设计泵体的机械加工工艺规程及钻 工序的专用机床夹具.docx
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设计泵体的机械加工工艺规程及钻工序的专用机床夹具
工艺装备课程设计说明书
设计题目：
设计泵体的机械加工工艺规程及钻
工序的专用机床夹具
学院：
机械工程学院
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
指导教师：
学生姓名：
2014年7月日
目录
第1章绪论1
1.1课题背景及研究的目的和意义1
1.2国内外发展概况1
第2章泵体的加工工艺规程设计7
2.1零件的分析7
2.1.1零件的作用分析7
2.1.2零件的工艺分析7
2.2选择毛坯种类及制造方法7
2.3拟定零件的机械加工工艺过程7
2.3.1选择定位基准7
2.3.2选择加工方法8
2.4工序设计8
2.4.1选择机床和工艺装备9
2.4.2确定切削余量10
2.4.3确定工时定额10
2.5填写工艺文件10
第3章专用机床夹具设计7
3.1定位方案的确定与定位元件的选择7
3.2夹紧方案的确定与夹紧机构的设计7
3.3导向方案的确定与导向元件的选择8
3.4夹具体的设计8
3.5绘制夹具装配图8
3.6绘制夹具零件图8
结论7
参考文献9
致谢11
附录12
第1章绪论
1.1课题背景及研究的目的和意义
随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。
各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。
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。
特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。
“工欲善其事，必先利其器。
”工具是人类文明进步的标志。
自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。
但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。
机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。
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。
1.2国内外发展概况
国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作品种已占工件种类总数的85%左右。
现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。
然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。
另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。
特别是近年来，数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：
1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。
2）能装夹一组具有相似性特征的工件。
3）适用于精密加工的高精度机床夹具。
4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。
5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。
6）提高机床夹具的标准化程度。
第2章泵体的加工工艺规程设计
2.1零件的分析
2.1.1零件的作用分析
题目所给的零件是泵体零件，泵体是机器的基础零件，其作用是将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关零件联成一个整体，并使之保持正确的相对位置，彼此协调工作，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，良好的密封性和散热性。
因此，箱体零的加工质量直接影响机器的性能、精度和寿命。
2.1.2零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。
但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。
2.2选择毛坯种类及制造方法
根据零件图可知，零件材料为灰口铸铁，零件形状为非圆柱体，且属于大批生产，因此选用铸造毛坯，这样，毛坯形状与成品相似，加工方便，省工省料。
其毛坯参数见附图一。
2.3拟定零件的机械加工工艺过程
2.3.1选择定位基准
用未加工过的毛坯表面作为定位基准，这种基准为粗基准；用加工过的表面作为定位基准，则为精基准。
根据“先粗后精”的原则选择基准。
粗基准的选择：
采用泵体上底面做粗基准，考虑到此面表面较为平整，没有浇口、冒口，符合粗基准的选择条件。
精基准的选择：
主要应该考虑基准重合的问题。
为避免基准不重合而引起的基准不重合误差，保证加工精度而应遵循基准重合原则。
所以选择加工之后的底面为精基准，其满足基准重合原则与基准统一原则，并且定位稳定可靠，夹具结构简单。
2.3.2选择加工方法
1.底面粗糙度6.3，加工方法：
粗铣；
2.顶面粗糙度3.2，加工方法：
粗铣—精铣；
3.左侧面粗糙度3.2，加工方法：
粗铣—精铣；
4.
孔，表面粗糙度1.6，精度等级IT7，加工方法：
粗镗—半精镗—精镗；
5.
孔，表面粗糙度1.6，精度等级IT7，加工方法：
粗镗—半精镗—精镗；
6.
