柴油機缸體加工工藝及工裝夾具設(shè)計-鉆孔
柴油機缸體加工工藝及工裝夾具設(shè)計-鉆孔,柴油機,缸體,加工,工藝,工裝,夾具,設(shè)計,鉆孔
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
題目：柴油機缸體加工工藝及工裝設(shè)計
柴油機缸體加工工藝及工裝設(shè)計
摘 要
缸體是柴油機中的重要部件，屬于箱體類構(gòu)件。根據(jù)S195柴油機缸體的具體情況和生產(chǎn)綱領(lǐng)要求,選擇了柴油機缸體零件的生產(chǎn)類型，確定毛坯的種類、材料和制造方法。通過對柴油機缸體零件的分析，制定柴油機缸體的工藝路線。首先利用組合機床進行氣缸蓋面、后蓋面、齒輪室蓋面、主軸承蓋面的粗、精銑，然后對氣缸蓋面、齒輪室蓋面、主軸承蓋面各孔進行粗加工、精加工，最后進行攻絲。
本文詳細地闡述了夾具設(shè)計中的設(shè)計步驟、夾緊方式等,通過夾緊方案的選擇和夾緊力的計算，針對鉆柴油機缸體的主軸承蓋面各螺孔和齒輪室蓋面各螺孔設(shè)計出了一套專用鉆床夾具，以滿足箱體鉆孔的大批量生產(chǎn)要求。
關(guān)鍵詞：柴油機缸體；加工工藝；夾具設(shè)計
Cylinder Diesel Engine And Tooling Design Process
Abstract
Diesel engine cylinder block play an important role in diesel engine, which belongs to box body kind structure. According to the S195 diesel engine organism special details and the production guiding principle request that can Choose the type of diesel engine block parts production and determine the types of blank, materials and manufacturing methods. Through the analysis of the components of diesel engine cylinder block and then make the diesel engine cylinder block process route. Firstly, the combination machine tools for cylinder head face, back cover face, gear compartment cover face, the main bearing the cover make rough and fine milling.Secondly, the hole surface of the cylinder head face and gear compartment cover face and the main bearing cover make rough and fine machining, finally tapping.
This paper expatiates on the design of fixture design steps, stepping up mode and so on. Through the choice to step up and force calculation, according to the drilling diesel engine cylinder block main bearing of every cover screw holes and gear compartment of every cover screw holes designs a special drill press fixture which to fit the requirements of the drilling of mass production.
