齿轮泵泵体的机械加工工艺编制及钻床专用夹具三维设计

I齿轮泵泵体的机械加工工艺编制及钻床专用夹具三维设计摘要随着我国经济快速发展以及大众生活质量的不断上升，促使其对生活的质量有更高标准，这也促进第三产业快速发展。为了快速生产大量齿轮泵，尤其是齿轮泵体数量，需要不断提高其模具数控加工的效率。本课题主要是对齿轮泵泵体的工艺规程设计和钻床专用夹具的三维设计。这篇文章旨在探讨选题的背景和重要性，并阐明这种零件的功能。它还将提供一些关于如何计划和实施这项任务的建议。在开始工艺规划时，我们需要仔细分析零件图纸，理解它的加工方法，并根据这些信息来设计它的基本结构。接下来，我们将根据这些信息来确定它的加工参数，并制定它的工艺流程。最后，我们将对每一步的尺寸进行计算，以便确定每一步的切削用量和工艺装备。最后，我们将为钻床提供专门的夹具，以便更好地完成这项任务。经过详细分析，我们首先确定了夹具设计的宗旨，并依照工序图进行了相应的定位基准、误差分析、切削力和夹紧力测量、夹紧装置安排、钻套选型、夹具结构设计以及操作指南等步骤。关键词:齿轮泵体；工艺；工序；夹具设计目录6825第1章绪论 114547第2章零件的分析 2145662.1零件的作用 261842.2零件的工艺分析 320067第3章工艺规程设计 462343.1确定毛坯材料 4313393.2计算生产纲领、确定零件的生产类型 4170323.3定位基准的选择 5216863.4制定工艺路线 5323343.4.1工艺方案一 5169073.4.2工艺方案二 6211093.4.3最终工艺方案的确定 6304083.5机械加工余量、工序尺寸的确定 840433.6切削用量及工时的计算 924259第4章齿轮泵体夹具设计 13245834.1设计夹具的目的 1374624.2方案的确定 13165654.3定位基准的选择 13113144.4定位误差分析与计算 14292944.5切削力及夹紧力的计算 1592274.6夹紧装置 16263524.7钻套和钻模板的选择 16104944.8夹具体的设计 18196634.9夹具操作说明 1917632第5章夹具的三维设计 203540总结 2419572参考文献 2532079致谢 26保定理工学院本科毕业设计保定理工学院本科毕业设计PAGE32PAGE32PAGE31PAGE31第1章绪论在市场经济的飞速发展下，在高品质、高效能、高产量产品下，紧固件技术发挥了巨大的推动作用。在生产过程中，夹具是最常用的一种工具。同时，也可以节省生产的费用，提高生产效率。工具是人类文明上升的阶梯，自20世纪末以来，现代智能制造技术和机械制造加工工艺取得了飞速发展，为社会发展带来了巨大的变革。随着技术的不断发展，工具（包括夹具、刀具、量具和辅助工具等）的功能也在不断提升，变得越来越强大。夹具在传统制造和现代制造行业中都扮演着至关重要的角色，它不仅能够提高零件的加工质量，还能够提升生产效率，降低产品成本。随着机械加工技术的进步，机床夹具也在迅速演变。从最初的针对单件小批量生产的特殊夹具，到现在的针对大规模生产的专业夹具，再到现在的随行夹具，它们都受益于市场的变化以及科学的研究。如今，全球贸易的趋势日益明显，因此，传统的特定零部件的一道工序设计的专用夹具已无法满足当今的需求。随着数控技术的不断改善和发展，越来越多的通用、可调、组合和成组夹具被开发出来，以满足不同类型和大规模的生产需求。这些新型的夹具不仅能够更好地满足机械加工的要求，还能够更快地提高效率和质量。随着时代的进步，现代机床夹具的不断演进，为工业生产提供了更加先进的解决方案。

