机械制造加工工艺与夹具设计

前 言

机械工业是一种基本工业形式，对于我们国家来说，它关系到国计民生的方方面面。近年来机械工业领域向着高精度、高质量、高效率、低成本方向发展，数字化，自动化水平日益提高。同时由于机械工业的发展，其他各工业部门也向着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。

机械制造过程及检测，检验中，都要使用大量的夹具。为了达到提高劳动效率，提高加工精度，减少废品，扩大机床的工艺围，改善操作的劳动条件，如何设计好夹具则成了机械制造的一项重要任务。

机床夹具是夹具中的一种，将其固定到机床上，可以使被加工件对刀具与机床保持正确的相对位置，并克服切削力的影响。使加工顺利进行。机床夹具分为通用夹具和专用夹具两种。

夹具设计中的特点：

1.夹具的设计周期较短，一般不用进行强度和刚度的计算。

2.专用夹具的设计对产品零件有很强的针对性。

3.“确保产品加工质量，提高劳动生产率”是夹具设计工作的主要任务，加工质量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夹具来保证。

4.夹紧装置的设计对整个夹具的结局有具定性的影响。设计一个好的夹具可以减少废品率。

因此，夹具设计要保证以下几个条件：

1.夹具的结构应与其用途及生产规模相适应。 2.保证工件的精度。

3.保证使用方便与安全。

4.正确处理作用力的平衡问题。

5.注意结构的工艺性，便于制造和维修。注意夹具与机床、辅助工具、刀具、量具之间的联系。

在机械制造中，为了适应新产品的不断发展要求。因此,夹具设计过程中有朝着下列方向发展的趋势：

1.发展通用夹具的新品种

由于机械产品的加工精度日益提高，因此需要发展高精度通用夹具。

广泛的采用高效率夹具，可以压缩辅助时间，提高生产效率。

2.推广和发展组合夹具及拼拆夹具。

3.加强专用夹具的标准化和规化。

4.大力推广和使用机械化及自动化夹具。

采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具。

本设计属于工艺夹具设计围，机械加工工艺设计在零件的加工制造过程中有着重要的作用。工艺性的好坏，直接影响着零件的加工质量及生产成本，在设计中为了适应中批批量的生产情况，以提高产品的生产效率，在设计中所采用的零件尽量采用标准件，以降低产品的生产费用。

一．零件的分析

1.1 零件的作用

该题目所给的零件是与叶轮配合，实现叶轮旋转的定位导向零件。由于其工作性质要求零件耐磨强度高，故对该零件的表面精度要求较高。

图1-1 零件图

1.2 零件的工艺分析

由零件样图得知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。

该零件上的是主要加工面为φ90右端面、φ90左端面、φ52外圆面、φ13H7孔、4×φ9孔、2×φ4孔、φ41H7圆面及端面。

图1-2 零件毛坯图

φ90右端面与A面的垂直度0.02mm直接影响泵体与泵的连接精度及密封。

φ13H7孔的尺寸精度，φ41H7圆面的尺寸精度，与A面的平行度0.02mm，直接影响泵体与壳体的配合精度、运动精度及正确定位。因此，最好能在一次装夹下完成对这一面两孔的加工。

由参考文献[1]中有关面和孔的加工精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。

二．工艺规程设计

2.1 确定毛坯的制造形式

根据零件材料确定毛坯为铸件，其生产类型为批量生产。毛坯的铸造方法选用砂型机械造型。为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。精度11~13级，时效处理：150~200HB，加工余量一般。

2.2 定位基准的选择

2.2.1 精基准的选择

泵体的A面和φ13H7孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现泵体零件“一面两孔”的典型定位方式，其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，φ13H7孔的精度高，定位比较稳定，夹紧方案比较简单、可靠、操作方便。

2.2.2 粗基准的选择

考虑到零件各面的平行度及垂直度要求，选择零件的最大端面，即φ90外圆面与右端面为粗基准。

2.3 制定工艺路线

工序Ⅰ 铸造

工序Ⅱ 时效 工序Ⅲ 粗铣Φ90右端面，精铣Φ90右端面

工序Ⅳ 粗车Φ90左端面

工序Ⅴ 粗车Φ52外圆面，半精车Φ52外圆面，精车Φ52外圆面

工序Ⅵ 钻Φ13孔，扩钻Φ13孔，粗铰Φ13孔，精铰Φ13孔

工序Ⅶ 镗Φ41圆面，扩钻Φ41圆面，粗铰Φ41圆面，精铰 Φ41圆面

工序Ⅷ 钻Φ9孔

工序Ⅸ 钻Φ4孔

工序Ⅹ 车Φ41端面

工序Ⅺ 粗铣圆弧断面

工序Ⅻ 终检

三．加工余量、工序及毛坯尺寸的确定

零件材料采用HT200灰口铸铁，硬度150~200HB，重约3kg，生产类型为批量生产，采用砂型铸造，毛坯为实心，不铸孔。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量。

