水泵風(fēng)扇殼體車(chē)床夾具

1、水泵風(fēng)扇殼體車(chē)床夾具1.1零件的作用我國(guó)水泵外殼風(fēng)扇外殼（如圖3.1）現(xiàn)在通常采用的鑄造技術(shù)，再對(duì)完成的毛胚進(jìn)行工藝加工以達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樗靡揽康氖菈毫托泄ぷ鳎援?dāng)加工的孔徑、孔深誤差較大時(shí)會(huì)使水泵產(chǎn)生的壓力偏小，泵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的因素則是同軸度、垂直度、位置度的誤差引起的，這些都會(huì)影響到水泵的質(zhì)量。因此，為提高殼體關(guān)鍵工序的生產(chǎn)質(zhì)量，可能采取的措施有：首先，提高企業(yè)自身生產(chǎn)工藝及設(shè)備；其次盡可能的采用專(zhuān)用的刀具、夾具、量具來(lái)保證加工精度。只有根據(jù)自身實(shí)際條件和生產(chǎn)產(chǎn)品特點(diǎn)，合理制定工藝方案，采用通用機(jī)床、專(zhuān)用工藝裝備與少量的專(zhuān)用機(jī)床相結(jié)合的方式才能取的更好的經(jīng)濟(jì)效益9。2.2零件結(jié)構(gòu)

2、分析課題所給零件是水泵風(fēng)扇的外殼，其主要作用保護(hù)水泵用風(fēng)扇的扇葉。它的特點(diǎn)是整體是一個(gè)回轉(zhuǎn)體形狀的殼體零件。零件兩端有著不同直徑大小的中心孔，中段有個(gè)一端開(kāi)口的大方孔。材料選擇灰鑄鐵，鑄鐵有著鑄造性能好、切削性能好、耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)。雖然它的力學(xué)性能較低，但也足夠滿(mǎn)足零件保護(hù)水泵風(fēng)扇扇葉的要求；所以毛坯加工方法選擇鑄造的方法即可滿(mǎn)足要求。3.3零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)3.3.1粗基準(zhǔn)的選擇工件在加工的第一道工序要用粗基準(zhǔn)，粗基準(zhǔn)選擇的正確與否，不但與首道工序有關(guān)，而且還將對(duì)工件加工的全過(guò)程產(chǎn)生重大影響。選擇粗基準(zhǔn)一般遵循的原則有：（1） 保證工件加工表面相對(duì)于不加工具有一定位置精度原則；（2） 合理

3、分配加工余量的原則；（3） 便于裝夾的原則；粗基準(zhǔn)一般不得重復(fù)使用的原則。被加工的工件如有不加工的表面，應(yīng)選擇不加工面作粗基準(zhǔn)，所以本工件可以選擇兩端面作為粗基準(zhǔn)，工件利用兩頂尖定位。3.3.2精基準(zhǔn)的選擇用加工過(guò)的表面作定位基準(zhǔn)稱(chēng)之為精基準(zhǔn)，精基準(zhǔn)選擇一般遵循著：基準(zhǔn)重合原則、統(tǒng)一基準(zhǔn)原則、互為基準(zhǔn)原則、自為基準(zhǔn)原則。選擇精基準(zhǔn)，主要考慮的是基準(zhǔn)重合的問(wèn)題，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)重合，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。3.3.3工藝路線(xiàn)的擬定工藝擬定的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)該是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能夠得到有效的保證。方案的擬定除了要保證生產(chǎn)效率，同時(shí)也應(yīng)該考慮工件生產(chǎn)加工的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，在滿(mǎn)足質(zhì)量和進(jìn)

4、度的情況下，盡可能降低生產(chǎn)成本。工藝路線(xiàn)方案一：工序10：鑄造。工序20：熱處理。工序30：粗車(chē)左端面140mm、200mm。工序40：粗車(chē)各外圓。工序50：粗車(chē)退刀槽。工序60：粗車(chē)右端面58mm。工序70：粗鏜中心孔。工序80：精車(chē)左端面140mm。工序90：精車(chē)中間端面200mm。工序100：精車(chē)右端面58mm。工序110：半精鏜中心孔。工序120：對(duì)中心孔倒角。工序130：精鏜中心孔。工序140：去毛刺。工序150：檢驗(yàn)。工序160：入庫(kù)。工藝路線(xiàn)方案二：工序10：鑄造。工序20：熱處理。工序30：粗車(chē)外圓。工序40：粗車(chē)左端面140mm、200mm。工序50：粗車(chē)退刀槽。工序60：粗

