“ 泵盖”零件机械加工.doc

哈 尔 滨 理 工 大 学 课 程 设 计题 目： “ 泵盖”零件机械加工 13H8盲孔 院、系： 机械动力工程学院 机械设计制造及其自动化姓 名： 薛博文 指导教师： 姜 彬 二一一年九月二十三日哈尔滨理工大学机械制造工艺及夹具课程设计任务书设计题目：“ 泵盖”零件机械加工 13H8盲孔 设计要求：1. 制订零件机械加工工艺，填写机械加工工艺过程卡一张， 设计夹具工序的工序卡一张 2. 设计指定工序的专用夹具一套，绘制夹具装配图及零件图 3. 编写机械制造工艺课程设计说明书一份 设计内容：1. 对零件进行工艺分析，绘制零件图 2. 选择毛坯制造方式 3. 制订零件机械加工工艺路线 4. 指定工艺装备设计 5. 编写设计说明书 班 级： 机械08-2班 学 生： 薛博文 指导教师： 姜 彬 2011年9月23日 目 录序言11零件的工艺性分析21.1 零件的用途21.2 零件的技术要求21.3 审查零件的工艺性32零件毛坯的确定42.1零件的生产类型42.2毛坯的种类和制造方法42.3零件各表面的加工方法52.4各工序间加工余量52.5确定毛坯尺寸63机械加工工艺规程设计83.1拟定工艺路线83.1.1 定位基准的选择83.1.2 工序顺序的安排83.2 钻孔 切削用量的计算93.2.1 钻孔工步切削用量的计算93.2.2 铰孔工步工步切削用量的计算93.3 钻基本工时的计算103.3.1基本时间的计算103.3.2 辅助时间的计算113.3.3 其他时间的计算113.3.4 单件时间的计算123.4 制订工序卡片124 孔的专用夹具设计134.1 定位方案的设计144.2定位误差分析与计算154.2.1 定位元件尺寸公差的确定164.3导向元件设计164.3.1钻套高度和排屑间隙174.4夹紧装置的设计174.5 夹具结构设计及操作简要说明185 方案综合评价与结论206体会与展望21参考文献22 哈尔滨理工大学机械制造技术基础课程设计序言机械工业是一种基本工业形式，对于我们国家来说，它关系到国计民生的方方面面。近年来机械工业领域向着高精度、高质量、高效率、低成本方向发展，数字化，自动化水平日益提高。同时由于机械工业的发展，其他各工业部门也向着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。机械制造过程及检测，检验中，都要使用大量的夹具。为了达到提劳动效率，提高加工精度，减少废品，扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件，如何设计好夹具则成了机械制造的一项重要任务。机床夹具是夹具中的一种，将其固定到机床上，可以使被加工件对刀具与机床保持正确的相对位置，并克服切削力的影响。使加工顺利进行。机床夹具分为通用夹具和专用夹具两种。就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的工作打下良好的基础。泵盖零件结构较简单，而且为铸件，外表面为要求较高精度要求，铸造即可满足，与其它接触面处的端面精度要求较高，需要经过粗车、半精车加工，保证密封配合性。本次设计针对盲孔的加工难度设计了一套专用夹具，采用一面两孔的定位方式来满足定位要求，又通过夹紧装置保证加工过程中不会产生较大误差。其中间过程对夹紧装置进行了受力分析，保证了夹紧的可靠性。综上所述为本次课程设计的主要内容及设计过程1零件的工艺性分析1.1 零件的用途本次课程设计的题目是左端盖的加工以及孔的专用夹具的设计。左端盖是齿轮油泵的组成部分，它与泵体、右端盖齿轮轴等零件装配在一起工作，泵盖主要的作用是密封、紧固。保证油泵正常工作，不漏油，不与齿轮轴打齿。1.2 零件的技术要求齿轮油泵泵盖的材料是HT200，毛坯制造完成后需进行时效处理，消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。泵盖有下列几组加工表面：1.以泵盖左端盖20为基准的加工表面，这一组加工表面包括对右端面的加工。2.以中心距为28.760.016为定为基准的两个盲孔。经过对以上加工表面的分析，我们可以选定粗基准，加工精粗基准所在的加工表面，然后借用专用夹具对其它加工表面进行加工，保证它们的位置精度表1 泵盖技术要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差/mm及精度等级表面粗糙度/um形位公差/mm泵盖右端面200.033/IT86.36 7 沉头孔6.5110.090/IT1112.525销孔50.018 /IT81.613盲孔160.011 /IT61.613盲孔160.011 /IT61.61.3 审查零件的工艺性根据老师发给的零件图，审查了零件的结构工艺性，零件图上的视图、尺寸公差和技术要求较统一，不必做大的修改。仔细阅图后了解到此工件结构较简单，通过铸造再加工即可获得，表面的精度要求不高，只是在右端面的接触处要求具有较高的精度，以保证密封性。泵盖上的沉头孔和销孔用一般钻床夹具可加工出来，而盲孔可利用设计的专用夹具加工。总体来说，此工件还是比较容易加工。其零件图见附图1。2零件毛坯的确定2.1零件的生产类型零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特性。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。