机油泵体加工工艺拟定及钻Φ孔专用夹具设计课程设计书样本.doc

机械制造工艺学课程设计书

题目：机油泵体加工工艺确定及钻Φ5孔专用夹具设计

学 院： 机械工程及自动化 系： 机 制

专 业： 机械设计制造及其自动化

班 级： 机制2班

学 号：

学生姓名： 张绿枝

起止日期： .09.03——.09.21

指导老师： 黄敏纯
目录
一、 摘要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
二、 零件分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1、 零件用途 . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2、 零件工艺分析 . . . . . . . . . . . . . . .5
三、 确定毛坯、画毛坯--零件合图 . . . . . . . . . . .7
1、 确定毛坯种类 . . . . . . . . . . . . . . .7
2、 确定零件生产类型 . . . . . . . . . . . . . .7
3、 确定毛坯尺寸及机械加工总余量 . . . . . . . .7
4、 设计毛坯图 . . . . . . . . . . . . . . . . .8
5、 画毛坯--零件合图 . . . . . . . . . . . . . . .9
四、 工艺规程设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1、 定位基准选择 . . . . . . . . . . . . . . .10
2、 确定零件表面加工方法 . . . . . . . . . . .10
3、 工序集中和分散 . . . . . . . . . . . . . .11
4、 工艺次序安排 . . . . . . . . . . . . . . .12
5、 制订工艺路线和选择 . . . . . . . . . . . . .13
6、 加工设备及工艺装备选择 . . . . . . . . . . .16
7、 确定工序间加工余量工序尺寸 . . . . . . . . .18
8、 计算切削用量 . . . . . . . . . . . . . . . .19
9、 基础时间计算 . . . . . . . . . . . . . . .22
五、 夹具设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
1、 确定设计方案 . . . . . . . . . . . . . . . .25
2、 计算夹紧力并确定螺杆直径 . . . . . . . . . .26
3、 定位精度分析 . . . . . . . . . . . . . . . .26
六、 心得体会及谢辞 . . . . . . . . . . . . . . . . .28
七、 参考文件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

一、摘要
《机械制造工艺学》是一门综合性和实践性很强课程，《机械制造工艺学》课程设计是该课程教学中一项很关键内容。其综合了《机械制图》、《机械制造工艺学》、《工程材料》、《机械设计》、《CAD/CAM》等专业基础课和关键专业课。此次课程设计关键针对机械制造工艺学和工程材料课程利用，同时也有对刀具和切屑知识综合。所以，这是我们对以前所学各门课程一次较为深入综合复习。同时还要对相关课外知识进行查阅和学习，是一次我们实际利用知识处理问题能力训练。经过此次课程设计，要达成以下几方面锻炼：
1、 深入加深对机械制造工艺学等课程理论知识了解；
2、 能合理选择切削用量，经过查阅相关手册，掌握取得工程数据方法，提升搜集信息、对信息进行价值判定、信息整理、信息加工能力；
3、 掌握制订机械加工工艺规程标准、步骤和方法；
4、 掌握机床夹具设计基础原理、方法及步骤，深入提升工程设计能力；
5、 能对零件机械加工中影响质量、生产率和经济性原因进行综合分析；
6、 编写技术文件能力。