5、車(chē)右端面58mm。工序70：擴(kuò)中心孔。工序80：半精車(chē)左端面140mm。工序90：半精車(chē)右端面58mm。工序100：粗鉸中心孔。工序110：精鉸中心孔。工序120：去毛刺。工序130：檢驗(yàn)。工序140：入庫(kù)。以上兩方案各自的特點(diǎn)在于：方案一首先加工的端面，選用的是外圓定位，方案二先加工的外圓面，選擇的是兩端面頂尖定位。兩相比較，方案二的頂尖定位可以實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一，能更好保證精度要求，而且加工效率更高，方案二更合理。3.3.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸的確定零件材料選擇的是ht200，中批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。根據(jù)以上資料及加工路線(xiàn)，分別確定各個(gè)加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸

6、。查參考文獻(xiàn)1得加工余量確定：粗車(chē)外圓后精車(chē)外圓的加工余量 1.3mm端面精車(chē)加工余量 1.0mm擴(kuò)孔加工余量 2.0mm粗鉸加工余量 0.3mm精鉸加工余量 0.08mm其他尺寸則直接鑄造得到，由于本設(shè)計(jì)零件為中批量生產(chǎn)，計(jì)算最大、最小加工余量時(shí)應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認(rèn)。3.3.5切削用量的確定工序10：鑄造工件材料：ht200工序30：車(chē)外圓58。（1）加工條件：機(jī)床型號(hào)：ca6140臥式車(chē)床；刀具：yg6車(chē)刀，刀桿尺寸 16mm25mm。（2） 進(jìn)給量選擇：查參考文獻(xiàn)1表4-1根據(jù)車(chē)刀刀桿尺寸16mm25mm，切削深度=3mm，查得進(jìn)給量=0.8mm/r。（3）計(jì)算切削速度：車(chē)削時(shí)切削

7、速度計(jì)算公式為： （3.1）查參考文獻(xiàn)1表4-6：=158，=0.15，=0.40，=0.20，修正系數(shù)=1.0，t=3600s。以上數(shù)據(jù)帶入公式（3.1）得出=1.28m/s。工序40：粗車(chē)左端面140mm。（1）加工條件：機(jī)床型號(hào)：ca6140臥式車(chē)床；刀具：yg6車(chē)刀，刀桿尺寸 16mm25mm。進(jìn)給量選擇：查參考文獻(xiàn)1表4-1根據(jù)車(chē)刀刀桿尺寸16mm25mm，切削深度=3mm，查得進(jìn)給量=1.2mm/r。（3）計(jì)算切削速度：車(chē)削時(shí)切削速度計(jì)算公式為： （3.2）查參考文獻(xiàn)1表4-6：=158，=0.15，=0.40，=0.20，修正系數(shù)=1.0，t=3600s。以上數(shù)據(jù)帶入公式（3.1

8、）得出=1.09m/s。工序60：粗車(chē)右端面58mm。計(jì)算同工序30。工序70：擴(kuò)中心孔。（1）加工條件：機(jī)床型號(hào)：z525b立式鉆床；刀具：m28硬質(zhì)合金擴(kuò)孔鉆，yg8。進(jìn)給量選擇：查參考文獻(xiàn)1表4-21得出硬質(zhì)合金擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)給量=1.2mm/r。（3）計(jì)算切削速度：擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔時(shí)切削速度的計(jì)算公式為： （3.3）查參考文獻(xiàn)1表4-24，4-25：t=3000s，=105，=0.4，=0.15，=0.45，=0.4，修正系數(shù)=1.0，背吃刀量=1.5mm。以上數(shù)據(jù)帶入公式（3.3）得出=1.24m/s工序80：半精車(chē)左端面140mm。（1）加工條件：機(jī)床型號(hào)：ca6140臥式車(chē)床；刀具：y

9、g6車(chē)刀，刀桿尺寸 16mm25mm。（2）進(jìn)給量選擇：查參考文獻(xiàn)1表4-2根據(jù)車(chē)刀刀桿尺寸16mm25mm，背吃刀量=1.0mm，查得進(jìn)給量=0.20mm/r。（3）計(jì)算切削速度：車(chē)削時(shí)切削速度計(jì)算公式為： （3.1）查參考文獻(xiàn)1表4-6：=189.8，=0.15，=0.20，=0.20，修正系數(shù)=1.0，t=3600s。以上數(shù)據(jù)帶入公式（3.1）得出=1.92m/s。工步2：半精車(chē)中間端面200mm。同工序80。工序100：半精車(chē)右端面58mm。同工序80。工序110：粗鉸中心孔工序112：粗鉸中心孔30mm（1）加工條件：機(jī)床型號(hào)：ca6140臥式車(chē)床；刀具：高速鋼鉸刀 ；d=30mm。

