水泵叶轮的夹具设计

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机床技术各方面的发展装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，机床技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其他产业、生物技术及起产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产。”制造技术的装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而车床技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造产业广泛采用数控车床技术，以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大的提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此口本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。铳床加工的特点：1）零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。2）能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。3）能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。4）加工精度高、加工质量稳定可靠。5）生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化。6）生产效率高。7）从切削原理上讲，无论是端铳或周铳都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和 耐磨性。在干切削状况下，还要求有良好的红硬性。铳床加工的顺序：加工顺序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排的科学与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。切削加工工序通常按以下原则安排：1）先粗后精当加工零件精度要求较高是都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段。2）基准面先行原则用作精基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，在以中心孔为精皋准加工外圆和端面箱体类零件总是先加工定位用的平而及两个定位孔，再一平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。3）先面后孔对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸有是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。4）先主后次即先加工主要表面，然后加工次要表面。我的毕业设计就是利用机床对水泵叶轮进行的加工设计相应的夹具。本文从水泵叶轮的工艺分析、铳床夹具的设计几个方面予以阐述。 前言机床技术各方面的发展1铳床加工的特点1铳床加工的顺序2第一章零件的分析51.1零件的作用51.2零件的工艺分析5第二章铳床夹具的设计82.1夹具的设计82.2夹具结构的设计92.3夹具设计及操作的简要说明122.4卧式铳床夹具的设计122.5夹具设计及操作的简要说明17第三章总结18参考文献致谢 第一章零件的分析1.1零件的作用题目所给的零件是水泵叶轮，位于传动轴的端部安装在十字槽内。主要用于传递扭矩，使水泵获得动力，另外通过①12H8的孔配合，传递动力之用。1.2零件的工艺分析1.2.1零件的结构、形状、技术要求零件的结构如图（1-1）所示：冋转类零件水泵叶轮共有三个地方要加工,他们之间有一定的位置要求。现分述如下：图1-1水泵叶轮A）其一是水泵叶轮的两个相互垂直的十字槽，要求两条槽的对称度相对与012H8的轴线是0.02,表面粗糙度是6.3,其四个槽的宽度尺寸为宽11mm、深llmmo其二①10铸孔，表面粗糙度是3.2。①10孔的上偏差0.027、下偏差0oB）其三是水泵叶轮的地面，加工的基本尺寸是4伽，表面粗糙度是6.3。零件的技术要求： 1•水泵叶轮的材料为HT200o1.未注铸造圆角R3-5O2.铸件不允许有夹渣、裂纹、气孔等缺陷。