水泵涡壳加工工艺夹具设计(毕业设计初稿)

武汉大学毕业（设计）论文水泵涡壳加工工艺夹具设计摘要本课题来源于东风汽车泵业有限公司实际生产需求，主要论述了水泵涡壳的加工工艺及基准B面的加工夹具设计。水泵涡壳的尺寸精度、形状精度及位置精度的要求都比较高。而由于材料的选择,其刚性较差，容易产生形变。因此安排工艺过程时，就要把各主要面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量，以减少切削力、内应力的作用，提高加工精度，缩短生产节拍，满足大批量生产的需要。关键字：水泵涡壳加工工艺夹具设计IIAbstractThe subject comes from the actual production needs of Dongfeng Automobile Pump Co,mainly discusses the pump volute process and basis B surface machining fixture design.The requirements of dimensional accuracy,shape accuracy and positional accuracy for the pump volute is high.Due to the choice of material,less rigid,easily deformed.It is imperative to separate rough and finish surface when design process.Gradually reduce the allowance to reduce the role of the cutting force,internal stress,improve processing accuracy,shorten the production cycle to meet the needs of mass production.Key word:pump volute processing fixture design目录一、绪论.11.1课题来源、目的、意义.11.1.1课题的来源.11.1.2本课题研究目的.11.1.3本课题研究的意义.11.2国内外概况、预测和文献综述.1.2.1课题的国内外研究概况.21.2.2课题的研究趋势预测.3二、水泵涡壳的工艺性分析.52.1水泵涡壳的材料选择.52.1.1稳定的显微组织.52.1.2良好的工艺性能.52.2毛坯及制造方法.52.3确定毛坯尺寸和公差.62.4零件的工艺设计.62.4.1基准的选择.62.4.2零件加工方法的选择.62.5确定生产类型和节拍.72.6工艺路线的拟定.72.7可行性分析.82.8工序间加工余量.92.9选择加工设备和工艺装备.102.9.1选择机床.112.9.2选择夹具.112.10切削用量及工时定额.112.10.1切削用量的一般性选择原则.112.10.2粗加工时切削用量的选择原则.112.10.3精加工时切削用量的选择原则.132.10.4确定每步工序的切削用量和工时定额.13三、铣削B基准面的夹具设计.273.1 问题的指出.273.2六点定位原理.273.3工件的不完全定位.283.4 夹具设计.283.4.1定位基准的选择.293.4.2夹紧方案.293.4.3切削力及夹紧力的计算.293.5定位误差的分析.303.6 结束语.30致谢.32参考文献.33V一、绪论1.1课题来源、目的、意义1.1.1课题的来源水泵是发动机冷却系统的重要部件,它的作用是泵送冷却液,使冷却液在发动机的冷却水道内快速流动,以带走发动机工作时产生的热量,保持发动机正常工作温度。水泵的泵水量很大，例如一台V8发动机的水泵，怠速时的泵水量大约是750L/h。本课题来源于东风汽车泵业有限公司实际生产需求。传统的数控机床不能完成此次零件的加工需求，普通的加工中心也较难保证零件的精度和质量。高性能加工中心是数控技术集成的表现，会成为现在及未来数控市场的主流，它的发展水平代表了一个国家设计制造水平，因此受到国内外企业界的高度重视。随着电子技术的迅速发展，加工中心的性能也在不断的得到完善，在高速化、高精度、高可靠性、多功能化、智能化、系统化与高可靠性等方面也得到了提高。