3.1 毛坯

毛坯基本尺寸及各工序加工余量参见 表3-1

表3-1 毛坯基本尺寸及余量 （单位：mm）

基本尺寸 Rma 毛坯尺寸 公差等级

φ90右端面 25 2 27 11

φ52外圆面 52 3 55 11

φ41內圆面 41 2 39 11

3.2．机械加工余量

3.2.1 铣φ90右端面

表面质量为Ra3.2，参考《工艺手册》表8-15，确定工序尺寸及余量（见表3-2）。

表3-2 φ90右端面基本尺寸及余量 （单位：mm）

加工余量Z 工艺尺寸

毛坯 2.0 27

粗车 1.3 25.7

半精车 0.7 25

3.2.2 车φ90左端面

表面加工质量Ra6.3，参考《工艺手册》表8-13，确定工序尺寸及余量（见表3-3）。

表3-3 φ90左端面基本尺寸及余量

（单位：mm）

加工余量Z 工艺尺寸

毛坯 2 8

粗车（两次） 1 6

3.2.3 车φ52h6外圆面

表面加工质量Ra1.6，参考《工艺手册》表8-15，确定工序尺寸及余量（见表3-4）。

表3-4 φ52h6外圆面基本尺寸及余量 （单位：mm）

加工余量Z 工艺尺寸

毛坯 3 φ55

精车 2.3 φ54.3

半精车 1.8 φ53.8

精车 1 φ52h6

3.2.4 钻φ13H7孔

表面加工质量H7，参考《工艺手册》表8-15，确定工序尺寸及余量（见表3-5）。

表3-5 φ13H7孔基本尺寸及余量 （单位：mm）

加工余量Z 工艺尺寸

毛坯 2

钻 1.9 φ12

扩孔钻 0.85 φ12.85

粗铰 0.1 φ12.95

精铰 0.05 φ13H7

3.2.5 镗φ41內圆面

表面加工质量H7，参考《工艺手册》表8-15，确定工序尺寸及量（见表3-6）。

表3-6 φ41內圆面基本尺寸及余量 （mm）

加工余量Z 工艺尺寸

毛坯 2 φ39

镗 0.3 φ40.7

扩孔钻 0.05 φ40.75

粗铰 0.17 φ40.93

精铰 0.07 φ41H7

3.2.6 钻4xφ9孔及2xφ4孔

表面加工质量Ra3.2，仅需粗加工，参考《工艺手册》表8-15，确定工序尺寸及量（见表3-7）。

表3-7 4xφ9孔及2xφ4孔基本尺寸及余量 （mm）

加工余量Z 工艺尺寸

钻φ9孔 0 9

钻φ4孔 0 4

3.2.7 车φ41端面

表面加工质量Ra3.2，仅需粗加工，参考《工艺手册》表8-15，确定工序尺寸及量（见表3-8）。

表3-8 φ41端面基本尺寸及余量 （mm）

加工余量Z 工艺尺寸

毛坯 2 10

粗车 1.1 8.7

半精车 0.7 8

3.2.8 铣φ90圆弧断面

表面加工质量Ra3.2，仅需粗加工，参考《工艺手册》表8-15，确定工序尺寸及量（见表3-9）。

表3-9 φ41端面基本尺寸及余量 （mm）

加工余量Z 工艺尺寸

毛坯 2 78.8

粗铣 0 76.8

四．确定切削用量及基本工时

4.1 加工条件

加工材料：HT200，HB150~200，铸造.

加工要求：铣φ90圆弧缺面，毛坯尺寸78.8mm，保证尺寸76.8mm.

机床：X51型 立式铣床.

刀具：φ直柄立铣刀.

在大批量生产条件下，可以选用高效的专用组合机床，也可以选用通用设备。根据经济性和零件的特点所选用X51立式铣床。

4.2 计算切削用量

铣φ90圆弧缺面，其加工尺寸为76.8mm。查《机床刀具使用手册》表6－13，选择直柄立铣刀，由于do=20mm,z=5,

已知：铣削宽度

mmae6

铣削深度

mmap2

机床选用X51K型立式铣床。

4.2.1 铣刀磨钝标准及寿命

查《机床刀具使用手册》表3.7用直柄立铣刀粗加工钢料，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0～3mm；铣刀直径mmd20，查《机床刀具使用手册》表3.8可得耐用度min60T。