精密传动柱塞工艺设计.doc

课 程 设 计

课程名称 机械制造技术基础
题目名称 柱塞工艺课程设计
学生学院 机电工程学院
专业班级 09机械设计制造及其自动化(5)班
学 号 3109000557
学生姓名 许昊佳
指导教师
成绩评定
教师签名

2011 年 12 月 7 日

目录

一．柱塞机械加工工艺规程制订任务书 …………………………… 3

二． 计算生产纲领，确定生产类型 …………………………………3

三． 零件主要功用和技术要求 ………………………………………4

四． 选择毛坯 …………………………………………………………4

五． 工艺分析 …………………………………………………………5

六． 工艺规程设计 …………………………………………………5

七． 机械加工工艺过程卡 ……………………………………………7

八． 机械加工工序卡片 ………………………………………………8

九． 总 结 ……………………………………………………………13

十． 参考文献 …………………………………………………… 13

1柱塞机械加工工艺规程制订任务书

1 柱塞
15
60
15
40
20
2圆柱套筒

任务要求：考虑毛坯选择、工艺路线、采用的设备、达到精度所采用的工装和定位方法。
1. 上述制定指定零件（或零件组）的机械加工工艺规程，编制机械加工工艺卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具；
2. 对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；
3. 确定毛坯制造方法及主要表面的总余量；
4. 确定主要工序的加工余量、工序尺寸、公差和技术要求；
5. 对主要工序进行工序设计，编制合理的机械加工工艺规程卡，画出的工序简图，选择切削用量；
6. 定位基准的选择，设计某一工序的夹具，绘制夹具装配图和主要零件图；
7. 编写设计说明书。

2计算生产纲领，确定生产类型 
各种生产类型的生产纲领
（《机械制造技术基础》P253 表5-5）
生产类型
同一种零件的年产量

重型零件
中型零件
轻型零件
单件件生产
小批量生产
中批量生产
大批量生产
大量生产
1～5
5～100
100～300
300～1000
1000以上
1～10
10～200
200～500
500～5000
5000以上
1～100
100～500
500～5000
5000～50000
50000以上

按计算公式N=Q·n(1+α%+β%)
其中零件在每台产品中的数量n=1（件/台），年产量Q=20000（件/年），
废品率α%=2%，备品率β%=3%
所以N=Q·n(1+α%+β%) =20000×1×（1+2%+3%）=21000（件）
由于属于小型零件，确定柱塞生产为大批量生产。
3零件的主要功用和技术要求
精密传动柱塞是应用于油泵传动的重要零部件，柱塞和柱塞套的精密程度和质量决定了该油泵的质量，因此，做好精密传动柱塞的质量是柱塞泵的质量的关键环节。柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙2～3um。
柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。
目前，柱塞泵主要有两种类型：轴向柱塞泵和径向柱塞泵。柱塞泵按柱塞的排列方向不同，分为径向柱塞泵和轴向碎柱塞泵两大类。
柱塞和圆柱套筒主要加工部位有：柱塞的柱头，套筒内壁、外圆等，对这些加工部位的主要技术要求有：
（一）标注配合尺寸公差、重要尺寸公差
1、工件在工作时有相对运动，因此采用间隙配合；
2、由于无专门要求，采用基孔制；
3、查优先配合选用表，按一般转速，采用一般间隙，考虑一定精度和加工经济性H8/f7；
4、根据公差表，求出极限偏差并标注
φ40f8基本尺寸40mm,公差等级IT8,标准公差IT=39μm,es=-25μm,ei=es-IT=-64μm；
φ20H8基本尺寸20mm,公差等级IT8,标准公差IT=33μm,EI=0μm,ES=EI+IT=33μm
φ20f7基本尺寸20mm,公差等级IT7,标准公差IT=21μm,es=-20μm,ei=es-IT=-41μm
5、重要尺寸的尺寸公差，按学校车床能加工达到的经济精度设计，选公差等级IT8。
（二）、孔轴形位公差设计标注
1、零件“圆柱套”
对于外圆柱面，控制外圆柱形状精度。因其要用于定位与固定装置，因此外圆柱面需要有一定的形状精度。圆柱度为0.010，表面粗糙度为0.8；
对于内圆柱面，确保内外圆柱共轴、内圆柱形状精度。因其要保证与轴的间隙配合，并且要求轴运动的准确性，因而需要有一定的精度；同轴度为0.010，圆柱度为0.008，表面粗糙度为0.8；其余表面粗糙度为3.2；
2、零件“柱塞”
柱塞与圆柱套筒接触面要保证轴运动的准确性，柱塞轴以公共轴线作为基准，以保证与其它零件的工作位置精度。两轴颈圆跳动度为0.010，粗糙度为0.8。其余表面粗糙度为3.2
4选择毛坯
本零件的主要功用是传递小动力，其工作时需承受不大的冲击载荷，不过要求有较高的强度和刚度，保持配合的精确性。由于需要进行滑动摩擦，所以表面必须有足够的硬度。因此柱塞可选用45钢，热处理可采用调质，再表面淬火。圆柱套调质后内表面可再表面淬火。