高性能加工中心就是随之应运而生的产物，相比之下我国与国外的差距明显，因此我们应认真研究国外高性能加工中心的发展趋势，提高自主开发能力，积极培育新产品，开发自主产权的高性能数控系统，提高国产高性能加工中心的竞争力。此次我们采用德国德国德马吉公司的车削和铣削中心完成零件的主要加工。1.1.2本课题研究目的 A：结合生产实际，针对新型汽车水泵涡壳的零件结构进行工艺设计及窗口面（基准B面的）钻孔加工的专用夹具设计。采用现场已有的3台立式加工中心和一台车削中心等进行设计编制，要求保证所有的几何尺寸、形位公差，且工艺设计要符合水泵涡壳的生产节拍（当前需求量每月3300只），同时要求工艺过程安排合理，夹具结构合理，定位准确，装夹方便，可靠和稳定地保证加工精度，并且满足多刀加工的不干涉性等。B：保证车削中心加工时刀具与机床联动的配合，特别是几个端面之间的精度联系。1.1.3本课题研究的意义东风汽车泵业有限公司所要加工的这批零件是新型产品，没有与之对应的加工中心和夹具。通过对零件的加工需求及现有的加工条件分析，采用德玛吉车削中心（CTX310eco）进行加工，因而零件在加工过程中不是处于静止状态，并且零件本身不是规则的形状，这个加工带来很大的麻烦。基于上述原因，对车削中心加工汽车水泵涡壳的夹具设计研究已势在必行。通过对该课题的研究，不但能够缩短生产周期，降低制造成本，提高加工精度，延长刀具寿命，而且依据该研究结果，可以建立一套更加完善的生产流程，从而更大程度上提高产品的质量水平，获取更大的经济利益。1.2国内外概况、预测和文献综述1.2.1课题的国内外研究概况1.2.1.1汽车水泵产品技术现状汽车水泵是汽车冷却系统强制循环的主要部件，是汽车发动机水冷系统的动力源，流量一般在每小时5-25m3，压力在100-200kPa，通常直接安装在发动机上。它输送的液体一般是添加了防锈剂的清水，冬天时可能还会在水中添加防冻剂，现在也有使用专门的防冻防锈液的。温度最低约-40，最高约120，工作时温度变化也比较大，其保修里程一般和发动机的保修里程一致，因此目前国内汽车水泵设计对效率不太关注，比较关注的是寿命和可靠性。由于汽车系统智能、可控的需要，目前汽车水泵从结构和驱动方式来说，在向电控方向发展。可调转速电动水泵可以实现水泵和发动机缸体的分离，便于水泵的安装。水泵的流量通过发动机的ECU来进行调整和控制，可以实现水泵的转速随水温的变化而变化，从而改善发动机的冷却性能。如新款宝马车采用可控式电动水泵，将冷却系统的温度设定点从90提高到110，节省了2%-5%的燃油，而排放的二氧化碳减少了20%、碳氢化合物减少了10%.1.2.1.2在制造技术方面各汽车水泵企业采用数控机床和加工中心日益普及，柔性加工线和在线监测开始得到应用，使汽车水泵的过程稳定性和制造质量明显提高。发动机热管理是发动机节能减排的一项重要技术，发动机冷却系统作为热管理的一个子系统，对可控式发动机冷却系统技术的研究越来越多。可控式发动机冷却系统通常包括电控模块、传感器和执行器，它可以根据发动机的工作需要来调整冷却量，以降低发动机的功率损耗。可控式冷却系统中的执行器为节温器和冷却水泵，一般由液流控制阀和电动水泵组成。为了适应发动机冷却预测泵的性能。它能降低产品开发设计成本、缩短研发周期。泵的性能预测一直都是非常重要的一个研究课题，许多专家学者对此进行了大量的研究工作。泵的优化设计是在泵的性能预测的基础上，通过多方案的比较，从中选择一个相对最优的设计方案。近年来，基于流场分析进行优化设计的研究逐渐增多，但还未形成实质性的重大进展。我国汽车水泵计算机辅助设计的研究工作起步较晚,经过众多学者和工程技术人员30余年的不断努力,目前在采用一元设计理论进行二维水力设计和绘型方面已经比较成熟。从20世纪70年代末到90年代中期,主要研究离心泵CAD。从20世纪90年代中期开始,泵CAD的研究工作向广度和深度方向发展，开始了三维造型的研究。目前商用的三维造型软件如Pro-e，Catia，SolidWorks,UG等在汽车水泵企业的应用已逐渐普及。21世纪以来，汽车水泵企业开始研究用CAE进行强度和刚度的校核，其应用精度和指导性逐步提升，特别是应用CAE进行静态强度和刚度校核在汽车水泵设计中的应用已比较成熟。在水力设计方法上，国内汽车水泵的设计主要还是基于Euler理论和一元理论以及流动相似理论基础上的相似设计法和速度系数设计法，产品只要通过试验满足了给定的性能指标就可定型，泵内部流动数值模拟及测试、性能预测与优化设计几乎没有开展。 