CBN-E300齿轮油泵泵体加工工艺分析
编号
XXXX 职业技术学院
毕业论文
学生姓名
学 号
院 系
专 业
班 级
指导教师
顾问教师 XXXX XXXXXX 机电工程系 机械制造与自动化 XXXXX XXX 副教授 XXXX
二〇一三年十月
摘 要
摘 要
论文给出了对齿轮泵泵体的加工,加工应用了数控机床和普通机床交替加工的方法。整个过程包括下料、铸造、热处理、加工余量的计算、数控程序的编写等。内容涉及到工程材料、热处理、尺寸公差和加工精度、加工工艺、数控编程等。从零件的工艺分析、确定共毛坯的种类和制造方法、拟定工艺路线等各方面设计。逐一的开始车削、铣削、镗削、钻孔、铰孔。将零件从原材料到成品的过程表达出来了。
关键词:齿轮泵泵体加工工艺 工艺分析
Abstract
Abstract
This design through to the gear pump pump body processing, the application of numerical control machine tools and ordinary alternating method. The whole process including blanking, casting, heat treatment, the calculation, nc program of machining allowance of writing, etc. Content involves the engineering material, heat treatment, size tolerance and processing precision, processing technology, numerical control programming, etc. From the parts of process analysis and determine the type and manufacturing method of blank each respect such as design, drafting process route. One by one, the beginning of turning, milling, boring, drilling, reaming. To express the process of parts from raw material to finished product.
Keywords : The gear pump body
The processing technology
Technology analysis
目录
目 录
摘 要 . ............................................................................................................................ I ABSTRACT .................................................................................................................. I I
第一章 绪论 . .................................................................................................................. 1
1.1齿轮泵的发展研究现状 ....................................................................................... 1
1.2研究背景及意义 ................................................................................................... 2
第二章 泵体的测绘 . .................................................................................................... 4
2.1零件的基本尺寸 ................................................................................................... 4
2.2孔轴配合 ............................................................................................................... 4
2.2.1有关尺寸的数据定义 . .................................................................................... 4
2.2.2有关尺寸偏差和公差的术语和定义 . ............................................................ 4
2.2.3尺寸公差带 . .................................................................................................... 4
2.2.4间隙和过盈 . .................................................................................................... 5
2.3公差 ....................................................................................................................... 5
2.3.1公差及极限偏差的运算 . ................................................................................ 5
2.3.2检验合格方法 . ................................................................................................ 6
2.3.3形位公差与误差 . ............................................................................................ 6
2.4零件的作用 ........................................................................................................... 6
2.5绘制零件图 ........................................................................................................... 7
第三章 零件的工艺分析 . .......................................................................................... 10
3.1结构的工艺性 ..................................................................................................... 10
3.2技术要求分析 ..................................................................................................... 10
3.3生产类型 ............................................................................................................. 10
3.3.1关于生产纲领 . .............................................................................................. 10
3.3.2生产类型 . ...................................................................................................... 11
3.3.3工艺特征 . ...................................................................................................... 11
3.4确定毛坯的种类 ................................................................................................. 11
第四章 加工工艺 . ...................................................................................................... 14
4.1孔和平面的加工顺序 ......................................................................................... 14
4.2基准的选择 ......................................................................................................... 14
4.2.1粗基准的选择 . .............................................................................................. 14
4.2.2精基准的选择 . .............................................................................................. 14
