齿轮泵泵体工艺及加工Φ14、2-M8 孔夹具设计说明书.doc

第一章 绪 论1.1机床夹具概述在机械制造的切削加工、检验、装配、焊接和热处理等工艺过程中,要使用大量的夹具来安装加工对象,使其占有正确的位置,以保证零件和产品的加工质量,并提高生产率,从而提高其经济性。把工件迅速固定在正确位置上,完成切削加工、检验、装配、焊接和热处理等工作所使用的工艺装备称为夹具。把机床上用来完成工件装夹任务所使用的工艺装备称为机床夹具。1.2机床夹具的发展趋势机床夹具是随机械加工技术发展而发展的。机床夹具由适用于单件小批量生产的用夹具发展到大批量生产的专用夹具、随行夹具,经历了市场的发展和技术的推动。随着现在市场需要的多样化、多品种、中小批量及短周期的生产方式在世界贸易中逐渐成为主导方式,传统的专为某个零件的一道工序设计制造的专用夹具已经不能适应这种生产方式的要求。因此,适用于多品种、中小批量生产特点的通用可调夹具、组合夹具、成组夹具等应运而生。数控技术的进步与发展,使得数控机床、加工中心在机械加工中广泛运用,数控机床夹具也迅速的发展起来。以上这些现代机床夹具技术的出现和发展,代表了现代机床夹具的发展趋势。具体的发展方向有以下几个方面:1) 功能柔性化;2) 传动高效化、自动化;3) 制造精密化;4) 旋转夹具高速化;5) 结构标准化、模块化;6) 设计自动化;7) 机床夹具方面的基础研究的强化。第二章 工艺规程设计2.1 制定工艺路线2.1.1 工艺方案一表1-1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1最终检查入库2.1.2 工艺方案二表1-2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1最终检查、入库2.1.3 最终工艺方案的确定选择机械加工工艺的顺序的方法：零件主要表面及其他表面的机械加工顺序，对组织生产、保证质量和降低成本有较大的作用，应根据工序的划分和定位基准的建立与转换来决定。一般原则为： 先粗后精。既粗加工-半精密加工-精密加工，最后安排主要表面的终加工顺序。 在各阶段中，先加工基准表面，然后以它定位加工其他表面。 先加工主要表面，当其达到一定精度后再加工次要表面。 先平面后孔。这是因为平面定位比较稳定可靠，所以对于箱体、支架、连杆等类平面轮廓尺寸较大的零件，常先加工平面。 除用为基准的平面外，精度越高、粗糙度值越小的表面应放在后面加工，以防划伤。 表面位置尺寸及公差标注方式也影响工序顺序，应力求能直接保证或使尺寸链数目减少。最终确定工艺如下:表1-3 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1最终检查入库2.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定2.2.1 机械加工余量、毛坯尺寸齿轮泵零件材料为HT200,生产类型为大批生产,采用机器砂箱铸型。铸件的最小壁厚应。壁厚差异不能太大，以避免造成各部分因温差悬殊而引起缩裂、缩孔与裂纹。铸件应进行人工时效。消除残余应力后再送机械加工车间加工，否则工件将产生大的变形。根据上述资料及加工工艺,确定各加工表面的机械加工余量如下: 表1-4单位：mm图中部位机械加工余量I面2.554H7孔底面2.054H7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加工余量参考3表2.3-5此表仅供参考 2.2.2 工序尺寸的确定在一般情况下，加工某表面的最终工序尺寸可直接按零件图的要求来确定。而中间工序的尺寸则是零件图的尺寸（最终工序尺寸），加上或减去工序的加工余量，即采用由后往前推的方法，由零件图的尺寸，一直推算到毛坯尺寸。由此可知，若某表面经过n-1次加工，则其工序尺寸为= （n1） （式2-1）因此，确定了加工余量后，即可根据设计尺寸推算出各工序尺寸以上只适用较简单的工序尺寸的确定，对于较复杂的工序尺寸的确定需进行尺寸链的换算。 