4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝及夾具設(shè)計【含10張CAD圖紙+PDF圖】,含10張CAD圖紙+PDF圖,4125,柴油機,缸體,機械,加工,工藝,夾具,設(shè)計,10,CAD,圖紙,PDF 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院 全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計 4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝及夾具設(shè)計 MECHANICAL PROCESSING TECHNOLOGY AND FIXTURE DESIGN OF 4125 DIESEL ENGINE CYLINDER BLOCK 學(xué)生姓名：李 健 學(xué) 號：200841914309 年級專業(yè)及班級：2008級機械設(shè)計制造及其自動化（3）班 指導(dǎo)老師及職稱：全臘珍 教授 學(xué) 部：理工學(xué)部 湖南·長沙 提交日期：20 年 月 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院全日制普通本科生 畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設(shè)計）是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………1 1 前言………………………………………………………………………………………2 2 零件的分析………………………………………………………………………………3 2.1 零件結(jié)構(gòu)分析……………………………………………………………………3 2.2 零件工藝分析……………………………………………………………………4 2.3 零件主要技術(shù)要求………………………………………………………………4 3 機械加工工藝規(guī)程設(shè)計…………………………………………………………………5 3.1 計算零件生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型……………………………………………5 3.1.1 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)……………………………………………………………5 3.1.2 確定生產(chǎn)類型、分析工藝特點…………………………………………5 3.2 毛坯及機械加工余量的確定……………………………………………………5 3.2.1 毛坯的確定………………………………………………………………5 3.2.2 鑄件的機械加工余量確定………………………………………………6 3.3 氣缸體的工藝規(guī)程設(shè)計…………………………………………………………7 3.3.1 定位基準(zhǔn)的選擇…………………………………………………………7 3.3.2 表面加工方法的選擇……………………………………………………7 3.3.3 工藝路線的制定…………………………………………………………9 4 專用夾具的設(shè)計………………………………………………………………………23 4.1 夾具設(shè)計概述…………………………………………………………………23 4.1.1 夾具的基本組成………………………………………………………23 4.2 粗銑氣缸體平面夾具的設(shè)計…………………………………………………23 4.2.1 零件本工序的加工要求分析…………………………………………23 4.2.2 夾具的類型的確定……………………………………………………24 4.2.3 擬定定位方案和選擇定位元件………………………………………24 4.2.4 確定夾緊方案…………………………………………………………25 4.2.5 確定對刀裝置…………………………………………………………26 4.2.6 夾緊力的分析計算……………………………………………………26 5總結(jié)………………………………………………………………………………………28 參考文獻……………………………………………………………………………………29 致謝…………………………………………………………………………………………29 附錄…………………………………………………………………………………………30 4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝及夾具設(shè)計 學(xué) 生：李 健 指導(dǎo)老師：全臘珍 (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長沙 410128) 摘 要：本課題是對4125型柴油機氣缸體進行工藝設(shè)計和夾具的設(shè)計。對氣缸體的主要加工表面、氣缸體頂面、主軸承座側(cè)面、氣缸孔、主軸承孔及凸輪軸承孔等的工藝規(guī)程進行了詳細的分析，填寫了工藝過程卡片及工序卡片，設(shè)計了粗銑氣缸體平面專用機床夾具。在對此氣缸體的工藝設(shè)計中為減少箱體在加工過程中的誤差，我們考慮基準(zhǔn)的重合原則，統(tǒng)一原則，互為基準(zhǔn)原則以及粗基準(zhǔn)的選擇原則，為使定位穩(wěn)定夾緊可靠，要求所選用的粗基準(zhǔn)盡可能不重復(fù)使用原則。夾具的設(shè)計，保證了零件的加工精度，同時提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動強度。 