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机械毕业设计全套

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GY03-097@水泵叶轮夹具及工艺的毕业设计,机械毕业设计全套

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南通职业大学 机械工程 系 机械制造与自动化 专业 毕 业 设 计 任 务 书 一、题目及专题： 、 题目 水泵叶轮夹具及工艺的设计 、专题 二、课题来源及选题依据 在实际生产过程中，很多行业中一些形状较复杂产品特别是加工批量较大的零件 ， 利用通用夹具难以装夹。即便 勉强 可以装夹 但 零件的装夹和 加工难度 也同时提高， 精度难以保证 ，工人劳动强度提高，所耗工时增加，成本提高， 加工生产效率低 。 为了便于零件的装夹和加工同时保证加工质量，降低工人劳动强度， 降低 成本，提高 生产 加工效率 需要 使用 专用夹具 。 nts三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1.设计技术图样折合 A0 不少于二张。 2.设计说明书一份，字数不少于 5000 字。 3. 本设计为水泵叶轮的夹具与工艺设计，所设计的夹具 应使 工件的 夹紧准确可靠 便于 装夹 和 加工 ，能满足实际使用需求。 4 水泵叶轮的 加工工艺的制定合理可行。 四、接受任务学生： 机制 054D（数控） 班 姓名 丁进选 五、开始及完成日期： 自 2007 年 11 月 18 日 至 2008 年 2 月 28 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 院长 (系主任 ) 签名 年 月 日 nts 编号 南通职业大学 毕 业 设 计 题目： 水泵叶轮夹具及工艺的设计 机械工程系 系科 机械制造与自动化 专业 学 号： 0 学生姓名： 指导教师： 08 年 1 月 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 1 水泵叶轮夹具及工艺的设计 报告书 课题来源 对车间的观察，及自己的兴趣爱好，对不规则零件和形状较复杂零件如何加工和装夹产生了浓厚的兴趣。现在决定以次为课题，进行水泵叶轮夹具及加工工艺的设计。 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 专用夹具 操作方便、省力、安全 便于零件装夹加工同时能保证零件的加工精度，降低了劳动生产强度，降低生产成本，提高生产效率。 研究内容 目前要解决如下问题： 定位水泵叶轮的加工工艺过程。设计夹具 满足零件加工要求 能提高加工生产率 ， 操作方便、省力、安全，具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本 ， 具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 按照设计任务，根据调查研究所提供的权据和有关技术资料，进行以下工作： 进行数据计算、 绘制有关图 纸，编写技术文件等。 其基本内容如下： 1） 绘制被加工零件工序图。 2） 部件装配图设计。 3） 按规定格式编制设计计算说明书。 研究计划及预期成果 加工工艺符合实际生产情况， 夹具 满足零件加工要求 能提高加工生产率 ， 操作方便、省力、安全，具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本 ，具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 2 特色或创新之处 专用夹具是根据工件的加工要求，以通用部件与一些定制部件组合而成的。它能满足 零件加工工序的精度要求， 能提高加工生产率 ， 操作方 便、省力、安全 。 已具备的条件和尚需解决的问题 设计零件为：水泵叶轮，按图中加工位置加工 80 底面和两条相互垂直的槽，材料为 HT200。 本文详细论述了零件加工工艺以及零件装夹方案方面的探讨，包括加工工艺的确定，工件夹紧方案的选择，切削用量的计算，机床的选择。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 3 摘要 在实际生产过程中，很多行业中一些形状较复杂产品特别是加工批量较大的零件，利用通用夹具难以装夹。即便勉强可以装夹但零件的装夹和加工难度也同时提高，精度难以保证，工人劳动强度提高，所耗工时增加，成本提高，加工生产效率低。 为了便于零件的装夹和加工同时保证加工质量，降低工人劳动强度，降低成本，提高生产加工效率需要使用专用夹具。 本课题主要是对水泵叶轮的机械加工工艺规程的设计及工艺装备的设计（年产量为 10000 件），为企业解决实际的问题。本课题的设计综合运用了我们所学的机械制图、机械设计基础、机床概论、机械制造工艺学、机床夹具设计等专业理论知识、通过设计提高了我的基础理论知识和查阅各种资料的综合分析的能力，使我得到了一次运用所学 知识的综合训练。 关键词：水泵叶轮、工艺、夹具。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 4 第一章 前言 1.1 机床技术各方面的发展 装 备 工 业 的 技 术 水 平 和 现 代 化 程 度 决 定 着 整 个 国 民 经 济的 水 平 和 现 代 化 程 度 ， 机 床 技 术 及 装 备 是 发 展 新 兴 高 新 技 术产 业 和 尖 端 工 业 （ 如 信 息 技 术 及 其 他 产 业 、 生 物 技 术 及 起 产业 、 航 空 、 航 天 等 国 防 工 业 产 业 ） 的 使 能 技 术 和 最 基 本 的 装备 。 马 克 思 曾 经 说 过 “ 各 种 经 济 时 代 的 区 别 ， 不 在 于 生 产 什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产。”制造技术的装备 就 是 人 类 生 产 活 动 的 最 基 本 的 生 产 资 料 ， 而 车 床 技 术 又 是当 今 先 进 制 造 技 术 和 装 备 最 核 心 的 技 术 。 当 今 世 界 各 国 制 造产 业 广 泛 采 用 数 控 车 床 技 术 ， 以 提 高 制 造 能 力 和 水 平 ， 提 高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。 效 率 、质 量 是先 进 制 造 技术 的 主体 。 高 速 、高 精 加工 技 术可极大的提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 大现代制造技术之一，国际生产工程学会 （ ） 将其确定为世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产万辆的生产节拍是秒辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，起加工的零件 多为薄壁和薄筋，刚度很差，材 料 为 铝 或 铝 合 金 ， 只 有 在 高 切 削 速 度 和 切 削 里 很 小 的 情 况下，才能对这些筋、壁进行加工 。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性的到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从 EM02001 展 会 情 况 来 看 ， 高 速 加 工 中 心 进 给 速 度 可 达80m/min,甚至更高，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 5 界上许多汽车厂，包括我国的上海通用公司，已经采用以高速加 工 中 心 组 成 的 生 产 线 部 分 代 替 组 合 机 床 。 