4.3各表面加工方法 ................................................................................................. 15
4.4工序集中与分散 ................................................................................................. 15
4.5初拟加工工艺路线 ............................................................................................. 15
4.6工艺方案的比较与分析 ..................................................................................... 17
4.7加工设备的选择 ................................................................................................. 18
第五章 确定加工余量和切削用量 . .......................................................................... 19
5.1确定加工余量和切削的前期工作 ..................................................................... 19
目录
5.2确定各个表面的加工余量和工序余量 ............................................................. 19
5.2.1上端面 . .......................................................................................................... 19
5.2.2定位销孔 . ...................................................................................................... 19
5.2.3下端面 . .......................................................................................................... 20
5.2.4泵体内孔 . ...................................................................................................... 20
5.2.5螺栓孔 . .......................................................................................................... 21
5.2.6进、出油口 . .................................................................................................. 21
5.2.7 螺纹和封油槽 . ............................................................................................. 21
5.3确定切削用量 ..................................................................................................... 22
第六章 总结与展望 .................................................................................................... 28
致 谢........................................................................................................................... 29
参考文献 ...................................................................................................................... 30
绪论 第一章
第一章 绪论
1.1齿轮泵的发展研究现状 早在二千多年前,人类就发明了齿轮传动装置。早期的齿轮采用木料或金属铸造成形,只能传递两轴间的回转运动,不能保证传动的平稳性,承载能力也很小。随着生产的发展,齿轮运转的平稳性受到重视。1674年丹麦天文学家罗默首次提出用外摆线作齿廓曲线,以得到运转平稳的齿轮。18世纪工业革命时期,齿轮技术得到高速发展,人们对齿轮进行了大量的研究。1733年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律;1765年瑞士数学家LEuler 建议采用渐开线作齿廓曲线。
渐开线圆柱齿轮自L.Euler 提出后,特别是19世纪出现的滚齿机和插齿机,解决了渐开线齿轮的大量生产和精度问题,使渐开线齿轮取得了在工业界的绝对优势地位。在科学技术飞速发展的今天,齿轮传动作为机械传动的重要组成部分,由于其传动功率大、效率高、结构紧凑、传动比精确、传动平稳等优点而被广泛应用在化工、汽车、船舶、航空、能源等国民经济的重要领域中。齿轮泵作为齿轮在工业中应用的一种重要装置,在液压传动与控制技术中占有很大比重,其主要特点是结构简单、体积小、重量轻、自吸性好、耐污染、使用可靠、寿命较长、制造容易、维修方便、价格便宜。但渐开线型齿轮泵也有不少缺点,主要是流量和困油引起的压力脉动较大、噪声较大、排量不可变、高温效率低等。这些缺点在某些结构经过改进的齿轮泵上己得到了很大的改善。近年来,齿轮泵的工作压力有了很大提高,额定压力可达到25MPa ,最高压力可达31.SMPa 。另外,产品结构也有不少改进,特别是三联、四联齿轮泵的问世,部分地弥补了齿轮泵不能变量的缺点。而复合齿轮泵的出现使齿轮泵的流量均匀性得到了很大的改善。其使用领域也在不断扩大,许多过去使用柱塞泵的液压设备也已改用齿轮泵(如工程起重机等) 。
外观上,2003年,由美国哥伦比亚大学学者sureshBabuKasaragaddat7]在研究一种结构相同而啮合齿轮齿数不等的外啮合齿轮泵流量脉动的情况下,通过数学手段分析,当增加泵的自然谐波时,能设计出一种主动齿轮齿数多、从动齿轮齿数少的齿轮泵,该齿轮泵的排量及流量脉动振幅没减少但在结构设计方面与传统齿轮泵相比具有外形简单,体积更小的特点。不过,齿轮泵也有不少缺点,主要是流量和困油引起的压力脉动较大,噪声较大,排量不可变,高温效率较低。
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这些缺点在某些结构经过改进的齿轮泵上,己得到很大的改善。江苏工业学院祝海林教授等人针对现有高粘度齿轮泵结构单一、径向力不平衡、轴承受力大造成磨损严重、流量及压力脉动大等问题,综合行星传动及齿轮泵原理,提出了将外啮合与内啮合两种结构相结合构成高粘度复合齿轮泵的设想,阐述了新型齿轮泵的结构及性能特点,得出了理论排量的计算公式。研究表明:新型齿轮泵的高低压腔对称、齿轮与轴受力平衡。它具有内泄漏小、轴承及泵的寿命长、输出排量成倍增加而流量脉动小等显著优点,具有良好的产业化前景。
齿轮泵可分为外啮合和内啮合两大类,国外某些工业发达国家齿轮泵的产量在液压泵中占有很大比重与外啮合齿轮泵相比内啮合齿轮泵以其体积小,重量轻、噪声低、自吸性能好、流量脉动小等优点而倍受重视,其产量在齿轮泵的总产量中占有很大比例。一些发达国家内啮合与外啮合齿轮泵的产量比接近于1:1。齿轮泵是我国最早生产的液压元件之一,压力从0.5MPa 至25Mpa(最高压力达到
31.SMpa) ,流量从3Umin 至4OOL/min的齿轮泵均有生产; 我国的内啮合齿轮泵产量不大,特别是内啮合摆线齿轮泵和其它非渐开线齿廓啮合齿轮泵,基本还处于初级阶段。目前,我国的齿轮泵产品性能还比较低,与国外同类产品相比,还有不小的差距。
1.2研究背景及意义
CBN-E300系列齿轮泵是一种中、高压小排量齿轮泵,具有体积小、压力高、性能好、使用可靠、维修方便等特点。适用于各种拖拉机、农用运输车等农业机械及叉车、装载机等工程机械。因此它的需求量非常的大。所以为了能够提高该系列齿轮泵的各方面性能及使用寿命,本论文给出了泵体的加工工艺分析,并对泵体进行了重新测绘、公差计算、确定加工工艺、拟定加工路线、确定各表面的加工余量和切削用量,以此来提高该系列齿轮泵的性能。因此,对齿轮油泵泵体的加工工艺进行分析有着深远的意义。
在我国齿轮油泵行业市场上,具有一定规模的从业企业有2300多家。市场的离散度很高,尚处于自由竞争的分散状态。整个泵业市场虽有一个相对较强的第一集团,但没有绝对的行业老大。行业内各企业的竞争非常激烈,但市场份额越来越向几个优势企业集中。
从企业数量上看,股份制或股份合作制企业的比例最高,为55.2%。从销售收入来看,股份制或股份合作制企业的销售额占我国泵业市场的近一半份额,
该类企业以民营企业居多,主要提供通用泵类产品并服务于中低端市场。如果解决上述问题,不仅可以对使用客户有直接的好处,而且在节约资源,促进社
绪论 第一章
会技术创新也有很大的意义。近两年来,该类企业更在技术创新、产品改进、质量提高以及品牌建设上苦下功夫,正在经历从技术引进、消化吸收、技术改进到自主研发的转型过程。今后几年,该类企业的潜力和实力将越来越大。
改革开放和中国的入世,全球各行业的一些跨国企业正在迅速占领中国市场。在泵行业,许多世界齿轮油泵业巨头已经在中国迅速抢占我国市场,有的在我国建立了加工基地。有的在我国设立代理形式的机构。他们主要服务于我国的中高端市场,中国各行业的快速发展及其对泵类产品的巨大需求已使很多国外泵业企业将业务重心移向中国。因此,今后几年我国齿轮油泵业高端市场的竞争将越发激烈。
如果解决上述问题,不仅可以对使用客户有直接的好处,而且在节约资源,促进社会技术创新也有很大的意义。
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第二章 泵体的测绘
2.1零件的基本尺寸
基本尺寸的测量长为114mm ,宽为90mm ,高为92mm, 圆弧半径分别为R11;R22;R66孔直径分别为φ11; φ7; φ11; 以及M8的螺纹孔。
2.2孔轴配合
2.2.1有关尺寸的数据定义
A .
B .