Key Words: Diesel engine cylinder block, Machining process,Fixture design
I
目 錄
1 柴油機概述 1
1.1簡介 1
1.2 S195柴油機缸體的技術(shù)要求 1
1.2.1缸體加工工藝的設(shè)計要求 1
1.2.2缸體生產(chǎn)條件對工裝的設(shè)計要求 2
2 缸體零件工藝設(shè)計 3
2.1零件分析 3
2.1.1確定零件生產(chǎn)類型 4
2.1.2確定毛坯的種類、材料和制造方法 5
2.2加工階段的劃分 5
2.3加工工序的安排 6
2.4工藝方案制定的原則 7
2.4.1組合機床適用范圍 7
2.4.2影響組合機床工藝方案制定的因素 7
2.4.3組合機床工藝過程確定的原則 8
2.4.4定位基準的選擇 9
2.4.5切削用量的選擇 10
2.5重要工序、工時分析計算 11
3 夾具設(shè)計 13
3.1機床夾具的設(shè)計步驟 13
3.2夾具整體方案設(shè)計 13
3.2.1設(shè)計任務(wù) 13
3.2.2箱體類零件定位基準的選擇 13
3.2.3夾緊方案的選擇 14
3.2.4夾緊力的計算 15
3.3夾緊方式 16
3.4刀具引導(dǎo)裝置 15
3.5夾具體毛坯結(jié)構(gòu)的選擇 15
3.6本組合機床及其專業(yè)夾具的結(jié)構(gòu)特點 16
4 結(jié)論 20
參考文獻 21
致 謝 22
1 柴油機概述
1.1簡介
柴油機具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率足、省油、適用性強、可靠性好、耐用度高，維修簡便，價格合理等特點。該柴油機采用常柴Ⅱ型渦流燃燒室、平板型鑲塊，結(jié)構(gòu)簡單，冷起動性能好；應(yīng)用稀土球墨鑄鐵曲軸、凸輪軸，加工容易，耐磨性好；采用雙軸平衡結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動小。該柴油機適用于手扶拖拉機、小四輪拖拉機配套，并可用于小型排灌、農(nóng)副業(yè)加工及小型發(fā)電機、空壓機、內(nèi)河船舶、運輸車輛之動力。
柴油機是往復(fù)式活塞內(nèi)燃發(fā)動，其工作原理是把燃料在發(fā)動機氣缸內(nèi)部燃燒,產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能。S是雙平衡軸機構(gòu)的拼音字頭，為單缸、臥式、四行程、水冷、通用式柴油機?；钊跉飧變?nèi)做往復(fù)運動時，通過連桿作用，帶動曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。反之，曲軸旋轉(zhuǎn)時,也可使活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運動,曲軸旋轉(zhuǎn)一周往復(fù)運動一次，活塞往復(fù)四個行程完成一個工作循環(huán)過程,曲軸旋轉(zhuǎn) 720°。
1.2 S195柴油機缸體的技術(shù)要求
發(fā)動機在工作時，機體零件受到各種力的作用。因此機體零件的剛度要求要比強度要求高，有了足夠的剛度，才能使其在工作中受力變形小，保持各部件的配合中心不致引起運動件的磨損、漏氣、漏水、漏油,確保發(fā)動機各部分能長期正常工作。氣缸體軸箱中，用來安裝活塞的部位稱氣缸,氣缸體是氣缸的本體，曲軸箱分為上、下兩部分，上部用來支承曲軸，下部用來儲存機油。水冷發(fā)動機的氣缸體和上曲軸箱鑄成一體，合成發(fā)動機機體。
1.2.1缸體加工工藝的設(shè)計要求
缸體底面是主要的安裝基面，曲拐軸帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪起到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，便于啟動和能量轉(zhuǎn)換作用。機體上共有主軸承孔、凸輪孔、調(diào)速軸孔、啟動軸孔、平衡軸孔等。缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬薄壁件，內(nèi)部采用隧道式加強筋，剛性較好，尺寸精度、形狀公差要求高，工序多，表面質(zhì)量要求較高。主軸承孔采用滑動軸承，內(nèi)孔要求較高，不允許有退刀痕跡。 柴油機機體上分布著一些大小不一的孔，這些孔對位置尺寸精度要求都較高，所以平面是后面加工孔的基準，銑平面時要注意保證平面的精度，包括平行度、平面度、垂直度、表面粗糙度，都要達到很高的要求，為孔的加工做準備。平面上的孔在柴油機箱體裝配及現(xiàn)