二、零件分析
1、零件用途
机油泵是不停把发动机油底壳里机油送出去以达成润滑发动机各个需要润滑零部件目标。机油泵泵体在整个机油泵中起着很关键作用。泵体尺寸精度、表面粗糙度直接影响机油泵工作稳定性和泵寿命。
零件技术要求
1、 正火处理硬度为HBS 255-321；
2、 正火后显微组织基件为85%以上珠光体，石墨呈球状或团状，许可少许呈团体状，磷共晶少于1.5%，渗碳体少于1.5%；
3、 孔Φ41H8和孔Φ13F8中心线不平行度许可误差为0.015mm；
4、 A面和B面相对Φ13F8孔不垂直度允差0.02mm；
5、 A平面不平度许可误差0.02mm
6、 铸件内部不许可有气孔、疏松、裂纹夹渣等缺点；
7、 去锐边、毛刺。
2、零件工艺分析
由零件图可知，其材料为QT60—2，即球墨铸铁。该材料有较高强度韧性和耐磨性，适适用于承受较大应力，受力复杂，综协力学性能要求较高零件。
该零件上关键加工面为A面、B面、凸台外圆、凸台左端面、凸台右端面，凸台内圆面和Φ13F8、2xΦ5H7、2xΦ9、2xΦ12孔、
由参考文件[2]中相关孔和面加工经济精度及机床能达成位置精度可知，上述技术要求是能够达成，零件结构工艺性也是可行，该机油泵体位置公差要求严格，部分加工面需要专用夹具进行加紧定位。
三、确定毛坯、画毛坯—零件合图
1、确定毛坯种类
零件材料采取QT60—2，含有较高抗拉、抗压强度、良好铸造性、耐磨性和可切削加工性。考虑到铸造能够铸造内腔，外形很复杂毛坯，加工灵活性很大，铸造成本低，故选择铸件毛坯。
2、确定零件生产类型
依据零件材料确定毛坯为铸件。又由题目已知零件生产纲领为5500件/年。经过计算，该零件质量约为1kg，有参考文件【2】表1.1—2表1.1—3可知，其生产类型为大批生产。毛坯铸造方法选择金属模机械砂型（参考文件【2】表1.3—1）有因为零件内腔孔Φ41H8需要铸出，故还应该安放型芯。另外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。参考文件【2】表2.2—5。该种铸件尺寸公差等级CT为8~10级加工余量等级MA为G级。故取CT为9级MA为G级【2】。
3、确定毛坯尺寸及机械加工总余量
铸件尺寸公差等级CT为9级，加工余量等级为G级。由参考文件【2】表2.2—4，可知毛坯尺寸及机械加工总余量以下表所表示：
表四—1 毛坯尺寸及机械加工总余量
加工表面
基础尺寸
铸件尺寸公差
机械加工余量
铸件尺寸
A面
26
1.8
3.0
29.0±0.9
B面
18
1.7
3.0
21.0±0.85
凸台左端面
5
1.5
3.0
8.0±0.75
凸台右端面
26
1.8
3.0
29.0±0.9
凸台外圆面
Φ53
2.0
2.5
Φ48±1.0
凸台内圆面
Φ41
2.0
2.5
Φ36±1.0
4、设计毛坯图
（1）确定铸造斜度
由参考文件【2】确定砂型铸造该零件毛坯斜度为1º~3º，圆角半径为R2~R3。
（2）确定分型面【3】
以右端面为铸造分型面。
（3）毛坯热处理
为消除铸造内应力，改善工件切削性能，铸件在进行机械加工之前应该进行时效处理。

四、工艺规程设计
1、定位基准选择
基准选择是工艺规程设计关键内容之一。基准选择正确和合理能够确保加工质量，提升生产效率。
粗基准选择：对于零件而言，应尽可能选择不加工面为粗基准。而对于若干个不加工表面工件，则应以和加工表面要求相对位置精度较高不加工表面作粗基准。为了确保后续工序精度要求应先将设计基准、公共基准先行加工，故选择平面B为粗基准。
精基准选择：平面A既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵照“基准重合”标准，其它各面和孔加工也能用它定位，这么使工艺路线遵照“基准统一”标准。另外，A平面面积较大，定位较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。
2、确定零件各表面加工方法
依据零件图上标注各加工表面技术要求，查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4—6至1.4—22，经过对各个加工方案加工方法以下表【2】
表5—1零件表面加工方法
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度
Ra/um
加工方法
平面A
IT8
1.6
粗铣→精铣
平面B
IT8
12.5
粗车→半精车
凸台右端面
IT12
12.5
粗铣
凸台左端面
IT11
1.6
粗车→半精车→精车
凸台外圆面
IT9
3.2
粗车→半精车
凸台内圆面
IT8
1.6
粗镗→半精镗→精镗
孔Φ13F8
IT8
1.6
钻→粗铰→精铰
孔Φ5H7
IT7
1.6
钻→粗铰→精铰
孔Φ9
IT12
12.5
钻
孔Φ12
IT12
12.5
钻
3、工序集中和分散
由已知，零件生产规模为大批量生产，初步确定工艺安排基础倾向为：加工过程划分阶段，工序全部要集中，采取工序集中能够降低工件装夹次数，在一次装夹中能够加工很多表面，有利于确保各表面之间相互位置精度。加工设备关键以专用设备为主，采取专用夹具，这么生产质量高，投产快，生产效率高。除此之外，还应考虑经济效果，方便使生产成本尽可能下降。
4、工艺次序安排
（1）机械加工次序
① 遵照“先基准后其它”标准，首先加工精基准，即在前面加工阶段先加工端面。同时考虑位置度要求，左右端面互为基准反复加工【3】
② 遵照“先粗后精”标准，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
③ 遵照“先主后次”标准，先加工关键左右端面和圆孔表面，后加工次要表面凸台内圆面和多种小孔及倒角。
④ 遵照“先面后孔”标准，先加工端面，后加工孔。
（2）辅助工序【5】
毛坯铸造成型后，应对铸件毛坯安排请砂工序，并对清砂后铸件进行一次尺寸检验，然后再进行机械加工。在对零件全部加工工序完成以后，应安排去毛刺、清洗、终检工序。
5、制订工艺路线和选择
（1）工艺路线一：
工序号
工序内容
定位基准

