设计离心式微电机水泵上连接座零件的机械加工工艺规程及工艺装备说明书.docx
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设计离心式微电机水泵上连接座零件的机械加工工艺规程及工艺装备说明书
机械制造工艺学
课程设计说明书
设计题目:
设计离心式微电机水泵上连接座零件的机械加工工艺规程及工艺装备
设计者:
薛云
指导教师:
司尧华
河南机电高等专科学校
2009年2月24日
机械制造工艺学课程设计任务书
题目：
设计离心式微电机水泵上连接座零件的机械加工工艺规程及粗车、半精车Φ125h6端面及其外圆和Φ100h7孔及孔口倒角工序的专用夹具
内容：
（1）零件——毛坯合图1张
（2）机械加工工艺规程卡片1套
（3）夹具装配总图1张
（4）夹具零件图2张
（5）课程设计说明书1份
原始资料:
该零件图样一张；生产纲领为5000件/年；每日一班（8小时）.
班级：
数控065班
学生：
薛云
指导老师：
司尧华
2009年2月24日
前言
机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学（含机床夹具设
计）和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这
次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中基本理论，并结合生产实践知识，
独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（连接
座）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方
案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料
及编写技术文件等基础技能的一次实践机会，为今后的毕业设计及未来从事
的工作打下了良好的基础。
由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，望老师多加指教。
一、零件的分析
（一）零件的作用
该零件是离心式微电机水泵上的连接座零件.左端Φ125h6外圆与水泵泵壳用4个螺钉和6个销定位及固定连接，水泵叶轮在Φ100H7孔内，右端Φ121h7外圆与电动机机座用3个销定位连接,Φ40H6孔与轴承配合。
此连接座起到连接电动机和水泵的作用.
（二）零件的工艺分析
由附图1可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。
该零件上的主要加工面为Φ121h7端面及其外圆,Φ125h6端面及外圆,
和Φ40H6孔.
Φ121h7端面及其外圆与电动机机座连接,其加工精度直接影响其与电动机机座的接触精度.Φ121h7端面及其外外圆相对于基准轴线A均有一定的径向圆跳动误差要求.因此,在加工它们时,最好能在一次装夹下同时加工出来.
Φ125h6端面及其外外圆与水泵泵壳连接,其加工精度直接影响其与水泵的接触精度.Φ125h6端面及其外外圆相对于基准轴线A均有一定的径向圆跳动误差要求.因此,在加工它们时,最好能在一次装夹下同时加工出来.
Φ40H6孔用于与轴承的配合.其孔表面粗糙度为3.2,钻孔后需再用扩孔以满足其精度要求.此孔与轴承配合,将决定轴的平稳性,进而影响电动机和水泵的平稳性.
由参考文献【4】中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精
度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
二、确定毛坯、画毛坯-零件合图（附图2）
根据零件材料确定毛坯为铸件。
又由题目已知零件的生产纲领为5000
件∕年。
通过计算，该零件的质量约为2kg。
由参考文献【1】表1-3可知,
其生产类型为大批生产。
毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。
由于连接座的
内腔及Φ17.5孔均需铸出，所以要安放型芯。
此外,为消除残余应力，铸造
后应安排人工时效。
由参考文献【2】表11-4得知，该种铸件的尺寸公差等级为CT11-13级，
加工余量等级MA为G、H、J三个等级。
大批量生产时,采用砂型造型方法
铸出的灰铸铁件CT与MA的配套关系为CT11-13/H.故取CT为11级，MA
为H级。
铸件的分型面选择为连接座的Φ121h7端面,浇冒口位置分别位于分型
面最大圆端面的两侧.
由参考文献【2】表11-4,用查表法确定各表面加工总余量如表2-1所示
表2-1各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸（mm）
加工余量等级
加工余量数值（mm）
说明
Φ121h7端面
69
H
2
单侧加工
Φ121h7外圆
Φ121
H
3
双侧加工
Φ125h6端面
69
H
2
单侧加工
Φ125h6外圆
Φ125
H
3
双侧加工
Φ40H6孔
Φ40
H
1
双侧加工
Φ32台阶圆
Φ32
H
1
单侧加工
Φ100H7孔
Φ100
H
2
双侧加工
由参考文献【2】表11-4,可得铸件主要尺寸的公差，如表2-2所示
表2-2主要毛坯尺寸及公差（mm）
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
Φ121h7端面
69
2+2
73
2.8
Φ121h7外圆
Φ121
3+3
Φ127
3.0
Φ125h6外圆
Φ125
3+3
Φ131
3.0
Φ40H6孔
Φ40
1+1
Φ38
2.8
三、工艺规程设计
（一）定位基准的选择
精基准的选择：
连接座的Φ125h6端面及其轴线既是装配基准,又是设计基准,用它们作为精基准，加工遵循“基准重合”原则，各孔的加工分别以两端面为精基准,工艺路线遵循了“基准统一”的原则.此外,两端面的面积较大,定位比较稳定,夹紧方案简单,可靠,操作方便.
