一種發(fā)動機缸蓋單工序加工工藝及其夾具設計【含16張CAD圖】
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I一種發(fā)動機缸蓋單工序加工工藝及其夾具設計摘 要本篇論文的主要內(nèi)容是完成發(fā)動機缸蓋的“銑進排氣側(cè)面，擴、鉸碗型塞片孔”這一工序的加工工藝，以及加工這道工序所需的夾具設計。研究了如何改善傳統(tǒng)的加工工藝，減少了工藝的復雜性，簡化加工工藝，達到自動化生產(chǎn)。分析零件結(jié)構，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機缸蓋含有結(jié)構復雜，和加工精度的標準要求高的特點，進行加工工藝的優(yōu)化，確定了加工的工藝路線，使得加工過程簡便，達到快速生產(chǎn)的目的。以及“銑進排氣側(cè)面，擴、鉸碗型塞片孔”這道工序的專用夾具設計，夾具體的作用，其中夾具在設計的過程中需要解決的問題，例如工件加工時是如何定位的，定位基準是如何選擇的，夾緊裝置是如何選擇的，夾具體的主要部分的設計計算，以及夾具體的主要部分在加工該道工序時起到的作用，等。在完成工序分析和夾具設計的過程中，保證自身質(zhì)量的前提下，采用自動化生產(chǎn)線，專用夾具，數(shù)控機床、加工中心，減少了加工的成本，提高了加工效率，保證了生產(chǎn)的均衡性，提高了經(jīng)濟效益。關鍵詞：自動化生產(chǎn)線；專用夾具；發(fā)動機缸蓋IIABSTRACTThe main content of this paper is to complete the machining process of "Milling intake and exhaust side, expansion, hinge plug hole" of engine cylinder head, as well as the fixture design needed to process this process. This paper studies how to improve the traditional processing technology, reduce the complexity of the process, simplify the processing process, and achieve automatic production. By analyzing the structure of the parts, it is found that the engine cylinder head contains the characteristics of complex structure and high standard requirement of machining precision. The processing technology is optimized and the processing route is determined, which makes the machining process simple and rapid production. As well as the special fixture design of "Milling intake and exhaust side, expansion, hinge bowl plug hole", the specific role of clamps, and the problems that need to be solved in the process of fixture design, such as how to locate the workpiece in the process of processing. How to select the positioning datum, how to select the clamping device, how to design and calculate the main parts of the clamp, and how the main parts of the clamp play a role in the processing of the process, etc. In the process of working procedure analysis and fixture design, the automatic production line, special fixture, numerical control machine tool, machining center are adopted under the premise of ensuring their own quality. The cost of machining is reduced and the processing efficiency is improved. The balance of production is guaranteed and the economic benefit is improved. Key words： Automatic production line; Special fixture; Engine cylinder head一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計I目 錄摘 要 ....................................................................................................................................IABSTRACT...................................................................................................................................II1 緒論 .................................................................................................................................11.1 研究領域 ...............................................................................................................11.2 論文（設計）工作的理論意義和研究價值 .......................................................11.