0
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
實工作中具有舉足輕重的作用，它要求有很高的幾何形狀精度、位置精度及較高的表面粗糙度，機體外部齒輪室有相互嚙合的齒輪，對相鄰孔的孔距尺寸精度和平行度要求較高。同軸線的孔較多，對同軸度要求較高。主軸孔的軸心線對端面的垂直度要求較高,同時對氣缸孔軸線的垂直度要求也很高。機體的底面及側(cè)面和油底殼相連,應(yīng)有很高的平面度和表面粗糙度。
1.2.2缸體生產(chǎn)條件對工裝的設(shè)計要求
制造缸體需要用到夾具，夾具是缸體制造工藝階段中十分重要的工藝裝備之一。專用夾具的快速設(shè)計與制造，己經(jīng)成為產(chǎn)品快速變換和制造系統(tǒng)新建成或重構(gòu)后運行的瓶頸，嚴重地影響制造系統(tǒng)的設(shè)計建造周期、系統(tǒng)生產(chǎn)率、質(zhì)量和成本。目前國內(nèi)外使用的專用夾具是伴隨著大批大量生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展出現(xiàn)的，特別是和汽車工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。專用夾具的使用，一方面縮短了工序時間，降低了加工成本;另一方面，夾具本身的設(shè)計制造工時、材料消耗等又增加了工件的成本。因此，在何種生產(chǎn)條件下使用哪種類型的夾具才是經(jīng)濟合理的，也就是夾具的經(jīng)濟性，一直都是夾具結(jié)構(gòu)發(fā)展和設(shè)計的一個主要問題。缸體工裝設(shè)計要求如下：
（1） 有足夠的精度和尺寸穩(wěn)定性；
（2） 有足夠的強度和剛度；
（3） 結(jié)構(gòu)工藝性要好；
（4） 排屑方便；
在機床上安裝穩(wěn)定可靠，加緊機構(gòu)既要可靠，又要和生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。對夾具的結(jié)構(gòu)要求，主要是精度和通用性，次要是效率問題。應(yīng)盡量采用通用部件及標準元件，以提高夾具的標準化程度。
2 缸體零件工藝設(shè)計
2 缸體零件工藝設(shè)計
2.1零件分析
柴油機缸體的加工較復(fù)雜，各個部件的加工要求不一樣，對此缸體零件的技術(shù)要求主要可以歸納如下：
（1） 主要平面的形狀精度和表面粗糙度
箱體的主要平面是裝配基準，并且往往是加工的定位基準，所以應(yīng)該有較高的平面度和較小的表面粗糙度。否則，直接影響柴油機缸體加工時的定位精度，影響箱體與機座總裝時的接觸剛度和相互位置精度。
柴油機缸體主要表面的平面度取0.03mm～0.05mm，參照文獻[3]表5-2得缸體主要表面粗糙度Ra為2.5μm，各主要平面對裝配基準面的垂直度為0.02mm～0.06mm。
（2） 孔的尺寸精度和表面粗糙度
缸體上軸承支撐孔本身的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度要求較高。否則，將影響軸承與缸體孔的配合精度，使軸的回轉(zhuǎn)精度下降，也容易使傳動件產(chǎn)生振動和噪音。
從上面的分析可知，對孔徑的要求是較高的，主軸承各孔的尺寸公差等級為IT6，其余孔為IT7。汽缸孔中心線對曲軸中心線的對稱度為0.02mm。缸體各表面上的螺孔均有位置度要求，其位置度公差為0.15mm。
表2.1 表面粗糙度參數(shù)值的選用
表面粗糙度輪廓幅度參數(shù)Ra值（μm）
表面形狀特征
應(yīng)用舉例
>20
粗
糙
表
面
明顯可見刀痕