粗基准的选择：
考虑到以下几点要求，选择Φ125h6端面作为粗基准：
第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使各孔的加工余量尽量均匀；第二，此表面较平整，没有浇口、冒口等缺陷，保证定位准确、夹紧可靠。
（二）制定工艺路线
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各面的加工方法如下：
Φ121h7端面:
粗车—半精车;Φ121h7外圆:
粗车—半精车;Φ125h6端面:
粗车—半精车;Φ125h6外圆:
粗车—半精车;Φ40H6孔:
扩;Φ100h7孔:
粗车—半精车;Φ32台阶孔:
粗车;未铸出孔:
钻;螺纹孔:
钻孔—攻螺纹.
因Φ121h7端面及其外圆,Φ125h6端面及其外圆,Φ100H7孔表面和A面均有较高的径向圆跳动要求,故它们的加工应尽可能地采用工序集中原则,以保证其位置精度.
另外,为保证各孔的加工精度,应尽量减少工件受力变形和受热变形对其的影响.因此,孔所在的平面加工和孔的加工之间应尽可能多的空留时间,使平面加工后有较多的时间进行自然时效.
要考虑到整个生产线的节拍,每道工序中工步不宜过多,工时不宜过长.
综合考虑上述因素,根据基准先行,先粗后精,先主后次,先面后孔的加工原则,拟定加工工艺路线如下:
序号
工序内容
简要说明
10
20
30
40
50
60
70
80
铸造
时效
涂底漆
粗车、半精车Φ121h7端面及外圆
扩Φ40H6孔至要求深度,车Φ32台阶孔
粗车、半精车Φ125h6端面及其外圆和
Φ100h7孔及孔口倒角
钻3-Φ7孔
钻6-Φ7孔
钻4-M5螺纹底孔,攻螺纹
检验
入库
消除内应力
防止生锈
基准先行，先粗后精
先加工面，先粗后精
更换加工设备加工
后加工孔
更换钻模板
（三）选择加工设备及刀、夹、量具
由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主。
其生产方式为以通用机床加专用夹具为主的流水生产线。
工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
粗车、半精车各端面及其外圆.选用通用的加工范围广的万能型卧式车床CA6140.采用材料为高速钢的45°车刀、专用夹具和游标卡尺.
粗车、半精车Φ100h7孔及孔口倒角.选用通用的加工范围广的万能型卧式车床CA6140.采用主偏角为93°的不通孔内孔车刀、专用夹具、游标卡尺及塞规.
扩Φ40H6孔至要求深度,车Φ32台阶孔.选用通用的加工范围广的万能型卧式车床CA6140.采用主偏角为93°的不通孔内孔车刀、专用夹具、游标卡尺及塞规.
钻3-Φ7、6-Φ7孔和4-M5螺纹底孔.选用摇臂钻床Z3025加工.采用锥柄复合麻花钻、专用夹具、游标卡尺及塞规.
攻螺纹.选用摇臂钻床Z3025加工.采用机用丝锥夹头、专用夹具和螺纹塞规.
（四）加工工序设计
1、工序10粗车、半精车Φ121h7端面工序
定位基准为Φ125h6端面及其轴线.定为基准,设计基准,装配基准重合,因此不需用工艺尺寸链计算.
参考文献【1】可得,
进给量f（mm/r）
背吃刀量ap（mm）
切削速度v（m/min）
粗车
0.5
3
80
半精车
0.1
0.2
100
校核机床功率（只校核粗加工时）
根据CA6140车床主电动机效率Pe=7.5kw.取机床效率取0.8,故机床有效功率为:
7.5*0.8=6kw
由参考文献【1】得,ve=80m/min,f=0.5mm/r
n=1000v/πD=1000*80/3.14*121=210r/min
则Pm1=4.74*210/320=3.11kw
Pm1故选择的车削用量可在该机床上使用,机床功率足够.
