注浆泵曲轴箱的工艺规程和机床夹具.doc

(完整word版)注浆泵曲轴箱的工艺规程和机床夹具
毕 业 设 计
题 目：设计BW150注浆泵曲轴箱的工艺规程和机床夹具
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摘要
绪论
一、零件的分析
1、零件的作用
2、零件的工艺分析
二、确定毛坯、画毛坯—零件合图
1、确定毛胚的制造形式及材料
2、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
三、工艺规程设计
1、定位基准的选择
2、制定工艺路线
3、选择加工设备及刀、夹、量具
四、夹具设计
参考文献
摘 要
钻探用泵是钻探设备的重要组成部分之一。钻探用泵主要是洗孔用泵，在我国地矿部的部颁标准定为泥浆泵，泵的形式定为往复式泵。在钻探施工中，泥浆泵担负着向孔内输送清洗液，并能使其在孔内循环的作用。在某些特种工序中还用泥浆泵向孔内灌注水泥浆等物质。
曲轴箱作为泥浆泵的重要组成部分，其加工精度对泥浆泵的工作效率起到至关重要的影响。左右断面上曲轴孔与齿轮传递轴孔的加工与前端面上三个活塞孔的加工是本次零件加工的重点。
绪 论
机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识。独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（泥浆泵曲轴箱体）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为未来从事的工作打下良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中有不足之处，望各位老师多加指教。
一、 零件的分析
1、零件的作用
箱体类是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和使用寿命。
2、零件的工艺分析
由曲轴箱零件图得知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。箱体类零件是机器和其他部件的基础零件，它把有关的轴、轴承、套、和齿轮等零件按一定的相对关联为一体，使它们保持正确的相对位置，能按一定的传动关系彼此协调地运动。
该零件上的主要加工面为曲轴箱下底面、两侧面、前端面、后端面、2—φ150和
2—φ80的孔的内表面、3—φ90和3—φ80孔的内表面等。
曲轴箱的下表面的平面度0.1mm直接影响曲轴箱与变速箱的相对安装精度。
曲轴箱两侧面的距离的尺寸精度410±0.315和348±0.285将影响轴承端盖的安装从而影响曲轴与齿轮轴的运转。
曲轴箱的前端面的表面粗糙度为IT10，对后续3—φ90孔的加工精度有直接的影响。
曲轴箱后端面的表面粗糙度为IT10，对与曲轴箱后盖的密封效果有着直接的影响。平面度为0.08，直接影响与曲轴箱与曲轴箱后盖的接触精度。
2—φ150孔的同轴度φ0.03mm，与曲轴箱中轴线的垂直度为0.1mm，对后续曲轴的安装和运转有重要的影响。
2—φ80孔的同轴度为φ0.025mm，影响齿轮轴的安装。与2—φ150孔的中轴线的平行的为0.08mm，两轴线的空间距离162±0.05，从而影响齿轮与曲轴齿轮的啮合精度。
3—φ90和3—φ80孔的内表面圆度同为0.019mm，表面粗糙度为IT10，这位后续的安装提供条件。3孔的中心线的平行度为0.1mm，这将对活塞在缸体内的相对运动有重要影响。
支承孔的加工精度和表面粗糙度要求一般都较高。因为要装轴承，所以应具有较高的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度，否则将会影响轴承外圈与孔的配合精度，使轴的回转精度降低。为使轴、轴承能顺利装配，确保正常运转，同一轴的各孔间都有一定的同轴度要求。有齿轮啮合关系的相邻孔应具有一定的孔距尺寸精度和平行度，否则齿轮啮合精度降低，产生振动、噪音，使用寿命下降。
由参考文献【1】中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
二、确定毛坯、画毛坯—零件合图
1、确定毛胚的制造形式及材料
考虑到轴承在运动时的偏心载荷产生的振动，为保证零件工作可靠，零件采用吸振性，稳定性较好，切削加工性能好，价格也比较低廉的铸铁HT200。
由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用铸造的形式，从而提高劳动生产率，降低成本。
2、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
（1）顶面和底面的加工余量。
根据工序要求，顶面和底面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：
粗铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-23。其余量值规定为2.7~3.5mm，现取3mm。 表7-27粗铣平面时厚度偏差取-0.28mm。
精铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-24。其余量值规定为0.8~1.0mm，现取1mm。
铸造毛坯的基本尺寸为474+3+3+1+1=482mm。