第2章零件的分析2.1零件的作用图2.1零件图泵体是一种高效的能量转换装置，它可以将电机产生的机械能转换成油液的压力，从而有效地满足执行机构对外部负荷的需求。泵的应用非常广泛，有许多不同的类型和分类方式。泵的类型可以根据其结构进行划分，包括：齿轮泵、柱基泵、叶片泵和螺杆泵。齿轮泵的设计旨在为齿轮提供一个稳定的工作环境，其中包括一个由两个齿轮组成的密封腔，以及一个端盖，以确保其正确的运动。此外，还可以利用齿轮的旋转来提供润滑，以达到更好的效果。当两个齿轮相互啮合，并将其分开，便形成一个独立的工作腔，从而使得润滑油能够被正确地吸入或者被排出。因此，齿轮泵的泵体发挥了至关重要的作用，它不仅仅是整个润滑系统的支柱，更是其运行的基础。而且，泵体的制造精度也直接关乎到整个润滑系统的性能，尤其是壳体上的两个孔的精确性。当齿轮泵运行时，它有可能发生泄漏，而这种情况通常发生在齿轮外圆与壳体内孔之间。因此，壳体孔的加工必须达到极高的精确度。

2.2零件的工艺分析零件分析：两个φ54的孔、两个φ6的孔和一个φ14的孔表面粗糙度为1.6微米。I面、N面、K面和φ100的外圆的表面粗糙度为3.2微米。P面、M面和6-M8的孔、φ26的孔、2-M8的孔的表面粗糙度为6.3微米。J面、4-φ11的孔、端盖φ14的孔、φ3的孔的表面粗糙度为12.5微米。φ14H8孔和φ54H7孔的同轴度都需要达到φ0.012mm，而φ26H8孔和φ54H7孔的同轴度也需要达到φ0.012mm。技术要求：铸件应该时效处理，以消除内力。铸件不得有孔缩、裂纹等缺陷。未注铸造圆角R2-3。未注尺寸公差按IT14级。未注形位公差按D级。

第3章工艺规程设计3.1确定毛坯材料图3.1毛坯图齿轮泵件零件材质HT200，批量制造，使用机器砂箱铸型。铸件的最小壁厚应。为了防止由于温度相差过大导致的缩孔、缩裂、裂纹，不同壁厚相差不能过大。铸件应该采用人工时效。在将剩余的应力消除后，将其送入机械加工车间进行处理，不然会造成较大的变形。3.2计算生产纲领、确定零件的生产类型根据设计的题目可以知道：Q=5000件/年；再根据实际生产的要求，备品率和废品率分别是3%和0.6%。零件的生产纲领计算公式如下：N=Qm(1+a%+b%)其中Q=5000件/年，a=3，b=0.6带入得：N=5000*1*(1+3%)*（1+0.6%）=5180件/年>5000件/年故属于大批量生产。表3.1各种生产类型规范生产加工需要零件的年生产加工需要（件/年）大型机械中型机械小型机械单件生产≤5件≤20件≤100件小批生产＞5～100＞20～200＞100～200中批生产＞100～300＞200～500＞500～5000大批生产＞300～1000＞500～5000＞5000～50000大量生产＞1000＞5000＞500003.3定位基准的选择在我们选择粗基准面的时候，通常情况下都是选择平整、光洁的面去当做粗基准面来使用[]，这样可以使我们的定位效果更好，所以我选择I面作为粗基准。我们选择精基准是，主要是为了保证零件的加工质量，提高生产效率等，保证整个加工过程中零件都能得到统一定位，所以我选择I面和φ54的孔作为精基准。3.4制定工艺路线3.4.1工艺方案一表3.2工艺方案一单位：mm工序号工序内容0铸造、清砂、退火10粗铣、精铣I面20镗及面30钻、铰6-M8螺孔40钻、铰2-孔50粗车、精车L面60粗车、精车K面、N面,粗车J面70镗孔80镗孔并倒角90铣M面100钻4-孔110钻斜孔120钻、铰孔及2-M8螺孔130最终检查140入库3.4.2工艺方案二表3.3工艺方案二单位：mm工序号工序内容0铸造、清砂、退火10粗铣、精铣I面20镗及面30钻、铰6-M8螺孔及2-孔40粗车、精车L面50粗车J面,粗车、精车K面、L面60钻4-孔70镗孔、镗孔并倒角80铣M面90钻斜孔100钻、铰孔及2-M8螺孔110去毛刺120最终检查、入库3.4.3最终工艺方案的确定选择机械加工工艺的顺序的方法：在保证质量、组织生产，减少生产成本等过程中，各个部件的加工次序都扮演着关键的角色。