未標注公差（采用一般公差的表面）
>10～20
可見刀痕
半成品粗加工的表面、非配合的加工表面，如軸端面、倒角、鉆孔、齒輪和帶輪側(cè)面、墊圈接觸面等
> 5～10
半
光
表
面
微見加工痕跡
軸上不安裝軸承或齒輪的非配合表面，鍵槽底面，緊固件的自由裝配表面，軸和孔的退刀槽
>2.5～5
微見加工痕跡
半精加工表面，缸體、支架、蓋面、套筒等與其他零件結(jié)合而無配合要求的表面
>1.25～2.5
看不清加工痕跡
接近于精加工表面，缸體上安裝軸承的鏜孔表面、齒輪齒面等
>0.63～1.25
光
表
面
可辨加工痕跡方向
圓柱銷、圓錐銷，與滾動軸承配合的表面，
>0.32～0.63
微辯加工痕跡方向
要求配合性質(zhì)穩(wěn)定的配合表面，工作時承受交變應(yīng)力的重要表面
>0.16～0.32
不可辯加工痕跡方向
精密機床主軸圓錐孔、頂尖圓錐面
2.1.1確定零件生產(chǎn)類型
根據(jù)社會實踐調(diào)查，某廠S195柴油機缸體年產(chǎn)量：Q=50000臺
備品率：%=2% 廢品率：%=4%
生產(chǎn)綱領(lǐng)：
根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型的關(guān)系，可知柴油機缸體為單品大批量生產(chǎn)。
2.1.2確定毛坯的種類、材料和制造方法
機械加工中毛坯的種類有很多種，如鑄件、鍛件、型材、擠壓件、沖壓件、焊接組合件等，同一種毛胚又可能有不同的制造方法。為了提高毛坯的制造質(zhì)量，可以減少機械加工勞動量，降低機械加工成本，但往往會增加毛坯的制造成本。選擇毛坯的種類和制造方法一般考慮下列因素。
（1） 材料的工藝性能在很大程度上決定毛坯的種類和制造方法。例如，鑄鐵，鑄造青銅等脆性材料不能鍛造和沖壓，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造組合毛坯，但低碳鋼由于可鍛性能、可焊接性能好，廣泛用于制造鍛件、型材、沖壓件等
（2） 毛坯的尺寸、形狀和精度要求也是選擇毛坯的重要依據(jù)。直徑相差不大的階梯軸宜采用棒料；直徑相差較大的宜采用鍛件。尺寸很大的毛坯通常不采用模鍛或壓鑄、特殊鑄造的方法制造，而適宜采用自由鍛造或是砂型鑄造。形狀復(fù)雜的毛坯，不宜采用型材或自由鍛件，可采用鑄件、模鍛件、沖壓件或組合毛坯。
（3） 選擇毛坯的制造方法，只有與零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，才能獲得最佳的經(jīng)濟效益。生產(chǎn)綱領(lǐng)大時宜采用高精度和高生產(chǎn)率的毛坯制造方法，如模鍛以及熔模鑄造等。生產(chǎn)綱領(lǐng)小時，宜采用設(shè)備投資少的毛坯制造方法，如木模砂型鑄造及自由鍛造。
由于柴油機缸體零件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、大批量生產(chǎn)，缸體應(yīng)采用的材料為HT200，毛坯的制造方法應(yīng)與材料的制造工藝相適應(yīng)。HT200材料適合用鑄造獲得毛坯。毛坯的制造方法應(yīng)與生產(chǎn)類型相對應(yīng)。本零件為大量生產(chǎn)，故采用金屬模鑄造。
2.2加工階段的劃分
當零件的加工質(zhì)量要求較高時，必須把整個加工過程劃分為幾個階段：
（1） 粗加工階段，在這一階段要切除較大的加工余量，因此要注意如何獲得高的生產(chǎn)率。并為以后的精加工創(chuàng)造較好的條件，并為半精加工，精加工提供定位基準。該階段加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等級為IT11~IT12。粗糙度為Ra80~100μm。
（2） 半精加工階段，在這一階段應(yīng)為主要表面的精加工做好準備。達到一定的加工精度，保證一定的凈加工余量。半精加工的公差等級為IT9~IT10，表面粗糙度為Ra10~1.25μm。
（3） 精加工階段，保證各主要表面達到圖樣規(guī)定的質(zhì)量要求。精加工的加工精度一般為IT6~IT7，表面粗糙度為Ra10~1.25μm。