C . 基本尺寸 :D.d 实际尺寸 :D a , d a 极限尺寸 :D max . D min . d max . d min
上偏差:对孔:Es=D max -D 对轴:es= d max -d
下偏差:对孔:EI=D min -D 对轴:ei=d min - d
尺寸公差:对孔:T D =D max -D min =ES—EI 2.2.2有关尺寸偏差和公差的术语和定义 D . E . F .
对轴:T d =d max -d min =es —ei
注意: Ⅰ. 公差为正值,等于零则无意义
Ⅱ.零值表示公差不存在,是不可能的。
Ⅲ.极限偏差用于控制实际偏差,是判断加工
后零件尺寸合格性的依据。
Ⅳ.公差的大小控制着同一批零件实际尺寸的差异程度。 Ⅴ.对同一尺寸公差的大小反应其加工的难易程度。
即:加工精度的高低公差是制定加工工艺选择机床,刀具,夹具,
量具的主要依据。而极限偏差则是调整机床时选择切削刀具与确
定工件相对位置的依据。
2.2.3尺寸公差带
在尺寸公差带中代表上偏差和下偏差或最小极限尺寸,和最大极限尺寸的两条直线之间所围成的区域。大小和位置是公差带的两要素。大小由尺寸公差确定,位置由基本偏差确定。
第二章 泵体的测绘
2.2.4间隙和过盈
轴和孔相互配合时,当孔尺寸减去相配合的尺寸所得代数差值为正值时是间隙。用Xa 表示为负值时是过盈,用Ya 表示。
配合是指基本尺寸相同且相互配合时孔和轴公差之间的位置关系。 间隙配合:其变动的最大最小间隙配合分别为:
X m a x =D m a x -d m i =ES-ei n
X min =D min -d max =EI-es
则配合公差为: T f =X max -X min
过盈配合:其最大最小过盈分别为:
Y max =D min -D max =EI -es Y min =D max -d min =ES -ei
配合公差为: T f =Y min -Y max
过度配合:其最大过盈,间隙分别为:
X max =D max -d min =ES -ei
Y max =D min -d max =EI -es
T f =X max -Y max
由上可知 配合公差与孔轴公差的关系为T f =T D -T d
2.3公差
指确定尺寸精确度等级,分为20个等级,用IT 表示与阿拉伯数字,其中IT01精度最高IT08精度最低。
T=ES(es)—EI (ei ) 且 T=IT
2.3.1公差及极限偏差的运算
泵体内部两孔需要与座圈和齿轮轴配合,通过粗糙度样板比对确定,孔径的表面粗糙度为Ra0.8 上下表面的表面粗糙度为Ra0.4 ,前后表面的表面粗糙度为Ra3.2
由《机械制造技术》查的孔的精度等级为IT8,选择基轴制。
由《公差与配合手册》查得
选用孔为φ44H8h7 极限间隙为Xmax=64
Xmax — Xmin = Th + Ts =64
由《公差配合与测量》查得
Th = 39 Ts = 25
由《公差配合与测量》查得
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偏差为
所以泵体内与座圈配合的孔为 2.3.2检验合格方法
检验:已知Da da
∵Dmin
∴孔轴的实际尺寸合格
∴该孔和轴装配后的实际间隙为Xs=Da-da
∵Xmin
∴该配合是符合要求的
2.3.3形位公差与误差
1. 形位公差形位公差的研究对象是构成零件的点·线·面统称为几何要素
2. 公差带形状指公差带所具有的最小包容区域的形状
3. 公差带方向 指公差带的宽度方向,通常表示检测方向,由框格指引线箭头指示。
4. 形位公差
A. 平面度 用以限制实际平面的形状误差,限制平面变动的区域是; 两平
行平面形成的包容区域。
即:本零件的形状可知零件高为24. 查《公差配合与测量》表3.8可知
平面度为0.02
B. 平行度《公差配合与测量》表3.6可知其平行度为0.1
2.4零件的作用
题目给出的零件是液压齿轮泵的泵体,齿轮泵泵体在齿轮润滑系统中起支撑齿轮的作用,将两个齿轮装在壳体内,齿轮两侧有端盖,壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封工作腔。当齿轮旋转时轮齿相互啮合和脱开时,形成工作腔,将油液吸入和压出从而达到不断润滑油泵的作用,所以齿轮泵泵体在实现齿轮泵润滑过程中起着相当重要的作用,是整个润滑系统的承载基体,泵体制造精度对整个润滑系统有很大的影响,尤其是壳体上两个孔的精度要求比较的高,齿轮油泵在工作过程中存在着泄漏,其中齿轮外圆和壳体内孔间就是泄漏之一处,所以对壳体孔的加工精度有一定的精度要求。泵体的主要作用是支撑各传动
6
第二章 泵体的测绘
轴,保证各轴之间的中心距及平行度,并保证泵体部件与底座正确安装。因此泵体的加工质量,不但直接影响齿轮泵泵体的装配精度,而且还会影响齿轮泵的工作精度、使用性能和寿命。齿轮泵由装在泵体内的一对齿轮、泵体及齿轮端面上的两个端盖所组成。当电机带动主动齿轮旋转时,从动齿轮也跟着旋转。这时由泵体、两个端盖和齿轮三者所形成的吸油腔工作空间的容积,随齿轮旋转牙齿逐渐分离面增加,吸油腔形成真空,将油箱中的液体在外界大气压力作用下吸进吸油腔,然后通过两个齿轮的齿槽送到压油腔。在压油腔里随着牙齿逐渐啮合,压油腔工作空间逐渐减小,把油液挤出输送到压力管道上。如此,随着两啮合齿轮的旋转连续不断地从油箱吸入油液并输送出去,这就是齿轮泵的工作原理。由此可见,齿轮泵的工作原理就是依靠两个互相隔离着的吸油腔与压油腔工作空间的容积变化进行工作的。
2.5绘制零件图
通过对零件作用的分析,发现该泵体上下面,左右面都有不对称的部分,所以仅用主、俯、左三个视图(如图2-1)不能清晰的表达出零件的正确形状,所以应在主、俯、左视图的基础上加一个对底面C 的向视图,绘制视图时,主视图选择阶梯剖视,左视图选择全部剖视,用以正确表达零件的具体形状,对零件进行测绘,并查阅有关标准将测绘结果绘制成零件二维图。为了更加准确的表示出泵体的各部分形状还要须画出三维图(如图2-2)