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 ...............................................................................12 零件圖分析 ......................................................................................................................32.1 發(fā)動機缸蓋的結(jié)構分析 .......................................................................................32.2 發(fā)動機缸蓋的加工工藝路線 ...................................................................................43 工序設計 .........................................................................................................................73.1 工序選擇 ...............................................................................................................73.2 選擇表面加工方法 .............................................................................................123.3 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 .............................................................123.4 選擇定位基準 .....................................................................................................134 夾具的設計 ...................................................................................................................144.1 問題的提出 .........................................................................................................144.2 夾具設計 .............................................................................................................175 夾具的各個部件 ............................................................................................................215.1 定位塊 ...............................................................................................................215.2 直齒圓柱齒輪 .....................................................................................................225.3 齒條 ....................................................................................................................225.4 軸 ........................................................................................................................235.5 端蓋 ....................................................................................................................235.6 法蘭盤 ................................................................................................................245.7 菱形銷 ................................................................................................................255.8 缸體 ....................................................................................................................255.9 支座 ....................................................................................................................265.10 導向套 ................................................................................................................265.11 其他 ....................................................................................................................276 結(jié) 論 ...............................................................................................................................28參 考 文 獻 ...........................................................................................................................29一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計II附錄 1：外文翻譯 ...................................................................................................................30附錄 2：外文原文 ...................................................................................................................34致 謝 .................................................................................................................................42一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計11 緒論1.1 研究領域缸蓋的單工序加工工藝及其夾具設計。1.2 論文（設計）工作的理論意義和應用價值目前，在發(fā)動機缸蓋的機械加工過程中，銑側(cè)面排氣孔是加工過程非常重要的一道工序，其加工精度影響到發(fā)動機缸蓋的產(chǎn)品質(zhì)量，特別是工裝夾具的好壞對加工精度的影響很大。一般的，加工往往采用機床上通用的組合夾具來實現(xiàn)工裝夾緊，這就需要操作工人具有非常熟練的技術，而由于汽車發(fā)動機汽缸蓋結(jié)構的復雜性，使得操作工人在選用和安裝通用的組合夾具時耗時很多，從而降低了缸蓋的加工效率。因此，需要選擇專用的、可以精確裝夾的一種汽車發(fā)動機汽缸蓋銑側(cè)面排氣孔的夾具。夾具的作用是在產(chǎn)品加工過程中，保持產(chǎn)品零部件和加工工具的相對位置，從而保證了最終產(chǎn)品技術要求中的位置精度。如按照夾具是否能用于加工不止一種工件或者指夾具能否重復使用而言，可以分為專用夾具、可調(diào)整夾具、組合夾具。其中專用夾具只用于一種產(chǎn)品的一種工件，用于大批量生產(chǎn)之中，目前汽車，摩托車，部分家電，輕工等行業(yè)中仍在廣泛使用。1.3 目前研究的概況和發(fā)展趨勢通過對文獻的閱讀和理解，發(fā)現(xiàn)無論是傳統(tǒng)的制造業(yè)還是現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)由于大量的加工操作需要裝夾，夾具顯得尤其重要，它直接影響加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率和制造成本等。夾具最早出現(xiàn)于 1787 年，其發(fā)展共經(jīng)歷了三個階段。第一個階段：夾具與人的結(jié)合。在工業(yè)發(fā)展初期，夾具僅僅作為加工工藝的一種輔助工具；第二個階段：隨著機床，汽車，飛機等制造業(yè)的發(fā)展，家具的門類才逐步發(fā)展齊全。夾具的定位，夾緊，導向元件的結(jié)構也日趨完善，逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的主要工藝裝備之一：第三個階段：夾具與機床的緊密結(jié)合。近代由于世界科學技術的進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具占據(jù)相當重要的地位。現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應激烈的市場競爭。目前，一般企業(yè)習慣與采用傳統(tǒng)的專用夾具，在一個具有單以生產(chǎn)能力的工廠中約有 13000-15000 套專用夾具。近年來，柔性制造系統(tǒng)，數(shù)控機床，加工中心，成組加工等新技術的應用和推廣是中小批生產(chǎn)的生產(chǎn)率逐漸接近與大批量生產(chǎn)的能力。一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計2國外已經(jīng)把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向。為了適應現(xiàn)代機械工業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展的需要以及多品種、小批量生產(chǎn)的特點，現(xiàn)代夾具正朝著精密化、高效化、柔性化、標準化四個方向發(fā)展?？梢灶A見，隨著科技的發(fā)展會出現(xiàn)更為先進的機床夾具，作為夾具設計人員，要發(fā)揮創(chuàng)造性的思維，設計出符合現(xiàn)代加工理念的機床夾具，促進加工行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。發(fā)動機缸體缸蓋加工自動線是汽車制造業(yè)中應用最廣的一種高效設備。與流水線不同，自動線上的被加工件不需要通過人工搬運來完成各工序的加工內(nèi)容，它利用控制系統(tǒng)將各個工序的機床和輔助裝置的動作聯(lián)系起來，按規(guī)定程序自動的進行工作。由于缸體和缸蓋的批量大，精度要求高，采用自動線加工是最優(yōu)的選擇。