水泵風扇殼體車床夾具

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1、水泵風扇殼體車床夾具 1.1零件的作用 我國水泵外殼風扇外殼（如圖3.1）現(xiàn)在通常采用的鑄造技術(shù)，再對完成的毛胚進行工藝加工以達到使用標準。因為水泵依靠的是壓力就行工作，所以當加工的孔徑、孔深誤差較大時會使水泵產(chǎn)生的壓力偏小，泵軸的轉(zhuǎn)動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)工藝及設備；其次盡可能的采用專用的刀具、夾具、量具來保證加工精度。只有根據(jù)自身實際條件和生產(chǎn)產(chǎn)品特點，合理制定工藝方案，采用通用機床、專用工藝裝備與少量的專用機床相結(jié)合的方式才能取的更好的經(jīng)濟效益[

2、9]。 2.2零件結(jié)構(gòu)分析 課題所給零件是水泵風扇的外殼，其主要作用保護水泵用風扇的扇葉。它的特點是整體是一個回轉(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，中段有個一端開口的大方孔。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。雖然它的力學性能較低，但也足夠滿足零件保護水 泵風扇扇葉的要求；所以毛坯加工方法選擇鑄造的方法即可滿足要求。 3.3零件的工藝規(guī)程設計 3.3.1粗基準的選擇 工件在加工的第一道工序要用粗基準，粗基準選擇的正確與否，不但與首道工序有關(guān)，而且還將對工件加工的全過程產(chǎn)生重大影響。選擇粗基準一般遵循的原則有： （1） 保證工件加

3、工表面相對于不加工具有一定位置精度原則； （2） 合理分配加工余量的原則； （3） 便于裝夾的原則；粗基準一般不得重復使用的原則。 被加工的工件如有不加工的表面，應選擇不加工面作粗基準，所以本工件可以選擇兩端面作為粗基準，工件利用兩頂尖定位。 3.3.2精基準的選擇 用加工過的表面作定位基準稱之為精基準，精基準選擇一般遵循著：基準重合原則、統(tǒng)一基準原則、互為基準原則、自為基準原則。選擇精基準，主要考慮的是基準重合的問題，設計基準和工序基準重合，應該進行尺寸換算。 3.3.3工藝路線的擬定 工藝擬定的出發(fā)點，應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

4、案的擬定除了要保證生產(chǎn)效率，同時也應該考慮工件生產(chǎn)加工的經(jīng)濟問題，在滿足質(zhì)量和進度的情況下，盡可能降低生產(chǎn)成本。 工藝路線方案一： 工序10：鑄造。 工序20：熱處理。 工序30：粗車左端面Φ140mm、Φ200mm。 工序40：粗車各外圓。 工序50：粗車退刀槽。 工序60：粗車右端面Φ58mm。 工序70：粗鏜中心孔。 工序80：精車左端面Φ140mm。 工序90：精車中間端面Φ200mm。 工序100：精車右端面Φ58mm。 工序110：半精鏜中心孔。 工序120：對中心孔倒角。 工序130：精鏜中心孔。 工序140：去毛刺。 工序150：檢驗。 工序1

5、60：入庫。 工藝路線方案二： 工序10：鑄造。 工序20：熱處理。 工序30：粗車外圓。 工序40：粗車左端面Φ140mm、Φ200mm。 工序50：粗車退刀槽。 工序60：粗車右端面Φ58mm。 工序70：擴中心孔。 工序80：半精車左端面Φ140mm。 工序90：半精車右端面Φ58mm。 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。 工序140：入庫。 以上兩方案各自的特點在于：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現(xiàn)基準統(tǒng)一，能

6、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，分別確定各個加工表面的機械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸。 查參考文獻[1]得加工余量確定： 粗車外圓后精車外圓的加工余量 1.3mm 端面精車加工余量 1.0mm 擴孔加工余量 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

7、設計零件為中批量生產(chǎn)，計算最大、最小加工余量時應按調(diào)整法加工方式予以確認。 3.3.5切削用量的確定 工序10：鑄造 工件材料：HT200 工序30：車外圓Φ58。 （1）加工條件： 機床型號：CA6140臥式車床； 刀具：YG6車刀，刀桿尺寸 16mm25mm。 （2） 進給量選擇： 查參考文獻[1]表4-1根據(jù)車刀刀桿尺寸16mm25mm，切削深度=3mm，查得進給量=0.8mm/r。 （3）計算切削速度： 車削時切削速度計算公式為： （3.1） 查參考文獻[1]表4-6：=158