美 国 CINCINNATI公司的 HyperMach 机 床 进 给 速 度 最 大 可 达 60m/min,快速为100m/min,加速度达 2g，主轴转速已达 60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用 30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h,在普通铣床加工需 8h;德国 DMG 公司的双主轴车床的主轴转速及加速度分别达 12000r/mm 和 1g。 在加工精度方面，近 10 年来，普通级机床的加工精度已由 10m 提高到 5m ， 精 密 加 工 中 心 则 从 3-5 m,提 高 到1-1.5m ，并且超精密加工精度已开始进入纳 米级 （ 0.01m ） 。 在可靠性方面，国外数控车床装置的 MTBF 值已达 6000h以上，伺服系统的 MTBF 值达 到 30000h 以上，表现非常高的可靠性。为了实现告诉、高精加工 ，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 1.2 铣床加工的特点： 1） 零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。 2） 能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。 3） 能加工一次装夹定 位后，需进行多道工序加工的零件。 4） 加工精度高、加工质量稳定可靠。 5） 生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化。 6） 生产效率高。 7） 从切削原理上讲，无论是端铣或周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干切削状况下，还要求有良好的红硬性。 1.3 铣床加工的顺序： nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 6 加工顺序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排的科学与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。切削加工工序通常按以 下原则安排： 1）先粗后精 当加工零件精度要求较高是都要经过粗加工、半精加工 、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段。 2）基准面先行原则 用作精基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，在以中心孔为精基准加工外圆和端面箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再一平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。 3）先面后孔 对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大 ，用 平 面 定 位 比 较 稳 定 ， 而 且 孔 的 深 度 尺 寸 有 是 以 平 面 为 基 准的，故应先 加工平面，然后加工孔。 4）先主后次 即先加工主要表面，然后加工次要表面。 我 的 毕 业 设 计 就 是 利 用 机 床 对 水 泵 叶 轮 进 行 的 加 工 设 计相应的夹具。本文从水泵叶轮的工艺分析、车床夹具的设计、铣床夹具的设计几个方面予以阐述。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 7 第二章 零件的分析 2.1 零件的作用 题目所给的零件是水泵叶轮，位于传动轴的端部安装在十字 槽 内 。 主 要 用 于 传 递 扭 矩 ， 使 水 泵 获 得 动 力 ， 另 外 通 过 12H8 的孔配合，传递动力之用。 2.2 零件的工艺分析 2.2.1 零件的结构、形状、技术要求 零件的结构如 图 （ 1-1） 所示：回转类零件水泵叶轮共有三个地方要加工，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： A图 1-1 水泵叶轮 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 8 A） 其一是水泵议论的两个相互垂直的十字槽，要求两条槽的对称度相对与 12H8 的轴线 是 0.02，表面粗糙度是 6.3，其四个槽的宽度尺寸为宽 11mm、深 11mm。其二 10 铸孔，表面粗糙度是 3.2。 10 孔的上偏差 0.027、下偏差 0。 B)其三是水泵叶轮的地面，加工的基本尺寸是 4mm，表面粗糙度是 6.3。 零件的技术要求： 1.水泵叶轮的材料为 HT200。 2.未注铸造圆角 R3-5。 3.铸件不允许有夹渣、裂纹、气孔等缺陷。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 9 2.2.2 零件的加工方法选择 表 1-1 零件的加工方法选择 加工面 加工方法 设备 刀具 定位夹紧 两条十字槽 铣 立铣 X62 10 指状铣刀 以底面 3 点及其铸孔 2点定位在其底面对面夹紧 水泵叶轮底面 车，铣 CA6140，卧铣 X52 45 0 车刀，100 端铣刀 以底面对底面及其孔定位，在孔轴线方向沉孔处夹紧 孔 钻 钻床 12 麻花钻 以底面及其止口定位，在底面对底面夹紧 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 10 2.2.3 零件的加工方案的选择 表 1-2零件的加工方法的选择 序号 工序名称 工序内容 设备及工艺装备 说明 1 铸 铸造 2 时效 3 车 车水泵叶轮底面至尺寸 4mm 车底面夹具，CA6140车床，450 车刀 工件以毛坯对面为粗基准 4 钻 钻 12的中心孔 钻床， 12麻花钻，钻孔夹具 工件以底面及其止口定位 5 铣 铣两条十字槽，槽宽 11mm深 11mm对称度要求 0.2 立式铣床 立铣刀 101 工件以底面及中心孔定位 6 清洗、去毛刺 7 检验 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 11 2.2.4 确定切削用量及基本工时 1. 工序 3：车削水泵叶轮端面。本工序采用计算法确定切削用量。 a 、 加工条件 工件材料： HT200 铸造 b 、加工要求 精车 80的底面，表面粗糙度为 6.3 c 、机床： CA6140 卧式车床 = d 、刀具：刀片材料硬质合金 450 车刀，刀杆尺寸 16X25mm2 ,kr =90, 0=150 ，0=120 ， r=0.5mm。 2.切学用量的计算 （ 1）粗车水泵叶轮 80的底面 a 、以知毛坯长度方向的加工余量为 2 5.17.1mm，一次加工 ap=2mm既长度加工公差IT12级，取 -0.46mm(入体方向 )。 b 、进给量 f 根据切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册，当刀杆尺寸为 16mmX25mm， ap） 3mm以及工件直径为 80mm时 f=1-2mm/r c 、计算切削速度 按切削手册表 1.27，切削速度的计算的计算公式为（寿命选 T=60min） Vc=CvKV/Tm apxv fyv (m/min) 其中 Cv=242， XV=0.15,yv=0.35,m=0.2。