關(guān)鍵詞：氣缸體；機械加工工藝規(guī)程；工序卡；專用機床夾具； Mechanical Processing Technology and Fixture Design of 4125 Diesel Engine Cylinder Block Author:Li Jian Tutor:Quan La-zhen (Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128 ) Abstract: This topic is for 4125 diesel engine cylinder block process design and fixture design. The main processing of the cylinder block surface, the cylinder block end face, Lord side, cylinder bearing holes, the main bearing hole and CAM bearing hole and techniques procedure are analyzed in detail, and fill out the process card and process card, design the rough milling cylinder block plane special machine tool fixtures. This cylinder block in the process design to reduce the error in the process, we consider the benchmark superposition principle, unified principle, thus the principles and the benchmark crude benchmark the choosing principle, positioning for stable clamping reliable, request chooses not to repeat the benchmark crude as far as possible, use the principle.The fixture design ensure the parts processing precision, While improving production efficiency and reduce the labor intensity of the workers. Key words: Cylinder block; Machining processes; Process card; Dedicated fixture 1 前言 本課題主要研究4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝規(guī)程和的設(shè)計粗銑氣缸體平面的專用機床夾具，具體進行零件加工工藝設(shè)計和夾具設(shè)計。 機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而機床工業(yè)是機械制造工業(yè)的基礎(chǔ),一個國家工業(yè)的技術(shù)水平集中體現(xiàn)在制造業(yè),其很大程度上標(biāo)志著這個國家工業(yè)生產(chǎn)的能力和科學(xué)技術(shù)水平。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代制造業(yè)中需要精密加工的零件越來越多,加工精度和對工件表面復(fù)雜程度要求也越來也高。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展和進步,加工工藝的不斷改進和提升,先進工藝的開發(fā)、引進和應(yīng)用,在將來的制造和加工技術(shù)中,用先進的加工工藝取代落后的不適應(yīng)生產(chǎn)要求的加工工藝,使現(xiàn)代制造和加工業(yè)技術(shù)水平處在不斷更新和發(fā)展,制造技術(shù)不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志，也是國際間科技競爭的重點。 隨著大型工程項目的增多和規(guī)模的擴大，工程機械有向大型化發(fā)展的趨勢。與其配套的柴油機也在向系列化、提高單機功率、降低燃油消耗率和減少排放及噪聲污染的方面發(fā)展。氣缸體作為柴油機的基礎(chǔ)體架，是柴油機的重要部件,氣缸體內(nèi)腔復(fù)雜，包括氣道，水道既油道，外表面安裝相關(guān)的各種配件。工藝是將產(chǎn)品設(shè)計圖樣和技術(shù)要求物化為實際產(chǎn)品的方法和過程，工藝規(guī)程制定的原則是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本。首先，制定幾種可能的工藝方案進行分析對比論證，選擇合理的方案；其次，分配切削用量；最后，制定每道工序的工序卡片[1]。在對此氣缸體的工藝規(guī)程采用一面兩銷對其進行定位以限制其六個自由度。為減少箱體在加工過程中的誤差，我們考慮基準(zhǔn)的重合原則，統(tǒng)一原則，互為基準(zhǔn)原則以及粗基準(zhǔn)的選擇原則，為使定位穩(wěn)定夾緊可靠，要求所選用的粗基準(zhǔn)盡可能不重復(fù)使用原則。 夾具設(shè)計是按照某一道工序的加工要求，把一些事先制造好的標(biāo)準(zhǔn)件和部件進行組裝而成的夾具，夾具通常由使用單位根據(jù)要求自行設(shè)計和制造，適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中[2]。為了保證加工零件的質(zhì)量、產(chǎn)量和降低成本，首先應(yīng)該指定合理的工藝方案，然后按照工藝方案的要求，確定機床的配置型式，選擇合理的通用部件，設(shè)計專用部件和工作循環(huán)的控制系統(tǒng)。 零件加工工藝設(shè)計必須按照JB/T9165.2—1998《工藝規(guī)程格式》規(guī)定進行；夾具設(shè)計要求定位合理，夾緊可靠，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，調(diào)試及維修便利，提高 生產(chǎn)效率；應(yīng)盡量保證以最低的加工成本達到符合零件圖要求的加工精度。 由于水平有限，經(jīng)驗不足，第一次全面的系統(tǒng)的設(shè)計本次設(shè)計難免有許多不妥和錯誤之處，懇請指導(dǎo)老師和讀者批評指正錯誤，以便及時改正。 