5工艺分析
5.1柱塞分析
考虑1：由于柱塞外圆直径为10，对于三角卡盘夹具定位，可能会产生跳动现象，对于同轴度，和圆跳动度要求比较高来说，三角卡盘定位会产生误差，所以，最后精车时应该采用两端顶尖加工外圆，所以粗加工时应该加工出两端顶尖孔，以外圆为粗基准，用三角卡盘定位，车端面，加工两端中心孔和车出大致轮廓，留出足够余量为后面半精车和精车做准备。
考虑2：粗基准采用毛坯外圆时，中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端 中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。
考虑3：由于采用两端顶尖时，有一端需要夹紧工件来拨动工件转动，若留有余量用于夹紧，后续加工工序繁多复杂，所以应采用加工完未夹紧的一端时拆下来调转加工另外一头。

5.2柱塞套筒
考虑1：外圆精度要求没那么高，所以可以用三角卡盘夹紧定位，进行外圆车加工，然后再以外圆为基准，进行孔加工，由于内孔有精度要求，要进行钻扩铰加工。
考虑2：由于孔加工完毕后进行热处理时，要进行内孔表面淬火，来加强内表面的耐磨度和硬度，但淬火可能有残余内应力，淬火后应该检查，如果变形发生，可以再进行低温回火，消除内应力，然后为了保证内孔精度和粗糙度，要进行内孔磨削，使内表面光滑耐磨。

6工艺规程设计
6.1加工流程设计
（1）柱塞：先以外圆为粗基准，粗车外圆，精车端面；由于中心孔要求高，应该先划线，到钻床钻中心孔；再以外圆中轴线为精基准，采用双顶尖夹紧定位，精车外圆；热处理后，可能会产生有误差存在，所以应该再以外圆为基准，修研两端中心孔；最后精加工磨削中，应该以双顶尖夹紧定位，保证精度和粗糙度。
粗车（三角卡盘）—半精车和精车（双顶尖）—热处理—修研中心孔（三角卡盘）—磨削（双顶尖）
（2）套筒：对于加工孔类零件，应以外圆为基准，采用三角卡盘夹紧定位，车外圆，端面后，进行孔的钻扩加工；热处理后，进行内孔磨削处理。
粗车和精车——钻扩铰——热处理——磨削
6.2加工余量设计
由于加工余量确定的计算方法比较复杂，而且未知毛坯尺寸，应当根据工艺人员的经验确定加工余量，为了防止余量不够而产生废品，所估计余量一般偏大。一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。

以下为本人粗略确定，仅作参考：估计毛坯为直径25mm的45钢棒料
柱塞：圆跳动度0.010，圆柱度为0.006，柱塞两头表面粗糙度Ra0.8，毛坯加工余量为15。
工序名称
直径余量（mm）
经济精度
直径工序尺寸
公 差（um）
粗车
15

13

半精车
3

11

精车
1

0.5

磨削
0.5
0.8
10
15
套筒：同轴度要求为0.010，圆柱度为0.006，内孔表面粗糙度Ra0.8，毛坯加工余量为5
工序名称
加工余量（mm）
经济精度
工序尺寸
公 差（um）
粗车
5