修正系数 Kv见切削手册表 1.28即 Kmv=1.44,Ksv=0.8,Kkv=1.04,Kkrv=0.81,kbv=0.97。 所以Vc=240 1.44 0.8 1.04 0.18 0.97/802.0 2 15.0 1.5 35.0 =102.6(m/min) nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 12 d 、确定机床主轴转速 ns=1000vc/3.14dw=1000 102.6/3.14 65=523(r/min) 按机床说明书 （ 见工艺手册表 4.2-8） ,与 523r/min 相近的机床转速为480r/min及 600r/min。现取 nw=600r/min如果选 nw=480r/min,则速度损失太大。 所以实际切削速度为 vc=122m/min 3.钻孔 12mm 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻孔同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度的关系为： f=(1.2-1.8)f钻v=(1/2-1/3)v钻式中 f钻， v钻 加工实心孔是的切削用量。 现以知： f钻=0.56mm/r (切削手册表 2-7) v钻=19.25m/min (切削手册表 2.13) 并令 f=1.35 f钻=0.76mm/r 按机床选取 f=0.76mm/r v=0.4 v钻=7.7m/min ns=1000/3.14D=1000 7.7/3.14 12=204r/min 按机床选取 nw=200r/min 所以实际切削速度 v=3.1412200/1000=75m/min nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 13 第三章 车床夹具与铣床夹具的设计 为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，设计专用夹具。 经过老师的知道与协商，决定设计第 3 道工序与第 5道工序，它们分别是精车水泵叶轮的底面和精铣水泵叶轮的两条互成 900 的槽。 3.1 CA6140 车夹具的设计 根 据第 3道工序本夹具将用于 CA6140 卧式车床，刀具为 450 硬质合金车刀，对工件的端面进行加工。 3.1.1 问题的提出 本夹具主要用于精车水泵叶轮的底面，这个面只要求加工到尺寸 4mm，对其他的孔以及面没有一定的技术要求。在加工本道工序是，是作为其他工序的粗基准，应此，在加工本道工序是，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度不是最主要的问题。 3.2 夹具设计 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证 ，生产率得以提高。否则，加工工艺过程会问题百出，甚至造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准的选择：对于一般的回转体零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。对于本零件来说，由零件图可知，如果以 42mm的外圆表面做基准（ 4点定位），否则可能造成外圆表面的变形。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面是，应以这些不加工表面作为粗基准），现在水泵叶轮的底面只对它的对面有 4mm的厚度要求，其设计基准应该是叶轮的底面对面作诶主要定位面，是该工件的粗基准，限制工件的 3个自由度，其次选择水泵叶轮的中心孔定 位，限制 2个自由度，总共限制了工件的 5个自由度。工件的径向移动对加工面没有任何影响。定位尺寸从定位面到水泵叶轮毛坯的底面是 6mm。 因为该夹具用于加工批量不大的场合，加工要求相对来说并不高，应此，决定采用手动夹紧。 定位方案和夹紧如图（ 3-1）所以： nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 14 FFKA - AA图 3-1水泵叶轮 3.3 夹具的结构设计 3.3.1 定位元件的选用： 本夹具定位元件采用平头支撑钉（ A型）和定位心轴，套类和盘类工件加工是，为保证外圆和端面与内孔轴线间的位置精度，常以孔定位，在心轴上定位。 支撑钉主要用于精基准的定位，定位面是平面。材料为 45cr 优质碳素结构钢，支撑钉与工件定位基面的接触的表面，尺寸精度不低于 IT8，定位元件 支撑钉的工作表面粗糙度大于 Ra1.6微米，选用 Ra0.8或 Ra0.4，采用调整法和修配法提高装配精度，保证支撑钉在同一个平面上。 定位心轴的材料选用 45钢，心轴外圆柱表面与工件定位面配合的表面，尺寸精度不低于 IT8，选用 IT7或 IT6制造，并经过调质处理 ，提高表面硬度和耐磨性。硬度 HRC55-62。该心轴为刚性心轴的结构形式。是间隙配合的心轴，多用于定心精度不高生产批量不大的场合，要求水泵叶轮以孔和端面组合定位。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 15 3.3.2 夹紧方案的选择 本夹紧方案采用夹紧螺母、垫圈与心轴联结夹紧，通过于心轴的联结把水泵叶轮固定到夹具上，心轴的具体形状尺寸等见图纸车夹具中心轴。当工件加工完毕后，松开螺母，卸下工件。在装上下一个工件，夹紧后即可加工下底面。由于采用手动夹紧，也只能用于中小批生产的场合。 3.3.3 夹具体的设计 夹具体是与车床联结的元件 ，车床夹具体材料为 HT200，盘形零件，夹具体为铸件。 3.3.4 支架的设计： 加工前，水泵叶轮在夹具上获得正确的位置后，还必须在夹具上设置夹紧机构，将水泵叶轮夹紧，以保证水泵叶轮在切削力、离心力等外力作用下仍然保持定位是所占据的位置不变。 a)夹紧里的方向：夹紧里的方向朝向向工件的主要定位面，以保证水泵叶轮的定位精度。根据加工要求，在水泵叶轮的底面上车削，要保证孔与端面的垂直度和 4mm的厚度，根据加工要求，以水泵叶轮底面的对面为主要定位面，夹紧里的方向应该朝向底面，这样能保证定位可靠， 满足上述要求。 b)夹紧里的作用点：夹紧力的作用点应正对定位元件或落在定位元件的支撑范围内，以保证水泵叶轮的定位可靠。夹紧力的作用点应处在水泵叶轮刚性较好的部位，减小了夹紧变形。这种措施对于刚性较差的水泵叶轮很重要，夹紧水泵叶轮时，若夹紧力作用在水泵叶轮的圆柱薄壁上，会使水泵叶轮产生交大的变形，所以夹紧里作用在刚性较好的凸台处，因为他的轴向刚度比径向刚度大。 c)夹紧力的大小：夹紧力的大小，对工件的定位可靠性，工件和夹具的变形，夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择都有很大的影响。 夹紧力的大小涉及复杂的动态平衡问题，所以只能作粗略估算。计算是以主切削力为依据与夹紧力建立静平衡方程，解此方程来求夹紧里的大小。考虑到切削力大小在加工过程中受到工件材质不均匀、刀具磨损等因素影响，在考虑到工件在实际加工工程中还会受到惯性力和来自工件自重等外力因素。所以对按静力平衡求得的夹紧力大小还必须乘以安全系数加以修正，作为实际所需要的夹紧nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 16 力数值。 即： Fj=KFjo式中： Fj为实际所需的夹紧力，单位： N ； Fjo为理论上的夹紧力； K 为安全系数，通常 K=1.5-1.3。 Fj=12000（ N）（计算略） 3.3.5 夹紧元件结构： 本夹具夹紧元件采用夹紧螺母、垫圈与中心定位心轴夹紧。 3.3.6 夹具与工作台的联结方式： 夹具是通过过渡盘固定在车床主轴上的，以此来确定夹具在机床上的位置。用 4个 M16的螺栓将夹具安装在车床主轴上。 