叶片泵泵体工艺和夹具设计和实现机械制造专业

1、摘要：制造技术的重要核心就是制造工艺，并且这也是生产中最活跃的组成成分。该工艺是使用金属切削工具或磨削工具和其他加工方法来加工工件，以达到所需的形状，尺寸，表面粗糙度和机械和物理性能，来制造出成功的零件。采用夹具的生产工艺能够确保生产的产品的品质，还能提高生产量，减少成本，使机床的技术应用更广泛，降低劳作人员的工作强度，确保生产过程的安全。该项目是叶片泵泵体的工艺和夹具设计。该部件是一个支撑和容纳传动装置的泵体部件。在设计中，首先进行部件的结构和工艺分析，确定零件的粗加工和精加工参考以及加工余量和坯料尺寸，从而获得零件的加工过程，然后计算每个过程的切削量和工作时间。关键词：泵体；零件；夹具；切

2、割第1章 序言因为加工工艺布置和夹具的使用直接影响泵体生产中的加工质量和生产效率，研究泵体的机械加工工艺和夹具设计具有特别大的作用。在现代制造业的发展中，加工过程变得越来越灵活，现代机床夹具正在变得更加的标准精密、高效灵活。当今社会的科学技术发展十分迅速，加工控制和测量技术也在一直完善着。国外先进的制造工艺是分别加工泵体和泵盖，然后将它们组合在一起进行产品的最终组装，在保证精度的前提下大大提高了精度，并且生产的效率变得更高了。在大型泵零件的加工技术中，使用先进的设备，工装和检测手段，来保证产品的质量，是泵业不断追求技术创新和突破的动力。第2章 零件的工艺设计2.1 零件的功用及工艺分析2.1.

3、1 零件的功用泵零件，功能是支撑，包含，保护运动零件或其他零件，也用于定位和密封，其三维形状和零件图如下：三维模型如下：图2.1 三维模型图二维零件图如下：图2.2 泵体零件图零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件结构比较复杂。2.1.2零件的工艺分析泵体零件共有两组加工表面，它们相互间有一定的加工要求。现分述如下:（1）以20mm孔中心轴线为中心的加工表面。这一组加工表面包括：两个直径50mm的外圆端面，两个直径为90mm的外圆端面及倒角，还有8个15mm的通孔，其中，主要加工表面为8个15mm的通孔。（2）以18mm孔中心轴线为中心的加工表面。这一组加工表面包括：一个50mm的外圆

4、端面，一个mm的孔，一个1:7梯形孔以及退刀槽。这两组加工表面之间有着一定的加工要求，主要是：mm孔的粗糙度要求是6.3； 1:7梯形孔的粗糙度要求是1.6；其余各面及孔的粗糙度要求是12.5。2.2 工艺规程的设计2.2.1 确定生产类型（1）确定生产纲领：机械产品在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为该产品的生产纲领。机械产品的生产纲领除了该产品在计划期内的产量以外，还应包括一定的备品率和平均废品率，其计算公式为3.1。 （3.1）式中n为零件计划期内的产量；为备品率；平均废品率。由生产任务得：,，代入公式计算，（2）确定生产类型：最终传动箱泵体长110mm，宽80mm，高100mm，

5、属于中型零件，泵体生产纲领为108件，属于小批量生产。2.2.2确定毛坯的制造形式坯料的铸造：这种泵体零件是小批制作的，并且优选使用金属模具机模型，模锻，压力铸造等来进行坯料制造。这次使用金属模具机型。该铸造方法的特征在于铸件的致密内部结构，高机械性能和每单位面积的高产量，常常在泵体，泵盖，泵体，减速箱，气缸盖等小型铸件的制造中使用。毛坯的材料是HT200。2.2.3基准的选择选择工件的定位基准实际上决定了工件的定位基准。根据所选择的基面处理与否，将定位基准分为粗略基准和精细基准。在初始处理中，只能选择未处理的空白表面作为定位基准。该参考被称为粗略参考。使用加工表面作为定位参考被称为精细参考。

