泵盖机械加工工艺规程及工艺装备设计-学位论文.doc

机械制造技术基础课程设计

机械制造技术基础课程设计
说明书

设计题目： 泵盖机械加工工艺规程及工艺装备设计
学 院： 机电学院
系 别： 机械系
专 业： 机械设计制造及其自动化
学生姓名: 学 号:
指导教师:
“机械制造技术基础”课程设计任务书
设计者： 温鑫 学号： 0612100201
设计题目：泵盖机械加工工艺规程及工艺装备设计 工艺文件编制（批量1万件/年）

序言
机械制造工艺学课程设计是进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练。
通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，对将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习大好基础。
一、 零件分析
（一）零件图

（二）零件工艺分析
分析零件图可知，泵盖图的各表面均要求铣、磨、切削加工，f7mm、f18 和f5mm孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，为保证孔的加工精度，可先用钻头在套筒的中间钻出一个f4mm的通孔。然后再在该孔的基础上近一步向外扩，直至达到精度要求，其余的表面用铣磨的方法加工。除此外，其他表面的加工精度要求均不太高，不需要高精度机床加工，一般通过铣削的粗加工就可以达到加工要求。而主要加工表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。

（三） 主要加工表面

加工表面
尺寸及偏差mm
公差及精度等级
表面粗糙度Ra/μm

泵盖图左端面
71
IT8
3.2
泵盖图右端面
71
IT8
12.5
泵盖图侧面
13
IT8
12.5
Φ7mm孔

IT7
12.5
φ18mm孔

IT7
1.6
φ5mm孔

IT7
1.6

二、 毛坯选择
（一）选择毛坯
根据该零件的形状可以看出属于盘套类零件。该零件的材料选为45钢即可，由于该零件在工作时受力不大，所以通常采用铸铁件。由于该套筒的尺寸不大，且生产类型属于大批量生产，为提高生产率和铸件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。毛坯成形方法的选择也应遵循功能性原则、经济性原则和可行性原则。
（二）确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
经查表可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。
1、公差等级
有泵盖图的功能和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。
2、铸件重量
由实物成品零件可初步估计机械加工前铸件毛坯的重量大约为6kg。
3、零件的材质系数
由于该零件的材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该零件的材质系数属M1级。
4、零件表面的粗糙度
由零件图可知，该套筒各加工表面的粗糙度Ra均大于等于0.8μm。
根据上述因素，可查表确定该零件的尺寸公差和机械加工余量，查得结果列于下表中。
（三） 毛坯尺寸公差及机械加工余量

项目/mm
机械加工余量/mm
尺寸公差/mm
备注
孔径f7

0
表2-10
3.0

表2-14
孔径f18

表2-10
2.5

表2-14
孔径f5

表2-10
2.0

表2-14
泵盖图端面

φ71
表2-10
2.0

表2-14
泵盖图侧
面

13
表2-10
2.0

表2-14

三．定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。
（一）精基准的选择
根据该泵盖图的技术要求和装配要求，选择泵盖图右端面和轴孔f18mm作为精基准，零件上的很多表面都可以采用他们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。轴孔f18mm的轴线是设计基准，选用其精基准定位加工套筒各端面和各表面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用泵盖图左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”的原则，因为该零件在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准；另外，为了避免在机械加工中产生加紧变形，根据加紧力垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则。
（二）粗基准的选择
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。对该零件可以选择f78mm的外圆面或轴孔的左端面作粗基准。采用f18mm外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀。

四． 工艺路线的拟定
（一）表面加工方法的选择
根据泵盖图零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如下表：
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/μm

加工方案
备注
泵盖图左端面
IT8
3.2
粗车—半精车——精车
表1—8
泵盖图右端面
IT8
12.5
粗车—半精车——精车
表1—8
泵盖图侧面
IT8
12.5
粗车—半精车——磨削
表1—6
φ9mm孔
IT7
12.5
粗镗———半精镗—精镗
表1—7
φ18mm孔
IT7
1.6
粗镗———半精镗—精镗
表1—7
φ5mm孔
IT7
1.6
粗镗———半精镗—精镗
表1—7

（二）加工阶段的划分
该零件加工质量要求较高，夸奖加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准（泵盖图右端面和轴孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣泵盖图各端面、各表面及对轴进行钻孔，并在半精加工阶段对钻孔进行外扩成f18mm、f7mm和f5mm的孔和完成泵盖图两端面的精铣加工。在精加工阶段，进行泵盖图两端面的磨削加工。

（三）加工顺序的安排
具体方案：基准加工-主要表面粗加工-钻孔-主要表面精加工
论证：此方案在同时进行粗加工后，进行钻孔，在钻孔后对零件各表面进行精加工，即满足了设计要求又节省了时间。
1. 机械加工工序
1.1 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——泵盖图右端面和轴孔f18mm。
1.2 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工续。
1.3 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——泵盖图右端面和轴孔f18mm，后加工次要表面。
1.4 最后进行精加工。
2. 热处理工序
铸造成型后切边，进行热处理，硬度为hb170-241，泵盖图两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。
3. 辅助工序
粗加工泵盖图两端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上述，该泵盖图工序的安排顺序为：基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。

