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1、齿轮泵前盖加工工艺设计摘要:本次设计主要阐述了一种齿轮泵前盖的制造工艺，对整个零件的机械加工过程有详细的讲解，主要内容是：从零件测绘到机械加工，其中涉及零件测绘、加工工艺、重要工序中的夹具设计，最后简单地介绍了一下齿轮泵的装配。通过对工件的工艺性进行分析，确定一个最佳的工艺方案，合理设计加工工艺，并对零件加工工艺及夹具工艺进行设计。关键词：齿轮泵；零件测绘；工艺设计 1前言液压技术有很多优点，从民用到国防，从一般传动到精密控制，都得到了广泛的应用。作为主要施工设备的工程机械,目前绝大多数采用了液压传动与控制技术，液压传动及其控制技术是促进工程机械主流方向不断发展的基础条件。齿轮泵作为工程机械中
2、的重要元件，在各种液压传动中起了极其重要的作用。齿轮泵作为工程机械中的重要元件，在各种液压传动中起了极其重要的作用，所以从零部件到整机，任何一个细节质量要求都要严格控制，本次设计的目的主要就是希望从中学到一些技术性的知识，并结合自己所学的知识运用到企业实际生产中去。2零件分析2.1零件结构分析公司自己生产的样品，主要是一些零件和装配好的齿轮泵，还有多路阀，在技术部我也有安排一台电脑，所以也见到了公司的一些生产图纸与产品样本，大致了解了一下齿轮泵的结构。针对选题对一个齿轮泵的前盖进行了测绘，测绘过程中，精度要求不高的尺寸就用游标卡尺测量，精度要求高的尺寸就用三坐标测量机测量，有些尺寸需要测量多次
3、再取平均值，以确保客观地反应实际尺寸。以下数据是用三坐标测量的部分实际数据：我的思路是：先测量尺寸，再在图纸上画出草图，主要就是三视图，再用Pro/E把零件造型画出来，最后导出工程图，导出之后要经过很多修改与调整的，造型图如图1所示。最后师傅还特别讲了一下工序基准，标注尺寸必须先选择好工序基准，不然尺寸标注就会没有基准，显得很混乱，而且对加工某道工序的人来说，也很难看明白具体尺寸，这个还要对工艺过程很熟悉；其它还有各尺寸公差级别的选定与技术要求等。图1 齿轮泵前盖造型将CAD图纸绘制并打印出来，参照公司相关资料标注了公差与技术要求，Pro/E实体造型,有些细节的地方没有画完整，但在CAD平面图
4、纸中尺寸都标注齐全，包括零件的倒角、沉孔、螺纹、流道，复杂的地方也用剖视图表达清楚了，大致外形如图2所示，具体见附件1中的前盖零件图。整个过程现在很清楚了，我想将来工作可能也会遇到类似的问题，我相信有这个能力去解决。图2 齿轮泵前盖示意图2.2零件工艺分析本次设计因为有实物做参照，所以对于哪些尺寸是铸造尺寸，哪些需要机加工，这一点我很清楚，尤其是那些精度要求很高的尺寸。在师傅的指导下，我已经很完整地画出了零件图。3确定毛坯3.1确定毛坯材料与热处理工艺公司大部分齿轮泵铸件材料都是灰铁，少数强度要求高的用球墨铸铁，有一种多路阀的材料是蠕墨铸铁，这次做设计用的齿轮泵前盖零件材料为HT250，属于普
5、通灰铸铁，这种材质机械加工比较容易切削。热处理工艺采用正火工艺，900-960保温2-4小时，然后炉冷850900，保温1-3小时空冷。3.2确定毛坯铸造形式 铸造本身就是一种工艺方法，是指将熔融的金属浇注、压射或吸入铸型腔或模具中，待其凝固后而得到一定形状和性能的铸件。具体过程是将熔融的金属在一定的压力作用下，以较快的速度注入金属型腔内而获得铸件。这种铸造技术铸造精度高，可达IT13IT11，表面粗糙度值小，铸件上的各种孔眼、文字以及图案均可铸出，这里公司很多零件表面都有字，都是通过这种铸造技术实现的。为了减少不必要的工序，这里用的是砂型铸造，外形尺寸都不必机加工，如图3所示，余量控制之类的
