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水泵叶轮夹具及工艺的设计

发布时间:2022-07-03 08:32:22 来源:永乐国际平台手机版 作者:永乐国际永久入口

 

  对车间的观察, 及自己的兴趣爱好,对不规则零件和形状较复杂零件如何加 工和装夹产生了浓厚的兴趣。 现在决定以此为课题,进行水泵叶轮夹具及加工工 艺的设计。

  科学依据 (包括课题的科学意义; 国内外研究概况、 水平和发展趋势; 应用前景等)

  专用夹具操作方便、 省力、 安全便于零件装夹加工同时能保证零件的加工精 度,降低了劳动生产强度,降低生产成本,提高生产效率。

  目前要解决如下问题: 定位水泵叶轮的加工工艺过程。 设计夹具满足零件加工要求能提高加工生产 率,操作方便、省力、安全,具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本,具有良 好的结构工艺性:便于制造、检验、装配、调整、维修。

  按照设计任务, 根据调查研究所提供的权据和有关技术资料, 进行以下工作: 进行数据计算、绘制有关图纸,编写技术文件等。其基本内容如下: 1)绘制被加工零件工序图。 2)部件装配图设计。 3)按规定格式编制设计计算说明书。

  加工工艺符合实际生产情况,夹具满足零件加工要求能提高加工生产率,操 作方便、省力、安全,具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本,具有良好的结 构工艺性:便于制造、检验、装配、调整、维修。

  专用夹具是根据工件的加工要求,以通用部件与一些定制部件组合而成的。 它能满足零件加工工序的精度要求, 能提高加工生产率, 操作方便、 省力、 安全。

  设计零件为:水泵叶轮,按图中加工位置加工Ф 80 底面和两条相互垂直的 槽,材料为 HT200。 本文详细论述了零件加工工艺以及零件装夹方案方面的探讨, 包括加工工艺 的确定,工件夹紧方案的选择,切削用量的计算,机床的选择。

  在 实 际 生 产 过 程 中 ,很 多 行 业 中 一 些 形 状 较 复 杂 产 品 特 别 是 加 工 批 量 较 大 的 零 件 ,利 用 通 用 夹 具 难 以 装 夹 。即 便 勉 强 可 以 装 夹 但 零 件 的 装 夹 和 加 工 难 度 也 同 时 提 高 ,精 度 难 以 保 证 ,工 人 劳 动强度提高,所耗工时增加,成本提高,加工生产效率低。 为 了 便 于 零 件 的 装 夹 和 加 工 同 时 保 证 加 工 质 量 ,降 低 工 人 劳 动强度,降低成本,提高生产加工效率需要使用专用夹具。 本课题主要是对水泵叶轮的机械加工工艺规程的设计及工 艺 装 备 的 设 计 ( 年 产 量 为 10000 件 ) ,为企业解决实际的问题。 针 对 该 水 泵 叶 轮 的 尺 寸 特 殊 性 、加 工 工 序 和 机 床 的 良 好 使 用 ,则 需 设 计 一 套 专 用 夹 具 , 从 而 确 保 车 削 水 泵 叶 轮 Ф 80 底面和铣削水 泵 叶 轮 两条相互垂直的槽的精度,提高生产效率,保证零件的产量。 本 课 题 的 设 计 综 合 运 用 了 我 们 所 学 的 机 械 制 图 、机 械 设 计 基 础 、机 床 概 论 、机 械 制 造 工 艺 学 、机 床 夹 具 设 计 等 专 业 理 论 知 识 。 关键词:水泵叶轮、工艺、夹具。