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图2-1 主、俯、左三个视图及剖视图
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第二章 泵体的测绘
图2-2 泵体三维图
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第三章 零件的工艺分析
由泵体零件图可知, 此泵体是一个簿壁壳体零件,它的外表面上有四个平面需要进行加工。支承孔系在前后端面上,各表面上还需加工一系列螺纹孔。因此可将其分为四组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。
3.1结构的工艺性
不同的材料用不同的制造方法,在制造过程中应避免一些问题,比如在铸造过程中要注意分型面要力求简单,避免起模发生困难,力求铸造件的壁厚均匀等。
3.2技术要求分析
零件由于是铸件要进行时效处理以消除残余应力,要改善造毛坯组织,起到消振作用及良好的耐磨性,获得零件使用的性能,铸件表面应光洁,不得有气孔、疏松等缺陷影响零件的工作性能,铸件飞边、毛刺要铲平。
3.3生产类型
根据齿轮泵泵体零件图,按照中批量生产纲领,加工对象可以周期性的进行交换,采用专用刀具和量具,选用毛坯制造方法、机床种类、工具、加工和装配方法以及工艺过程要求。
3.3.1关于生产纲领
企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产领。产品的生产纲领确定后,就可以根据各种零件在该产品中的数量,备品及允许的废品来确定零件的生产纲领。根据车间具体情况,每次投入或产出的产品(或零件)数量,称为生产批量。
生产纲领的大小对加工过程和生产组织起着重要的作用,它决定了各个工序所需的专业化和自动化的程度,决定了所选用的工艺方法和机床设备。
零件的生产纲领可按下式计算
N=Qn(1+α+β)
式中 N ——零件的年产量,单位为件/年;
Q ——产品的年生产量,单位为台/年;
n ——每台产品中,该零件的数量,单位为件/年;
α——备品的百分率;
β——废品的百分率。
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第三章 零件的工艺分析
3.3.2生产类型
生产类型是指企业生产专业化程度的分类。一般分为单件小批量生产、中批生产和大批大量生产。
单件小批量生产 产品品种很多,同一产品的产量很少,各个工作地的加工对象经常改变,而且很少重复生产。例如,新产品试制,工、夹、模具制造,重型机械制造,专用设备制造都属于这种类型。
中批生产 产品周期地成批生产,每种产品均有一定的数量,工作地的加工对象呈周期性的重复。例如,机床、机车、电机的制造常属中批生产。
大批量生产 产品产量很大,大多数工作地按照一定的生产节拍(在流水生产中,相继完成两件制品之间的时间间隔)进行某种零件的某道工序的重复加工。例如汽车、拖拉机、自行车、手表的制造常属大量生产。
3.3.3工艺特征
生产类型不同,产品和零件的制造工艺、所用设备及工艺装备、采取的技术措施、达到的技术经济效果也不同。在制订零件机械加工工艺规程时,先确定生产类型,在分析该零件的生产类型的工艺特征,以使所制订的工艺规程正确合理。随着科学技术的进步和人们生活水平的提高,产品更新换代的周期越来越短,产品的品种规格不断增加。因此,这就要求机械制造业能寻找到既能高效生产又能快速转产的“柔性”制造方法,而数控加工就是为了满足这种需要而发展起来的。
3.4确定毛坯的种类
毛坯选择的原则,应在满足使用要求的前提下,尽可能地降低生产成本,使产品在市场上具有竞争能力。根据零件材料确定毛坯铸件。并依其结构形状、尺寸大小和生产类型,毛坯的铸造方法选用金属模机器造型。铸件尺寸公差等级采用CT9级
一、工艺性原则。零件的使用要求决定了毛坯形状特点,各种不同的使用要求和形状特点,形成了相应的毛坯成形工艺要求。零件的使用要求具体体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量,和对其化学成分、金属组织、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。对于不同零件的使用要求,必须考虑零件材料的工艺特性(如铸造性能、锻造性能、焊接性能等)来确定采用何种毛坯成形方法。例如,不能采用锻压成形的方法和避免采用焊接成形的方法来制造灰口铸铁零件;避免采用铸造成形方法制造流动性较差的薄壁毛坯;不
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能采用普通压力铸造的方法成形致密度要求较高或铸后需热处理的毛坯;不能采用锤上模锻的方法锻造铜合金等再结晶速度较低的材料;不能用埋弧自动焊焊接仰焊位置的焊缝;不能采用电阻焊方法焊接铜合金构件;不能采用电渣焊焊接薄壁构件等等。选择毛坯成形方法的同时,也要兼顾后续机加工的可加工性。如对于切削加工余量较大的毛坯就不能采用普通压力铸造成形,否则将暴露铸件表皮下的孔洞;对于需要切削加工的毛坯尽量避免采用高牌号珠光体球墨铸铁和簿壁灰口铸铁,否则难以切削加工。一些结构复杂,难以采用单种成形方法成形的毛坯,既要考虑各种成形方案结合的可能性,也需考虑这些结合是否会影响机械加工的可加工性。
二、适应性原则。在毛坯成形方案的选择中,还要考虑适应性原则。既根据零件的结构形状、外形尺寸和工作条件要求,选择适应的毛坯方案。
零件的工作条件不同,选择的毛坯类型也不同。如机床主轴和手柄都是轴类零件,但主轴是机床的关键零件,尺寸形状和加工精度要求很高,受力复杂且在长期使用过程中只允许发生很微小的变形,因此要选用具有良好综合力学性能的45钢或40Cr ,经锻造制坯及严格切削加工和热处理制成;而机床手柄则采用低碳钢圆棒料或普通灰口铸铁件为毛坯,经简单的切削加工即可完成,不需要热处理。再如内燃机曲轴在工作过程中承受很大的拉伸、弯曲和扭转应力,应具有良好的综合力学性能,故高速大功率内燃机曲轴一般采用强度和韧性较好的合金结构钢锻造成形,功率较小时可采用球墨铸铁铸造成形或用中碳钢锻造成形。对于受力不大且为圆形曲面的直轴,可采用圆钢下料直接切削加工成形。
