机油泵体加工工艺拟定及钻Φ5孔专用夹具设计

目录一、 摘要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3二、 零件的分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51、 零件的用途 . . . . . . . . . . . . . . . . .52、 零件的工艺分析 . . . . . . . . . . . . . . .5三、 确定毛坯、画毛坯-零件合图 . . . . . . . . . . .71、 确定毛坯的种类 . . . . . . . . . . . . . . .72、 确定零件生产类型 . . . . . . . . . . . . . .73、 确定毛坯尺寸及机械加工总余量 . . . . . . . .74、 设计毛坯图 . . . . . . . . . . . . . . . . .85、 画毛坯-零件合图 . . . . . . . . . . . . . . .9四、 工艺规程设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . .101、 定位基准的选择 . . . . . . . . . . . . . . .102、 确定零件表面的加工方法 . . . . . . . . . . .103、 工序的集中和分散 . . . . . . . . . . . . . .114、 工艺顺序的安排 . . . . . . . . . . . . . . .125、 制定工艺路线和选择 . . . . . . . . . . . . .136、 加工设备及工艺装备选择 . . . . . . . . . . .167、 确定工序间加工余量工序尺寸 . . . . . . . . .188、 计算切削用量 . . . . . . . . . . . . . . . .199、 基本时间的计算 . . . . . . . . . . . . . . .22五、 夹具的设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251、 确定设计方案 . . . . . . . . . . . . . . . .252、 计算夹紧力并确定螺杆直径 . . . . . . . . . .263、 定位精度分析 . . . . . . . . . . . . . . . .26六、 心得体会及谢辞 . . . . . . . . . . . . . . . . .28七、 参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30一、摘要机械制造工艺学是一门综合性和实践性很强的课程，机械制造工艺学课程设计是该课程教学中的一项很重要的内容。其综合了机械制图、机械制造工艺学、工程材料、机械设计、CAD/CAM等专业基础课和主要专业课。本次课程设计主要针对机械制造工艺学和工程材料课程的运用，同时也有对刀具和切屑知识的综合。因此，这是我们对以前所学各门课程的一次较为深入的综合复习。同时还要对相关课外知识进行查阅和学习，是一次我们实际运用知识解决问题能力的训练。通过此次课程设计，要达到以下几方面的锻炼：1、 进一步加深对机械制造工艺学等课程理论知识的理解；2、 能合理选择切削用量，通过查阅相关手册，掌握获得工程数据的方法，提高收集信息、对信息进行价值判断、信息整理、信息加工的能力；3、 掌握制订机械加工工艺规程的原则、步骤和方法；4、 掌握机床夹具设计的基本原理、方法及步骤，进一步提高工程设计能力；5、 能对零件机械加工中影响质量、生产率和经济性因素进行综合分析；6、 编写技术文件的能力。二、零件的分析1、零件的用途机油泵是不断把发动机油底壳里的机油送出去以达到润滑发动机各个需要润滑的零部件的目的。机油泵泵体在整个机油泵中起着很重要的作用。泵体的尺寸精度、表面粗糙度直接影响机油泵的工作稳定性和泵的寿命。