10、（2）進(jìn)給量選擇：查參考文獻(xiàn)1表4-21得出高速鋼擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)給量=2.0mm/r。（3）計(jì)算切削速度：鉸孔時(shí)切削速度計(jì)算公式為： （3.4）查參考文獻(xiàn)1表4-6：=15.6，=0.2，=0.1，=0.5，=0.3，修正系數(shù)=1.0，t=7200s。以上數(shù)據(jù)帶入公式（3.4）得出=0.13m/s。工序114：粗鉸中心孔36mm。同工序112計(jì)算方式相同。工序116：粗鉸中心孔42mm。同工序112計(jì)算方式相同。t=10800s，=0.15mm，進(jìn)給量=3.0mm/r。算出=0.10m/s。工序120：精鉸中心孔。同工序110計(jì)算方式相同。工序130：去毛刺。工序140：檢驗(yàn)。工序150：入庫(kù)

11、。3.4夾具設(shè)計(jì)3.4.1設(shè)計(jì)的要求編制完工藝規(guī)程后，本夾具是為ca6140車(chē)床設(shè)計(jì)的夾具，刀具是硬質(zhì)合金刀牌號(hào)yg6車(chē)刀。對(duì)工件加工58mm右端面進(jìn)行加工。夾具是用來(lái)車(chē)削工件的右端面58mm，此面雖然與孔有接觸，但是此道工序在對(duì)孔加工前面，而且對(duì)孔的加工在后面還要進(jìn)行精加工。所以在本道工序時(shí)，主要考慮的問(wèn)題是提高生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)程度。3.4.2定位的設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)選擇：因?yàn)檎麄€(gè)零件保證的是右端面法蘭和中心孔的精度，其設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)為中心孔的中心線(xiàn)。為了減少或者是使定位誤差為零，應(yīng)該選擇中心孔定位的自定心夾具，所以我們可以選擇中心孔為主要的定位基準(zhǔn)，在輔于一端面的定位形式。其中心軸限制了兩個(gè)移動(dòng)兩個(gè)

12、轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，端面限制了三個(gè)自由度，共限制了5個(gè)自由度，這就需要有夾緊裝置。這樣還要求有壓緊的裝置來(lái)完成裝夾，三爪卡盤(pán)能夠滿(mǎn)足這樣的要求。為了縮短輔助裝夾時(shí)間，裝夾時(shí)的原動(dòng)力裝置可以選擇液動(dòng)或者是氣動(dòng)，從經(jīng)濟(jì)成本考慮，氣動(dòng)原動(dòng)裝置既可滿(mǎn)足要求。3.4.3夾緊部分的設(shè)計(jì)夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，夾緊裝置設(shè)計(jì)是要遵循著：1）工件不移動(dòng)原則；2）工件不變形原則；3）工件不振動(dòng)原則；4）不干涉原則；5）安全可靠原則；6）經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)的基本要求如下：（1）夾緊作用準(zhǔn)確，保證夾緊定位的安全可靠。 （2）夾緊動(dòng)作迅速，操作方便省力，夾緊時(shí)不應(yīng)損害零件表面質(zhì)量。 （3）夾緊件應(yīng)具備一定

13、的剛性和強(qiáng)度，夾緊作用力應(yīng)是可調(diào)節(jié)的。 （4）結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，便于制造和維修。本課題設(shè)計(jì)的工件夾具是通過(guò)右側(cè)法蘭端面和內(nèi)孔作為定位面，法蘭端面和內(nèi)孔的定位元件分別選擇的是支承圓環(huán)和圓柱銷(xiāo)。再配以通過(guò)機(jī)床主軸末端氣缸通過(guò)連接桿帶動(dòng)連接板向左向拉動(dòng)三個(gè)杠桿式壓板壓緊工件。夾緊力的計(jì)算：機(jī)床：ca6140臥式車(chē)床刀具：硬質(zhì)合金刀yg6車(chē)刀，刀桿尺寸 16mm25mm。實(shí)際夾緊力（n）；理論夾緊力（n）；k安全系數(shù)。安全系數(shù)k可按下式計(jì)算，式：式中：為各素種因素的安全系數(shù)，見(jiàn)參考文獻(xiàn)2表可得： ，因?yàn)榘踩禂?shù)k的計(jì)結(jié)果小于2.5，所以k值取2.5。夾緊力計(jì)算公式： （3.5） （3.6） （3.7）查參

