水泵风扇壳体车床夹具

水泵风扇壳体车床夹具1.1零件的作用我国水泵外壳风扇外壳（如图3.1）现在通常采用的铸造技术，再对完成的毛胚进行工艺加工以达到使用标准。因为水泵依靠的是压力就行工作，所以当加工的孔径、孔深误差较大时会使水泵产生的压力偏小，泵轴的转动不灵活的因素则是同轴度、垂直度、位置度的误差引起的，这些都会影响到水泵的质量。因此，为提高壳体关键工序的生产质量，可能采取的措施有：首先，提高企业自身生产工艺及设备；其次尽可能的采用专用的刀具、夹具、量具来保证加工精度。只有根据自身实际条件和生产产品特点，合理制定工艺方案，采用通用机床、专用工艺装备与少量的专用机床相结合的方式才能取的更好的经济效益9。2.2零件结构分析课题所给零件是水泵风扇的外壳，其主要作用保护水泵用风扇的扇叶。它的特点是整体是一个回转体形状的壳体零件。零件两端有着不同直径大小的中心孔，中段有个一端开口的大方孔。材料选择灰铸铁，铸铁有着铸造性能好、切削性能好、耐磨性能好的优点。虽然它的力学性能较低，但也足够满足零件保护水泵风扇扇叶的要求；所以毛坯加工方法选择铸造的方法即可满足要求。3.3零件的工艺规程设计3.3.1粗基准的选择工件在加工的第一道工序要用粗基准，粗基准选择的正确与否，不但与首道工序有关，而且还将对工件加工的全过程产生重大影响。选择粗基准一般遵循的原则有：（1） 保证工件加工表面相对于不加工具有一定位置精度原则；（2） 合理分配加工余量的原则；（3） 便于装夹的原则；粗基准一般不得重复使用的原则。被加工的工件如有不加工的表面，应选择不加工面作粗基准，所以本工件可以选择两端面作为粗基准，工件利用两顶尖定位。3.3.2精基准的选择用加工过的表面作定位基准称之为精基准，精基准选择一般遵循着：基准重合原则、统一基准原则、互为基准原则、自为基准原则。选择精基准，主要考虑的是基准重合的问题，设计基准和工序基准重合，应该进行尺寸换算。3.3.3工艺路线的拟定工艺拟定的出发点，应该是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能够得到有效的保证。方案的拟定除了要保证生产效率，同时也应该考虑工件生产加工的经济问题，在满足质量和进度的情况下，尽可能降低生产成本。工艺路线方案一：工序10：铸造。工序20：热处理。工序30：粗车左端面140mm、200mm。工序40：粗车各外圆。工序50：粗车退刀槽。工序60：粗车右端面58mm。工序70：粗镗中心孔。工序80：精车左端面140mm。工序90：精车中间端面200mm。工序100：精车右端面58mm。工序110：半精镗中心孔。工序120：对中心孔倒角。工序130：精镗中心孔。工序140：去毛刺。工序150：检验。工序160：入库。工艺路线方案二：工序10：铸造。工序20：热处理。工序30：粗车外圆。工序40：粗车左端面140mm、200mm。工序50：粗车退刀槽。工序60：粗车右端面58mm。工序70：扩中心孔。工序80：半精车左端面140mm。工序90：半精车右端面58mm。工序100：粗铰中心孔。工序110：精铰中心孔。工序120：去毛刺。工序130：检验。工序140：入库。以上两方案各自的特点在于：方案一首先加工的端面，选用的是外圆定位，方案二先加工的外圆面，选择的是两端面顶尖定位。两相比较，方案二的顶尖定位可以实现基准统一，能更好保证精度要求，而且加工效率更高，方案二更合理。3.3.4 机械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸的确定零件材料选择的是HT200，中批量生产，采用铸造毛坯。根据以上资料及加工路线，分别确定各个加工表面的机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸。查参考文献1得加工余量确定：粗车外圆后精车外圆的加工余量 1.3mm端面精车加工余量 1.0mm扩孔加工余量 2.0mm粗铰加工余量 0.3mm精铰加工余量 0.08mm其他尺寸则直接铸造得到，由于本设计零件为中批量生产，计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。