工序号10：粗铣、精铣I面 查1表8-33粗铣余量为1.7mm，查18-35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18-35公差确定工序尺寸为mm工序号20：钻、铰6-M8螺孔查18-16钻孔为7.8，粗绞为7.96，精绞为8H7工序号30：铣N面查1表8-33粗铣余量为1.7mm，查18-35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18-35公差确定工序尺寸为mm工序号40：镗孔、镗孔并倒角查18-24粗镗余量为1.2mm，工序尺寸为16mm查18-24精镗余量为0.8mm，工序尺寸为14.8mm查18-24粗镗余量为1.2mm，工序尺寸为27.2mm镗 查18-18粗镗余量为1.2mm，工序尺寸为56查18-18精镗余量为0.8mm，工序尺寸为54.8工序号60：粗车J面,粗车、精车K面、L面J面：查18-29粗车余量为1.3mm，工序尺寸为8.3mmK面：查18-29粗车余量为1.3mm，工序尺寸为8.3mm查18-29精车余量为1.0mm，工序尺寸为mmL面：查18-29粗车余量为1.3mm，工序尺寸为26.3mm 查18-29精车余量为1.0mm，工序尺寸为25mm工序号70：钻4-孔查18-16钻余量为0，工序尺寸为0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53.2mm工序号90：钻孔及钻、铰2-M8螺孔钻孔：查18-16钻余量为0，工序尺寸为0钻、铰2-M8螺孔：查18-16钻孔为7.8，粗绞为7.96，精绞为8H7工序号100：钻锥孔及钻斜孔配作。直接钻。2.3 切削用量计算合理地选择切削用量，对保证加工精度和表面质量、提高生产率和刀具耐用度等，都有很大的影响。选择切削用量是指要选定切削深度、进给量和切削速度。在这3个因素中，对刀具耐用度影响最大的是切削速度，其次是进给量，而切削深度影响最小。对表面粗糙度影响最大的是进给量，而对切削力影响最大的则是切削速度。因此，在粗加工阶段，应考虑选择尽可能大的切削深度，其次是选择较大的进给量，最后确定一个合适的切削速度。在半精、精加工阶段，由于加工精度和表面质量的要求较高，因此，一般均选择较小的切削深度和进给量。在保证刀具耐用度的前提下，应选取较高的切削速度，以保证加工质量和生产率的要求。在大批量生产中，对多刀机床、自动机床、仿形机床和组合机床等，一般都需要规定切削用量。在一般情况下，常由操作者根据工序的具体情况来选择合理的切削用量。为简化选择切削用量的工作，一般可从有关资料中选择。以下为主要加工工序的切削用量及要求另外计算的工序的切削用量： 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) 1p641 (式2-2)=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=16.1 r/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15-43 m/s 1表15-44 (式2-3) 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最后，将主要工序切削用量，工时定额的计算结果，连同其它加工数据，填入机械加工工序卡中，将所有查表得出及计算得出的数据填入机械加工工艺过程卡中，其余本文未写明计算过程的工序不再赘述。第三章 专用夹具设计3.1 定位基准的选择定位基准的选择。由零件图可知，该齿轮泵为轴套类零件，其孔与孔的同轴度要求为0.012mm,且孔与孔的同轴度要求也为0.012mm，以这两孔的轴线同时做定位基准，可以使误差趋进于零。同时参考2中定位方式的例子，最终决定以这两孔的轴线做定位基准。由这两个基准可确定5个自由度，剩下1个自由度刚开始选定N面做定位基准，后由指导教师指出，定位面过小而钻削力过大易造成基准不重合误差，改选用I面做定位面。