近年來，自動線加工技術發(fā)展的越來越快，水平越來越高，而自動線的形式也在不斷發(fā)生變化。在我國，加工缸體缸蓋應用最多的就是組合機床自動線。迄今為止，夾具是機電產(chǎn)品制造中不可缺少的四大工具之一，隨著工業(yè)化進程的不斷加深，我國當前在現(xiàn)代機床中常用的夾具有組合夾具、成組夾具、自動化夾具、數(shù)控機床夾具等，每種夾具都有各自的特點，隨著現(xiàn)代制造業(yè)對加工精度、加工速度等的要求越來越高，使得現(xiàn)代機床夾具也面臨更新?lián)Q代的要求，因此先進的現(xiàn)代機床夾具以適應現(xiàn)代加工的需要，成為當前機械加工行業(yè)關注的重點。通過確定氣缸蓋進排氣孔工藝方案，提高氣缸蓋進排氣門座孔的加工精度;通過合理確定夾具的定位方案、夾緊方案，提高工件的裝夾精度、加工精度。數(shù)控機床和加工中心都已經(jīng)逐步在生產(chǎn)線中得到了廣泛的應用，采用加工中心，可以對工件進行一次性裝夾、對刀具幾何參數(shù)的設置、程序的編制等方面進行優(yōu)化，可以一次完成氣缸蓋的進出氣孔的加工，提高加工效率并保證工件的精度。通過研究發(fā)現(xiàn)，一般情況下機床往往采用組合夾具來實現(xiàn)工裝夾緊，這就需要技術非常熟練的工人進行操作，然而由于零件的復雜性，致使操作工人在選用和安裝組合夾具時非常浪費時間，導致加工效率低。為了提高加工效率選用專用的可以精確裝夾的夾具，從而做到流水化的生產(chǎn)，制加工該零件工序的一部分，提高了生產(chǎn)效率。夾具的作用是在產(chǎn)品加工過程中，保持產(chǎn)品零部件和加工工具的相對位置，從而保證了最終產(chǎn)品技術要求中的位置精度。專用夾具只用于一種產(chǎn)品的一種工件，用于大批量生產(chǎn)之中。研究夾具體的設計是為了能夠提高加工時的精度，由于，近年來勞動力成本的激增，以及節(jié)能，低能，環(huán)保政策的限制自動線生產(chǎn)勢在必行。為了達到這一目的，某一工序進行專用的夾具設計是以早已提上日程。這么做會使加工成本大大減少，勞動力的使用減少。一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計32 零件圖分析設計發(fā)動機缸蓋某一工序加工工藝規(guī)程及該工序的成組夾具。已知：零件材料為灰鑄鐵 HT200，年產(chǎn)量 10000 件。缸蓋是安裝在缸體的上面，從上部密封氣缸并構成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃氣相接觸，所以，承受很大的熱負荷和機械負荷。發(fā)動機缸蓋是發(fā)動機中最關鍵的零件之一，其精度要求之高，加工工藝復雜，加工的質(zhì)量直接影響發(fā)動機的整體性能和質(zhì)量，所以，發(fā)動機缸蓋的加工尤其重要。圖 2.1 發(fā)動機缸蓋零件圖2.1 發(fā)動機缸蓋的結(jié)構分析一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計4發(fā)動機缸蓋結(jié)構復雜,通常為六面體，是多孔薄壁件，最薄處只有 3.5mm 左右，孔壁的加工數(shù)量可達 100 個。缸蓋的強度和剛度要求較高，只有達標才能保證氣體在熱應力及壓力的作用下穩(wěn)定運行。通常采用灰鑄鐵，鋁合金，蠕墨鑄鐵來進行缸蓋材料的選擇。這里采用灰鑄鐵HT200，進行缸蓋的加工。從缸蓋的內(nèi)部結(jié)構來看，大平面較多，進、排氣面和頂面、底面都是大平面，要求平面度及表面粗糙度等精度必須保持較高水平，因此要求機床有實現(xiàn)高精度加工的力能達到較高的刀具調(diào)整精度和幾何精度；缸蓋有氣門導管孔、凸輪軸孔、挺桿孔等高精度孔，彼此間配合嚴密，所以加工時要嚴格把控其表面的粗糙度、位置精度和尺寸精度等。進行加工時，缸蓋氣門導管和氣門閥座是同時進給加工，要做到一次到位，來減少誤差，保持氣門導管與閥座的同軸度。具備密封配合要求的氣閥座和錐面，對圓度及跳動有嚴格要求；部分氣門導管孔還要和運動部件間配合，因此尺寸精度要求很高；氣門導管底孔的尺寸精度要求特別高，所以加工時要注意考慮精度要求，避免出現(xiàn)誤差，應注意精度控制，精度控制不穩(wěn)定，會影響氣門導管與缸蓋的配合度，從而對發(fā)動機的可靠性造成影響；缸蓋中的最長孔，凸輪軸孔雖然降低機床設備的要求，也基本保障加工精度，但無法滿足凸輪軸孔對同軸度的加工要求，所以，加工時盡可能保證一次成型。 2.2 發(fā)動機缸蓋的加工工藝路線平面加工工藝：缸蓋的頂面、底面和進、排氣面都是大平面，平面度及表面粗糙度等精度要求必須保持較高水平，這是全部工藝路線的基礎。因此要求機床有實現(xiàn)高精度加工的力能達到較高的刀具調(diào)整精度和幾何精度。高精度孔的加工：缸蓋有氣門閥座，導管孔、凸輪軸孔、挺桿孔等高精度孔，彼此間配合嚴密，其表面的粗糙度、位置精度和尺寸精度加工時要嚴格把控等。加工高精度孔的加工工序是缸蓋加工工藝路線中的核心工序。如：加工定位凸臺、夾緊槽，定位銷孔，這是進行頂面，底面加工時的基準。工藝路線方案一：表 2-1 加工工藝路線方案一工序號 工序內(nèi)容I 粗銑頂、底面，銑定位凸臺、夾緊槽，擴、鉸過渡定位銷孔II 半精銑頂、底面III 粗銑兩側(cè)面、前后端面一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計5IV 銑進排氣側(cè)面，擴、鉸碗型塞片孔V 半精銑兩側(cè)面、前后端面VI 鉆排氣面 M10 螺紋底孔及倒角VII 鉆頂面螺栓孔VIII 鉆氣缸蓋罩螺紋底孔IX 鉆底面螺栓孔擴進氣閥座底孔、導管底孔X 共軌面擴鉸出沙孔，XI 鉆前后端面油道孔XII 半精擴噴油嘴孔鉸噴油嘴孔XIII 半精進氣座圈孔、導管底孔XIV 半精排氣座圈孔、導管底孔工藝路線方案二：表 2-2 加工工藝路線方案二 工序號 工序內(nèi)容I 粗銑頂面、底面II 精銑頂面III 鉆、鉸工藝孔IV 粗銑，半精銑進、排氣側(cè)面V 粗銑，半精銑前、后端面VI 加工螺栓孔VII 精銑缸蓋底面，加工進、排氣閥座底孔、導管底孔VIII 加工前后端面，油道，回油孔IX 半精進氣座圈孔、導管孔X 半精排氣座圈孔、導管底孔（1）最終工藝路線方案的選擇如表 2-1，表 2-2 所示，為發(fā)動機缸蓋的加工工藝路線的兩個方案，是發(fā)動機缸蓋的加工路線，方案一：加工時，其它平面，遵循了統(tǒng)一基準原則，精度要求高。按照方案加工可以更為準確的確定每道工序的加工位置，從而保證工序的平行度要求。