在此基础上，要依据作业分配和定位参考的建立和转化来确立[]。确定最终工艺方案的原理是：先粗后细，从粗加工-半精密-精细处理，逐步调整加工的顺序，以达到最佳的表面效果。在各步骤中，对基准面进行加工，然后以该基础上，对其它表面进行单独处理。首要的面要首先加工，其它的要在完成某一进度落后再进行处理。为了确保工件的精度和可靠性，对于尺寸较大的工件，如支架、箱体、连杆等，应优先进行平面加工，以确保其表面的平整度和光洁度。除了基准面，精度越高、粗糙度越小的表面，应放在后面加工，以防止划伤。加工过程中，表面位置的标注公差及尺寸也会对加工顺序产生一定的影响，所以要尽可能地控制或降低尺寸链数量[]。最终确定工艺如下：表3.4最终工艺方案单位：mm工序号工序内容0铸造、清砂、退火10粗铣、精铣I面20钻、铰6-M8螺孔30铣N面40镗孔、镗孔并倒120角50镗及面60粗车J面,粗车、精车K面、L面70钻4-孔80铣M面、P面90钻孔及钻、铰2-M8螺孔100钻锥孔及钻斜孔配作110去毛刺120最终检查130入库

3.5机械加工余量、工序尺寸的确定从以上数据资料看，每一个加工表面的机械加工余量为：表3.5相关尺寸单位：mm图中部位机械加工余量I面2.5φ54H7孔底面2.0φ54H7孔2.0K面2.0L面2.0J面2.0N面2.0D面1.5M面2.0P面2.0G面1.5工序尺寸的确定：一般情况下，表面处理得最终工艺尺寸确定，按照部件图表的需求来决定。中间过程的大小代表最终过程大小，加上或者减去，过程中得生产能力余量。也就是用来对部件零件图进行大小的运算[]。若表面经过n-1倍的处理，那么该工艺大小是：==（n≥1）（式3-1）因此，在确定了工艺余量后，可以按照设计尺寸来计算各工序的尺寸，但这个方法有一个先决条件，那就是只有在比较简单的工序尺寸，如果要确定比较复杂的工序尺寸，就必须将尺寸链进行转换计算。①工序号10：粗铣、精铣I面查[1]表8-33粗铣余量为1.7mm，查[1]8-35公差确定工序尺寸为由表1-4中加工总余量为2.5mm，精铣为2.5-1.7=0.8mm查[1]8-35公差确定工序尺寸为mm②工序号20：钻、铰6-M8螺孔查[1]8-16钻孔为7.8，粗绞为7.96，精绞为8H7③工序号30：铣N面查[1]表8-33粗铣余量为1.7mm，查[1]8-35公差确定工序尺寸为mm由表1-4中加工总余量为2.0mm,精铣为2.0-1.7=0.3mm查[1]8-35公差确定工序尺寸为mm④工序号40：镗孔、镗孔并倒角查[1]8-24粗镗余量为1.2mm，工序尺寸为16mm查[1]8-24精镗余量为0.8mm，工序尺寸为14.8mm查[1]8-24粗镗余量为1.2mm，工序尺寸为27.2mm⑤镗查[1]8-18粗镗余量为1.2mm，工序尺寸为56查[1]8-18精镗余量为0.8mm，工序尺寸为54.8⑥工序号60：粗车J面,粗车、精车K面、L面J面：查[1]8-29粗车余量为1.3mm，工序尺寸为8.3mmK面：查[1]8-29粗车余量为1.3mm，工序尺寸为8.3mm查[1]8-29精车余量为1.0mm，工序尺寸为mmL面：查[1]8-29粗车余量为1.3mm，工序尺寸为26.3mm查[1]8-29精车余量为1.0mm，工序尺寸为25mm⑦工序号70：钻4-孔查[1]8-16钻余量为0，工序尺寸为0⑧工序号80：铣M面、P面查[1]表8-33铣余量为1.2mm，工序尺寸为53.2mm⑨工序号90：钻孔及钻、铰2-M8螺孔钻孔：查[1]8-16钻余量为0，工序尺寸为0钻、铰2-M8螺孔：查[1]8-16钻孔为7.8，粗绞为7.96，精绞为8H7⑩工序号100：钻锥孔及钻斜孔配作。