泵盖加工工艺及夹具设计说明书

四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 1 四川大学锦城学院 本科生毕业论文（设计） 题 目 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 系 别 专 业 学生姓名 学 号 年级 指导教师 二一四 年 11 月 09 日四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 1 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 专业：机械设计制造及其自动化 学生： 指导老师： 摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 泵盖加工工艺规程及其钻扩铰 18的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺 寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词： 工艺 工序 切削用量 夹紧 定位 误差。 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 2 on of he of to of of is 8H7 In of to of to of of in to is to of of as a by of to 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 3 目 录 1 绪 论 . 4 械加工工艺概述 . 4 . 4 . 5 . 5 . 6 . 6 . 7 2 工艺规程的设计 . 8 件分析 . 8 定毛坯的的制造形式 . 8 订工艺路线 . 9 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 10 . 11 3 工艺专用夹具的设计 . 19 题的提出 . 19 位基准的选择 . 19 削力及夹紧力计算 . 19 位误差分析 . 20 . 21 具设计及操作简要说明 . 22 4泵盖零件三维造型的设计 . 23 参 考 文 献 . 24 致 谢 . 38 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 4 1 绪 论 械加工工艺概述 机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。 机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工 装配 包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细 说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。 总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。 械加工工艺流程 机械加工工艺规程是规定零件机械 加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写 成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 5 3) 选择毛坯。 4) 拟订工艺路线。 5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。 7) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 9) 填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。 具概述 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中 。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。 “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。 床夹具的功能 在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。 1机床夹具的主要功能 机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 6 （ 1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。 （ 2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固 定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。 2机床夹具的特殊功能 机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。 （ 1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。 （ 2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。 床夹具的发展趋势 随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 床夹具的现状 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（ 加工中心（ 成组技术（ 柔性制造系统（ 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。 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 7 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。 代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达 于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5 m；精密心轴的同轴度公差可控制在 1 m 内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达 m。 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为 2600r/而使切 削速度大幅度提高。 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。 