14、考資料2的灰鑄鐵ht200，硬質(zhì)合金鏜刀對(duì)應(yīng)的指數(shù)分別為： =903，=1.0，=0.75，=0；=530，=0.9，=0.75，=0；=451，=1.0，=0.4，=0。由于所給條件與表中條件相符，故。本工序是對(duì)工件右端面進(jìn)行粗車(chē)加工，所選用的刀具是硬質(zhì)合金鋼，牌號(hào)yg6，切削用量在前面得出為：=3mm，=0.8mm/r，=1.28m/s。以上所查出參數(shù)和系數(shù)帶入夾緊力公式（3.5）（3.6）（3.7）得出：=2291.5n，=1205n，=1237.5n。 為了通過(guò)三個(gè)杠桿式壓板能夠壓緊工件，防止工件在切削扭矩m和軸向力p的作用下打滑而轉(zhuǎn)動(dòng)，所需要的夾緊力公式：（3.8）式中： 為工件與壓

15、板之間在軸線(xiàn)方向上的摩擦系數(shù)取0.2； 為工件與支承圓環(huán)之間的摩擦系數(shù)取0.2； =87.5mm，=98mm，p=；m=6.65104 。 以上數(shù)據(jù)帶入公式（3.8）得出：=3021.9n。因?yàn)閵A具中的三個(gè)杠桿式壓板的原動(dòng)力是通過(guò)機(jī)床主軸末端氣缸活塞產(chǎn)生拉力經(jīng)連接桿帶動(dòng)壓緊的。選用的是雙作用活塞式氣缸，選擇缸體內(nèi)徑為160mm的氣缸，查參考資料1得出活塞桿拉力公式：式中：為氣缸的機(jī)械效率取0.8；d=d/4；p壓縮空氣的工作壓力，一般為0.40.6mpa，取0.5mpa。帶入公式算出=7536n。所以。因此，夾緊力滿(mǎn)足要求。故本夾具（如圖3.2）可安全工作。4水泵殼體鏜孔車(chē)床夾具4.1零件的作

16、用本工件水泵外殼（如圖4.1）的特點(diǎn)和前面水泵風(fēng)扇殼體特點(diǎn)基本相同，現(xiàn)通常采用的鑄造技術(shù)，再對(duì)完成的毛胚進(jìn)行工藝加工以達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。水泵依靠的是壓力就行工作，所以當(dāng)加工的孔徑、孔深應(yīng)最大程度的保證其精度，泵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的因素則是同軸度、垂直度、位置度的誤差引起的，這些都會(huì)影響到水泵的質(zhì)量。本工件位于中間的中心孔是用以安裝泵軸，四周分散著兩組帶有圓臺(tái)的通孔，起著連接的作用。圖4.1 水泵外殼4.2零件結(jié)構(gòu)分析課題所給零件是水泵的外殼，其主要作用通過(guò)和泵軸外殼連接保護(hù)水泵的泵軸。它的特點(diǎn)是同樣是一個(gè)整體回轉(zhuǎn)體形狀的殼體零件。零件中心部位有中心孔。材料可以選擇灰鑄鐵，鑄鐵有著鑄造性能好、切削性能好

17、、耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)。雖然它的力學(xué)性能較低，但也足夠滿(mǎn)足零件保護(hù)水泵內(nèi)部的要求；所以毛坯加工方法選擇鑄造的方法即可滿(mǎn)足要求。4.3工件工藝路線(xiàn)工藝路線(xiàn)：砂型鑄造粗車(chē)端面46粗車(chē)外圓柱46粗鏜中心孔28mm半精鏜中心孔28mm精鏜中心孔28mm鉆外圓孔18mm深度15mm，鉆內(nèi)圓孔11mm深度15mm鉆外圓孔11mm深度1mm，鉆內(nèi)圓孔8mm深度15mm車(chē)內(nèi)孔倒角平整階段檢驗(yàn)入庫(kù)4.4夾具設(shè)計(jì)4.4.1設(shè)計(jì)的要求本工序是利用車(chē)床對(duì)工件中心孔進(jìn)行鏜孔加工，所選機(jī)床是ca6140臥式車(chē)床，鏜孔加工孔直徑28mm，深度20mm，加工精度為 it7，表面粗糙度1.60.8。 本工序使用參數(shù)：（1）設(shè)備：c