3.4 夹具设计及操作的简要说明 如前 所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。但由于是中小批生产，所以着眼与手动夹紧而不是采用自动、机动夹紧，因为这是降低成本的重要途径。本道工序是精车水泵叶轮底面，切削力较小，为了夹紧工件，避免积聚结构过于庞大。目前采取的措施是：提高毛坯制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。选择合理的夹紧机构，尽量增加夹紧力。结果，本夹具总的感觉比较紧凑。车夹具的装配图以及零件图分别见图纸。 3.5 卧式铣床夹具的设计 根据第 5 道工序夹具将用在卧式铣床上加工水泵叶轮上两条互成 90o 的十字槽 。机床型号为 X63 卧式铣床。刀具为 10 的指状铣刀。 3.5.1 问题的提出 槽宽 11mm、深 11mm 这两条槽对 12H8 的孔有一定的技术要求，要求每条槽相对于 12H8的轴线的对称度为 0.2，表面粗糙度为 6.3。在加工本道工序时，两条十字槽未经加工，主要应考虑机械加工的精度，而提高劳动生产率，降低劳动强度为其次要因素。 3.5.2 定位基准的选择： nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 17 精基准的选择主要应考虑基准重合问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。现设计计算如下： 方案 1： 工件以底面及 80 0.05mm外圆为定位基准，共限制了工件的 5个自由度。 a) 定位误差的分析 如图 纸 所示，工件以 80 0.05mm外圆柱面在定位元件的 80 01.007.0mm止口中定位，加工宽 11mm 的槽， 要 求槽的对称度的定位误差。 （ a）分析：对称度的工序基准 12H8的轴线与定位基准 80 0.05mm 的轴线不重合， B 0。工件定位基准与止口定位基准（ 80 01.007.0mm）不重合， Y 0。定位基准可以任意方向移动。 （ b）计算： B =0.02mm （同轴度误差） Y =TD +Td+Xmin =0.03+0.1+0.02 =0.15mm D = Y + B =0.15+0.02 =0.17mm 这种定位方式的定位误差 太大，很难保证槽的对称度要求。其原因：一方面是定位基准与工序基准不重合，另一方面是定位基面的公差太大。解决以上问题的措施是： 方案二：改用 12H8 孔定位，使 B =0。同时，由于 12H8孔的公差较小， Y 也将缩小。 计算： 此时 B =0(同轴度误差 ) Y =Dmax-dmin nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 18 =80.1-79.95 =0.15mm D = Y + B =0.15+0 =0.15mm 方案三：提高定位基准面的制造精度，缩小 Y ，如可将 80 0.05mm提高到 80 0.02mm，止口定位基准面的直径改为 80 01.007.0mm经过计算比较，通过方案二的这种方式，能够满足槽的对称度要求。 3.5.3 夹具的结构设计： 夹具的总体结构为盘类形状 。 3.5.4 定位元件的选择及要求： 本夹具选用的定位元件是一个定位销和一个定位盘。定位销采用的短圆柱销，因为这种类型的销适用与直径在 50mm 以下的孔定位。限制了水泵叶轮 2个自由度。用一个定位盘上的面限制水泵叶轮底面的 3个自由度。定位盘的定位基准面必须有足够的精度，因为工件的定位是通过定位副的接触实现的，定位盘的精度直接影响工件的定位精度，因此，该定位盘基面应有足够的精度，以适应水泵叶轮的加工要求。 该定位盘应有足够的刚度和强度，定位盘不仅限制工件的自由度，还有支撑工件，承受夹紧力和切削力 的作用，所以应该有足够的刚度和强度，以免使用中变形或破坏。 定位盘的耐磨性要好，水泵叶轮的装卸会磨损定位元件的定位基面，导致定位精度下降。 定位盘的工艺性要好，定位盘的结构要求简单，合理，便于加工，装配和更换。 定位盘的材料： HT200。 3.5.5 夹紧元件的选择： 本夹具夹紧元件，采用移动压板。 3.5.6 夹具体的设计： nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 19 夹具材料选用 HT200，盘类结构。夹具体采用铸件。 3.5.7 夹紧方案的设计： 夹紧力的作用点在水泵叶轮定位基面的对面，落在定位盘的支撑范 围内，保证定位可靠，作用点处在水泵叶轮刚性较好的部位，减小了夹紧变形。 夹紧力的方向：夹紧力的方向朝向水泵叶轮定位底面以保证水泵叶轮的定位精度。该夹紧力方向有利于减小夹紧力，在工件上铣床上铣削，夹紧力因于铣削轴向力工件的重力同向，切削力、重力由夹具的固定支承承受。切削扭矩由夹紧力所产生的摩擦力矩平衡，轴向力和重力所产生的摩擦力矩有利于减小所需夹紧力。故所需夹紧力可最小。 夹紧力对工件定位可靠性、工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择有很大的影响。夹紧力的大小计算涉及到复杂的动力 平衡问题，这里只作粗略的估算。 FJ=KF0J=1.5 600=900N 1. 夹紧元件的结构：在夹紧机构中多数是以斜契夹紧机构、螺旋夹紧机构以及偏心夹紧机构为基础构成的，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。 本夹紧机构采用螺旋夹紧机构，他的结构形式变化最多，选用典型的移动压板，他的结构紧凑，使用方便。 2. 夹具与工作台安装联结方式：本铣夹具通过定位键与铣床工作台 T 形槽的配合来确定夹具在机床上的位置。定位键采用沉头螺 钉固定在夹具体底面的纵向槽中，使用两个，两定位键的距离比较远，定位精度较好。定位键与夹具体的配合为 H7/H6。为提高夹具安装精度，定位键的下部（与工作台 T 形槽配合 部分）可留有余量进行修配，或者在安装夹具时使定位键一侧与工作台 T形槽靠紧，以减小轴间隙的影响。 铣床夹具的夹具体设计有耳座，并通过四个 M16 的螺栓将夹具紧固在机床的工作态 T形槽中，耳座的间距与 T形槽的间距一致。 3.6 夹具设计及操作的简单说明 本夹具用在卧式铣床上加工水泵叶轮上两条互成 900 的十字槽。 工件以底面 12H8 的孔及底面在定位萧和定位盘的端面上定位，并使叶轮上的叶片与压板头部的缺口对中，夹紧时，旋转螺母，通过杠杆联动使两压板同时nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 20 夹紧工件。 当一条槽加工完毕后，扳手顺时针转动，使分度盘与夹具体之间松开。分度盘下端沿圆周方向分布有四条长度为 1/4周长的斜槽。然后逆时针转动分度盘，在斜槽面的推压下定位销逐渐退入夹具体的衬套中，当分度盘转过 900 位置时，定位销依靠弹簧弹出，落入第二条斜槽中，再反靠分度盘使定位销与槽壁贴紧，用扳手把分度 盘拉紧在夹具体上，即可加工另一条槽。由于分度盘上的四条槽为单向升降，因此分度盘也只能单向旋转分度。 该夹具结构简单，操作方便。但分度精度受到分度盘的四条斜槽制造精度的影响，故适用于加工要求精度不高的情况下。另外采用铸铁定位盘，也只能用于加工批量不大的场合。 铣床夹具的装配图及夹具主要零件图分别见图纸。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 21 第四章 总结 通过一段时间的设计研究，整个设计工作已经完成。本人设计了一套车夹具和一套铣夹具。其设计本方案与实际生产相吻合，能够解决企业一些基本的实际问题。 本设计方案和类似的夹具相比，能正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。但是还有一些地方做的不够完善，需要进一步改进和研究，本夹具设计对夹紧力的计算只是粗略的估算，车夹具安装还需要调试，夹具的夹紧改为其他夹紧方式可能会更好的提高生产效率。