6、当选择定位参考时，它基于保证精度要求。因此，分析定位参考选择的顺序应该是粗略参考的精细参考。2.2.4工序的合理组合在确定基准之后，根据具体的生产条件确定过程中的过程数量，例如生产类型，零件的结构特征，技术要求和机床设备。确定操作次数的基本原则：（1）工序分散原则工艺内容简单，选择最合理的切割量是有利的。易于使用的通用设备。简单的机床加工设备。生产准备小，产品更换容易。工人技术要求水平不高。但是，需要大量的设备和工人，大的生产区域，漫长的工艺路线，复杂的生产管理。（2）工序集中原则加工数量少，加工工件数量少，夹具数量少，工艺路线缩短，操作人员数量和生产面积相应减少，生产管理简化。在一个设置中同

7、时处理多个表面有利于这些表面的相互位置。精度高。设备少，可以使用高效专用机床进行批量生产，以提高生产率。但是，使用复杂的特殊设备和工艺设备会增加成本，调整维护成本，并且具有大量的生产准备工作量。在正常情况下，在单件小批量生产中，为了简化生产管理，该过程适当集中。专门设计的机床和夹具组织生产线。2.2.5制定工艺路线工艺路线的原则是在保证产品质量的同时最大限度地提高生产效率和降低成本，并充分利用现有的生产条件。制定工艺路线的出发点应该是确保可以合理地保证零件的几何形状，尺寸精度和位置精度等技术要求。2.3机械加工余量及毛坯的尺寸确定加工余量是指在加工过程中从加工表面切割的金属层的厚度。加工余量分

8、为加工余量和总加工余量。工艺余量是指在一定过程中切割的金属层的厚度;总加工余量是指在加工表面上切割的金属层的总厚度。 （1）粗铣各表面的加工余量：由机械制造技术基础课程设计指导教程表235平面的加工余量，及考虑在铸造过程中，表面会产生气泡等部分，因此，加工余量得留大点。从而得出粗铣各表面的加工余量为3mm。（2）粗车左右50mm端面的加工余量：由机械加工余量实用手册表5-25查得粗车左右50mm面的加工余量为1.6mm。（3）粗车左右50mm外圆的加工余量：由机械制造工艺学查得粗车90mm外圆的加工余量为2mm。（4）加工36mm孔的加工余量：查机械制造工艺设计简明手册表2.3-10得镗孔的加

9、工余量为0.3mm。（5）加工梯形孔的加工余量：查机械制造工艺设计简明手册表2.3-8得先镗出梯形孔，再粗铰，粗铰的加工余量为0.04mm。（6）加工M8孔的加工余量：由机械制造技术基础课程设计指导教程表229查出先钻孔6.7mm，攻螺纹M8的加工余量为1.3mm。由上各个加工余量确定零件的铸件尺寸，毛坯图2.3：图2.3 毛坯图第3章 加工设备与工艺装备选择3.1选择机床选择机床的原则：机床的加工范围应与零件的外部尺寸兼容; 机床的精度应与工艺要求的精度相符; 应调整机床的生产率到零件的生产类型。在泵体的加工中，为了提高生产率，将使用大量的特殊机床，例如钻孔和镗孔，并且将使用特殊钻孔机和专用

10、钻孔机。通用机床用于铣削端面，倒角和攻丝。一般机床可在“加工工艺手册”中找到。3.2选择夹具机床夹具是一种加工设备，用于精确确定工件的位置，并在加工过程中牢固地夹紧工件。其主要功能是：可靠地保证工件的加工精度;提高加工效率;减轻劳动强度;充分发挥和扩展机床的工艺性能。在单件式小批量生产中，应尽可能使用通用夹具。为了提高生产率，也可以在任何可能的情况下使用组合夹具。在中等以上生产的情况下，应使用特殊夹具来提高生产效率，夹具的精度应与过程的加工精度相配合。泵体的制作是小量的生产。为了提高生产率，应在加工过程中使用特殊的固定装置。为此，我们专门为生产线上的工艺设计了一套夹具。对于动力源，由于泵体的加

11、工是小批量生产，它可以通过手动旋转六角螺母夹紧，这是便于操作，降低工作强度和材料成本。3.3选择刀具刀具的选择主要取决于加工过程中使用的加工方法，加工表面的尺寸，工件的材料，所需的精度和表面粗糙度，生产率和经济性等，选择时，一般使用标准工具必要时尽可能高生产率的复合工具和其他专业工具。端面套式面铣刀材料选择硬质合金，加工孔用的麻花钻、扩孔钻、锪钻、丝锥都采用高速钢材料，镗梯形孔孔用镗刀刀尖部分材料也选用硬质合金。第4章 零件的车床夹具设计4.1车床夹具设计车床夹具主要用于零件的旋转表面和端面。因此，车床夹具的主要特征是工件加工表面的中心线与机床主轴的旋转轴线同轴。4.1.1车床夹具的主要类型安