具体定位及夹紧力见装配图上工序简图。3.2 定位误差分析与计算定位方式为一面两孔定位定位误差的确定 + 2表1-1-12 （式3-1）+=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。3.3 夹紧力的计算 切削力的计算钻孔：刀具：YG8粗锥柄麻花钻轴向力： （N） 1表15-31式中： 1表15-32所以轴向力为 =4448.6N扭矩： M=9.81 （） 1表15-31式中： 1表15-32所以扭矩为=16.8钻2-M8螺孔：刀具：高速钢锥柄阶梯麻花钻轴向力： （N） 1表15-31式中： 1表15-32所以轴向力为=1172.8扭矩： M=9.81 （） 1表15-31式中： 1表15-32所以扭矩为=4.6由于钻孔与钻2-M8螺孔不属于同时加工，不用将切削力叠加，所以只需通过比较得出切削力较大者进行下面的计算，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=4448.6N，M=16.8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= =8881.6N受力分析：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才能够保证夹紧夹紧力计算：电动机选择：Y90S-6-B3 4表12-1数据：额定功率为2.2KW,选取转速32r/min则=2.232=4125N故本夹具可安全工作。3.4 夹具总体方案此次由于是毕业设计，所以要求与以往的设计更加高，不便设计手动夹具，故在液动、气动，电动夹具中任选其一。选择电动夹具的理由：电动夹具稳定性高 维护方便 节约时间 气动与液动夹具需要气体和液体，气体和液体的密度要保持，就需要质量很高的容器，由气体和液体的密度变化就可能造成工作不稳定。降低工人的劳动强度当然，此次设计忽略了一个重要问题，就是所设计的夹具造价很高。3.5 传动装置的设计本次装置采用了一组蜗杆蜗轮以及齿轮传动，由于主要是设计夹具，故此部分不做详细讲解。(请参见装配图看以下数据)表3-1传动件齿数Z蜗杆4蜗轮80小齿轮20大齿轮25表3-2传动件尺寸（mm）小带轮50大带轮100以上数据均由5查得传动比计算 电机转速：32r/minV带传动：3230.4r/min带轮传动比大带轮转速： 30.4=15.2r/min蜗杆蜗轮组合蜗杆蜗轮传动比：蜗轮转速0.76r/min齿轮组合齿轮传动比：25/20=1.25大齿轮转速：1.250.95r/min由此可得到双面偏心轮的转速V=0.95r/min双面偏心轮正、反转90时，即所需时间为0.2515.8S电机的转动所需时间为15.8S3.6 夹紧装置此夹紧装置原型是参考2应用示例而来的，其工作简图如下：1- 夹臂，2-双头螺柱，3-拉簧，4-双面偏心轮，5-销工作原理：电机驱动，通过V带、蜗轮组合、齿轮组合带动双面偏心轮正、反转来实现夹紧的。电机正转，双面偏心轮顺时针转动。当双面偏心轮转动到90时，顶紧5，5紧接着顶紧2，1上的拉簧3拉伸到最大，从而实现夹紧动作；当电机反转，双面偏心轮逆时针转动。当双面偏心轮转动到-90时，此时与销刚好脱离，拉簧3回到初始状态。3.7钻套的选择钻套和钻模板是钻床夹具的特殊元件 钻套装配在钻模板或夹具体上，而钻模板则以各种形式与夹具体或支架连接。 (2)可换钻套 图C所示为可换钻套。当工件为单一钻孔工步、生产批量较大，需要更换磨损的钻套时，则用这种钻套较为方便。可换钻套装于衬套中，而衬套则是压配（H7/n6）于钻模板的孔内。(4)特殊钻套 因工件的形状或工序的加工条件而不能使用以上三种标准钻套时，需自行设计的钻套称特殊钻套。常见的特殊钻套如图所示。为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大。图c为小孔距钻套，用定位销来确定钻套位置。3.钻套的设计要点 在确定钻套的结构类型之后，需要确定钻套的内孔（即导引孔）尺寸，公差及其他有关尺寸，同时还要确定钻套的材料。 