根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.6mm。
毛坯的名义尺寸为：474+3+3+1+1=482mm
毛坯最小尺寸为：482-0.8=481.2mm
毛坯最大尺寸为：482+0.8=482.8mm
粗铣后最大尺寸为：474+1+1=476mm
粗铣后最小尺寸为：476-0.28=475.72mm
精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即474mm。
（2）、两工艺孔。
毛坯为实心，不冲孔。两孔精度要求为IT8，表面粗糙度要求为。参照《机械加工工艺手册》表2.3-47，表2.3-48。确定工序尺寸及加工余量为：
钻孔：
扩孔： （Z为单边余量）
铰孔：
（3）、两侧、和三孔端面加工余量。
由工序要求，两侧两侧、和三孔端面需进行粗、精铣加工。各工序余量如下：
粗铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-23。其余量值规定为2.0~2.7mm，现取2.5mm。 表7-27粗铣平面时厚度偏差取-0.22mm。
精铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-24。其余量值规定为0.8~1.0mm，现取1mm。
铸件毛坯的基本尺寸分别为：410+2.5+2.5+1+1=417mm
348+2.5+2.5+1+1=455mm
根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.4mm和1.2mm。
则两侧面毛坯名义尺寸分别为：410+2.5+2.5+1+1=417mm
348+2.5+2.5+1+1=355mm
毛坯最小尺寸分别为：417-0.7=416.3mm 355-0.6=354.4mm
毛坯最大尺寸分别为：417+0.7=417.7mm 355+0.6=355.6mm
粗铣后最大尺寸分别为：410+2.5+2.5=415mm 348+2.5+2.5=353mm
粗铣后最小尺寸分别为：415-0.22=414.78mm 353-0.22=352.78mm
精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即和
（4）、顶面8螺孔M16
毛坯为实心，不冲孔。参照《机械加工工艺手册》表2.3-71，现确定其工序尺寸及加工余量为：
钻孔：
攻丝： M16
(5)、顶面3个孔
根据工序要求，顶面3个孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：
粗镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为2.0mm;
半精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为1.0mm；
精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。
铸件毛坯的基本尺寸分别为：
毛坯基本尺寸为-2-1-0.3=
根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.1mm。
毛坯名义尺寸为-2-1-0.3=；
毛坯最大尺寸为+0.55=；
毛坯最小尺寸为-0.55=；
粗镗工序尺寸为；
半精镗工序尺寸为；
精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即。
（6）、顶面3个孔
根据工序要求，顶面3个孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：
粗镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为2.0mm；
半精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为1.3mm；
精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。
铸件毛坯的基本尺寸分别为：
毛坯基本尺寸为-2-1.3-0.3=；
根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.1mm。
毛坯名义尺寸为-2-1.3-0.3=；
毛坯最大尺寸为+0.55=；
毛坯最小尺寸为-0.55=；
粗镗工序尺寸为；
半精镗工序尺寸为；
精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即。
（7）、两侧、两孔
根据工序要求，两侧、两孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：
粗镗：孔，参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为：2.0mm；
孔，参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为：2.0mm；
半精镗：孔，参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为1.5mm；
孔，参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为1.0mm；