12、装在车床主轴上的夹具，定心式车床夹具，角铁式车床夹具，花盘式车床夹具；安装在托板上的夹具。大多数需要在生产中设计的产品是安装在车床主轴上的特殊夹具，因此泵部件在车床上使用特殊夹具加工。4.1.2总体设计（1）夹具的整体结构应紧凑，重量轻，悬臂尺寸短，重心尽可能靠近主轴。（2）当工件和夹具的上部相对于机床主轴的旋转轴线不平衡时，会产生较大的离心力和振动，这将影响工件的加工质量，工具的使用寿命，机床的精度和安全生产，特别是在更高的速度下。情况更为严峻。因此，对于不对称重量的夹具，必须有平衡要求。有两种平衡方式：设置平衡块或加工减重孔。在工厂的实际生产中，一般使用合适的方法来执行夹具的平衡工作。（3

13、）为了确保安全，夹具上的各种部件通常不超过夹具的圆形轮廓。因此，还应注意防止切割和冷却流体飞溅的问题。如有必要，应添加保护盖。4.2问题的提出 夹具主要用于粗加工左右端面，当使用粗车的左右端面时，另一个是未加工的表面。为了确保技术要求，最重要的是要找到一个定位基准。同时，我们应该考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度，如下图所示：图4.1 工序图4.3定位基准从零件图中可以看出，粗车的左右端面只有长度尺寸要求，设计参考是零件的左端面，限制了左右两侧的自由度方向，使设计依据和工艺符合统一原则的原则。为了使定位误差达到要求的范围，轴的左侧部分由支撑部分和弹性套筒支撑以使部件膨胀，并且三个自由度受到限

14、制，从而确保了部件的定位误差在一个很小的范围内，这样的定位在结构中看起来非常容易完成。4.4误差的分析由于生产类型是小批量生产，考虑到成本节约，使用手动夹紧机构，并且通过手动弹簧心轴机构紧固内孔的定位，并且工件定位在弹性套筒和心轴端部上面向20mm的通孔，拧紧螺钉。螺母穿过椎体和套筒，使弹性套筒向外均匀变形，工件膨胀，进行工件的定心夹紧。如下图所示：图4.2 车夹具装配图夹具的主要用于定位套筒的外圆和心轴的端面，因此对定位误差的影响主要体现在端面的垂直度与中间轴的接触中心之间。轴和衬套，即端面和轴是否垂直。4.5车床夹具的截图图4.3 三维夹具爆炸图图5.6 三维夹具零件装配图第5章 钻床夹具

15、的设计5.1问题的提出本夹具主要用来钻上下端面上4个15mm通孔。因为位置精度要求不高，表面粗糙度要求精度低，为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度，如下图所示：图5.1 工序图5.2定位基准的选择由工序图可知：由于在对孔进行加工前，底平面和顶平面进行了车加工，左端面是待加工面，右端面是不加工表面，中心通孔是不加工通孔，因此，中心通孔轴线为定位精基准，这样可以保证待加工孔的尺寸要求。由零件图可以知道，图中对孔的加工没有位置公差要求，只有尺寸要求，我们可以选择中心通孔轴线为定位基准来设计钻模，从而满足待加工孔轴线尺寸要求。工件定位用底面和左端面及心轴

16、来限制5个自由度。5.3切削力及夹紧力的计算（1）切削力的计算查机床夹具设计手册表可得：切削力公式： （6.1）式中D=15mm（孔的直径），f=0.36mm/r（主轴进给率）查表得： （6.2）即：Ff=3206(N)（2）夹紧力的计算实际所需夹紧力：由机床夹具设计手册表得： （6.3）安全系数K可按下式计算： （6.4）式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表 可得： K=1.21.01.01.11.31.01.0=1.72所以WK=Ff K= 3206(N) 1.72=5500(N)由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取，螺

17、旋夹紧时产生的夹紧力公式： （6.5）式中参数由机床夹具设计手册可查得：原始作用力作用力臂螺旋生角螺纹处摩擦角螺纹处摩擦系数螺杆端部与零件的摩擦系数螺纹处当量摩擦角则螺旋夹紧时产生的夹紧力：由公式6.5得：由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。5.4定位误差的分析该夹具以中心通孔轴线来作为定位基准，该零件虽然没有任何尺寸公差要求，但为了尽量增强零件的适用性，要尽量减少加工误差。由机床夹具设计手册可得：（1）定位误差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故（2）夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： （3）磨损造成的加工误差：通常不超过（4）夹具相对