三、生产条件兼顾原则。毛坯的成形方案要根据现场生产条件选择。现场生产条件主要包括现场毛坯制造的实际工艺水平、设备状况以及外协的可能性和经济性,但同时也要考虑因生产发展而采用较先进的毛坯制造方法。
为此,毛坯选择时,应分析本企业现有的生产条件,如设备能力和员工技术水平,尽量利用现有生产条件完成毛坯制造任务。若现有生产条件难以满足要求时,则应考虑改变零件材料和(或)毛坯成形方法,也可通过外协加工或外购解决。
因此我们通过以上的分析,结合我们的实际,我们决定采用铸件,来做我们的零件所用的毛坯。这样比较符合我们的这个零件的特点,也便于加工,提高效率。根据齿轮泵的工作状况,泵体要有好的耐热性和良好的减震性,要有好的铸造性能,需要进行人工时效处理,所以选择机铝合金,泵体外形较特殊,械加工
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第三章 零件的工艺分析
很困难,所以采用较精密的毛坯制造方法,泵体选用熔模铸造,以最大限度的减少机械加工量。
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第四章 加工工艺
4.1孔和平面的加工顺序
泵体类零件的加工应遵循先面后孔的原则:即先加工箱体上的基准平面,以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。泵体的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大,用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固,因而容易保证孔的加工精度。其次,先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件,便于对刀及调整,也有利于保护刀具。
4.2基准的选择
在制定工艺规程时,基面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,不但使加工工艺过程中的问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。定位基准选择的正确与否,对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求,以及对零件各表面间的加工顺序都有很大影响,定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。
4.2.1粗基准的选择
在选择粗基准时,主要要求保证各加工面有足够的余量,并注意尽快获得精基准,并且要按一定的原则进行选择,为保证泵体的宽度,在泵体加工过程中是先以上端面A 粗基准加工下端面B ,然后以上端面A 为基准加工下端面B ,获得精基准, 如图
4-1
图4-1
4.2.2精基准的选择
选择基准时,是从保证工件加工精度要求出发的,因此,定位基准的选择应先选择精基准,再选择粗基准,选择精基准时要按照一定的选择原则进行精基准 14
第四章 加工工艺
的选择,在泵体孔加工中是先以上端面为基准加工下端面,然后再以下端面为精基准加工其他平面,以下端面为定位精基准加工孔。
4.3各表面加工方法
通过研究零件的图样和技术要求以及粗糙度要求,采用如下加工方法,现在数控车床上用通用夹具装夹粗、精铣上端面,然后以上端面为基准定位粗、精铣下端面,在以下端面为定位基准加工上端面的孔,然后再以上端面为精基准加工其他的面和孔。
4.4工序集中与分散
一般情况下,单件小批量生产和中批量生产都是采用工序集中,而大批量生产则可以集中,也可以分散,各表面的加工方法确定以后,可以考虑哪些表面的加工适合在一道工序中完成,哪些则应分散在不同的工序,从而初步确定零件加工工艺过程中的工序总数和内容,在泵体零件加工工艺过程中可以采用工序集中来加工。对于中批量生产的零件,一般首先总是通过划线加工出统一的基准。泵体加工的第一、二个工序也就是划线和加工统一的基准。具体安排是先以孔和定平面为初基准定位粗、精加工底平面。第三个工序是加工定位用的两个工艺孔,泵体与底座装配的4个通孔之中的其中一对角孔。由于底平面加工完成后一直到泵体加工完成为止,除了个别工序外,都要用作定位基准。因此,底平面上的另一对装配通孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面,再粗加工孔系。螺纹底孔都在钻床上钻套定位钻出,因切削深度比较深,所受的切削力较大,也应该在粗加工阶段完成。对于泵体,需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系,但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此,实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系,然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面,这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝,由于切削力较小,可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。
4.5初拟加工工艺路线
制定订工艺咯线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。加工顺序的安排一般应按“先粗后精,
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先面后孔,先主后次,基准先行”的原则进行,工艺路线安排, 拟定工序方案(1)
工序010 铸造
工序020 粗精铣上端面A