（4） 光整加工階段，對于精度要求很高，表面粗糙度值要求很小的零件，還要專門的光整加工階段，光整加工階段以提高零件的尺寸精度和降低表面粗糙度為主，一般不用于提高形狀精度和位置精度。
2.3加工工序的安排
零件的加工過程主要包括機械加工工序，熱處理工序，以及輔助工序。在安排加工順序時常遵循下列原則：
機械加工工序安排的一般原則是先粗后精，先面后孔，先主后次，基準先行。
（1） 先粗后精，先粗加工，其次半精加工，最后安排精加工和光整加工；
（2） 先加工平面，后加工孔，這是缸體加工的一般規(guī)律。因為缸體的孔比平面加工要困難，先以孔為粗基準加工平面，再以面為精基準加工孔不僅為孔的加工提供了穩(wěn)定可靠的精基準，同時使孔的加工余量較為均勻，并且，由于箱體上的孔大都分布在箱體的平面上，先加工平面，切除了鑄件表面的凸凹不平和夾砂等缺陷，對孔的加工也比較有利，鉆孔時可減少鉆頭引偏，擴、鉸可防止刀具崩刃，對刀調(diào)整也較為方便；
（3） 先主后次。先安排主要的表面的加工。主要表面指裝配基準面，工作表面等；次要表面指鍵槽、緊固用的螺孔和光孔等。這些表面一般都與主要表面有相互位置精度要求，通常放在主要表面的半精加工之后。精加工之前。這樣可以保護主要表面的光潔。
熱處理工序的安排
熱處理工序在工藝路線中的安排主要取決于熱處理的目的。有以下幾種情況：
退火與正火通常安排在粗加工之前。他們的主要目的是改善材料的切削加工性能和消除內(nèi)應(yīng)力；
時效處理。一般鑄件通常安排在粗加工之后。高精度復(fù)雜鑄件應(yīng)在半精加工之前后各安排一次。剛性差的精密零件應(yīng)在粗加工、半精加工、精加工多次安排時效處理。時效處理的目的是消除毛坯制造和機械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件精度。
輔助工序的安排
檢驗工序是重要的輔助工序，除每道工序操作者自檢外，還應(yīng)在下列加工階段，專門安排檢驗工序。粗加工階段結(jié)束之后；重要的工序的前后；工件從一個車間轉(zhuǎn)到另一個車間時；工件全部加工完畢后。
輔助工序還有去毛刺、清洗、涂防銹油、油漆等，應(yīng)分別安排于工藝過程所需之處。
兩端面加工：一般尺寸精度要求，加工方法如下：車、磨、削銑、其他方法。
鉆孔及螺紋孔加工：螺紋孔有精度要求的加工方法如下：
鉆孔—擴孔—攻絲
鉆孔—攻絲
2.4工藝方案制定的原則
2.4.1組合機床適用范圍
組合機床是組合機床是專用機床的一種重要類型，按系列化，標準化設(shè)計的通用部件和按被加工零件的形狀和加工工藝要求設(shè)計組成的專用機床。組合機床可以進行多刀、多面、多工位加工，可同時完成鉆、擴、鉸、鏜、攻絲等工序。使用組合機床可比一般機床縮短加工時間減少占地面積，經(jīng)濟效益顯著，同時對大量生產(chǎn)類型很適應(yīng)。
組合機床較一般機床有如下優(yōu)點：設(shè)計與制造周期短；組合機床通用零部件結(jié)構(gòu)的可靠性和工藝性較好；組合機床的通用零部件都已標準化、系列化，可提高制造精度,而且可以降低機床的成本,加快專機制造的速度；
組合機床自動化程度高,便于維修。從工藝內(nèi)容考慮,組合機床的一個顯著特點是加工時零件大都固定不動，由刀具旋轉(zhuǎn)及進給來完成加工循環(huán)。因此目前主要用于孔加工和平面加工，如鉆孔、擴孔、鉸孔、鍵孔、溝槽及成型表面加工、銑端面和螺紋加工。
由于柴油機缸體加工部位多，精度要求高，屬于大批量生產(chǎn)類型，因此可采用組合機床加工工藝方案。
參照組合機床加工工藝范圍和能保證的精度要求，對照本零件的技術(shù)要求完全可以保證零件的圖紙要求，因此本設(shè)計采用組合機床加工方案是合理可行的。
2.4.2影響組合機床工藝方案制定的因素
制定組合機床工藝方案是組合機床設(shè)計最重要的步驟之一，工藝方案的制定決定機床能否達到體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高。影響工藝方案制定的因素有:
（1） 首先分析研究工件的加工精度和技術(shù)要求是制定方案的主要依據(jù)；
（2） 被加工材料零件的特性包括工件的硬度和剛度等；
