偏心柱塞泵的机械加工工艺及其夹具设计

摘要浙江工业大学博士学位论文PAGE122PAGEI毕业设计说明书课题名称：学生姓名学号所在学院专业班级指导教师起讫时间：年3月13日～年5月05日泵体的机械加工工艺及其夹具设计摘要本次的设计是对泵体零件进行结构上的分析，还有它的工艺要求，对这样的泵体零件制定工艺流程。对该泵体中的工序中选择其中主要的工序作为专用夹具的设计，在夹具设计当中，熟悉夹具设计中的主要要素：定位原理、夹紧原理等，并运用机械制图软件对泵体的主要工序的专用夹具进行夹具装配图的绘制，并从中拆解零件图。关键词：泵体；加工工艺；夹具设计目录目录摘要 I第1章绪论 11.1引言 11.2该课题主要内容 1第2章零件加工工艺制订 22.1零件图分析 22.1.1零件结构功用分析 22.1.2零件尺寸精度分析 22.2毛坯的确定 32.2.1毛坯选择 32.2.2毛坯余量确定 32.2.3毛坯－零件合图草图 42.3拟定工艺路线 42.3.1加工方法及方案确定 42.3.2定位基准的选择 52.3.3加工阶段、加工顺序安排 52.3.4拟定工艺路线 52.3.5设备及工装的确定 62.4加工工艺文件制订 72.4.1工艺过程卡制订 72.4.2工序卡制订 9第3章夹具设计 123.1确定夹具的类型 123.2定位方案设计及元件选择 123.3夹紧方案及装置设计 123.4夹具体的确定 133.5夹具的定位误差分析及夹紧力校核 143.5.1定位误差分析 143.5.2夹紧力分析 153.6夹具装配图 16第4章结论 18参考文献 19致谢 20第一章绪论第1章绪论1.1引言我国国内的夹具始于20世纪60年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件800万件的水平。20世纪80年代以后，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少NC机床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇。随着科学技术的日新月异，先进制造技术不断得到发展。在机械加工过程中，夹具占有非常重要的地位，它可靠地保证了工件的加工精度，提高了加工效率，减轻了劳动的强度。在机床技术向高速、高效、精密、符合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济的方向发展。在机械加工过程中，为了保证加工精度，固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的工艺装备统称为机床夹具，简称夹具。夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备[1，2]。机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置并在加工过程中保持这个位置不变。机床夹具在机械加工中的作用可以归纳这几个方面：保证加工精度；提高生产效率、降低成本；扩大机床工艺范围；减轻工人的劳动强度。其组成包括定位元件、夹紧装置、夹具与机床间的连接元件、对刀或导向元件、其他装置或元件、夹具体。根据夹具的使用范围可分为：通用夹具，专用夹具，通用可调夹具和成组夹具，组合夹具，随行夹具。在这里我们着重于夹具设计的自动化、标准化、通用化和高效化；并注重绿色设计，使操作舒适、敏捷、准确。这样有利于缩短生产周期和降低成本，使获得良好的经济效益。1.2该课题主要内容本次毕业设计的目的是旨在熟悉机械制造工艺，需要我们综合地运用所学过的专业知识，针对实际零件进行机械加工工艺规程制定及专用机床夹具设计，使我具备了制定机械加工工艺规程及设计专用机床夹具的能力，为以后所从事的机械工程工作打下基础。在这次设计中主要需要掌握以下知识：零件的零件图纸与技术要求分析、零件二维图绘制；制定数控加工工艺卡片文件；零件的夹具设计并进行夹具图二维图绘制。根据零件的形状特点、零件尺寸及精度，选定合适的机床设备以及夹具设计，通过准确的计算并查阅设计手册，确定了零件的尺寸及精度，在材料的选取及技术要求上也作出了详细说明，并在结合理论知识的基础上，借助于计算机辅助软件绘制了各部分零件及装配体的工程图。第二章设计模板体系第2章零件加工工艺制订2.1零件图分析2.1.1零件结构功用分析柱塞泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。图2-1零件图2.1.2零件尺寸精度分析该零件的加工表面尺寸精度要求分析如下：1.底面，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10；2.2-Φ30凸台面，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10；3.右侧Φ30孔面，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10；4.左端表面与型腔面，表面粗糙度Ra1.6um，尺寸精度IT7；5.Φ25H8孔壁面，表面粗糙度Ra1.6um，尺寸精度IT7；6.Φ30孔壁面，表面粗糙度Ra6.3um，尺寸精度IT9；7.4-φ11孔壁面，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10；8.7-M8螺纹孔，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10。2.2毛坯的确定2.2.1毛坯选择零件材料为HT1500铸件，考虑到零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。2.2.2毛坯余量确定底面的机械加工余量Z=2.0mm.2-Φ20凸台面的机械加工余量Z=2.0mm；2-Φ30凸台面的机械加工余量Z=2.0mm；右侧Φ30孔面的机械加工余量Z=2.0mm；左端表面与型腔面的机械加工余量Z=2.0mm；Φ25H8、φ30孔壁面的机械加工余量Z=2.0mm；其余孔系尺寸较小，可实心铸造。