8、，=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：粗車左端面Φ140mm。 （1）加工條件： 機床型號：CA6140臥式車床； 刀具：YG6車刀，刀桿尺寸 16mm25mm。 進給量選擇： 查參考文獻[1]表4-1根據(jù)車刀刀桿尺寸16mm25mm，切削深度=3mm，查得進給量=1.2mm/r。 （3）計算切削速度： 車削時切削速度計算公式為： （3.2） 查參考文獻[1]表4-6：=158，=0.15，=0.40，

9、=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=1.09m/s。 工序60：粗車右端面Φ58mm。 計算同工序30。 工序70：擴中心孔。 （1）加工條件： 機床型號：Z525B立式鉆床； 刀具：M28硬質(zhì)合金擴孔鉆，YG8。 進給量選擇： 查參考文獻[1]表4-21得出硬質(zhì)合金擴孔鉆擴孔時進給量=1.2mm/r。 （3）計算切削速度： 擴孔鉆擴孔時切削速度的計算公式為： （3.3） 查參考文獻[1]表4-24，4-25：T=3000s，=105，

10、=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：半精車左端面Φ140mm。 （1）加工條件： 機床型號：CA6140臥式車床； 刀具：YG6車刀，刀桿尺寸 16mm25mm。 （2）進給量選擇： 查參考文獻[1]表4-2根據(jù)車刀刀桿尺寸16mm25mm，背吃刀量=1.0mm，查得進給量=0.20mm/r。 （3）計算切削速度： 車削時切削速度計算公式為： （3.1） 查參考文獻[1]表4-6：=

11、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：半精車中間端面Φ200mm。 同工序80。 工序100：半精車右端面Φ58mm。 同工序80。 工序110：粗鉸中心孔 工序112：粗鉸中心孔Φ30mm （1）加工條件： 機床型號：：CA6140臥式車床； 刀具：高速鋼鉸刀 ；d=30mm。 （2）進給量選擇： 查參考文獻[1]表4-21得出高速鋼擴孔鉆擴孔時進給量=2.0mm/r。 （3）計算切削速度： 鉸孔時切削速度計算公式為：

12、 （3.4） 查參考文獻[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Φ36mm。 同工序112計算方式相同。 工序116：粗鉸中心孔Φ42mm。 同工序112計算方式相同。 T=10800s，=0.15mm，進給量=3.0mm/r。 算出=0.10m/s。 工序120：精鉸中心孔。 同工序110計算方式相同。 工序130：去毛刺。 工序140：檢驗。 工序150：入庫。 3.4夾具設計 3.4.1設計的要求 編制完工藝

13、規(guī)程后，本夾具是為CA6140車床設計的夾具，刀具是硬質(zhì)合金刀牌號YG6車刀。對工件加工Φ58mm右端面進行加工。 夾具是用來車削工件的右端面Φ58mm，此面雖然與孔有接觸，但是此道工序在對孔加工前面，而且對孔的加工在后面還要進行精加工。所以在本道工序時，主要考慮的問題是提高生產(chǎn)率，降低勞動程度。 3.4.2定位的設計 定位基準選擇：因為整個零件保證的是右端面法蘭和中心孔的精度，其設計的基準為中心孔的中心線。為了減少或者是使定位誤差為零，應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，在輔于一端面的定位形式。其中心軸限制了兩個移動兩個轉(zhuǎn)動的自由度，端面限制了三個自

14、由度，共限制了5個自由度，這就需要有夾緊裝置。這樣還要求有壓緊的裝置來完成裝夾，三爪卡盤能夠滿足這樣的要求。為了縮短輔助裝夾時間，裝夾時的原動力裝置可以選擇液動或者是氣動，從經(jīng)濟成本考慮，氣動原動裝置既可滿足要求。 3.4.3夾緊部分的設計 夾具設計時，應該注意提高勞動生產(chǎn)率，夾緊裝置設計是要遵循著：1）工件不移動原則；2）工件不變形原則；3）工件不振動原則；4）不干涉原則；5）安全可靠原則；6）經(jīng)濟實用的原則。 對夾緊機構(gòu)的基本要求如下： （1）夾緊作用準確，保證夾緊定位的安全可靠。 （2）夾緊動作迅速，操作方便省力，夾緊時不應損害零件表面質(zhì)量。 （3）夾緊件應具備一定的