工序030 钻、扩、铰上端面A 的4×φ11的通孔和2×φ7深22的定位销孔
粗精铣A 端面上两个场20,深10的两个R13的圆弧凹槽 工序040 粗精铣下端面B
工序050 钻铰下端面的2—M8×1.25深22的螺纹孔 工序060 铣侧端面C
工序070 钻、扩、铰、侧平面C 上4—M8×1.25深22的螺纹孔和一个φ20的出油孔
工序080 铣侧端面D
工序090 钻、扩、铰、侧平面D 上4—M8×1.25深22的螺纹孔和一个φ24的出油孔
工序100 粗精铣泵体腔内φ 工序110 粗精铣A 、B 的封油槽 工序120 检验 工序130 入库。 拟定工序方案(2)
工序010 铸造 工序020 铣侧端面C 工序030 铣侧端面D 工序040 粗精铣上端面A 工序050 粗精铣下端面B
工序060 钻、扩、铰上端面A 的4×φ11的通孔和2×φ7深22mm 的定位销孔,粗精铣A 端面上两个场20mm ,深10mm 的两个R13的圆弧凹槽
工序070 钻铰下端面的2—M8×1.25深22mm 的螺纹孔
工序080 钻、扩、铰、侧平面C 上4—M8×1.25深22mm 的螺纹孔和一个φ20
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第四章 加工工艺
的出油孔
工序090 钻、扩、铰、侧平面D 上4—M8×1.25深22mm 的螺纹孔和一个
φ24的出油孔
工序100 粗精铣泵体腔内φ44
0. 039
工序110 粗精铣A 、B 端面宽4mm 深3mm 的封油槽
工序120 检验 工序130 入库
4.6工艺方案的比较与分析
上述两个工序方案的特点是:方案一拟定为加工完毕一个平面的同时连带该平面上的孔一起加工完毕,在重新装夹加工其他平面上及平面上的孔。方案二拟定为所有平面依次加工完毕后再分别加工各个平面上的孔。经比对后发现,方案一加工效率较高,但是加工精度会有所降低,方案二虽然工序步骤整齐,但是较方案一而言增加了许多装夹次数,降低了生产效率。所及综合方案一和方案二确定加工工序为:
工序010 铸造 工序 020 粗上铣端面 工序 030 粗下铣端面 工序 040 粗前铣端面 工序 050 粗后铣端面
工序 060 以端面下为基准,精铣端面上钻、扩、铰上端面A 的4×φ11的通孔和2×φ7深22mm 的定位销孔,粗精铣上端面上两个长20mm ,深10mm 的两个R13的圆弧凹槽,粗精铣上端面宽4mm 深3mm 的封油槽,粗精铣泵体腔内
φ44的孔
工序 070 以端面上为基准,精铣下端面钻、铰下端面的2—M8×1.25深22mm 的螺纹孔以及粗精铣B 端面宽4mm 深3mm 的封油槽
工序 080 以前端面为基准,精铣后端面 钻、扩、铰、后端面上4—M8×1.25深22mm 的螺纹孔和一个φ20的出油孔
工序 090 以后端面为基准,精铣前端面钻、扩、铰、前平面上4—M8×1.25深22mm 的螺纹孔和一个φ24的出油孔
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工序100 清洗、检验 工序110 入库
4.7加工设备的选择
选择加工设备的原则是根据生产类型与加工要求,使所选择的加工设备既能保证加工质量,又经济合理,中批生产条件下,通常采用通用机床和部分高效率机床加通用夹具;大批生产条件下,多采用高效专用机床、组合机床,在齿轮泵泵体加工中,选用数控机床,使用通用夹具进行加工生产,从而提高加工精度和缩短时间以提高生产效率。由于此次设计的泵体为铝合金材料,质地较软,所以所需的铣、钻、镗等工序均可在数控加工中心上进行。
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第五章 确定加工余量和切削用量
第五章 确定加工余量和切削用量
5.1确定加工余量和切削的前期工作
首先选择毛坯余量(加工总余量),某表面的设计尺寸与其毛坯尺寸之差称为毛坯机械加工余量。在不考虑其它因素的条件下,其大小取决于加工过程中各个工序应切除金属层的总和,要特别注意第一个切削工序的加工余量还取决于毛坯需要加工表面层的状况,表面金属层不同于表皮内部的金属,齿轮泵泵体材料为铝合金,铝合金件有较韧性的外壳查《机械制造工艺与机床夹具手册》表 2-13可知铸件毛坯的单边加工余量为2mm ,根据生产类型,工艺方法,泵体为铸件,是熔模铸造。确定工序余量的方法有三种:计算法、经验估算法和查表法。其中查表法是常用的方法,这种方法是根据大量的实验和生产中的经验而汇编的数据制成表格而进行选用的。
5.2确定各个表面的加工余量和工序余量
5.2.1上端面
上端面(零件厚度为92mm ,表面粗糙度 Ra 为0.4)精度要求Ra 为1.6mm ,用粗精铣的加工方法就可以到达要求,余量较小,为节省材料,毛坯尺寸确定为A 、B 面高96mm ,C 、D 面厚94mm ,按照《机械制造工艺与机床夹具手册》表2-14确定各工序的工序余量为:
粗铣 Z = 1.5mm 半精铣 Z = 0.3mm 精铣 Z = 0.2mm 总余量 2mm 各工序的基本尺寸为
精铣后 由零件图可知 泵体A 、B 面之间高度为92mm C、D 面之间的厚度为90
粗铣后 96 - 1.5 = 94.5mm 94 – 1.5 =92.5mm 5.2.2定位销孔
两尺寸为 7的定位销孔的工序尺寸及其公差查表确定各工序的双边工序余量为:
钻孔 6.8mm
粗铰 0.2mm 精铰 0.01mm
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总余量 7.01mm 各工序的基本尺寸分别为:
半精铰后 由技术要求可知 φ7mm
粗铰后 7 — 0.01 = 6.9mm 钻孔后 6.9 — 0.2 = 6.7mm
5.2.3下端面
上一工序已经加工好A 端面,此道工序中以A 端面分别作为粗、精基准加工下端面,按照《机械制造工艺与机床夹具》确定各工序的工序余量为: 粗铣 Z = 1.5mm
半精铣 Z = 0.3mm 精铣 Z = 0.2mm 总余量 2mm 各工序基本尺寸为:
