齿轮油泵泵盖的机械加工工艺规程及工艺装备的设计.docx

摘要本课程设计主要内容包括齿轮油泵泵盖的加工工艺过程设计和钻盲孔的专用夹具设计，在课程设计过程中完成了零件图、毛坯图、夹具体装配图和夹具体零件图的绘制及说明书的编写。泵盖零件结构较简单，而且为铸件，外表面为要求较高精度要求，铸造即可满足，与其它接触面处的端面精度要求较高，需要经过粗车、半精车加工，保证密封配合性。本次设计针对盲孔的加工难度设计了一套专用夹具，采用一面两孔的定位方式来满足定位要求，又通过夹紧装置保证加工过程中不会产生较大误差。其中间过程对夹紧装置进行了受力分析，保证了夹紧的可靠性。综上所述为本次课程设计的主要内容及设计过程 b目录1零件的工艺性分析11.1零件的用途11.2零件的技术要求11.3审查零件的工艺性12零件毛坯的确定22.1零件的生产类型22.2毛坯的种类和制造方法22.3零件各表面的加工方法32.4各工序间加工余量32.5确定毛坯尺寸43机械加工工艺规程设计43.1拟定工艺路线43.2 孔 切削用量的计算53.3 基本工时的计算63.4 制订工序卡片84 孔的专用夹具设计84.1 定位方案的设计84.2定位误差分析与计算94.3导向元件设计104.4夹紧装置的设计104.5 夹具结构设计及操作简要说明115 方案综合评价与结论116体会与展望12参考文献131零件的工艺性分析1.1 零件的用途本次课程设计的题目是左端盖的加工以及孔的专用夹具的设计。左端盖是齿轮油泵的组成部分，它与泵体、右端盖齿轮轴等零件装配在一起工作，泵盖主要的作用是密封、紧固。保证油泵正常工作，不漏油，不与齿轮轴打齿。1.2 零件的技术要求齿轮油泵泵盖的材料是HT200，毛坯制造完成后需进行时效处理，消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。泵盖有下列几组加工表面：1.以泵盖左端盖20为基准的加工表面，这一组加工表面包括对右端面的加工。2.以中心距为28.760.016为定为基准的两个盲孔。经过对以上加工表面的分析，我们可以选定粗基准，加工精粗基准所在的加工表面，然后借用专用夹具对其它加工表面进行加工，保证它们的位置精度 表1 泵盖技术要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差/mm及精度等级表面粗糙度/um形位公差/mm泵盖右端面200.033/IT86.36 6.5 沉头孔6.5110.090/IT1112.525销孔50.018 /IT81.616盲孔160.011 /IT61.616盲孔160.011 /IT61.61.3 审查零件的工艺性根据老师发给的零件图，审查了零件的结构工艺性，零件图上的视图、尺寸公差和技术要求较统一，不必做大的修改。仔细阅图后了解到此工件结构较简单，通过铸造再加工即可获得，表面的精度要求不高，只是在右端面的接触处要求具有较高的精度，以保证密封性。泵盖上的沉头孔和销孔用一般钻床夹具可加工出来，而盲孔可利用设计的专用夹具加工。总体来说，此工件还是比较容易加工。其零件图见电子版附图。2零件毛坯的确定2.1零件的生产类型零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特性。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。零件的年生产纲领N可按下式计算其中 是零件的生产纲领（件/年）； 产品的年产量（台、辆/年）； 每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）； 备品率，一般取2%4%； 废品率，一般取0.3%0.7%；根据上式结合题目给定数据，即可算出泵盖的生产纲领，进而确定出其生产类型。=8000台/年，=1件/台，取=，取=0.6%，由公式(1-1)有：.泵盖零件的重量为3.16，查表1-3可知，泵盖为轻型零件，由此再查表1-4可知，该泵盖的生产类型为大批生产。2.2毛坯的种类和制造方法 泵盖的材料在产品设计时已经确定，在制定零件机械加工工艺规程时，毛坯的选择主要是选定毛坯的制造方法。由于泵盖选用HT200作为材料，为了减少加工余量，提高劳动生产率，采用机器造型，机器造型生产率较高、铸件尺寸精度高、表面光洁，劳动条件好，尽管机器造型需要专用设备和工艺装备，投资较大，生产准备时间长，但在大批大量生产的情况下铸件成本仍能显著降低，该泵盖的生产类型为大批生产，所以在铸件造型上采用机器造型。2.3零件各表面的加工方法当零件的加工质量要求较高时，一般要经过粗加工、半精加工和精加工三个阶段，如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度特别小时，还要经过光整加工阶段。