2 零件分析 2.1零件結(jié)構(gòu)分析 該零件是4125A型柴油發(fā)動機的氣缸體。氣缸體為一整體鑄造結(jié)構(gòu)，其上部有四個缸套安裝孔，它的左側(cè)是八個挺桿安裝孔和通過缸蓋的冷卻水孔，并加工有21個缸蓋緊固螺栓孔和向缸蓋輸送潤滑油的垂直深油孔。如圖2-1為4125柴油機氣缸體零件結(jié)構(gòu)圖。 圖1 4125柴油機氣缸體零件圖 Fig.1 Cylinder block of 4125 diesel engine parts diagram 氣缸體的水平隔板將缸體分成上下兩部分，上段為缸體水套，下段為曲軸箱。在隔板上四個缸套安裝孔壁的環(huán)形槽內(nèi)裝有橡膠密封圈，防止水套中的水漏入曲軸箱，垂直隔板將缸體水套和挺桿室分開。曲軸箱有五個安裝曲軸的主軸承座和兩個定位側(cè)面。 氣缸體的前端面從前到后排列有三個同軸線的凸輪軸安裝孔和惰輪軸孔。在三個凸輪軸孔的下方，沿氣缸體的全長有一長主油道孔，其兩端用螺栓堵住。從主油道到各主軸承、凸輪軸承和惰輪軸承都有油道相通，使從機油濾清器來的壓力油能對各軸頸和惰輪等進行潤滑。 氣缸體的左側(cè)有工藝孔，加油管安裝法蘭，減壓機構(gòu)軸孔，機油濾清器安裝平面，機油泵出油孔，油標(biāo)尺座孔和機油泵安裝平面。氣缸體的右上方有鑄成的分水管，將水泵流出的水分流到缸體的各缸水套，達到冷卻的目的。氣缸體的后端面有飛輪殼的安裝面。氣缸體的下平面用以安裝油底殼，其內(nèi)儲存潤滑油。 2.2零件工藝分析 氣缸體是發(fā)動機的基礎(chǔ)零件和骨架，同時又是發(fā)動機總裝配時的基準(zhǔn)零件。發(fā)動機的各機構(gòu)和系統(tǒng)的零部件都安裝在它的內(nèi)部或外部[3]。氣缸體的作用是支承和保證活塞、連桿、曲軸等各運動部件工作時的準(zhǔn)確位置；保證發(fā)動機的換氣、冷卻和潤滑（其上有氣道、水道和油道）；提供各種輔助系統(tǒng)、部件及發(fā)動機的安裝基面。 發(fā)動機工作時，氣缸體承受著各種大小、方向呈周期性變化的氣體壓力、慣性力及力矩的作用，因此要求氣缸體具有合適的材料，合理的結(jié)構(gòu)、尺寸及重量，足夠的剛度，加工性能好，使用、安裝和維護方便，且密封性、抗震性和抗腐蝕性能良好。 它的工藝特點是：結(jié)構(gòu)的形狀復(fù)雜；加工的平面、孔多，內(nèi)部成空腔，壁厚不均，剛度不好；加工的精度要求高，是典型的箱體類加工零件。其主要加工表面有氣缸體頂面、主軸承座側(cè)面、氣缸孔、主軸承孔及凸輪軸孔等，它們的加工精度將直接影響發(fā)動機的裝配精度和工作性能[3]。為此，我們主要靠設(shè)備精度、工夾具可靠性和加工工藝的正確合理來保證。 2.3零件的主要技術(shù)要求 1）主軸承孔的精度為?95(+0.03 0)，表面質(zhì)量為Ra=1.6mm。 2）主軸承孔的圓度為0.02 mm。 3）氣缸孔的精度為?144（+0.08 0），底孔的表面粗糙度Ra=6.3mm。 4）氣缸孔中心線對曲軸中心線的對稱度為0.05 mm。 5）第二、三、四主軸承孔對第一、五主軸承孔的同軸度為0.02 mm。 6）各凸輪軸承孔的同軸度為0.03 mm。 7）曲軸中心線對凸輪軸中心平行度為0.1 mm。 8）頂面的表面粗糙度為Ra=3.2mm。 3 機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 3.1計算零件生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型與工藝過程的關(guān)系十分密切，生產(chǎn)綱領(lǐng)不同，生產(chǎn)類型也不同，工藝過程也就具有不同的特點。生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃。生產(chǎn)類型是指生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類，分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)3種類型。 3.1.1 計算生產(chǎn)綱領(lǐng) 生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計劃內(nèi)應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃。此設(shè)計中，生產(chǎn)綱領(lǐng)已給定：N=20000件。 3.1.2 確定生產(chǎn)類型、分析工藝特點 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型的關(guān)系，由N=20000件，可確定生產(chǎn)屬于大量生產(chǎn)。大量生產(chǎn)類型的工藝特點： 1）全部互換，個別高精度配合件可分組選配和配制； 2）廣泛采用金屬模機器造型、模鍛及其他高效方法，毛坯精度高，加工余量??； 3）廣泛采用高效專用機床及自動機床，按流水線排列或采用自動線； 4）廣泛采用高效夾具，靠夾具及定程進給保證尺寸； 5）廣泛采用高效專用刀具和量具； 6）對操作人員要求一般，對調(diào)整工人技術(shù)水平要求較高； 7）工序較多，詳細劃分工步； 8）工藝規(guī)程及各種工藝文件； 9）生產(chǎn)率高、加工成本低、工人勞動條件較好。 3.2毛坯及機械加工余量的確定 3.2.1毛坯的確定 氣缸體彩的材料一般是灰鑄鐵，但也有時候也采用鑄鋁或鋼板。在此，我們選用HT150作為我們氣缸體的毛坯材料，如下圖所示（各主要加工表面余量用細交叉線在圖上表示出來）。它采用金屬模機器造型，分型面選在主軸承孔的對稱平面上，造型位置為臥式[4]。主軸承孔、凸輪軸軸承孔和缸套孔均鑄出來，而螺栓底孔、主油道孔和工藝孔均不鑄出。 另外，氣缸體在加工前還得進行時效處理，以消除鑄件在鑄造時所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和改善毛坯的力學(xué)性能。 