（3） 被加工零件生產(chǎn)批量的大小及工件的生產(chǎn)方式。
2.4.3 組合機床工藝過程確定的原則
粗精加工分開原則：粗精加工分階段進行，這是缸體加工的規(guī)律。一般在大批大量的生產(chǎn)中，確定工藝流程宜粗、精工序分開進行，其優(yōu)點是：
（1） 工件可以得到較好的冷卻，減少熱變形駐內(nèi)應(yīng)力的影響，有利于保證加工精度，在組合機床上往往加工大量的孔和面，粗加工時大量鑄造黑皮的切除，使工件發(fā)熱，產(chǎn)生熱變形，并引起內(nèi)應(yīng)力的重新分布這樣若立即進行加工，就不易保證加工精度；
（2） 可避免粗加工振動對加工精度、表面粗糙度的影響；
（3） 有利于精加工機床保持持久的精度；因為當粗、精加工使用同一夾具，由于粗加工時的振動，發(fā)熱的影響，易于失去精度，粗精加工分開時，精加工工序可以采用較小的夾壓力，減小夾壓變形有利于保證需要加工精度；
（4） 使機床結(jié)構(gòu)簡單，便于維修。但是在確定工藝方案的時候，還必須從實際出發(fā)首先根據(jù)生產(chǎn)批量，加工精度，技術(shù)要求根據(jù)工作條件來進行分析，按照經(jīng)濟的滿足加工要求的原則合理的處理粗精工序的安排。
工序的集中與分散原則：所謂工序集中，就是以較少的工序完成零件的加工，反之為工序分散。工序集中是近代機械加工主要發(fā)展的方向之一，組合機床就是按照工序集中的工藝水平原則建立起來的，即運用各種不同的刀具，在機床上同時加工一個或多個的不同表面，組合機床在一臺機床能完成復(fù)雜的工藝過程，從而有效地提高生產(chǎn)率。但是工序過分集中，使機床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機床重量龐大，切削負荷大。
（1） 適當考慮單一工序在可靠條件下，應(yīng)把相同工序集中在同一個工位或同一臺機床上加工例如:三面鏜、三面鉆、三面攻絲等，攻絲集中在一臺機床上而不與鉆、鏜工序集中在一臺機床上，因為攻絲機床不需要很大的夾緊力，可以簡化夾具結(jié)構(gòu)且攻絲需潤滑退回需反轉(zhuǎn)，同鉆鏜在一起使主軸箱復(fù)雜，此外攻絲循環(huán)時間很短。
（2） 鉆孔，鏜孔最好分開，不要集中在一個主軸箱上加工，因為鉆孔和鏜孔直徑相差過大，轉(zhuǎn)速常常有較大的差別，使主軸箱傳動鏈復(fù)雜。此外，鉆孔產(chǎn)生很大的軸向推力，可能使工件傾斜，影響鏜孔精度，若加大夾緊力又會引起工件嚴重變形同時鏜孔時振動較大反過來影響鉆孔，尤其是小直徑鉆頭增加了折斷的可能性。
（3） 相關(guān)工序集中在同一工位或同一臺機床上加工，例如各孔精度要求較高，粗、精鏜時使用三面鏜床。
（4） 確定工序集中時必須充分考慮工件的剛性。
（5） 確定工序集中程度時，要保證不因粗加工時熱變形以及由于工件和夾具剛性不足產(chǎn)生變形，影響加工精度。
（6） 集中工序必須考慮機床調(diào)整使用方便和提高工作可靠性，主軸排列不宜過密，以免影響刀具的更換和調(diào)整。
2.4.4定位基準的選擇
合理選擇定位基準對保證加工精度和確定加工順序都有決定性影響。因此，它是制定工藝工程中需解決的首要問題。在第一道工序中，只要使用毛坯的表面來定位，這種定位基準面就稱作粗基面。在以后的工序中，介意采用已經(jīng)加工過的表面作為定位基面的，這種定位基面就成為精基面。
粗基準選擇粗基準選擇的好壞，對以后各加工表面加工余量的分配以及工件上加工表面和不加工表面的相對位置均有很大的影響，因此必須十分重視粗基準的選擇。其選擇原則：
（1） 選擇應(yīng)加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。
（2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。例如：機床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導(dǎo)軌面作為粗基準，加工床身的底面，再以底面作為精基準加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細致的組織，以增加耐磨性。