零件的年生产纲领N可按下式计算其中 N是零件的生产纲领（件/年）； Q产品的年产量（台、辆/年）； m每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）； a%备品率，一般取2%4%； b%废品率，一般取0.3%0.7%；根据上式结合题目给定数据，即可算出泵盖的生产纲领，进而确定出其生产类型。Q=8000台/年，m =1件/台，取a%=3%，取b%=0.6%，由泵盖零件的重量为3.16Kg，查表1-3可知，泵盖为轻型零件，由此再查表1-4可知，该泵盖的生产类型为大批生产。2.2毛坯的种类和制造方法 泵盖的材料在产品设计时已经确定，在制定零件机械加工工艺规程时，毛坯的选择主要是选定毛坯的制造方法。由于泵盖选用HT150作为材料，为了减少加工余量，提高劳动生产率，采用机器造型，机器造型生产率较高、铸件尺寸精度高、表面光洁，劳动条件好，尽管机器造型需要专用设备和工艺装备，投资较大，生产准备时间长，但在大批大量生产的情况下铸件成本仍能显著降低，该泵盖的生产类型为大批生产，所以在铸件造型上采用机器造型。2.3零件各表面的加工方法当零件的加工质量要求较高时，一般要经过粗加工、半精加工和精加工三个阶段，如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度特别小时，还要经过光整加工阶段。通过对泵盖的各加工表面的分析，选择前面一系列的预备工序的加工方法和顺序。表2 各加工表面加工方案加工表面精度要求/um加工方案泵盖右端面6.3粗车-半精车5销孔1.6钻-铰孔12.5钻16孔1.6钻-粗铰-精铰2.4各工序间加工余量根据表1-6至1-11和2-15至2-40，将各加工表面的工艺路线、工序（或工步）余量，工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度填入表3中。3 各工序间加工余量加工表面工步名称工步余量基本尺寸公差等级精度公差工步偏差粗糙度泵盖右端面半精车1.420IT80.033206.3粗车1.618.6IT120.2118.612.5毛坯323-2.423-5销孔铰0.25.0IT80.01851.6钻0.84.8IT120.1204.86.3毛坯44-241-7孔钻26.5IT110.0906.512.5毛坯4.54.524.5113精铰0.0516IT60.011161.6粗铰0.9515.95IT80.02715.956.3钻1.215IT110.1101512.5毛坯13.813.8-2.413.81.2-2.5确定毛坯尺寸根据表3得出毛坯尺寸。利用电子版绘出毛坯图，毛坯尺寸详见图2毛坯图。图2 毛坯图3机械加工工艺规程设计3.1拟定工艺路线拟定零件的机械加工工艺路线是制订工艺规程的一项重要工作，拟定工艺路线时主要解决的问题有：选定各加工表面的加工方法；划分加工阶段；合理安排各工序的先后顺序；确定工序的集中和分散程度。考虑到实际经验的缺乏，有限的时间，主要进行了定位基准的选择、各表面加工方法的确定和工序顺序的安排工作。3.1.1 定位基准的选择 定位基准的选择是制订工艺规程的一项重要工作。定位方案的选择直接影响加工误差，影响夹具的复杂性及操作方便性。定为基准的选择分为粗基准和精基准。最初工序中，只能选择以未加工的毛坯面作为定位基准，称为粗基准，随后与以加工面为定位基准，称为精基准。 左泵盖的左端面为铸造面，能满足表面粗糙度和精度的要求，先以左端面为粗基准，粗加工出右端面，再以右端面为精基准钻出孔和锪出的销孔，盲孔。粗加工完成后，进一步进行半精加工和精加工等。3.1.2 工序顺序的安排根据表2各加工表面的加工方法和表3各工序间加工余量，考虑加工过程中定位基准的选择原则，确定工序顺序。在工序顺序安排中，不仅要考虑机械加工工序，还应考虑热处理和辅助工序，遵循先基准后其他、先粗后精、先主后次、先面后孔的原则，最终确定的工序顺序详见表4，以此为依据，填写机械加工工艺过程卡片。表4 加工工序工序工序名称工序内容1车粗车右端面至18.6mm2车半精车右端面至20mm3锪锪通孔4铰铰孔至5.0mm5钻钻通孔，铰孔，扩13孔深3，铰孔6钻钻深14，粗铰、精铰7时效热处理8去毛刺钳工9终检3.2 钻孔 切削用量的计算3.2.1 钻孔工步切削用量的计算背吃刀量的确定，取a=15mm。进给量的确定，选取该工步的每转进给量f=0.20mm/r。切削速度的计算，由表5-22，按工件材料为铸铁、硬度为187HBS的条件选择，切削速度可取为18m/min。由公式（5-1）n=1000v/d可求得该工序钻头转速n=358.1r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=392r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度: v= nd/1000=。3.2.2 铰孔工步工步切削用量的计算1）粗铰背吃刀量的确定，取a=0.95mm。进给量的确定，由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.9mm/r。切削速度的计算，由表5-31，切削速度可取为4m/min。n=1000v/d可求得该工序钻头转速80r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度=。2 ）精铰 背吃刀量的确定，取a=0.05mm。