毛坯的技術(shù)要求： 1）毛坯的材料為HT150； 2）毛坯的鑄造方法為金屬機器造型； 3）鑄造的精度等級為CT10級； 4）未注明的鑄造斜角為3度，圓角半徑為R5； 5）鑄造后要進行預(yù)備熱處理——人工時效； 6）毛坯上的澆冒孔要磨平； 3.2.2 鑄件的機械加工余量確定 1）鑄件的尺寸公差 鑄件尺寸公差為16級，上面我們已經(jīng)確定了毛坯的的制造方法是用金屬機器造型，由工藝人員手冊查得，鑄件的尺寸公差等級為CT10級，并選取取錯箱值為1.5mm[5]。 2）鑄件的機械加工余量 對于氣缸體加工面的鑄件加工余量確定，由工藝人員手冊查得選取MA為G級，各表面的總余量見下表，再根據(jù)總余量及氣缸零件的尺寸，確定毛坯的總尺寸來。如下表3-1 表1 主要尺寸面工序尺寸 Table 1 Main size face procedure sizes 主要尺寸面 基本尺寸 總加工余量 毛坯尺寸 1.氣缸體的頂面及底面; 650（-0.4 -0.6） 6.5+6 661.5 mm 2.軸承座的分開面及其側(cè)面 148±0.08 185(+0.045 0) 5 5 153 mm 174 mm 3.主軸承孔 ?94.98(+0.021 0) 6.5 ?82 mm 4.左側(cè)面四塊基準(zhǔn)平面及三個凸臺面 190±0.5 150±0.5 4 4 194 mm 154 mm 5.氣缸體四個氣缸套孔 ?152（+0.26 0） ?144(+0.03 0) 5 5 ?142 mm ?134 mm 3.3 氣缸體的工藝規(guī)程設(shè)計 3.3.1 定位基準(zhǔn)的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程中的重要工作之一。基面的選擇正確、合理，可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。否則，就會使加工工藝工程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法進行。 1）粗基準(zhǔn)的選擇： 粗基準(zhǔn)的選擇原則一般是：保證各加工面均有足夠的余量的前提下，使重要孔的加工余量盡量均勻；并且要注意的是，粗基準(zhǔn)一般只應(yīng)用在首道工序中，且只能用一次[6]。對于箱體類零件，一般選擇重要孔（四個氣缸套孔）的毛坯孔與氣缸體的內(nèi)腔（對口面）作為粗基準(zhǔn)。另外，粗基準(zhǔn)的選擇還要考濾能否保證定位準(zhǔn)確，夾緊可靠；氣缸體內(nèi)是否有足夠的空間，即內(nèi)裝零件與箱壁是否有足夠的間隙。 2）精基準(zhǔn)的選擇： 精基準(zhǔn)一般是加工出來的表面，在工藝的第二道工序開始使是精基準(zhǔn)。在選擇精基準(zhǔn)時，一般應(yīng)遵循：基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一、互為基準(zhǔn)的原則[7]。并且盡量使選擇面積較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案比效簡單、可靠，且操作方便。以第10道工序（粗銑氣缸體頂面、底面和右側(cè)放水閥平面）為例，在其前一道工序中，已將氣缸體右側(cè)面四塊基準(zhǔn)平面和三個凸臺面加工出來，目的就是為本道工序準(zhǔn)備定位基準(zhǔn)。夾具的定位分別為兩對支承板和兩個支承釘。 3.3.2 表面加工方法的選擇 選擇加工方法時，首先根據(jù)零件主要表面的技術(shù)要求和工廠具體條件，先選定它的最終工序方法，然后再逐一選定該表面各有關(guān)前導(dǎo)工序的加工方法。同一種表面可以選用各種不同的加工方法加工，但每種加工方法所能獲得的加工質(zhì)量、加工時間和所花費的費用卻是各不相同的，工程技術(shù)人員的任務(wù)，就是要根據(jù)具體加工條件(生產(chǎn)類型、設(shè)備狀況、工人的技術(shù)水平等)選用最適當(dāng)?shù)募庸し椒?，加工出合乎圖紙要求的機器零件。具有一定技術(shù)要求的加工表面，一般都是只通過一次加工就能達到圖紙要求的，對于精密零件的主要表面，往往要通過多次加工才能逐步達到加工質(zhì)量要求[8]。例如，加工一個精度等級為IT7的螺紋孔，其最終工序選用絲錐攻絲，則其前導(dǎo)工序可分別選為鉆孔，擴孔，鉸孔。主要表面的加工方案和加工工序選定之后，再選定次要表面的加工方案和加工工序。 1）加工階段的劃分： 可以分為粗加工階段；半精加工階段；精加工階段和光整加工階段。將零件的加工過程劃分為加工階段的主要目的是：? ①保證零件加工質(zhì)量；? ②有利于及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并得到及時處理；? ③有利于合理利用機床設(shè)備。? 工序的集中與分散工序集中原則：按工序集中原則組織工藝過程，就是使每個工序所包括的加工內(nèi)容盡量多些，將許多工序組成一個集中工序，最大限度的工序集中，就是在一個工序內(nèi)完成工件所有表面的加工[9]。傳統(tǒng)的流水線、自動線生產(chǎn)基本是按工序分散原則組織工藝過程的，這種組織方式可以實現(xiàn)高生產(chǎn)率生產(chǎn)，但對產(chǎn)品改型的適應(yīng)性較差，轉(zhuǎn)產(chǎn)比較困難。? 工序分散原則：按工序分散原則組織工藝過程，就是使每個工序所包括的加工內(nèi)容盡量少些，最大限度的工序分散就是每個工序只包括一個簡單工步。采用數(shù)控機床、加工中心按工序集中原則組織工藝過程，生產(chǎn)適應(yīng)性反而好，轉(zhuǎn)產(chǎn)相對容易，雖然設(shè)備的一次性投資較高，但由于有足夠的柔性，仍然受到愈來愈多的重視。 工序順序的安排機械加工工序的安排：先加工定位基準(zhǔn)面，再加工其它表面先加工主要表面，后加工次要表面；先安排粗加工工序，后安排精加工工序；先加工平面，后加工孔。? 熱處理工序及表面處理工序的安排:為改善工件材料切削性能安排的熱處理工序，例如，退火、正火、調(diào)質(zhì)等，應(yīng)在切削加工之前進行[10]。為消除工件內(nèi)應(yīng)力安排的熱處理工序，例如，人工時效、退火等，最好安排在粗加工階段之后進行。