孔，表面粗糙度1.6，精度等级IT7，加工方法：
粗镗—半精镗—精镗；
7.左侧面
的螺纹孔，精度等级为7级，加工方法：
钻孔—攻丝；
8.顶面
的螺纹孔，精度等级为7级，加工方法：
钻孔—攻丝；
9.地板上有4个
的孔，未标注精度，孔一次钻即可出来；
10.侧面有个
的螺纹孔，加工方法为：
钻孔—攻丝；
11.其余表面为不加工面，在切削加工前，该铸件应进行人工时效处理。
2.4工序设计
在安排工序顺序时，不仅要考虑机械加工工序，还应考虑热处理工序和辅助工序。
在安排机械加工工序顺序时，应根据加工阶段的划分，基准的选择和被加工表面的主次来确定，一般应遵循以下原则：
（1）先基准后其他即首先加工用作精基准的表面，再以加工出的精基准为基准加工其他表面。
如果定位基准面不止一个，则应按基准面转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准面和主要的加工以便为后续工序提供合适的基准。
（2）先粗后精各表面的加工顺序，按加工阶段，从粗到精进行安排。
将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。
这样处理还有一个好处就是在粗加工以后零件表面有应力集中的现象，粗精分开可以在粗加工以后进行热处理以消除应力。
（3）先主后次先加工主要表面，后加工次要表面。
（4）先面后孔对于箱体类零件，应先加工平面后加工孔。
这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。
其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。
为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。
基本加工顺序为：
定位基准加工—主要表面粗加工—次要表面加工—主要表面半精加工—次要表面加工—修基准—主要表面精加工
综合以上原则，此泵体本次加工工序为：
先以
的孔轴线为定位基准，加上顶面定位，采用划线找正法，加工底面，接着以底面为粗基准加工左侧面和顶面，然后粗镗
、
、
三个孔，接着以底面为精基准加工左侧面和顶面，精镗孔
、
、
，最后再钻
并锪平
、钻—攻丝
的螺纹孔、钻—攻丝
螺纹孔并锪平
、钻—攻丝
、钻—攻丝
。
2.4.1选择机床和工艺装备
根据毛坯尺寸和《机械制造工艺简明手册》，各工序机床选择如下：
工序3、4：
根据《机械制造工艺简明手册》表4.2—35，选择X52K型立式铣床；根据《切削用量简明手册》，选择YG6硬质合金端铣刀片，齿数Z=16。
工序5：
根据《机械制造工艺简明手册》表4.2—38，选择X62W卧式铣床；根据《切削用量简明手册》，选择YG6硬质合金端铣刀片，齿数Z=10。
工序6、7：
根据毛坯尺寸及加工方法，对照零件图上加工精度、表面粗糙度、形位公差及技术要求，查阅相关镗削技术，参照《镗工技能快速入门》，选择T68型卧式镗床；选用硬质合金镗刀杆，并根据加工材料的性质，选用PVDTiAIN涂层硬质合金刀片，主偏角为90°的单刃镗刀。
工序8至工序13参照上述工序，具体选择结果参照附录一。
工序14：
由于底座上的四个孔具有对称性，且为通孔，故可采用Z3025摇臂钻床；选择直径为9mm的高速钢麻花钻头。
工序15，以底面为加工基准，故可采用Z3025摇臂钻床；选择直径为9mm的高速钢麻花钻头锪孔。
工序16：
机床为Z3025摇臂钻床，工步一选用直径为5.2mm的高速钢锥柄麻花钻，工步二选用直径为6mm高速钢机动丝锥W18Cr4V。
工序17、18：
机床为Z3025摇臂钻床，工步一选用直径为11.9mm的高速钢锥柄麻花钻，工步二选用直径为14mm高速钢机动丝锥W18Cr4V，工步三为直径22mm的高速钢锪钻。
工序19：
机床为Z3025摇臂钻床，工步一选用直径为8.5mm的高速钢锥柄麻花钻，工步二选用直径为10mm高速钢机动丝锥W18Cr4V。
工序20：
机床为Z3025摇臂钻床，工步一选用直径为5.2mm的高速钢锥柄麻花钻，工步二选用直径为6mm高速钢机动丝锥W18Cr4V。
2.4.2确定切削余量
对于直径为9mm的孔，选择的直径为9mm的高速麻花钻的标准参数查《切削用量简明手册》表2.1及表2.2，
，
，
，
，
，
mm，
mm。
（1）进给量的选择
按加工要求决定进给量：
根据表2.7，由于零件上未标注精度，故按13级精度加工，当铸铁硬度≤200HBS，
=9mm时，
mm/r。
按钻头强度决定进给量：
根据表2.8，灰铸铁硬度在168~218HBS时，钻头强度允许的进给量
mm/r。
按机床进给机构强度决定进给量：
根据表2.9，机床进给机构允许的轴向力为6960N（Z3025允许的最大轴向力为7848N）时，查得进给量