通过对泵盖的各加工表面的分析，选择前面一系列的预备工序的加工方法和顺序。表2 各加工表面加工方案加工表面精度要求/um加工方案泵盖右端面6.3粗车-半精车5销孔1.6钻-铰孔12.5钻16孔1.6钻-粗铰-精铰2.4各工序间加工余量根据表1-6至1-11和2-15至2-40，将各加工表面的工艺路线、工序（或工步）余量，工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度填入表3中。12 各工序间加工余量加工表面工步名称工步余量基本尺寸公差等级精度公差工步偏差粗糙度泵盖右端面半精车1.420IT80.033206.3粗车1.618.6IT120.2118.612.5毛坯323-2.423-5销孔铰0.25.0IT80.01851.6钻0.84.8IT120.1204.86.3毛坯44-241-6.5孔钻26.5IT110.0906.512.5毛坯4.54.524.5116精铰0.0516IT60.011161.6粗铰0.9515.95IT80.02715.956.3钻1.215IT110.1101512.5毛坯13.813.8-2.413.81.2-2.5确定毛坯尺寸根据表3得出毛坯尺寸。利用电子版绘出毛坯图，毛坯尺寸详见毛坯图。3机械加工工艺规程设计3.1拟定工艺路线拟定零件的机械加工工艺路线是制订工艺规程的一项重要工作，拟定工艺路线时主要解决的问题有：选定各加工表面的加工方法；划分加工阶段；合理安排各工序的先后顺序；确定工序的集中和分散程度。考虑到实际经验的缺乏，有限的时间，主要进行了定位基准的选择、各表面加工方法的确定和工序顺序的安排工作。3.1.1 定位基准的选择 定位基准的选择是制订工艺规程的一项重要工作。定位方案的选择直接影响加工误差，影响夹具的复杂性及操作方便性。定为基准的选择分为粗基准和精基准。最初工序中，只能选择以未加工的毛坯面作为定位基准，称为粗基准，随后与以加工面为定位基准，称为精基准。 左泵盖的左端面为铸造面，能满足表面粗糙度和精度的要求，先以左端面为粗基准，粗加工出右端面，再以右端面为精基准钻出孔和锪出的销孔，盲孔。粗加工完成后，进一步进行半精加工和精加工等。3.1.2 工序顺序的安排根据表2各加工表面的加工方法和表3各工序间加工余量，考虑加工过程中定位基准的选择原则，确定工序顺序。在工序顺序安排中，不仅要考虑机械加工工序，还应考虑热处理和辅助工序，遵循先基准后其他、先粗后精、先主后次、先面后孔的原则，最终确定的工序顺序详见表4，以此为依据，填写机械加工工艺过程卡片。表4 加工工序工序工序名称工序内容1车粗车右端面至18.6mm2车半精车右端面至20mm3锪锪通孔4铰铰孔至5.0mm5钻钻通孔，铰孔，扩11孔深6，铰孔6钻钻深13，粗铰、精铰7时效热处理8去毛刺钳工9终检3.2 孔 切削用量的计算3.2.1 钻孔工步切削用量的计算背吃刀量的确定，取=15mm。进给量的确定，由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.20mm/r。切削速度的计算，由表5-22，按工件材料为铸铁、硬度为187HBS的条件选择，切削速度可取为18m/min。由公式（5-1）可求得该工序钻头转速358.1，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速=392。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=。3.2.2 铰孔工步工步切削用量的计算1）粗铰背吃刀量的确定，取=0.95mm。进给量的确定，由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.9mm/r。切削速度的计算，由表5-31，切削速度可取为4m/min。由公式（5-1）可求得该工序钻头转速80，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速=97。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=。2 ）精铰 背吃刀量的确定，取=0.05mm。进给量的确定，由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.9mm/r。切削速度的计算，由表5-31，切削速度可取为4m/min。由公式（5-1）可求得该工序钻头转速80，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速=97。