毕业设计
题目 柱塞泵用传动箱体机械加工
工艺规程及专用夹具设计
学生所在学院
专 业
学 号
学 生 姓 名
指 导 教 师
助理指导教师
起 止 日 期 2014年1月至2014年5月
摘 要
本次设计内容涉及了机械制造技术基础及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。液压泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中的往复运动，使密封工作容腔容积变化来实现吸油，压油包括传动箱箱体零件结构特点和技术要求、毛坯的选择、生产纲领、生产类型、定位基准的选择以及加工余量的确定等。然后制定正确的工艺路线，包括表面加工方案选择、加工阶段划分、工序的集中与分散、工序的顺序安排等。查找资料填写指定工序的工序卡片。在工序集中的原则下按“先基准后其他、先主后次、先粗后精、先面后孔”等原则制定工艺规程。计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。
关键词：柱塞泵 传动箱体 工序 夹具
目录
摘 要 .................................................. I
目录 .................................................... 1
1. 绪论 .................................................. 1
1. 1研究的目的和意义 . .................................... 1
1. 2国内外现状及分析 . .................................... 1
1. 3课题来源 . ............................................ 1
1. 4重点研究内容及研究方向 . .............................. 1
2. 传动箱体加工工艺规程设计 .............................. 2
2. 1生产纲领和生产类型 . .................................. 2
2. 2零件的分析 . .......................................... 2
2. 2. 1零件的作用 . ........................................ 2
2. 2. 2零件的工艺分析 . .................................... 2
2. 3传动箱体加工的主要问题和工艺过程设计应采用的相应措施 3
2. 3. 1确定毛坯的制造形式 . ................................ 3
2. 3. 2基面的选择 . ........................................ 3
2. 3. 3确定工艺 . .......................................... 3
2. 3. 5确定切削用量 . ...................................... 5
2. 4本章小结 . ........................................... 21
3. 专用夹具设计 ......................................... 22
3. 1加工上平面孔的镗孔夹具设计 ......................... 22
3. 1. 1定位基准的选择 . ................................... 23
3. 1. 2切削力的计算与夹紧力分析 ......................... 23
3. 1. 3夹紧元件及动力装置确定............................ 24
3. 1. 4钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 ................... 25
3. 1. 5夹具精度分析 . ..................................... 25
3. 1. 6夹具设计及操作的简要说明 ......................... 26
3. 2粗、精铣传动箱体上平面夹具设计 ..................... 26
3. 2. 1定位基准的选择 . ................................... 26
3. 2. 2定位元件的设计 . ................................... 26
3. 2. 3定位误差分析 . ..................................... 27
3. 2. 4铣削力与夹紧力计算 . ............................... 27
3. 2. 5夹具体槽形与对刀装置设计 ......................... 28
3. 2. 6夹紧装置及夹具体设计 . ............................. 30
3. 2. 7夹具设计及操作的简要说明 ......................... 31
3. 3钻18－M 8螺纹孔夹具设计............................. 31
3. 3. 1定位基准的选择 . ................................... 31
3. 3. 2定位元件的设计 . ................................... 32