总体上说，国内以及国际上的汽车水泵设计理论和设计方法都还处于理论和经验相结合使用的阶段，无论是国外开始使用的流场分析法，还是传统的速度系数法，都需要设计者通过经验进行分析和判断。这主要有两个原因：一是因为汽车水泵内部的流动非常复杂，实际上是三维粘性非定常的流动方式；二是对泵内流动机理的研究不够，目前仍无法用完整的数学解析式来描述泵内流体运动的真实情况，泵内流动状态还没有被人们全面认识和掌握，没有形成完整准确的设计理论供设计人员去使用。虽然泵内流动CFD分析和测试还存在着很大的局限性，但在对水泵内部流场的了解上为设计人员提供了参考，对汽车水泵性能预测和优化指出了方向。1.2.2课题的研究趋势预测近些年来，随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代化加工设备的广泛应用，使传统的机械加工的指导方法发生了重大变革，夹具的功能已经从过去的装夹、定位、引导刀具，转变为装夹、定位。而数字化的设备加工功能的广大化。给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。1.2.2.1高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达5m，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler(戴美乐)公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m以内；夹具重复安装的定位精度高达5m；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达25m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。1.2.2.2高效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens(杰金斯)公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。1.2.2.3模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。1.2.2.4通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler(戴美乐)公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。专家们建议组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。主动与国外夹具厂商联系，争取合资与合作，引进技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径。2、 水泵涡壳的工艺性分析图2.12.1水泵涡壳的材料选择2.1.1稳定的显微组织在室温到工作温度范围内，材料尽可能不发生相变或尽量减少相变。因为相变会造成产品体积的变化，使之产生内应力或变形，影响产品的使用性能和寿命。因此基体材料最好是稳定的铁素体或奥氏体组织。2.1.2良好的工艺性能 由于水泵涡壳复杂的形状、极高的尺寸精度和表面质量要求，用于制造增压器壳体的材料必须具有良好的工艺性。铸铁具有良好的铸造工艺性能，绝大部分涡壳，包括空压机、水泵等采用铸铁材料制造。灰铸铁具有极好的铸造成型性能，但灰铸铁的力学性能较低，加人Cr、Ni、Si等合金元素，可以提高灰铸铁的力学性能和抗氧化性能，因此，Cr、Ni、Si等合金铸铁曾用于较低负荷的增压器壳体。该零件采用HT250，可以满足设计和加工的需要。2.2毛坯及制造方法 水泵涡壳的材料为HT250，零件形状较为复杂，生产要求每月3300只，为大批量生产。对于该零件可采用砂型铸造或壳型铸造，由于精度等级的要求，采用壳型铸造。2.3确定毛坯尺寸和公差 根据金属机械加工工艺设计手册表3-6，确定毛坯铸件的机械加工余量等级为E-G级，这里取F级；查表3-4确定毛坯铸件的公差等级8-12级，取8级精度。（1） 出水孔端面到该面大螺栓孔的背面的距离140mm，留有3mmm铸造加工余量，尺寸公差0.9，可以确定毛坯尺寸1430.9。