精铣后 由零件图可知 A、B 面高度92mm C、D 面厚度为90mm 粗铣后 94.5 — 1.5 = 93mm 92.5 — 1.5 = 91mm
5.2.4泵体内孔
泵体内腔为两个φIT8,加工难度
较大,对粗糙度要求也较高,查《实用机械制造工艺设计手册》的表7—13确定各工序的尺寸。查表确定φ44孔各工序的双边工序余量为:
第一次钻孔 25mm 第二次钻孔 43mm 扩孔 44.75mm 粗铰 44.93mm 精铰 44H8 总余量为 44mm
各工序的尺寸公差按加工方法的经济精度确定,并标注为:
20
第五章 确定加工余量和切削用量
铰 由图可知 φ
粗镗后 按IT9 φ5.2.5螺栓孔
加工A 端面上的4×φ11的通孔,由于不要求尺寸精度,所以选用钻孔,镗孔就可以达到尺寸要求和位置要求,按照《实用机械制造工艺设计手册》确定各工序的双边余量为:
钻孔 9.8mm 扩孔 11.0mm 各工序的基本尺寸为:
镗孔后 由图可知 φ11 钻孔后 11 — 9.8 = 1.2mm 5.2.6进、出油口
分别加工C 、D 端面上φ20 和φ24的出、进油口, 由零件图可知端面上两孔没有很高的精度要求,所以钻孔、铰孔就可以达到 各工序的双边余量为: (1) 钻φ20的孔 钻孔 18.0mm 扩孔 19.8mm 粗铰 20.0mm (2) 钻φ24的孔 钻孔 22.0mm 扩孔 23.8mm 粗铰 24.0mm 5.2.7 螺纹和封油槽
侧平面上的M8的螺纹孔可直接用φ6.8的钻头钻出孔后,再交于钳工攻丝。上下A 、B 面宽4mm 深3mm 的封油槽,A 端面上两个场20mm ,深10mm 的两个R13的圆弧凹槽切削量都不多,可一次铣出。
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5.3确定切削用量
(1) 铣A 端面、钻4 —φ11的通孔、钻2 —φ7的定位销孔如图5-1、
5-2
图5-1 钻4 —φ11的通孔钻、2 —φ7的定位销孔
加工条件 工件材料:铝合金;加工要求:粗铣、精铣A 端面,钻4—φ7的定位销孔;机床:立式数控加工中心;刀具:镶齿面铣刀 ;刀具材料:硬质合金。查《切削用量简明手册》和《机械制造工艺与机床夹具》切削用量与主轴转速如表5.1
表5.1 加工参数表
主轴转速计算公式n s =
1000Vc
式中d w 为96,查《机械制造工艺与机床夹具πdw
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第五章 确定加工余量和切削用量
手册》表2 – 23得出切削速度Vc 为400~600m/min 由此可计算出主轴转速
粗加工时Vc = 400m/min
n s =
1000Vc
= 1326.9r/min 取1300r/min πdw
精加工时Vc = 500m/min
n s =
钻4 — φ11的通孔
加工条件 工件材料:铝合金;加工要求:钻孔、扩孔;机床:数控加工中心西门子802S 刀具:麻花钻 材料:高速钢。
查《切削用量简明手册》和《机械制造工艺与机床夹具》切削用量及主轴转速如表5.2
表5.2 加工参数表
1000Vc
= 1658.7r/min 取1600r/min πdw
由主轴计算公式 n s = 中,dw = 11
钻孔时,Vc = 0.5m/min 则 n s = 1000 Vc = 618.4 r/min 选定为600r/min
πdw
扩孔时, Vc = 9m/min 则
1000n s = Vc 选定为260r/min πdw
钻、铰φ7的定位销孔
加工条件 工件材料:铝合金 ;加工要求:钻孔、铰孔;机床:数控加工中心西门子802S 刀具:麻花钻 材料:高速钢。查《切削用量简明手册》和《机械制造工艺与机床夹具》切削速度及主轴转速如表5.3
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5.3 加工参数表
1000Vc
由主轴计算公式n ,dw = 7 πdw
钻孔时,Vc = 0.5 m/min 则
n s = = 418.4 m/min 选定为420m/min
πdw
粗铰孔时,Vc = 0.4 m/min 则
1000Vc
n s = 300.4 选定为300 m/min
πdw
1000Vc
精铰孔时,Vc = 0.5 m/min 则
1000Vc
= 150.7 m/min 选定为150 m/min
πdw
(2) 铣
B 端面 加工φ7的定位销孔, 钻2×M8的螺纹孔
加工条件:铣B 端面以及加工φ7定位销孔可采用与A 端面相同的加工方式 钻M8的螺纹孔
工件材料:铝合金;加工要求:钻孔;机床:数控加工中心西门子802S 刀具:麻花钻 材料:高速钢。查《切削用量简明手册》和《机械制造工艺与机床夹具》切削用量及主轴转速如表5.4
5.4 加工参数表
1000Vc
由主轴计算公式n dw=6.8 πdw
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第五章 确定加工余量和切削用量
1000Vc
ns = 702.5 r/min 选取 800 r/min πdw
(3) 铣端面C 和端面D ,钻8×M8的螺纹孔,钻、扩、铰C 端面上φ20的出油
口和D 端面上φ24的进油口
铣前端面C 和后端面D 可采用同样加工方式,所以也可用相同进给量、切削速度和转速。钻M8的螺纹孔也可采用与B 端面相同的加工方式 钻、扩、铰C 端面上的φ20的出油口
工件材料:铝合金 、熔模铸造;加工要求:钻孔、扩孔、铰孔;机床:数控加工中心西门子802S 刀具:麻花钻 材料:高速钢。查《切削用量简明手册》和《机械制造工艺与机床夹具》切削用量及主轴转速如表5.5
5.5 加工参数表
1000Vc
由主轴计算公式 n dw = 20mm
πdw
钻孔时 Vc = 27 m/min 则
1000Vc πdw
n 429.6 m/min 选取430 m/min
扩孔时 Vc = 20 m/min 则