所以钻套导引孔与这类孔加工刀具的配合，应按基轴制选取。最终选定d型快换钻套。3.8钻模板的设计钻模板的类型和设计 钻模板主要用来安装钻套，有的还兼有夹紧功能，故应有一定的刚度和强度。通常有以下四种： (1)固定式钻模板 如图所示，图a为钻模板与夹具体铸成一体；图b为两者焊接成整体。图c钻模板与夹具体多采用圆锥销定位及螺钉紧固结构，该钻模板可在钻配时调整位置，因而使用较广泛。固定式钻模板结构简单，钻孔精度高。但这种结构对某些工件而言，装卸不太方便。 (2)铰链式钻模板 当钻模板妨碍工件装卸或钻孔后需攻螺纹时，可采用如图所示的铰链式钻模板。铰链销1与钻模板5的销孔采用G7/h6配合，与铰链座3的销孔采用N7/h6 配合，钻模板5与铰链座3之间采用H8/g7配合。钻套导向孔与夹具安装面的垂直度可通过调整两个支承钉4的高度加以保证。加工时，钻模板5由菱形螺母6锁紧。由于铰链销孔间存在配合间隙，用此类钻模板加工的精度比固定式钻模板低。 可卸式钻模板 如图所示，可卸式钻模板以两孔在夹具体上的圆柱销3和削边销4上定位，然后用铰链螺栓将钻模板和工件一起夹紧。在加工完一个工件后，将模板卸下，然后才能装卸工件。使用这类钻模板，装卸钻模板较费力，钻套的位置精度较低，故一般多在使用其它类型钻模板不便于装夹工件时采用。 (4)悬挂式钻模板 图是悬挂式钻模板的结构，图中钻模板4由锥端紧定螺钉5固定在导柱3上，导柱上部装在多轴传动头的导孔中，因此钻模板就被悬挂起来。导柱的下端和夹具体6为间隙配合，以确定钻模板对夹具体的相对位置，随着多轴头下降，钻模板借助弹簧的压力将工件压紧。多轴头继续送进钻头从导套孔伸出开始加工工件。钻削完毕，钻模板随多轴头上升，直至钻头退出工件，敞开了空间，使装卸工件清除切屑十分方便。设计钻模板时应注意如下问题： 在保证钻模板有足够刚度的前题下，要尽量减轻其重量。在实际使用中，钻模板的厚度根据钻套高度而定，一般在1530mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚，加强钻模板的周边以及合理布置加强筋，以提高其刚性。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。 钻模板上安装钻套的孔与定位元件的位置应具有足够的精度。这和钻模板的形式以及钻模板在夹具上的定位方式有关。如固定式钻模板（用销，螺钉装配），钻套孔的位置精度较高，对于悬挂式钻模板，由于钻模板定位靠两导柱与夹具体的间隙配合连接，其位置精度较低。 焊接结构的钻模板往往因焊接内应力不能彻底消除，而不易保证精度。当工件孔距公差大于0.1mm时方可采用。若其孔距公差小于0.05mm时，应采用装配式钻模板。最后选定钻模板模式为固定式钻模。3.9夹具体的设计 夹具体是夹具的基础件。在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构和装置等。设计时应满足以下基本要求：应有足够的强度和刚度。保证在加工过程中，夹具体在夹紧力、切等外力作用下，不至产生不允许的变形和振动。 结构简单，具有良好的工艺性。在保证强度和刚度的条件下，力求结构简单，体积小，重量轻，特别是对于移动和翻转夹具，其重量不应太大，以便于操作。 尺寸要稳定。对于铸造夹具体，要进行时效处理；对于焊接夹具，要进行退火处理，以消除内应力，以保证夹具体加工尺寸的稳定。 便于排屑。为防止加工中切屑聚集在定位元件工作表面或其他装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，在设计夹具体时，要考虑排屑的问题。 夹具属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体设计，一般不作复杂的计算。通常都是参考类似的结构，按经验类比法估计确定。实际在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置、对刀-引导元件