（2） 进水孔端面距出水孔端面的距离143，留有3mm的铸造余量，尺寸公差0.9，可以确定毛坯尺寸1460.9。（3） 星形面距R21的圆柱面的最右端120mm，留有1.5mm的铸造加工余量，尺寸公差0.9，可以确定毛坯尺寸121.50.9。（4） A基准面孔124，留有3mm的铸造加工余量，尺寸公差为0.9，可以确定毛坯尺寸1210.9。（5） 锥面尺寸33.60.1+1.50.9=36，机械加工余量0.5，尺寸公差0.625，可以确定毛坯尺寸36.5。2.4零件的工艺设计2.4.1基准的选择零件图中要求大圆柱面的直径为124，定为A基准面，要保证星形面与该孔断面的垂直度为0.1，该面为设计基准。出水孔端面距大螺栓孔背面的距离为140，出水孔端面的平面度为0.1，该面定为B基准面，为定位基准。剖面D-D、G-G图中，直径14的孔分别为C、D基准面，也是定位基准。2.4.2零件加工方法的选择 零件材料为HT250，有较好的塑性和工艺性，材料硬度为187-255HB。零件的主要加工部位有：出水孔端面、环形槽、4个10.7的孔以及2个14的孔；进水孔端面以及该面的4个螺纹孔；和进水孔的同侧的两个大螺栓孔的端面；直径124的孔和锥面孔；星形面以及上的五个螺纹孔。（1）铣出水孔端面，进水孔端面以及两个大螺栓孔的背面。进水孔端面和出水孔端面的除草度要求都是Ra3.2，经过粗铣和精铣两步完成。大螺栓孔的背面的粗糙苏要求为Ra6.3，经过粗铣即可达到。（2）钻铰C、D基准面。这两个基准面的要求较高，经过钻孔满足不了那么高的加工精度，还需配合铰孔完成。（3）钻4个10.7的孔并作倒角。（4）钻进水孔端面的四个螺栓孔。（5）车孔A、车锥面孔。孔A的粗糙度Ra3.2，采用车削可以满足要求，该孔的孔径也较大，可以采用粗车和精车两次完成。锥面孔经粗车和精车，即可达到加工要求。（6）铣星形面，钻孔并攻丝。星形面的粗糙度Ra3.2，经粗铣和精铣可以达到工艺要求。2.5确定生产类型和节拍 设计任务书要求该零件的生产纲领为39600件/年，该零件属于轻型零件，由生产类型和生产纲领的关系可以确定该零件为大批量生产。生产节拍=8.4min/件2.6工艺路线的拟定： 表2.1 方案一 方案二1.铣出水孔端面（B基准面）1.车孔A及锥面孔2.铣出水孔端面（B基准面）2.铣环形槽3.钻铰C、D基准面3.铣环形槽4.钻4个10.7的孔并作倒角4.钻铰C、D基准面5.钻4个10.7的孔并作倒角5.铣进水孔端面6.铣进水孔端面6.铣出水孔背面的两个大螺栓孔的端面续表2.17.铣出水孔背面的两个大螺栓孔的端面7.钻进水孔端面的4个孔并攻丝8.钻进水孔端面的4个孔并攻丝8.车孔A及锥面孔9.铣星形面，钻孔并攻丝9.铣星形面，钻孔并攻丝2.7可行性分析轴盖加工工艺设计方案一可行性分析：基准先行，先粗后精，先主后次，先面后孔（1）铣出水孔端面及环形槽：出水孔端面需要分两次加工完成，即粗铣和精铣，保证尺寸144.50.05，平面度0.1。环形槽的表面粗糙度为Ra3.2，也要分粗铣精铣两次完成，保证槽宽40.07，槽深2.650.07。（2）钻铰C、D基准面：C、D基准面和B基准面作为精基准，精度要求比较高，表面粗糙度Ra1.6，通过钻孔和铰孔可以达到加工要求。保证孔的直径14，孔深5。（3）钻4个10.7的孔：孔的加工精度未给出，按IT12级精度，经过钻削即可完成。孔的位置度要求很高，和B、C、D基准面都有关，位置度要求0.35。（4）铣进水孔端面和两个10.7的孔的端面：进水孔端面粗糙度要求为Ra3.2，需要分精铣和粗铣两次完成。进水孔端面保证尺寸1430.05，平面度0.08。10.7孔的端面粗糙度要求Ra6.3，也分两次铣削完成，保证尺寸1400.05。（5）钻进水孔端面的4个孔并攻丝：保证螺纹孔的位置度0.35。（6）车锥面孔及车124的孔： 锥面孔要经过粗车和精车两次完成，保证尺寸33.60.031。124孔公差等级要求较高，为IT6级，满足工艺要求的方法是车削，经过粗车和精车两次完成，保证尺寸124。（7）铣星型面，钻孔并攻丝：星形面经过粗铣和精铣两次完成，粗糙度要求Ra3.2，保证尺寸1200.05，并且要保证该面与A基准面的垂直度为0.1。螺纹孔要保证与A基准面的位置度公差0.35。 此方案采用零件图中124的孔作为粗基准面，然后铣削B面，之后以B面作为精基准面来定位加工零件的其他部位。这样我们可以用两次装夹实现零件的全部加工，同时也满足基准的选用原则。