1.2.2零件的加工方法选择表1-1零件的加工方法选择加工面加工方法设备刀具定位夹紧两条十字槽铳立铳X62①10指状铳刀以底而3点及其铸孔2点定位在其底面对面夹紧水泵叶轮底面铳卧铳X52100端铳刀以底面对底面及其孔定位，在孔轴线方向沉孔处夹紧孔钻钻床①12麻花钻以底面及其止口定位，在底面对底面夹紧第二章铳床夹具的设计为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，设计专用夹具。经过老 师的任务布置，决定设计精铳水泵叶轮的两条互成90°的槽。2.1夹具设计基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基而选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程会问题百出，M至造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。粗基准的选择：对于一般的回转体零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。对于本零件来说，由零件图可知，如果以①42nini的外圆表面做基准（4点定位），否则可能造成外圆表而的变形。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面是，应以这些不加工表面作为粗基准），现在水泵叶轮的底面只对它的对面有4伽的厚度要求，其设计基准应该是叶轮的底面对面作为主要定位面，是该工件的粗基准，限制工件的3个自由度，其次选择水泵叶轮的中心孔定位，限制2个自由度，总共限制了工件的5个自由度。工件的径向移动对加工面没有任何影响。定位尺寸从定位面到水泵叶轮毛坯的底面是6mmo因为该夹具用于加工批量不大的场合，加工要求相对來说并不高，应此，决定采用手动夹紧。定位方案和夹紧如图（3-1）所以： 40350iaT£Hg)08O±OQ5图3-1水泵叶轮2.2夹具结构的设计2.2.1定位元件的选用本夹具定位元件采用平头支撑钉（A型）和定位心轴，套类和盘类工件加工是，为保证外圆和端面与内孔轴线间的位置精度，常以孔定位，在心轴上定位。支撑钉主要用于精基准的定位，定位面是平面。材料为45cr优质碳素结构钢，支撑钉与工件定位基面的接触的表面，尺寸精度不低于1T8,定位元件一支撑钉的工作表面粗糙度大于Rai.6微米，选用RaO.8或RaO.4,采用调整法和修配法提高装配精度，保证支撑钉在同一个平面上。定位心轴的材料选用45钢，心轴外圆柱表面与工件定位面配合的表面，尺寸精度不低于IT8,选用IT7或IT6制造，并经过调质处理，提高表面硬度和耐磨性。硕度HRC55-62。该心轴为刚性心轴的结构形式。是间隙配合的心轴，多用于定心精度不高生产批量不大的场合，要求水泵叶轮以孔和端面组合定位。2.2.2方案的选择本夹紧方案采用夹紧螺母、垫圈与心轴联结夹紧，通过于心轴的联结把水 泵叶轮固定到夹具上，心轴的具体形状尺寸等见图纸车夹具中心轴。当工件加工完毕后，松开螺母，卸下工件。在装上下一个工件，夹紧后即可加工下底面。±于采用手动夹紧，也只能用于中小批生产的场合。2.2.3夹具体的设计：夹具体是与车床联结的元件，车床夹具体材料为HT200,盘形零件，夹具体为铸件。2.2.4支架的设计：加工前，水泵叶轮在夹具上获得正确的位置后，还必须在夹具上设置夹紧机构，将水泵叶轮夹紧，以保证水泵叶轮在切削力、离心力等外力作用下仍然保持定位是所占据的位置不变。a）夹紧力的方向：夹紧里的方向朝向工件的主要定位面，以保证水泵叶轮的定位精度。根据加工要求，在水泵叶轮的底面上车削，要保证孔与端面的垂直度和4n）ni的厚度，根据加工要求，以水泵叶轮底面的对面为主要定位面，夹紧里的方向应该朝向底面，这样能保证定位可靠，满足上述要求。b）夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应正对定位元件或落在定位元件的支撑范围内，以保证水泵叶轮的定位可靠。夹紧力的作用点应处在水泵叶轮刚性较好的部位，减小了夹紧变形。这种措施对于刚性较差的水泵叶轮很重要，夹紧水泵叶轮时，若夹紧力作用在水泵叶轮的圆柱薄壁上，会使水泵叶轮产生交大的变形,所以夹紧里作用在刚性较好的凸台处，因为它的轴向刚度比径向刚度大。c）夹紧力的大小：夹紧力的大小，对工件的定位可靠性，工件和夹具的变形，夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择都有很大的影响。夹紧力的大小涉及复杂的动态平衡问题，所以只能作粗略估算。计算是以主切削力为依据与夹紧力建立静平衡方程，解此方程来求夹紧里的大小。考虑到切削力大小在加工过程中受到工件材质不均匀、刀具磨损等因素影响，在考虑到工件在实际加工工程中还会受到惯性力和来自工件自重等外力因素。所以对按静力平衡求得的夹紧力大小还必须乘以安全系数加以修正，作为实际所需要的夹紧力数值。即： 式中：F丿为实际所需的夹紧力，单位：N；F"为理论上的夹紧力；K为安全系数，通常K二1.5-1.3。