水泵叶轮夹具及工艺的设计.doc

海量机械毕业设计，请联系Q99872184水泵叶轮夹具及工艺的设计课题来源对车间的观察，及自己的兴趣爱好，对不规则零件和形状较复杂零件如何加工和装夹产生了浓厚的兴趣。现在决定以此为课题，进行水泵叶轮夹具及加工工艺的设计。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 专用夹具操作方便、省力、安全便于零件装夹加工同时能保证零件的加工精度，降低了劳动生产强度，降低生产成本，提高生产效率。研究内容目前要解决如下问题：定位水泵叶轮的加工工艺过程。设计夹具满足零件加工要求能提高加工生产率，操作方便、省力、安全，具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本，具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析按照设计任务，根据调查研究所提供的权据和有关技术资料，进行以下工作：进行数据计算、绘制有关图纸，编写技术文件等。其基本内容如下：1）绘制被加工零件工序图。2）部件装配图设计。3）按规定格式编制设计计算说明书。研究计划及预期成果加工工艺符合实际生产情况，夹具满足零件加工要求能提高加工生产率，操作方便、省力、安全，具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本，具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。特色或创新之处专用夹具是根据工件的加工要求，以通用部件与一些定制部件组合而成的。它能满足零件加工工序的精度要求，能提高加工生产率，操作方便、省力、安全。 已具备的条件和尚需解决的问题设计零件为：水泵叶轮，按图中加工位置加工80底面和两条相互垂直的槽，材料为HT200。本文详细论述了零件加工工艺以及零件装夹方案方面的探讨，包括加工工艺的确定，工件夹紧方案的选择，切削用量的计算，机床的选择。 摘要在实际生产过程中，很多行业中一些形状较复杂产品特别是加工批量较大的零件，利用通用夹具难以装夹。即便勉强可以装夹但零件的装夹和加工难度也同时提高，精度难以保证，工人劳动强度提高，所耗工时增加，成本提高，加工生产效率低。为了便于零件的装夹和加工同时保证加工质量，降低工人劳动强度，降低成本，提高生产加工效率需要使用专用夹具。本课题主要是对水泵叶轮的机械加工工艺规程的设计及工艺装备的设计（年产量为10000件），为企业解决实际的问题。针对该水泵叶轮的尺寸特殊性、加工工序和机床的良好使用，则需设计一套专用夹具，从而确保车削水泵叶轮80底面和铣削水泵叶轮两条相互垂直的槽的精度，提高生产效率，保证零件的产量。本课题的设计综合运用了我们所学的机械制图、机械设计基础、机床概论、机械制造工艺学、机床夹具设计等专业理论知识。关键词：水泵叶轮、工艺、夹具。Abstract In the actual production process, many industries in the shape of some of the more complex products, particularly large quantities of spare parts processing, use common fixture to fixture. But even if barely fixture parts of the fixture and also improve the processing difficulty, it is difficult to guarantee the accuracy, increased labor intensity of workers, increase working hours by consumption, increased cost, low efficiency of the production process.In order to facilitate the processing and parts of the fixture at the same time ensure that the processing quality, reduce labor intensity of workers, reduce costs and improve efficiency of production and processing need to use special fixture.The main topic of the pump impeller machining process planning the design and the design of equipment (annual production of up to 10,000), for enterprises to solve practical problems. Against the size of the pump impeller particularity, processing and the good use of machine tools required to design a special fixture, so as to ensure that turning pump impeller 80 milling pump