3.3.5切削用量的确定工序10：铸造工件材料：HT200工序30：车外圆58。（1）加工条件：机床型号：CA6140卧式车床；刀具：YG6车刀，刀杆尺寸 16mm25mm。（2） 进给量选择：查参考文献1表4-1根据车刀刀杆尺寸16mm25mm，切削深度=3mm，查得进给量=0.8mm/r。（3）计算切削速度：车削时切削速度计算公式为： （3.1）查参考文献1表4-6：=158，=0.15，=0.40，=0.20，修正系数=1.0，T=3600s。以上数据带入公式（3.1）得出=1.28m/s。工序40：粗车左端面140mm。（1）加工条件：机床型号：CA6140卧式车床；刀具：YG6车刀，刀杆尺寸 16mm25mm。进给量选择：查参考文献1表4-1根据车刀刀杆尺寸16mm25mm，切削深度=3mm，查得进给量=1.2mm/r。（3）计算切削速度：车削时切削速度计算公式为： （3.2）查参考文献1表4-6：=158，=0.15，=0.40，=0.20，修正系数=1.0，T=3600s。以上数据带入公式（3.1）得出=1.09m/s。工序60：粗车右端面58mm。计算同工序30。工序70：扩中心孔。（1）加工条件：机床型号：Z525B立式钻床；刀具：M28硬质合金扩孔钻，YG8。进给量选择：查参考文献1表4-21得出硬质合金扩孔钻扩孔时进给量=1.2mm/r。（3）计算切削速度：扩孔钻扩孔时切削速度的计算公式为： （3.3）查参考文献1表4-24，4-25：T=3000s，=105，=0.4，=0.15，=0.45，=0.4，修正系数=1.0，背吃刀量=1.5mm。以上数据带入公式（3.3）得出=1.24m/s工序80：半精车左端面140mm。（1）加工条件：机床型号：CA6140卧式车床；刀具：YG6车刀，刀杆尺寸 16mm25mm。（2）进给量选择：查参考文献1表4-2根据车刀刀杆尺寸16mm25mm，背吃刀量=1.0mm，查得进给量=0.20mm/r。（3）计算切削速度：车削时切削速度计算公式为： （3.1）查参考文献1表4-6：=189.8，=0.15，=0.20，=0.20，修正系数=1.0，T=3600s。以上数据带入公式（3.1）得出=1.92m/s。工步2：半精车中间端面200mm。同工序80。工序100：半精车右端面58mm。同工序80。工序110：粗铰中心孔工序112：粗铰中心孔30mm（1）加工条件：机床型号：CA6140卧式车床；刀具：高速钢铰刀 ；d=30mm。（2）进给量选择：查参考文献1表4-21得出高速钢扩孔钻扩孔时进给量=2.0mm/r。（3）计算切削速度：铰孔时切削速度计算公式为： （3.4）查参考文献1表4-6：=15.6，=0.2，=0.1，=0.5，=0.3，修正系数=1.0，T=7200s。以上数据带入公式（3.4）得出=0.13m/s。工序114：粗铰中心孔36mm。同工序112计算方式相同。工序116：粗铰中心孔42mm。同工序112计算方式相同。T=10800s，=0.15mm，进给量=3.0mm/r。算出=0.10m/s。工序120：精铰中心孔。同工序110计算方式相同。工序130：去毛刺。工序140：检验。工序150：入库。3.4夹具设计3.4.1设计的要求编制完工艺规程后，本夹具是为CA6140车床设计的夹具，刀具是硬质合金刀牌号YG6车刀。对工件加工58mm右端面进行加工。夹具是用来车削工件的右端面58mm，此面虽然与孔有接触，但是此道工序在对孔加工前面，而且对孔的加工在后面还要进行精加工。所以在本道工序时，主要考虑的问题是提高生产率，降低劳动程度。3.4.2定位的设计定位基准选择：因为整个零件保证的是右端面法兰和中心孔的精度，其设计的基准为中心孔的中心线。为了减少或者是使定位误差为零，应该选择中心孔定位的自定心夹具，所以我们可以选择中心孔为主要的定位基准，在辅于一端面的定位形式。其中心轴限制了两个移动两个转动的自由度，端面限制了三个自由度，共限制了5个自由度，这就需要有夹紧装置。这样还要求有压紧的装置来完成装夹，三爪卡盘能够满足这样的要求。为了缩短辅助装夹时间，装夹时的原动力装置可以选择液动或者是气动，从经济成本考虑，气动原动装置既可满足要求。