反之，方案二先加工其它面，定位基準較難確定，會使定位不夠準確，從而導致加工工一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計6序時的加工精度受到影響，較難保證平行度要求。綜合考慮加工方式與精度，以及定位基準等方面，方案一較為合理，所以確定加工方案一位最終工藝路線。本文設計的是第四道工序的專用夾具，為了實現(xiàn)提高加工效率，節(jié)省勞動成本的目的。一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計73 工序設計3.1 工序選擇表 3-1 加工工序內(nèi)容 這道工序是本文研究的，把它分為三個部分銑進、排氣側(cè)面，擴碗型塞片孔，鉸碗型塞片孔。這是本篇所要做的三個工序。如表 3-2 所示：表 3-2 加工工藝路線3.1.1 工序 1表 3-3 工序一內(nèi)容1）機床設備發(fā)動機缸蓋的形狀復雜，由此對于銑進、排氣側(cè)面，擴、鉸碗型塞片孔加工機床選用立式銑床。選用型號為 MDV75 的立式加工中心，主電動機功率 4kW。2）刀具因為發(fā)動機缸蓋加工的銑進、排氣側(cè)面工序時，進、排氣側(cè)面的面積較大，且為平整面，所以擬定選用玉米棒銑刀，選定直徑 D=32mm，齒數(shù)為 3，由于發(fā)動機缸蓋材料為 HT200，灰鑄鐵，所以確定刀具材料為高性能硬質(zhì)合金，選用鎢鋼作為刀具材料。3）進給量 f確定玉米銑刀的每齒進給量為 0.1mm，每轉(zhuǎn)進給量 f=0.3mm/r。工序號 工序內(nèi)容Ⅳ 擴、鉸碗型塞片孔，銑進排氣側(cè)面工 序 號 工 序 內(nèi) 容1 銑進、排氣側(cè)面2 擴碗型塞片孔3 鉸碗型塞片孔工 序 號 工 序 內(nèi) 容1 銑進、排氣側(cè)面一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計84）切削深度根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表 2-36 選定粗加工后的平面粗加工余量 a 為 0.5mm，所以切削深度為 3mm。5）切削速度根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表 5-9 及銑進、排氣側(cè)面選定每齒進給量為 0.1、切削速度為 150m/min；6）主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)公式 n=v*1000/(∏D) 可得銑時=1492r/min，根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表 4-18 銑進、排氣側(cè)面選定主軸轉(zhuǎn)速=1500rpm，由此根據(jù)得實際切削速度 =150.7m/min。n*R2v??式??D?10/?（3.1）式（3.2）其中：n——主軸轉(zhuǎn)速（r/m）；D——刀具直徑（mm）；v——切削速度（m/min）；R——對應半徑（mm）。7）切削時間根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表 5-43 銑刀銑削基本時間的計算 得，切削時間。式FLT?（3.3）式fS（3.4）其中：T——切削時間（min）；L——切削長度（mm）；f——每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）；F——切削速度（ mm/min）；S——轉(zhuǎn)速（ r/min）。其中： 銑進氣道側(cè)面：L=4050mm 。同理，輔助時 L=1600mm；銑排氣道側(cè)面：L=2850mm 。同理，輔助時 L=1600mm。因此： 銑進氣道側(cè)面：切削加工時間= 0.81min。同理，輔助時間=0.32min.一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計9銑排氣道側(cè)面：切削加工時間= 0.57min。同理，輔助時間=0.32min。綜上結(jié)果如表 3-4：表 3-4 工序一元素工序 1 銑進氣側(cè)面 銑排氣側(cè)面機床設備 立式加工中心MDV75立式加工中心 MDV75刀具 玉米棒銑刀 玉米棒銑刀主軸轉(zhuǎn)速（rpm） 1500 1500切削速度（m/min） 150.7 150.7每轉(zhuǎn)進給量 f （mm/r）0.3 0.3切削深度（mm） 3 3齒數(shù) 3 3切削時間（min） 1.13 0.893.1.2 工序 2表 3-5 工序二內(nèi)容 工 序 號 工 序 內(nèi) 容2 擴碗型塞片孔1）機床設備發(fā)動機缸蓋的形狀較為復雜，因此對于擴碗型塞片孔的加工機床選用立式加工中心。選用型號為 MDV75 的立式加工中心，主電動機功率 4kW。2）刀具加工工序為擴碗型塞片孔，因此加工的刀具選用擴刀，根據(jù)國家標準手冊選定直徑 D=17.5mm，齒數(shù)為 4 的擴刀，刀具材料為硬質(zhì)合金。3）進給量 f根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》表 8-97 確定擴刀的每齒進給量為0.10~0.15mm/z，選定每齒進給量為 0.125mm/z。4）切削速度根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》表 8-99，加工材料為灰鑄鐵，硬度為160~255HBS，刀具材料為硬質(zhì)合金，確定擴刀的切削速度為 1.0~1.83m/s ，即60~109.8m/min，選定擴刀切削速度為 80m/min。5）主軸轉(zhuǎn)速一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計10根據(jù)公式 n=v*1000/(∏D) 可得加工時=1455r/min，進行擴碗型塞片孔加工時選定主軸轉(zhuǎn)速=1500rpm，由此根據(jù) 得實際切削速度 =82.5m/min。n*R2v??式??D?10/vn??（3.1）式n*R2（3.2）其中：n——主軸轉(zhuǎn)速（r/m）；D——刀具直徑（mm）；v——切削速度（m/min）；R——對應半徑（mm）。6）切削時間根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表 5-43 擴刀銑削基本時間的計算 得，切削時間：式FLT?