进给量的确定，由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.9mm/r。切削速度的计算，切削速度可取为4m/min。由公式n=1000v/d可求得该工序钻头转速n=80r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min。再将此转速代入公式（，可求出该工序的实际钻削速度=。3.3 钻基本工时的计算3.3.1基本时间的计算1）.钻孔工步根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)求得式中l=13mm；l2 =0mm；f=0.20mm/r；n=392r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间=(13mm+5.4mm+0mm)/(0.20mm/r392r/min)0.234min=14.1s。2）.粗铰孔工步 根据表5-41，绞圆柱孔基本时间由公式tj=l/fn=（l+l1+l2）求得式中l1、l2。由表5-42按15度、 (16-15.95)/2=0.025mm 的条件查得l1=0.37mm；l2 =0mm；而l=13mm；f=0.9mm/r；=97r/min。将上述结果代入公式中，经过计算即可得出该工序的基本时间：=(13mm+0.37mm)/(0.9mm/r97r/min)0.153min=9.2s3）.精铰孔工步根据表5-41，绞圆柱孔基本时间由公式求得k=(16-15.95)/2=0.025 的条件查得=0.19mm；=0mm；而=13mm；=0.9mm/r；=。将上述结果代入公式：经过计算即可得出该工序的基本时间：=(13mm+0.19mm+0)/(0.9mm/r97r/min)0.151=9.1s3.3.2 辅助时间的计算 根据第五章第二节所述，辅助时间与基本时间之间的关系为，可取，则各工序的辅助时间分别为：钻孔工步的辅助时间： =0.1514.1s=2.12s;粗铰孔工步的辅助时间： =0.159.2s=1.38s;精铰孔工步的辅助时间： =0.159.1s=1.37s;3.3.3 其他时间的计算除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于泵盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间是作业时间的，休息与生理需要时间是作业时间的，本工件均取3%，则各工序的其他时间可按关系式计算，分别为：钻孔工步的其他时间： 6%(2.12s+14.1s)=0.97s粗铰孔工步的其他时间：6%(9.2s+1.38s)=0.63s精铰孔工步的其他时间：6%（9.1s+1.37s）=0.62s3.3.4 单件时间的计算1）钻孔工步t钻=2.12s+14.1s+0.97s=17.19s;2）粗铰孔工步t粗铰=9.2s+1.38s+0.63s=11.21s;3）精铰孔工步t精铰=9.1s+1.37s+0.62s=11.09s;因此，工序的单件时间40.21s3.4 制订工序卡片本次课程设计中，我所选择的工序是加工213孔。根据表4、213切削用量的计算和基本工时的计算即可制订出该工序的工序卡片，具体内容详见机械加工工序卡片。4 孔的专用夹具设计在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛，机床夹具的功用主要是：稳定地保证工件的加工精度；减少辅助时间，提高劳动生产率；扩大机床的工艺范围，实现一机多能。泵盖的盲孔加工精度，位置精度要求都较高，如果选用常规的夹具（即通用夹具）其生产效率是很低的，同时加工精度也不容易保证。考虑到泵盖零件属于大批量生产，所以应该对其设计专用夹具，以保证加工精度和位置精度，提高劳动生产率。夹具的设计周期较短，一般不用进行强度和刚度的计算。专用夹具的设计对产品零件有很强的针对性。“确保产品加工质量，提高劳动生产率”是夹具设计工作的主要任务，加工质量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夹具来保证。夹紧装置的设计对整个夹具的结局有具定性的影响。设计一个好的夹具可以减少废品率。因此，夹具设计要保证以下几个条件：1.夹具的结构应与其用途及生产规模相适应。2.保证工件的精度。3.保证使用方便与安全。4.正确处理作用力的平衡问题。5.注意结构的工艺性，便于制造和维修。注意夹具与机床、辅助工具、刀具、量具之间的联系。在机械制造中，为了适应新产品的不断发展要求。因此,具设计过程中有朝着下列方向发展的趋势：1.发展通用夹具的新品种，由于机械产品的加工精度日益提高，因此需要发展高精度通用夹具。广泛的采用高效率夹具，可以压缩辅助时间，提高生产效率。2.发展调整式夹具3.推广和发展组合夹具及拼拆夹具。4.加强专用夹具的标准化和规范化。5.大力推广和使用机械化及自动化夹具。6.采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具。本设计属于工艺夹具设计范围，机械加工工艺设计在零件的加工制造过程中有着重要的作用。工艺性的好坏，直接影响着零件的加工质量及生产成本，在设计中为了适应中批批量的生产情况，以提高产品的生产效率，在设计中所采用的零件尽量采用标准件，以降低产品的生产费用。