為了減少運輸工作量，對于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前進行。對于機床床身、立柱等結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的鑄件，在粗加工前后都要進行時效處理(人工時效或自然時效)，使材料組織穩(wěn)定，日后不再有較大的變形產(chǎn)生。為提高工件表面耐磨性、耐蝕性安排的熱處理工序以及以裝飾為目的而安排的熱處理工序，例如鍍鉻、鍍鋅、發(fā)蘭等，一般都安排在工藝過程最后階段進行。? 其它工序的安排:為保證零件制造質(zhì)量，防止產(chǎn)生廢品，需在下列場合安排檢驗工序 ①粗加工全部結(jié)束之后； ②送往外車間加工的前后； ③工時較長和重要工序的前后； ④最終加工之后。 除了安排幾何尺寸檢驗工序之外，有的零件還要安排探傷、密封、稱重、平衡等檢驗工序。?零件表層或內(nèi)腔的毛刺對機器裝配質(zhì)量影響甚大，切削加工之后，應(yīng)安排去毛刺工序。零件在進入裝配之前，一般都應(yīng)安排清洗工序。工件內(nèi)孔、箱體內(nèi)腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附著在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夾緊工件的工序之后，要安排去磁工序，不讓帶有剩磁的工件進入裝配線。? 2）機床設(shè)備與工藝裝備的選擇? 所選機床設(shè)備的尺寸規(guī)格應(yīng)與工件的形體尺寸相適應(yīng)，精度等級應(yīng)與本工序加工要求相適應(yīng)，電機功率應(yīng)與本工序加工所需功率相適應(yīng)，機床設(shè)備的自動化程度和生產(chǎn)效率應(yīng)與工件生產(chǎn)類型相適應(yīng)。工藝裝備的選擇將直接影響工件的加工精度、生產(chǎn)效率和制造成本，應(yīng)根據(jù)不同情況適當(dāng)選擇。在中小批生產(chǎn)條件下，應(yīng)首先考慮選用通用工藝裝備(包括夾具、刀具、量具和輔具)；在大批大量生產(chǎn)中，可根據(jù)加工要求設(shè)計制造專用工藝裝備。機床設(shè)備和工藝裝備的選擇不僅要考慮設(shè)備投資的當(dāng)前效益，還要考慮產(chǎn)品改型及轉(zhuǎn)產(chǎn)的可能性，應(yīng)使其具有足夠的柔性。 3.3.3 工藝路線的制定 根據(jù)上述分析，可以擬定氣缸體的機械加工工藝路線，如下表3-2。 表2 4125氣缸體機械加工工藝過程 Table 2 The 4125 cylinder block mechanical processing process technolog 工序號 工序名 工 序 簡 圖 5 銑氣缸體左側(cè)面四塊基平面和三個凸臺面 10 粗銑氣缸體頂面、底面和右側(cè)放水閥平面 續(xù)表2 15 在氣缸體底面鉆、鉸兩定位孔 20 精銑氣缸體底面 25 粗、精銑氣缸體前后端面、固定水泵法蘭和起動機進水管的法蘭 續(xù)表2 30 粗鏜氣缸體五個半圓主軸承孔、三個凸輪軸孔、鉆一個惰輪軸孔 35 粗鏜氣缸體四個氣缸套孔 40 銑氣缸體燃油精濾器安裝面和兩個水管平面 續(xù)表2 45 銑氣缸體主軸承座的分開面 50 銑氣缸體主軸承座端面和軸瓦固定槽 55 拉氣缸體主軸承座的分開面 續(xù)表2 60 精銑氣缸體頂面和左側(cè)面兩個長方塊 65 在氣缸體頂面和前后端面上鉆孔和倒角 70 在氣缸體頂面和前后端面上攻螺紋 續(xù)表2 75 鉆氣缸體潤滑主油道孔 80 在氣缸體頂面和右側(cè)面上鉆孔 85 在氣缸體底面和左側(cè)面上鉆孔 續(xù)表2 與上述類似 90 鉆十個潤滑支油道孔 95 鉆十個固定主軸承蓋的螺栓底孔和一個油孔，并在左側(cè)面鉆油標(biāo)尺孔底孔 100 在氣缸體第一主軸承座上鉆斜油孔 續(xù)表2 105 攻氣缸體固定主軸承蓋的十個螺栓孔和一個油標(biāo)尺螺孔 110 在氣缸體底面和左右側(cè)面上攻螺紋 115 鉆氣缸體八個挺桿導(dǎo)管底孔 續(xù)表2 120 擴、鉸氣缸體八個挺桿導(dǎo)管底孔 125 精鏜氣缸體四個氣缸套孔 130 精锪氣缸體四個氣缸套筒座的端面 續(xù)表2 135 在氣缸體四個氣缸套孔內(nèi)鏜阻水閥槽 140 清洗和吹凈氣缸體 在熱水中清洗零件3到4分鐘，水溫不低于80度，用壓縮空氣吹凈零件 145 去毛刺、清除切削、倒角等 在氣缸體底面和分開面上去毛刺、檢查裂紋、捅掉主潤滑油道內(nèi)的鐵屑，用壓縮空氣吹 150 檢驗 檢查鑄造的缺陷；檢查機械加工的缺陷，并作出標(biāo)記 155 在氣缸體上裝十個雙頭螺栓 螺栓和螺栓孔分組裝配，保證中徑過盈量在0.03 到0.14 mm之間 160 安裝氣缸體主軸承蓋 續(xù)表2 無 165 在氣缸體前后端面主油道孔上擴孔、攻螺紋、并在前端面上鉆孔 170 半精鏜氣缸體五個曲軸主軸承孔、三個凸輪軸軸孔和一個惰輪軸孔 175 在氣缸體第五曲軸主軸承座的兩端鏜端面 續(xù)表2 180 精鏜氣缸體五個曲軸主軸承孔、三個凸輪軸孔和一個惰輪軸孔 185 壓入氣缸體八個挺桿導(dǎo)管 從氣缸體底面壓入，并使導(dǎo)管高出挺桿室隔板面12 mm 190 在氣缸體底在的后端面和左右側(cè)面上鉆孔 續(xù)表2 195 在氣缸體后端面和左右側(cè)面上鉸孔和攻螺紋，并鉸八個挺桿導(dǎo)管孔 200 珩磨氣缸體五個曲軸主軸承孔 205 清洗并吹凈氣缸體 續(xù)表2 在熱水中清洗零件（水溫不低于80度） 用壓縮空氣吹凈零件 210 清洗并吹凈氣缸體全部油道孔 用熱水清洗氣缸體全總油道孔，用壓縮空氣吹凈氣缸體油道孔 215 壓入氣缸體三個凸輪軸襯套 無 220 鉸氣缸體三個凸輪軸襯套孔，并鉸惰輪軸孔 225 準(zhǔn)備移交檢驗 清除鑄件內(nèi)的切屑，用壓縮空氣吹盡零件，按主軸承痤順序在螺栓和螺母上打順序號 230 檢驗 檢驗各主要孔的尺寸、形狀和位置精度，檢查機械加工缺陷，并作標(biāo)記 235 清洗并吹凈氣缸體 在熱水中清洗零件，清洗機的水溫應(yīng)在75到85度，用壓縮空氣吹凈零件 4 專用夾具的設(shè)計 4.1夾具設(shè)計概述 在發(fā)動機氣缸體零件的機械加工過程中，為了完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗工序等，首先要將工件固定，使之占有確定的位置。