（四） 确定工艺路线
在综合考虑上述工序安排原则的基础上，该零件的工艺路线如下表：

工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣泵盖图两端面
立式铣床
端铣刀
游标卡尺
2
钻通孔
钻床
麻花钻
卡尺
3
粗扩、精扩、铰f18、f7、f5孔
四面组合钻床
麻花钻、扩孔钻、铰刀
卡尺、塞规
4
半精铣泵盖图两端面
立式铣床
端铣刀
游标卡尺
5
粗铣f71表面
立式铣床
铣刀

6
半精铣f71表面
立式铣床
铣刀

7
粗铣、半精铣f7孔两端面
立式铣床
端铣刀
游标卡尺
8
去毛刺
钳工台
平锉

9
中检

塞规、百分表、卡尺等
10
磨削外表面
平面磨床
砂轮
游标卡尺
11
清洗
清洗机

12
终检

塞规、百分表、卡尺等

（五）工序的集中与分散
该零件是生产类型为大批量生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。

五、 工序内容的拟定
（一）、工序尺寸和公差的确定
1. 加工泵盖图两端面至设计尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的确定
第1、2两道工序的加工过程为：
（1）以左端面B定位，粗铣右端面A，保证工序尺寸P1；
（2） 以右端面定位，粗铣左端面，保证工序尺寸P2；
（3）以左端面定位，半精铣右端面，保证工序尺寸P3，达到零件图设计尺寸L的要求，L=71mm
由下图可找出工艺尺寸链

(1） 由上图可知，P3+P2+P1=L=71mm，
（2）在设计时可以用P1’作为粗加工时的工序尺寸、用Z1作为半精铣余量，其中半精铣余量可通过查表得知Z1=1mm，则P1’=（71+1）mm=72mm。由于工序尺寸是在粗铣加工中保证的，因此粗铣工序的经济加工精度等级可达到B面的最终加工要求——IT8，因此确定该工序尺寸公差为IT8，其公差值为0.054mm，故P1‘=（72±0.027）mm。
（3）同样用Z2表示粗铣余量，由于B面的加工余量是经粗铣一次切除的，故Z2等于B面的毛坯余量，即Z2=2mm，P1“=（72+2）mm=74mm。由表1-20确定该粗铣工序的经济加工加工等级为IT9，其公差值为0.087mm，故P1“=（74±0.043）mm。
（4）Z3为P1的精铣余量
为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。
（1）余量Z3的校核，在图中所示尺寸链中Z3是封闭环，故
Z3max=P1max‘—P1min“=[72+0.027—（71—0.3）]mm=1.327mm
Z3min=P1min‘—P1max“=[72—0.027—（71+0）]mm=0.973mm
(2) 余量Z2的校核，在图中所示的尺寸链中Z2是封闭环，故
Z2max=P1max"—P1min'=[74+0.043—（72—0.027）]mm=2.07mm
Z2min=P1min‘'—P1max'=[74—0.043—（72+0.027）]mm=1.93mm
余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。
2. 钻—扩—铰f18mm f7mm和f5mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定
由表2-29可查得，f18mm孔的精铰余量Z=0.08mm；粗铰余量Z=0.1mm；钻孔：Z=19mm。查表1-20可依次确定确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：IT8；粗铰：IT10；钻：IT12。根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，精铰：0.033mm；粗铰：0.052mm；钻：0.21mm。
同样的方法可查出f7mm孔的公差值分别为，精铰：0.035mm ；粗铰：0.1mm；钻：0.25mm。
(二) 设备工艺装备的选择
1. 机床设备的选用
在大批量生产条件下，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选通用设备。所选用的通用设备应提出机床型号，所选用的组合机床应提出机床特征，如“四面组合机床”。
2. 工艺装备的选用
工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片中应简要写出他们的名称，如“钻头”、“百分表”、“车床夹具”等。
因该零件是生产类型为大批量生产，所选用的夹具均为专用夹具。
（三）切削用量的的选择
1. 粗铣套筒两端面
该工序分两个工步，工步1是以B面定位，粗铣A面；工步2是以A面定位，粗铣B面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度V和进给量¦是一样的，只要背吃刀量不同。
（1）背吃刀量的确定
工步1的背吃刀量aP1取为Z1，Z1等于A面的毛坯总余量减去工序2的余量Z3，即Z1=2.5mm—1 mm=1.5mm；而工步2的背吃刀量aP2取为Z2，则如前所已知Z2=2mm，故aP2=2mm。
（2）进给量的确定
由表5-7知，按机床功率为5~10kw、工件——夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量取为0.12mm/z。
（3）铣削速度的计算
由表5-9知，按端铣刀、的条件选取，铣削速度v可取为40.5m/min。由公式可求得该工序铣刀转速，
，参照表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=100r/min。再将此转速代入公式，可求得该工序的实际铣削速度
。
2. 半精铣泵盖图左端面
（1）背吃刀量的确定，取ap=Z3=1mm。
（2）进给量的确定
由表5-8知，按表面粗糙度Ra2.5μm的条件选取，该工序的每转进给量取为0.4mm/r。
（3）铣削速度的计算
由表5-9知，按镶齿铣刀、、的条件选取，铣削速度v取为46.6m/min，由公式可求得铣刀转速，参照表4-15所列立式铣床的主轴转速，取转速n=100r/min。再将次转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际铣削速度
。
3. 钻、粗铰、精铰f16mm孔
（1）钻孔工步
1）背吃刀量的确定 ap=14.8mm。
2）进给量的确定 由表5-22知，选取该工步的每转进给量。
3）切削速度的计算 由表5-22知，按工件材料为45的条件选取，切削速度v可取为24m/min。由公式可求得该工序钻头转速n=516.44r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=960r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度
。
（2）粗铰工步
1）背吃刀量的确定 取ap=0.16mm
2）进给量的确定 由表5-31知，选取该工步的每转进给量。
3）切削速度的计算 由表5-31知，切削速度v可取为3m/min。由公式可求得该工序铰刀转速n=63.86r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min 。再将此转速代入公式，可求得该工序的实际切削速度
。
（3）精铰工步
1）背吃刀量的确定 取ap=0.04mm
2）进给量的确定 由表5-31知，选取给工步的每转进给量 。
3）切削速度的计算 由表5-31知，切削速度v可取为4m/min。由公式 可求得该工序铰刀转速n=84.93r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=195r/min。再将此转速代入公式，可求得该工序的实际切削速度
。
用同样的方法即可计算出f64mm和f80mm孔工序的切削用量及切削速度。
4）切削速度和进给量的校核
刀具的每分钟进给量、刀具转速进给量之间的关系为，由此可分别求出铰孔的每分钟进给量，即铰孔，但实际计算出的为：，令时，则铰孔的每分钟进给量，，这样组合机床切削用量的选择原则基本相符合。
综上所述，各工位的被吃刀量和切削速度按前述保持不变，而只需将铰孔的进给量改为即可。
（四）工序时间的计算
1. 基本时间tm的计算
（1）工序1——粗铣泵盖图两端面
根据表5-43中面铣刀铣平面的基本时间计算公式可求得该工序的基本时间。由于该共许包括两个工步，即两个工步同时加工（详见机械加工工艺过程卡片），故式中，，取；