机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。机械制造技术基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课，专业基础课以及专业课后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位4.1 定位方案的设计本夹具的定位方案如下图所示，采用1个短圆柱销、1个菱形销和支承平面定位，同时运用支承板来快速找正工件在夹具体中的位置，如图3-1,图3-2。 图3-1 装配定位图图3-2 基准面定位其中：一个菱形销限制的自由度为: 。一个短圆柱销限制的自由度为：，。支承平面限制的自由度为：，综上，该定位方案限制了工件的6个自由度，较好的满足零件加工要求，定位合理。4.2定位误差分析与计算所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。造成定位误差的原因有：由于定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以表示；由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称基准位移误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以表示。分析和计算定位误差的目的，就是为了判断所采用的定位方案能否保证加工要求，以便对不同方案进行分析比较，从而选出最佳定位方案，它是决定定位方案时的一个重要依据。4.2.1 定位元件尺寸公差的确定夹具的定位形式是，三个短定位销确定关系面和固定V形块之间的保持元件的定位精度。由公式其中代表公差，代表基准孔与定位元件间的最小间隙由于定位销和孔间的配合代号是，查表2-40，IT6=0.008IT5=0.005,又销与孔间的最小间隙都是0，故代入公式：=0.008+0.005=0.013mm，注：为工件中心线的偏转角度误差代入数据求得满足定位要求。4.3导向元件设计钻床夹具的刀具导向元件为钻套，钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏斜。由于该孔的加工方法是先钻孔，后铰孔。所以，采用快换式钻套，由于泵盖零件的特殊结构，为了便于装夹工件，所以自行设计快换钻套。其结构如上图所示4.3.1钻套高度和排屑间隙钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度H越大，刀具的导向性能越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(1-2.5)d，孔径小、精度要求高时，H取较大值。H=(1-2.5)d=(1-2.5)16=(16-40),取H=40mm。钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙，H值应适当选取，h值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被破坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。加工铸铁时，h=（）d；加工钢时，h=()d。由于泵盖材料为HT150，所以其排屑间隙h=()d=()16=(),取h=10mm。4.4夹紧装置的设计在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。在该夹具体设计中，由于所选用的定位方案的夹紧力与切削力的方向一致，所需夹紧力较小，所以采用固定-活动V形块（组合）式夹紧机构图4。夹紧力的计算采用图4 固定-活动V形块计算，其中的-摩擦系数，一般取0.1-0.15，由于在进行钻孔工序时，夹紧力作用表面的表面粗糙度较小，所以本设计中选择f=0.1。由于螺旋压板夹紧机构中有弹簧的作用力，所以公式中的F代表的是弹簧压缩变形受到的作用力，有材料力学中的公式 z-弹簧的工作圈数G-弹簧材料的剪切弹性模量，其值查表12-1-是在最大载荷下发生的最大变形量查机械设计书代入数据得求得F=1.54N，将F入，其中L=28mm,f=0.1,H=45,求得.由于该工序过程需要两处夹紧力，故总的.可以看出夹紧力很小。因为夹紧力与切削力方向一致，当其他切削力很小时，仅需要较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生振动和转动。所以此处夹紧力能满足要求。4.5 夹具结构设计及操作简要说明在设计夹具进应该注意提高劳动生产率。因此，使用铰链式钻模，一次固定2个钻套，在一次装夹中可以加工2个孔。本工序是粗加工，切削力较大，但是由于钻削重要生产的轴向力指向定位面，和夹紧力方向相同，所以夹紧力不直接对消切削力。装夹工件时，先翻开钻模板把工件放在夹具上，由三个定位销销保证关系面和靠近固定V形块，最后用平头手柄推动活动V形块位置把零件夹紧，把菱形螺母锁上。这样就可以钻削了。平头手柄图5。图5平头手柄5 方案综合评价与结论 对于213的盲孔专用夹具的设计我们采用了一面两销的定位方式，限制了工件的6个自由度。很好的保证了工件在夹具体中的位置随着加工零件个数的增加，夹具磨损也将增大，这将导致零件加工误差的增大，废品率升高，间接地增加了生产成本。因此，在加工零件时在保证夹紧满足要求时，尽量减小夹紧