為了保證工件占有確定位置，就需要專用的裝置。箱體零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易定位；尺寸公差、形狀公差、和位置公差要求很嚴，內(nèi)孔的粗糙度要求很高，這就需要設(shè)計箱體專用的夾具來滿足加工要求[11]。專用的夾具對保證零件的質(zhì)量、提高加工效率、降低生產(chǎn)成本、改善勞動條件、保證生產(chǎn)安全、擴大機床的使用范圍、縮短產(chǎn)品的使用周期等方面有著極明顯的經(jīng)濟效益。 4.1.1 夾具的基本組成 1）定位元件：它與工件的定位基準(zhǔn)相接觸，是確定工件在夾具中正確位置的主要元件[12]。定位元件的結(jié)構(gòu)與所定位工件的基準(zhǔn)面有關(guān)。本次設(shè)計中的支承板、支撐釘、預(yù)定位板、擺動壓板。 2）夾緊機構(gòu)：它是夾緊工件用的，其結(jié)構(gòu)與所夾緊工件的部位和作用有關(guān)。夾緊機構(gòu)通過原始力產(chǎn)生夾緊力將工件夾緊，保持工件定位所取得的正確位置在受到切削力的作用時不產(chǎn)生位移和變形。本次設(shè)計中的擺動壓板。 3）夾具體：它是將定位元件、夾緊機構(gòu)等聯(lián)接成一體的主體件，并與機床相聯(lián)接。 4）引導(dǎo)元件：為了預(yù)先調(diào)正刀具的位置，在夾具中設(shè)有確定刀具位置或?qū)б毒叻较颉１敬卧O(shè)計中的對刀塊。 5）連接元件：它是設(shè)有供夾具本身在機床上定位和夾緊用的連接元件，也可以承受銑削時的切削扭轉(zhuǎn)力矩，加強夾具在工作過程中的穩(wěn)定性。本次設(shè)計中的定位鍵。 6）其他輔助元件 4.2 粗銑氣缸體平面夾具的設(shè)計 4.2.1 零件本工序的加工要求分析 該設(shè)計零件是氣缸體，它是發(fā)動機的基礎(chǔ)零件及骨架，同時又是發(fā)動機總裝配時的基準(zhǔn)零件，是一個形狀復(fù)雜、加工要求較高的薄壁零件。其毛坯材料為HT150。 從第一部份的工藝路線可看出，該零件的加工工序較多，形狀較復(fù)雜，任務(wù)書中指出，要求我們設(shè)計工序十（粗銑氣缸體平面）的專用夾具。從工藝表中可知，在此工序前我們已把氣缸體左側(cè)面四塊基平面和三個凸臺面加工完畢，而本工序要求為上下頂?shù)酌骈g距為650（+1.5 +1.0），表面的表面粗糙度為6.3。在定位時以對中面作為基準(zhǔn)，使氣缸體與對口面的間距為143.5±0.5，另外在加工右側(cè)放水閥平面時，保證該平面與與氣缸中間平面的定位尺寸108，并且表面粗糙度為6.3。本要序可采用三軸龍門銑床配合專用夾具完成那三部份的加工。如圖2為氣缸體零件加工工序10的工序圖。 圖2 氣缸體零件10號工序圖 Fig.2 The cylinder block parts 10 process figure 4.2.2 夾具的類型的確定 由于零件本工序需加工的三個部份均是平面，故采用銑削加工較為合理，故在設(shè)計夾具時，我們就必須選擇銑夾具。銑床是用來加工一般平面、溝槽及各種成形面。特別是一些形體復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件上的平面加工，在加工時，銑削用量一般較大，因此產(chǎn)生的切削力也較大[13]。并且由于加工時銑刀齒的不連續(xù)工作，以及切削余量的變化。作用在每個刀齒的切削力的變化所引起的振動亦較大。因此要求銑床夾具的夾緊裝置要產(chǎn)生足夠大的夾緊力，并且對夾具體及夾具各部份的剛度和強度也較其它夾具為高，夾具上的定位元件的布置因應(yīng)使元件的加工表面盡可能的靠近工作臺，使夾具重心盡量低些。 銑床夾具的形式較多，由于銑削加工中多數(shù)情況是夾具和工作臺一起作送進運動，而夾具的整體結(jié)構(gòu)在很大程度上取決于銑削加工的進給方式，因此通常按進給方式將其分為直線進給式夾具、圓周進給式夾具和靠模夾具等三種[14]。 在此，綜合機床零件的結(jié)構(gòu)特性及加工特性選擇直線進給式夾具。 4.2.3 擬定定位方案和選擇定位元件 （1）定位方案的擬定 要保證加工出來零件的精度要求，使加工出來的零件合格就必須保證定位正確及定位準(zhǔn)確。 在粗銑氣缸體頂面、底面和右側(cè)放水閥平面工序10中，可在其夾具分布支承板9和11各兩個，支承釘1兩個，讓其分別與氣缸體上道工序加工完的四個基平面和對口面接觸，實現(xiàn)氣缸體零件的完全定位。 （2）定位元件的選擇 在上面我們用來定位的元件有兩對支承板16，以及兩個支承釘1，它們均屬于固定支承。選用工件以平面定位的定位元件時，要求定位平面的精度高，若以毛基面或粗基面定位時，可采用支承釘。而以精基面，特別是以大的精基面定位時，可采用支承板。 在定位方案中，氣缸體只有四個基平面和三個凸臺面，已完成了加工操作，有一定的精度，而對口面就沒作加工處理，其精度較低。故在選擇定位元件時，與四個基平面配合的定位元件用支承板16各兩個，與對口面配合的定位元件用支承釘1。 支承釘可用基孔制H7/n6的過渡配合直接壓入夾具體內(nèi)，若支承釘經(jīng)常更換，為防止換壞夾具體，可加裝一個淬硬的鋼質(zhì)襯套，在支承釘?shù)牟牧线x時，由于D大于12mm，按YB4-63規(guī)定為20號鋼或40Cr鋼，淬后的硬度分別為HRC60-64、HRC48，有必要時還可以對其進行發(fā)蘭，磷化等防銹處理。 支承板最好采用帶有排屑槽的，其材料可選用T7A或是20Cr鋼制造，淬硬后的硬度分別為HRC60-64、HRC59。 4.2.4確定夾緊方案 夾緊裝置是夾具的重要組成部份，用于防止工件在切削力、自重及慣性力等作用下產(chǎn)生移動或振動，即保持工件定位后的正確位置。 夾緊機構(gòu)的種類有很多，分類方法也不一定完全一樣，就其夾緊特性可分為：直接夾緊機構(gòu)和自鎖夾緊機構(gòu)兩種[15]。在此設(shè)計中，我們采用直接夾緊機構(gòu)——用氣動夾緊。