（3.3）式fS（3.4）其中：T——切削時間（min）；L——切削長度（mm）；f——每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）；F——切削速度（ Mm/min）；S——轉(zhuǎn)速（ r/min）。其中：L=420mm 切削加工時間 = 0.14min。同理，L=1260mm 輔助時間=0.42min.綜合結(jié)果如表 3-6：表 3-6 工序二元素 工序 2 擴碗型塞片孔機床設備 立式加工中心 MDV75刀具 擴刀主軸轉(zhuǎn)速（rpm） 1500切削速度（m/min） 82.5每轉(zhuǎn)進給量 f （mm/r）0.5一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計11切削深度（mm） 2齒數(shù) 4切削時間（min） 0.563.1.3 工序 3表 3-7 工序三內(nèi)容 工 序 號 工 序 內(nèi) 容3 鉸碗型塞片孔1）機床設備發(fā)動機缸蓋的形狀較為復雜，因此對于鉸碗型塞片孔的加工，機床選用立式加工中心。選用型號為 MDV75 的立式加工中心，主電動機功率 4kW。2）刀具加工工序為鉸碗型塞片孔，因此加工的刀具選用鉸刀，根據(jù)國家標準手冊選定直徑 D=18mm，齒數(shù)為 6 的鉸刀，刀具材料為硬質(zhì)合金。3）進給量 f確定鉸刀的每齒進給量為 0.10mm/z，總進給量 f 為 0.60mm/r。4）切削速度加工工序鉸碗型塞片孔時，根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表 5-1選定每齒進給量為 0.10、切削速度為 39m/min；5）主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)公式 n=v*1000/(∏D) 可得加工時=689r/min，根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表 4-18 銑進、排氣側(cè)面選定主軸轉(zhuǎn)速=700rpm，由此根據(jù)得實際切削速度 =39.6m/min。n*R2v??式??D?10/?（3.1）式（3.2）其中：n——主軸轉(zhuǎn)速（r/m）；D——刀具直徑（mm）；v——切削速度（m/min）；R——對應半徑（mm）。6）切削時間根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表 5-43 鉸刀銑削基本時間的計算切一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計12削時間：式FLT?（3.3）式fS（3.4）其中：T——切削時間（min）；L——切削長度（mm）；f——每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）；F——切削速度（ Mm/min）；S——轉(zhuǎn)速（ r/min）。其中：L=290mm 切削加工時間 = 0.25min。同理，L=290mm，輔助時間=0.25min.綜上結(jié)果如表 3-8：表 3-8 工序三元素 工序 3 鉸碗型塞片孔機床設備 立式加工中心 MDV75刀具 鉸刀主軸轉(zhuǎn)速（r/min） 700切削速度（m/min） 39.6每轉(zhuǎn)進給量 f （mm/r）0.60每齒進給量 f （mm/z）0.10齒數(shù) 6切削時間（min） 0.563.2 選擇表面加工方法發(fā)動機缸蓋的材料為灰鑄鐵，硬度中等，只經(jīng)過表面淬火處理，未經(jīng)淬硬，故較好確定加工方法，進、排氣側(cè)面采用粗銑—半精銑—精銑的加工方法，碗型塞片孔采用擴—鉸的加工方法。 3.3 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量表 3-9 灰鑄鐵的機械加工余量 （單位：mm）一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計13表 3-10 2 級精度鑄鐵件尺寸偏差 （單位：mm）根據(jù)該件的砂型鑄造方法，由表查得鑄件的最大尺寸在 500~1250mm 范圍內(nèi)，故查得零件澆鑄位置的側(cè)面、公稱尺寸小于 50mm 的表面機械加工余量為 4.0~5.0mm，尺寸偏差為±0.1mm，3.4 選擇定位基準因為采用的是專用夾具進行的該工序的加工，所以定位的選擇是三面定位保證了6 個定位基準。由零件圖 2.1 可知，為了讓進、排氣側(cè)面，擴、鉸碗型塞片孔的加工的定位基準的選擇定位誤差為零，應該采用六點定位原理，要完全定位這個元件，就必須要消除這六個自由度，因為這是自動化的生產(chǎn)線，因此加工到這道工序時，之前各個工序的加工都已經(jīng)完成了，所以，選用已經(jīng)過加工的底面，（它使得不能繞 Y 軸轉(zhuǎn)動和沿著 Z一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計14軸移動的自由度得以消除）前端面（它使得不能繞 X 軸轉(zhuǎn)動和沿著 Y 軸移動的自由度得以消除）和另一側(cè)面（它使得不能繞 Z 軸轉(zhuǎn)動和沿著 X 軸移動的自由度得以消除）作為定位基準。因由進、排氣側(cè)面，擴、鉸碗型塞片孔的精度要求高，和定位尺寸誤差小，為保證加工的位置和加工準確性我們在加工底面的時，要求通過精加工后作為加工該工序的基準。這樣就可以極好的保證該加工工序的位置和加工精度。一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計154 夾具的設計在設計時，主要考慮該如何提高勞動生產(chǎn)率，在保證加工質(zhì)量的前提下，降低勞動成本，并且保證很好的精度，這是非常重要的。因此，必須設計專用的夾具。決定設計銑進、排氣側(cè)面，擴、鉸碗型塞片孔這道加工工序加工時的專用夾具。4.1 問題的提出利用這種專用夾具用來進行進、排氣側(cè)面，碗型塞片孔的加工，這有很高的技術要求。要考慮六點定位原理是如何定位的，零件在夾具體上是如何夾緊的，運送零件時的抬起裝置是如何設計的，加工時的動作順序是如何進行加工的，如何確定是否夾緊的，如何輕蹙零件表面的加工殘留物，如何進行對刀的。4.1.1 主定位面的選擇選擇底面為主定位面，用三個定位塊進行定位，要求定位塊等高。