加工顺序的安排也满足：先粗后精；先主后次；先基面后其他。方案二的选择虽然也能实现加工要求，基准的选用不符合要求。综合对比，选用第一种方案为加工方案。2.8工序间加工余量 查机械制造工艺设计简明手册表1.4-6、1.4-7可以确定加工的经济精度及表面粗糙度。表2.2工序间尺寸，公差，表面粗糙度及毛坯尺寸的确定工序名称工步工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度Ra/m尺寸，公差/mm铣出水孔端面精铣0.5IT93.2144.5144.50.05粗铣1IT126.31451450.2毛坯1461460.9铣环形槽精铣0.65IT83.2141.85141.850.063粗铣2IT126.3142.5142.50.2毛坯144.5144.50.05钻、铰14C、D基准面孔铰孔14IT91.61414钻孔13.8IT1212.513.813.8钻4个10.7的孔钻孔10.7IT1212.510.710.7铣进水孔端面和两个10.7孔的端面粗铣10.7孔的端面1.5IT126.31401400.2毛坯141.5精铣进水孔端面0.5IT93.21431430.05粗铣进水孔端面1IT126.3143.5143.50.2续表2.2毛坯144.5144.50.05钻进水孔端面的4个孔，攻丝并作倒角攻丝8IT1212.588钻孔6.6IT1212.56.66.6车锥面孔及124孔精车1241IT63.2124124粗车124的孔2IT126.31231230.2毛坯1211210.9精车锥面孔0.2IT93.233.633.60.031粗车锥面孔0.3IT126.333.833.80.125毛胚34.134.10.625铣星型面，钻孔并攻丝攻丝10IT1212.51010钻孔8.6IT1212.58.68.6精铣星形面0.5IT93.21201200.05粗铣星形面1IT126.3120.5120.50.2毛坯121.5121.50.9去毛刺终检2.9选择加工设备和工艺装备2.9.1选择机床 按任务书的要求机床采用德马吉CTX510eco车铣复合加工中心，该机床有一个带有12个刀位的刀塔，其中刀塔含有6个动力刀位。主轴可以与动力刀具配合。机床的各个轴都配备数字电视，主轴电机可以实现最高5000rpm的无极调速功能。机床最大功率为33kw，可以满足最大零件直径不超过465mm的零件加工。2.9.2选择夹具为尽可能减少流程、均衡节拍，缩短生产周期，提高生产效率，夹具基本是采用液压夹紧，夹具为专用夹具。2.10切削用量及工时定额2.10.1切削用量的一般性选择原则在已经选择了刀具的材料和几何角度的基础上，用查表法按如下步骤合理选择切削用量。首先由工序余量确定背吃刀量，全部余量尽可能在一次进给中去除，也可以多次进给完成。而后，在切削力允许的条件下，选择大的进给量f（粗加工），或按本工序的加工表面粗糙度确定进给量（精加工），在机床功率允许的条件下，选择大的切削速度v（粗加工），或按刀具使用寿命确定切削速度（精加工），选择机床所具有的主轴转速中最接近的速度，最后验算机床的功率是否足够。常用刀具合理使用寿命参考实用机械制造工艺设计手册表8-2。2.10.2粗加工时切削用量的选择原则粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。金属切除率可以用下式计算：ZwV.f.ap.1000式中：Zw单位时间内的金属切除量（mm3/s）V切削速度（m/s）f进给量（mm/r）ap切削深度（mm）提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度ap,其次选择一个较大的进给量度f，最后确定一个合适的切削速度V.选用较大的ap和f以后，刀具耐用度t显然也会下降，但要比V对t的影响小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到规定的合理数值，因此，能使V、f、ap的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大ap可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。2.10.2.1切削深度的选择：粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。