零件的技术要求1、 正火处理硬度为 HBS 255-321；2、 正火后的显微组织基件为 85%以上的珠光体，石墨呈球状或团状，允许少量呈团体状，磷共晶少于 1.5%，渗碳体少于 1.5%；3、 孔 41H8 与孔 13F8 的中心线不平行度允许误差为0.015mm；4、 A 面与 B 面相对 13F8 孔的不垂直度允差 0.02mm；5、 A 平面的不平度允许误差 0.02mm6、 铸件内部不允许有气孔、疏松、裂纹夹渣等缺陷；7、 去锐边、毛刺。2、零件的工艺分析由零件图可知，其材料为 QT602，即球墨铸铁。该材料有较高的强度韧性和耐磨性，适用于承受较大的应力，受力复杂，综合力学性能要求较高的零件。该零件上的主要加工面为 A 面、B 面、凸台外圆、凸台左端面、凸台右端面，凸台内圆面和 13F8、2x5H7、2x9、2x12 孔、由参考文献2中有关孔和面的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，该机油泵体位置公差要求严格，部分加工面需要专用夹具进行加紧定位。三、确定毛坯、画毛坯零件合图1、确定毛坯种类零件材料采用 QT602，具有较高的抗拉、抗压强度、良好的铸造性、耐磨性和可切削加工性。考虑到铸造可以铸造内腔，外形很复杂的毛坯，加工灵活性很大，铸造成本低，故选用铸件毛坯。2、确定零件生产类型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 5500 件/年。通过计算，该零件的质量约为 1kg，有参考文献【2】表 1.12 表 1.13 可知，其生产类型为大批生产。毛坯的铸造方法选用金属模机械砂型（参考文献【2】表 1.31）有由于零件的内腔孔 41H8 需要铸出，故还应该安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。参考文献【2】表 2.25。该种铸件的尺寸公差等级 CT 为 810 级加工余量等级 MA 为 G 级。故取CT 为 9 级 MA 为 G 级【2】。3、确定毛坯尺寸及机械加工总余量铸件的尺寸公差等级 CT 为 9 级，加工余量等级为 G 级。由参考文献【2】表 2.24，可知毛坯尺寸及机械加工总余量如下表所示：表四1 毛坯尺寸及机械加工总余量加工表面 基本尺寸 铸件尺寸公差机械加工余量铸件尺寸A 面 26 1.8 3.0 29.00.9B 面 18 1.7 3.0 21.00.85凸台左端面 5 1.5 3.0 8.00.75凸台右端面 26 1.8 3.0 29.00.9凸台外圆面 53 2.0 2.5 481.0凸台内圆面 41 2.0 2.5 361.04、设计毛坯图（1）确定铸造斜度由参考文献【2】确定砂型铸造该零件毛坯的斜度为 13，圆角半径为 R2R3。（2）确定分型面【3】以右端面为铸造分型面。（3）毛坯热处理为消除铸造内应力，改善工件切削性能，铸件在进行机械加工之前应该进行时效处理。四、工艺规程设计1、定位基准的选择基准选择是工艺规程设计的重要内容之一。基准的选择的正确与合理可以保证加工的质量，提高生产效率。粗基准的选择：对于零件而言，应尽可能选择不加工面为粗基准。而对于若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。为了保证后续工序的精度要求应先将设计基准、公共基准先行加工，故选择平面 B 为粗基准。精基准的选择：平面 A 既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循“基准统一”的原则。此外，A 平面面积较大，定位较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。2、确定零件各表面加工方法根据零件图上标注的各加工表面的技术要求，查机械制造工艺设计简明手册表 1.46 至 1.422，通过对各个加工方案的加工方法如下表【2】表 51 零件表面加工方法加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度Ra/um加工方法平面 A IT8 1.6 粗铣精铣平面 B IT8 12.5 粗车半精车凸台右端面 IT12 12.5 粗铣凸台左端面 IT11 1.6 粗车半精车精车凸台外圆面 IT9 3.2 粗车半精车凸台内圆面 IT8 1.6 粗镗半精镗精镗孔 13F8 IT8 1.6 钻粗铰精铰孔 5H7 IT7 1.6 钻粗铰精铰孔 9 IT12 12.5 钻孔 12 IT12 12.5 钻3、工序的集中与分散由已知，零件的生产规模为大批量生产，初步确定工艺安排的基本倾向为：加工过程划分阶段，工序都要集中，采用工序集中可以减少工件的装夹次数，在一次装夹中可以加工许多表面，有利于保证各表面之间的相互位置精度。