4.1.2 側(cè)定位面的選擇圖 4.1 側(cè)定位圖夾具體定位部分一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計16圖 4.2 側(cè)定位圖由圖 4.1 所示，線段指出的部位是夾具體的側(cè)芽，側(cè)芽是指凸起的部位，其與定位塊側(cè)面進行定位，圖 4.2 線段指出的是在側(cè)定位相對面推靠時所用油缸。4.1.3 夾緊的選擇圖 4.3 夾緊裝置圖如圖 4.3 所示，線段指示的部位為夾緊裝置，此時是松開狀態(tài)。4.1.4 抬起裝置油缸部分夾緊部位一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計17圖 4.4 齒輪、齒條示意 圖如圖 4.4 所示，為夾具的抬起落下裝置，它通過齒輪齒條相互配合，達到工件抬起落下的目的。如上述的圖片顯示的那樣，這是一個齒輪傳動機構，它保證了把一個齒輪圓周運動，轉(zhuǎn)變成了直線運動。它通過齒輪轉(zhuǎn)動過的齒數(shù)來進行上下料的抬起和落下。每過一個齒數(shù)料架抬起多少，可以借用電機進行齒輪的轉(zhuǎn)動。放料過程為：滾道電機啟動——料位有料——滾道電機停止——加工中心單元氣動門打開，機床內(nèi)部滾道抬起并且是無料狀態(tài)——上料位有料，進料擺桿帶料進到上料位——進料油缸翻擺（離開工件）——進料擺桿撤回——夾具進料軌道抬起（通過齒輪傳動）——進料軌道落下——通過滾輪運送到加工位置——加工完畢后，馬達啟動，出料擺桿抬起（通過齒輪傳動）——把料放入出料口。由此可見，齒輪傳動對這個加工工序的重要性。4.1.5 加工的動作順序氣動門打開——油缸翻擺——進料擺桿輸送進料——機內(nèi)滾道落下——氣動門關閉——定位面沖水——油缸推靠——沖水關，定位面氣檢——夾具夾緊，輔助支撐上——程序加工——夾具松開，輔助支撐下——機內(nèi)滾道抬起——氣動門打開——出料擺桿輸送出料——油缸翻擺——氣動門關閉——夾具沖屑。上述過程為加工時的動作順序。4.1.6 氣檢一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計18圖 4.5 定位塊如圖 4.5 所示，為定位塊的零件圖，它最中心的孔是用來作氣檢的，在加工開始時，通過最小的孔進行吹氣，而相連的壓力器是會顯示壓力的大小，有開關，會告訴我們夾好了可以開始進行加工了。因此，定位塊很重要，也是氣檢的關鍵之一。4.1.7 沖水如圖 4.5 所示，它的最小的孔，是為了在加工前，加工暫停時，加工后根據(jù)編程編出的程序進行噴水，去除加工后殘留在工作臺和工件表面的灰鑄鐵碎屑，保證加工面的整潔，清除對定位夾緊和加工時的誤差的影響。4.1.8 對刀夾具體的對刀元件是用來確定夾具上加工的零件相對于機床刀具的位置，用來精準的進行加工。因為運用到自動化加工，零件安裝在夾具上的位置已經(jīng)確定了，為了減少人工對刀消耗的時間，工作臺，夾具，機床位置確定了，不需要耗費時間對刀。4.2 夾具設計相關計算設計銑進、排氣側(cè)面，擴、鉸碗型塞片孔這道加工工序的加工專用夾具。1）菱形銷的尺寸的選擇定位時定位銷的尺寸，必須滿足 （查資料[1] 《現(xiàn)代夾具設計手冊》） 式gL?x（4.1）其中： ——定位銷到定位端面的距離；x——工件定位孔到定位端面的距離。g一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計19式gx31~5LL??????????（4.2）其中： ——定位銷到定位端面的距離公差；x——工件定位孔到定位端面的距離公差。g?式xL???（4.3）式Db2min?（4.4） 式ind??（4.5） 其中：ε——補償距離；D——與菱形銷相配合的工件定位孔的最小直徑；d——菱形銷的最大直徑。計算查表后得：b=5mm,B=19.78mm,ε=7.39mm,D=22mm,d=21mm, Δmin=0.5mm。圖 4.6 專用夾具的裝配圖2）夾緊力的選擇一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計20夾緊（夾緊是工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作）主要是限制工件的在平面上的轉(zhuǎn)動，夾緊時所用的會用壓力繼電器進行檢測測試是否夾緊。夾緊力的計算，必須滿足 ：（查資料 [1]《現(xiàn)代夾具設計手冊》） 式KPQ?（4.6）其中 Q——夾緊力（N）；K——安全系數(shù)，查表 3-23 可得；P——切削力（ N）。式4231?（4.7）其中：K1——一般安全系數(shù)；K2——加工狀態(tài)系數(shù)；K3——刀具鈍化系數(shù)；K4——斷續(xù)切削系數(shù)；查表 3-23 可得：K1 取 1.7，K2 取 1，K3 取 1.4， K4 取 1.2。所以：K≈3。式pwfPzKaDaC83.065.83.01??（4.8）其中：P—— 銑削力（N ）；Cp——在用高速鋼銑刀銑削時，考慮工件材料及銑刀類型的系數(shù)，（查資料[1] 《現(xiàn)代夾具設計手冊》）表 3-29；ap——背吃刀量（ mm）；af——每齒進給量（mm）；D——銑刀直徑（mm）；aw——銑削寬度（ mm）（指平行于銑刀軸線方向測得的切削層尺寸）；n——銑刀每分鐘轉(zhuǎn)速（r/min）；z——銑刀的齒數(shù)；Kp——用高速剛銑削時，考慮工件材料不同的力學系數(shù)，對于灰鑄鐵：Kp=(HB/190)＾0.55；HB——工件材料的布式硬度值（取最大值）。一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計21其中：Cp=30 ，ap=0.5 （mm ），af=0.1（mm），D=32（mm），aw=0.56（mm），n=1500（r/min），z=3，HB=200Kp=(HB/190)＾0.55=（200/190）＾0.55=1.03；P=10*30*(0.5^0.83)*(0.1^0.65)*(32^-0.83)*0.7*3*1.03≈3.68（KN）； 夾緊力：Q=KP=3.68*3=11.04 （KN）查表選中夾緊力為 11.1（KN） 3）定位誤差定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位是采用六點定位原理的三個面的定位。允許誤差 0.014）夾具夾緊誤差的估算（查資料[1]《現(xiàn)代夾具設計手冊》） 式?cos)yminaxj????