F>=12000(N)2.2.5夹紧元件机构：本夹具夹紧元件采用夹紧螺母、垫圈与屮心定位心轴夹紧。2.2.6夹具与工作台的联结方式：夹具是通过过渡盘固定在车床主轴上的，以此来确定夹具在机床上的位置。用4个M16的螺栓将夹具安装在车床主轴上。2.3夹具设计及制作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。但由于是中小批牛产，所以着眼与手动夹紧而不是采用自动、机动夹紧，因为这是降低成本的重要途径。本道工序是精车水泵叶轮底而，切削力较小，为了夹紧工件，避免积聚结构过于庞大。目前采取的措施是：提高毛坯制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。选择合理的夹紧机构，尽量增加夹紧力。结果，本夹具总的感觉比较紧凑。车夹具的装配图以及零件图分别见图纸。2.4卧室铳床夹具设计夹具将用在卧式铳床上加工水泵叶轮上两条互成90°的十字槽。机床型号为X63卧式铳床。刀具为①10的指状铳刀。2.4.1问题的提出：槽宽llmm>深11mm这两条槽对①12H8的孔有一定的技术要求，要求每条槽相对于O12H8的轴线的对称度为0.2,表面粗糙度为6.30在加工本道工序时,两条十字槽未经加工，主要应考虑机械加工的精度，而提高劳动生产率，降低劳动强度为其次要因素。2.4.2定位基准的选择：精基准的选择主要应考虑基准重合问题。当设计基准与工序基准不重合吋，应该进行尺寸换算。现设计计算如下： 方案1：工件以底面及①80-0.05mm外圆为定位基准，共限制了工件的5个自由度。a)定位误差的分析++0.01如图所示，工件以①80-0・05mm外圆柱面在定位元件的①80+0-07mm止口中定位，加工宽11伽的槽，要求槽的对称度的定位误差。(a)分析：对称度的工序基准①12H8的轴线与定位基准①80-0.05mm的轴线不+0.01重合，厶^工。。工件定位基准与止口定位基准(e80+007mm)不重合，△丫工0。定位基准可以任意方向移动。(b)计算：A«-0.02mm(同轴度误差)△Y二TQ+Td+Xmin=0.03+0.1+0.02二0.15mm△门二ZV+ZV=0.15+0.02=0.17mm这种定位方式的定位谋差太大，很难保证槽的对称度要求。其原因：一方面是定位基准与工序基准不重合，另一方面是定位基面的公差太大。解决以上问题的措施是：方案二:改用①12H8孔定位，使△〃二0。同时，由于①12H8孔的公差较小,也将缩小。计算：此吋△"()(同轴度误差)△Y=1)max—(]min =80.1-79.95=0.15mm△*△¥+△3=0.15+0=0.15mm+方案二：提咼定位基准面的制造精度，缩小△丫，如可将①80-0.05mm提咼++0.01到①80-0.02mm,止口定位基准而的直径改为080+()07mm经过计算比较，通过方案二的这种方式，能够满足槽的对称度要求。2.4.3夹具的结构设计：夹具的总体结构为盘类形状。2.4.4定位元件的选择及要求：本夹具选用的定位元件是一个定位销和一个定位盘。定位销采用的短圆柱销，因为这种类型的销适用与直径在①50mm以下的孔定位。限制了水泵叶轮2个自由度。用一个定位盘上的面限制水泵叶轮底面的3个自由度。定位盘的定位基准面必须有足够的精度，因为工件的定位是通过定位副的接触实现的，定位盘的精度直接影响工件的定位精度，因此，该定位盘基面应有足够的精度，以适应水泵叶轮的加工要求。该定位盘应有足够的刚度和强度，定位盘不仅限制工件的自由度，还有支撑工件，承受夹紧力和切削力的作用，所以应该有足够的刚度和强度，以免使用中变形或破坏。定位盘的耐磨性要好，水泵叶轮的装卸会磨损定位元件的定位基面，导致定位精度下降。定位盘的工艺性要好，定位盘的结构要求简单，合理，便于加工，装配和更换。定位盘的材料:HT200o2.4.5夹紧元件的选择：本夹具夹紧元件，采用移动压板。 2.4.6夹具体的设计：夹具材料选用HT200,盘类结构。夹具体采用铸件。2.4.7夹紧方案的设计：夹紧力的作用点在水泵叶轮定位基面的对面，落在定位盘的支撑范围内，保证定位可靠，作用点处在水泵叶轮刚性较好的部位，减小了夹紧变形。夹紧力的方向：夹紧力的方向朝向水泵叶轮定位底面以保证水泵叶轮的定位精度。该夹紧力方向有利于减小夹紧力，在工件上铳床上铳削，夹紧力因于铳削轴向力工件的重力同向，切削力、重力由夹具的固定支承承受。切削扭矩由夹紧力所产生的摩擦力矩平衡，轴向力和重力所产生的摩擦力矩有利于减小所需夹紧力。故所需夹紧力可最小。夹紧力对工件定位可靠性、工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度和传动装置的选择有很大的影响。夹紧力的大小计算涉及到复杂的动力平衡问题，这里只作粗略的估算。F丿二KF丿o二1.5X600=900N1.