铸造

时效

清洗检验毛坯

10
粗铣平面A
凸台右端面
20
粗铣凸台右端面
平面A
30
钻孔Φ13F8
平面A，凸台外圆面
40
粗车凸台外圆面和左端面
平面A，Φ13F8孔
50
粗镗凸台内圆面
凸台右端面和外圆面
60
粗车B面
凸台右端面和孔Φ13F8
70
精铣A面
凸台右端面
80
粗铰、精铰孔Φ13F8
平面A、凸台外圆面
90
半精车凸台外圆面、左端面，精车左端面
平面A、孔Φ13F8
100
半精镗、精镗凸台内圆面
凸台右端面、外圆面
110
半精车B面
凸台右端面、孔Φ13F8
120
钻、粗铰、精铰孔Φ5H7、倒角
凸台右端面、外圆面
130
钻孔3xΦ9
凸台右端面、孔2xΦ5H7
140
钻孔2xΦ12
凸台右端面、孔2xΦ5H7
150
去锐边、毛刺

160
清洗

170
终检入库

（2）工艺路线二：
工序号
工序内容
定位基准

铸造

时效

清洗检验毛坯

10
粗铣凸台右端面
平面A
20
粗铣平面A
凸台右端面
30
钻孔Φ13F8
平面A，凸台外圆面
40
粗镗凸台内圆面
凸台右端面和外圆面
50
粗车B面
凸台右端面和孔Φ13F8
60
粗车凸台外圆面和左端面
平面A，Φ41H8孔
70
精铣A面
凸台右端面
80
粗铰、精铰孔Φ13F8
平面A、凸台外圆面
90
半精镗、精镗凸台内圆面
凸台右端面、外圆面
100
半精车凸台外圆面、左端面，精车左端面
平面A，Φ41H8孔
110
半精车B面
凸台右端面、孔Φ13F8
120
钻、粗铰、精铰孔Φ5H7、倒角
凸台右端面、外圆面
130
钻孔3xΦ9
凸台右端面、孔2xΦ5H7
140
钻孔2xΦ12
凸台右端面、孔2xΦ5H7
150
去锐边、毛刺

160
清洗

170
终检入库

（3）工艺路线三：
工序号
工序内容
定位基准

铸造

时效

清洗检验毛坯

10
粗铣平面A
凸台右端面
20
粗铣凸台右端面
平面A
30
钻孔Φ13F8
平面A，凸台外圆面
40
粗车凸台外圆面和左端面
平面A，Φ13F8孔
50
粗镗凸台内圆面
凸台右端面和外圆面
60
粗车B面
凸台右端面和孔Φ13F8
70
钻、粗铰、精铰孔Φ5H7、倒角
凸台右端面、外圆面
80
钻孔3xΦ9
凸台右端面、孔2xΦ5H7
90
钻孔2xΦ12
凸台右端面、孔2xΦ5H7
100
精铣A面
凸台右端面
110
粗铰、精铰孔Φ13F8
平面A，凸台外圆面
120
半精车凸台外圆面、左端面，精车左端面
平面A，Φ13F8孔
130
半精镗、精镗凸台内圆面
凸台右端面、外圆面
140
半精车B面
凸台右端面、孔Φ13F8
150
去锐边、毛刺