3.4.3夹紧部分的设计夹具设计时，应该注意提高劳动生产率，夹紧装置设计是要遵循着：1）工件不移动原则；2）工件不变形原则；3）工件不振动原则；4）不干涉原则；5）安全可靠原则；6）经济实用的原则。对夹紧机构的基本要求如下：（1）夹紧作用准确，保证夹紧定位的安全可靠。 （2）夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量。 （3）夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。 （4）结构力求简单，便于制造和维修。本课题设计的工件夹具是通过右侧法兰端面和内孔作为定位面，法兰端面和内孔的定位元件分别选择的是支承圆环和圆柱销。再配以通过机床主轴末端气缸通过连接杆带动连接板向左向拉动三个杠杆式压板压紧工件。夹紧力的计算：机床：CA6140卧式车床刀具：硬质合金刀YG6车刀，刀杆尺寸 16mm25mm。实际夹紧力（N）；理论夹紧力（N）；K安全系数。安全系数K可按下式计算，式：式中：为各素种因素的安全系数，见参考文献2表可得： ，因为安全系数K的计结果小于2.5，所以K值取2.5。夹紧力计算公式： （3.5） （3.6） （3.7）查参考资料2的灰铸铁HT200，硬质合金镗刀对应的指数分别为： =903，=1.0，=0.75，=0；=530，=0.9，=0.75，=0；=451，=1.0，=0.4，=0。由于所给条件与表中条件相符，故。本工序是对工件右端面进行粗车加工，所选用的刀具是硬质合金钢，牌号YG6，切削用量在前面得出为：=3mm，=0.8mm/r，=1.28m/s。以上所查出参数和系数带入夹紧力公式（3.5）（3.6）（3.7）得出：=2291.5N，=1205N，=1237.5N。 为了通过三个杠杆式压板能够压紧工件，防止工件在切削扭矩M和轴向力P的作用下打滑而转动，所需要的夹紧力公式：（3.8）式中： 为工件与压板之间在轴线方向上的摩擦系数取0.2； 为工件与支承圆环之间的摩擦系数取0.2； =87.5mm，=98mm，P=；M=6.65104 。 以上数据带入公式（3.8）得出：=3021.9N。因为夹具中的三个杠杆式压板的原动力是通过机床主轴末端气缸活塞产生拉力经连接杆带动压紧的。选用的是双作用活塞式气缸，选择缸体内径为160mm的气缸，查参考资料1得出活塞杆拉力公式：式中：为气缸的机械效率取0.8；d=D/4；p压缩空气的工作压力，一般为0.40.6MPa，取0.5Mpa。带入公式算出=7536N。所以。因此，夹紧力满足要求。故本夹具（如图3.2）可安全工作。4水泵壳体镗孔车床夹具4.1零件的作用本工件水泵外壳（如图4.1）的特点和前面水泵风扇壳体特点基本相同，现通常采用的铸造技术，再对完成的毛胚进行工艺加工以达到使用标准。水泵依靠的是压力就行工作，所以当加工的孔径、孔深应最大程度的保证其精度，泵轴的转动不灵活的因素则是同轴度、垂直度、位置度的误差引起的，这些都会影响到水泵的质量。本工件位于中间的中心孔是用以安装泵轴，四周分散着两组带有圆台的通孔，起着连接的作用。图4.1 水泵外壳4.2零件结构分析课题所给零件是水泵的外壳，其主要作用通过和泵轴外壳连接保护水泵的泵轴。它的特点是同样是一个整体回转体形状的壳体零件。零件中心部位有中心孔。材料可以选择灰铸铁，铸铁有着铸造性能好、切削性能好、耐磨性能好的优点。虽然它的力学性能较低，但也足够满足零件保护水泵内部的要求；所以毛坯加工方法选择铸造的方法即可满足要求。4.3工件工艺路线工艺路线：砂型铸造粗车端面46粗车外圆柱46粗镗中心孔28mm半精镗中心孔28mm精镗中心孔28mm钻外圆孔18mm深度15mm，钻内圆孔11mm深度15mm钻外圆孔11mm深度1mm，钻内圆孔8mm深度15mm车内孔倒角平整阶段检验入库4.4夹具设计4.4.1设计的要求本工序是利用车床对工件中心孔进行镗孔加工，所选机床是CA6140卧式车床，镗孔加工孔直径28mm，深度20mm，加工精度为 IT7，表面粗糙度1.60.8。 本工序使用参数：（1）设备：CA1640；（2）刀具：kr=45通孔镗刀；（3）加工余量：2.0mm；（4）切削用量：背吃刀量ap=1.25mm，进给量=0.1mm/r，切削速度=0.2m/s；（5）生产类型：中批量。