7.4-φ11孔壁面，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10；8.7-M8螺纹孔，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10。2.2.3毛坯－零件合图草图图2-2毛坯图2.3拟定工艺路线2.3.1加工方法及方案确定根据零件图上标注的各加工表面的技术要求，查《机械制造技术毕业设计指导》表1-7至表1-15，通过对各个加工方案的比较，最后确定零件表面的加工方法如下表：1.底面，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10，粗铣即可；2.2-Φ30凸台面，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10，粗铣即可；3.右侧Φ30孔面，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10，粗铣即可；4.左端表面与型腔面，表面粗糙度Ra1.6um，尺寸精度IT7，粗铣→精铣即可；5.Φ25H8孔壁面，表面粗糙度Ra1.6um，尺寸精度IT7，钻孔→铰孔即可；6.Φ30孔壁面，表面粗糙度Ra6.3um，尺寸精度IT9，扩孔即可；7.4-φ11孔壁面，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10，钻孔再锪孔即可；8.7-M8螺纹孔，表面粗糙度Ra12.5um，尺寸精度IT10，钻孔再攻丝即可。2.3.2定位基准的选择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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。粗基准的选择：对于零件而言，应尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有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。根据这个基准选择原则，以凸台为粗基准。精基准的选择：主要应该考虑基准重合、统一基准、互为基准等原则。采用互为基准反复加工的办法达到位置度要求，然后以加工后的孔和端面为精基准。2.3.3加工阶段、加工顺序安排工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，当拟定工艺路线时要合理、全面安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序。切削加工工序的安排原则1）基准先行选为精基准的表面，应先进行价格，以便为后续工序提供可靠的精基准。如轴类零件的中心孔、箱体的地面或剖分面、齿轮的内孔和一端面等，都应安排在初始工序加工完成。2）先粗后精各表面均应按照粗加工→半精加工→精加工的顺序依次进行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。3）先主后次先加工主要表面，后加工次要表面，次要表面常穿插进行加工，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前。该零件的加工顺序应严格按照以上原则进行加工。2.3.4拟定工艺路线根据零件的要求，对其编制如下加工路线：工序号工名序称工序内容备料铸造毛坯热处理时效处理铣粗铣泵体底面铣粗铣φ30端面铣粗铣左端面，留0.2mm余量铣粗铣φ60、φ70内腔面，留0.2mm余量铣精铣左端面至图样尺寸铣精铣φ60、φ70内腔面至图样尺寸钻钻φ25孔并铰孔扩扩φ30孔深23mm钻钻4-φ11通孔并锪沉台孔钻钻7-M8螺纹孔并攻丝去毛刺去毛刺质检检验至图纸要求入库入库2.3.5设备及工装的确定该零件可在铣床上加工，夹具选择专用夹具。该零件属于批量生产，因此选用通用量具进行测量，各孔选用专用量具进行测量。具体如下工序内容工艺设备机床铸造人工时效粗铣泵体底面端铣刀、游标卡尺X51粗铣φ30端面端铣刀、游标卡尺X51粗铣左端面，留0.2mm余量麻花钻、游标卡尺X51粗铣φ60、φ70内腔面，留0.2mm余量端铣刀、游标卡尺X51精铣左端面至图样尺寸端铣刀、游标卡尺X51精铣φ60、φ70内腔面至图样尺寸端铣刀、游标卡尺X51钻φ25孔并铰孔麻花钻、铰刀、游标卡尺Z525扩φ30孔深23mm扩孔钻、游标卡尺Z525钻4-φ11通孔并锪沉台孔麻花钻、锪孔钻、游标卡尺Z525钻7-M8螺纹孔并攻丝麻花钻、丝锥、游标卡尺Z5252.4加工工艺文件制订2.4.1工艺过程卡制订机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共1页第1页材料牌号HT150毛坯种类铸件毛坯外形尺寸每毛坯件数1每台件数1备注工序号工名序称工序内容车间工段设备工艺装备工时准终单件01备料铸造毛坯02热处理时效处理03铣粗铣泵体底面X51端铣刀、游标卡尺04铣粗铣φ30端面X51端铣刀、游标卡尺05铣粗铣左端面，留0.2mm余量X51麻花钻、游标卡尺06铣粗铣φ60、φ70内腔面，留0.2mm余量X51端铣刀、游标卡尺07铣精铣左端面至图样尺寸X51端铣刀、游标卡尺08铣精铣φ60、φ70内腔面至图样尺寸X51端铣刀、游标卡尺09钻钻φ25孔并铰孔Z525麻花钻、铰刀、游标卡尺10扩扩φ30孔深23mmZ525扩孔钻、游标卡尺11钻钻4-φ11通孔并锪沉台孔Z525麻花钻、锪孔钻、游标卡尺12钻钻7-M8螺纹孔并攻丝Z525麻花钻、丝锥、游标卡尺13去毛刺去毛刺14质检检验至图纸要求15入库入库设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期

