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1 西安理工大学高等技术学院 毕业设计 题 目泵体的机械加工工艺及车夹具设计 所属系部机械工程系所属专业机械设计与制造 所属班级学 号 学生姓名指导教师 日 期 2 摘摘 要要 本文是对泵体零件加工应用及加工的工艺性分析，主要包括对零件图的分析、毛 坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、加工工艺 文件的填写。选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程。此外还对零件的两道 工序的加工设计了专用夹具. 机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广的通用夹具，规格尺寸多已标准化， 并且有专业的工厂进行生产。而广泛用于批量生产，专为某工件加工工序服务的专用 夹具，则需要各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。本论文夹具设计的主要内容 是设计钻中心孔夹具。 关键词：泵体，加工工艺，加工方法，工艺文件，夹具 3 AbstractAbstract This paper is on the bracket parts processing application and processing technology and analysis, including the parts of the plan, the choice of blank, the clamping, the craft route making, tool selection, the determination of cutting conditions, processing documents. Choose the correct processing methods, design the reasonable process. In addition to the stuffing box cover part two process designing special fixture. Machine tool fixture of many kinds, among them, the most widely used common fixture, size specifications have been standardized, and a professional production plant. While widely used in batch production, specially for a workpiece processing services for the fixture, it needs each factory according to workpiece machining technology to design and manufacture. In this paper, fixture design are the main contents of design of fixture for grinding center. Key words: scaffold, processing technology, processing method, process documentation, fixture 1 目 录 摘摘 要要2 ABSTRACTABSTRACT3 前前 言言3 第第 1 1 章章 序言序言4 1.1 机械加工工艺概述 4 1.2 机械加工工艺流程4 1.3 夹具概述5 1.4 机床夹具的功能6 1.5 机床夹具的发展趋势6 1.5.1 机床夹具的现状6 1.5.2 现代机床夹具的发展方向7 2 2 零件的分析零件的分析9 2.1 零件的工艺分析9 2.2 零件的工艺要求9 3 3 工艺规程设计工艺规程设计10 3.1 加工工艺过程 10 3.2 确定各表面加工方案10 3.2.1 影响加工方法的因素10 3.2.2 加工方案的选择11 3.3 确定定位基准 11 3.3.1 粗基准的选择11 3.3.2 精基准选择的原则12 3.4 工艺路线的拟订13 3.4.1 工序的合理组合13 3.4.2 工序的集中与分散13 3.4.3 加工阶段的划分14 3.4.4 加工工艺路线方案的比较15 3.5 零件的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定17 3.5.1 毛坯的结构工艺要求17 2 3.5.2 零件的偏差计算17 3.6 确定切削用量及基本工时（机动时间）18 3.7 时间定额计算及生产安排26 4 4 车床夹具设计车床夹具设计29 4.1 车床夹具设计要求说明 29 4.2 车床夹具的设计要点29 4.3 定位机构 30 4.4 夹紧机构31 4.5 零件的车床夹具的加工误差分析31 4.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 32 4.7 零件的车床专用夹具简单使用说明 32 结 论33 参考文献34 致谢35 3 前前 言言 机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通大学所学的知识，将理论与实 践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下 良好的基础。 机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生 产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经 济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手 段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的 质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。 而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳 动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件 相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们 的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。 而本次对于零件加工工艺及夹具设计的主要任务是： 完成零件零件加工工艺规程的制定； 完成专用夹具的设计。 通过对零件零件的初步分析，了解其零件的主要特点，加工难易程度，主 要加工面和加工粗、精基准，从而制定出零件加工工艺规程；对于专用夹具的 设计，首先分析零件的加工工艺，选取定位基准，然后再根据切销力的大小、 批量生产情况来选取夹紧方式，从而设计专用夹具。 4 第第 1 1 章章 序言序言 1.1 机械加工工艺概述 机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和 性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。 机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法， 直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工 工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包 装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位 置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比 如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳 工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公 差要达到多少。 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过 程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。这个就比较有针对 性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。 总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程 是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。 1.2 机械加工工艺流程 机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件 之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规 定的形式书写 成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包 括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装 备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 3) 选择毛坯。 5 4) 拟订工艺路线。 5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。 7) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 9) 填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以 提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产 条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及 时对工艺规程进行修订和完善。 1.3 夹具概述 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加 工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具 是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的 制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占 有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。 随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造 工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破 传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、 复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的 小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计 算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动 化达到了一个新的阶段。 “工欲善其事，必先利其器。 ” 工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制 造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在 不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和 产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹 6 具都是重要的工艺装备。 1.4 机床夹具的功能 在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。 1机床夹具的主要功能 机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。 （1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位 基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的 尺寸和位置精度要求。 （2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的 操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松 动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。 2机床夹具的特殊功能 机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。 （1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的 对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。 （2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并 引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具 （镗模）也具有导向功能。 1.5 机床夹具的发展趋势 随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工 具发展成为门类齐全的工艺装备。 1.5.1 机床夹具的现状 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作品种已占 工件种类总数的 85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代， 以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。 另一方面，在多品种生产的企业中，约 4 年就要更新 80%左右的专用夹具，而 夹具的实际磨损量仅为 18%左右。特别是近年来，数控机床（NC） 、加工中心 （MC） 、成组技术（GT） 、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提 7 出了如下新的要求： 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。 