15、剛性和強度，夾緊作用力應是可調(diào)節(jié)的。 （4）結(jié)構(gòu)力求簡單，便于制造和維修。 本課題設計的工件夾具是通過右側(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。再配以通過機床主軸末端氣缸通過連接桿帶動連接板向左向拉動三個杠桿式壓板壓緊工件。 夾緊力的計算： 機床：CA6140臥式車床 刀具：硬質(zhì)合金刀YG6車刀，刀桿尺寸 16mm25mm。 —實際夾緊力（N）； —理論夾緊力（N）； K—安全系數(shù)。 安全系數(shù)K可按下式計算， 式： 式中：為各素種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[2]表可得： ，，因為安全系數(shù)K的計結(jié)果小于2.5，所以K值取

16、2.5。 夾緊力計算公式： （3.5） （3.6） （3.7） 查參考資料[2]的灰鑄鐵HT200，硬質(zhì)合金鏜刀對應的指數(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。 本工序是對工件右端面進行粗車加工，所選用的刀具是硬質(zhì)合金鋼，牌

17、號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。 為了通過三個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，所需要的夾緊力公式： （3.8） 式中： 為工件與壓板之間在軸線方向上的摩擦系數(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。 因為夾具中

18、的三個杠桿式壓板的原動力是通過機床主軸末端氣缸活塞產(chǎn)生拉力經(jīng)連接桿帶動壓緊的。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：為氣缸的機械效率取0.8； d=D/4； p壓縮空氣的工作壓力，一般為0.4~0.6MPa，取0.5Mpa。 帶入公式算出=7536N。 所以。因此，夾緊力滿足要求。 故本夾具（如圖3.2）可安全工作。 4水泵殼體鏜孔車床夾具 4.1零件的作用 本工件水泵外殼（如圖4.1）的特點和前面水泵風扇殼體特點基本相同，現(xiàn)通常采用的鑄造技術(shù)，再對完成的毛胚進行工藝加工以達到使用標準。水泵依靠的是壓

19、力就行工作，所以當加工的孔徑、孔深應最大程度的保證其精度，泵軸的轉(zhuǎn)動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，其主要作用通過和泵軸外殼連接保護水泵的泵軸。它的特點是同樣是一個整體回轉(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、耐磨性能好的優(yōu)點。雖然它的力學性能較低，但也足夠滿足零件保護水泵內(nèi)部的要求；所以毛坯加工方法選擇鑄造的方法即可滿足要求。

20、 4.3工件工藝路線 工藝路線：砂型鑄造→粗車端面Φ46→粗車外圓柱Φ46→粗鏜中心孔Φ28mm→半精鏜中心孔Φ28mm→精鏜中心孔Φ28mm→鉆外圓孔Φ18mm深度15mm，鉆內(nèi)圓孔Φ11mm深度15mm→鉆外圓孔Φ11mm深度1mm，鉆內(nèi)圓孔Φ8mm深度15mm→車內(nèi)孔倒角→平整階段→檢驗→入庫 4.4夾具設計 4.4.1設計的要求 本工序是利用車床對工件中心孔進行鏜孔加工，所選機床是CA6140臥式車床，鏜孔加工孔直徑Φ28mm，深度20mm，加工精度為 IT7，表面粗糙度1.6~0.8。 本工序使用參數(shù)： （1）設備：CA1

21、640； （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，進給量=0.1mm/r，切削速度=0.2m/s； （5）生產(chǎn)類型：中批量。 4.4.2定位的設計 定位基準選擇：本工件前面工件同一類型，因為零件保證的是中心孔的精度，其設計的基準為中心孔的中心線。為了減少或者是使定位誤差為零，應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，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。圖4.2 為定位元件 圖4.2 定位元件 4.4.3夾緊部分設計 工件以中心孔和左端面為基準，靠夾具