21

精车
1

20

钻孔
10

8

扩孔
2

9

铰孔
1

9.5

磨削
0.5
Ra0.8
10
22
6.3车床、钻床、磨床和刀具的选择
车床：C6140A车床
钻床：摇臂钻床
磨床：外圆磨床
刀具：车削时，由于未调质且为45号钢，采用YT15
粗车：75°可转位外圆车刀，正四边形YT15刀片，B*H=16X25，
角度：前角=15°，后角=6°，主偏角=75°，刃倾角=6°，
刀尖圆弧半径=0.75，VB=0.6，刀具耐用度T=60min。
精车和半精车：90°可转位车刀，选用凸三边行YT15刀片，
角度：主偏角=90°，副偏角=10°，前角=15°，后角=8°，刃倾角=4°，
刀尖圆弧半径=0.5， VB=0.4，刀具耐用度T=60min。
钻孔时用L1452018 普通级直柄麻花钻8.0mm
扩孔时用 直径为9的扩孔钻
铰孔时用直径为10的手用铰刀
6.4车削用量确定
根据《机械制造技术基础》P150-P154中表3-6至3-11计算（不加切削液计算）
6.4.1柱塞
（1）粗车
A，选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量Z=6mm，故由表3-6得，背吃刀量=3mm，粗车两次。
B，选择进给量。查表3-6得，f=0.4mm/r。
C,选择切削速度。工件材料为45钢，由表3-11，v=100m/min，可保证T=60min。
D,确认机床主轴转速n。
n=1000v/3.14/25 r/min = 1273.8 r/min
E,切削用量：=3mm，f=0.4mm/r，n=1273.8r/min
（2） 半精车
A，选择背吃刀量。取背吃刀量a=1mm。
B，选择进给量。查表3-9得，当粗糙度R=3.2um，副偏角=10°，V>100m/min，刀尖圆弧半径=0.5时，f=0.3-0.35mm/r，取f=0.3mm/r。
C,选择切削速度。工件材料为45钢，由表3-11，v=130-160m/min，取v=150m/min。
D,确认机床主轴转速n。
n=1000v/3.14/13 r/min = 1000*150/（3.14*13）r/min = 3674.7r/min
E，切削用量：=1mm，f=0.3mm/r，n=3674.7r/min
（3） 精车
A，选择背吃刀量。取背吃刀量a=0.5mm。
B，选择进给量。查表3-9得，当粗糙度R=3.2um，副偏角=10°，V>100m/min，刀尖圆弧半径=0.5时，f=0.3-0.35mm/r，取f=0.3mm/r。
C,选择切削速度。工件材料为45钢，由表3-11，v=130-160m/min，取v=150m/min。
D,确认机床主轴转速n。
n=1000v/3.14/11 r/min = 1000*150/（3.14*11）r/min = 4342.8r/min
E，切削用量：=0.5mm，f=0.3mm/r，n=4642.8r/min

a
f
n
粗车
3（X2）
0.4
1273.8
半精车
1
0.3
3674.4
精车
0.5
0.3
4642.8

6.4.1套筒
（1）粗车（采用半精车，因为余量不足以粗加工，刀具为精加工刀具）
A，选择背吃刀量。取背吃刀量a=2mm。
B，选择进给量。查表3-9得，当粗糙度R=3.2um，副偏角=10°，V>100m/min，刀尖圆弧半径=0.5时，f=0.3-0.35mm/r，取f=0.3mm/r。
C,选择切削速度。工件材料为45钢，由表3-11，v=130-160m/min，取v=150m/min。
D,确认机床主轴转速n。
n=1000v/3.14/13 r/min = 1000*150/（3.14*25）r/min = 1910.9r/min
E，切削用量：=2mm，f=0.3mm/r，n=1910.9r/min
（4） 精车
A，选择背吃刀量。取背吃刀量a=0.5mm。
B，选择进给量。查表3-9得，当粗糙度R=3.2um，副偏角=10°，V>100m/min，刀尖圆弧半径=0.5时，f=0.3-0.35mm/r，取f=0.3mm/r。
C,选择切削速度。工件材料为45钢，由表3-11，v=130-160m/min，取v=150m/min。
D,确认机床主轴转速n。
n=1000v/3.14/11 r/min = 1000*150/（3.14*21）r/min = 2274.8r/min
E，切削用量：=0.5mm，f=0.3mm/r，n=2274.8r/min

