K392-泵体加工工艺及钻14孔夹具设计【中心距36】【含CAD图纸+PDF图纸+文档】
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K392
加工
工艺
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夹具
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19机 械 制 造 技 术 基 础课 程 设 计题 目： 泵体零件机械加工工艺规程及钻14孔专用夹具设计班级： 姓名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 摘要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。本次设计泵体零件机械加工工艺规程及钻14孔专用夹具设计包括了工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。AbstractThis design involves knowledge of mechanical manufacturing technology, fixture design of machine tools, metal cutting machine tools, tolerance coordination and measurement.This design includes three parts: process design, process design and special fixture design. In the process design, it is necessary to analyze the parts, understand the process of the parts and then design the blank structure, select the processing benchmark of the parts, and design the process route of the parts. Then the dimension calculation of each working step of the part is carried out. The key is to determine the technological equipment and cutting amount of each working step. For the design of special fixture, then select design out of the component parts of the fixture, such as the positioning device, clamping device, led components, specific connection with machine parts and other parts; The positioning error of fixture positioning is calculated, the rationality and deficiency of fixture structure are analyzed, and the improvement should be paid attention to in future design.目 录1前言12零件的分析22.1零件的作用22.2零件的工艺分析22.3确定毛坯制造形式32.4毛坯的形状及尺寸43工艺规程设计53.1基准的选择53.2工艺路线的确定63.3切削用量及切削时间的确定74专用夹具设计124.1问题的提出124.2定位方案的确定124.3夹紧方案的确定134.4夹具体的设计144.5定位误差分析144.6钻模板设计154.7切削力和夹紧力的计算16参考文献18总结191前言制造业是向国民经济各部门提供装备的部门，是现代经济的支柱产业；装备制造业的发达程度，是衡量一个国家工业化阶段的重要标准。而机床行业又是装备制造业的基础行业，是向传统机械工业、国防工业、汽车工业、航空航天工业、电子信息技术工业以及其他加工工业提供加工装备的部门，是“支柱的支柱”。振兴装备制造业，必须首先发展机床制造业。车床是应用最为广泛机床之一。车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。车床除了用于车外圆外还能用于镗孔，车端面、钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次定位安装中完成多种加工，提高了生产效率。是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。本次设计的主要任务是泵体零件机械加工工艺规程及钻14孔专用夹具设计，机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识与技能，独立分析和解决问题的能力，有助于学生对专业知识、技能的进一步提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。专用夹具的设计对加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的性能有着重要的影响。本课题讨论的目的是通过分析零件的特点，论述了设计时应注意的问题及其应用范围。2零件的分析2.1零件的作用题目所给的零件是泵体零件，泵体是机器的基础零件，其作用是将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关零件联成一个整体，并使之保持正确的相对位置，彼此协调工作，以传递动力、改变速度、完成机器或部件的预定功能。要求泵体零件要有足够的刚度和强度，良好的密封性和散热性。因此，泵体零件的加工质量直接影响机器的性能、精度和寿命。图2.1零件图2.2零件的工艺分析在分析零件的时候要考虑以下3方面：1、加工零件主要表面的要求及保证的方法；2、怎么样达到重要的技术要求及保证方法；3、零件的表面位置尺寸标注。对零件进行工艺分析 工艺分析的目的，一是根据图纸审查零件的形状结构及尺寸精度、性能（包括物理性能、化学性能、机械性能等）以及相对位置关系的过程、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；是否符合实际。二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 该零件为批量生产的小型零件，在生产时要注意零件的：1.