液压泵盖夹具设计

摘 要在本学期最后近一个月的时间里，我们进行了机械制造技术基础的夹具课程设计。这是我们学完大学全部基础课，技术基础课以及大部分专业课之后进行的一个综合课程。本次课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的一个课程的综合。它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，是在学完了机械制造技术基础的理论之后，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。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。应用机床夹具,有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件,保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围,实现“一机多用” 。在这个课程设计中，我们组的课题是液压泵盖的加工工艺及夹具设计。我们按照液压泵盖零件要求对其进行加工工艺的设计，使其从一个铸造件变成一个合格的产品。其中我设计了其第 4 个工艺步骤钻 3 个直径11mm 的通孔。我采用一面两孔定位，限制 6 个自由度，然后压紧，用 3 个钻套，对其进行加工。就该夹具而言，其钻模板的加紧较方便，易于使用，节约时间，使其生产效率提高产生更大的经济效益。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。关键词：机械制造技术基础，液压泵盖 ,夹具,钻模夹具目 录摘 要 .I第 1 章 零件的工艺分析 .11.1 零件的功能、结构及生产类型的确定 .11.1 零件的作用 .11.1.2 零件的工艺分析 .21.1.3 零件的生产类型 .21.2 主要加工面及要求 .2第 2 章 毛坯的选择 .32.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差 .32.2 毛坯的技术要求 .32.3 确定毛坯尺寸，设计毛坯图 .32.3.1 确定毛坯机械加工余量及毛坯尺寸公差 .32.3.2 绘制毛坯图 .4第 3 章 基准的选择 .53.1 粗基准的选择 .53.2 精基准的选择 .5第 4 章 制订工艺路线 .64.1 确定各加工面的加工方法 .64.2 拟定加工工艺路线 .64.2.1 工艺路线方案 1.64.2.2 工艺路线方案 2.74.3 工艺方案的比较与分析 .7第 5 章 工序设计 .85.1 选择加工设备及工艺装备 .85.2 选择夹具 .85.3 选用刀具 .8第 6 章 确定机械加工余量、工序尺寸及公差 .9第 7 章 确立切削用量及基本工时 .107.1 工序切削用量及基本时间的确定 .10711 切削用量 .10712 背吃刀量 AP.10713 定进给量 F.107.1.4 确定切削速度 V.117.1.5 校验机床功率 .117.1.6 基本时间 .117.2 工序切削用量及基本时间的确定 .127.2.1 切削用量 .127.2.2 背吃刀量 AP.127.2.3 确定进给量 F.127.2.4 确定切削速度 V.127.2.5 基本时间 .127.3 工序切削用量及基本时间的确定 .137.3.1 钻孔切削用量 .137.3.2 确定进给量 F.137.3.3 确定切削速度 V.137.3.4 确定基本时间 .14第 8 章 夹具体总体设计 .158.1 定位基准的选择 .158.2 夹具定位误差分析 .168.3 切削力及夹紧力计算 .178.4 校验扭矩功率 .188.5 切屑参数的设定 .188.5.1 钻孔切削用量 .188.5.2 确定进给量 F.188.5.3 确定切削速度 V.198.5.4 确定基本时间 .198.6 夹具总体设计 .20第 9 章 夹具结构设计 .219.1 钻模板 .219.2 夹具体设计 .219.3 支撑架 .229.4 夹紧机构 .239.5 钻套 .249.6 刀具的选择 .249.7 夹具的设计及操作的简要说明 .249.8 结构特点 .24设计心得 .26参考文献 .27附 录 .28工艺规程卡片 .28工艺卡片 .28第 1 章 零件的工艺分析1.1 零件的功能、结构及生产类型的确定1.1 零件的作用图示为液压泵盖的零件图,材料为 ZL106 的铸件,生产纲领是 6000 件/年。