6、具体参见毛附件2毛坯图的尺寸。下面说一下该零件铸造的工艺要求：图3 齿轮泵前盖毛坯图（1）铸件配料均匀，各处必须保证成分一致，不得有突然变化，这点很多铸造企业很难保证，常常会出现同一个零件，各处的硬度值都不同，而且相差很多；（2）铸造圆角要适当，不得有尖棱、尖角；（3）铸件的结构要尽量简化，并要有合理的起模斜度，以减少分型面、芯子，并便于起模；（4）不得有气孔、疏松、砂眼等铸造缺陷；（5）要求热处理后保证硬度180220HBS，抗拉强度240MPa以上。4拟订工艺路线工艺路线是指产品或零件在生产过程中，由毛坯准备到成品入库，经过企业各个部门或工序的先后顺序。拟订零件的加工工艺路线，实际上就是制
7、订机械加工工艺规程的总体布局，对零件的加工质量、生产效率和成本有决定性的影响，因此，它是制订工艺规程中最关键的一步。由于生产类型为中批量生产，机床应尽量采用通用夹具，并使工序集中以提高生产效率，此外，也要考虑生产成本。4.1加工方法的选择零件的加工，应该根据这些尺寸的加工要求和零件的结构特点等因素选用相应的加工方法。在选择某一加工方法时，一般先选定最终加工方法，然后再逐一选定各有关前倒工序的加工方法。加工方法的选择：（1）所选加工方法应该考虑每种加工经济精度范围与加工面的精度要求和表面粗糙度要求相适应；（2）所选加工方法能确保加工面的几何形状精度、表面相互位置精度的要求；（3）所选加工方法要与
8、零件材料的可加工性相适应。这个前盖因为需要加工的尺寸很多，有些要求不高的尺寸就不需要分几道工序，重要尺寸按照大原则：粗加工半精加工精加工4.2定位基准的选择工件在加工时，用来确定工件对机床以及夹具相对位置的面称为定位基准。最初工序中所用定位基准是毛坯上未加工的面称为粗基准；在其后各工序加工中所用定位基准是已加工的面称为精基准。粗基准的选择：选择粗基准时，重点考虑如何保证各个加工面都能分配到合理的加工余量，保证加工面与不加工面的位置尺寸和位置精度，同时还要为后续工序提供可靠基准，具体遵循以下原则：（1）为了保证各个加工面都能分配到足够的加工余量，应该选择加工余量最小的面为粗基准；（2）为了保证零
9、件上加工表面与下加工表面的相对位置要求，应该选择不加工面为粗基准；（3）为了保证零件上重要表面加工余量均匀，应该选择重要加工面为粗基准；（4）为了使定位稳定可靠，应该选择毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁的面做粗基准；（5）粗基准应该尽量避免重复使用，特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次，同时要考虑便于定位、装夹和加工，并使夹具结构简单。精基准的选择：选择精基准时，重点考虑如何减少工件的定位误差，保证工件的加工精度，同时也要考虑工件装卸方便，同时还要考虑基准重合原则，即以设计基准作定位基准，以避免产生基准不重合误差。依照以上所述，本次设计中选取的基准都与实际生产一致。4.3加工阶段的划分在选
10、定了各道工序加工方法之后，还需要进一步确定这些加工方法在工艺路线中的顺序与位置。下面是加工该零件的加工阶段的划分，见表1 机械加工工艺过程： 表1 机械加工工艺过程1车粗车两平面到108.5 2磨粗磨两平面到108.2 3钻钻5/8”-11UNC工艺孔4-10.80.1，保证尺寸165.10.35650.35 4车以工艺孔10.80.1为基准，粗车：58.80.162.80.25；70.50.161.30.25；78.50.135.3 5车以工艺孔10.80.1为基准粗车，128.50.112.20.1 6车以78.50.1为基准，粗车轴承通孔处580.124，530.131.2，37.40.