4.4.2定位的设计定位基准选择：本工件前面工件同一类型，因为零件保证的是中心孔的精度，其设计的基准为中心孔的中心线。为了减少或者是使定位误差为零，应该选择中心孔定位的自定心夹具，所以我们可以选择中心孔为主要的定位基准，在辅于一端面的定位形式。本工件选择内孔与左端面为定位基准。图4.2 为定位元件图4.2 定位元件4.4.3夹紧部分设计工件以中心孔和左端面为基准，靠夹具定位心轴及3个支承块完成定位。在通过气动装置向左拉动拉接盘，带动三个夹爪同时压紧工件，松开时夹爪可以自动地张开。图4.3为 水泵壳体镗孔车床夹具5结论5.1工件特点本课题中所设计的工件皆为壳体零件，且皆为回转体或是带有回转体部分的零件。壳体零件一般是作为机器的基础件之一，主要功用是保持各轴、套及齿轮等零件在空间的位置关系，使其能够协调地运动，并起到支承各零件的作用。 其结构特点在于壳体结构较复杂，内部呈腔形，壁厚较薄且不均匀。壳体零件的主要加工面就是孔系和装配基准平面。在零件的选材方面，壳体零件因其的保护作用，一般多选用的铸铁、铸钢等金属，塑料等非金属。采用的加工方法也是多种多样的，金属材料的壳体多采用铸造毛坯，也有焊接件、锻件等；非金属的塑料壳体多采用的是注塑成型。为了提高壳体关键工序的加工精度，有的企业开始使用数控机床和加工中心，但这样大大的增加了生产的成本。对于大多数的中小企业来说这样做的利润很少，甚至是亏本。对于这类企业比较适合的方案利用现有的车床（镗床）作为关键工序的机床，配以专用的刀具、夹具保证精度。5.2夹具特点本文设计的夹具设计时应该按照合理的设计步骤，才能达到事半功倍的效果。夹具设计时，首先合理加工工序所需要限制的自由度，找准定位基准；其次选择合理的定位原件，确定方案；再对夹具中的夹紧装置进行设计，这就需要对夹紧力大小、方向、作用等等进行确定后选择夹紧机构；最后确定夹具的其他元件。本文设计的主要内容就是是对回转体的壳体工件进行端面车削或内孔的镗孔加工，对壳体零件装夹时，应该注意的问题：1.选用精基准定位，以减少定位误差：2.尽量与设计基准重合，以减少基准不重合产生的定位误差。3.所选基准应有利于夹具结构的通用化，能有效减少壳体在夹具上的安装误差。4.能使得夹具夹紧机构简单、稳定。5.应使壳体露出尽可能多的加工面，以便于实现多面加工，利于保证加工面问的相对位置精度和技术要求，且减少加工设备的数量。本设计中的选择的夹具类型是三爪卡盘式的卡盘类夹具。其夹具设计的基准选择特点是“两面一孔”定位，以一中心孔和一工件上的大平面作为定位基准，再同过卡盘上的压板同时压紧零件达到夹紧的目的，三爪卡盘夹具装夹工件时一般不需要找正，装夹速度较快。在卡盘夹具的动力源通常有气动、气液动、液动等。气动应用的最为普遍。三爪卡盘常用的是预制一个法兰盘与卡盘螺栓连接，法兰盘上的内螺纹与机床主轴连接。5.3机床特点本设计所使用的机床都是普通的车床，进行的加工是对零件的表面车削加工和内孔进行镗孔、钻孔加工。普通车床能对轴、盘、环等多种类型零件进行多种工序加工；常用于加工工件的内外回转表面还可进行钻孔、扩孔、镗孔。普通车床是车床中应用最广泛的一种。6总结在本次设计中，运用的设计软件是Solidworks三维软件。通过对所加工工件的三维设计，夹具零件的三维设计，夹具整体的装配，跟二维软件AutoCAD相比，Solidworks三维功能更加强大设计也更的全面，设计人员也更易入手。本次设计，完成水泵风扇壳体车床夹具、水泵壳体镗孔车床夹具、镗活塞环内孔车床夹具、壳体零件车端面夹具的设计。车床加工的特点是它进行回转加工，本设计中所加工的工序也都满足这一特点；在本次夹具的设计中，皆采用的是“一孔两面”式的定位基准，以一孔或者是一圆柱面为配上零件的一端面定位，再通过卡盘夹具的夹爪对零件进行夹紧。这种夹具的优点在于能够较快速的对零件进行装夹，且是用的气动装置带动压板、夹爪，减少了工人的劳动力，提高了生产效率。虽然完成了此次设计，其实还有很多的地方做的并不足。本次设计中，只是对三爪式的卡盘夹具进行了设计，缺少对其他如两爪、四爪、软爪式卡盘等等的设计。创新设计的主要目的是保证工件的更高加工精度，突破机床的功能性限制，提高生产效率，实现经济利润的提高。