mm/r。
由于是加工通孔，为了避免即将钻通时钻头容易折断，故宜在孔即将钻穿时停止自动进给而采用手动进给。
通过校验进给机构强度可知，进给量
mm/r可用。
（2）决定钻头磨钝标准及寿命
由表2.12，当，
=9mm时，钻头后刀面最大磨损量为0.6，刀具寿命T取110min。
（3）决定切削速度
由表2.15，选得进给量
mm/r，切削速度为16mm/min，查阅说明书n取500mm/min。
2.4.3确定工时定额
根据所钻板的厚度H=11mm，数量n=4，查表得L2=2.61，S=0.1mm/转，V=900转/分，代入公式得：
min
2.5填写工艺文件
见附录一。
第3章专用机床夹具设计
3.1定位方案的确定与定位元件的选择
（1）确定定位方案：
以工件的上表面为定位基准，限制Z方向的移动，X、Y方向的转动；以工件底座处一侧面为定位基准，限制Z向转动和X方向移动。
（2）定位元件的选择：
根据定位方式，采用一面一孔一销点定位原理，采用芯轴和支撑钉定位。
由于基准重合，不重合误差为零，泵体上表面已被加工，所以基准位置误差也为零，所以满足。
3.2夹紧方案的确定与夹紧机构的设计
螺旋夹紧机构结构简单，扩力比大，自锁性能好，行程不受限制，故采用快速螺旋夹紧机构。
查《简明机床夹具设计手册》得所需钻削切削力：
钻削力矩为：
查《简明机床夹具设计手册》得平面接触型的M16的普通螺旋夹紧力可达到7900N，故选择M16的螺旋夹紧机构。
如图3.1所示：
图3.1螺旋夹紧机构
3.3导向方案的确定与导向元件的选择
定向键安装在夹具体底面的槽中，一般使用两个。
其距离应尽可能布置得远些。
通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。
定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。
定向键的选择如图3.2所示：
3.4夹具体的设计
夹具体一般是夹具上最大和最复杂的基础元件。
在夹具体上，要安放组成该夹具所需要的各种元件，机构，装置，并且还要考录便于装卸工件及在机床上的固定。
因此，夹具体的形状和尺寸应满足一定的要求，它主要取决于工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质等，所以在夹具设计中，夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。
在夹具体的设计中应满足以下基本要求：
由足够的强度和刚度；减轻重量，便于操作；安放稳定，可靠；结构紧凑，工艺性好；尺寸稳定，有一定精度；排屑方便；应吊装方便，实用安全。
3.5绘制夹具装配图
3.6绘制夹具零件图
结论
本次设计从零件的毛坯生产到最终成品，中间经过了铣、镗、钻、攻螺纹、等工序。
因为是大批量生产，工序就分得很散，中间就可省去换刀具和调试的时间。
在夹具设计中，先确定工件的基准，然后通过一面两销定位，将工件固定夹紧在夹具上。
在此计算了了夹紧力和夹具体的误差等。
在本次设计中已无大的问题，基本达到了要求。
在钻
的夹具时选择了两种定位方式，后因钻套问题推翻掉了第一种以底面为定位基准，六点定位的方案，选择了以上顶面为基准的加工方式。
在钻模板固定的结构选择上选用了铰链式结构，但在设计完成后发现该结构精度要求较高，不适合在此使用，但因时间问题没有来得及修改。
为此，我感到很遗憾没有把这次设计做得更完美。
参考文献
[1]贾文.零件加工工艺与工装设计[M].北京：
北京理工大学出版社，2010.7.
[2]孟拓.简明机床夹具设计手册[M].北京：
化学工业出版社，2010.2.
[3]艾兴.切削用量简明手册（第3版）[M].北京：
机械工业出版社，1994.7.
[4]孟宪栋.机床夹具设计设计图册[M].北京：
北京工业出版社，2011.5.
[5]王启平.机床夹具设计[M].哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社,2005.7.
[6]王启平.机械制造工艺学[M].哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社,2005.8.
致谢
在这次毕业设计中，从刚开始的毫无头绪，到最后的顺利完工，一路走来颇为艰辛。
在此，要十分感谢师对我的教导，从开始的给课题，到后来的修改，找不足，再修改，再找不足等等……感谢老师给了我十分大的帮助，不但及时地发现我的不足之处，还给出正确的指导。
由于本人水平有限，经验不足，设计中难免存在错误疏忽之处，希望老师能予批评和指出。
附录
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