直接钻。3.6切削用量及工时的计算切削量的选取对保证精确度、生产效率、表面品质、工具使用寿命有着重要的作用。正确的切削参数可以显著改善刀具的使用寿命，而且它们之间的相互作用也会影响表面粗糙度和切削力的表现。因此，为了获得更好的加工效果，在粗加工时，必须根据表面粗糙度和切削力的需求，精确地调整切削参数，包括进给量、切削深度、切割速度等，从而获得更优质的产品。在进行精加工和半精加工时，要求更高的表面精确度和品质，因此，最好是采用较小的进给深度以及切削深度。在确保工具使用寿命的同时，要确保加工过程的品质和产量，必须具有相当高的切削速度[]。一般来说，大规模生产中，切削用量都是有一定的要求，操作人员根据不同的加工工艺来确定加工的参数。以下是主要工艺流程的切削用量，并且需要进一步计算其他工艺流程的切削用量：工序90：钻孔及钻、铰2-M8螺孔，钻床，Z3025钻孔：f=0.35[1]表15-34V=1.35m/s=81m/min[1]表15-38所以==1000=1842r/min按[1]表11-15取=2000r/min则=87.92r/min机动时间：=(min)[1]p641=0.1min辅助时间：==1min=1.1min钻、铰2-M8螺孔：f=0.27mm/r[1]表15-33V=0.35m/s=21m/min[1]表15-37所以=835r/min按[1]表11-15取r/min则=24.1m/min机动时间：0.17min辅助时间：==1.7min=1.87min工序10：粗铣、精铣I面，机床X6125粗铣I面:f=0.09mm/z[1]表15-50v=20m/min[1]表15-55采用高速钢镶齿三面刃铣刀，则=1000=39.8r/min查[1]表11-49得32r/min=16.1r/min当32r/min时，工作台每分钟进给量应为=52mm/min=0.052m/min查[1]表11-49得范围为8-394mm/min所以适合=3.1r/min精铣I面:f=0.5mm/z[1]表15-50v=18m/min[1]表15-55采用高速钢镶齿三面刃铣刀，则=1000=35.8r/min查[1]表11-49得32r/min=16.1r/min当32r/min时，工作台每分钟进给量应为=28.8mm/min=0.0288m/min查[1]表11-49得范围为8-394mm/min所以适合=5.2r/min工序号20：钻、铰6-M8螺孔钻6-M8螺孔：f=0.27mm/r[1]表15-33v=0.35m/s=21m/min[1]表15-37所以=835r/min按[1]表11-15取r/min则=24.1m/min机动时间：0.17min辅助时间：==1.7min=1.87min铰6-M8螺孔:f=1.6mm/r[1]表15-43m/s[1]表15-44式中15.6，=0.36m/s=21.6m/min所以=860r/min按[1]表11-15取r/min则=24.1m/min机动时间：0.15min辅助时间：==1.5min=1.65min将各主要工序的切工时定额、切削用量的计算结果和其他加工数据同时录入到机加加工工序卡上，通过查表将所得的数据全部录入到机加工工序卡上。关于其它没有说明计算的工序，这里将不会重复。

