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泵体工艺及其夹具设计
摘要
在机床上加工工件时，定位和夹紧的全过程称为“安装”。
在机床上用来完成工件安装任务的重要工艺装备，就是各类夹具中应用最为广泛的“机床夹具”。
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。
本设计的主要内容是设计钻床夹具，需要对泵体上表面4xM6的四个螺纹孔进行钻削。
泵体零件上往往都有各种不同用途和不同精度的孔需要加工。
在机械加工中，孔的加工量所占比例较大，其中钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等定尺寸刀具加工占相当多数。
这时，除了要保证孔的尺寸精度外，还要达到孔的位置精度要求。
在单件小批量生产中，用划线后找正孔轴线位置方法加工。
在批量生产中一般都采用钻床夹具与镗床夹具，钻床夹具又称钻模，镗床夹具又称镗模，通过钻套、镗套引导刀具进行加工可准确地确定刀具与工件之间的相对位置。
关键词:
通用夹具专用夹具钻床夹具泵体
Abstract
Inthemachinemachining,positioningandclampingprocesscalled"installation".Themachineusedtocompletethetaskofworkpieceinstallationofprocessequipment,isanimportantfixtureinthemostwidelyused"themachinetool'sfixture.
Therearemanykindsofthemachinetool'sfixture,amongthem,usethewidestrangeofgeneralfixture,size,andtherehasbeenmorestandardizedprofessionalfactoryproduction.Andwidelyusedinmassproduction,designedforaworkpiecemachiningprocessesandspecialfixtureservicetothefactoryaccordingtotheworkpiecemachiningprocesstodesignandmanufacture.Thedesignofthemaincontentisboringandmillingmachinefixturedesignjigs,needtopumpbodysurface4xM6ofthefourthreadedholefordrilling.
Pumpbodypartsareusuallydifferentpurposesandaccuracyoftheholemachining.Inmachining,theholeofmanufactured,amongwhichtheproportionofdrilling,reaming,reamer,boringtoolsforsizeofsuchasizablemajority.Atthistime,excepttoensuretheaccuracyofthesizeoftheholehole,butalsoachievethepositionprecisionrequirements.Insinglesmallbatchproduction,usecrossedforpositiveholeaxispositionafterprocessingmethods.Inbatchproductioningeneralbydrillingandboringfixture,drillingfixtureanddiamondfixture,boringfixtureandsay,boring,boringsetbydrillingtoolsforprocessingguidecanaccuratelydeterminetoolandtherelativepositionbetweentheworkpiece.
KeywordGeneralfixtureSpecialjigDrillingfixturePumpbody
第一章绪论
1.1机床夹具概述
1.1.1机床夹具
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。
1.1.2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。
1.1.3机床夹具在机械加工中的作用
在机械加工中，使用机床夹具的目的主要有以下六个方面。
然而，在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。
夹具设计时应该综合考虑加工的技术要求、生产成本和工人操作方面的要求，以达到预期的效果。
①保证精度用夹具装夹工件时，能稳定地保证加工精度，并减少对其它生产条件的依赖性，故在精密加工中广泛地使用夹具，并且它还是全面质量管理的一个环节。
夹具能保证加工精度的原因是由于工件在夹具中的位置和夹具对刀具、机床的切削成形运动的位置被确定，所以工件在加工中的正确位置得到保证，从而夹具能满足工件的加工精度要求。
②提高劳动生产率使用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，并能够显著地缩短辅助时间和基本时间，提高劳动生产率。
③改善工人的劳动条件用夹具装夹工件方便餐、省力、安全。
当采用气压、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度，保证安全生产。
④降低生产成本在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显地降低生产成本。
⑤保证工艺纪律在生产过程中使用夹具，可确保生产周期、生产调度等工艺秩序。
例如，夹具设计往往也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要工艺手段之一。
⑥扩大机床工艺范围这是在生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施。
如在车床上拉削、深孔加工等，也可用夹具装夹以加工较复杂的成形面。
1.2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。
1.2.1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15%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。
1.2.2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。
①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5μm；精密心轴的同轴度公差可控制在1μm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0.2~0.5μm。
②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9000r/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。
③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。