18、刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即。误差总和： 从以上的分析可见，所设计的夹具的加工误差较小，实用性强。5.5夹具总体方案 本次毕业设计是设计“钻四个15mm孔”这道工序的钻床夹具。分析了零件的结构特点以及零件小批量生产的生产方式，决定采用螺旋压板组合夹紧零件，左端配合防转销定位，上下用螺旋压板配合心轴夹紧零件，这样既能保证零件的夹紧，又可以使夹具体之间精密配合，延长夹具用久后产生变形的时间。该夹具总共限制了5个自由度。因为该零件的四个15mm 孔全是通孔且加工深度不大，并且到下一表面的距离不大，极易造成钻头折断或擦到下一表面上，甚至会造成零件报费。为了解决

19、这个问题，应在加工四个15mm 孔时，观察到钻头快钻穿零件时，采用手动进给方式。5.6夹紧装置该零件的生产纲领是小批量生产，生产量不大，并且夹紧面是平面，因此，可以直接考虑手动夹紧装置，可以使用螺旋压板组合夹紧零件。夹紧装置如下图：1开槽圆柱头螺钉 2铰链座 3垫圈 4菱形螺母 5六角头螺栓 6六角螺母 7压板 8弹簧 9心轴 10垫板图5.2 主要夹紧装置5.7压板的有限元分析压板的三维造型如图6.3：图5.3 心轴的三维造型导入模型文件，在应用程序中选择Mechanica命令进行静力学分析，得到图5.4 心轴的静力学分析其中，该压板主要由板块和凹槽组成，左端圆弧板块颜色显示为从紫色到浅绿色

20、之间，该部分也是受力最大最危险部分，其受力在3.530100Mpa到1.553102Mpa之间，由于该压板组成材料为45钢，其应力为355Mpa，大于该压板此时受到的应力。故该压板可以安全工作。中段凹槽和右端板块，其受力状况和左端圆弧板块基本一致，也在3.530100Mpa到1.553102Mpa之间，满足强度要求。所以该压板可以安全的工作。5.8钻套的选择钻套安装在钻模板或夹具体上，用来确定工件上加工孔的位置，引导刀具进行加工，提高加工过程中工艺系统的刚性并防振。钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类。又分为固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套四小类。根据钻床夹具的设计要求、零件的结构特点以及

21、小批量生产的生产纲领，决定采用固定钻套。这样很好的保证了孔的加工精度也方便了孔的加工。由于所钻孔的直径为15mm，查机床夹具设计手册钻套规格表，选用内径为15mm，外径为22mm的，钻套高度为15mm。其三维模型图如下：图6.5 钻套5.9钻模板的设计钻模板用于安装钻套， 确保钻套在钻模上的正确位置，钻模板多装在夹具体或支架上， 常见的钻模板有：（1）固定式钻模板（2）铰链式钻模板（3）可卸（分离）式钻模板 （4）悬挂式钻模板 根据钻床夹具的设计要求、零件的结构特点以及小批量生产的生产纲领，决定采用固定式钻模板。在导向装置中，钻套是安装在钻模板上,因此钻模板必须具有足够的刚度和强度，以防变形而

22、影响钻孔精度。在此套钻模夹具中选用的是铰链式钻模板，在装卸工件时可以通过铰链销转动钻模板，这样便于零件的装夹。钻模板在于钻套配合的时候采用的是H8/g7的配合。具体结构如下图所示：图5.6 钻模板示意图5.10夹具的装夹与拆卸5.10.1 夹具的装夹首先松开菱形螺母，再转动铰链式钻模板，把零件放于心轴上并调整位置，再拧紧开口槽紧盯螺钉防止零件旋转，再旋紧六角螺母使压板压紧零件，接着再放下钻模板，最后旋紧菱形螺母压紧钻模板。5.10.2 夹具的拆卸首先松开菱形螺母，再转动铰链式钻模板，再松开六角螺母与开口槽紧盯螺钉拿出零件，再放入下一个毛坯。 5.11钻床夹具截图1夹具体 2开口槽紧盯螺钉 3弹簧 4