（3） 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。
（4） 應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經(jīng)初加工。
（5） 粗基準應(yīng)避免重復(fù)使用，因為粗基準的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。
由于鑄造缸體毛坯時，形成主軸孔，其他支承孔及缸體內(nèi)壁的型芯是裝成一整體放入的，它們之間有較高的相互位置精度，因此不僅可以較好的保證軸孔和其他支承孔的加工余量均勻，而且還能較好的保證各孔的軸線與缸體不加工內(nèi)壁的相互位置，避免裝入缸體軸套等旋轉(zhuǎn)零件在運轉(zhuǎn)時與缸體的內(nèi)壁相碰。通過分析缸體結(jié)構(gòu)，以主軸承蓋面和底面為基準，加工氣缸蓋面的平面和凸臺面。
精基準的選擇對保證缸體零件的技術(shù)要求十分重要，在選擇精基準時，首先要遵循“基準統(tǒng)一”原則，使具有相互位置精度要求的加工表面的大部分工序，盡可能的用同一組基準定位。這樣就可避免轉(zhuǎn)換帶來的誤差，有利于保證箱體類零件各主要表面間的相互位置精度。
（1） 基準重合原則，即盡可能選擇設(shè)計基準作為定位基準。這樣可以避免定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的基準不重合誤差。
（2） 基準統(tǒng)一原則，應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準?；鶞实慕y(tǒng)一有利于保證各表面間的位置精度，避免基準轉(zhuǎn)換所帶來的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設(shè)計和制造工作。
（3） 互為基準的原則。選擇精基準時，有時兩個被加工面，可以互為基準反復(fù)加工。
（4） 自為基準原則。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準。例如：磨削機床導(dǎo)軌面時，是以導(dǎo)軌面找正定位的。
2.4.5切削用量的選擇
正確地選擇切削用量，對提高切削效率，保證必要的刀具耐用度和經(jīng)濟性，保證加工質(zhì)量具有重要的作用。
粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高，毛坯余量較大。當選擇粗加工的加工余量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量和必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。
金屬切除率可以通過：
(2.1)
式中： —單位時間內(nèi)的金屬切除用量
v — 切削速度
f —進給量
—背吃刀量
提高切削速度，增大進給量和切削深度，都能提高金屬切削率。但在這三要素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量和切削深度。
粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的背吃刀量，其次是選擇一個較大的進給量f，最后確定合適的切削速度v。選擇較大的和f以后，刀具耐用度t會顯著下降，只有降低切削速度v便可使t回升到規(guī)定的合理數(shù)值。增大可使走刀次數(shù)減少，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產(chǎn)率和刀具耐用度，對實際生產(chǎn)的加工成本的降低十分有利。粗加工時，切削速度主要受刀具和機床功率的限制。背吃刀量，進給量f和切削速度v決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如果超出了機床的許用功率，則應(yīng)適當?shù)慕档颓邢魉俣取?