11、1通孔 7车以78.50.1及10.80.1为基准粗车另一个轴承孔，580.124，49.30.126.4，保证中心距63.50.015 8钻以2-57.8为基准，钻、扩4-160.14.95孔 9磨精磨两平面到107.950.15，保证粗糙度0.8，平面度0.0110镗以4-160.1为基准：精镗2-58.940.01524.50.1，垂直度小于0.015，保证两孔中心距为63.50.015，圆度小于0.015，粗糙度1.6 11车以58.94为基准精车：60.463.50.35；720.02562，粗糙度1.6，并倒角1 45；800.0136，粗糙度3.2，并倒角1.530，抛光；84.
12、50.1511.5，槽宽3.40.15，粗糙度1.6；所有孔的同轴度小于0.05 12车以58.94为基准精车：12712.7，粗糙度3.2，并倒角1.545 13车以80为基准精车：540.05320.1，平面不允许有划痕，以大平面为基准平行度小于0.025，平面度小于0.015，粗糙度1.6 ；380.05通孔，粗糙度3.2，空口保持尖角；以上所有孔同轴度小于0.05 14钻以127、10.8为基准钻4-14.5通孔，保证孔距114.5114.5，位置度小于0.5 15钻以2-58.94为基准：钻、扩8-13.50.1通孔；钻、扩沉孔8-174.8；钻2-9.9通孔流道；扩2-12.790
13、.4，并孔口倒角1.460，倒角粗糙度1.6 16钻以2-58.94为基准，钻、扩、铰2-15.88深22，保证位置尺寸133.40.03104.80.03 17钻钻斜孔2-4.8，30通孔 18攻以小平面为基准，攻大平面螺孔8-5/8”-11UNC-2BTHD通，2-7/16-20NF-2BTHD，深14.5 19抛光抛光槽外800.01，粗糙度0.8 20去毛去除工件所有毛刺、残渣21清洗粗洗，用煤油清洗机加工各处 22检检查所有机加工尺寸、外观情况，确保没有缺陷23清洗用煤油清洗零件所有部位24包装在零件内外表面涂防锈油，包装5切削用量的确定根据切削用量选择的原则来确定加工过程中的切削用
14、量：（1）因粗加工余量较大，精度要求不高，此时应当根据工艺系统刚性及刀具耐用度来选择切削用量。一般选择较大的背吃刀量和侧吃刀量，使一次进给尽可能多地切除毛坯余量。（2）对于半精加工，加工余量一般在0.51.5，加工时要降低表面粗糙度，因此要选较小的每齿进给量，从而取得较大的切削速度；（3）对于精加工，由于加工余量很小，应当着重考虑刀具的磨损对精度的影响，因此宜选择更小的每齿进给量，从而取得刀具所允许的最大切削速度。加工余量可以通过查表，工作经验和常规工作要求而知道，这次加工余量的确定详见附件3机械加工工艺过程卡片。6机床及其配套刀具、夹具、量具的选择6.1机床的选择根据工艺设计的要求，选择了如
15、下一些机床，有普通车床，镗床，钻床，磨床等，详见附件3机械加工工艺过程卡片。6.2刀具的选择这里涉及的机床很多，刀具也不一样，用的刀具有车刀、镗刀、钻头、铰刀，具体型号就不一一列出。6.3量具的选择 加工各道工序时量具的选择要根据所加工尺寸的精度要求，这里用到的量具有很多，有游标卡尺、游标深度尺、内径百分表、内径千分表、千分尺、还有三坐标测量机，具体型号就不一一列出。考虑到各个尺寸公差要求，这里对于每道工序都有专门的量具或其它检具，详见工序卡片。6.4夹具选择与设计这里用到了很多夹具，有花盘，还有十几套专用夹具，这里不一一列举，后面会单独讲述铰定位孔那道工序的定位与夹具设计，即专用夹具，这道工
16、序也是加工过程中要求严格控制的点。7填写工艺文件常用的机械加工工艺规程有机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。前者是以工序为单位简要地说明产品或者零部件加工过程的一种工艺文件，主要用来了解工件的加工流程，是制订其它工艺文件的基础，也是进行生产准备、编制作业计划和组织生产的依据。后者是在前者的基础上，按照每道工序所编制的一种工艺文件。工序卡上对该工序每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备均有详细说明，并附有工序简图。工序卡主要用于直接指导工人进行生产，这次设计的机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡详见附录。8专用夹具设计夹具指的是在机械加工过程中，为保证加工精度而采用的保证工件