a
f
n
粗车
2
0.3
1910.9
精车
0.5
0.3
2274.8
6.5热处理
调质：淬火（840°水）——高温回火（600°）
表面淬火：由于柱塞半径小，套筒薄壁，应该用高频表面淬火，频率范围250-300kHz，淬硬层深度为0.5-2mm
低温回火：经检查若表面淬火后，变形产生误差较大，可低温回火，但不高于200℃，范围为150-200℃。

7加工工艺过程卡
机电工程学院
09机电5班
机械加工工艺过程卡
零件图号
零件名称

1
柱塞
工序号
工序名称及内容
机床
夹具
刀具
量具
辅具
工时

名称
型号

名称
规格
名称
规格

1
粗车端面
普通车床
C6140A
三爪卡盘
左偏刀
90°
钢尺
150

2
粗车外圆
普通车床
C6140A
三爪卡盘
左偏刀
75°
游标卡尺
0.02/200

3
切断后调头夹紧重复1,2工序
普通车床
C6140A
三爪卡盘
切断刀
90°
游标卡尺
0.02/200

4
钻两端中心孔
钻床

虎钳
麻花钻

游标卡尺
0.02/200

5
中间检验

游标卡尺
内径百分表
0.02/200
18-25

6
精车一端配合面，及端面
普通车床
C6140A
双顶尖
左偏刀
90°
游标卡尺
0.02/200

7
拆下调头，精车另一端配合面
普通车床
C6140A
双顶尖
左偏刀
90°
游标卡尺
0.02/200

8
检验

游标卡尺
百分表
0.02/200
0-5

9
热处理

10
修研中心孔
钳工

虎钳
麻花钻

游标卡尺
0.02/200

11
外圆磨
外圆磨床
未定
双顶尖

游标卡尺
0.02/200

12
最终检验

游标卡尺
百分表
0.02/200
0-5

设计
曾明杰
指导老师

共2页
第1页

机电工程学院
09机电5班
机械加工工艺过程卡
零件图号
零件名称

2
套筒
工序号
工序名称及内容
机床
夹具
刀具
量具
辅具
工时

名称
型号

名称
规格
名称
规格

1
粗车端面和外圆
普通车床
C6140A
三爪卡盘
左偏刀
90°
钢尺
150

2
精车端面和外圆
普通车床
C6140A
三爪卡盘
左偏刀
90°
钢尺
0.02/200

2
切断
普通车床
C6140A
三爪卡盘
切断刀
90°
游标卡尺
0.02/200

粗车和精车端面
普通车床
C6140A
三爪卡盘
切断刀
90°
游标卡尺
0.02/200

5
检验

游标卡尺
内径百分表
0.02/200
18-25

4
钻两端中心孔
钻床

虎钳
麻花钻

游标卡尺
0.02/200

4
扩孔
钻床

虎钳
扩孔钻

游标卡尺
0.02/200

铰孔

虎钳
铰刀

游标卡尺
0.02/200

8
检验

游标卡尺
百分表
0.02/200
0-5

9
热处理

11
内圆磨
外圆磨床
未定
三角卡盘

游标卡尺
0.02/200

12
最终检验

游标卡尺
百分表
0.02/200
0-5

设计
许昊佳
指导老师

共2页
第2页

8机械加工工序卡片
机电学院
09机电5班
机械加工工序卡片
产品名称
精密传动柱塞
零件图号
1
共2页
零件名称
柱塞
第1页
材料牌号
45钢
毛坯种类
轧制
毛坯外形尺寸
Ф25*100
每毛坯件数
1
每台件数
1
备注

工序号
工序名称
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速/(r/min)
切削速度/(m/min)
进给量/(mm/r)
切削深度/mm
进给次数
工时定额
机动
辅助