18、a1640；（2）刀具：kr=45通孔鏜刀；（3）加工余量：2.0mm；（4）切削用量：背吃刀量ap=1.25mm，進(jìn)給量=0.1mm/r，切削速度=0.2m/s；（5）生產(chǎn)類(lèi)型：中批量。4.4.2定位的設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)選擇：本工件前面工件同一類(lèi)型，因?yàn)榱慵ＷC的是中心孔的精度，其設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)為中心孔的中心線(xiàn)。為了減少或者是使定位誤差為零，應(yīng)該選擇中心孔定位的自定心夾具，所以我們可以選擇中心孔為主要的定位基準(zhǔn)，在輔于一端面的定位形式。本工件選擇內(nèi)孔與左端面為定位基準(zhǔn)。圖4.2 為定位元件圖4.2 定位元件4.4.3夾緊部分設(shè)計(jì)工件以中心孔和左端面為基準(zhǔn)，靠夾具定位心軸及3個(gè)支承塊完成定位。在通過(guò)氣動(dòng)

19、裝置向左拉動(dòng)拉接盤(pán)，帶動(dòng)三個(gè)夾爪同時(shí)壓緊工件，松開(kāi)時(shí)夾爪可以自動(dòng)地張開(kāi)。圖4.3為 水泵殼體鏜孔車(chē)床夾具5結(jié)論5.1工件特點(diǎn)本課題中所設(shè)計(jì)的工件皆為殼體零件，且皆為回轉(zhuǎn)體或是帶有回轉(zhuǎn)體部分的零件。殼體零件一般是作為機(jī)器的基礎(chǔ)件之一，主要功用是保持各軸、套及齒輪等零件在空間的位置關(guān)系，使其能夠協(xié)調(diào)地運(yùn)動(dòng)，并起到支承各零件的作用。 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于殼體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，內(nèi)部呈腔形，壁厚較薄且不均勻。殼體零件的主要加工面就是孔系和裝配基準(zhǔn)平面。在零件的選材方面，殼體零件因其的保護(hù)作用，一般多選用的鑄鐵、鑄鋼等金屬，塑料等非金屬。采用的加工方法也是多種多樣的，金屬材料的殼體多采用鑄造毛坯，也有焊接件、鍛件等；

20、非金屬的塑料殼體多采用的是注塑成型。為了提高殼體關(guān)鍵工序的加工精度，有的企業(yè)開(kāi)始使用數(shù)控機(jī)床和加工中心，但這樣大大的增加了生產(chǎn)的成本。對(duì)于大多數(shù)的中小企業(yè)來(lái)說(shuō)這樣做的利潤(rùn)很少，甚至是虧本。對(duì)于這類(lèi)企業(yè)比較適合的方案利用現(xiàn)有的車(chē)床（鏜床）作為關(guān)鍵工序的機(jī)床，配以專(zhuān)用的刀具、夾具保證精度。5.2夾具特點(diǎn)本文設(shè)計(jì)的夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該按照合理的設(shè)計(jì)步驟，才能達(dá)到事半功倍的效果。夾具設(shè)計(jì)時(shí)，首先合理加工工序所需要限制的自由度，找準(zhǔn)定位基準(zhǔn)；其次選擇合理的定位原件，確定方案；再對(duì)夾具中的夾緊裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就需要對(duì)夾緊力大小、方向、作用等等進(jìn)行確定后選擇夾緊機(jī)構(gòu)；最后確定夾具的其他元件。本文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是是對(duì)回轉(zhuǎn)體的殼體工件進(jìn)行端面車(chē)削或內(nèi)孔的鏜孔加工，對(duì)殼體零件裝夾時(shí)，應(yīng)該注意的問(wèn)題：1.選用精基準(zhǔn)定位，以減少定位誤差：2.盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，以減少基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的定位誤差。3.所選基準(zhǔn)應(yīng)有利于夾具結(jié)構(gòu)的通用化，能有效減少殼體在夾具上的安裝誤差。4.能使得夾具夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定。5.應(yīng)使殼體露出盡可能多的加工面，以便于實(shí)現(xiàn)多面加工，利于保證加工面問(wèn)的相對(duì)位置精度和技術(shù)要求，且減少加工設(shè)備的數(shù)量。本設(shè)計(jì)中的選擇的夾具類(lèi)型是三爪卡盤(pán)式的卡盤(pán)類(lèi)夾具。其夾具設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)選擇特點(diǎn)是“兩面一孔”定位，以一中心孔和一工件上的大平面作為定位基準(zhǔn)