精镗：孔，参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm；
孔，参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。
铸件毛坯的基本尺寸分别为：
孔毛坯基本尺寸为-2-1.5-0.3=；
孔毛坯基本尺寸为-2-1.0-0.3=；
根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.2mm、1.1mm。
孔毛坯名义尺寸为-2-1.5-0.3=；
毛坯最大尺寸为+0.6=；
毛坯最小尺寸为-0.6=；
粗镗工序尺寸为；
半精镗工序尺寸为；
精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即。
孔毛坯名义尺寸为-2-1.0-0.3=；
毛坯最大尺寸为+0.55=；
毛坯最小尺寸为-0.55=；
粗镗工序尺寸为；
半精镗工序尺寸为；
精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即。
（8）、两侧4个M12-7H螺孔和4个M10-7H螺孔
毛坯为实心，不冲孔。参照《机械加工工艺手册》表2.3-71，现确定螺孔加工余量为：
M12-7H螺孔
钻孔：
攻丝：M12-7H
M10-7H螺孔
钻孔：
攻丝：M10-7H
（9）、窥视窗上8个M8-7H螺孔
毛坯为实心，不冲孔。参照《机械加工工艺手册》表2.3-71，现确定螺孔加工余量为：
M8-7H螺孔
钻孔：
攻丝：M8-7H
（10）、底面上12个M10-7H螺孔
毛坯为实心，不冲孔。参照《机械加工工艺手册》表2.3-71，现确定螺孔加工余量为：
M10-7H螺孔
钻孔：
攻丝：M10-7H
三、工艺规程设计
1、定位基准的选择
（1）粗基准的选择
粗基准选择应当满足以下要求：
A、保证各重要支承孔的加工余量均匀；
B、保证装入箱体的零件与箱壁有一定的间隙。
为了满足上述要求，应选择曲轴箱的主要支承孔作为主要基准。即以曲轴箱箱体的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。
（2）精基准的选择
从保证箱体孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证曲轴箱箱体在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从曲轴箱箱体零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是曲轴箱箱体的装配基准，但因为它与曲轴箱箱体的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。
2、制定工艺路线
本次毕业设计是对BW150注浆泵曲轴箱的工艺规程和机床夹具的设计，对其设计方案的确定最重要的就是对其机械加工工艺路线的确定，其次就是夹具的设计。制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。夹具方面可以考虑采用通用机床配以专用夹具，尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
根据以上分析选定以下加工工艺路线方案:
工序号 工 序 内 容
铸造
时效
涂漆
10 铣 以曲轴箱德的后端面为基准，粗铣曲轴箱下底面，预留半精加工余量1.5mm，粗铣和半精铣上表面φ32上表面
20 铣 以曲轴箱下表面为基准，粗铣曲轴箱前端面与后端面，曲轴箱左右两侧φ190，φ126的端面，预留半精加工余量1.5mm
30 铣 以曲轴箱后端面为基准，半精铣，精铣曲轴箱下表面
40 钻 以曲轴箱后端面为基准，钻下表面4-φ17通孔以及刮平4-φ30沉孔
50 铣 以曲轴箱下表面为基准，半精铣，精铣曲轴箱前后端面，2-R15凸台，左右两侧φ190，φ126端面
60 铣 以曲轴箱右侧190端面为基准，粗铣，半精铣窥视窗上表面
70 镗 以曲轴箱下表面为基准，粗镗150，80两孔以及前端面3-φ90，3-φ80内孔，预留半精镗余量1.5mm
80 镗 以曲轴箱下表面为基准，半精镗，精镗φ150，φ80两内孔和前端面3-φ90，3-φ80内孔并孔口倒角1X45°
90 钻 钻M20×1.5-7H的孔，以底平面为地为基准
100 钻 钻8-M8-7H深10孔深12的孔，以底平面为定位基准
110 钻 钻12-M10-7H深13孔深16的孔，以右端面为定位基准
120 钻 钻8-GM16深34孔深３８，M16－7H，M8-7H的孔，并对M16，M8的孔口倒角1×45°，以左端面为定位基准
130 钻 钻4-M12-7H深17孔深20（2组），4-M10-7H深17孔深20
（2组），φ22，φ16.5，3-φ16的孔，并对箱体边缘φ22，
φ16的孔分别倒角0.5×45°和1×45°，以箱体的两侧面为
定位基准
140 攻 攻M20×1.5-7H的螺纹，以底平面为地为基准
150 攻 攻8-M8-7H深10孔深12的螺纹，以底平面为定位基准
160 攻 攻12-M10-7H深13孔深16的螺纹，以右端面为定位基准
170 攻 攻8-GM16深34孔深３８，M16－7H，M8-7H的螺纹，以左端面为定位基准
180 攻 攻4-M12-7H深17孔深20（2组），4-M10-7H深17孔深20