标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式， 屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：214891以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 8 2 工艺规程的设计 件分析 泵盖共有六组加工表面，如图 2分述如下： 1、 即 大端面） 2、 48孔， 4孔 3、宽 24槽 4、 2孔 5、 2孔 6、 18孔 7、 8孔， 图 2盖工件图 定毛坯的的制造形式 由零件图可知，其材料为 材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。该零件上主要加工面为大端面， 48 孔， 4孔， 宽 24的槽， 2孔， 2孔， 18 孔， 8孔， 根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的类型为大批量生产，故毛坯的铸造方法用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排 人工时效处理。由机械加工工艺手四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 9 册查得该种铸造公差等级为 1，加工余量等级 级。 订工艺路线 （ 1）、工艺路线方案一： 工序 10：铸造 工序 20：时效 工序 30：铣 端面） 工序 40：锪平 48深 2，钻 4孔 工序 50：铣宽 24 的槽 工序 60： 钻 2 孔 工序 70：配作 2孔 工序 80：钻、扩、铰 18工序 90：钻 8孔、扩、攻 序 100： 清洗去毛刺 工序 110：验收 工序 120：入库 （ 2）、工艺路线方案二： 工序 10：铸造 工序 20：时效 工序 30：铣 端面） 工序 40：铣宽 24 的槽 工序 50：锪平 48深 2，钻 4孔 工序 60： 钻 2 孔 工序 70：配作 2孔 工序 80：钻、扩、铰 18工序 90：钻 8孔、扩、攻 序 100： 清洗去毛刺 工序 110：验收 工序 120：入库 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 10 （ 3）、工艺方案的分析： 上述两个工艺方案的特点在于：方案一与方案二的区别是：方案一把钻 48 孔及 9孔放的相对靠前，这样做为后面工序 24槽的加工提供了定位基准，节约了夹具设计的时间，提高了生产效率，故我们采用方案 一： 具体的工艺过程如下： 工序 10：铸造 工序 20：时效 工序 30：铣 端面） 工序 40：锪平 48深 2，钻 4孔 工序 50：铣宽 24 的槽 工序 60： 钻 2 孔 工序 70：配作 2孔 工序 80：钻、扩、铰 18工序 90：钻 8孔、扩、攻 序 100： 清洗去毛刺 工序 110：验收 工序 120：入库 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “泵盖”零件材料 坯的重量约为 产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。 1、 A 面（ 大端面），表面粗 糙度为 切削用量手册表 2，单边总余量 Z=、 48孔， 4孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造 3、 宽 24的槽， 因尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造 4、 2孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造 5、 2孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造 6、 18孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造 7、 8孔、扩、攻 孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 11 8、 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自 由度公差，由铸造可直接获得。 定切削用量及基本工时 工序 10：铸造 工序 20：时效 工序 30： 铣 端面） 1. 选择刀具 刀具选取端铣刀，刀片采用 p ， 000 ， 5 ， 4z 。 2. 决定铣削用量 1） 决定铣削深度 p 2） 决定每次进给量及切削速度 根据 功率为为 等系统刚度。 根据表查出 齿/2.0 z ，则 m 51 0 001 0 00 rd vn s 按机床标准选取475 r m i n/i n/1000 4751001000 w 3） 计算工时 切削工时： 10 ， ， 2 ，则机动工时为 m i 5 021 fn 0： 锪平 48深 2，钻 4孔 工步一：锪平 48深 2 刀具选取锪刀 ， 5 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 12 2. 决定锪削用量 1） 决定锪削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀完成，则 2） 决定每次进给量及切削速度 根据 功率为为 等系统刚度。 根据表查出 齿/2.0 z ，则 m 510001000 rd vn s 按机床标准选取275 r m 75181000 w 当275r/ 按机床标准选取 2203） 计算工时 切削工时： 01 ， 2 ，则机动工时为 m 1021 fn T=4步二： 钻 9孔 确定进给量 f ：根据参考文献表 2钢的 00， 0 时， 。由于本零件在加工 9 孔时属于低刚度零件， 故进给量应乘以系数 根据 床说明书，现取 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 13 切削速度：根据参考文献表 2表 2得切削速度 8 所以 m 79 181 0 0 01 0 0 0 rd 根据机床说明书，取 75 ，故实际切削速度为 m 7591000 切削工时： ， ， 2 ，则机动工时为 m T=4序 50： 铣宽 24 的槽 刀具选取圆柱铣刀，刀片采用 p ， 00 ， 5 ， 4z 。 2. 决定铣削用量 1） 决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 p 2） 决定每次进给量及切削速度 根据 铣床说明书，其功率为为 等系统刚度。 根据表查出 齿/2.0 z ，则 m 510001000 rd vn s 按机床标准选取275 r m 0 0 275501 0 0 0 w 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 14 当275r/ 按机床标准选取 2003） 计算工时 切削工时： 01 ， 2 ，则机动工时为 m 5 41021 fn 0： 钻 2 孔 确定进给量 f ：根据参考文献表 2钢的 00， 0 时，。