此外经过最后检查发现铣夹具上缺少一个对刀块根据铣床夹具的结构我选择了侧装对刀块 JB/T8031。 4-1995 在此补充说明。 我在这次的毕业设计的过程中，专业知识得到一次全卖弄的复习和提高。在以下各个方面得到了很好 的锻炼： 1. 能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的知识。 2. 提高了机构设计能力，通过设计夹具训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。 3. 学会使用手册以及图表资料，掌握与夹具设计有关的各种资料的名称、出处，做到了熟练运用。 总而言之，通过这次毕业设计，我对自己不久未来将要从事的工作进行了一次很好的适应性的训练，从中锻炼了自己独立分析问题、解决问题的能力，也为以后从事的工作铺垫了基石。 由于本人能力、经验等各方面不足的限制，所在设计中难免有不足之处，欢迎参考、查阅者给予批评指正。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 22 致谢 论文脱稿之际，特此感谢指导 张佳兴 老师为我讲解新技术、提供具有代表性的课题，材料，以及在我遇到难题时及时的精心为我解答，使我顺利的完成了此次的毕业设计。对 张佳兴 老师严谨、细致、认真的作风致以崇高的敬意。对 张佳兴 老师细心的指导和付出的心血表示衷心的感谢！ 南通职业大学 的诸位老师在我撰写毕业论文过程中以及在学校期间，给予了很多帮助和支持。为此再次向他们表示诚挚的谢意！ 向所有关心、支持、帮助过我的各位老师、同学、朋友们表示感谢！ 最后，向热心评审本论文和参加答辩的各位老师致以由衷的感谢！ nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 23 参考文献 1没康焘，机械制图，上海，上海交通大学出版社， 2000 2陈立德 李晓辉，机械制造技术（第二版），上海，交通大学出版社， 2004 3赵家齐，机械制造工艺学课程设计指导用书（第二版），北京，机械工业出版社， 1994 4艾兴 肖诗纲，切削用量简明手册，北京，机械工业出版社， 1994 5哈尔滨工业 大学，上海工业大学主编机床夹具设计，上海，上海科学技术出版社，1983 6东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造长职工大学编，机床夹具手册，上海，上海科学技术出版社， 1990 7孟宪栋 刘彤安 机床夹具图册，机械工业出版社， 2006 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 1 水泵叶轮夹具及工艺的设计 课题来源 对车间的观察，及自己的兴趣爱好，对不规则零件和形状较复杂零件如何加工和装夹产生了浓厚的兴趣。现在决定以此为课题，进行水泵叶轮夹具及加工工艺的设计。 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 专 用夹具 操作方便、省力、安全便于零件装夹加工同时能保证零件的加工精度，降低了劳动生产强度，降低生产成本，提高生产效率。 研究内容 目前要解决如下问题： 定位水泵叶轮的加工工艺过程。设计夹具 满足零件加工要求 能提高加工生产率，操作方便、省力、安全，具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本，具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 按照设计任务，根据调查研究所提供的权据和有关技术资料，进行以下工作：进行数据计算、 绘制有关图纸，编写技术文件等。 其基本内容如 下： 1） 绘制被加工零件工序图。 2） 部件装配图设计。 3） 按规定格式编制设计计算说明书。 研究计划及预期成果 加工工艺符合实际生产情况， 夹具 满足零件加工要求 能提高加工生产率，操作方便、省力、安全，具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本，具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。 特色或创新之处 专用夹具是根据工件的加工要求，以通用部件与一些定制部件组合而成的。它能满足 零件加工工序的精度要求， 能提高加工生产率 ， 操作方便、省力、安全。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 2 已具备的条件和尚需解决的问题 设计零件为：水泵叶轮，按 图中加工位置加工 80 底面和两条相互垂直的槽，材料为 HT200。 本文详细论述了零件加工工艺以及零件装夹方案方面的探讨，包括加工工艺的确定，工件夹紧方案的选择，切削用量的计算，机床的选择。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 3 摘要 在实际生产过程中，很多行业中一些形状较复杂产品特别是加工批量较大的零件，利用通用夹具难以装夹。即便勉强可以装夹但零件的装夹和加工难度也同时提高，精度难以保证，工人劳动强度提高，所耗工时增加，成本提高，加工生产效率低。 为了便于零件的装夹和加工同时保证加工质量，降低工人劳动强度 ，降低成本，提高生产加工效率需要使用专用夹具。 本 课 题 主 要 是 对 水 泵 叶 轮 的 机 械 加 工 工 艺 规 程 的 设 计 及 工艺装备的设计（年产量为 10000 件 ），为企业解决实际的问题。针对该水泵叶轮的尺寸特殊性、加工工序和机床的良好使用，则需设计一套专用夹具，从而确保车削水泵叶轮 80底面和铣削 水泵叶轮 两条相互垂直的槽的精度，提高生产效率，保证零件的产量。 本课题的设计综合运用了我们所学的机械制图、机械设计基础、机床概论、机械制造工艺学、机床夹具设计等专业理论知识 。 关 键词 ： 水泵叶轮、工艺、夹具。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 4 Abstract In the actual production process, many industries in the shape of some of the more complex products, particularly large quantities of spare parts processing, use common fixture to fixture. But even if barely fixture parts of the fixture and also improve the processing difficulty, it is difficult to guarantee the accuracy, increased labor intensity of workers, increase working hours by consumption, increased cost, low efficiency of the production process. In order to facilitate the processing and parts of the fixture at the same time ensure that the processing quality, reduce labor intensity of workers, reduce costs and improve efficiency of production and processing need to use special fixture. The main topic of the pump impeller machining