2）能装夹一组具有相似性特征的工件。 3）适用于精密加工的高精度机床夹具。 4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。 5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。 6）提高机床夹具的标准化程度。 1.5.2 现代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四 个方面。 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密 化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1； 用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5m；精密心轴的同轴度公差 可控制在 1m 内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可 达 0.20.5m。 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生 产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、 具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可 提高 5 倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验） 转速为 2450r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、 组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、 工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通 用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的 柔性化将是夹具发展的主要方向。 8 标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构 的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以 减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用 化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通 用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创 造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T2259 91 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商 品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 9 2 2 零件的分析零件的分析 2.1 零件的工艺分析 泵体是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但 其加工孔和底面的精度要求较高，此外还有泵体小端面端要求加工，对精度要求 也很高。零件的底面、中心孔45H7孔粗糙度要求都是，所以都要求精6 . 1Ra 加工。其中心孔45H7孔有同轴度公差要求因为其尺寸精度、几何形状精度和 相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影 响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。 2.2 零件的工艺要求 一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性， 也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的 劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加 工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。 图 2.1 零件零件图 该加工有七个加工表面：平面加工包括零件底面、底部平面；孔系加工包 10 括大、小头孔、小孔。 以平面为主有： 零件底面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是 ；2 . 3Ra 泵体小端面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是 。2 . 3Ra 孔系加工有： 45H7粗、精镗加工，其表面粗糙度为；2 . 3Ra 18H7、21H7的小孔钻铰加工，2 . 3Ra 零件毛坯的选择铸造，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余 量一般在，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因其13mm 年产量是中批量生产。 上面主要是对零件零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选 择了其毛坯的的制造方法为铸造和中批的批量生产方式，从而为工艺规程设计 提供了必要的准备。 3 3 工艺规程设计工艺规程设计 3.1 加工工艺过程 由以上分析可知，该零件零件的主要加工表面是平面、孔系。一般来说， 保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于零件来说，加 工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的 相互关系以各尺寸精度。 由上面的一些技术条件分析得知：零件的尺寸精度，形状精度以及位置关 系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。 3.2 确定各表面加工方案 一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也 就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳 动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计零件的 加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和孔加工精度要求的加工方法及设备。 除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足 精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。 3.2.1 影响加工方法的因素 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求， 11 选择加工方法及分几次加工。 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小 批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工， 在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。 要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有 色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。 要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和 设备，推广新技术，提高工艺水平。 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求， 工件形状和重量等。 选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。 再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为 IT6，表面粗糙度为 Ra0.63m，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准 备工序可为粗车半精车淬火粗磨。 3.2.2 加工方案的选择 由参考文献3表 2.112 可以确定，平面的加工方案为：粗铣精 铣（） ，粗糙度为6.30.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可79ITIT: a R 以较小。 由参考文献3表 2.111 确定，100H7和45H7孔的表面粗糙度要 求为 6.3，则选择孔的加方案序为：粗镗精镗。 15H7、21H7的小孔钻铰孔加工方法： 因为孔的表面粗糙度的要求，所以我们采用钻扩铰的加6 . 1Ra 工方法。 小头端面的加工方法是： 因孔两侧面表面粗糙度的要求较高，为，所以我们采用粗铣6 . 1Ra 精铣。 3.3 确定定位基准 3.3.1 粗基准的选择 选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加 工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。 粗基准选择应当满足以下要求： 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工 12 面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选 择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、 外形对称、少装夹等。 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面 是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床 身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的 余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加 工余量。 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位 准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需 经初加工。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证零件在整个 加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从零件零件图分析可知，主要是选 择加工零件底面的装夹定位面为其加工粗基准。 3.3.2 精基准选择的原则 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定 位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证 各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具 比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为 定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书 表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。 互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反 复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准 磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。 自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择 加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此 外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。 此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳 固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证零件在整个 加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从零件零件图分析可知，它的底平 面，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如 13 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。至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以用的44 孔为加工基准。 选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹 准。 3.4 工艺路线的拟订 对于中批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。零件的加工的 第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔和面定位粗、精加工零 件底面底部平面。 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。 3.4.1 工序的合理组合 确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设 备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则： 工序分散原则 工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的 机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不 高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 工序集中原则 工序数目