加工设备主要以专用设备为主，采用专用夹具，这样生产质量高，投产快，生产效率高。除此之外，还应考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。4、工艺顺序的安排（1）机械加工顺序 遵循“先基准后其他”的原则，首先加工精基准，即在前面加工阶段先加工端面。同时考虑位置度要求，左右端面互为基准反复加工【3】 遵循“先粗后精”的原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”的原则，先加工主要左右端面和圆孔表面，后加工次要表面凸台内圆面和各种小孔及倒角。 遵循“先面后孔”的原则，先加工端面，后加工孔。（2）辅助工序【5】毛坯铸造成型后，应对铸件毛坯安排请砂工序，并对清砂后的铸件进行一次尺寸检验，然后再进行机械加工。在对零件的所有加工工序完成之后，应安排去毛刺、清洗、终检工序。5、制定工艺路线与选择（1）工艺路线一：工序号 工序内容 定位基准铸造时效清洗检查毛坯10 粗铣平面 A 凸台右端面20 粗铣凸台右端面 平面 A30 钻孔 13F8 平面 A，凸台外圆面40 粗车凸台外圆面和左端面 平面 A，13F8 孔50 粗镗凸台内圆面 凸台右端面和外圆面60 粗车 B 面 凸台右端面和孔 13F870 精铣 A 面 凸台右端面80 粗铰、精铰孔 13F8 平面 A、凸台外圆面90 半精车凸台外圆面、左端面，精车左端面平面 A、孔 13F8100 半精镗、精镗凸台内圆面 凸台右端面、外圆面110 半精车 B 面 凸台右端面、孔 13F8120 钻、粗铰、精铰孔 5H7、倒角凸台右端面、外圆面130 钻孔 3x9 凸台右端面、孔 2x5H7140 钻孔 2x12 凸台右端面、孔 2x5H7150 去锐边、毛刺160 清洗170 终检入库（2）工艺路线二：工序号 工序内容 定位基准铸造时效清洗检查毛坯10 粗铣凸台右端面 平面 A20 粗铣平面 A 凸台右端面30 钻孔 13F8 平面 A，凸台外圆面40 粗镗凸台内圆面 凸台右端面和外圆面50 粗车 B 面 凸台右端面和孔 13F860 粗车凸台外圆面和左端面 平面 A，41H8 孔70 精铣 A 面 凸台右端面80 粗铰、精铰孔 13F8 平面 A、凸台外圆面90 半精镗、精镗凸台内圆面 凸台右端面、外圆面100 半精车凸台外圆面、左端面，精车左端面平面 A，41H8 孔110 半精车 B 面 凸台右端面、孔 13F8120 钻、粗铰、精铰孔 5H7、倒角凸台右端面、外圆面130 钻孔 3x9 凸台右端面、孔 2x5H7140 钻孔 2x12 凸台右端面、孔 2x5H7150 去锐边、毛刺160 清洗170 终检入库（3）工艺路线三：工序号 工序内容 定位基准铸造时效清洗检查毛坯10 粗铣平面 A 凸台右端面20 粗铣凸台右端面 平面 A30 钻孔 13F8 平面 A，凸台外圆面40 粗车凸台外圆面和左端面 平面 A，13F8 孔50 粗镗凸台内圆面 凸台右端面和外圆面60 粗车 B 面 凸台右端面和孔 13F870 钻、粗铰、精铰孔 5H7、倒角凸台右端面、外圆面80 钻孔 3x9 凸台右端面、孔 2x5H790 钻孔 2x12 凸台右端面、孔 2x5H7100 精铣 A 面 凸台右端面110 粗铰、精铰孔 13F8 平面 A，凸台外圆面120 半精车凸台外圆面、左端面，精车左端面平面 A，13F8 孔130 半精镗、精镗凸台内圆面 凸台右端面、外圆面140 半精车 B 面 凸台右端面、孔 13F8150 去锐边、毛刺160 清洗170 终检入库（4）工艺路线分析比较通常情况下，最重要的、要求最高的加工表面应在精基准完成之后再进行加工，以方便其精度的达到。工艺路线一是先完成所有平面的粗精加工最后再进行钻孔。粗精加工没有分开，工件的内应力很大，加工之后工件变形会很大程度地影响零件的几何精度，定位基准不如路线二来得准确，再综合加工精度要求，装夹便利与否等因素的影响，确定加工路线三。