第4章齿轮泵体夹具设计4.1设计夹具的目的在机械加工、检测、组装、焊接以及热处理等复杂的生产流程中，夹具的使用量极其庞大，以满足各种要求。夹具是一种用于固定加工对象，使其能够被准确地安置在指定位置，以便进行施工或检测的设备[]。机床夹具是机械制造中广泛使用的夹具之一，它们能够帮助工人完成复杂的任务。这种设备安装在机床上，可以让工件和刀具之间的距离精准地定义，同时还可以抵抗切削力的冲击。使用机床夹具可以大大改善加工精度，它可以更轻松、更稳定地确定工件与刀具之间的距离，几乎不受操作者的技术水平的限制，从而极大地提升了加工效率。此外，使用机床夹具还可以节省大量的辅助时间，大大提升了劳动生产率；通过采用特殊的夹具，我们能够更好地利用机床的功能，从而拓展它的应用领域。比如，当我们将镗模夹具安装在车床或摇臂转床上时，我们就能够更有效地加工箱体孔系；通过采用先进的机床夹具，我们能够大幅提高工作环境的质量，确保生产过程的安全性和效率[]。4.2方案的确定为了有效地提升生产效率，确保加工质量，减轻劳动负担，必须采用特殊的夹具。经过与指导老师的讨论，经过我的精心研究，我设计了一套高效的钻床夹具，它能够有效地完成齿轮泵端盖上2个M8螺孔的钻削加工。为此，本文将深入研究夹具的定位原理、组成部件、机构的选择，以及夹紧机构的设计，从而有效地减少定位误差，提高加工精度，除了夹具，还介绍了介绍其它重要的组成部分[]。4.3定位基准的选择根据工序图，我们可以发现，该齿轮泵是一种轴套类零件，它的φ14H8孔和φ54H7孔的同轴度都需要达到φ0.012mm，而φ26H8孔和φ54H7孔的同轴度也需要达到φ0.012mm。因此，该钻床采用一面两孔定位夹具设计，我们可以将这两个孔的轴线作为定位基准，从而将误差降到最低。根据这两个基准，我们可以确定5个自由度，而在最初选择N面作为定位基准面，由于定位面太小而钻削力过大，容易导致基准不重合，因此，我们改为选择I面作为定位面。图4.1工序图4.4定位误差分析与计算定位方法为确定一个面以及两个孔之间的定位误差。++=0.033+0.011+0=0.044mm转角误差的确定转角误差（0.033+0.011+0+0.027+0.011+0/2）=0.0023转角误差趋近于零，满足要求。图4.2定位元件

4.5切削力及夹紧力的计算①切削力的计算钻2-M8螺孔：刀具：高速钢锥柄阶梯麻花钻轴向力：（N）式中：所以轴向力为=1172.8扭矩：M=9.81（）式中：所以扭矩为=4.6通过计算得出切削力，且题中扭矩计算结果与切削力相比较很小，可忽略不计，故有F=1172.8N，M=4.6在计算切削力时，必需考虑安全系数式中：基本安全系数，1.5；加工性质系数，1.1；刀具钝化系数，1.1；断续切削系数，1.1；所以==1.5×1.1×1.1×1.1×1172.8=2341.5N②夹紧力分析：在钻削过程中，轴向力纵向施加在工件上，由设计装配图分析可知，轴向支撑力由夹具体提供，故只需用扭矩计算[]。由可得工件所受到的横向力为=3230.8N所以总的夹紧力应大于3230.8N才能够保证夹紧。

4.6夹紧装置当大规模加工轴套类零件时，一般采用的方法是首先精确地加工内孔和端面，然后使用已经精心设计的芯轴来精确定位内孔，最后进行其他表面的加工。然而，在拆卸过程中，必须要把所有的螺丝都拆掉，以便取出工件。采用-U型开口垫圈来连接工件和螺母，可以有效地解决这一棘手的问题，使得它变得更容易处理[]。U型开口垫圈的广泛应用已经超越了传统的夹紧机构和工装，它不仅可以大大减少装卸时间，而且还能够极大地提升生产效率。然而，在选择锁紧螺母的时候，必须确保其外径比工件的孔径更小，以便让被取工件更容易地通过。其三维图如下:图4.3夹紧元件4.7钻套和钻模板的选择钻套和钻模板是钻床夹具的一种专用零件，钻模板以各种形式连接到夹具主体或支架，钻套安装在钻模板或夹具主体上。在进行钻套的设计时，必须决定钻套的构造、钻套孔的尺寸、公差、其它有关尺寸和钻套的材质[]。在单独的钻孔过程中，如果生产批次较大，可能会出现磨损的情况，因此使用快速更换的钻套是比较方便的。因此，在选择钻套导引孔和相关的孔加工刀具时，应该根据基轴的特性来进行决策，最终选定快换钻套。