這樣的優(yōu)點是：（1）無介質(zhì)費用和供用上的困難，維護簡單，介質(zhì)清潔，管道不易堵塞，亦不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充和更換等問題；（2）空氣的粘度很小，在管道中的阻力小，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離控制；（3）壓縮空氣的工作壓力低，因此可降低對換氣動元件的材料和制造精度上的要求；（4）空氣的流速快，反應(yīng)靈敏，可縮短輔助時間；（5）夾緊力恒定，能保證夾緊精度，也易調(diào)整，同時夾緊力不受，周圍環(huán)境溫度的影響[16]。 4.2.5確定對刀裝置 通常在銑床夾具和刨床夾具中采用對刀裝置，以保證刀具與夾具定位元件間具有正確的相對位置，這種相互間的位置可以采用三種方法進行調(diào)整：試切工件凋整；用已加工好的樣件調(diào)整；用對刀裝置調(diào)整。 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，在夾具中對刀塊做成單獨的元件，用定位銷和螺絲釘緊固在夾具體上，對刀時為了避免對刀塊碰傷刀具刃口并便于控制對刀精度，在刀具和對刀塊間塞進一規(guī)定厚度的塞尺，當(dāng)塞尺剛好通過對刀塊與刀具間的間障時，即認為刀具的位置已被調(diào)整好[17]。 由于零件本工序加工對象均是平面，宜采用高度對刀塊，如圖所示，高度對刀裝置分為兩種類型，其A型適于加工水平面，B型適于加工兩相互垂直的平面。因此，我們選擇A型，分別安裝在夾具體的三個位置。（另外，還要在夾具體上增加導(dǎo)向鍵，實現(xiàn)夾具與機床的定位）。 4.2.6 夾緊力的分析計算 根據(jù)工件加工要求、定位元件的結(jié)構(gòu)和布置、加工工程中的受力狀況等來合理確定夾緊力的三要素——方向、作用點和大小[18]。本設(shè)計中采用四個氣缸單獨驅(qū)動的擺動式壓板杠桿結(jié)構(gòu)。四個垂直安裝的氣缸驅(qū)動缸體右側(cè)兩端的四塊擺動壓板將氣缸體夾緊，另外還設(shè)計了勾頭壓板夾緊氣缸體，防止在Y軸的竄動。 1）夾緊力應(yīng)朝向主要限制面，根據(jù)夾具機構(gòu)和工件加工形式可知，夾緊力主要方向應(yīng)在Z方向，其次是Y軸方向。 2）夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，在工件剛度高的方向和部位，并應(yīng)靠近工件的加工表面。 3）夾緊力大小的估算:加緊過程中，工件受到切削力、重力、支承力，摩擦力等的作用。理論上，夾緊力的作用應(yīng)與上述力的作用平衡；而實際上，夾緊力的大小與工藝系統(tǒng)的剛度、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)，而且切削力的大小在加工工程是變化的，夾緊力主要平衡切削力，夾緊力只能進行粗略的估算。在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)[19] K=K0K1K2K3 （1） 式中K0——基本安全系數(shù)，K0=1.5； K1——加工性質(zhì)系數(shù)，K1=1.12； K2——刀具鈍化系數(shù)，K2=1.15； K3——切削特點系數(shù)，K3=1.1； 由前面已知Fc=4332.5N，所以Z軸方向的受力Fc1=KFc=9207.5N。 Y軸方向的受力Fv1=KFv= Fc1×0.52=4788N X軸方向的受力Fe1=KFe= Fc1×0.5=4604N 圖3 杠桿夾緊機構(gòu)受力圖 Fig.3 The lever clamping mechanism diagram ① 考慮Z軸方向的夾緊情況，如圖4.2 由公式[20] Ff×l=F×l1 （2） 式中，r----銷軸半徑，r=25mm； f----銷軸與壓板之間的摩擦系數(shù)，f=0.20； l1----氣缸推桿對銷軸的力臂，l1=70mm； l-----壓板作用點對銷軸的力臂，l=155mm； 由于選氣缸工作壓力為0.4Mpa,根據(jù)氣缸表10-33，選氣缸推力F=12000N?？梢郧蟪鯢j=5419N,于是總夾緊力F總j=4Fj=21677N.此時，F(xiàn)總j已大于所需的9207.5N的夾緊力。則Z軸方向的夾具設(shè)計合理。 ② 考慮Y軸方向的夾緊力情況 加工氣缸體底面時 Fj2×l2/2=Fv2×l2 Fv2= Fv1=4788N 則 Fj2=9576N≤12000N 加工氣缸體頂面時，Y軸方向的受力Fv1=KFv= Fc1×0.52=4788N≤12000N，則Y軸方向的夾具設(shè)計合理。 ③ 考慮X軸方向的夾緊力情況 銑削的橫向進給為X正方向，在夾具的右側(cè)與氣缸體之際安裝預(yù)定位板就行了，沒有必要再增加另外的的夾緊機構(gòu)。 X軸方向的受力Fe1=KFe= Fc1×0.5=4604N≤12000N 經(jīng)過上面的夾緊力的分析，夾具安全可靠。 由此可以選用此夾緊機構(gòu)，從而最終設(shè)計出本道工序的銑床夾具的裝配圖，如下圖4-3。 圖3 銑床夾具圖 Fig.3 Milling machine fixture figure 5 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)的最后一堂課了，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我很好的鞏固了大學(xué)所學(xué)的知識同時也學(xué)到了很多新的知識，各種學(xué)科的綜合運用在這次設(shè)計中得到了很好的體現(xiàn)。本次設(shè)計內(nèi)容是4125型柴油機氣缸體的加工工藝和粗銑氣缸體平面的夾具設(shè)計，設(shè)計的主要工作有：了解零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求；根據(jù)生產(chǎn)類型和所擬企業(yè)的生產(chǎn)條件，對零件進行結(jié)構(gòu)分析和工藝分析；確定毛坯的種類及制造方法；制定零件的機械加工工工藝過程；填寫機械加工工藝過程卡片、機械加工工序卡片；設(shè)計指定工序的專用夾具，繪制裝配總圖和主要零件圖。