17、相对于机床和刀具正确相对位置，并保证加工过程中不因外力作用而改变已有正确位置的工艺装备的总称。机床夹具是夹具中的一种，是在金属切削机床中使用的夹具的统称。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它广泛应用于机械制造过程中的切削加工、热处理、装配、焊接和检测工艺过程中。它直接影响着加工精度、劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备过程中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作，这里将讲述这次铰定位销孔的定位板设计。8.1拟定夹具结构方案，绘制夹具草图8.1.1确定工件的定位方案，设计定位装置组合定位的方式很多，生产中常用的就是“一面两
18、孔”定位，如加工箱体、盖板等。采用“一面两孔”定位，易于做到工艺过程中的基准统一，保证工件的位置精度，减少夹具设计制造工艺量。工件采用“一面两孔”定位时，两孔可以是工件结构上原有的，也可以是为定位需要专门设计的工艺孔，相应的定位元件是支撑板和定位销。这里的零件加工可以采用“一面两孔”定位，“一面” 是指前盖上的大平面，“两孔”是指中间两个轴承孔2-58.940.015，如图4所示。图4 “一面两孔”定位8.1.2确定工件夹紧方案设计夹紧装置以大平面和两个轴承孔定位，用带弹簧的压板夹紧，压板总长230，宽30，厚10，如图5，两孔用倒置的螺杆固定在工作台上，装夹时再用螺母拧紧。图5 压板以上是理
19、论上的夹紧方法，实际生产中，为了提高生产效率，一般不用夹紧装置的，直接将定位板压在零件上，一手按住工件，一手操作钻床，而不必拧紧这个步骤，节省了很多时间，下面不再详细讲解。8.2确定定位板尺寸与其它各尺寸公差配合（1）定位板的外形尺寸为24016020，其余尺寸见附件4图纸；（2）中间两定位块中心距63.50.015，其余如图6；图6 定位块（3）两钻模套内径15.9，配合间隙是按实际生产需要而定的，外形尺寸如图7。图7 钻模套工装总装图如图8所示，其它技术要求参见附件4中的图纸。图8 工装总装图8.3绘制夹具总图，在绘制时：双点画线将工件外形轮廓、定位基面、夹紧表面以及加工表面画在各视图相应
20、位置上，待加工面上的余量可用网纹线表示。在夹具总图中，工件可看成是透明体，不遮挡后面线条，如图9所示，画出了定位装置的具体结构；在总图上标注大致外形尺寸和相关事项，具体见附件中的图纸。图9 装夹总图8.4定位误差分析加工时，由于有多种误差的影响，在分析定位方案时，根据实际生产经验，定位误差应该控制在不超过加工尺寸公差的1/3 。造成定位误差的原因主要有基准不重合误差与基准位移误差。8.4.1基准不重合误差 基准不重合误差是由于定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差，用B表示，基准不重合误差的大小等于因定位基准与工序基准不重合而造成的加工尺寸的变化范围。8.4.2基准位移误差 基准位移误差是指
21、工件在夹具中定位时，由于定位副（工件的定位表面与定位元件的工作表面）的制造公差和最小配合间隙的影响，使得定位基准在加工尺寸方向上产生位移，导致各个工件位置不一致，造成加工误差，用Y表示。由于定位副有制造公差和最小配合间隙，使定位基准（孔中心）向某一方向会产生偏移。基准位移误差的大小等于定位基准在加工尺寸方向的变动范围。下面分析这次设计中的定位误差，主要针对前盖的定位销孔位置尺寸52.40.015，34.950.015，因为尺寸是对称的，这里只分析单边的尺寸情况，如果单边尺寸能保证，总尺寸104.80.03，133.40.03，都能保证。对于52.40.015，34.950.015，由于定位基准