  装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济 的水平和现代化程度,机床技术及装备是发展新兴高新技术 产业和尖端工业(如信息技术及其他产业、生物技术及起产 业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装 备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别,不在于生产什 么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产。 ”制造技术的装 备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而车床技术又是 当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造 产业广泛采用数控车床技术,以提高制造能力和水平,提高 对动态多变市场的适应能力和竞争能力。 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术 可 极 大 的 提 高 效 率 ,提 高 产 品 的 质 量 和 档 次 ,缩 短 生 产 周 期 和 提 高 市 场 竞 争 能 力 。为 此 日 本 先 端 技 术 研 究 会 将 其 列 为 5 大 现 代 制 造 技 术 之 一 ,国 际 生 产 工 程 学 会 ( C I R P ) 将 其 确 定 为 21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域, 年产30万辆的生产节拍是40秒/辆, 而 且 多 品 种 加 工 是 轿 车 装 备 必 须 解 决 的 重 点 问 题 之 一 ;在 航 空 和宇航工业领域,起加工的零件多为薄壁和薄筋,刚度很差, 材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削里很小的情况 下 ,才 能 对 这 些 筋 、壁 进 行 加 工 。近 来 采 用 大 型 整 体 铝 合 金 坯 料“ 掏 空 ”的 方 法 来 制 造 机 翼 、机 身 等 大 型 零 件 来 替 代 多 个 零 件通过众多的铆钉、 螺钉和其他联结方式拼装, 使构件的强度、 刚 度 和 可 靠 性 的 到 提 高 。这 些 都 对 加 工 装 备 提 出 了 高 速 、高 精 和高柔性的要求。 从 EM02001 展 会 情 况 来 看 , 高 速 加 工 中 心 进 给 速 度 可 达 80m/min,甚 至 更 高 , 空 运 行 速 度 可 达 100m/min 左 右 。 目 前 世

  1 ) 零 件 加 工 的 适 应 性 强 、灵 活 性 好 ,能 加 工 轮 廓 形 状 特 别 复杂或难以控制尺寸的零件,如模具类零件、壳体类零件等。 2 ) 能 加 工 普 通 机 床 无 法 加 工 或 很 难 加 工 的 零 件 ,如 用 数 学 模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。 3) 4) 能加工一次装夹定位后,需进行多道工序加工的零件。 加工精度高、加工质量稳定可靠。

  5 ) 生 产 自 动 化 程 度 高 ,可 以 减 轻 操 作 者 的 劳 动 强 度 。有 利 于生产管理自动化。 6) 生产效率高。

  7 ) 从 切 削 原 理 上 讲 ,无 论 是 端 铣 或 周 铣 都 属 于 断 续 切 削 方 式 ,而 不 像 车 削 那 样 连 续 切 削 ,因 此 对 刀 具 的 要 求 较 高 ,具 有 良 好 的 抗 冲 击 性 、韧 性 和 耐 磨 性 。在 干 切 削 状 况 下 ,还 要 求 有 良好的红硬性。

  加 工 顺 序 通 常 包 括 切 削 加 工 工 序 、热 处 理 工 序 和 辅 助 工 序 等 ,工 序 安 排 的 科 学 与 否 将 直 接 影 响 到 零 件 的 加 工 质 量 、生 产 率和加工成本。切削加工工序通常按以下原则安排: 1) 先 粗 后 精 当加工零件精度要求较高是都要经过粗加

  工 、半 精 加 工 、精 加 工 阶 段 ,如 果 精 度 要 求 更 高 ,还 包 括 光 整 加工等几个阶段。 2) 基 准 面 先 行 原 则 用作精基准的表面应先加工。任何零

  件 的 加 工 过 程 总 是 先 对 定 位 基 准 进 行 粗 加 工 和 精 加 工 ,例 如 轴 类 零 件 总 是 先 加 工 中 心 孔 ,在 以 中 心 孔 为 精 基 准 加 工 外 圆 和 端 面 箱 体 类 零 件 总 是 先 加 工 定 位 用 的 平 面 及 两 个 定 位 孔 ,再 一 平 面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。 3 )先 面 后 孔 对 于 箱 体 、支 架 等 零 件 ,平 面 尺 寸 轮 廓 较 大 ,

  用平面定位比较稳定,而且孔的深度尺寸有是以平面为基准 的,故应先加工平面,然后加工孔。 4) 先 主 后 次 即先加工主要表面,然后加工次要表面。

  我的毕业设计就是利用机床对水泵叶轮进行的加工设计 相应的夹具。本文从水泵叶轮的工艺分析、车床夹具的设计、 铣床夹具的设计几个方面予以阐述。

  3.3.1 定位元件的选用: 本夹具定位元件采用平头支撑钉(A 型)和定位心轴,套类和盘类工件加工 是,为保证外圆和端面与内孔轴线间的位置精度,常以孔定位,在心轴上定位。 支撑钉主要用于精基准的定位,定位面是平面。材料为 45cr 优质碳素结构 钢,支撑钉与工件定位基面的接触的表面,尺寸精度不低于 IT8,定位元件—支 撑钉的工作表面粗糙度大于 Ra1.6 微米,选用 Ra0.8 或 Ra0.4,采用调整法和修