氣缸體的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，為了能夠圓滿的完成此次畢業(yè)設(shè)計，我結(jié)合自己的實習(xí)工作崗位，參考了很多有關(guān)工藝夾具方面的資料，合理利用網(wǎng)絡(luò)上的資源，以及向老師和同學(xué)們請教，最終完善了設(shè)計方案。 本次設(shè)計由于時間緊任務(wù)重，加上本人的知識水平有限，因此，會存在很多錯誤。問題不可避免發(fā)生，關(guān)鍵是要在這個過程中總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，希望各位老師多多指教。 總之，這次畢業(yè)設(shè)計對我來說無疑是一次真實的檢驗和全面的提高，意義深刻，將為我以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。 參考文獻 [1]高秀華,郭建華.內(nèi)燃機[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:5-10. [2]馬守明.柴油機[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1998:6-8. [3]池建軍,侯妮娜.國內(nèi)柴油機電控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].機械管理開發(fā),2007,(01): 5-11. [4]徐小紅,湯仲平.國內(nèi)外柴油機油發(fā)展與國內(nèi)現(xiàn)狀[C].蘭州:中國石油蘭州潤滑油研究 發(fā)中心:2-4. [5]周慶玲.柴油機制造工藝設(shè)計[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2009:20-24. [6]于駿一,鄒青.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:機械出版社,2004:78-82. [7]施平.機械工程專業(yè)英語教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004:22-28. [8]吳佳常.機械制造工藝學(xué)[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1992:74-79. [9]張進生.機械制造工藝與夾具設(shè)計指導(dǎo)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995:44-50. [10]王信義,計志孝,王潤田,張建明.機械制造工藝學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1990:58-62. [11]吳拓,方瓊珊.機械制造工藝于機床夾具課程設(shè)計指導(dǎo)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2005:30-40. [12]李洪.機械加工工藝手冊[M]. 北京:北京出版社，1990:42-52. [13]蔡安江,張麗,王紅巖.機械工程生產(chǎn)實習(xí)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2005:66-72. [14]鄒青.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2004:55-61. [15]Charles W. Beardsly, Mechanical Engineering, ASME, Regents Publishing Company,Inc,1998:45-48. [16]王光斗.機床夾具設(shè)計手冊.[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2000:53-56. [17]T.Ramayah and Noraini Ismail,Process Planning Concurrent Engineering,Concurrent Engineering,2010:60-64. [18]李益明.機械制造工藝簡明手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1999:343-47. [19]楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001:45-53 [20]呂明.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2010:191-205. 致 謝 首先，對我的指導(dǎo)老師全臘珍教授這樣長時間來的耐心指導(dǎo)和孜孜不倦的教誨表示衷心的感謝！正因為這次老師的幫助我才可以如此順利的完成這次畢業(yè)設(shè)計課題。在此對老師進行衷心的感謝！ 不積跬步何以至千里，本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責(zé)，和耐心的教導(dǎo)使我能夠很好的運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)設(shè)計工作順利完成，在此向湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院的全體老師表示由衷的謝意。感謝他們四年來的辛勤栽培。 在這次設(shè)計中我們的輔導(dǎo)老師給我們提供了好多的信息和數(shù)據(jù)，老師給我們的幫助讓我們感到了對我們的關(guān)心，如果沒有老師的幫助與支持，我們的設(shè)計不會做的這么好這么完善。同時我們也了解老師的辛苦，在此表示衷心的感謝！ 由于經(jīng)驗不足，在設(shè)計中會存在一些錯誤和缺點，懇請老師諒解！懇請老師批評與指正！ 最后在此我向所有幫助過我的老師同學(xué)致以誠摯的謝意！ 附錄 工藝過程卡片4張 工序卡3張 總裝圖1張 主要零件圖8張 氣動原理圖1張 30