曲轴箱体钻孔夹具设计说明书

目 录

摘要

绪论…………………………………………………………………………………………… 1

1、零件的分析………………………………………………………………………………....2

1.1、零件的作用………………………………………………………………………………2

1.2、零件的技术要求…………………………………………………………………………2

1.3、加工工艺过程……………………………………………………………………………2

1.4、确定各表面加工方案………………………………………………………………………3

1.4、确定定位基准……………………………………………………………………… 3

1.5、工艺路线的拟订…………………………………………………………………………5

2、确定毛坯、画毛坯—零件合图……………………………………………………………10

2.1、确定毛胚的制造形式及材料…………………………………………………………10

2.2、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………………………………………10

2.3、选择加工设备及刀、夹、量具…………………………………………………………15

3、夹具设计…………………………………………………………………………….. 16

3.1、定位基准的选择………………………………………………………………………...16

3.2、定位元件………………………………………………………………………….. 16

3.3、切削力及夹紧力的计算…………………………………………………………. 16

小结…………………………………………………………………………………………...20

致谢…………………………………………………………………………………………...21

参考文献……………………………………………………………………………………...22

摘要

BW150注浆泵是一种三缸往复单作用活塞泵，可以换八种不同压力和流量，用于地质岩心钻探工程中向钻孔输送洗液或用于中低压力、水泥浆灌注，本泵多档变速变量、节省能源、解构紧凑、体重轻、效率高和操作安全方便等。该泵主要用于地质勘探、地质工程施工配套及地质处理低、中压注浆泵等。曲轴箱作为泥浆泵的重要组成部分，其加

工精度对泥浆泵的工作效率起到至关重要的影响。左右断面上曲轴孔与齿轮传递轴孔的加工与前端面上三个活塞孔的加工是本次零件加工的重点。

该论文完成注浆泵曲轴箱的机械加工工艺及装夹设计，内容主要包括介绍主要装置的性能、规格、型号及技术数据，绘出相关图形和表格；用原始数据以及相关公式进行计算，并根据计算结果确定应选用对应的加工方式和夹具，对实验中所用到的资料进行归纳、分析和判断；提出自己的结论和见解。

关键字：曲轴箱,加工工艺,选择设备与刀具,夹具设计

绪 论

加工工艺及夹具毕业设计是在学完了机械制造工艺学和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识。独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（泥浆泵曲轴箱体）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为未来从事的工作打下良好的基础。

机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。

由于能力所限，经验不足，设计中有不足之处，望各位老师多加指教。

1、零件的分析

1.1、零件的作用：

箱体零件是机器及其部件的基础件，它将机器及其部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定传动关系协调其运动。该箱体是用于注浆泵的曲轴箱，曲轴箱的主要作用是利用电动机通过曲轴的传递带动工作，通过调节调速杆可以改变泵速，不同的泵速能达到不同的要求。因此，该箱体的加工质量不

仅影响其装配精度及运动精度，而且影响到机器的工作精度、使用性能和寿命。

1.2、零件的工艺分析：

由曲轴箱零件图得知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。箱体类零件是机器和其他部件的基础零件，它把有关的轴、轴承、套、和齿轮等零件按一定的相对关联为一体，使它们保持正确的相对位置，能按一定的传动关系彼此协调地运动。

该零件上的主要加工面为曲轴箱下底面、两侧面、前端面、后端面、2—φ150和 2—φ80的孔的内表面、3—φ90和3—φ80孔的内表面等。

曲轴箱的下表面的平面度0.1mm直接影响曲轴箱与变速箱的相对安装精度。

曲轴箱两侧面的距离的尺寸精度410±0.315和348±0.285将影响轴承端盖的安装从而影响曲轴与齿轮轴的运转。

曲轴箱的前端面的表面粗糙度为IT10，对后续3—φ90孔的加工精度有直接的影响。 曲轴箱后端面的表面粗糙度为IT10，对与曲轴箱后盖的密封效果有着直接的影响。平面度为0.08，直接影响与曲轴箱与曲轴箱后盖的接触精度。

2—φ150孔的同轴度φ0.03mm，与曲轴箱中轴线的垂直度为0.1mm，对后续曲轴的安装和运转有重要的影响。

2—φ80孔的同轴度为φ0.025mm，影响齿轮轴的安装。与2—φ150孔的中轴线的平行的为0.08mm，两轴线的空间距离162±0.05，从而影响齿轮与曲轴齿轮的啮合精度。

3—φ90和3—φ80孔的内表面圆度同为0.019mm，表面粗糙度为IT10，这位后续的安装提供条件。3孔的中心线的平行度为0.1mm，这将对活塞在缸体内的相对运动有重要影响。