3. 3. 3定位误差分析 . ..................................... 32
3. 3. 4钻削力与夹紧力的计算 . ............................. 32
3. 3. 5钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 ................... 33
3. 3. 6夹紧装置的设计 . ................................... 36
3. 3. 7夹具设计及操作的简要说明 ......................... 36
3. 4本章小结 . ........................................... 36
4. 总结与展望 ........................................... 37
4. 1总结 ................................................ 37
4. 2展望 ................................................ 37
参考文献 ............................................... 38
致谢 ................................................... 39
1. 绪论
1. 1研究的目的和意义
加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。
机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展, 机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。
1. 2国内外现状及分析
现阶段我国路网等的发展趋势都是以动车，机车为主，从国内和国外市场来看，液压传动技术有极大的发展空间是对机车发展的有益补充。为了适应国际，国内外市场需求，应积极开发液压传动的新技术，新方案。提高液压传动的技术水平。
1. 3课题来源
绘制柱塞泵用传动箱体零件图；绘制柱塞泵用传动箱体毛坯——零件综合图；拟定柱塞泵用传动箱体机械加工工艺路线，填写工艺过程卡片1套；进行指定工序的详细设计，包括工序尺寸计算、定位误差计算等，填写工序卡片。设计指定工序专用夹具2套并绘制其装配图；设计指定专用夹具零件一个并绘制零件图；撰写设计说明书。
1. 4重点研究内容及研究方向
制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。在整个设计中是非常重要的, 通过这些设计, 不仅让我们更为全面地了解零件的加工过程、加工尺寸的确定, 而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定, 必须与工厂实际的机床相适应。 在这个设计过程中, 我们还必须考虑工件的安装和夹紧. 安装的正确与否直接影响工件加工精度, 安装是否方便和迅速, 又会影响辅助时间的长短, 从而影响生产率, 夹具是加工工件时, 为完成某道工序, 用来正确迅速安装工件的装置。
2. 传动箱体加工工艺规程设计
2.1生产纲领和生产类型
生产纲领是指机器产品在计划期内应当生产的产品质量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。而本次设计中备品率 a=5%，废品率b=3%,年生产量Q=8000件/年。所以零件的生产纲领可以按下式计算：
传动箱体的生产纲领
N=Q(1+a%+b%) ＝8000×（1＋5％＋3％） ＝8640件
属于大批量生产类型。
2.2零件的分析
2.2.1零件的作用
题目给出的零件是传动箱体，它的主要的作用是用来支承、固定的。它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时传动箱分出部分动力将运动传给进给箱。传动箱中的主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值也将大打折扣。
2.2.2零件的工艺分析
零件的材料为HT250，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。传动箱体需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：
（1）主要加工面：
1）铣上下平面保证尺寸100mm ，平行度误差为0.03；
2）铣侧面保证尺寸62与20与下平面的平行度误差为0.02；
3）镗上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保证各位误差要求；
4）钻侧面4—M6螺纹孔；
5）钻孔攻丝底平面各孔；
（2）主要基准面：
1）以上平面为基准的加工表面；
这一组加工表面包括：传动箱上表面各孔、传动箱上表面。
2）以下平面为基准的加工表面；
这一组加工表面包括：主要是下平面各孔及螺纹孔。
2.3传动箱体加工的主要问题和工艺过程设计应采用的相应措施
2.3.1确定毛坯的制造形式
零件的材料HT250。由于年产量为8640件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。
2.3.2基面的选择
（1）粗基准的选择 对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承和底面作为主要定位基准，以限制z 、z 、y 、y 、五个自由度。再以一面定位消除x 、向自由度，达到定位目的。
（2）精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结束的上、下平面作为精基准。