1000Vc πdw
铰孔时 Vc = 15 m/min 则
1000Vc n πdw 238.6 m/min 选取 240 m/min
n 318.4 m/min 选取320 m/min
钻、扩、铰φ24的进油口
工件材料:铝合金;加工要求:钻孔、扩孔、铰孔;机床:数控加工中心西门子802S 刀具:麻花钻 材料:高速钢;查《切削用量简明手册》和《机械制造工艺
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与机床夹具》切削用量及主轴转速如表5.6
5.6加工参数表
(4) 加工φ44的中心通孔
工件材料:铝合金;加工要求:钻孔、扩孔、铰孔;机床:数控加工中心西门子802S 刀具:麻花钻 材料:高速钢;
查《切削用量简明手册》和《机械制造工艺与机床夹具》切削用量及主轴转速如表5.7
5.7 加工参数表
其中dw = 44 s =
πdw
钻孔时 Vc = 30 则
Vc
n s = 1000 = 217.1 r/min 选取220 r/min
πdw
扩孔时 Vc = 40 则
1000Vc
n s = = 291.2 r/min 选取 290 r/min
πdw
粗铰时Vc = 45 则
1000Vc
n s = = 325.7 r/min 选取320 r/min
πdw
精铰时Vc = 52 则
1000Vc
n s = = 376.3 r/min 选取375 r/min
πdw
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第五章 确定加工余量和切削用量
(5)加工封油槽和弧形凹槽 加工条件:
工件材料:铝合金 、;加工要求:铣削;机床:数控加工中心西门子802S 刀具:立铣刀; 材料:高速钢;查《切削用量简明手册》和《机械制造工艺与机床夹具》切削用量及主轴转速如表5.8
5.8加工参数表
1000Vc
由主轴转速计算公式ns =
πdw
铣削封油槽时,dw = 3 Vc = 20 m/min 则
1000Vc
ns = = 2123.1 m/min 选取2100 m/min
πdw
铣削弧形凹槽时,dw = 10 Vc = 55 m/min 则
1000Vc
ns = = 1751.1m/min 选取 1750 m/min
πdw
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第六章 总结与展望
机械制造业是国民经济的基础产业, 它的发展直接影响到国民经济各部门的发展, 也影响到国计民生和国防力量的加强, 因此, 各国都把机械制造业的发展放在首要位置。在近几年来,由于计算机的广泛应用和普及,产生了数控机床,使机械制造的精度和效率得到了大大的提高。因此数控加工将是未来制造业的主要部分。因此我们必须对数控有很好的学习。
本设计通过对齿轮泵泵体的加工,应用了数控机床和普通机床交替加工的方法。整个过程包括下料、铸造、热处理、加工余量的计算、数控程序的编写等。内容涉及到工程材料、热处理、尺寸公差和加工精度、加工工艺、刀具的选择、数控编程等。将零件从原材料到成品的过程表达出来了。
本设计也存在不足之处,由于数控程序的生成掌握的不好,因此采用了手动编程的办法,编程中有错误也是在所难免;由于实践经验少,对机床的了解不够,在设计中可能造成一些与实际有偏差的地方。总体来说设计是通过自己严格查表和计算进行的,对零件的加工工艺过程有个初步的了解。
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致谢
致 谢
在论文完成之际,我首先向关心帮助和指导我的指导老师XXX (副教授)表示衷心的感谢并致以崇高的敬意!
在论文工作中,遇到了很多问题,一直得到XXX 老师的亲切关怀和悉心指导,使我能够顺利的完成毕业论文。XXX 老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象,我将终生难忘。再一次向他表示衷心的感谢,感谢他为学生营造的浓郁学术氛围,以及学习、生活上的无私帮助! 值此论文完成之际,谨向XXXX 老师致以最崇高的谢意!
在学校的学习生活即将结束,回顾两年多来的学习经历,面对现在的收获,我感到无限欣慰。为此,我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!
特别感谢我的师兄以及师姐我的学习和生活所提供的大力支持和关心! 还要感谢一直关心帮助我成长的室友!
在我即将完成学业之际,我深深地感谢我的家人给予我的全力支持! 最后,衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!
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参考文献
参考文献
[1] 王先逵. 机械加工工艺手册, 北京机械出版社
[2] 黄雨田,李俊涛. 机械制造技术,西安电子科技大学出版社,2008 [3] 吕烨,许德珠. 机械工程材料,高等教育出版社,2008
[4] 蒋继红,何时剑,姜亚南. 机械零部件测绘,机械工业出版社,2009 [5] 卢志珍,何时剑. 机械测量技术,机械工业出版社,2011 [6] 马宪亭,贺丽平,李福固. 液压与气压传动技术,2009
[7] 辽工大职业技术学院机械教研室, 机械制造工艺与机床卡具课程设计指导书
[8] 马立克,张丽华. 数控加工技术,第1版,大连理工大学出版社,2009 [9] 王志泉,项仁昌. 机械制图与公差,第1版,清华大学出版社,2006 [10] 胡瑢华,甘泽新. 公差配合与测量,清华大学出版社 [11] 任嘉卉. 公差与配合手册,第2版, 机械工业出版社,2000 [12] 王茂元,机械制造技术, 第1版, 机械工业出版社,2010
[13] 吕天玉,公差配合与测量技术,第3版,大连理工大学出版社,2008
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