减少装夹次数和工作行程次数 零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装夹次数要少。2.便于加工 零件的结构应采用国标数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。从图纸分析可知泵体零件的工艺有以下几组主要加工面：1：以泵体外壳为基准，主要进行泵体的端面加工，还包括端面上的螺纹孔6-M8、工艺孔2-6。2：泵体的内槽加工，槽内14H7孔的加工。3：以加工好的内槽和孔为基准，加工M33螺纹及20H7的孔。4：加工螺纹G3/4的端面及螺纹孔。2.3确定毛坯制造形式确定毛坯包括选择毛坯类型及其制造方法。毛坯类型有铸、锻、压制、冲压、焊接、热处理、切削加工、型材和板材等。确定毛坯时要考虑下列因素：1）零件的材料及其力学性能。当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定了。铸造毛坯适合做形状复杂零件的毛坯，锻造毛坯适合做形状简单零件的毛坯，型材适合做轴、平板类零件的毛坯，焊接适合板料、框架类零件的毛坯。2）零件的形状和尺寸。毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸，以减少机械加工3）生产类型。对于大批大量生产，应选择高密度的毛坯制造方法，以减少机械加工减少材料，也要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应采用模锻、冷轧和冷拉型材等。单件小批生产则应采用木模手工造型或自由锻。4）生产条件。确定毛坯必须结合现有的生产条件和水平，有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的发展很快。例如，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。应用这些方法后，可大大减少机械加工量，减少成本。2.4毛坯的形状及尺寸零件材料为灰口铸铁，属于大批生产，因此选用铸造毛坯，铸造方法为金属型浇注。铸件尺寸公差等级采用CT9级。这样，毛坯形状与成品相似，加工方便，省工省料。图2.2毛坯图3工艺规程设计3.1基准的选择基准的定义：在零件图上或实际的零件上，用来确定其他点、线、面位置时所依据的那些点、线、面，称为基准。而基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以提高加工质量，生产率得到提高。基面选择的不合理会对各工序带来不变。3.1.1粗基准选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置符合图样要求。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工面位置要求较高的不加工面为基准，以便保证精度要求，快速找到精准面。（2） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，如果每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件的浪费。（4） 应尽可能选择平整、光洁、加工面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。夹紧方便等。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是重要工作之一，一定要根据具体情况进行分析，权衡利弊，他对零件的生产也非常重要的。先选取外表面和端面为定位基准，利用定位销做为定位元件。3.1.2 精基准的选择精基准的选择原则：在精基准的选择中应重点考虑是如何减少工件的定位偏差，保证工件的加工精度，同时也要考虑工件装卸方便，夹具结构简单，应遵循以下原则：1)基准重合原则 为了较容易地获得加工表面对设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。2)基准统一原则 应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，称之为基准统一原则。这样做可以简化工艺规程的制定工作，减少夹具设计、制造工作量和成本，缩短生产准备周期，由于减少了基准转换，便于保证各加工表面的相互位置精度。 3)自为基准原则 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，这就是自为基准原则。 4)互为基准原则 当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。 5) 便于装夹原则 选择的精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便等工件上的定位精基准一般应是工件上具有较高精度要求的重要工作表面，但有时候为了让基准统一或者是定位可靠，便于操作，认为的选择一种基准面，这些表面在零件的工件中并不起作用，仅在加工过程中起定位的效果。以上精基准选择的几项原则，每项原则只能说明一个方面的问题， 常常不能全部满足，实际应用时往往会出现相互矛盾的情况，这就要求综合考虑，分清主次，着重解决主要矛盾。以加工好的平面为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。3.2工艺路线的确定拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。制定的工艺路线如下：工序号工 名序 称工 序 内 容1铸造铸造2时效处理时效处理3铣铣底端面4钻钻2-10的孔，锪平145铣铣左端R36的端面6钻钻6-M8-H7深20螺纹孔7铣铣尺寸82的两端面8钻钻G3/4螺纹孔9铣铣内槽至尺寸10钻钻14H7的孔11车车M33x1.5螺纹孔12钻钻20H7的孔13钻钻2-6的孔14检验检验15入库入库3.3切削用量及切削时间的确定工序：铣R36端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取750当750r/min时按机床标准选取计算工时切削工时：，则机动工时为工序：钻14H7的孔确定进给量：根据查表可知，当钢的，时，。由于本零件在加工14孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则根据Z525机床说明书，现取切削速度的计算：查询相关参考文件，查标准得切削速度所以 根据机床标准，取，故实际切削速度的计算为 切削工时的计算：，则机动工时为工序：钻6-M8螺纹孔工步1：钻M8螺纹孔的底孔；（1）切削深度。