2、工序10粗车、半精车Φ121h7外圆工序
定位基准为Φ125h6端面及其轴线.设计基准为Φ121h7端面.定为基准与设计基准不重合,因此需用工艺尺寸链计算.尺寸链如图4-1所示:
封闭环为A0;A1=15为增环,A2=5为减环.
则封闭环A0的尺寸,用尺寸链可算得为A0=10mm
查参考文献【2】得,公差等级为IT9的公差值为0.062mm.
所以此加工可满足公差要求.
3、工序20扩Φ40H6孔至要求深度,车Φ32台阶孔工序.
定位基准为Φ125h6端面及其外圆.设计基准为Φ121h7端面.定为基准与设计基准不重合,因此需用工艺尺寸链计算.尺寸链如图4-2所示:
封闭环为A0;A1=28为增环,A2=27为减环.
则封闭环A0的尺寸,用尺寸链可算得为A0=1.mm
查参考文献【2】得,公差等级为IT9的公差值为0.062mm.
所以此加工可满足公差要求.
4、工序30粗车、半精车Φ125h6端面及其外圆所选用的车削用量与工序10粗车、半精车Φ121h7端面及外圆工序选用的一致.
5、工序30粗车、半精车Φ100h7孔及孔口倒角所选用的车削用量与工序20扩Φ40H6孔至要求深度,车Φ32台阶孔工序选用的一致.
6、工序40钻3-Φ7孔工序.
定位基准为Φ125h6端面及其外圆.定为基准与设计基准重合,因此不需用工艺尺寸链计算.
3-Φ7孔因一次钻出,故其钻削余量为Z=7/2=3.5mm
孔与孔之间的位置度要求由钻模保证.
由参考文献【1】表5-3高速钢钻头钻孔的进给量,可得
钻Φ7孔时进给量f选为0.36—0.44mm/r,选f为0.40mm/r.
主轴转速选为n=600r/min.
7、工序50钻6-Φ7孔和工序60钻4-M5螺纹底孔工序
定位基准为Φ121h7端面及其外圆.定为基准与设计基准重合,因此不需用工艺尺寸链计算.
6-Φ7孔因一次钻出,故其钻削余量为Z=7/2=3.5mm
4-M5螺纹底孔因一次钻出,故其钻削余量为Z=5/2=2.5mm
孔与孔之间的位置度要求由钻模保证.
由参考文献【1】表5-3高速钢钻头钻孔的进给量,可得
钻Φ7孔时进给量f选为0.36—0.44mm/r,选f为0.40mm/r.
钻M5螺纹底孔时进给量f选为0.27—0.33mm/r,选f为0.30mm/r.
主轴转速选为n=600r/min.
8、时间定额计算
根据本次设计要求，只确定一个工序的单件时间定额.
下面计算工序50钻6-Φ7孔的时间定额。
（1）机动时间
由参考文献【1】表5-7,钻、扩、铰加工机动时间的计算公式,得钻孔的
计算公式为
Tm=（lw+lf+l1）/f*n
Lf=dm*cotkr/2,l1=2—3
其中,lm=8mm,l1=3,dm=7mm,kr=（118/2）°
将以上数据及前面已选定的f及n代入公式,得
Lf=7*cot（118/2）°/2=2.1mm
Tm=（8+2.1+3）/0.4*600=0.05min
6Tm=6*0.05min=0.3min
机动时间即为基本时间,Tb=0.3min
（2）辅助时间。
参考文献【5】表2-5确定如表2-3所示。
表2-3辅助时间（min）
操作内容
每次需用时间
钻6-Φ7孔
操作次数
时间
主轴变速
变换进给量
移动摇臂
升降钻杆
装卸套筒刀具
卡尺测量
塞规测量
0.025
0.025
0.015
0.015
0.06
0.1
0.25
1
6
6
1
6
0.025
0.09
0.09
0.06
0.6
开停车
主轴运转
清除铣屑
0.015
0.02
0.04
则钻6-Φ7孔的辅助时间为0.865min
装卸工件时间取1.5min。
所以，辅助时间Ta为：
Ta=0.865+0.015+0.02+0.04+1.5=2.775min
（3）作业时间。
TB=Tb+Ta=0.3+2.775=3.075min
（4）布置工作地时间TS。
参考文献【4】取α=3﹪。
则：
TS=TBα=4.6×3﹪=0.14min
（5）休息与生理需要时间Tr。
参考文献【4】取β=3﹪。
则：
Tr=TBβ=4.6×3﹪=0.14min
（6）准备与终结时间Te.参考文献【3】表2.5-44，取各部分时间为：
中等件33min
升降摇臂1min
深度定位0.3min
使用回转夹具10min
由题目已知生产批量5000件，则
Te/n=（33+1+0.3+7）/5000min=0.009min
（7）单件时间Tp.