支承孔的加工精度和表面粗糙度要求一般都较高。因为要装轴承，所以应具有较高的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度，否则将会影响轴承外圈与孔的配合精度，使轴的回转精度降低。为使轴、轴承能顺利装配，确保正常运转，同一轴的各孔间都有一定的同轴度要求。有齿轮啮合关系的相邻孔应具有一定的孔距尺寸精度和平行度，否则齿轮啮合精度降低，产生振动、噪音，使用寿命下降。

由参考文献【1】中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。

2、确定毛坯、画毛坯—零件合图

2.1、确定毛胚的制造形式及材料：

考虑到轴承在运动时的偏心载荷产生的振动，为保证零件工作可靠，零件采用吸振性，稳定性较好，切削加工性能好，适用于承受较大应力，有一定的气密性或耐弱腐蚀性介质的，价格也比较低廉的铸铁HT200。

由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用铸造的形式，从而提高劳动生产率，降低成本。

2.2、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定：

2.2.1、顶面和底面的加工余量

根据工序要求，顶面和底面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：

粗铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-23。其余量值规定为2.7~3.5mm，现取3mm。 表7-27粗铣平面时厚度偏差取-0.28mm。

精铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-24。其余量值规定为0.8~1.0mm，现取1mm。

铸造毛坯的基本尺寸为474+3+3+1+1=482mm。

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.6mm。

毛坯的名义尺寸为：474+3+3+1+1=482mm

毛坯最小尺寸为：482-0.8=481.2mm

毛坯最大尺寸为：482+0.8=482.8mm

粗铣后最大尺寸为：474+1+1=476mm

粗铣后最小尺寸为：476-0.28=475.72mm

精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即474mm。

2.2.2、两工艺孔120.027mm

毛坯为实心，不冲孔。两孔精度要求为IT8，表面粗糙度要求为6.3m。参照《机械加工工艺手册》表2.3-47，表2.3-48。确定工序尺寸及加工余量为：

钻孔： 11mm

扩孔： 11.85mm 2Z0.85mm （Z为单边余量）

铰孔： 12H8 2Z0.15mm

2.2.3、两侧150mm、80mm和20mm三孔端面加工余量

由工序要求，两侧两侧150mm、80mm和20mm三孔端面需进行粗、精铣加工。各工序余量如下：

粗铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-23。其余量值规定为2.0~2.7mm，现取2.5mm。 表7-27粗铣平面时厚度偏差取-0.22mm。

精铣：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-24。其余量值规定为0.8~1.0mm，现取1mm。

铸件毛坯的基本尺寸分别为：410+2.5+2.5+1+1=417mm

348+2.5+2.5+1+1=455mm

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.4mm和1.2mm。

则两侧面毛坯名义尺寸分别为：410+2.5+2.5+1+1=417mm

348+2.5+2.5+1+1=355mm

毛坯最小尺寸分别为：417-0.7=416.3mm 355-0.6=354.4mm

毛坯最大尺寸分别为：417+0.7=417.7mm 355+0.6=355.6mm

粗铣后最大尺寸分别为：410+2.5+2.5=415mm 348+2.5+2.5=353mm

粗铣后最小尺寸分别为：415-0.22=414.78mm 353-0.22=352.78mm

 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即410

0.315mm和3480.285mm

2.2.4、顶面8螺孔M16

毛坯为实心，不冲孔。参照《机械加工工艺手册》表2.3-71，现确定其工序尺寸及加工余量为：

钻孔： 15mm

攻丝： M16

0.046mm 2.2.5、顶面3个孔800

根据工序要求，顶面3个孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：

粗镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为2.0mm;

半精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为1.0mm；

精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。

铸件毛坯的基本尺寸分别为：

毛坯基本尺寸为80-2-1-0.3=76.7mm

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.1mm。

毛坯名义尺寸为80-2-1-0.3=76.7mm；

毛坯最大尺寸为76.7mm+0.55=77.25mm；

毛坯最小尺寸为76.7mm-0.55=76.15mm；

粗镗工序尺寸为78.7mm；

半精镗工序尺寸为79.7mm；

0.046mm。 精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即800

0.087mm 2.2.6、顶面3个孔900

根据工序要求，顶面3个孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：

粗镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为2.0mm；

半精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为1.3mm；

精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。

铸件毛坯的基本尺寸分别为：

毛坯基本尺寸为90-2-1.3-0.3=86.4mm；

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.1mm。

毛坯名义尺寸为90-2-1.3-0.3=86.4mm；

毛坯最大尺寸为86.4mm+0.55=86.95mm；

毛坯最小尺寸为86.4mm-0.55=85.85mm；

粗镗工序尺寸为88.4mm；

半精镗工序尺寸为89.7mm；

0.087mm。 精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即900

0.0630.03mm两孔 mm、8002.2.7、两侧1500

根据工序要求，两侧150mm、80mm两孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：

粗镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为：2.0mm； 150mm孔，

80mm孔，参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为：2.0mm； 半精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为1.5mm； 150mm孔，