impeller and the bottom two mutually perpendicular to the trough of accuracy, increase productivity and ensure Part of the output.The design of the integrated use of the topics that we have learned mechanical drawing, mechanical design basis, machine Studies, machinery manufacturing technology, machine tool fixture design professionals such as theoretical knowledge. Key words: pump impeller, process, fixture.第一章前言1.1 机床技术各方面的发展 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，机床技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其他产业、生物技术及起产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产。”制造技术的装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而车床技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造产业广泛采用数控车床技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大的提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为大现代制造技术之一，国际生产工程学会（）将其确定为世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产万辆的生产节拍是秒辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，起加工的零件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削里很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性的到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从EM02001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分代替组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大可达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴转速及加速度分别达12000r/mm和1g。 在加工精度方面，近10年来，普通级机床的加工精度已由10m提高到5m，精密加工中心则从3-5m,提高到1-1.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01m）。 在可靠性方面，国外数控车床装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现非常高的可靠性。为了实现告诉、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。1.2铣床加工的特点：1） 零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。2） 能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。3） 能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。4） 加工精度高、加工质量稳定可靠。5） 生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化。6） 生产效率高。7） 从切削原理上讲，无论是端铣或周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干切削状况下，还要求有良好的红硬性。1.3铣床加工的顺序： 加工顺序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排的科学与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。切削加工工序通常按以下原则安排：1）先粗后精 当加工零件精度要求较高是都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段。2）基准面先行原则 用作精基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，在以中心孔为精基准加工外圆和端面箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再一平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。