160
清洗

170
终检入库

（4）工艺路线分析比较
通常情况下，最关键、要求最高加工表面应在精基准完成以后再进行加工，以方便其精度达成。工艺路线一是先完成全部平面粗精加工最终再进行钻孔。粗精加工没有分开，工件内应力很大，加工以后工件变形会很大程度地影响零件几何精度，定位基准不如路线二来得正确，再综合加工精度要求，装夹便利是否等原因影响，确定加工路线三。
6、加工设备及工艺装备选择
工序号
工序内容
工艺装备
加工设备
10
粗铣平面A
YG6硬质合金面铣刀、游标卡尺
立式铣床X61W
20
粗铣凸台右端面
YG6硬质合金面铣刀、游标卡尺
立式铣床X61W
30
钻孔Φ12
高速钢钻、卡尺、钻模板
立式钻床Z525

40
粗车凸台外圆面
YG6硬质合金车刀、游标卡尺
卧式车床CA6140
粗车凸台左端面
YG6硬质合金车刀、游标卡尺
卧式车床CA6140
50
粗镗凸台内圆面
硬质合金镗刀、游标卡尺
卧式镗床T618
60
粗车B面
硬质合金车刀、游标卡尺
卧式车床CA6140

70
钻2个孔Φ4.8，倒角
高速钢钻、游标卡尺、钻模板
摇臂钻床Z3025X10B
粗铰至Φ4.9
铰刀、塞尺
摇臂钻床Z3025X10B
精铰至Φ5H7
铰刀、塞尺
摇臂钻床Z3025X10B
80
钻三个孔Φ9
高速钢钻、游标卡尺、钻模板
摇臂钻床Z3025X10B
90
钻两个孔Φ12
高速钢钻、游标卡尺、钻模板
摇臂钻床Z3025X10B
100
精铣A面
YG6硬质合金面铣刀、游标卡尺
立式铣床X61W
110
粗铰至Φ12.95
铰刀、塞尺
立式钻床Z525
精铰至Φ13F8
铰刀、塞尺
立式钻床Z525
120
半精车凸台外圆面
硬质合金车刀千分尺
卧式车床CA6140

半精车左端面
硬质合金车刀、千分尺
卧式车床CA6140
精车左端面
硬质合金车刀、千分尺
卧式车床CA6140
130
半精镗凸台内圆面
硬质合金镗刀、塞尺
卧式镗床T618
精镗凸台内圆面
硬质合金镗刀、塞尺
卧式镗床T618
140
半精车B面
硬质合金车刀、游标卡尺
卧式车床CA6140
150
去锐边，毛刺
平锉

160
清洗
清洗机

170
终检入库
百分表、卡尺、塞规

7、确定工序间加工余量、工序尺寸
查参考文件【2】，表2.3—1到表2.3—21，综合对毛坯尺寸和已经确定机械加工工艺路线分析，确定工序间加工余量以下表示【4】：
工序号
工步号
工步内容
工序尺寸
加工余量
10
1
粗铣平面A
27
2.0
20
1
粗铣凸台右端面
26
3.0
30
1
钻孔Φ13F8至Φ12