要求设计加工该零件的毛坯图或零件与毛坯合图 1 张,关键工序机械加工工艺过程卡片 1 套,主要工序的机械加工工序卡片 1 份, 以及设计说明书 1 份。图 1.1 液压泵盖零件是液压泵盖,图示 3-16 所示为齿轮泵中的右端盖, 齿轮泵体内的一对齿轮通过轴，轴承被左右端盖所支承。图中 2-25.5H8 孔即支承孔，A 面与泵体接触，用7-M8 螺杆将泵体与左右端盖连在一起，右端 B 面及 66f9 止口与液压泵支架配合，并通过 3-11mm 孔用 M10 螺栓紧固在支架上。1.1.2 零件的工艺分析通过对零件图的分析，知原图是正确，完整，尺寸，公差及技术要求齐全。其基准面 A 面要求较高。225.5H8，232H 8 精度要求也比较高。该零件大部分表面需要切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度不是很难获得。A 面加工采用金刚石车即可达到要求，4 小孔是油孔，位置与精度要求都不高，只要钻通即可，加工不成问题。可以说零件的工艺性好。1.1.3 零件的生产类型依照设计题目可知：该零件的生产纲领为 6000 件/年，查表可知生产类型是大批量生产。1.2 主要加工面及要求（1） A 面基准面：与 B 面的距离是 43mm，表面的粗糙度 Ra 为 0.8um，平面度公差为 0.01,与孔 25.5H8 轴的垂直度为 0.03。（2） B 面：与 A 面的距离是 43mm，表面的粗糙度 Ra 为 3.2um, 平面度公差为 0.15,与A 面的平行度为 0.1。（3） 支承孔:孔径 25.5H8 表面粗糙度为 1.6。（4） 螺杆连接孔:孔径 ，表面粗糙度为 12.5,其位置在图 1 可以得出。0.278M（5） 止口:直径 66f ,需要倒角,表面粗糙度为 3.2,其与支承孔 25.5H8 同.319轴度为 0.03。（6） 螺栓连接孔:孔径为 11, 需要倒角, 表面粗糙度为 12.5,其位置在图 1 可以得出。第 2 章 毛坯的选择2.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差（1） 零件的材料是 ZL106,要求的年产量为 6000 件,是大批量生产,毛坯采用硬模铸造,因此在铸造时采用金属型模具。（2） 零件在加工过程中不加工面进行定位少,故零件选用毛坯为粗铸件。铸件需加工面尺寸等级为 IT8,不需加工尺寸公差等级为 IT12。2.2 毛坯的技术要求（1） 铸件必须经过时效处理;（2） 铸件不得有气孔、砂眼等铸造缺陷。2.3 确定毛坯尺寸，设计毛坯图 2.3.1 确定毛坯机械加工余量及毛坯尺寸公差通过查相关资料得下表：表 2.1项目 B 面 A 面 25.5H8 66f9公差等级 IT 8 8 8 8加工基本尺寸 43 48 25.5 66毛坯基本尺寸 46.7 50.7 21.95 69.82.3.2 绘制毛坯图 图 2.1 毛坯零件图第 3 章 基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面的选择是否真确与合理关系到零件的加工质量,以及生产效率的高低。如果选择不当,在加工过程中出现很多问题,更可能造成零件的大批报废使生产无法进行。3.1 粗基准的选择对于零件而言,尽可能选择不加工表面为粗基准。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为粗基准,根据这个原则,现在取 78 为粗基准,利用三爪卡盘 作为加工 A 面的定位基准,限制 6 个自由度,达到完全定位。3.2 精基准的选择主要应考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这选择的设计基准与工序基准重合。第 4 章 制订工艺路线4.1 确定各加工面的加工方法根据各加工面的加工精度与表面粗糙度的要求,选定如下加工方法:（1） A 面基准面,采用车方法,经过粗车、半精车、精车、金刚石车,最后达到要求。（2） B 面, 采用车方法,经过粗车、半精车。（3） 内孔 225.5H8、26 H 8、232H8 采用镗,经过粗镗、半精镗、精镗。（4）孔 78.5、311 采用钻即可达到要求。（5）孔 715 用扩。（6） 66f9 外圆, 采用车方法,经过粗车、半精车。