2.10.2.2进给量的选择：粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。2.10.2.3切削速度的选择：粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。2.10.3精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。2.10.3.1切削深度的选择：精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。2.10.3.2进给量的选择：精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。2.10.3.3切削速度的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度ap和进给量f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度v，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。2.10.4确定每步工序的切削用量和工时定额2.10.4.1粗精铣出水孔端面（B基准面）（1）工件材料：HT250 HB=187-255HB壳型铸造。（2）工件尺寸：最大宽度=33mm =41+(92+51.5)2=328mm。（3）加工需求：粗精铣B基准面，粗铣加工余量1mm，精铣加工余0.5mm。（4）刀具：硬质合金刀 铣削宽度=33mm 根据切削用量简明手册表3.1确定铣刀直径=50mm齿数z=4。 铣刀几何形状根据表3.2确定：主刃偏角=60过渡刃偏角=30副刃偏角=5后角a0=10s=-10前角=5(5)确定切削深度因为粗铣和精铣余量小，故粗铣=1mm，精铣=0.5mm，一次走刀即可完成。（6）确定每齿进给量 根据机床功率为33kw，刀具为硬质合金端铣刀，可查机械加工工艺手册表2.4-73得到=0.0.18-0.28mm/z，粗铣取=0.2mm/z。精铣时粗糙度要求为Ra3.2,故每转进给量f=0.5-1.0mm/z，取f=0.5mm/r。（7）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削用量简明手册表3.7可知铣刀后刀面面粗铣最大磨损量1.0-1.5mm，精铣最大磨损量0.3-0.5；取粗铣1.5mm，精铣0.5mm。铣刀直径50mm，查切削用量简明手册表3.8可得刀具使用寿命T=120min(8)计算切削速度和每分钟进给量已知：=50mm，z=4，粗铣=1.0mm，=0.2mm/z，精铣=0.5mm，f=0.15mm/z根据公式 V= (2.1) 查表可计算出刀具转速n及进给速度粗铣=100m/min，精铣=150m/min=r/min=637r/min=r/min=956r/min从而可算出铣削进给量：粗铣=zn=0.2x4x637=509.6mm/min精铣：=fn=0.5x956=478mm/min最终确定：=637r/min，=956r/min；粗铣=100m/min，=0.2mm/z；精铣=150m/min，f=0.5mm/r。（9）校验机床功率 = (2.2)圆周铣削力： = (2.3)根据机械加工工艺手册表2.1-78可算出=695N，所以=1.29kw机床主轴许用功率为：=10x0.75=33kw1.29kw因此所选切削用量可行。最终确定粗铣的铣削用量=637r/min，=1mm，=100m/min，=0.2mm/z，=509.6mm/min。精铣的铣削用量：=956r/min，=0.5mm，=150m/min，=0.125mm/z，=478mm/min（10）计算基本工时： = (2.4)L=l+y+，根据切削用量简明手册表3.25，可知y+=5mm,其中l=328mm。所以粗铣时的基本工时=0.64min；所以精铣时的基本工时=0.69min。2.10.4.2铣环形槽（1）工件材料：HT250 HB=187-255HB壳型铸造。（2）工件尺寸：最大宽度=4mm=201.12mm。（3）加工需求：粗精铣环形槽，粗铣加工余量2mm，精铣加工余0.65mm。