由于本零件在加工 8 孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数 根据 床说明书，现取 切削速度：根据参考 文献表 2表 2得切削速度 8 所以 m 68 181 0 0 01 0 0 0 rd 根据机床说明书，取 75 ，故实际切削速度为 m 0 0 47581 0 0 0 切削工时： ， 1 ， 2 ，则机动工时为 m 534821 T=2序 70：配作 2孔 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 15 确定进给量 f ：根据参考文献表 2钢的 00， 0 时，。由于本零件在加工 5 孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数 根据 床说明书，现取 切削速度：根据参考文献表 2表 2得切削速度 8 所以 m 81 0 0 01 0 0 0 rd 根据机床说明书，取 75 ，故实际切削速度为 m 7551000 切削工时： ， ， 2 ，则机动工时为 m T=2序 80：钻、扩、铰 18工步一钻孔至 15 确定进给量 f ：根据参考文献表 2钢的 00， 50 时，。由于本零件在加工 15孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数 根据 床说明书，现取 切削速度：根据参考文献表 2表 2得切削速度 8 所以 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 16 m 81 0 0 01 0 0 0 rd 根据机床说明书，取 75 ，故实际切削速度为 m 0 0 275151 0 0 0 切削工时： 2 ， ， 2 ，则 机动工时为 m 孔 利用钻头将 孔扩大至 ，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 钻 根据机床说明书，选取 m i n/461231213121 钻则主轴转速为 m 4 ，并按机床说明书取 8 ，实际切削速度为 m 0 0 0 0 切削工时： 2 ， ， 2 ，则机动工时为 m 孔 根据参考文献表 2， 28 ，得 m 4 9 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 17 查参考文献表 机床实际进给量和实际转速，取 ，98 rn w ，实际切削速度 3.9 。 切削工时： 2 ， ， 2 ，则机动工时为 m 0：钻 8孔、扩、攻 步一：钻 8孔 确定进给量 f ：根据参考文献表 2钢的 00， 0 时，。由于本零件在加工 8 孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数 根据 床说明书，现取 切削速度：根据参考文献表 2表 2得切削速度 8 所以 m 68 181 0 0 01 0 0 0 rd 根据机床说明书，取 75 ，故实际切削速度为 m 0 0 47581 0 0 0 切削工时： 5 ， 1 ， 2 ，则机动工时为 m 8孔至 用钻头将 孔扩大至 ，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 18 钻 根据机床说明书，选取 m i n/461231213121 钻则主轴转速为 m 4 ，并按机床说明书取 8 ，实际切削速度为 m 7 0 0 0 0 切削工时： 5 ， ， 2 ，则机动工时为 m 丝 择 f 等于工件螺纹的螺距 p ，即 1 /f mm r 7 m i 12 =199r/机床选取 2 7 2 / m 6 m i 基本工时：12 1 0 3 3 0 . 0 5 ( m i n )2 7 2 1 . 2 5l l lt 机工序 100： 清洗去毛刺 工序 110：验收 工序 120：入库 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 19 3 工艺专用夹具的设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。有老师分配的任务，我被要求设计工序 70:钻、扩、铰 18选用机床： 式钻床。 题的提出 本夹具主要用于 钻、扩、铰 18其他面没有任何要求，本道工序加工精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。 位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此道工序后面还有精加工，因此本次铣没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。由于该零件所设计的为钻、扩、铰 18工件左端面及两侧面 作为定位面，本套设计定位方案，两支承板与工件左端面相 配合限制三个自由度（即 轴移动），另一支承板相配合限制两个自由度（即 螺栓与一侧面相配合限制一个自由度（即 这样工件被完全定位。 削力及夹紧力计算 由资料机床夹具设计手册查表 721 可得： 切削力公式： 式（ 式中 0 查表 821 得： 9 0( p 四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 20 即： )(F f 实际所需夹紧力：由参考机床夹具设计手册表 1121 得： 安全系数 式（ ： 6543210 式中： 60 各种因素的安全系数，见参考文献 16机床夹具设计手册表121 可得： K 所以 )( 5 8 0 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。 取 ， ， 螺旋夹紧时产生的夹紧力，由式（ ： )(5830)( 210 z 式中参数由机床夹具设计手册可查得： 675.5901 0592 631 其中： )(140 )(80 由机床夹具设计手册表 2621 得：原动力计算公式： 由上述计算易得： 0 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。 位误差分析 一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致 ，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。 形成原因有两个，一是由于定位基准 与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 21 基准不重合而造成。 根据零件图可知， T= 96a 。d ）（已知孔的形状公差为 据经验公式， 易知此结果符合。 套的设计 本次钻孔需钻的是端面上的 需要钻、扩、绞的 18于 先钻底孔后还需要扩 、绞，所以就应该 采用快换式钻套来对各孔进行钻孔加工 ，通过这种方式，来减少更换钻套需要消耗的时间。根据实际情况，该 18工情况如下：先用 17 直柄麻花钻头钻底孔，根据机床夹具标准件可知，具体的快换钻套结构图如下图 3 图 3 快换钻套 钻套结构参数如下表： 表 3钻套基本结构参数 d H D 11允差 2 5 35 + 52 46 1 5. 2 3 1四川大学锦城学院本科毕业论文 盖类零件的三维造型与加工工艺分析 22 5 6 5 1 图 3换钻套 因为快换钻套和夹具体是间隙配合，加工的时间快换钻套靠压紧螺钉把他压紧在钻模板上，以防 止加工的时间工件的旋转，由上图可知与 17快换钻套相配的螺钉