  配法提高装配精度,保证支撑钉在同一个平面上。 定位心轴的材料选用 45 钢,心轴外圆柱表面与工件定位面配合的表面,尺 寸精度不低于 IT8,选用 IT7 或 IT6 制造,并经过调质处理,提高表面硬度和耐 磨性。硬度 HRC55-62。该心轴为刚性心轴的结构形式。是间隙配合的心轴,多 用于定心精度不高生产批量不大的场合,要求水泵叶轮以孔和端面组合定位。 3.3.2 夹紧方案的选择 本夹紧方案采用夹紧螺母、垫圈与心轴联结夹紧,通过于心轴的联结把水 泵叶轮固定到夹具上, 心轴的具体形状尺寸等见图纸车夹具中心轴。当工件加工 完毕后,松开螺母,卸下工件。在装上下一个工件,夹紧后即可加工下底面。由 于采用手动夹紧,也只能用于中小批生产的场合。

  3.3.3 夹具体的设计 夹具体是与车床联结的元件,车床夹具体材料为 HT200,盘形零件,夹具 体为铸件。 3.3.4 支架的设计: 加工前,水泵叶轮在夹具上获得正确的位置后,还必须在夹具上设置夹紧 机构,将水泵叶轮夹紧,以保证水泵叶轮在切削力、离心力等外力作用下仍然保 持定位是所占据的位置不变。 a)夹紧里的方向:夹紧里的方向朝向向工件的主要定位面,以保证水泵叶 轮的定位精度。根据加工要求,在水泵叶轮的底面上车削,要保证孔与端面的垂 直度和 4mm 的厚度,根据加工要求,以水泵叶轮底面的对面为主要定位面,夹紧 里的方向应该朝向底面,这样能保证定位可靠,满足上述要求。 b)夹紧里的作用点:夹紧力的作用点应正对定位元件或落在定位元件的支 撑范围内, 以保证水泵叶轮的定位可靠。夹紧力的作用点应处在水泵叶轮刚性较 好的部位,减小了夹紧变形。这种措施对于刚性较差的水泵叶轮很重要,夹紧水 泵叶轮时, 若夹紧力作用在水泵叶轮的圆柱薄壁上,会使水泵叶轮产生交大的变 形,所以夹紧里作用在刚性较好的凸台处,因为他的轴向刚度比径向刚度大。 c)夹紧力的大小:夹紧力的大小,对工件的定位可靠性,工件和夹具的变 形,夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择都有很大的影响。

  夹紧力的大小涉及复杂的动态平衡问题,所以只能作粗略估算。计算是以 主切削力为依据与夹紧力建立静平衡方程,解此方程来求夹紧里的大小。考虑到 切削力大小在加工过程中受到工件材质不均匀、刀具磨损等因素影响,在考虑到 工件在实际加工工程中还会受到惯性力和来自工件自重等外力因素。 所以对按静 力平衡求得的夹紧力大小还必须乘以安全系数加以修正, 作为实际所需要的夹紧 力数值。 即: F j =KF jo 式中:F j 为实际所需的夹紧力,单位:N ;F jo 为理论上的夹紧力;K 为安全系 数,通常 K=1.5-1.3。F j =12000(N)

  3.3.5 夹紧元件结构: 本夹具夹紧元件采用夹紧螺母、垫圈与中心定位心轴夹紧。 3.3.6 夹具与工作台的联结方式: 夹具是通过过渡盘固定在车床主轴上的, 以此来确定夹具在机床上的位置。 用 4 个 M16 的螺栓将夹具安装在车床主轴上。

  如前所述, 在设计夹具时, 应该注意提高劳动生产率。 但由于是中小批生产, 所以着眼与手动夹紧而不是采用自动、 机动夹紧, 因为这是降低成本的重要途径。 本道工序是精车水泵叶轮底面,切削力较小,为了夹紧工件,避免积聚结构过于 庞大。目前采取的措施是:提高毛坯制造精度,使最大切削深度降低,以降低切 削力。 选择合理的夹紧机构, 尽量增加夹紧力。 结果, 本夹具总的感觉比较紧凑。 车夹具的装配图以及零件图分别见图纸。

  根据第 5 道工序夹具将用在卧式铣床上加工水泵叶轮上两条互成 90 o 的十字 槽。机床型号为 X63 卧式铣床。刀具为 Φ 10 的指状铣刀。 3.5.1 问题的提出