3）先面后孔 对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸有是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。4）先主后次 即先加工主要表面，然后加工次要表面。 我的毕业设计就是利用机床对水泵叶轮进行的加工设计相应的夹具。本文从水泵叶轮的工艺分析、车床夹具的设计、铣床夹具的设计几个方面予以阐述。第二章 零件的分析2.1零件的作用此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套设计请联系q：99872184。图3-1水泵叶轮3.3夹具的结构设计3.3.1定位元件的选用：本夹具定位元件采用平头支撑钉（A型）和定位心轴，套类和盘类工件加工是，为保证外圆和端面与内孔轴线间的位置精度，常以孔定位，在心轴上定位。支撑钉主要用于精基准的定位，定位面是平面。材料为45cr优质碳素结构钢，支撑钉与工件定位基面的接触的表面，尺寸精度不低于IT8，定位元件支撑钉的工作表面粗糙度大于Ra1.6微米，选用Ra0.8或Ra0.4，采用调整法和修配法提高装配精度，保证支撑钉在同一个平面上。定位心轴的材料选用45钢，心轴外圆柱表面与工件定位面配合的表面，尺寸精度不低于IT8，选用IT7或IT6制造，并经过调质处理，提高表面硬度和耐磨性。硬度HRC55-62。该心轴为刚性心轴的结构形式。是间隙配合的心轴，多用于定心精度不高生产批量不大的场合，要求水泵叶轮以孔和端面组合定位。3.3.2 夹紧方案的选择 本夹紧方案采用夹紧螺母、垫圈与心轴联结夹紧，通过于心轴的联结把水泵叶轮固定到夹具上，心轴的具体形状尺寸等见图纸车夹具中心轴。当工件加工完毕后，松开螺母，卸下工件。在装上下一个工件，夹紧后即可加工下底面。由于采用手动夹紧，也只能用于中小批生产的场合。3.3.3夹具体的设计 夹具体是与车床联结的元件，车床夹具体材料为HT200，盘形零件，夹具体为铸件。3.3.4支架的设计： 加工前，水泵叶轮在夹具上获得正确的位置后，还必须在夹具上设置夹紧机构，将水泵叶轮夹紧，以保证水泵叶轮在切削力、离心力等外力作用下仍然保持定位是所占据的位置不变。 a)夹紧里的方向：夹紧里的方向朝向向工件的主要定位面，以保证水泵叶轮的定位精度。根据加工要求，在水泵叶轮的底面上车削，要保证孔与端面的垂直度和4mm的厚度，根据加工要求，以水泵叶轮底面的对面为主要定位面，夹紧里的方向应该朝向底面，这样能保证定位可靠，满足上述要求。 b)夹紧里的作用点：夹紧力的作用点应正对定位元件或落在定位元件的支撑范围内，以保证水泵叶轮的定位可靠。夹紧力的作用点应处在水泵叶轮刚性较好的部位，减小了夹紧变形。这种措施对于刚性较差的水泵叶轮很重要，夹紧水泵叶轮时，若夹紧力作用在水泵叶轮的圆柱薄壁上，会使水泵叶轮产生交大的变形，所以夹紧里作用在刚性较好的凸台处，因为他的轴向刚度比径向刚度大。 c)夹紧力的大小：夹紧力的大小，对工件的定位可靠性，工件和夹具的变形，夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择都有很大的影响。 夹紧力的大小涉及复杂的动态平衡问题，所以只能作粗略估算。计算是以主切削力为依据与夹紧力建立静平衡方程，解此方程来求夹紧里的大小。考虑到切削力大小在加工过程中受到工件材质不均匀、刀具磨损等因素影响，在考虑到工件在实际加工工程中还会受到惯性力和来自工件自重等外力因素。所以对按静力平衡求得的夹紧力大小还必须乘以安全系数加以修正，作为实际所需要的夹紧力数值。即：F=KF式中：F为实际所需的夹紧力，单位：N ；F为理论上的夹紧力；K为安全系数，通常K=1.5-1.3。F=12000（N）3.3.5夹紧元件结构： 本夹具夹紧元件采用夹紧螺母、垫圈与中心定位心轴夹紧。3.3.6夹具与工作台的联结方式： 夹具是通过过渡盘固定在车床主轴上的，以此来确定夹具在机床上的位置。用4个M16的螺栓将夹具安装在车床主轴上。3.4夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。但由于是中小批生产，所以着眼与手动夹紧而不是采用自动、机动夹紧，因为这是降低成本的重要途径。本道工序是精车水泵叶轮底面，切削力较小，为了夹紧工件，避免积聚结构过于庞大。目前采取的措施是：提高毛坯制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。选择合理的夹紧机构，尽量增加夹紧力。结果，本夹具总的感觉比较紧凑。车夹具的装配图以及零件图分别见图纸。3.5卧式铣床夹具的设计 根据第5道工序夹具将用在卧式铣床上加工水泵叶轮上两条互成90的十字槽。机床型号为X63卧式铣床。刀具为10的指状铣刀。3.5.1问题的提出槽宽 11mm、深11mm这两条槽对12H8的孔有一定的技术要求，要求每条槽相对于12H8的轴线的对称度为0.2，表面粗糙度为6.3。在加工本道工序时，两条十字槽未经加工，主要应考虑机械加工的精度，而提高劳动生产率，降低劳动强度为其次要因素。3.5.2定位基准的选择： 精基准的选择主要应考虑基准重合问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。现设计计算如下： 方案1：工件以底面及800.05mm外圆为定位基准，共限制了工件的5个自由度。 