process planning the design and the design of equipment (annual production of up to 10,000), for enterprises to solve practical problems. Against the size of the pump impeller particularity, processing and the good use of machine tools required to design a special fixture, so as to ensure that turning pump impeller 80 milling pump impeller and the bottom two mutually perpendicular to the trough of accuracy, increase productivity and ensure Part of the output. The design of the integrated use of the topics that we have learned mechanical drawing, mechanical design basis, machine Studies, machinery manufacturing technology, machine tool fixture design professionals such as theoretical knowledge. Key words: pump impeller, process, fixture. nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 5 第一章 前言 1.1 机床 技术各方面的发展 装 备 工 业 的 技 术 水 平 和 现 代 化 程 度 决 定 着 整 个 国 民 经 济的 水 平 和 现 代 化 程 度 ， 机 床 技 术 及 装 备 是 发 展 新 兴 高 新 技 术产 业 和 尖 端 工 业 （ 如 信 息 技 术 及 其 他 产 业 、 生 物 技 术 及 起 产业 、 航 空 、 航 天 等 国 防 工 业 产 业 ） 的 使 能 技 术 和 最 基 本 的 装备 。 马 克 思 曾 经 说 过 “ 各 种 经 济 时 代 的 区 别 ， 不 在 于 生 产 什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产。”制造技术的装备 就 是 人 类 生 产 活 动 的 最 基 本 的 生 产 资 料 ， 而 车 床 技 术 又 是当 今 先 进 制 造 技 术 和 装 备 最 核 心 的 技 术 。 当 今 世 界 各 国 制 造产 业 广 泛 采 用 数 控 车 床 技 术 ， 以 提 高 制 造 能 力 和 水 平 ， 提 高对动态多变市场的适 应能力和竞争能力。 效 率 、质 量 是先 进 制 造 技术 的 主体 。 高 速 、高 精 加工 技 术可极大的提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 大现代制造技术之一，国际生产工程学会 （ ） 将其确定为世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产万辆的生产节拍是秒辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，起加工的零件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材 料 为 铝 或 铝 合 金 ， 只 有 在 高 切 削 速 度 和 切 削 里 很 小 的 情 况下，才能对这些筋、壁进行加工 。 近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性的到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从 EM02001 展 会 情 况 来 看 ， 高 速 加 工 中 心 进 给 速 度 可 达80m/min,甚至更高，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 6 界上许多汽车厂，包括我国的上海通用公司，已经采用以高速加 工 中 心 组 成 的 生 产 线 部 分 代 替 组 合 机 床 。 美 国 CINCINNATI公司的 HyperMach 机 床 进 给 速 度 最 大 可 达 60m/min,快 速为100m/min,加速度达 2g，主轴转速已达 60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用 30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h,在普通铣床加工需 8h;德国 DMG 公司的双主轴车床的主轴转速及加速度分别达 12000r/mm 和 1g。 在加工精度方面，近 10 年来，普通级机床的加工精度已由 10m 提高到 5m ， 精 密 加 工 中 心 则 从 3-5 m,提 高 到1-1.5m ，并且超精密加工精度已开始进入纳米级 （ 0.01m ） 。 在可靠性方面，国外数控车床装置的 MTBF 值已达 6000h以上，伺服系统的 MTBF 值达 到 30000h 以上，表现非常高的可靠性。为了实现告诉、高精加工 ，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 1.2 铣床加工的特点： 1） 零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。 2） 能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。 3） 能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。 4） 加工精度高、加工质量稳定可靠。 5） 生产自动化程度高，可以减轻操作 者的劳动强度。有利于生产管理自动化。 6） 生产效率高。 7） 从切削原理上讲，无论是端铣或周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干切削状况下，还要求有良好的红硬性。 1.3 铣床加工的顺序： nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 7 加工顺序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排的科学与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。切削加工工序通常按以下原则安排： 1）先粗后精 当加工零件精度要求较高是都要经过粗加工、半精加工 、精加工阶段，如果精度要求更高 ，还包括光整加工等几个阶段。 2）基准面先行原则 用作精基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，在以中心孔为精基准加工外圆和端面箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再一平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。 3）先面后孔 对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大 ，用 平 面 定 位 比 较 稳 定 ， 而 且 孔 的 深 度 尺 寸 有 是 以 平 面 为 基 准的，故应先加工平面，然后加工孔。 