80mm孔，参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为1.0mm； 精镗：参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm； 150mm孔，

80mm孔，参照《实用机械制造工艺设计手册》表7-13，其余量值为0.3mm。 铸件毛坯的基本尺寸分别为：

150mm孔毛坯基本尺寸为150-2-1.5-0.3=146.2mm；

80mm孔毛坯基本尺寸为80-2-1.0-0.3=76.7mm；

根据《实用机械制造工艺设计手册》表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.2mm、1.1mm。

150mm孔毛坯名义尺寸为150-2-1.5-0.3=146.2mm；

毛坯最大尺寸为146.2+0.6=146.8mm；

毛坯最小尺寸为146.2-0.6=145.6mm；

粗镗工序尺寸为148.8mm；

半精镗工序尺寸为149.7mm；

0.063mm。 精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即1500

80mm孔毛坯名义尺寸为80-2-1.0-0.3=76.7mm；

毛坯最大尺寸为76.7+0.55=77.25mm；

毛坯最小尺寸为76.7-0.55=76.15mm；

粗镗工序尺寸为78.7mm；

半精镗工序尺寸为79.7mm；

0.03mm。 精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即800

2.2.8、两侧4个M12-7H螺孔和4个M10-7H螺孔

毛坯为实心，不冲孔。参照《机械加工工艺手册》表2.3-71，现确定螺孔加工余量为：

M12-7H螺孔

钻孔：10.2mm

攻丝：M12-7H

M10-7H螺孔

钻孔：8.5mm

攻丝：M10-7H

2.2.9、窥视窗上8个M8-7H螺孔

毛坯为实心，不冲孔。参照《机械加工工艺手册》表2.3-71，现确定螺孔加工余量为：

M8-7H螺孔

钻孔：6.8mm

攻丝：M8-7H

2.2.10、底面上12个M10-7H螺孔

毛坯为实心，不冲孔。参照《机械加工工艺手册》表2.3-71，现确定螺孔加工余量为：

M10-7H螺孔

钻孔：8.5mm

攻丝：M10-7H

3、工艺规程设计

3.1、定位基准的选择：

3.1.1、粗基准的选择：

粗基准选择应当满足以下要求：

A、保证各重要支承孔的加工余量均匀；

B、保证装入箱体的零件与箱壁有一定的间隙。

为了满足上述要求，应选择曲轴箱的主要支承孔作为主要基准。即以曲轴箱箱体的

输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。

3.1.2、精基准的选择：

从保证箱体孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证曲轴箱箱体在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从曲轴箱箱体零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是曲轴箱箱体的装配基准，但因为它与曲轴箱箱体的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。

3.2、制定工艺路线

本次毕业设计是对BW150注浆泵曲轴箱的工艺规程和机床夹具的设计，对其设计方案的确定最重要的就是对其机械加工工艺路线的确定，其次就是夹具的设计。制订工艺路线的出发点，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得到合理的保证。夹具方面可以考虑采用通用机床配以专用夹具，尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

根据以上分析选定以下加工工艺路线方案:

工序号 工 序 内 容

铸造

时效

涂漆

10 铣 以曲轴箱德尔后端面为基准，粗铣曲轴箱下底面，预留半精加工余量

1.5mm，粗铣和半精铣上表面φ32上表面

20 铣 以曲轴箱下表面为基准，粗铣曲轴箱前端面与后端面，曲轴箱左右两

侧φ190，φ126的端面，预留半精加工余量1.5mm

30 铣 以曲轴箱后端面为基准，半精铣，精铣曲轴箱下表面

40 钻 以曲轴箱后端面为基准，钻下表面4-φ17通孔以及刮平4-φ30沉孔 50 铣 以曲轴箱下表面为基准，半精铣，精铣曲轴箱前后端面，2-R15凸台，60 铣

70 镗

80 镗

90 钻

钻

钻

120 钻

130 钻

140 攻

150 攻

160 攻

170 攻

180 攻

190

200 左右两侧φ190，φ126端面 以曲轴箱右侧190端面为基准，粗铣，半精铣窥视窗上表面 以曲轴箱下表面为基准，粗镗150，80两孔以及前端面3-φ90，3-φ80内孔，预留半精镗余量1.5mm 以曲轴箱下表面为基准，半精镗，精镗φ150，φ80两内孔和前端面3-φ90，3-φ80内孔并孔口倒角1X45° 钻M20×1.5-7H的孔，以底平面为地为基准 钻8-M8-7H深10孔深12的孔，以底平面为定位基准 钻12-M10-7H深13孔深16的孔，以右端面为定位基准 钻8-GM16深34孔深３８，M16－7H，M8-7H的孔，并对M16，M8的孔口倒角1×45°，以左端面为定位基准 钻4-M12-7H深17孔深20（2组），4-M10-7H深17孔深20（2组），φ22，φ16.5，3-φ16的孔，并对箱体边缘φ22，φ16的孔分别倒角0.5×45°和1×45°，以箱体的两侧面为定位基准 攻M20×1.5-7H的螺纹，以底平面为地为基准 攻8-M8-7H深10孔深12的螺纹，以底平面为定位基准 攻12-M10-7H深13孔深16的螺纹，以右端面为定位基准 攻8-GM16深34孔深３８，M16－7H，M8-7H的螺纹，以左端面为定位基准 攻4-M12-7H深17孔深20（2组），4-M10-7H深17孔深20（2组的螺纹以箱体两侧面为定位基准） 去毛刺 检验 100 110