12（直径）
40
1
粗车凸台外圆面

2（直径）
2
粗车凸台左端面

2.0
50
1
粗镗凸台内圆面

4（直径）
60
1
粗车B面

2.0
70
1
钻孔至Φ4.8

4.8（直径）
2
粗铰孔至Φ4.9

0.1（直径）
3
精铰孔至Φ5H7

0.1（直径）
80
1
钻三个孔Φ9至Φ9

9（直径）
90
1
钻两个孔Φ12至Φ12

12（直径）
100
1
精铣A面

1
110
1
粗铰Φ13F8至Φ12.95

0.95（直径）
2
精铰至Φ13F8

0.05（直径）
120
1
半精车凸台外圆面

0.1（直径）
2
半精车左端面

0.5
3
精车左端面

0.5
130
1
半精镗凸台内圆面

1.0（直径）
2
精镗凸台内圆面

1.0（直径）
140
1
精车B面

1.0
8、计算切削用量
（一）工序10：粗铣平面A
（1）切削深度：
（2）确定进给量
X61W型铣床功率为4.5KW。查《切削用量简明手册》表3.5.硬质合金面铣刀（YG6）每齿进给量，取
（3）铣削速度
本工序采取YG6硬质合金铣刀，，齿数z=12。查《切削用量简明手册》表3.16取切削参数。则

查《切削用量简明手册》表3.29知X61W型铣床转速n=255r/min。故实际切削速度

工作台每分钟进给量为【4】：

查《切削用量简明手册》表3.29，X61W型铣床进给量

（二）工序40：工步1：粗车凸台外圆面
（1）切削深度：
（2）确定进给量
查《切削用量简明手册》表1.4，进给量f=0.6~0.8mm/r。查《切削用量简明手册》表1.31，CA6140卧式车床技术参数，取进给量f=0.66mm/r。
（3）确定切削速度
查《切削用量简明手册》表1.11，参考选择切削速度57m/min。
切削速度修正系数=0.65，=0.92，=0.8，=1.0，=1.0。（查《切削用量简明手册》表1.28。）
∴

查《切削用量简明手册》表1.31，得CA6140车床转速n=200r/min。故实际切削速度：

（三）工序70
工步1：钻孔至Φ4.8
由工件材料为QT60—2，高速钢钻头，查表2.7高速钢钻头钻孔时进给量参考选择进给量f=0.18~0.22mm/min取f=0.2mm/min。
查《切削用量简明手册》表2.15（高速钢钻头钻灰铸铁时切削速度）参考选择切削速度。又
∴
工步2：粗铰孔Φ5H7至Φ4.9
查《切削用量简明手册》表2.11，取进给量f=0.3mm/r。
查《切削用量简明手册》表2.24，取切削速度。
切削深度。则

查摇臂钻床Z3025X10B说明书，取转速n=250r/min。故实际切削速度：

工步3精铰孔Φ5H7至Φ5H7
查《切削用量简明手册》表2.11，取进给量f=0.4mm/r
查《切削用量简明手册》表2.24，取切削速度。
背吃刀量。则

查摇臂钻床Z3025X10B说明书，取转速n=250r/min。故实际切削速度：

9、基础时间计算
（一）工序10：粗铣平面A
查【2】《机械制造工艺设计简明手册》得此工序机动时间计算公式：

=0.5d+（1—2）=0.5125+264.5mm
=2mm
l=100mm
所以：

（二）工序40，工步1：粗车凸台外圆面。
查《机械制造工艺设计简明手册》，得此工序机动时间计算公式为：

主偏角 取=3mm
查《机械制造工艺设计简明手册》表6.2—2得：

取值5mm
又l=21mm ，i=1

（三）工序70
工步1
查《机械制造工艺设计简明手册》表6.2—5得：
机动时间计算公式

取，l=5mm

工步2：
查《机械制造工艺设计简明手册》表6.2—5得：
机动时间计算公式

l=5mm，

工步3：

查《机械制造工艺设计简明手册》表6.2—5得：
l=5mm，

所以此工序机动时间为8.1s

五、夹具设计
此次设计夹具为第70道工序——钻，铰2XΦ5H7孔，倒角。该夹具适适用于摇臂钻床Z3025X10B
1、确定设计方案
此道工序要加工两个孔Φ5H7均为平面A上，且和平面A垂直。根据基准重合标准并考虑到已加工表面原因。又为了避免钻头引偏，2XΦ5H7孔应该从A面加工，这就要求钻孔时A面必需朝上。所以，必需以凸台右端面进行定位。一个凸台面限制了三个自由度，其它三个自由度也必需限制。用哪种方案更合理呢？
方案一：
在孔Φ13F8中插入一个定位销限制工件沿平面A方向上两个移动，再以一个圆柱销定位外轮廓，限制其转动。【7】
方案二：
以凸台外圆面定位，加一个V形块，限制其沿平面方向移动。因为外轮廓为不规则图形加一圆柱销，限制其绕垂直于平面A方向旋转。【8】
考虑到工件夹紧，方案1，夹具夹紧机构设计困难，很轻易发生干涉或产生倾覆力矩。而方案二，若往凸台内圆面底部施加夹紧力则不存在上述问题。所以夹具设计选择方案二。
2、计算夹紧力并确定螺杆直径
查《机械加工工艺手册》表2.4—69，得切削力计算公式：