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度=。3.3 基本工时的计算3.3.1基本时间的计算1）.钻孔工步根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式求得式中=13mm； =0mm；f=0.20mm/r；n=392r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间=(13mm+5.4mm+0mm)/(0.20mm/r392r/min)0.234min=14.1s。2）.粗铰孔工步 根据表5-41，绞圆柱孔基本时间由公式求得式中、。由表5-42按、=(16-15.95)/2=0.025mm 的条件查得； =0mm；而=13mm；=0.9mm/r；=。将上述结果代入公式中，经过计算即可得出该工序的基本时间：=(13mm+0.37mm+0)/(0.9mm/r97r/min)0.153min=9.2s。3）.精铰孔工步根据表5-41，绞圆柱孔基本时间由公式求得。式中、由表5-42按、=(16-15.95)/2=0.025 的条件查得=0.19mm；=0mm；而=13mm；=0.9mm/r；=。将上述结果代入公式：经过计算即可得出该工序的基本时间：=(13mm+0.19mm+0)/(0.9mm/r97r/min)0.151=9.1s3.3.2 辅助时间的计算 根据第五章第二节所述，辅助时间与基本时间之间的关系为，可取，则各工序的辅助时间分别为：钻孔工步的辅助时间： =0.1514.1s=2.12s;粗铰孔工步的辅助时间： =0.159.2s=1.38s;精铰孔工步的辅助时间： =0.159.1s=1.37s;3.3.3 其他时间的计算除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于泵盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间是作业时间的，休息与生理需要时间是作业时间的，本工件均取3%，则各工序的其他时间（）可按关系式计算，分别为：钻孔工步的其他时间：=6%(2.12s+14.1s)=0.97s粗铰孔工步的其他时间：=6%(9.2s+1.38s)=0.63s精铰孔工步的其他时间：=6%（9.1s+1.37s）=0.62s3.3.4 单件时间的计算1）钻孔工步=2.12s+14.1s+0.97s=17.19s;2）粗铰孔工步=9.2s+1.38s+0.63s=11.21s;3）精铰孔工步=9.1s+1.37s+0.62s=11.09s;因此，工序的单件时间：=+=17.91s+11.21s+11.09s=40.21s3.4 制订工序卡片本次课程设计中，我所选择的工序是加工216孔。根据表4、216切削用量的计算和基本工时的计算即可制订出该工序的工序卡片，具体内容详见机械加工工序卡片。4 孔的专用夹具设计在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛，机床夹具的功用主要是：稳定地保证工件的加工精度；减少辅助时间，提高劳动生产率；扩大机床的工艺范围，实现一机多能。泵盖的盲孔加工精度，位置精度要求都较高，如果选用常规的夹具（即通用夹具）其生产效率是很低的，同时加工精度也不容易保证。考虑到泵盖零件属于大批量生产，所以应该对其设计专用夹具，以保证加工精度和位置精度，提高劳动生产率。4.1 定位方案的设计本夹具的定位方案如下图所示，采用1个短圆柱销、1个菱形销和支承平面定位，同时运用支承板来快速找正工件在夹具体中的位置。 其中：一个菱形销限制的自由度为: 。一个短圆柱销限制的自由度为：，。支承平面限制的自由度为：，综上，该定位方案限制了工件的6个自由度，较好的满足零件加工要求，定位合理。4.2定位误差分析与计算所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。造成定位误差的原因有：由于定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以表示；由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称基准位移误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以表示。分析和计算定位误差的目的，就是为了判断所采用的定位方案能否保证加工要求，以便对不同方案进行分析比较，从而选出最佳定位方案，它是决定定位方案时的一个重要依据。4.2.1 定位元件尺寸公差的确定夹具的定位形式是一面两孔，即一个短圆柱销、削边销和支承板之间的保持元件的定位精度。