210

入库

3.3、选择加工设备及刀、夹、量具

由于生产类型为大批量生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，专用机床为辅的流水生产线。工件在机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。

铣削平面时，由于该加工对象箱体六面均有加工表面。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用卧铣，选用X62W （参考文献[1]表3.1-73）。选择直径D为φ200mm的C类可转位面铣刀（参考文献[1]表4.4-40）、专用夹具和游标卡尺。

镗各主要孔系时均采用卧式双面组合镗床，选择功率为1.5KW的1TA20镗削头（参考文献[1]表3.2-44）.选择镗通孔的镗刀、精镗刀、专用夹具、游标卡尺。

钻削各表面孔系时，选用摇臂钻床Z3025（参考文献[1]表3.1-30），选用锥柄麻花钻，专用夹具、快换夹头、游标卡尺和塞规。

刮4-φ30mm平面选用直径为φ30mm、带可换导柱锥柄平底鍃钻。

螺孔攻螺纹选用摇臂钻，采用机用丝锥、丝锥夹头、专用夹具和螺纹塞规。

（四）、加工工序设计

钻M16螺孔

工件材料为HT200铁。孔的直径为M16mm，表面粗糙度12.5。加工机床为X62W，加工工序为钻，加工刀具为：钻孔——Φ16.2mm。丝攻M16

1）确定切削用量

确定进给量f 根据参考文献[7]表28-10可查出f表0.25~0.31mm/r，由于孔

klf1.0，5)~301.(0.1.25~310.0./深度比l/d03/120.25，故f表2mmr。查Z535

立式钻床说明书，取f0.23mm/r。

根据参考文献[7]表28-8，钻头强度所允许是进给量f'1.75mm/r。由于机床进给机构允许的轴向力Fmax15690N（由机床说明书查出），根据参考文献[7]表28-9，允许的进

给量f"1.8mm/r。

由于所选进给量f远小于f'及f"，故所选f可用。

确定切削速度v、轴向力F、转矩T及切削功率Pm 根据表28-15，由插入法得： v表17m/min，F表4732N

T表51.69NM，Pm表1.25kW

由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。

由参考文献[7]表28-3，kMv0.88，klv0.75，故

v'

表17m/min0.880.7511.22(m/min)

n'1000v'表

d0100011.22mm/min298r/min 12mm

查Z535机床说明书，取n195r/min。实际切削速度为

dn12mm195r/minv07.35m/min 10001000

由参考文献[7]表28-5，kMFkMT1.0，故

F4732N1.04732(N)

T51.69Nm1.051.69Nm

校验机床功率 切削功率Pm为

PmPm表（n/n')kMM

1.2k 05W(195/298)1.0kW

机床有效功率

P'

EPE4.5kW0.813.65kWPm 故选择的钻削用量可用。即

d012mm，f0.23mm/r，n195r/min，

v相应地

F4732N，T51.69Nm，Pm0.82kW

4、夹具设计

在给定的零件中，对本步加工的定位需要基准孔和平面保证垂直度，定位要求比较高。因此，本步的重点应在保证垂直度上。还应考虑如何提高生产率。从对工件的结构形状分析，若工件以底面放置在镗模底板上，定位夹紧都比较可靠，也容易实现，待夹紧后就能满足加工要求。

该工件以曲轴箱体左侧端面为定位基准，钻模底板与右侧端面连接，连接用M16螺栓，底板直接装在钻床台面上，有四个腰型槽，可供调整位置。

方案：钻模板有一Ø150的凸台，直接与曲轴箱体Ø150端面间隙配合，这样主要中心孔的基准确定，加工8-M16的孔的位置精度得以保证，安装可靠稳定，紧固调节方便。

5、定位精度分析

钻8- M16孔用同种装夹方法装夹下完成两个工步，它们的精度由钻模板的定位精度保证。因为M16孔的中心以Ø150孔四周均布，Ø150凸台与曲轴箱Ø150间隙配合，同轴度0.05，参考文献【3】表1-10-1取工件公差为0.5，即夹具尺寸公差为0.05mm，凸台与夹具体的配合为H8/h7。