4.2 拟定加工工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何尺寸形状，尺寸精度位置精度等技术要求能得到合理的保证。4.2.1 工艺路线方案 1工序 1 粗车 A 面，以 78 定位。工序 2 以 A 面及内孔 25.5H8 定位,粗车 B 面及 66f9 外圆,内孔 26 H 8。工序 3 以 B 面及内孔 26H8 定位,粗镗 225.5H8，232H 8。工序 4 以 A 面及内孔 25.5H8 定位，钻孔 78.5。 工序 5 以 A 面及内孔 25.5H8 定位，钻孔 311。工序 6 钻孔 4。工序 7 以 A 面及内孔 25.5H8 定位，扩内孔 715 及倒角。工序 8 以外圆 66f9 定位，半粗车 A 面。工序 9 以 B 面及内孔 26H8 定位，半精镗 225.5H8，232H 8。工序 10 以 A 面及内孔 25.5H8 定位, 半精车 B 面及 66f9 外圆,内孔 26 H 8，倒角。工序 11 以 B 面及内孔 26H8 定位，精镗 225.5H8，232H 8。工序 12 以外圆 66f9 定位，粗车 A 面。工序 13 以外圆 66f9 定位，金刚石车 A 面。工序 14 去毛刺。工序 15 终检。4.2.2 工艺路线方案 2工序 1 粗车 A 面，以 78 定位。工序 2 以 A 面及内孔 25.5H8 定位,粗车 B 面及 66f9 外圆。工序 3 以 A 面及内孔 25.5H8 定位, 粗镗内孔 26 H 8。工序 4 以 B 面及内孔 26H8 定位,粗镗 225.5H8，232H 8。工序 5 以 A 面及内孔 25.5H8 定位，钻孔 311。 工序 6 以 A 面及内孔 25.5H8 定位，钻孔 78.5。工序 7 钻孔 4。工序 8 以 A 面及内孔 25.5H8 定位，扩内孔 715 及倒角。工序 9 以外圆 66f9 定位，半精车 A 面。工序 10 以 A 面及内孔 25.5H8 定位, 半精车 B 面及 66f9 外圆,倒角。工序 11 以 A 面及内孔 25.5H8 定位, 半精镗内孔 26H8。工序 12 以 B 面及内孔 26H8 定位，半精镗 225.5H8，232H 8。 工序 13 以外圆 66f9 定位，精车 A 面。工序 14 以 B 面及内孔 26H8 定位，精镗 225.5H8，232H 8。工序 15 以外圆 66f9 定位，金刚石车 A 面。工序 1116 去毛刺。工序 17 终检。4.3 工艺方案的比较与分析上述两个方案:加工方法与定位基准基本上一样,不同的是加工顺序不同,方案一加工比较集中,工艺经过同一机床上换夹具和刀具,比较麻烦。对于大批量生产换刀与夹具比较费时,所以采用换机床。通过综合考虑两个方案,最后采用第二个工艺方案。第 5 章 工序设计5.1 选择加工设备及工艺装备工序 1.2.3.4 是粗车,粗镗,各工序不多,精度要求不高,零件尺寸不大选用 C620-1型卧式车床即可。工序 5.6.7 为钻孔,工序不多,而且精度要求不高,可选用 Z3025 钻床.工序 8 选用 C620-1 型卧式车床。工序 9.10.11.12 为半精车,半精镗, 选用 C620-1 型卧式车床。工序 14 工序是精镗,零件尺寸不大,是回转体,故在车床上加工.由于精度要求高,便面粗糙度小,选用 C616 型卧式车床.工序 13.15 为精车,金刚石车精度要求高,故选用 CM6125 型卧式车床。5.2 选择夹具在钻孔 4, 311, 78.5,扩 715 ,半精镗及精镗225.5H8，226 H 8 时需要专业夹具,其他都用通用夹具。5.3 选用刀具（1）在车床上的工序,一般都选用硬质合金车刀与镗刀,所以加工零件时,粗加工用 YG6,半精加工用 YG3,精加工用 YG6X。（2）钻孔使用直柄麻花钻。(GB/T6135.3-1996)扩孔采用锥柄扩孔钻。(GB/T1141-1984)（3）金刚石车采用金刚石车刀。