图4.4钻套钻模板的种类及结构设计，主要应用于安装钻套，部分还具备夹紧的作用，所以需要具备足够的刚性和强度。设计钻模板时应注意如下问题：为了保证一定的刚性，钻模的自重应该尽量小。事实上，钻套的高度取决于钻孔板的厚度，一般为15至30毫米，如果钻套更长，可以在局部上增加厚钻模板，并适当调整结构以增加刚度[]。此外，一般情况下，钻模不适合经受住夹紧力。定位元件位置和孔和钻模板需要精确到一定程度。这与钻模板的外形和安装固定装置中的位置有关。举例来说，固定钻模板在钻套孔位置上具有高精度，这是由于在悬挂式钻模板时，用两根导向柱的空隙将钻模板固定在一起。该夹具本体定位精度低。在实际应用中，因受焊接内部应力影响，往往无法将焊接结构的穿孔模板彻底清除，从而精确性得到保障。只在工件的孔距离公差大于0.1mm时采用。若孔距公差不超过0.05mm，就必须采用装配好的钻孔模板。最终采用了固定钻孔模板[]。在图中显示了一个固定的钻孔模板。图4.5所示的夹具体和钻模板采用了螺钉固定结构。由于钻模板可以在钻探过程中进行位置的精确定位，因而得到了普遍的应用。该方法具有结构简便、高精度等优点。图4.5钻模板与夹具体

4.8夹具体的设计夹具体是夹具的基础件。为了使这个夹具能够正常工作，我们必须确保它由必要的部件、机构和装置组成。设计时应满足以下基本要求:1.为了获得最佳的加工效果，必须确保夹具的结构牢固，能承受夹紧力、切削力等外力的冲击，避免发生不可接受的变形或振动，从而大大提升加工的精准性与品质。2.为了提高结构的强度和刚度，我们努力将其设计得简单、小巧，特别是对于移动和翻转夹具，重量应尽可能轻，以便于操作，使其具有优秀的工艺性能，从而达到最佳的使用效果。3.尺寸要稳定。为了确保铸造夹具的质量，必须进行定期检查和维护；为了确保焊接夹具的加工尺寸稳定，必须对其进行退火处理，以减少内部应力。4.便于排屑。为了有效地减少加工过程中的切屑过多，确保工件的精准定位和夹具的正常运做，在进行设计夹具时要十分注意排屑的堆积。由于夹具体是单件生产，因此在进行夹具体的设计时，应尽量简化计算，以便缩短其制造周期，降低成本[]。一般来说，我们会根据相似的架构，运用经验性的推理方式来估算。在绘制夹具体总图之前，必须全面评估工件、定位部件、夹紧部件、刀-引导部件、以及其他辅助结构与设备的配合，以便更加精确地确定夹具体的外观尺寸[]。(请参看夹具体图)图4.6夹具体

4.9夹具操作说明该钻床采用一面两孔定位设计，将工件放进两个定位轴中，放上开口垫圈拧紧螺母，可实现工件的定位与夹紧，本钻床采用快换钻套，钻套易于更换，以免钻套磨损带来的误差，能保持较高的导向精度，适合大规模生产。图4.7夹具三维图第5章夹具的三维设计本次夹具三维设计我使用的是UG软件，首先我根据夹具的二维零件图进行三维建模，最后把建好的三维零件进行装配，最后得到一个完整的夹具三维装配图。图5.1图5.2图5.3图5.4图5.5图5.6图5.7图5.8图5.9图5.10然后根据夹具的二维装配图，把画好的三维零件图用UG软件装配起来，得到完整的夹具三维装配图。图5.11打开UG12.0软件，选择新建装配体，点击添加组件选择夹具体作为新零件插入，再点击添加组件插入芯棒，通过同心命令进行装配。图5.12点击添加组件插入钻模板、衬套、钻套、钻套螺钉等组件，通过约束对齐、接触同心进行装配。图5.13点击添加组件插入齿轮泵零件，通过接触同心进行装配。图5.14点击添加组件插入开口垫圈、菱形销、螺母等组件，通过接触对齐、同心进行装配。图5.15总结本次设计主要是针对齿轮泵体的加工工艺规程及钻床专用夹具的设计，是在学习完机械制图、机械原理、机械设计、机械工程材料等课程之后，完成的本次设计。通过合理的定位、夹紧和工艺路线设计，以及精确的尺寸确定，我们设计出了一种