2.4.2工序卡制订机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称柱塞泵泵体车间工序号工序名称材料牌号铣HT150毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X51夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时(秒)准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗铣泵体底面端铣刀、游标卡尺5500.780.52设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改件号签字日期

机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称柱塞泵泵体车间工序号工序名称材料牌号铣HT150毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X51夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时(秒)准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗铣φ30端面端铣刀、游标卡尺5500.780.52设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改件号签字日期

机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称柱塞泵泵体车间工序号工序名称材料牌号铣HT150毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X51夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时(秒)准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗铣左端面，留0.2mm余量端铣刀、游标卡尺5500.780.51.82精铣左端面至图样尺寸端铣刀、游标卡尺8000.560.20.2设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改件号签字日期

机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称柱塞泵泵体车间工序号工序名称材料牌号铣HT150毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X51夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时(秒)准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗铣φ60、φ70内腔面，留0.2mm余量端铣刀、游标卡尺5500.780.51.82精铣φ60、φ70内腔面至图样尺寸端铣刀、游标卡尺8000.560.20.2设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改件号签字日期

机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称柱塞泵泵体车间工序号工序名称材料牌号铣HT150毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z525夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时(秒)准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1钻φ25孔并铰孔麻花钻、铰刀、游标卡尺5500.780.51.82扩φ30孔深23mm扩孔钻、游标卡尺5500.780.50.2设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改件号签字日期

机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称柱塞泵泵体车间工序号工序名称材料牌号铣HT150毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z525夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时(秒)准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1钻4-φ11通孔并锪沉台孔麻花钻、锪孔钻、游标卡尺5500.780.51.82设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改件号签字日期