（4）刀具：高速钢刀具铣削宽度=4mm根据切削用量简明手册表3.1确定铣刀直径=4mm齿数z=4铣刀几何形状根据表3.2确定：主刃偏角=90过渡刃偏角=30副刃偏角=5后角a0=25s=-10前角=5螺旋角=30（5）确定切削深度因为粗铣和精铣余量小，故粗铣=2mm，精铣=0.65mm，一次走刀即可完成。（6）确定每齿进给量 根据机床功率为33kw，刀具为硬质合金端铣刀，可查机械加工工艺手册表2.4-7得到=0.0.18-0.28mm/z，粗铣取=0.2mm/z；精铣时粗糙度要求为Ra3.2,故每转进给量f=0.5-1.0mm/z，取f=0.5mm/r。（7）确定刀具寿命及磨钝标准根据切削用量简明手册表3.7可知铣刀后刀面面粗铣最大磨损量1.0-1.5mm，精铣最大磨损量0.3-0.5；取粗铣1.5mm，精铣0.5mm。铣刀直径4mm，查切削用量简明手册表3.8可得刀具使用寿命T=60min（8）计算切削速度和每分钟进给量已知：=4mm，z=4，粗铣=2.0mm，=0.2mm/z，精铣=0.5mm，f=0.5mm/r。根据公式v=，查表可计算出刀具转速n及进给速度粗铣=30m/min，精铣=50m/min，=r/min=2389r/min=r/min=3979r/min，从而可算出铣削进给量：粗铣=zn=0.2x4x2389=1911mm/min，精铣：=fn=0.5x3979=1989mm/min。最终确定：=2389r/min，=3979r/min；粗铣=30m/min，=0.2mm/z；精铣=50m/min，f=0.5mm/r。（9）校验机床功率=圆周铣削力：=,根据机械加工工艺手册表2.1-78可算出=2115N,所以=1.95kw机床主轴许用功率为：=33kw1.95kw因此所选切削用量可行。最终确定粗铣的铣削用量=2389r/min，=2mm，=30m/min，=0.2mm/z，=1911mm/min；精铣的铣削用量：=3979r/min，=0.65mm，=50m/min，=0.125mm/z，=1989mm/min。（10）计算基本工时：=，L=l+y+，根据切削用量简明手册表3.25，可知y+=3mm,其中l=201.12mm所以粗铣时的基本工时=0.1min，所以精铣时的基本工时=0.1min。2.10.4.3钻、铰14C、D基准面孔（1）工件材料：HT250 HB=187-255HB壳型铸造。（2）工件尺寸：最大深度=5mm（3）加工需求：钻、铰14C、D基准面孔，先要钻出直径为13.8mm的孔，再行铰孔。（4）刀具：直径13.8mm的钻头，直径14的铰刀。（5）确定每转进给量f 高速钢钻头永续的每转进给量为0.61-0.75mm/r，铰刀的每转进给量为1.0-2.0mm/r。取钻头的每转进给量0.7mm/r,铰刀的进给量为1.5mm/r。（6）确定钻头的磨钝标准及刀具寿命 根据所选的刀具和工件材料，可查机械加工工艺手册表3.4-7可知后刀面最大磨损限度：0.4-0.8mm，单刀加工刀具寿命：60min。所以取后刀面磨损量为0.6mm，刀具使用寿命T=60min。（7）计算切削速度轴向力F转矩T以及切削功率v=根据机械加工工艺手册表3.4-8，可算出钻13.8mm孔时v=60m/min，铰孔时v=5m/min。根据高速钢钻头的每转进给量0.61-0.75mm/r，所以钻13.8mm孔时取v=60m/min，f=0.7mm/r。铰孔时取v=5m/min，f=1.5mm/r.n=r/min=1385r/min，可算出钻13.8mm孔时的轴向力F=6886N，转矩M=48nm，功率=7.61kw。算出铰孔时转速n=114r/min,F=11909N,M=83nm（8）校验机床功率已知切削功率=7.61kw而机床有效功率=33由于，故选择的切削用量可用，即钻13.8mm孔时钻=13.8mm，f=0.7mm/r，v=60m/min，n=1350r/min。钻14.26mm孔时钻=14.22mm，f=0.25mm/r，v=60.3m/min，n=1385r/min。（9）计算基本工时：，f=0.7mm/r，=1385r/min，根据实用机械制造工艺设计手册表8-32可取=2，所以钻孔=0.01min ；铰孔=0.03min。2.10.4.4钻4个10.7的孔（1）工件材料：HT250 HB=187-255HB壳型铸造。（2）工件尺寸：一孔最大深度=135mm，一孔=140mm，一孔=17mm,一孔深=12mm。