查《机床夹具图册》，取安全系数K=3，故实际夹紧力：

查《机床夹具图册》，可知，一个M10螺栓能承受3018N许用夹紧力，所以用M10螺栓完全能够满足强度要求。但从夹具刚度及整体结构对称性考虑，这里选择M16双头螺柱。
3、定位精度分析
两个Φ5H7孔是在一次装夹下完成加工，它们之间位置精度由钻模板确保。因为两孔中心轴线距设计基准半径值为35，未注公差。按一般精度等级8级来算，公差值为0.039，夹具公差取工件公差1/3，即夹具公差尺寸为0.013。考虑到实际操作装配时，角度和半径测量不方便，将其转化为水平方向横纵坐标值。查参考文件6，取其尺寸公差为0.01mm。
对于V形块定位凸台外圆面，查参考文件[7]可知，安装尺寸T：

其中：D=53mm，H=16，N=40
所以安装尺寸T=23.5mm
定位误差:

参考《机床夹具设计图册》，取各配合公差以下：
衬套和夹具体模板配合 。
粗铰、精铰孔钻套和夹具衬套配合 。
钻、铰孔时刀具和导套内孔配合为 。

六、心得体会及谢辞
实践害死检验真理唯一标准。经过了为期三周机械制造工艺课程设计，让我充足认识到了这一点。很多原本自己认为是很可行东西到了实际应用中往往是不合理，不合适。只有你真真正正站在一个实际操作者角度上去看，去想，去发觉，你才能将工艺做愈加好，更含有实际可行性。在设计过程中，我们碰到了这么或那样问题，比如工程参数获取，技术要求提法，工艺结构优劣等。就是在经历了这么或那样问题困扰以后，我们才真真正正明白了很多原本没有弄明白搞清楚道理。我想，一个问题，只有当你真正犯下错误，并为之而付出巨大努力更正以后，它答案才会让你终生难忘，刻骨铭心。经过此次课程设计，我对机械工艺有了更近一步更深刻体会，考虑问题，不仅要正确更要全方面。有事被你忽略细节问题也会造成打损失。
在此次课程设计过程中，最令我难忘一个人莫过于黄敏纯老师了。尤其是她身上那股为知识而痴狂热情，让我明白了一个道理：成功，其实就是忘我投入，不知疲惫付出。。。黄老师教导学生热情和投入画面常常在我脑海中出现。尤其是她每次早上过来教导学生，一直坚持到下午一点。全部学生几乎全部走光了，黄老师还在热情为留下多个同学解读工艺问题。在她尤其忙，没法到教室时候，还常常打电话到教室咨询相关情况。我想，此次课程设计假如没有老师帮助是不可能如此顺利完成。衷心地感谢老师无私帮助！

七、参考文件
1、张龙勋 《机械制造工艺学课程设计指导书》 机械工业出版社，.9。
2、李益民 《机械制造工艺设计简明手册》 机械工业出版社，.6
3、《机械制造工艺学简明设计手册》 机械工业出版社，.9
4、肖刚 《切削用量简明手册》 机械工业出版社，1999.10
5、赵如福 《金属切削加工工艺人员手册》 上海科学技术出版社 .12
6、孟宪栋 《机床夹具设计图册》 机械工艺出版社 1990.8
7、王光斗 《机床夹具设计手册》 上海科学技术出版社 1994
8、肖继德 《机床夹具设计》 机械工业出版社 1990.8
9、艾兴、肖诗纲 《切削用量简明手册》 机械工业出版社 1990.8
10、李洪 《机械加工工艺手册》 北京出版社 1990