水泵叶轮夹具设计.doc

1、前 言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，

2、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。为此日本先端技术研究会将其列为大现代制造技术之一，国际生产工程学会（）将其确定为世纪的中心研究方向之一。铣床加工的特点：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，无论是端铣或周铣

3、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。铣床加工的顺序： 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，在以中心孔为精基准加工外圆和端面箱体类零件总

4、是先加工定位用的平面及两个定位孔，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、铣床夹具的设计几个方面予以阐述。目录前言 机床技术各方面的发展 1 铣床加工的特点 1 铣床加工的顺序 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 铣床夹具的设计 82.1 夹具的设计 82.2 夹具结构的设计

5、 92.3 夹具设计及操作的简要说明 122.4 卧式铣床夹具的设计 122.5 夹具设计及操作的简要说明 17第三章 总结 参考文献 致谢 2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12H8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：回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12H8的轴线是0.02，表面粗糙度

6、是6.3，其四个槽的宽度尺寸为宽11mm、深11mm。其二10铸孔，表面粗糙度是3.2。10孔的上偏差0.027、下偏差0。B)其三是水泵叶轮的地面，加工的基本尺寸是4mm，表面粗糙度是6.3。零件的技术要求：1.水泵叶轮的材料为HT200。2.未注铸造圆角R3-5。3.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铣立铣X6210指状铣刀以底面3点及其铸孔2点定位在其底面对面夹紧水泵叶轮底面铣卧铣X52100端铣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12麻花钻以底面及其止口定位，在底面对底

7、面夹紧第二章 铣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，决定设计精铣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。基面选择的正确与合理，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，甚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42mm的外圆表面做基准（4点定位），否则可能造成外圆表面的变形。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

8、水泵叶轮的底面只对它的对面有4mm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6mm。因为该夹具用于加工批量不大的场合，加工要求相对来说并不高，应此，决定采用手动夹紧。定位方案和夹紧如图（3-1）所以： 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

9、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IT8，定位元件支撑钉的工作表面粗糙度大于Ra1.6微米，选用Ra0.8或Ra0.4，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。硬度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

10、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。由于采用手动夹紧，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。

11、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4mm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

12、，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：F=KF式中：F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=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、垫圈与中

13、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。但由于是中小批生产，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面，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 卧室铣床

14、夹具设计 夹具将用在卧式铣床上加工水泵叶轮上两条互成90的十字槽。机床型号为X63卧式铣床。刀具为10的指状铣刀。2.4.1 问题的提出：槽宽 11mm、深11mm这两条槽对12H8的孔有一定的技术要求，要求每条槽相对于12H8的轴线的对称度为0.2，表面粗糙度为6.3。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时，应该进行尺寸换算。现设计计算如下： 方案1：工件以底面及800.05mm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 如图所示，工件以800.05mm外圆柱面在定位元件的80mm止口中定位，加工宽11mm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12H8的轴线与定位基准800.05mm的轴线不重合，0。工件定位基准与止口定