4）先主后次 即先加工主要表面，然后加工次要表面。 我 的 毕 业 设 计 就 是 利 用 机 床 对 水 泵 叶 轮 进 行 的 加 工 设 计相应的夹具。本文从水泵叶轮的工艺分析、车床夹具的设计、铣床夹具的设计几个方面予以阐述。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 8 第二章 零件的分析 2.1 零件的作用 题 目 所 给 的 零 件 是 水 泵 叶 轮 ， 位 于 传 动 轴 的 端 部 安 装 在十 字 槽 内 。 主 要 用 于 传 递 扭 矩 ， 使 水 泵 获 得 动 力 ， 另 外 通 过 12H8 的孔配合，传递动力之用。 2.2 零件的工艺分析 2.2.1 零件的结构、形状、技术要求 零件的结构如图 （ 1-1） 所示：回转类零件水泵叶轮共有三个地方要加工，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： A图 1-1 水泵叶轮 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 9 A） 其一是水泵叶轮的两个相互垂直的十字槽，要求两条槽的对称度相对与 12H8 的轴线 是 0.02，表面粗糙度是 6.3，其四个槽的宽度尺寸为宽 11mm、深 11mm。 其二 10 铸孔，表面粗糙度是 3.2。 10 孔的上偏差0.027、下偏差 0。 B)其三是水泵叶轮的地面，加工的基本尺寸是 4mm，表面粗糙度是 6.3。 零 件的 技术要 求： 1.水泵叶轮的材料为 HT200。 2.未注铸造圆角 R3-5。 3.铸件不允许有夹渣、裂纹、气孔等缺陷。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 10 2.2.2 零件的加工方法选择 表 1-1 零件的加工方法选择 加工面 加工方法 设备 刀具 定位夹紧 两条十字槽 铣 立铣 X62 10 指状铣刀 以底面 3 点及其铸孔 2点定位在其底面对面夹紧 水泵叶轮底面 车，铣 CA6140，卧铣 X52 450 车刀，100 端铣刀 以底面对底面及其孔定位，在孔轴线方向沉孔处夹紧 孔 钻 钻床 12 麻花钻 以底面及其止口定位，在底面对底面夹紧 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 11 2.2.3 零件的加工方案的选择 表 1-2零件的加工方法的选择 序号 工序名称 工序内容 设备及工艺装备 说明 1 铸 铸造 2 时效 3 车 车水泵叶轮底面至尺寸 4mm 车底面夹具，CA6140车床，450 车刀 工件以毛坯对面为粗基准 4 钻 钻 12的中心孔 钻床， 12麻花钻，钻孔夹具 工件以底面及其止口定位 5 铣 铣两条十字槽，槽宽 11mm深 11mm对称度要求 0.2 立式铣床 立铣刀 101 工件以底面及中心孔定位 6 清洗、去毛刺 7 检验 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 12 2.2.4 确定切削用量及基本工时 1. 工序 3：车削水泵叶轮端面。本工序采用计算法确定切削用量。 a 、 加工条件 工件材料： HT200 铸造 b 、加工要求 精车 80的底面，表面粗糙度为 6.3 c 、机床： CA6140 卧式车床 d 、刀具：刀片材料硬质合金 450 车刀，刀杆尺寸 16X25mm2 ,kr =90, 0=150 ，0=120 ， r=0.5mm。 2.切削用量的计算 （ 1）粗车水泵叶轮 80的底面 a 、以知毛坯长度方向的加工余量为 2 5.17.1mm，一次加工 ap=2mm即长度加工公差IT12级，取 -0.46mm(入体方向 )。 b 、进给量 f 根据切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册，当刀杆尺寸为 16mmX25mm， ap） 3mm以及工件直径为 80mm时 f=1-2mm/r c 、计算切削速度 按切削手册表 1.27，切削速度的计算的计算公式为（寿命选 T=60min） Vc=CvKV/Tm apxv fyv (m/min) 其中 Cv=242， XV=0.15,yv=0.35,m=0.2。修正系数 Kv见切削手册表 1.28即 Kmv=1.44,Ksv=0.8,Kkv=1.04,Kkrv=0.81,kbv=0.97。 所以Vc=240 1.44 0.8 1.04 0.18 0.97/802.0 2 15.0 1.5 35.0 =102.6(m/min) nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 13 d 、确定机床主轴转速 ns=1000vc/3.14dw=1000 102.6/3.14 65=523(r/min) 按机床说明书 （ 见工艺手册表 4.2-8） ,与 523r/min 相近的机床转速为480r/min及 600r/min。现取 nw=600r/min如果选 nw=480r/min,则速度损失太大。 所以实际切削速度为 vc=122m/min 3.钻孔 12mm 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻孔同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度的关系为： f=(1.2-1.8)f钻v=(1/2-1/3)v钻式中 f钻， v钻 加工实心孔是的切削用量。 现以知： f钻=0.56mm/r (切削手册表 2-7) v钻=19.25m/min (切削手册表 2.13) 并令 f=1.35 f钻=0.76mm/r 按机床选取 f=0.76mm/r v=0.4 v钻=7.7m/min ns=1000/3.14D=1000 7.7/3.14 12=204r/min 按机床选取 nw=200r/min 所以实际切削速度 v=3.1412200/1000=75m/min nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 14 第三章 车床夹具与铣床夹具的设计 为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，设计专用夹具。 经过老师的知道与协商，决定设计第 3 道工序与第 5道工序，它们分别是精车水泵叶轮的底面和精铣水泵叶轮的两条互成 900 的槽。 3.1 CA6140 车夹具的设计 根据第 3道工序本夹具将用于 CA6140 卧式车床，刀具为 450 硬质合金车 刀，对工件的端面进行加工。 3.1.1 问题的提出 本夹具主要用于精车水泵叶轮的底面，这个面只要求加工到尺寸 4mm，对其他的孔以及面没有一定的技术要求。在加工本道工序是，是作为其他工序的粗基准，应此，在加工本道工序是，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度不是最主要的问题。 3.2 夹具设计 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程会问题百出，甚至造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准的选择：对于 一般的回转体零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。对于本零件来说，由零件图可知，如果以 42mm的外圆表面做基准（ 4点定位），否则可能造成外圆表面的变形。