夹紧元件的结构：在夹紧机构中多数是以斜契夹紧机构、螺旋夹紧机构以及偏心夹紧机构为基础构成的，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。本夹紧机构采用螺旋夹紧机构，他的结构形式变化最多，选用典型的移动压板，他的结构紧凑，使用方便。2.夹具与工作台安装联结方式：本铳夹具通过定位键与铳床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的位置。定位键釆用沉头螺钉固定在夹具体底面的纵向槽中，使用两个，两定位键的距离比较远，定位精度较好。定位键与夹具体的配合为H7/H6o为提高夹具安装精度，定位键的下部（与工作台T形槽配合部分）可留有余量进行修配，或者在安装夹具时使定位键一侧与工作台T形槽靠紧，以减小轴间隙的影响。铳床夹具的夹具体设计有耳座，并通过四个M16的螺栓将夹具紧固在机床的工作态T形槽中，耳座的间距与T形槽的间距一致。2.5夹具设计及操作的简要说明本夹具用在卧式铳床上加工水泵叶轮上两条互成90°的十字槽。 工件以底面①12II8的孔及底面在定位销和定位盘的端面上定位，并使叶轮上的叶片与压板头部的缺口对中，夹紧吋，旋转螺母，通过杠杆联动使两压板同时夹紧工件。当一条槽加工完毕后，扳手顺时针转动，使分度盘与夹具体之间松开。分度盘下端沿圆周方向分布有四条长度为1/4周长的斜槽。然后逆时针转动分度盘，在斜槽面的推压下定位销逐渐退入夹具体的衬套中，当分度盘转过90°位置时，定位销依靠弹簧弹岀，落入第二条斜槽中，再反靠分度盘使定位销与槽壁贴紧，用扳手把分度盘拉紧在夹具体上，即可加工另一条槽。由于分度盘上的四条槽为单向升降，因此分度盘也只能单向旋转分度。该夹具结构简单，操作方便。但分度精度受到分度盘的四条斜槽制造精度的影响，故适用于加工要求精度不高的情况下。另外采用铸铁定位盘，也只能用于加工批量不大的场合。铳床夹具的装配图及夹具主要零件图分别见图纸。 第三章总结通过一段时间的设计研究，整个设计工作己经完成。本人设计了一套铳床夹具。其设计本方案与实际生产相吻合，能够解决企业一些基本的实际问题。本设计方案和类似的夹具相比，能正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。但是还有一些地方做的不够完善，需要进一步改进和研究，本夹具设计对夹紧力的计算只是粗略的估算，车夹具安装还需要调试，夹具的夹紧改为其他夹紧方式可能会更好的提高生产效率。我在这次的毕业设计的过程中，专业知识得到一次全方而的复习和提高。在以下各个方面得到了很好的锻炼：1.能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的知识。2.提高了机构设计能力，通过设计夹具训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。3.学会使用手册以及图表资料，掌握与夹具设计有关的各种资料的名称、出处，做到了熟练运用。 参考文献[1]没康無，机械制图，上海，上海交通大学出版社，2000[2]陈立德李晓辉，机械制造技术（第二版），上海，交通大学出版社，2004[3]赵家齐，机械制造工艺学课程设计指导用书（第二版），北京，机械工业岀版社，1994[4]艾兴肖诗纲，切削用量简明手册，北京，机械工业岀版社，1994[5]哈尔滨工业大学，上海工业大学主编《机床夹具设计》，上海，上海科学技术出版社,1983[6]东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造长职工大学编，《机床夹具手册》，上海，上海科学技术岀版社，1990[7]孟宪栋刘彤安机床夹具图册，机械工业出版社，2006 致谢短暂的三年大学生活很快就要结束了，我曾经是多么憧憬美好的学生时代，如今当自己临近毕业时，我又留恋已经流逝的三年学生生涯。大学三年的学习，以今天的毕业设计画了一个句号。从设计选题到搜集资料,期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，过程是如此的复杂。如今，伴随着毕业设计的结束，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。从这一次的设计中,也深刻的体会到，自己知识的匮乏，要完善自己就要不断努力的学习。今天终于完成，算是给自己和关心我的亲人、师长和朋友们一个交代，为儿年来的大学生活画上完美的句号。感谢大学三年，各位老师对我的教诲，感谢湘潭职业技术学院，感谢大家有缘能在生命中重要的三年里，岀现在彼此的生活中。在此，同时感谢我的父母对我的支持，没有他们的支持，我走不到今天。家人的支持和鼓励一直是我前进的强大动力。最后，我要感谢三年的大学生活，感谢机制班的所有老师同学和那些永远不能忘记的朋友，你们的支持与情感，是我永远的财富，也是我前进的所有动力。