（3）加工需求：直接钻直径10.7的孔。（4）刀具：直径10.7mm的钻头。（5）确定每转进给量f： 高速钢钻头永续的每转进给量为0.61-0.75mm/r，取钻头的每转进给量0.7mm/r。（6）确定钻头的磨钝标准及刀具寿命：根据所选的刀具和工件材料，可查机械加工工艺手册表3.4-7可知后刀面最大磨损限度：0.4-0.8mm，单刀加工刀具寿命：60min。所以取后刀面磨损量为0.6mm，刀具使用寿命T=60min。（7）计算切削速度轴向力F转矩T以及切削功率 v=根据机械加工工艺手册表3.4-8，可算出钻13.8mm孔时v=55m/min，根据高速钢钻头的每转进给量0.61-0.75mm/r，所以钻10.7mm孔时取v=55m/min，f=0.7mm/r。可算出钻10.7mm孔时的轴向力F=5339N，转矩M=29nm，功率=5.41kw。（8）校验机床功率已知切削功率=5.41kw,而机床有效功率=33kw,由于，故选择的切削用量可用，即钻13.8mm孔时钻=10.7mm，f=0.7mm/r，v=55m/min，n=1636r/min。（9）计算基本工时，f=0.7mm/r，=1385r/min，根据实用机械制造工艺设计手册表8-32可取=2，所以钻135孔=0.12min；钻135mm孔=0.12min；钻140mm孔=0.12min；钻12mm孔=0.01min；钻17mm孔=0.01min。所以，钻所有孔的总时间=0.12+0.12+0.01+0.01=0.26min。2.10.4.5铣进水孔端面和两个10.7孔的端面(1） 工件材料：HT250 HB=187-255HB壳型铸造。(2） 工件尺寸：最大宽度=59.5+18=77.5mm=79+18=97mm；最大宽度=24mm=48mm（3）加工需求：粗精铣进水孔端面，粗铣加工余量1mm，精铣加工余0.5mm；粗铣两个10.7孔的端面，铣削加工余量1.5mm。（4）刀具：硬质合金刀铣削宽度=77.5mm根据切削用量简明手册表3.1确定铣刀直径=120mm齿数z=8铣刀几何形状根据表3.2确定：主刃偏角=45过渡刃偏角=30副刃偏角=5后角a0=10s=-10前角=5。铣削10.7孔的端面的宽度为24mm，刀具直径选24mm。（5）确定切削深度 因为粗铣和精铣余量小，故粗铣=1mm，精铣=0.5mm，一次走刀即可完成；铣削10.7孔的端面时要求精度较低，一次铣削即可完成，铣削深度=1.5（6）确定每齿进给量 根据机床功率为33kw，刀具为硬质合金端铣刀，可查机械加工工艺手册表2.4-73得到=0.0.18-0.28mm/z，粗铣取=0.2mm/z；精铣时粗糙度要求为Ra3.2,故每转进给量f=0.5-1.0mm/r，取f=0.5mm/r。（7）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削用量简明手册表3.7可知铣刀后刀面面粗铣最大磨损量1.0-1.5mm，精铣最大磨损量0.3-0.5；取粗铣1.5mm，精铣0.5mm。铣刀直径120mm，查切削用量简明手册表3.8可得刀具使用寿命T=180min。（8）计算切削速度和每分钟进给量 已知：=120mm，z=8，粗铣=1.0mm，=0.2mm/z，精铣=0.5mm，f=0.5mm/r根据公式v=，查表可计算出刀具转速n及进给速度。粗铣=100m/min，精铣=150m/min，=r/min=265r/min，=r/min=398r/min；铣削10.7孔的端面时，n=1326r/min； 从而可算出铣削进给量：粗铣=zn=0.2x8x265=424mm/min；精铣=fn=0.5x398=199mm/min；铣削10.7孔的端面时=0.281326=2122mm/min。最终确定：=265r/min，=398r/min；粗铣=100m/min，=0.2mm/z；精铣=150m/min，f=0.5mm/r。（9）校验机床功率 =，圆周铣削力：=，根据机械加工工艺手册表2.1-78可算出=1305N；所以=2.52kw机床主轴许用功率为：=33kw2.52kw。因此所选切削用量可行，最终确定粗铣的铣削用量=265r/min，=1mm，=100m/min，=0.2mm/z，=424mm/min；粗铣的铣削用量：=398r/min，=0.5mm，=150m/min，f=0.5mm/r，=199m