Tp=Tb+Ta+Ts+Tr
=0.3+2.775+0.14+0.14
=3.355min
（8）单件计算时间TC。
TC=Tp+Te/n=3.355+0.009=3.364min（五）填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡
工艺文件详见附表1、附表2
四、夹具设计
本次设计的夹具为第30道工序——粗车、半精车Φ125h6端面及其外
圆和Φ100h7孔及孔口倒角.该夹具用于CA6140卧式车床。
1.确定夹具方案
此道工序的定位基准为Φ121h7端面及其轴线.由于Φ121h7端面并不是连接座下端的最大圆端面.其上有三个均布的圆弧凸台.故采用垫圈卡住Φ121h7外圆,土台上用压板及三个夹爪压紧工件,可使定位、夹紧都比较稳定、可靠.
由于连接座是壳体薄壁零件,故采用心轴既可增加其刚性,又可进一步保证其定位.
夹具以夹具体、心轴、压板定位,用三个夹爪夹紧工件.
由于在大批生产中,不紧要考虑工件的质量问题,还要解决工件的产量问题.因此,在设计夹具时,应采用高效、省时的夹具结构.为此,本夹具采用气动或液压装置带动三个卡爪夹紧工件.
2、夹紧力的计算
参考文献【6】表2-13,可得所用压板所要承受的夹紧力为:
W=M*K/l*f
粗加工时,转速n=210r/min,由文献可知K=3,f=0.2
W=210*47.5*3/50*0.2=2992.5N.mm
精加工时,转速n=270r/min,由文献可知K=2,f=0.15
W=270*47.5*2/50*0.15=3420N.mm
取夹紧力为W=3420N.mm
则每个螺栓承受的夹紧力为W/2=1710N.mm
由文献【2】可知,M10螺栓的许用夹紧力为3924N.mm
因此采用M10螺栓.
对于心轴,其上螺栓所要承受的夹紧力为
W=n*K/2f=270*2/2*0.15=1800N.mm
因已加工出的通孔直径为Φ17.5,故采用M20的螺栓夹紧.
3、操作说明
工件以Φ121h7端面和孔Φ17.5为基准,考夹具定位心轴4及支承1定位.用气动或液动装置向左拉动连接套5和连接盘2,带动三个夹爪3同时压紧工件.松开时,夹爪可以自动张开.
参考文献
1、杜可可主编.机械制造技术基础.北京:
人民邮电出版社,2007
2、游文明主编.工程材料与热加工.北京:
机械工业出版社,2007
3、赵长明,刘万菊主编.数控加工工艺及设备.北京:
高等教育出版社,2008
4、宋绪丁主编.机械制造技术基础.西安:
西北工业大学出版社,2000
5、张龙勋主编.机械制造工艺学课程设计指导书.北京:
机械工业出版社,1999
6、东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学编.机床夹具设
计手册.上海:
上海科学技术出版社,1979
四、夹具设计
本次设计的夹具为第50道工序——钻6-Φ7孔夹具,该夹具适用于Z3052摇臂钻床.
1.确定加工方案
这道工序所加工的孔分别在相隔60°角的凸耳上,钻孔表面为前道工序所完成的半精加工加工表面,粗糙度为6.3,为避免钻头引偏,以Φ121的端面为基面,采用心轴压紧,利用长钻套与钻模板配合使用.
从加工方便来看,将工件加工一次,转动上模板60°角,既可实现孔的连续加工,所以关键是上下模板的定位,上下模板采用两键定位,控制3个自由度,支承面即下模板控制2个自由度,心轴由螺母拧紧,控制（上下）1个自由度,实现工件的定位.
在工件旋转时,要求孔Φ24h7的孔与心轴要同公差等级配合,目的减小因旋转角度的差异而造成6个孔的孔心与连接座的中心线发生偏移,产生不必要的误差.
2.夹紧力的计算
因为加工方向和定位方向垂直,所以只需要旋紧m12的螺母既可,不需要计算夹紧力.
3.操作说明,
将工件Φ121的端面朝下安装的上模板上,孔要和心轴对应,放上垫圈,拧紧螺母,拧上定位螺栓,加工完以个孔时,旋转上模座板至下次定位完成（即60°）,开始下一孔的加工.
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