机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称柱塞泵泵体车间工序号工序名称材料牌号铣HT150毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数铸件设备名称设备型号设备编号同时加工件数钻床Z525夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时(秒)准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1钻7-M8螺纹孔并攻丝麻花钻、丝锥、游标卡尺5500.780.51.82设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改件号签字日期第3章夹具设计3.1确定夹具的类型本夹具主要用来钻顶面螺纹孔，该部位与其他面没有任何位置度要求，故只考虑生产效率。3.2定位方案设计及元件选择定位元件设计中，也是按照定位的表面和孔来选择。第一个是端面，这里选择一个支承定位板，该定位板与夹具体连接，与工件的底面接触。第二个是圆柱定位销，与其中一个φ11孔相配合。第三个是菱形定位销，与另外一个对角的φ11孔相互配合。图3-1定位方案局部图3.3夹紧方案及装置设计定位方式确定好后，就要确定专用夹具的夹紧方式，本次的夹紧装置的设计中采用的是对工件的右端面来进行夹紧，这里采用的是两个钩型压板来进行夹紧，钩型压板可以参照标准元件来进行选取。钩型压板采用的是立式钩型压板。图3-2加紧方案局部图3.4夹具体的确定夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。图3-3夹具体3.5夹具的定位误差分析及夹紧力校核3.5.1定位误差分析在设计方案中，要求定位误差小于相应加工要求公差的1/5~1/3，这样的方法才是合理的。定位误差由基准不重合误差△jb和定位副制造不准确误差两部分组成的，定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即△dw=△jb△db定位基面制造不准确误差在工序尺寸方向上的投影为TD，定位元件制造不准确误差在工序尺寸方向上的投影为Td，有定位副制造不准确引起的工序基准在工序尺寸方向上最大变动量：△db=TD/2+Td/2+△S/2式中，△S——为定位孔和心轴外圆间最小间隙配合，在不考虑定位副制造误差的条件下，由于工序基准与定位基准不重合引起的定位误差，取决于工件外圆尺寸变动量Td以及外圆相对于内孔的同轴度误差δ。基准不重合误差在工序尺寸方向上的投影值：△jb=Td+δ本工序采用定位方式为一面两孔定位，查①表8-13得定位误差的计算△dw（y）=TD1+Td1+△S1Δθ=tan-1*(TD1+Td1+△S1+TD2+Td2)/2L式中△S1——第一定位基准孔与圆柱定位销间的最小间隙；查①表8-7，按选固定式定位销的基本尺寸为D>14~18,极限偏差g6，上偏差为+0.0034，下偏差为+0.0023,TD1=0.0027，Td1=0.0011，,S1=TD1-Td1=0.0034所以△dw（y）=△jb△db=(0.0027/2+0.0011/2+0.0034/2)+(0.0011+0.002)=0.0062<(0.02)/3=0.0066故该定位方案合理。3.5.2夹紧力分析安全系数K可按下式计算，（考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数）（加工性质如粗加工、精加工）（刀具钝化程度）（切削特点）（夹紧力的稳定性）(手动夹紧时的手柄位置)（仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的情况）式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[12]表可得：所以，有：当夹紧力方向与切削力方向一致时，仅需要较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生的振动和转动。为了方便简单操作，通过手动拧紧螺母将压板压紧工件。由于夹紧力方向与切削力方向在水平上有一段距离，使工件在夹紧的地方产生了弯矩：∴既是加上转矩M，所以由于工件主定位面是端面，故选择夹紧力的作用方向为垂直方向作用于端面，当夹紧力垂直作用于工件上时，又已知在加工时，工件受到的力：实际所需夹紧力与计算夹紧力之间的关系为：(K为安全系数)夹紧机构所能产生的夹紧力J由压板受力分析计算得其中：——夹紧机构效率取0.9；Q——螺栓的许用夹紧力：选定L1=L2，根据《机床夹具设计手册》表查得当Q=35316N。因为故夹紧方案可行。计算出的夹紧力是大于切削力的，所以夹紧装置是合理的。3.6夹具装配图我设计的这款专用钻孔夹具的目的是为了提高生产效率，选择了手动夹紧的夹紧方案，因为该工序的切削力不算大，手动夹紧即可保证加工的安全性。图3-4装配图参考文献第4章结论设计期间，遇到不懂的问题时，指导老师都能仔细的赞助我们。同学之间虽然每个人的设计课题不一样，但我们之间还是会经常讨论，互相赞助，不紧学会了知识，而且还锤炼了我们的团队精力。在这次设计中，要感谢我们的指导老师，他在设计期间为我们的解决了很多难题。相信我们通过这次设计，必定会在以后的工作岗位中更好的施展。我还得出一个结论：知识必须通过利用才干实现其价值！有些器材认为学会了，但真正到用的时候才创造是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我的指导老师对我悉心的领导，感谢老师给我这样的机会锻炼。在此次毕业设计过程中我懂得了许多器材，也造就了我独立工作的能力，确立了对自己工作能力的信心，信任会对今后的学习工作生活有非常重要