  槽宽 11mm、深 11mm 这两条槽对 Φ 12H8 的孔有一定的技术要求,要求每条槽相 对于Φ 12H8 的轴线。在加工本道工序时,两 条十字槽未经加工,主要应考虑机械加工的精度,而提高劳动生产率,降低劳动 强度为其次要因素。 3.5.2 定位基准的选择: 精基准的选择主要应考虑基准重合问题。当设计基准与工序基准不重合时, 应该进行尺寸换算。现设计计算如下: 方案 1:工件以底面及Φ 80   0.05mm 外圆为定位基准,共限制了工件的 5 个 自由度。 a) 定位误差的分析

  定位,加工宽 11mm 的槽,要求槽的对称度的定位误差。 (a)分析:对称度的工序基准Φ 12H8 的轴线mm 的轴线。工件定位基准与止口定位基准(Φ 80   0.07 mm)不重合,△ Y ≠0。

  △ D =△ Y △ B =0.150.02 =0.17mm 这种定位方式的定位误差太大,很难保证槽的对称度要求。其原因:一方面 是定位基准与工序基准不重合, 另一方面是定位基面的公差太大。解决以上问题 的措施是: 方案二:改用Φ 12H8 孔定位,使△ B =0。同时,由于Φ 12H8 孔的公差较小,

  案二的这种方式,能够满足槽的对称度要求。 3.5.3 夹具的结构设计: 夹具的总体结构为盘类形状。 3.5.4 定位元件的选择及要求: 本夹具选用的定位元件是一个定位销和一个定位盘。定位销采用的短圆柱 销,因为这种类型的销适用与直径在Φ 50mm 以下的孔定位。限制了水泵叶轮 2 个自由度。 用一个定位盘上的面限制水泵叶轮底面的 3 个自由度。定位盘的定位 基准面必须有足够的精度, 因为工件的定位是通过定位副的接触实现的,定位盘 的精度直接影响工件的定位精度,因此,该定位盘基面应有足够的精度,以适应 水泵叶轮的加工要求。 该定位盘应有足够的刚度和强度,定位盘不仅限制工件的自由度,还有支撑 工件,承受夹紧力和切削力的作用,所以应该有足够的刚度和强度,以免使用中 变形或破坏。 定位盘的耐磨性要好, 水泵叶轮的装卸会磨损定位元件的定位基面,导致定 位精度下降。 定位盘的工艺性要好,定位盘的结构要求简单,合理,便于加工,装配和更

  换。 定位盘的材料:HT200。 3.5.5 夹紧元件的选择: 本夹具夹紧元件,采用移动压板。 3.5.6 夹具体的设计: 夹具材料选用 HT200,盘类结构。夹具体采用铸件。 3.5.7 夹紧方案的设计: 夹紧力的作用点在水泵叶轮定位基面的对面,落在定位盘的支撑范围内,保 证定位可靠,作用点处在水泵叶轮刚性较好的部位,减小了夹紧变形。 夹紧力的方向: 夹紧力的方向朝向水泵叶轮定位底面以保证水泵叶轮的定位 精度。该夹紧力方向有利于减小夹紧力,在工件上铣床上铣削,夹紧力因于铣削 轴向力工件的重力同向,切削力、重力由夹具的固定支承承受。切削扭矩由夹紧 力所产生的摩擦力矩平衡, 轴向力和重力所产生的摩擦力矩有利于减小所需夹紧 力。故所需夹紧力可最小。 夹紧力对工件定位可靠性、 工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度和传动 装置的选择有很大的影响。 夹紧力的大小计算涉及到复杂的动力平衡问题,这里 只作粗略的估算。 F J =KF J 0 =1.5×600=900N 1. 夹紧元件的结构:在夹紧机构中多数是以斜契夹紧机构、螺旋夹紧机构以及 偏心夹紧机构为基础构成的,这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。 本夹紧机构采用螺旋夹紧机构,他的结构形式变化最多,选用典型的移动压 板,他的结构紧凑,使用方便。 2. 夹具与工作台安装联结方式:本铣夹具通过定位键与铣床工作台 T 形槽的配 合来确定夹具在机床上的位置。 定位键采用沉头螺钉固定在夹具体底面的纵向槽 中,使用两个,两定位键的距离比较远,定位精度较好。定位键与夹具体的配合 为 H7/H6。为提高夹具安装精度,定位键的下部(与工作台 T 形槽配合 部分) 可留有余量进行修配, 或者在安装夹具时使定位键一侧与工作台 T 形槽靠紧,以 减小轴间隙的影响。 铣床夹具的夹具体设计有耳座,并通过四个 M16 的螺栓将夹具紧固在机床的