（2组的螺纹以箱体两侧面为定位基准）
190 去毛刺
200 检验
210 入库
3、选择加工设备及刀、夹、量具
由于生产类型为大批量生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，专用机床为辅的流水生产线。工件在机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
铣削平面时，由于该加工对象箱体六面均有加工表面。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用卧铣，选用X62W （参考文献[1]表3.1-73）。选择直径D为φ200mm的C类可转位面铣刀（参考文献[1]表4.4-40）、专用夹具和游标卡尺。
镗各主要孔系时均采用卧式双面组合镗床，选择功率为1.5KW的1TA20镗削头（参考文献[1]表3.2-44）.选择镗通孔的镗刀、精镗刀、专用夹具、游标卡尺。
钻削各表面孔系时，选用摇臂钻床Z3025（参考文献[1]表3.1-30），选用锥柄麻花钻，专用夹具、快换夹头、游标卡尺和塞规。
刮4-φ30mm平面选用直径为φ30mm、带可换导柱锥柄平底鍃钻。
螺孔攻螺纹选用摇臂钻，采用机用丝锥、丝锥夹头、专用夹具和螺纹塞规
4、加工工艺设计
钻削φ190mm端面的4—M12螺纹孔工序。
孔和孔的定位位置尺寸如φ170mm、位置精度φ0.4mm的位置要求均有钻摸保证。
参考文献[1]表2.4-38，并参考Z3025机床说明书，取钻削进给量ƒ=0.4mm/r。
参考文献[1]表2.4-41，用插入法求得钻孔的却削速度v=0.445m/s=26.7m/min，由此算出转速为：
n=1000v/πd=1000×26.7/3.14×10r/min≈850 r/min
参考文献[1]表2.4-69，得：
Fƒ=9.81X42.7d0 ƒK(N)
M=9.81X0.021dƒK(N·m)
分别求出钻φ10孔的Fƒ和M如下：
Fƒ=9.81×42.7×10X0.4×1=2012 N
M=9.81×0.021×10×0.4×1=9.89 N·m
它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196N•m，故机床刚度足够。
四、夹具设计
该工序采用盖板式钻摸，它的特点是定位元件、钻套均设在钻摸板上。它常用于床身、箱体等大型工件上的孔系加工，加工小孔的盖板式钻摸，因钻削力矩小，所需夹紧力较小。
加工对象：本次设计的夹具为钻削φ190mm端面的4—M12螺纹孔。该夹具适用于Z3025摇臂钻。
确定设计方案：
这道工序所加工的孔均在φ190mm端面上，且与 φ190mm端面相垂直。按照基准重合原则，应以φ150孔的内壁与φ190端面为定位面。
1、定位元件
为了使工件在夹具中获得唯一确定的位置，就需要在夹具上合理设计出定位件，使工件的定位基准与定位元件紧贴接触。在此工序使用的夹具中，以钻模板后端面上的φ170凸台端面、短轴φ150与旋转定位销为定位元件。
φ170凸台端面：此定位面与工件φ190mm端面紧贴接触，限制了夹具在X、Y方向上的转动，Z方向上的移动。共限制了三个自由度。
短轴φ150：与已镗孔φ150的内表面紧贴接触，限制夹具在X、Y方向上移动，它限制了两个自由度。
旋转定位销：它与曲轴箱内腔114凹槽的下表面相接触，它限制了夹具在Z方向上的转动，共限制了一个自由度。
工件的六个自由度全部被夹具中的定位元件所限制，工件在夹具中占有完全确定的唯一位置，满足设计要求完全定位的要求。
2、夹紧装置
夹紧机构采用机动楔式夹爪自动定心机构。
斜楔的锥度a为10°。其特点是圆锥面能自动对心，分度精度较高，但结构上对防尘有较高的要求。故在底部开口部分加上防尘胶盖。
3、定位精度分析
4—M12孔是在一次装夹下完成加工的，它们之间的位置精度由钻摸保证。因4—M12孔的位置度为φ0.4mm，由于夹具的精度一般要比工件的精度高2～3倍，即夹具尺寸公差为±0.2mm。
由于φ150孔与φ150轴采用基孔制。孔的公差带代号为H8（参考文献[2]附表7-4），选用H8/h7间隙配合，可以得到φ150轴的极限尺寸es=0，ei=-0.035。
最大间隙：Ymin=ES-ei=0.063-（-0.035）=0.095
最大过盈：Ymax=EI-es=0-0=0
0.095+0.2=0.295＜0.4
φ150轴的设计尺寸符合技术要求。
参考文献[3]表1-10-6，取
衬套与夹具体模板的配合为H7/r6；
钻套与衬套的配合为H7/g6；
钻孔时刀具与导套内孔的配合为F8/h6；
致 谢
本次毕业设计感谢老师的指导，才能顺利的完成设计。
在设计过程中，会遇到很多不明白的地方，老师会指导我去查找相关的资料书籍并给我讲解其中的优劣，能够更好的选用适当的设计。在运用各种软件查资料或绘图设计时，会遇到不清楚操作的地方，老师和同学都能够及时的给予指导，保证设计的进度正常进行。
总之，本次设计是在老师和同学的帮助下完成的，在学院学习即将结束之际，我向各位老师和同学表示诚挚的谢意！
参 考 文 献
1、李洪主编 机械加工工艺手册
北京：北京出版社，1990
2、刘力主编 机械制图
北京：高等教育出版社，2008.4
3、张龙勋主编 机械制造工艺学课程设计指导书及习题
北京：机械工业出版社，1999.11
4、曹岩 白瑀主编 机床夹具手册与三维图库
北京：化学工业出版社，2010.3