2.3.3确定工艺
表2.1 工艺路线方案一
表2.2 工艺路线方案二
工艺路线的比较与分析：
第二条工艺路线不同于第一条是将“工序8与工序9， 放到后面。加工完上下平面各螺纹孔M8与螺纹孔M6”变为“工序4工序5”其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动提高了生产效率。而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助。
采用互为基准的原则，先加工上、下两平面，然后以下、下平面为精基准再加工两平面上的各孔，这样便保证了，上、下两平面的平行度要求同时为加两平面上各孔保证了垂直度要求。符合先加工面再钻孔的原则。若选第一条工艺路线， 加工“工序4与工序5，”不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非平行这个问题。所以发现第一条工艺路线并不可行。如果选取第二条工艺方案，先镗上、下平面各孔，然后以这些已加工的孔为精基准，加工其它各孔便能保证12-M6与18-M8孔的形位公差要求
从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。所以我决定以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。
传动箱体的材料是HT250，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造, 毛坯尺寸的确定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。
1）加工箱体的上下平面，根据参考文献[8]表4.35和表4.37考虑3mm ，粗加工2mm 到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工1mm 。
2）加工宽度为20mm 的侧面时，用铣削的方法加工两侧面。由于侧面的加工表面有粗糙度的要求R a =1.6μm ，而铣削的精度可以满足，故采取分二次的铣削的方式，粗铣削的深度是2mm ，精铣削的深度是1mm 。
3）镗上、下平面各传动轴孔时，由于粗糙度要求R a =1.6μm ，因此考虑加工余量2.5mm 。可一次粗加工2mm ，一次精加工0.5就可达到要求。
6）加工18－M8底孔，根据参考文献[8]表4.23考虑加工余量1.2mm 。可一次钻削加工余量1.1mm ，一次攻螺纹0.1就可达到要求。
7）加工12－M6底孔时，根据参考文献[8]表4.23考虑加工余量1.2mm 。可一次钻削加工余量1.1mm ，一次攻螺纹0.1mm 就可达到要求。
8）加工下平面台阶面各小孔，粗加工2mm 到金属模铸造的质量和表面粗糙度要求，精加工1mm ，可达到要求。
2.3.5确定切削用量
工序1：粗、精铣传动箱体下平面
（1）粗铣下平面
加工条件：
工件材料： HT250，铸造。
机床：X52K 立式铣床。
查参考文献[7]表30—34
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT 15，D =100mm ，齿数Z =8，此为粗齿铣刀。
因其单边余量：
Z=2mm
所以铣削深度a p ：
a p =2mm
每齿进给量 a f ：根据参考文献[3]表2.4-75，取a f =0.12mm /Z 铣削速度V ：参照参考文献[7]表30—34，取V =1.33m /s 。
机床主轴转速n ： n =1000V
πd （2-1）
式中 V—铣削速度；
d—刀具直径。
由（2-1）机床主轴转速n ：
n =1000V 1000⨯1.33⨯60=≈254r /min πd 3.14⨯100
按照参考文献[3]表3.1.74 n =300r /min
实际铣削速度v ：
v =
进给量πdn 1000=3.14⨯100⨯300≈1.57m /s 1000⨯60 V f ：
V f =a f Zn =0.12⨯8⨯300/60≈4.8mm /s （2-2） 工作台每分进给量f m ：
f m =V f =4.8mm /s =288mm /min
a ε：根据参考文献[7]表2.4.81, a ε=40mm
（2）精铣下平面
加工条件：
工件材料： HT250，铸造。 机床： X52K立式铣床。
参考文献[7]表30—31
刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：YT 15，D =100mm ，齿数12，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：
Z=1mm
铣削深度
a p
：
a p =1mm
每齿进给量
a f
：根据参考文献[7]表30—31，取
a f =0.08mm /Z
铣削速度V ：参照参考文献[7]表30—31，取
V =0.32m /s
机床主轴转速n ，由（2-1）有：
n =
1000V 1000⨯0.32⨯60
=≈61r /min πd 3.14⨯100
按照参考文献[7]表3.1.31 n =75r /min 实际铣削速度v ：
v =
进给量
πdn
1000
=
3.14⨯100⨯75
=0.4m /s
1000⨯60
V f
，由（2-2）有：
V f =a f Zn =0.15⨯12⨯75/60=2.25mm /s
工作台每分进给量f m ：
f m =V f =2.25mm /s =135mm /min
粗铣的切削工时
被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知l =315mm ， 刀具切入长度l 1：
l 1=0.5(D +
(1~3)
=0.5(100+(1~3) =7mm
刀具切出长度l 2：取l 2=2mm 走刀次数为1 机动时间