  工作态 T 形槽中,耳座的间距与 T 形槽的间距一致。 3.6 夹具设计及操作的简单说明 本夹具用在卧式铣床上加工水泵叶轮上两条互成 90 0 的十字槽。 工件以底面Φ 12H8 的孔及底面在定位销和定位盘的端面上定位,并使叶轮上 的叶片与压板头部的缺口对中,夹紧时,旋转螺母,通过杠杆联动使两压板同时 夹紧工件。 当一条槽加工完毕后,扳手顺时针转动,使分度盘与夹具体之间松开。分度 盘下端沿圆周方向分布有四条长度为 1/4 周长的斜槽。然后逆时针转动分度盘, 在斜槽面的推压下定位销逐渐退入夹具体的衬套中,当分度盘转过 90 0 位置时, 定位销依靠弹簧弹出,落入第二条斜槽中,再反靠分度盘使定位销与槽壁贴紧, 用扳手把分度盘拉紧在夹具体上,即可加工另一条槽。由于分度盘上的四条槽为 单向升降,因此分度盘也只能单向旋转分度。 该夹具结构简单,操作方便。但分度精度受到分度盘的四条斜槽制造精度的 影响,故适用于加工要求精度不高的情况下。另外采用铸铁定位盘,也只能用于 加工批量不大的场合。 铣床夹具的装配图及夹具主要零件图分别见图纸。

  通过一段时间的设计研究, 整个设计工作已经完成。本人设计了一套车夹具 和一套铣夹具。 其设计本方案与实际生产相吻合,能够解决企业一些基本的实际 问题。 本设计方案和类似的夹具相比,能正确的解决一个零件在加工中的定位、夹 紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题,保证零件的加工质量。但是还有一 些地方做的不够完善, 需要进一步改进和研究,本夹具设计对夹紧力的计算只是 粗略的估算, 车夹具安装还需要调试,夹具的夹紧改为其他夹紧方式可能会更好 的提高生产效率。 此外经过最后检查发现铣夹具上缺少一个对刀块根据铣床夹具 的结构我选择了侧装对刀块 JB/T8031。4-1995 在此补充说明。 我在这次的毕业设计的过程中,专业知识得到一次全卖弄的复习和提高。在 以下各个方面得到了很好的锻炼: 1. 的知识。 2. 提高了机构设计能力, 通过设计夹具训练,获得根据被加工零件的加工 能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到

  要求,设计出高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。 3. 学会使用手册以及图表资料,掌握与夹具设计有关的各种资料的名称、

  出处,做到了熟练运用。 总而言之, 通过这次毕业设计,我对自己不久未来将要从事的工作进行了一 次很好的适应性的训练,从中锻炼了自己独立分析问题、解决问题的能力,也为 以后从事的工作铺垫了基石。 由于本人能力、经验等各方面不足的限制,所在设计中难免有不足之处,欢

  论文脱稿之际, 特此感谢指导张佳兴老师为我讲解新技术、提供具有代表性 的课题,材料,以及在我遇到难题时及时的精心为我解答,使我顺利的完成了此 次的毕业设计。对张佳兴老师严谨、细致、认真的作风致以崇高的敬意。对张佳 兴老师细心的指导和付出的心血表示衷心的感谢! 南通职业大学的诸位老师在我撰写毕业论文过程中以及在学校期间, 给予了 很多帮助和支持。为此再次向他们表示诚挚的谢意! 向所有关心、支持、帮助过我的各位老师、同学、朋友们表示感谢! 最后,向热心评审本论文和参加答辩的各位老师致以由衷的感谢!

  [1]没康焘,机械制图,上海,上海交通大学出版社,2000 [2]陈立德 李晓辉,机械制造技术(第二版) ,上海,交通大学出版社,2004 [3]赵家齐,机械制造工艺学课程设计指导用书(第二版) ,北京,机械工业出版 社,1994 [4]艾兴 肖诗纲,切削用量简明手册,北京,机械工业出版社,1994 [5]哈尔滨工业大学,上海工业大学主编《机床夹具设计》 ,上海,上海科学技术 出版社,1983 [6]东北重型机械学院,洛阳工学院,第一汽车制造长职工大学编, 《机床夹具手 册》 ,上海,上海科学技术出版社,1990 [7]孟宪栋 刘彤安 机床夹具图册,机械工业出版社,2006

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