
2.7.2工序40的切削用量及基本时间的确定
本工序为精铣齿轮泵底面，选择材料为高速钢的圆柱铣刀，铣刀直径为d=63mm，齿数z=4，选择铣刀的参数[2]。
前角r0=10°
后角β0=16°
偏角α0’=8°
螺旋角β=45°
齿数z=4
选用机床XA6132卧式铣床
主传动电机功率7.5kw
每齿进给量fz=0.45~0.70取fz=0.4mm/r
铣削速度vc=24~36m/min取vc=36m/min
由vc=πd0n/1000得
铣刀转速n=1000vc/πd0=181.9r/min
每转进给量f=fzz=0.4*4=1.6mm/r
每分钟进给量vf=fn=1.6*181.9=291mm/min
走刀次数i=1
基本时间Tb=（108+60）/291=35s
辅助时间Ta=5min
单件时间Tc=335s
2.7.3工序50的切削用量及基本时间的确定
本工序为钻2Xφ11的工艺孔，选择Z535钻床，选用高速钢麻花钻，d=φ10.8mm
进给量f=0.25mm/r
切削速度v=27~37m/min
取v=27m/min
n=1000v/πd=795.7r/min
查取钻床主轴参数n=800
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