（2）进给量的确定采用的麻花钻的材质是硬质合金钻头，它的具体的数值在下面：，根据相关设计资料和设计指南，取（3）切削速度的确定，取。主轴的转动速度，查主轴转速表，取；计算实际切削速度，。加工长度，；机动工时=0.19min。工步2：攻 M8螺纹孔；（1）切削深度。（2）进给量的确定采用的丝锥钻的材质是硬质合金钻头，它的具体的数值在下面：，根据相关设计资料和设计指南，取（3）切削速度的确定，取。主轴的转动速度，查主轴转速表，取；计算实际切削速度，。加工长度，；机动工时=0.19min。工序：钻G3/4螺纹孔机床：Z525立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻1)进给量 取f=0.13mm/r2)切削速度V=2434m/min. 取V=15m/min3)确定机床主轴转速ns= 199r/min与199r/min相近的机床转速为200r/min。现选取=200r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 t=i ;其中l=60mm; =4mm; =3mm;t= =2.57min4专用夹具设计设计专门的夹具，能够很好的提高生产效率，提高加工零件的质量，同时还能够减少劳动力。本次设计由指导老师的分配工序钻14孔的钻床夹具。4.1问题的提出在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或检测的装置。在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。本夹具主要用于钻14孔，本道工序加工精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。4.2定位方案的确定拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。我们选用的夹具主要被用在立式钻床，根据上述原则选择底端面作为加工基准。任何物体在空间上确定位置需要限制6个自由度，分别是3个移动自由度和3个旋转自由度。对于钻孔夹具，用定位销限制2个移动自由度，端面限制1个移动自由度和2个旋转自由度，菱形销限制1个旋转自由度。这样空间的6个自由度就全部限制了，工件完全定位。4.3夹紧方案的确定对夹紧装置的基本要求：1、夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。2、夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。3、夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：工件不移动原则；工件不变形原则；工件不振动原则；安全可靠原则；经济实用原则； 考虑到本次设计的夹具其零件并不是十分的复杂，并且为本夹具是进行铣面加工，其切削力是平行于水平面的。由图纸也可分析得出，工件在向右有移动的趋势，因此，采用的是对其向右方向进行夹紧。夹紧元件有：V型块、手柄压紧螺钉。图4-1 夹紧机构4.4夹具体的设计加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于排出铁屑。本次设计的夹具体见图：图4-2夹具体4.5定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位，定位销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下，见下图。式中 定位副间的最小配合间隙（mm）； 工件圆孔直径公差（mm）； 定位销外圆直径公差（mm）。本工序采用一活动V型块，一挡销定位，工件始终靠近挡块的一面。但是，由于此道工序加工的是面，因此本道工序要求不高，故应当能满足定位要求。4.6钻模板设计钻孔模板是用于引导工具在工件上钻孔的部件。本次设计的钻模板结构特征是:夹紧装置除了工件定位外，还具有根据待加工孔位置分布设置的钻套和钻模板，以确定刀具的位置，防止刀具在加工过程中发生倾斜，从而保证待加工位置的精度。在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易，并注意以下几点：（1） 在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在1030mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。（2）钻模板上安装钻套的底孔与定位元件间的位置精度直接影响工件孔的位置精度，因此至关重要。4.7切削力和夹紧力的计算确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获得良好的效益。1. 夹紧力方向的确定（1）夹紧力方向应垂直于主要定位基准面（2）夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致2. 夹紧力作用点的选择（1）应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。（2）应尽量避免或减少工件的夹紧变形（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位3. 夹紧力大小的估算（1）首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。（2）常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切削力（矩）用切削原理公式计算。（3）对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合，必须计入惯性力。（4）分析对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程计算此状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力（5）将计算夹紧力再乘以K，即得实际夹紧力。K为总安全系数，K=K0K1K2K3各种因素的安全系数可查表2-3，一般K=1.52.5；当夹紧力与切削力相反时，K=2.53 。在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位以后需要通过一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上，使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动，以保证加工精度
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