t j 1
：
7
t j 1=
l +l 1+l 2315+7+2
=≈1.13min f m 288
t f 1=1.04
根据参考文献[5]表2.5.45可查得铣削的辅助时间精铣的切削工时
被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知l =315mm 刀具切入长度l 1：精铣时l 1=D =100mm 刀具切出长度l 2：取l 2=2mm 走刀次数为1 机动时间
t j 2
：
t j 2=
l +l 1+l 2315+100+2
=≈1.09min f m 135
t f 2=1.04
根据参考文献[5]表2.5.45可查得铣削的辅助时间铣下平面的总工时为：
t =t j 1+t j 2+t f 1+t f 2=1. 13+1. 04+1. 04+1. 09=2. 58min
工序2：加工下平面
各切削用量与加工上平面相近，因此省略不算，参照工序1执行。 工序3：粗精铣宽度为20mm 的侧面： （1）粗铣宽度为20mm 的侧面 加工条件：
工件材料： HT250，铸造。 机床：X52K 立式铣床。 查参考文献[7]表30.34
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT 15，D =100mm ，齿数Z =8，此为粗齿铣刀。
因其单边余量：
z =2mm
所以铣削深度
a p
：
8
a p =2mm
每齿进给量
a f
：根据参考文献[3]表2.4.75，取
a f =0.12mm /Z
铣削速度V ：
参照参考文献[7]表30.34，取V =1.33m /s 。
由2-1得机床主轴转速n ：
n =
1000V 1000⨯1.33πd =⨯60
3.14⨯100≈254r /min
按照参考文献[3]表3.1.74 n =300r /min 实际铣削速度v ：
v =
πdn
3.14⨯100⨯300
1000
=
1000⨯60≈1.57m /s
进给量
V f
：
V f =a f Zn =0.12⨯8⨯300/60≈4.8mm /s
工作台每分进给量f m ：
f m =V f =4.8mm /s =288mm /min
a ε：根据参考文献[7]表2.4.81, a ε=60mm 被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知l =60mm ， 刀具切入长度l 1：
l 1=0.5(D +
(1~3)
(2-3)
=0.5(100+(1~3) =11~13mm
刀具切出长度l 2：取l 2=2mm 走刀次数为1
（2）精铣宽度为20mm 的下平台 加工条件：
工件材料： HT250，铸造。 机床： X52K立式铣床。 由参考文献[7]表30.31
9
刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：YT 15，D =100mm ，齿数12，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：
Z=1mm
铣削深度
a p
：
a p =1.0mm
每齿进给量
a f
：根据参考文献[7]表30.31，取
a f =0.08mm /Z
铣削速度V ：参照参考文献[7]表30.31，取V =0.32m /s 机床主轴转速n ，由2-1有：
n =
1000V 1000⨯0.32⨯60
=≈61r /min πd 3.14⨯100
按照参考文献[3]表3.1.31 n =75r /min 实际铣削速度v ：
v =
进给量
πdn
1000
=
3.14⨯100⨯75
=0.4m /s
1000⨯60
V f
，由2-2有：
V f =a f Zn =0.15⨯12⨯75/60=2.25mm /s
工作台每分进给量f m ：
f m =V f =2.25mm /s =135mm /min
被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知l =210mm 刀具切入长度l 1：精铣时l 1=D =100mm 刀具切出长度l 2：取l 2=2mm 走刀次数为1 根据参考文献[9]：
t 1=
249
=2. 21min
(37. 5⨯3)
根据参考文献[5]表2.5.45可查得铣削的辅助时间
10
t f 1=0.41
精铣宽度为20mm 的下平台 根据参考文献[9]切削工时：
t 2=
249
=2. 21min
(37. 5⨯3)
根据参考文献[5]表2.5.45可查得铣削的辅助时间粗精铣宽度为30mm 的下平台的总工时：
t f 2=0.41
t =t 1+t 2+t f 1+t f 2=2. 21+2. 21+0. 41+0. 41=5. 24min
工序４：粗镗Φ62H12的孔 机床：卧式镗床T 618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT 5 切削深度
a p
：
a p =2.0mm
毛坯孔径
d 0=57mm
进给量f ：根据参考文献表2.4.66，刀杆伸出长度取200mm ，切削深度为
a F =2.0mm。因此确定进给量f =0.2mm /r 。
切削速度V ：参照参考文献[3]表2.4.9取V =2.4m /s =144m /min 机床主轴转速n ：
n =
1000V 1000⨯144=≈804.56r /min πd 3.14⨯57，
按照参考文献[3]表3.1.41取n =1000r /min 实际切削速度v ：
v =
πdn
1000
=
3.14⨯57⨯1000
≈2.98m /s
1000⨯60
工作台每分钟进给量f m ：
f m =fn =0.2⨯1000=200mm /min
被切削层长度l :l =35mm 刀具切入长度l 1：
11