22、与工序基准重合，所以B=0；下面计算基准位移误差，通过定位块58.93与前盖轴承孔58.940.015的尺寸来分析计算：因为两定位套是对称的，所以偏移误差可以缩小到0.01752=0.00875，定位误差=B+Y=0.01，1/30.015-（-0.015）=0.010.00875，定位误差不超过加工尺寸公差的1/3，所以这种定位方案可行9前盖在齿轮泵上的装配泵体零件在装配前，都要用煤油把零件内外清洗干净，前盖上的流道孔、法兰孔内外必须保证无砂子、铁屑等。其次，清洁的工作台，备齐需装配的各加工零件、密封件，去除毛刺飞边，清洗干净待装，备齐有关装配工具，按一定的顺序顺次组装，图10是装配之后的图
23、片，从中可以看出前盖在齿轮泵中的位置情况。图10 齿轮泵装配图10总结本次设计主要阐述了一种齿轮泵前盖的制造工艺，对整个零件的机械加工过程有详细的讲解，主要内容是：从零件测绘到机械加工，其中涉及零件测绘、加工工艺、重要工序中的夹具设计，最后简单地介绍了一下齿轮泵的装配。通过对工件的工艺性进行分析，确定一个最佳的工艺方案，然后在师傅的指导下合理设计加工工艺，并对零件加工工艺及夹具工艺进行设计。在熟练工艺设计过程的同时也增强了CAD绘图能力和造型能力，最后进行检查完成毕业设计。产品图纸用AutoCAD绘制，并根据相关尺寸和技术要求绘出图形。设计中利用所学知识，结合实际绘制零件毛坯图，然后使用Pro
24、/E绘制零件实体造型图，最后将产品三维图转出CAD平面图。简而言之，主要是利用CAD技术画出相应的毛坯图、零件图、设计分析图，以及机械加工工艺过程卡、工序卡片的制作。 在设计和三维造型过程中遇到了一些问题，在出图时也遇到很多问题，通过对问题的探索与分析，经过师傅的指导和自己的努力，最后得到圆满解决，更深刻地知道了机械设计各个阶段的重要性和严谨性，达到了毕业设计的目的。这次毕业设计我当作是工学结合，工学结合也是理论和实际的结合，尤其是我们工科专业，每个人必须要提高自己的动手能力，将来我们才能及时地适应社会，而不是空洞地讲大道理，做事要实际一点，不能照搬别人的东西。11致谢 在本次毕业设计中，特别
25、感谢张老师的指导和帮助，也让我学会了成功要自己去努力；同时也特别感谢我所工作的公司和我的师傅，是你们的帮助让我有了强烈的自信去做好这次毕业设计，由于你们的支持和帮助，让我成功地完成了这次毕业设计。最后，再次感谢这次设计过程中给予我很大帮助的师傅，当然还有我所在的公司，祝公司事业蒸蒸日上！也希望通过这次的亲身体验，将来能做出些事业来！参考文献1李玉林.液压元件与系统设计.北京：北京航空航天大学出版社.1991.第一版.1271692雷天觉.新编液压工程手册.北京：北京理工大学出版社.1998.第一版.521193成大先.机械设计手册.北京：机械工业出版社.2002.1.第一版.第四卷4陈宏钧.实
26、用机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社.2003.1.第二版.55845杨黎明.机床夹具设计手册.北京：北京国防工业出版社.1996.5.第一版.811596马智贤.夹具与辅具标准应用手册.成都：机械工业出版社.1995.第一版.371467薛源顺.机床夹具图册.北京：机械工业出版社.2002.第一版.991108卢长耿.液压控制系统的分析与设计.北京：煤炭工业出版社.1991.第一版.399廖念钊.互换性与技术测量.浙江：中国计量出版社.2000.1.第三版.277910孟少农.机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社.1991.第一版.356211李华.机械制造技术.北京：机械工业出版社.1997.6.第一版.12115812林清安.Pro/E2.0 Pro/E3.0系列视频教程. Pro/E论坛.2008.1.14