由公式其中代表公差，代表基准孔与定位元件间的最小间隙由于定位销和孔间的配合代号是，查表2-40，IT6=0.008IT5=0.005,又销与孔间的最小间隙都是0，故代入公式：=0.008+0.005=0.013mm，注：为工件中心线的偏转角度误差代入数据求得满足定位要求。4.3导向元件设计钻床夹具的刀具导向元件为钻套，钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏斜。由于该孔的加工方法是先钻孔，后铰孔。所以，采用快换式钻套，由于泵盖零件的特殊结构，为了便于装夹工件，所以自行设计快换钻套。其结构如上图所示4.3.1钻套高度和排屑间隙钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度H越大，刀具的导向性能越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(1-2.5)d，孔径小、精度要求高时，H取较大值。H=(1-2.5)d=(1-2.5)16=(16-40),取H=40mm。钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙，H值应适当选取，h值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被破坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。加工铸铁时，h=（）d；加工钢时，h=()d。由于泵盖材料为HT200，所以其排屑间隙h=()d=()16=(),取h=10mm。4.4夹紧装置的设计在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。在该夹具体设计中，由于所选用的定位方案的夹紧力与切削力的方向一致，所需夹紧力较小，所以采用钩形压板（组合）式夹紧机构。夹紧力的计算采用计算，其中的-摩擦系数，一般取0.1-0.15，由于在进行钻孔工序时，夹紧力作用表面的表面粗糙度较小，所以本设计中选择f=0.1。由于螺旋压板夹紧机构中有弹簧的作用力，所以公式中的F代表的是弹簧压缩变形受到的作用力，有材料力学中的公式 z-弹簧的工作圈数G-弹簧材料的剪切弹性模量，其值查表12-1-是在最大载荷下发生的最大变形量查机械设计书代入数据得求得F=1.54N，将F代入，其中L=28mm,f=0.1,H=45,求得.由于该工序过程需要两处夹紧力，故总的.可以看出夹紧力很小。因为夹紧力与切削力方向一致，当其他切削力很小时，仅需要较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生振动和转动。所以此处夹紧力能满足要求。4.5 夹具结构设计及操作简要说明在设计夹具进应该注意提高劳动生产率。因此，使用铰链式钻模，一次固定2个钻套，在一次装夹中可以加工2个孔。本工序是粗加工，切削力较大，但是由于钻削重要生产的轴向力指向定位面，和夹紧力方向相同，所以夹紧力不直接对消切削力。装夹工件时，先翻开钻模板把工件放在夹具上，由短圆柱销和菱形销定位，最后用支承板定好位置把钻模板合上，把菱形螺母锁上。这样就可以钻削了。本夹具装配图和零件图，见附图。5 方案综合评价与结论 对于的盲孔专用夹具的设计我们采用了一面两销的定位方式，限制了工件的6个自由度。很好的保证了工件在夹具体中的位置但也可能造成过定位，原因在于，支承板与短圆柱销和菱形销的安装误差。在钻孔工序前的工序尺寸保证的情况下，不会产生过定位，满足了加工的要求。通过以上的分析，本次课程设计的基本目的已经达到，较好的反映了零件加工过程中的定位要求极其必要性。同时，在专用夹具设计过程中，通过查阅大量资料，设计出的夹具在使用上十分方便，定位也很准确。绘制夹具体装配图时，很好运用了机械制图的知识，图幅表达合理，线条准确。6体会与展望机械制造技术基础课程设计就要结束了，回首近20天的设计过程，我们得到了许多收获。再设计过程中我们遇到了许多问题，而解决问题的途径很多，查阅资料，请教老师、同学们，总之，为了完成任务达到课程设计的目的要求，我们能够一起研究、讨论。虽然课程设计任务完成了，但是在细节问题的把握上还很欠缺，还需要进一步的考究。对于一名合格的技术设计人员，零件的设计准确性是其为之奋斗的根本，用于实际中是他们的理想。当然我的技术水平还不能和他们相提并论，我的课程设计完成了，在这三周的时间里，我们查阅了许多关于机械加工与夹具设计方面的资料。电子图版绘图让我们更好更快的完成任务，在绘制夹具体装配图时，虽然对机械制图中的有关内容有些陌生忘却了，但是，我们通过自己的努力，很好的完成了装配图的绘制，对机械制图的内容有了更深的理解掌握。