（（4.9）其中 ——在夾緊力作用下，同批工件中工序基準的最大位移；max——在夾緊力作用下，同批工件中工序基準的最小位移；iny——工序基準位移方向與工序尺寸方向之間的夾角。?允許誤差 0.02一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計22一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計235 夾具的各個部件5.1 定位塊圖 5.1 定位塊如圖 5.1 所示，它有三個較大的孔，這是為了與調(diào)整墊進行配合，它最中心的孔，是為了用來作氣檢的，在加工開始時，通過最小的孔進行吹氣，而相連的壓力器是會顯示壓力的大小，有開關，會告訴我們夾好了可以開始進行加工了；而最小的孔則是在加工暫停時進行噴水，去除加工后殘留在工作臺和工件表面的灰鑄鐵碎屑。這是定位底面時所用的定位塊之一，為了消除六個方向自由度的影響，它與另外兩個定位塊組成了底面的主要定位成分。在裝配設計時，應保證定位基準的精度。定位塊下面有調(diào)整墊它和定位塊組成了完整的尺寸鏈如下圖所示,調(diào)整墊結(jié)構簡單，容易制造。已知，A0 為尺寸鏈封閉環(huán)，定位塊 A1=55±0.01，A2=5.5，有 0.5 的調(diào)整量，工差 T0=0.2，所以 A0=60.5±0.01，同理，基準面對底面的平行度為 0.05，定位塊對底面的平行度為 0.01，調(diào)整墊對底面的平行度為 0.01，另外兩個定位塊對底面的平行度為0.01。定位塊頂面的表面粗糙度為 0.8，底面的表面粗糙度為 1.6，加工孔的的表面粗糙度為 12.5。調(diào)整墊的的表面粗糙度為 0.8，尺寸高度允差 0.01。一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計24三處側(cè)面定位，用定位塊的側(cè)面基準來定位三個側(cè)面。側(cè)基準對底面的平行度為0.01，垂直度為 0.01，平面度為 0.01。定位塊側(cè)基準面，底面的表面粗糙度為 1.6，加工孔的的表面粗糙度為 12.5，其他面的表面粗糙度為 6.3。5.2 直齒圓柱齒輪圖 5.2 直齒圓柱齒輪直齒圓柱齒輪的圓跳動公差為 0.02，端面的垂直度為 0.02，平面的表面粗糙度為3.2，輪齒部分的表面粗糙度為 0.8。5.3 齒條圖 5.3 齒條一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計25齒條的垂直度為 0.02，基準 A 的平行度為 0.02，輪齒部分的表面粗糙度為 3.2，其他面的表面粗糙度為 0.8，齒輪齒條配合為 H11/js9。5.4 軸圖 5.4 軸如圖 5.4 所示，這是專用夾具的一根軸的圖片。軸的圓跳動公差為 0.01，圓柱面的表面粗糙度為 0.8。還有導向軸的垂直度為 0.01，圓柱面的表面粗糙度為 0.8，其他端面的表面粗糙度為 1.6。最長的軸的垂直度為 0.02,圓跳動公差為 0.02，鍵槽的表面粗糙度為 3.2，圓柱面的表面粗糙度為 0.8。5.5 端蓋一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計26圖 5.5 端蓋端蓋的垂直度為 0.02，同心度為 0.02，Φ18 面的表面粗糙度為 1.6，中心孔的其余面的表面粗糙度為 0.8，其他孔面的表面粗糙度為 12.5。5.6 法蘭盤圖 5.6 法蘭盤法蘭蓋的垂直度為 0.02，孔的表面粗糙度為 12.5,中心孔的表面粗糙度為 0.8 其他面的表面粗糙度為 1.6。一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計275.7 菱形銷圖 5.7 菱形銷菱形銷的垂直度為 0.01，孔的表面粗糙度為 1.6,其他面的表面粗糙度為 1.6。5.8 缸體圖 5.8 缸體一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計28油缸缸體的垂直度為 0.01，同心度為 0.02，圓度為 0.005，平面度為 0.02，螺栓孔的表面粗糙度為 6.3，其他面的表面粗糙度為 1.6。5.9 支座圖 5.9 支座支座的平行度為 0.02，垂直度為 0.02，平面度為 0.02，螺栓孔的表面粗糙度為6.3，他孔面的表面粗糙度為 12.5，其他面的表面粗糙度為 1.6。5.10 導向套一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計29圖 5.10 導向套導向套的垂直度為 0.02，同心度為 0.02，加工孔的表面粗糙度為 12.5，圓柱面的表面粗糙度為 0.8，倒角的表面粗糙度為 1.6。5.11 其他齒輪箱的平行度為 0.02，垂直度為 0.02，端面的表面粗糙度為 1.6，螺栓孔的表面粗糙度為 6.3；上表面的表面粗糙度為 1.6，下表面的表面粗糙度為 3.2，他孔面的表面粗糙度為 12.5；等等。一 種 發(fā) 動 機 缸 蓋 單 工 序 加 工 工 藝 及 其 夾 具 設 計306 結(jié) 論本篇論文主要講述了發(fā)動機缸蓋的“銑進排氣側(cè)面，擴、鉸碗型塞片孔”這一工序的加工工藝，以及加工這該道工序所需的專用夾具設計。分析缸蓋零件結(jié)構，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機缸蓋包含結(jié)構復雜，和加工精度的標準要求高的特點，進行加工工藝的優(yōu)化，確定了加工的工藝路線。專用夾具設計，夾具體起到的作用，在設計夾具的過程中需要解決的問題，例如：工件加工時的定位，定位基準的選擇，夾緊裝置的選擇，夾具體的主要部分的設計計算，和夾具體的主要部分在加工時起到的作用。經(jīng)過這一次的畢業(yè)設計，讓我對夾具設計的過程有了更深一步的了解，對專用夾具設計有了更進一步的認識，還加強了我對大學四年中的基本知識的學習和理解。畢業(yè)設計是把我所學的理論知識進行實際操作的最效率的方法。在具體的設計過程中，一定要考慮到各個方面的問題，在理論上切實可行的沒有錯誤的設計，在實際運用的過程中往往存在著各種各樣的問題。因此，在進行加工設計時就必須考慮現(xiàn)實存在的問題，要結(jié)合實際出發(fā)，了解所設計的機構是否合乎情理，在實際運用中是否能正確運行工作。畢業(yè)設計讓我明白了從實際出發(fā)進行產(chǎn)品設計，而不是只考慮理論上的執(zhí)行度。在這次畢業(yè)設計的完成過程中，我深刻的意識到一個看似簡單的機構中要考慮很多東西，它其實并不是在我們看上去那么簡單，它還包含很多知識。根據(jù)