④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/T2148~T2259—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。
第二章零件的工艺分析
2.1零件的作用
图2.1泵体零件图
题目所给的零件是泵体零件，泵体是机器的基础零件，其作用是将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关零件联成一个整体，并使之保持正确的相对位置，彼此协调工作，以传递动力、改变速度、完成机器或部件的预定功能。
所以，泵体的加工质量的好坏直接影响这泵的性能和耐用性，从而提出零件的制造工艺方面的要求：
加工精度和加工表面质量。
前者包括了零件的尺寸精度、形状精度和位置精度；后者包括了零件表面的粗糙度、波度和物理、机械性能；要求箱体零件要有足够的刚度和强度，良好的密封性和散热性；设计结构应能够加工。
在工件上应有足够的加工空间，以便刀具能够接近加工部位，如留有必要的退刀槽和越程槽等；要能提高劳动生产率。
如加工表面尽可能地安排在同一平台面或同一轴线上，以便采取多刀或多件加工的高效生产方法。
因此，箱体零的加工质量和方案直接影响机器的性能、精度和寿命和工人的工作强度。
零件如图2.1所示。
2.2零件图的审核
2.2.1分析零件图
①检查零件图的完整性和正确性
检查内容：
检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标注是否齐全、合理等。
②零件的技术要求分析
包括内容：
加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求；热处理要求；其它要求（如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等）。
要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。
特别要分析主要表面的技术要求。
③零件的材料分析
分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。
判断其加工的难易程度，为选择刀具材料和切削用量提供依据。
④合理的标注尺寸
1）零件图上的重要尺寸应直接标注，而且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链最短的原则。
2）零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准标注尺寸。
3）零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。
4）零件上非配合的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。
5）零件上各非加工表面的位置尺寸应直接标注，而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。
2.2.2零件的结构工艺性分析
①概念：
零件的结构工艺性是指在满足使用性能的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。
②零件的结构工艺性分析应考虑几方面：
1）有利于达到所要求的加工质量
a合理确定零件的加工精度与表面质量
b保证位置精度的可能性
2）有利于减少加工劳动量
a尽量减少不必要的加工面积
b尽量避免或简化内表面的加工
3）有利于提高劳动生产率
a零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工。
b减少零件的安装次数
c零件的结构应便于加工
d避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削
e便于多刀或多件加工
此泵体的外形较简单，有许多加工要求高的孔和平面。
而主要加工面是轴孔，轴孔之间有相当高的位置和形状的要求。
现分析结构特点如下：
①结构特点
1）外形基本上是多个圆柱面组成的封闭式多面体；
2）结构形状比较简单，内部为空腔形；
3）泵体的加工面，仅为左侧面和上下表面，此外还有精度要求较高的配作孔。
②术要求如下
1）尺寸精度内孔的尺寸精度、表面粗糙度要求。
2）为满足泵体加工中的定位需要及箱体与机器总装要求，箱体的装配基准面与加工中的定位基准面应有一定的平面度和表面粗糙度要求。
2.3生产过程与工艺过程
生产过程：
是指将原材料转变为成品的全过程。
工艺过程：
在生产过程中，凡是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的过程称为工艺过程。
工艺：
就是制造产品的方法。
机械加工工艺过程：
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。
2.3.1生产过程
工业产品的生产过程：
是指由原材料到成品之间的各个相互联系的劳动过程的总和。
主要包括：
①生产技术准备过程包括产品投产前的市场调查分析，产品研制，技术鉴定等。
②生产工艺过程包括毛坯制造，零件加工，部件和产品装配、调试、油漆和包装等。
③辅助生产过程为使基本生产过程能正常进行所必须的辅助过程，包括工艺装备的设计制造、能源供应、设备维修等。
④生产服务过程包括原材料采购运输、保管、供应及产品包装、销售等。
2.3.2工艺过程
工艺过程基本概念：
在生产过程中，凡是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的过程称为工艺过程。
工艺规程：
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。
为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理，需要把工艺过程划分为不同层次的单元。
它们是工序、安装、工位、工步和走刀。
其中工序是工艺过程中的基本单元。
零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成，在一个工序中可能包含有一个或几个安装，每一个安装可能包含一个或几个工位，每一个工位可能包含一个或几个工步，每一个工步可能包括一个或几个走刀。
①工序
一个（或一组）工人，在一个工作地（或一台机床）上对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。
划分工序的依据是工作地点是否变化和工作过程是否连续。
工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。
②安装
在机械加工工序中，使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程，称为装夹。
有时，工件在机床上需经过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。
安装是指工件经过一次装夹后所完成的那部分工序内容。
③工位
采用转位（或移位）夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工，工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。
简单来说，工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序内容，称为工位。
④工步
在加工表面、切削刀具、切削速度和进给量不变的条件下，连续完成的那一部分工序内容称为工步。