每一次的课程设计都受益颇多，从刚开始的无从下手，到初步了解零件的加工制造过程，最终完成课设任务，我们都能学到许多知识。每一次的课设都是一次付出，也是一次收获，课程设计也教会我们做事情要有一颗坚韧的心，不放弃，努力追求。通过这次课程设计，虽然了解了机械加工工艺及工序过程，但离实际还很远，路还很长，庆幸的是自己对机械加工过程有了初步的了解，课程设计过程中，一步一个脚印走出来了。在课余，打算多看一些机械加工工艺方面的书，多练习软件绘图，更重要的是学习其中的设计理念。参考文献1黄健求主编.机械制造技术基础M.北京:机械工业出版社,2005.2肖继德、陈宁平主编.机床夹具设计（第二版）M.北京：机械工业出版社,2000.3秦国华、张卫红主编.机床夹具的现代设计方法M.北京：航空工业出版社,2006.4秦宝荣主编.机床夹具设计M.北京:中国建材工业出版社,1998.25陈国香主编.机械制造与模具制造工艺学M.北京:清华大学出版社,2006.5.6李彩霞主编.机械精度设计与检测技术M.上海:上海交通大学出版社,2006.1.7方子良主编.机械制造技术基础M. 上海:上海交通大学出版社,2005.1.8华楚生主编.机械制造技术基础M.重庆:重庆大学出版社, 2000.4.9李益民主编. 机械制造工艺设计简明手册M. 北京:机械工业出版社, 1999.10.10王光斗等主编.机床夹具设计手册M.上海:上海科学技术出版,2000.11.11艾兴等编. 切削用量简明手册M. 北京:机械工业出版社,2000.3.12王伯平主编.互换性与测量技术基础（第2版）M. 北京:机械工业出版社,2004.4.13巩云鹏、田万禄等主编.机械设计课程设计.东北大学出版社，2008.714孙志礼、冷兴聚等主编.机械设计.东北大学出版社，2000.915李凤平、张士庆等主编.机械图学.东北大学出版社，2006.8 机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称CA6140车床零件名称齿轮油泵泵盖共页第页车间工序号工序名称材 料 牌 号钻HT200毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸件88.76X60X2311设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式钻床Z5251夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件40.21s工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助05钻孔至1515.11mm，Ra12.5莫式锥柄麻花钻、游标卡尺39218.50.2015117.19s2.12s10 粗铰孔至15.9515.977mm，Ra6.3锥柄机用铰刀、内径千分尺974.80.90.95111.21s1.38s15 精铰孔至16-16.011mm,Ra1.6锥柄机用铰刀,内径千分尺974.80.90.05111.09s1.37s 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）2009.6.28吕春海标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期 机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称CA6140车床零件名称齿轮油泵泵盖共页第页材 料 牌 号HT200毛 坯 种 类铸件毛坯外形尺寸X60X23每毛坯件数1每 台 件 数1备 注 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 车 间 工 段设 备工 艺 装 备 工 时 准终 单件05时效热处理10车粗车右端面至18.6mmCA6140 端面车刀，游标卡尺15车半精车右端面至20mmCA6140端面车刀，游标卡尺20锪锪25通孔Z525麻花钻,内径千分尺25铰铰25孔至5.0mmZ5255麻花钻，游标卡尺30钻钻66.5通孔，钻11孔深6，铰孔Z525直柄短麻花钻， 锪钻，铰刀，游标卡尺35钻钻16深13盲孔，粗铰，精铰钻Z525专用夹具，内径千分尺40钳工去毛刺钳工台45终检检验各尺寸 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）2009.6.28标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期附件图纸零件图毛坯图夹具体装配图