a) 定位误差的分析 如图纸所示，工件以800.05mm外圆柱面在定位元件的80mm止口中定位，加工宽11mm的槽，要求槽的对称度的定位误差。（a）分析：对称度的工序基准12H8的轴线与定位基准800.05mm的轴线不重合，0。工件定位基准与止口定位基准（80mm）不重合，0。定位基准可以任意方向移动。（b）计算： =0.02mm （同轴度误差） =T+T+X =0.03+0.1+0.02 =0.15mm =+ =0.15+0.02 =0.17mm 这种定位方式的定位误差太大，很难保证槽的对称度要求。其原因：一方面是定位基准与工序基准不重合，另一方面是定位基面的公差太大。解决以上问题的措施是： 方案二：改用12H8孔定位，使=0。同时，由于12H8孔的公差较小，也将缩小。 计算： 此时 =0(同轴度误差) =D-d =80.1-79.95 =0.15mm =+ =0.15+0 =0.15mm 方案三：提高定位基准面的制造精度，缩小，如可将800.05mm提高到800.02mm，止口定位基准面的直径改为80mm经过计算比较，通过方案二的这种方式，能够满足槽的对称度要求。3.5.3夹具的结构设计： 夹具的总体结构为盘类形状。3.5.4定位元件的选择及要求： 本夹具选用的定位元件是一个定位销和一个定位盘。定位销采用的短圆柱销，因为这种类型的销适用与直径在50mm以下的孔定位。限制了水泵叶轮2个自由度。用一个定位盘上的面限制水泵叶轮底面的3个自由度。定位盘的定位基准面必须有足够的精度，因为工件的定位是通过定位副的接触实现的，定位盘的精度直接影响工件的定位精度，因此，该定位盘基面应有足够的精度，以适应水泵叶轮的加工要求。 该定位盘应有足够的刚度和强度，定位盘不仅限制工件的自由度，还有支撑工件，承受夹紧力和切削力的作用，所以应该有足够的刚度和强度，以免使用中变形或破坏。 定位盘的耐磨性要好，水泵叶轮的装卸会磨损定位元件的定位基面，导致定位精度下降。 定位盘的工艺性要好，定位盘的结构要求简单，合理，便于加工，装配和更换。 定位盘的材料：HT200。3.5.5夹紧元件的选择： 本夹具夹紧元件，采用移动压板。3.5.6夹具体的设计： 夹具材料选用HT200，盘类结构。夹具体采用铸件。3.5.7夹紧方案的设计： 夹紧力的作用点在水泵叶轮定位基面的对面，落在定位盘的支撑范围内，保证定位可靠，作用点处在水泵叶轮刚性较好的部位，减小了夹紧变形。 夹紧力的方向：夹紧力的方向朝向水泵叶轮定位底面以保证水泵叶轮的定位精度。该夹紧力方向有利于减小夹紧力，在工件上铣床上铣削，夹紧力因于铣削轴向力工件的重力同向，切削力、重力由夹具的固定支承承受。切削扭矩由夹紧力所产生的摩擦力矩平衡，轴向力和重力所产生的摩擦力矩有利于减小所需夹紧力。故所需夹紧力可最小。 夹紧力对工件定位可靠性、工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择有很大的影响。夹紧力的大小计算涉及到复杂的动力平衡问题，这里只作粗略的估算。F=KF=1.5600=900N1. 夹紧元件的结构：在夹紧机构中多数是以斜契夹紧机构、螺旋夹紧机构以及偏心夹紧机构为基础构成的，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。 本夹紧机构采用螺旋夹紧机构，他的结构形式变化最多，选用典型的移动压板，他的结构紧凑，使用方便。2. 夹具与工作台安装联结方式：本铣夹具通过定位键与铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的位置。定位键采用沉头螺钉固定在夹具体底面的纵向槽中，使用两个，两定位键的距离比较远，定位精度较好。定位键与夹具体的配合为H7/H6。为提高夹具安装精度，定位键的下部（与工作台T形槽配合 部分）可留有余量进行修配，或者在安装夹具时使定位键一侧与工作台T形槽靠紧，以减小轴间隙的影响。 铣床夹具的夹具体设计有耳座，并通过四个M16的螺栓将夹具紧固在机床的工作态T形槽中，耳座的间距与T形槽的间距一致。3.6夹具设计及操作的简单说明 本夹具用在卧式铣床上加工水泵叶轮上两条互成90的十字槽。 工件以底面12H8的孔及底面在定位销和定位盘的端面上定位，并使叶轮上的叶片与压板头部的缺口对中，夹紧时，旋转螺母，通过杠杆联动使两压板同时夹紧工件。 当一条槽加工完毕后，扳手顺时针转动，使分度盘与夹具体之间松开。分度盘下端沿圆周方向分布有四条长度为1/4周长的斜槽。然后逆时针转动分度盘，在斜槽面的推压下定位销逐渐退入夹具体的衬套中，当分度盘转过90位置时，定位销依靠弹簧弹出，落入第二条斜槽中，再反靠分度盘使定位销与槽壁贴紧，用扳手把分度盘拉紧在夹具体上，即可加工另一条槽。由于分度盘上的四条槽为单向升降，因此分度盘也只能单向旋转分度。 该夹具结构简单，操作方便。但分度精度受到分度盘的四条斜槽制造精度的影响，故适用于加工要求精度不高的情况下。另外采用铸铁定位盘，也只能用于加工批量不大的场合。 铣床夹具的装配图及夹具主要零件图分别见图纸。第四章 总结通过一段时间的设计研究，整个设计工作已经完成。本人设计了一套车夹具和一套铣夹具。其设计本方案与实际生产相吻合，能够解决企业一些基本的实际问题。 本设计方案和类似的夹具相比，能正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。但是还有一些地方做的不够完善，需要进一步改进和研究，本夹具设计