第 6 章 确定机械加工余量、工序尺寸及公差表 6.1 加工 A 面的各数值工序工序名称 工序间余量/mm 经济精度/mm表面粗糙度/mm工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm金刚石车 0.08 H5 0.8 48 4800.011精车 0.1 H7 1.6 48.08 48.0800.03半精车 0.2 H10 3.2 48.10 48.1000.12粗车 0.5 H12 12.5 48.30 48.3000.25毛坯 2 48.80 48.802表 6.2 25.5H8 工序尺寸工序工序名称 工序间余量/mm 经济精度/mm表面粗糙度/mm工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精镗 0.1 H7 1.6 25.5 25.500.03半精镗 0.25 H10 3.2 25.4 25.400.12粗镗 0.3 H12 6.3 25.15 25.1500.25毛坯 12.6 23.85第 7 章 确立切削用量及基本工时7.1 工序 切削用量及基本时间的确定71 1 切削用量本工序为粗车 A 面。已知加工材料为铝合金材料铸件；机床为 C620-型卧式车床，工件装卡在三爪卡盘中。确定粗车 A 面的切削用量。所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。根据1.30，由于 C620-1 车床的中心高为 ,根据 1.1 故选用刀杠尺寸3文 献 m203文 献,刀片的厚度为 。根据 1.3，选择车刀几何形状为卷mHB25165.4文 献屑倒棱型前刀面，前角 , 主偏角 ， 副偏角 ，刃倾角12 9K10、K, 刀尖圆弧半径 。0s8.071 2 背吃刀量 ap粗车单边余量为 ，则 。m5.0map5.071 3 定进给量 f根据 1.4，在粗车铝合金材料铸件，刀杠尺寸为 16mm25mm、ap3mm，工3文 献件直径为 100400mm 时，f=0.61.2mm/r,按照 C620-1 车床的进给量（ 1.30） ，3文 献选择 f=0.65mm/r。确定进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据 1.30，C620-1 车床的进给机构允许的进给力 =3530N。3文 献 maxF根据 1.21，当铝合金材料铸件 b170MPa, ap2.8mm,f0.75 文 献mm/r、K =45、v=65m/min(预计)时,进给力为 760N。的修正系数为 k0Ff 1.0,k sFf = 1.0, ( 1.292) ,故实际的进给力为fF 3文 献=7601.0=760N ，所选用的进给量 f=0.65mm/r 可用。fmax选择车刀磨钝标准及耐磨度 根据 1.9，车刀后面的最大磨损量取为 1mm，3文 献可转位车刀耐用度 T=30min。7.1.4 确定切削速度 v根据 1.10,当用 YG6 硬质合金车刀加工 b170MPa 铝合金材料铸件、3文 献ap0.8mm、f0.75 mm/r 时、切削速度 v=114m/min。切削速度的修正系数为 ksv=0.8，k tv=0.65，k tv =0.8，1k Tv=1.15， kMv=kv =1.（ 1.28） ，故 v=1140.80.650.811.15=55.2 m/min 3文 献 mdvn6.14970.510根据 C620-1 车床的转速（ 1.30） ，选择 n=120 r/min=2 r/s，3文 献则实际的切削速度 v=45.6 m/min。7.1.5 校验机床功率由 1.24，当 、 、 、 、3文 献 MPab170 165HBSmap8.2f75.0时， 。min/46vKWc.由 1.292，实际切削的功率为 Pc=1.7kW。 3文 献根据 1.30，当 n=120 r/min,机床主轴允许功率 Pc=5.9kW。PcP E， 故所选文 献切削用量可在 C620-1 车床上进行。最后确定的切削用量为 ， , map5.0rf/65.0 min/120rmin/6.45v7.1.6 基本时间确定粗车 A 面的基本时间。 LTnfly1l =4.85.min1i20T7.2 工序 切削用量及基本时间的确定7.2.1 切削用量本工序为粗镗 225.5H8。已知加工材料为铝合金材料铸件, 所选刀具为 YG6硬质合金直径为 10mm 圆形镗刀, 根据 1.3,主偏角 ， 副偏角 ，3文 献 90K10、K刃倾角 , 刀尖圆弧半径 。0sm8.07.2.2 背吃刀量 ap双边余量为 1.3mm, ap=1.3/2=0.65 mm。7.2.3 确定进给量 f根据 1.4,当粗镗时, 镗刀直径为 10mm, ap2mm, 镗刀伸出长度为 50 mm 时 3文 献,f=0.12-0.16mm/r,故选 f=0.15 mm/r。7.2.4 确定切削速度 v根据 1.10,当用 YG6 硬质合金车刀加工 b170MPa 铝合金材料铸件、3文 献ap0.8mm、f=0.15 mm/r 时、切削速度 Cv=189.8m/min。