生产中也常称为“进给”。
为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个加工表面的工步，称为复合工步，也可以看作一个工步。
⑤走刀
加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为走刀。
例如轴类零件如果要切去的金属层很厚，则需分几次切削，这时每切削一次就称为一次走刀。
因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成一次进给运动称为一次走刀。
2.4工艺规程
工艺规程是在具体的生产条件下说明并规定工艺过程的工艺文件。
根据生产过程工艺性质的不同，有毛坯制造、零件机械加工、热处理、表面处理以及装配等不同的工艺规程。
其中规定零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程；用于规定产品或不见的装配工艺过程和装配方法的工艺文件是机械装配工艺规程。
它们是在具体的生产条件下，确定的最合理或较合理的制造过程、方法，并按规定的形式书写成工艺文件，指导制造过程。
工艺规程是制造过程的纪律性文件。
其中机械加工工艺规程包括：
工件加工工艺路线及所经过的车间和工段、各工序的内容及所采用的机床和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、工时定额及工人技术等级等内容。
机械装配工艺规程包括装配工艺路线、装配方法、各工序的具体装配内容和所用的工艺装备、技术要求及检验方法等内容。
机械制造工艺规程的作用主要有：
①工艺规程是指导生产的主要技术文件合理的工艺规程是在总结生产实践经验的基础上，依据工艺理论和必要的工艺试验而制定的，是保证产品质量与经济效益的指导性文件。
在生产中应严格地执行既定的工艺规程。
但是，工艺规程也不是固定不变的，工艺人员应不断总结工人的革新创造，及时地吸取国内外先进工艺技术，对现行工艺不断地予以改进和完善，以便更好地知道生产。
②工艺规程是指导生产组织和管理工作的基本依据在生产管理中，产品投产前原材料及毛坯的供应、通用工艺装备的准备、机械负荷的调整、专用工艺装备的设计和制造、作业计划的边排、劳动力的组织，一级生产成本的核算等，都是以工艺规程作为基本依据的。
③工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料在新建或扩建工厂或车间时，只有依据工艺规程和生产纲领才能正确确定生产所需要的机床和其他设备的种类、规格和数量；确定车间的面积，机床的布置，生产工人的工种、等级及数量以及辅助部门的安排等。
第三章确定毛坯、画毛坯图
3.1确定毛坯种类
根据零件图可知，零件材料为灰口铸铁，零件形状为非圆柱体，且属于大批生产，因此选用铸造毛坯，这样，毛坯形状与成品相似，加工方便，省工省料。
3.2确定铸件加工余量及形状
泵体零件材料采用灰铸铁制造。
材料为HT200，根据《机械制造工艺设计简明手册》查得各种铸铁的性能比较，得灰铸铁的硬度HB为143～269，灰铸铁的物理性能，HT200密度ρ=7.2～7.3
，计算零件毛坯的重量约为4.5kg。
根据原始资料，毛坯重量估算为4.5kg<100kg。
查《金属机械加工工艺手册》工艺表17-5机械加工车间的生产性质为轻型，确定为大批生产。
查《机械制造技术基础》第3版表6-4，确定毛坯铸件的制造方法为金属模机器造型。
根据生产纲领，选择铸造类型的主要特点要生产率高，适用于大批生产，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5根据铸造的类别、特点、应用范围和铸造方法的经济合理性，按表确定机器造型金属模的加工余量等级为F级,尺寸公差等级为7-9级，选择CT8级精度。
通过查表计算零件加工余量如表3.1所示
表3.1零件的加工余量
加工位置
零件尺寸
加工余量
毛坯尺寸
公差等级
底面及其对面
62
4
66
IT11
左端面及对面
161
2
163
IT11
Φ50孔内表面
Φ50
5
Φ45
IT7
Φ42孔内表面
Φ42
5
Φ37
IT7
Φ30孔内表面
Φ30
5
Φ25
IT7
最终确定毛坯图3.1所示。
图3.1泵体毛坯图
第四章工艺规程设计
4.1孔和平面加工分析
此零件的主要加工表面是平面及孔系。
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，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。
由于生产量也相当大，怎样满足生产率的要求也是零件加工过程中的主要考虑因素。
4.1.1孔和平面的加工顺序
零件的加工应遵循先面后孔的原则：
即先加工泵体上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面，然后再加工孔系。
泵体零件的加工自然应遵循这个原则。
这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。
其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。
为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。
泵体零件的加工工艺应遵循粗精加工基准面的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。
这样处理还有一个好处就是在粗加工以后零件表面有应力集中的现象，粗精分开可以在粗加工以后进行热处理以消除应力。
4.1.2镗孔加工方案选择
泵体零件孔加工方案，应选择能够满足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，应选择最经济的机床。
根据泵体零件图所示的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。
①用镗模法镗孔
在大批量生产中，泵体镗孔加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。
镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。
当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔的精度。
采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。
因此，可以用几把刀同时加工。
所以生产效率很高。
但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。
用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。
②用卧式镗孔
在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。
镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而卧式镗孔却能适应这种要求。
综合以上的特点，本零件镗孔的加工采用卧式镗床镗孔。
4.2选择定位基准
正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。
定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。
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