，将上述结果代入公式，则该工序的基本时间。
（2）工序2——半精铣泵盖图左端面
同理，根据表5-43中面铣刀铣平面的基本时间计算公式可求出该工序的基本时间。式中

将上述结果代入公式，则该工序的基本时间

（3）工序3——钻、粗铰、精铰f16mm孔
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。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间为
2）粗铰工步
根据表5-41知，铰圆柱孔的基本时间可由公式求得。式中由表5-42按的条件查得将上述结果代入公式，则该工序的基本时间
3）精铰工步
同上，根据表5-41可由公式求得该工步的基本时间。由表5-42按的条件查得将上述结果代入公式，则该工序基本时间
2. 辅助时间的计算
辅助时间与基本时间之间的关系为，因此我们就取，则各工序的辅助时间分别为：
工序1的辅助时间：；
工序2的辅助时间：；
钻孔工步的辅助时间：；
粗铰工步的辅助时间：；
精铰工步的辅助时间：；
3. 其他时间的计算
除基本时间与辅助时间以外,每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于该零件的生产类型为大批量生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间就非常少了，可忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2%~7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%~4%，我们可取3%，则各工序的其他时间可按关系式计算，它们分别为：
工序1的其他时间：；
工序2的其他时间：；
钻孔工步的其他时间：；
粗铰工步的其他时间：；
精铰工步的其他时间：；
4. 单件时间的计算
以上工序的单件时间分别为：
工序1的单件时间：；
工序2的单件时间：；
孔的单件时间为以下三个工步单件时间的和，其中
钻孔工步的单件时间：；
粗铰工步的单件时间：；
精铰工步的单件时间：；
因此，该工序的单件时间：

六、夹具设计
设计夹具的基本要求：
1.保证工件的加工精度 
专用夹具应有合理的定位方案，标注合理的尺寸公差和技术要求，并进行必
要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工要求。 
2.提高生产效率 
应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。 
3．工艺性好 
专用夹具的结构应简单合理便于加工装配检验和维修。专用夹具的制造属于批量生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。 
4.使用性好 
专用夹具的操作应简单省力安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排泄结构。
5.经济性好 
除考虑专用夹具本身结构简单。标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。 

夹具装配图

工艺过程卡片

工序卡片