6、加工设备及工艺装备的选择工序号工序内容 工艺装备 加工设备10 粗铣平面 A YG6 硬质合金面铣刀、游标卡尺立式铣床 X61W20 粗铣凸台右端面 YG6 硬质合金面铣刀、游标卡尺立式铣床 X61W30 钻孔 12 高速钢钻、卡尺、钻模板立式钻床 Z525粗车凸台外圆面 YG6 硬质合金车刀、游标卡尺卧式车床CA614040粗车凸台左端面 YG6 硬质合金车刀、游标卡尺卧式车床CA614050 粗镗凸台内圆面 硬质合金镗刀、游标卡尺卧式镗床 T61860 粗车 B 面 硬质合金车刀、游标卡尺卧式车床CA6140钻 2 个孔 4.8，倒角高速钢钻、游标卡尺、钻模板摇臂钻床Z3025X10B粗铰至 4.9 铰刀、塞尺 摇臂钻床Z3025X10B70精铰至 5H7 铰刀、塞尺 摇臂钻床Z3025X10B80 钻三个孔 9 高速钢钻、游标卡尺、钻模板摇臂钻床Z3025X10B90 钻两个孔 12 高速钢钻、游标卡尺、钻模板摇臂钻床Z3025X10B100 精铣 A 面 YG6 硬质合金面铣刀、游标卡尺立式铣床 X61W110 粗铰至 12.95 铰刀、塞尺 立式钻床 Z525精铰至 13F8 铰刀、塞尺 立式钻床 Z525120 半精车凸台外圆面 硬质合金车刀千分尺 卧式车床 CA6140半精车左端面 硬质合金车刀、千分尺卧式车床CA6140精车左端面 硬质合金车刀、千分尺卧式车床CA6140半精镗凸台内圆面 硬质合金镗刀、塞尺卧式镗床 T618130精镗凸台内圆面 硬质合金镗刀、塞尺卧式镗床 T618140 半精车 B 面 硬质合金车刀、游标卡尺卧式车床CA6140150 去锐边，毛刺 平锉160 清洗 清洗机170 终检入库 百分表、卡尺、塞规7、确定工序间加工余量、工序尺寸查参考文献【2】，表 2.31 到表 2.321，综合对毛坯尺寸以及已经确定的机械加工工艺路线的分析，确定工序间加工余量如下表示【4】：工序号工步号工步内容 工序尺寸 加工余量10 1 粗铣平面 A 27 2.020 1 粗铣凸台右端面 26 3.030 1 钻孔 13F8 至 12 0.18212（直径）1 粗车凸台外圆面 .3542（直径）402 粗车凸台左端面 0.1262.050 1 粗镗凸台内圆面 0.25394（直径）60 1 粗车 B 面 .1872.01 钻孔至 4.8 0.244.8（直径）2 粗铰孔至 4.9 0.390.1（直径）703 精铰孔至 5H7 0.1250.1（直径）80 1 钻三个孔 9 至 9 0.1599（直径）90 1 钻两个孔 12 至 12 .8212（直径）100 1 精铣 A 面 11 粗铰 13F8 至 12.95 0.431950.95（直径）1102 精铰至 13F8 0.43160.05（直径）1 半精车凸台外圆面 0.31450.1（直径）2 半精车左端面 0.30.51203 精车左端面 510.51 半精镗凸台内圆面 0.41.0（直径）1302 精镗凸台内圆面 0.3911.0（直径）140 1 精车 B 面 8.1.08、计算切削用量（一）工序 10：粗铣平面 A（1）切削深度： 2.0pam（2）确定进给量X61W 型铣床的功率为 4.5KW。查切削用量简明手册表 3.5.硬质合金面铣刀（YG6）的每齿进给量 ，取0.14.2/zzfm0.14/zzfm（3）铣削速度本工序采用 YG6 硬质合金铣刀， ，齿数 z=12。查切削0125d用量简明手册表 3.16 取切削参数 。则/mincv查切削用量简明手册表 3.29 知 X61W 型铣床的转速n=255r/min。故实际切削速度工作台的每分钟进给量为【4】： 0.142548./minnzf查切削用量简明手册表 3.29，X61W 型铣床的进给量39/minfv（二）工序 40：工步 1：粗车凸台外圆面（1）切削深度： 2.0pa（2）确定进给量查切削用量简明手册表 1.4，进给量 f=0.60.8mm/r。查切削用量简明手册表 1.31，CA6140 卧式车床技术参数，取进给量 f=0.66mm/r。（3）确定切削速度查切削用量简明手册表 1.11，参考选取切削速度57m/min。切削速度修正系数=0.65， =0.92， =0.8， =1.0， =1.0。