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面是，应以这些不加工表面作为粗基准），现在水泵叶轮的底面只对它的对面有 4mm的厚度要求，其设计基准应该是叶轮的底面对面作诶主要定位面，是该工件的粗基准，限制工件的 3个自由度，其次选择水泵叶轮的中心孔定位，限制 2个自由度，总共限制了工件的 5个自由度。工件的径向移动对加工面没有任何影响。定位尺寸从定位面到水泵叶轮毛 坯的底面是 6mm。 因为该夹具用于加工批量不大的场合，加工要求相对来说并不高，应此，决定采用手动夹紧。 定位方案和夹紧如图（ 3-1）所以： nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 15 FFKA - AA图 3-1水泵叶轮 3.3 夹具的结构设计 3.3.1 定位元件的选用： 本夹具定位元件采用平头支撑钉（ A型）和定位心轴，套类和盘类工件加工是，为保证外圆和端面与内孔轴线间的位置精度，常以孔定位，在心轴上定位。 支撑钉主要用于精基准的定位，定位面是平面。材料为 45cr 优质碳素结构钢，支撑钉与工件定位基面的接触的 表面，尺寸精度不低于 IT8，定位元件 支撑钉的工作表面粗糙度大于 Ra1.6微米，选用 Ra0.8或 Ra0.4，采用调整法和修配法提高装配精度，保证支撑钉在同一个平面上。 定位心轴的材料选用 45 钢，心轴外圆柱表面与工件定位面配合的表面，尺寸精度不低于 IT8，选用 IT7或 IT6制造，并经过调质处理，提高表面硬度和耐磨性。硬度 HRC55-62。该心轴为刚性心轴的结构形式。是间隙配合的心轴，多用于定心精度不高生产批量不大的场合，要求水泵叶轮以孔和端面组合定位。 3.3.2 夹紧方案的选择 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 16 本夹紧方案采用夹紧 螺母、垫圈与心轴联结夹紧，通过于心轴的联结把水泵叶轮固定到夹具上，心轴的具体形状尺寸等见图纸车夹具中心轴。当工件加工完毕后，松开螺母，卸下工件。在装上下一个工件，夹紧后即可加工下底面。由于采用手动夹紧，也只能用于中小批生产的场合。 3.3.3 夹具体的设计 夹具体是与车床联结的元件，车床夹具体材料为 HT200，盘形零件，夹具体为铸件。 3.3.4 支架的设计： 加工前，水泵叶轮在夹具上获得正确的位置后，还必须在夹具上设置夹紧机构，将水泵叶轮夹紧，以保证水泵叶轮在切削力、离心力等外力作用下仍 然保持定位是所占据的位置不变。 a)夹紧里的方向：夹紧里的方向朝向向工件的主要定位面，以保证水泵叶轮的定位精度。根据加工要求，在水泵叶轮的底面上车削，要保证孔与端面的垂直度和 4mm的厚度，根据加工要求，以水泵叶轮底面的对面为主要定位面，夹紧里的方向应该朝向底面，这样能保证定位可靠，满足上述要求。 b)夹紧里的作用点：夹紧力的作用点应正对定位元件或落在定位元件的支撑范围内，以保证水泵叶轮的定位可靠。夹紧力的作用点应处在水泵叶轮刚性较好的部位，减小了夹紧变形。这种措施对于刚性较差的水泵叶轮很 重要，夹紧水泵叶轮时，若夹紧力作用在水泵叶轮的圆柱薄壁上，会使水泵叶轮产生交大的变形，所以夹紧里作用在刚性较好的凸台处，因为他的轴向刚度比径向刚度大。 c)夹紧力的大小：夹紧力的大小，对工件的定位可靠性，工件和夹具的变形，夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择都有很大的影响。 夹紧力的大小涉及复杂的动态平衡问题，所以只能作粗略估算。计算是以主切削力为依据与夹紧力建立静平衡方程，解此方程来求夹紧里的大小。考虑到切削力大小在加工过程中受到工件材质不均匀、刀具磨损等因素影响，在考虑到工件在实际加工 工程中还会受到惯性力和来自工件自重等外力因素。所以对按静力平衡求得的夹紧力大小还必须乘以安全系数加以修正，作为实际所需要的夹紧力数值。 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 17 即： Fj=KFjo式中： Fj为实际所需的夹紧力，单位： N ； Fjo为理论上的夹紧力； K 为安全系数，通常 K=1.5-1.3。 Fj=12000（ N） 3.3.5 夹紧元件结构： 本夹具夹紧元件采用夹紧螺母、垫圈与中心定位心轴夹紧。 3.3.6 夹具与工作台的联结方式： 夹具是通过过渡盘固定在车床主轴上的，以此来确定夹具在机床上的位置。用 4个 M16的螺栓将夹具安装在车床主轴上。 3.4 夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。但由于是中小批生产，所以着眼与手动夹紧而不是采用自动、机动夹紧，因为这是降低成本的重要途径。本道工序是精车水泵叶轮底面，切削力较小，为了夹紧工件，避免积聚结构过于庞大。目前采取的措施是： 提高毛坯制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。选择合理的夹紧机构，尽量增加夹紧力。结果，本夹具总的感觉比较紧凑。车夹具的装配图以及零件图分别见图纸。 3.5 卧式铣床夹具的设计 根据第 5 道工序夹具将用在卧式铣床上加工水泵叶轮上两条互成 90o 的十字槽。机床型号为 X63 卧式铣床。刀具为 10 的指状铣刀。 3.5.1 问题的提出 槽宽 11mm、深 11mm 这两条槽对 12H8 的孔有一定的技术要求，要求每条槽相对于 12H8的轴线的对称度为 0.2，表面粗糙度为 6.3。在加工本道工序时，两条十字槽未经加工，主要应考虑机械加工的精度，而提高劳动生产率，降低劳动强度为其次要因素。 3.5.2 定位基准的选择： 精基准的选择主要应考虑基准重合问题。当设计基准与工序基准不重合时，nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 18 应该进行尺寸换算。现设计计算如下： 方案 1：工件以底面及 80 0.05mm外圆为定位基准，共限制了工件的 5个自由度。 a) 定位误差的分析 如图纸所示，工件以 80 0.05mm外圆柱面在 定位元件的 80 01.007.0mm止口中定位，加工宽 11mm 的槽，要求槽的对称度的定位误差。 （ a）分析：对称度的工序基准 12H8的轴线与定位基准 80 0.05mm 的轴线不重合， B 0。工件定位基准与止口定位基准（ 80 01.007.0mm）不重合， Y 0。定位基准可以任意方向移动。 （ b）计算： B =0.02mm （同轴度误差） Y =TD +Td+Xmin =0.03+0.1+0.02 =0.15mm D = Y + B =0.15+0.02 =0.17mm 这种定位方式的定位误差太大，很难保证槽的对称度要求。其原因：一方面是定位基准与工序基准不重合，另一方面是定位基面的公差太大。解决以上问题的措施是： 方案二：改用 12H8 孔定位，使 B =0。同时，由 于 12H8孔的公差较小， Y 也将缩小。 计算： 此时 B =0(同轴度误差 ) Y =Dmax-dmin =80.1-79.95 nts水泵叶轮夹具及工艺的设计 19 =0.15mm D = Y + B =0.15+0 =0.15mm 方案三：提高定位基准面的制造精度，缩小 Y ，如可将 80 0.05mm提高到 80 0.02mm，止口定位基准面的直径改为 80 01.007.0mm经过计算比较，通过方案二的这种方式，能够满足槽的对称度要求。 3.5.3 夹具的结构设计： 夹具的总体结构为盘类形状。 3.5.4 定位元件的选择及要求： 本夹具选用的定位元件是一个定位销和一个定位盘。定位销采用的短圆柱销，因为这种类型的销适用与直径在 50mm 以下的孔定位。限制了水泵叶轮 2个自由度。用一个定位盘上的面限制水泵叶轮底面的 3个自由度。定位盘的定位基准面必须有足够的精度，因为工件的定位是通过定位副的接触实现的，定位盘的精度直接影响工件的定位精度，因此，该定位盘基面应有足够的精度，以适应水泵叶轮的加工要求。 该定位盘应有足够的刚度和强度，定位盘不