夹紧
1
三角卡盘夹紧长度30mm

1
粗车端面
1
粗车圆柱端面

1200
100
0.4
2
1

2
粗车外圆
1
粗车圆柱外圆表面至Ф13，长60

1200
100
0.4
3
2

3
车断
1
车断，从未夹紧一端53开始切断

450
——
——
——
——

4
调头车端面
1
粗车

1200
100
0.4
3
1

夹紧
1
双顶尖夹紧定位

5
半精加工一端外圆表面
1
半精车外圆表面至夹紧处Ф11

3600
150
0.3
1
1

6
精车一端外圆表面
1
精车外圆表面至夹紧处Ф10

4600
150
0.3
0.5
1

7
粗车中间一端外圆一半
1
从未夹紧一端开35mm开始，车外圆至Ф7，长25mm

1200
100
0.4
1.5
1

8
车倒角
1
倒角c2

1200

9
调头粗车中间一端外圆一半
1
从未夹紧一端开35mm开始，车外圆至Ф7，长25mm

1200
100
0.4
1.5
1

10
车倒角
1
倒角c2

1200

11
半精车剩下一端外圆
1
半精车剩余外圆表面至半精车外圆表面至夹紧处Ф11

3600
150
0.3
1
1

12
精车剩下一端外圆
1
精车剩余外圆表面至Ф10

4600
150
0.3
0.5
1

13
热处理
1,2
调质，表面淬火

14
钳工
1
修研中心孔

15
外圆磨
1
磨削两端外圆

0.5

机电学院
09机电5班
机械加工工序卡片
产品名称
精密传动柱塞
零件图号
1
共2页

零件名称
套筒
第2页
材料牌号
45钢
毛坯种类
轧制
毛坯外形尺寸
Ф25*100
每毛坯件数
1
每台件数
1
备注

工序号
工序名称
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速/(r/min)
切削速度/(m/min)
进给量/(mm/r)
切削深度/mm
进给次数
工时定额
机动
辅助

夹紧
1
三角卡盘夹紧长度30mm

1
粗车端面
1
粗车圆柱端面

3600
150
0.3
2
1

2
粗车外圆
1
粗车圆柱外圆表面至Ф21长60

3600
150
0.3
2
1

3
精车端面
1
精车外圆端面

4600
150
0.3
0.5
1

4
精车外圆表面
1
精车外圆表面至夹紧处Ф10长60

4600
150
0.3
0.5
1

5
车倒角
1
倒角c2

450

6
车断
1
车断，从未夹紧一端53开始切断

450
——
——
——
——

7
车倒角
1
倒角c2

450

8
调头粗车端面
1
粗车圆柱端面

3600
150
0.3
2
1

9
精车端面
1
精车外圆端面

4600
150
0.3
1
1

10
钻孔
1
钻孔至Ф8

11
扩孔
1
扩孔至Ф9

12
铰孔
1
铰孔至Ф9.5

13
热处理
2
调质，内表面淬火

14
内孔磨削
1
磨削至Ф10

9总结
为了做好这个工艺课程设计，我查阅了大量的资料，也进行了大量的自学，这次训练让我对机械制造这们课程有了一个新的认识和提高。将理论的知识用于实践，看似简单，做起来确实一点也不简单，很多细节要注意，考虑。经过这个课程设计，让我对学过的概念有了新的认识和对学过的知识点有了一个重新的巩固和理解。在设计过程中，最大的问题要素是工艺卡的设计，由于工艺卡的参数要查阅大量的资料，和通过自己的精心考虑方能完成，因此，这个过程漫长而痛苦。这个工艺设计，虽然零件的结构比较简单，但是，设计过程所涵盖的知识点却很多，其中包括零件工艺参数设计、加工工具设计、加工夹具设计、加工车床的选择等等方面的内容。但经过深入的思考和不畏困难的勇气，我最终还是将工艺卡的内容一步一步的掌握了，这次课程设计，对我的自学、动手能力有了一个很大的提高。
10参考文献
1) 赵家齐 编，机械制造工艺学课程设计指导书（第２版）——普通高等教育机电类规
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3) 李益民编，机械制造工艺设计简明手册； 机械工业出版社；1999
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