（查切削用量简明手tvktvksvkTvRvk册表 1.28。） 570.692.834.1/minctv，查切削用量简明手册表 1.31，得 CA6140 车床的转速n=200r/min。故实际切削速度：（三）工序 70工步 1：钻孔至 4.8由工件材料为 QT602，高速钢钻头，查表 2.7 高速钢钻头钻孔时的进给量参考选取进给量 f=0.180.22mm/min 取f=0.2mm/min。查切削用量简明手册表 2.15（高速钢钻头钻灰铸铁时的切削速度）参考选取切削速度 。又14/mincv4.8pam工步 2：粗铰孔 5H7 至 4.9查切削用量简明手册表 2.11，取进给量 f=0.3mm/r。查切削用量简明手册表 2.24，取切削速度 。4/incvm切削深度 。则0.1pam查摇臂钻床 Z3025X10B 说明书，取转速 n=250r/min。故实际切削速度：工步 3 精铰孔 5H7 至 5H7查切削用量简明手册表 2.11，取进给量 f=0.4mm/r查切削用量简明手册表 2.24，取切削速度 。4/mincv背吃刀量 。则0.1pam查摇臂钻床 Z3025X10B 说明书，取转速 n=250r/min。故实际切削速度：9、基本时间的计算（一）工序 10：粗铣平面 A查【2】机械制造工艺设计简明手册得此工序机动时间计算公式：=0.5d+（12）=0.5 125+264.5mm1l =2mm2l=100mm所以：（二）工序 40，工步 1：粗车凸台外圆面。查机械制造工艺设计简明手册，得此工序机动时间计算公式为：主偏角 取 =3mm19023rkl1l查机械制造工艺设计简明手册表 6.22 得：35lm取值 5mm235l又 l=21mm ，i=1（三）工序 70工步 1查机械制造工艺设计简明手册表 6.25 得：机动时间计算公式取 ，l=5mm24lm工步 2：查机械制造工艺设计简明手册表 6.25 得：机动时间计算公式 24lml=5mm，工步 3：查机械制造工艺设计简明手册表 6.25 得：l=5mm， 24lm所以此工序的机动时间为 8.1s五、夹具的设计本次设计的夹具为第 70 道工序钻，铰 2X5H7 孔，倒角。该夹具适用于摇臂钻床 Z3025X10B0.541、确定设计方案此道工序要加工的两个孔 5H7 均为平面 A 上，且与平面 A 垂直。按照基准重合原则并考虑到已加工表面的因素。又为了避免钻头的引偏，2X5H7 孔应该从 A 面加工，这就要求钻孔时 A 面必须朝上。因此，必须以凸台右端面进行定位。一个凸台面限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。用哪种方案更合理呢？方案一：在孔 13F8 中插入一个定位销限制工件沿平面 A 方向上的两个移动，再以一个圆柱销定位外轮廓，限制其转动。【7】方案二：以凸台外圆面定位，加一个 V 形块，限制其沿平面方向的移动。由于外轮廓为不规则图形加一圆柱销，限制其绕垂直于平面 A 方向的旋转。【8】考虑到工件夹紧，方案 1，夹具的夹紧机构设计困难，很容易发生干涉或产生倾覆力矩。而方案二，若往凸台内圆面底部施加夹紧力则不存在上述问题。所以夹具设计选择方案二。2、计算夹紧力并确定螺杆直径查机械加工工艺手册表 2.469，得切削力计算公式：0.8 0.89.81427()9.142.716()f fFdkNN查机床夹具图册，取安全系数 K=3，故实际夹紧力：63fK夹查机床夹具图册，可知，一个 M10 的螺栓能承受 3018N 的许用夹紧力，所以用 M10 的螺栓完全可以满足强度要求。但从夹具的刚度及整体结构的对称性考虑，这里选用 M16 的双头螺柱。3、定位精度分析两个 5H7 的孔是在一次装夹下完成加工的，它们之间的位置精度由钻模板保证。因为两孔中心轴线距设计基准半径值为 35，未注公差。按普通精度等级 8 级来算，公差值为 0.039，夹具公差取工件公差的 1/3，即夹具公差尺寸为 0.013。考虑到实际操作装配时，角度和半径的测量不方便，将其转化为水平方向横纵坐标值。查参考文献 6，取其尺寸公差为 0.01mm。对于 V 形块定位凸台外圆面，查参考文献7可知，安装尺寸T： 其中：D=53mm，H=16，N=40所以安装尺寸 T=23.5