切削速度的修正系数为m=0.2，X v=0.15，y v=0.2（ 1.28） ，故3文 献 min/1305.6.081922.vfaTCyxpm i/.5310rdn根据 C620-1 车床的转速（ 1.30） ，选择 n=610 r/min。3文 献7.2.5 基本时间确定基本时间。 LTnfLly1.5l =.328min0.14i0.6T7.3 工序 切削用量及基本时间的确定7.3.1 钻孔切削用量本工序为钻 311。切屑用量为 5.5mm。7.3.2 确定进给量 f本工序为钻孔，钻孔使用直柄麻花钻(GB/T6135.3-1996)，根据 2.32 钻头的3文 献直径为 d0=11.00,HBS200,根据 2.7，f=0.051.6，根据 2.32，选取3文 献 文 献Z3025 钻床的主轴进给量为 f=1.00。7.3.3 确定切削速度 v根据 2.30,切削速度 ， ， 3文 献 0vvMpCdZKTaXfy0.63f9.4vC0.25vZm=0.125.0Xv.4vy=1.0 TvK1.0mv.9sy1.0tv.84xy1.0lvK.756VTmvstxvlK09.3/invvMpCdZaXfy015.8270./mi341nrd根据 2.32,取 n=250 r/min3文 献实际03.142508.64/mindnv7.3.4 确定基本时间根据 2.32,3文 献 42)21(cos112 lkdDfnlTj 取 , ， 。14l32l 5.790cs1l43min0.4i.62T第 8 章 夹具体总体设计8.1 定位基准的选择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。应用机床夹具,有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件,保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围,实现“一机多用” 。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。本夹具主要用来钻 311 的孔，因为这三个孔的技术要求不高，粗糙度为 12.5，因此本道工序加工时，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。由零件要求可知,本工序为钻 3 个 11mm 的通孔,所以本工序需要限制的自由度为 6 个。定位方案一：以加工面 A 面为定位基面,在已加工好的 25.5mm 通孔处使用一定位心轴为定位基轴与夹具体通过螺纹连接固定,上面用套筒和螺栓固定。再在另一25.5mm 孔处使用菱形销做辅助定位。定位方案二：以加工面 B 面为定位基面,在已加工好的 25.5mm 通孔处使用一长销做固定轴定位。设计夹具定位方案如下： 图 8.1 定位方案一图 8.2 定位方案二方案 1 的定位原理为一面一销。一面限制 3 个自由度；一个短销，限制 2 个自由度。有 1 个沿销轴中心轴线的旋转未限制，且与销接触的孔为非加工表面，对于钻311 的孔，除了沿销轴中心轴线的方向的自由度不限制外，其余均要求限制。因此定位方案 1 不合理方案 2 的定位原理为一面两销。一面限制 3 个自由度；一个短销，限制 2 个自由度，一个菱形销限制 1 个自由度。实现了完全定位。其定位符合加工精度的要求，因此，定位方案 2 合理。8.2 夹具定位误差分析考查工件尺寸与使用夹具有关的工序尺寸及工序要求有：1，三个孔的圆心排列并非在同一圆心上。2，沉孔深 14mm。讨论：如图 8.2.1(1) 工序基准为两孔中心连线，与定位基准一致，不存在基准不重合误差。下面计算基准位置误差。下图中画出了工件两孔中心连线 与夹具上两销中心连线12偏移的情况。当两孔直径为最大，而两销直径为最小时，可能出现的最大偏移角12为： 1maxin2maxind+d=arctnDWDL （ ）代入数据得： 0.43.5 （ ） 2图 8.3 两定位孔O12 Dmaxdinmaxin(2) 工序基准为 A 面，而定位基准为与 A 面相对的另一端面，存在基准不重合误差，其值为两端面距离尺寸公差，即为 0.1mm。又定位端面都已加工过，其基准位置误差可近似为等于零，故定位误差为：一面两销定位，为了装夹方便，将短销改为定位轴，其定位原理为改变。（1） 、内孔定