22、定位心軸及3個支承塊完成定位。在通過氣動裝置向左拉動拉接盤，帶動三個夾爪同時壓緊工件，松開時夾爪可以自動地張開。圖4.3為 水泵殼體鏜孔車床夾具 5結(jié)論 5.1工件特點 本課題中所設計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器的基礎件之一，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)地運動，并起到支承各零件的作用。 其結(jié)構(gòu)特點在于殼體結(jié)構(gòu)較復雜，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平面。在零件的選材方面，殼體零件因其的保護作用，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

23、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；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)開始使用數(shù)控機床和加工中心，但這樣大大的增加了生產(chǎn)的成本。對于大多數(shù)的中小企業(yè)來說這樣做的利潤很少，甚至是虧本。對于這類企業(yè)比較適合的方案利用現(xiàn)有的車床（鏜床）作為關(guān)鍵工序的機床，配以專用的刀具、夾具保證精度。 5.2夾具特點 本文設計的夾具設計時應該按照合理的設計步驟，才能達到事半功倍的效果。夾具設計時，首先合理加工工序所需要限制的自由度，找準定位基準；其次選擇合理的定位原件，確定方案；再對夾具中的夾緊裝置進行設計，這就需要對夾緊力大小、方向、作用等等進

24、行確定后選擇夾緊機構(gòu)；最后確定夾具的其他元件。 本文設計的主要內(nèi)容就是是對回轉(zhuǎn)體的殼體工件進行端面車削或內(nèi)孔的鏜孔加工，對殼體零件裝夾時，應該注意的問題： 1.選用精基準定位，以減少定位誤差： 2.盡量與設計基準重合，以減少基準不重合產(chǎn)生的定位誤差。 3.所選基準應有利于夾具結(jié)構(gòu)的通用化，能有效減少殼體在夾具上的安裝誤差。 4.能使得夾具夾緊機構(gòu)簡單、穩(wěn)定。 5.應使殼體露出盡可能多的加工面，以便于實現(xiàn)多面加工，利于保證加工面問的相對位置精度和技術(shù)要求，且減少加工設備的數(shù)量。 本設計中的選擇的夾具類型是三爪卡盤式的卡盤類夾具。其夾具設計的基準 選擇特點是“兩面一孔”定位，以

25、一中心孔和一工件上的大平面作為定位基準，再同過卡盤上的壓板同時壓緊零件達到夾緊的目的，三爪卡盤夾具裝夾工件時一般不需要找正，裝夾速度較快。在卡盤夾具的動力源通常有氣動、氣液動、液動等。氣動應用的最為普遍。三爪卡盤常用的是預制一個法蘭盤與卡盤螺栓連接，法蘭盤上的內(nèi)螺紋與機床主軸連接。 5.3機床特點 本設計所使用的機床都是普通的車床，進行的加工是對零件的表面車削加工和內(nèi)孔進行鏜孔、鉆孔加工。普通車床能對軸、盤、環(huán)等多種類型零件進行多種工序加工；常用于加工工件的內(nèi)外回轉(zhuǎn)表面還可進行鉆孔、擴孔、鏜孔。普通車床是車床中應用最廣泛的一種。

26、 6總結(jié) 在本次設計中，運用的設計軟件是Solidworks三維軟件。通過對所加工工件的三維設計，夾具零件的三維設計，夾具整體的裝配，跟二維軟件AutoCAD相比，Solidworks三維功能更加強大設計也更的全面，設計人員也更易入手。 本次設計，完成水泵風扇殼體車床夾具、水泵殼體鏜孔車床夾具、鏜活塞環(huán)內(nèi)孔車床夾具、殼體零件車端面夾具的設計。車床加工的特點是它進行回轉(zhuǎn)加工，本設計中所加工的工序也都滿足這一特點；在本次夾具的設計中，皆采用的是“一孔兩面”式的定位基準，以一孔或者是一圓柱面為配上零件的一端面定位，再通過卡盤夾具的夾爪對零件進行夾緊。這種夾具的優(yōu)點在于能夠較快速的對零件進行裝夾，且是用的氣動裝置帶動壓板、夾爪，減少了工人的勞動力，提高了生產(chǎn)效率。 雖然完成了此次設計，其實還有很多的地方做的并不足。本次設計中，只是對三爪式的卡盤夾具進行了設計，缺少對其他如兩爪、四爪、軟爪式卡盤等等的設計。創(chuàng)新設計的主要目的是保證工件的更高加工精度，突破機床的功能性限制，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)經(jīng)濟利潤的提高。