精加工時，加工精度和表面質(zhì)量要求高，加工余量要小而均勻。因此選擇精加工時的切削用量時應(yīng)先考慮加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡可能地提高生產(chǎn)率。精加工時的切削深度應(yīng)根據(jù)粗加工留下的余量確定，通常希望粗加工余量不要留大多。否則當背吃刀量較大時，切削力明顯增加，影響加工余量。精加工時限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。進給量大時，切削力上升，表面質(zhì)量下降。切削速度提高時，切削變形減少，切削力有所下降，一般選用切削性能高的刀具材料，盡可能提高切削速度，只有當切削速度收到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速。
因此，精加工時選用較小的背吃刀量和進給量，并在保證刀具耐用度的前提下，選取可能高的切削速度，以保證加工精度和表面質(zhì)量，同時滿足生產(chǎn)率的要求。
2.5重要工序、工時分析計算
粗銑上平面：選用雙面組合銑床,夾具選用專用夾具,選用 360CT196-24 可轉(zhuǎn)位面銑刀,直徑為 = 210,齒數(shù)為 Z=20,查《金屬切削簡明手冊》,以下簡稱《手冊》,得 =0.08 mm/r,查《手冊》,并計算：
（1） 吃刀深度≤3mm，取為2mm，即=2mm，=0.3mm/Z，
（2） 切削速度
(2.2)
式中—表示系數(shù)，取決于加工條件；
T—表示刀具使用壽命；
—表示各個修正系數(shù)之積；
, ,,,
帶入式（3.1）得到：v=3.67m/s,即 v=220m/min
（3） 主軸轉(zhuǎn)速
(2.3)
r/min
—表示刀具每分鐘轉(zhuǎn)速；
—表示刀具直徑。
現(xiàn)在采用多面銑專用機床，根據(jù)《手冊》得
表示主軸轉(zhuǎn)速
（2.4）
=m/min
（4）走刀量
（2.5）
m/min
根據(jù)，帶入數(shù)值得mm/r
（5）機動工時
(2.7）
min
，所以min
，工作服務(wù)時間占工序時間的4.7%，所以
min
粗銑其他平面時,主軸轉(zhuǎn)速取為 r/min，切削速度 v=220m/min，走刀量，吃刀深度 mm，走刀次數(shù)均為 1 次。
切削速度
m/min
主軸轉(zhuǎn)速由式（2.3）得：
r/min
精銑上平面：選用雙面組合銑床,選用專用夾具，選用 360-CT-196-24 可轉(zhuǎn)位面銑刀,直徑 取210,齒數(shù)為 Z=20, mm/r, 查《手冊》,并計算：
吃刀深度 mm,取為 0.5mm, mm/Z
8
3 夾具設(shè)計
3 夾具設(shè)計
3.1機床夾具的設(shè)計步驟
夾具是機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置，是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中重要的組成部分。在設(shè)計過程中，應(yīng)深入生產(chǎn)實際，進行調(diào)查研究，制造出合理地設(shè)計方案，進行具體地設(shè)計。機床夾具的設(shè)計步驟如下：
（1） 研究原始資料（工件圖紙、工藝文件、生產(chǎn)綱領(lǐng)）；
（2） 確定工件定位方法和刀具引導(dǎo)方式；
（3） 確定工件的夾緊力；
（4） 設(shè)計加緊機構(gòu)；
（5） 繪制夾具總裝配圖；
（6） 繪制夾具零件圖。
3.2夾具整體方案設(shè)計
3.2.1設(shè)計任務(wù)
本次設(shè)計任務(wù)的是關(guān)于鉆柴油機缸體的主軸承蓋面各螺孔和鉆齒輪室蓋面各螺孔（共計24個孔）的鉆夾具設(shè)計。生產(chǎn)綱領(lǐng)為年產(chǎn)50000個。
3.2.2箱體類零件定位基準的選擇
箱體類零件是機械加工中工序多、精度要求高的零件，如氣缸體、氣缸蓋、變速箱、減速器、離合器本體等。這類零件一般都有較高精度的孔需要加工，又常常需要在幾次安裝下進行。因此，定位基準選擇“一面雙孔”是最常用的方法。它的特點是：
（1） 可以簡便的消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位；
（2） 有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度；
（3） “一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件加工精度。同時，使機床各工序（工位）的許多部件（如夾具）實現(xiàn)通用
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西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
化，
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有利于縮短設(shè)計、制造周期，降低成本；
（4） 易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切屑落于定位基面上。
為了保證加工精度及技術(shù)要求，作為定位基準的平面和銷孔必須規(guī)定相應(yīng)的尺寸精度、表面粗糙度及位置精度等要求。
然而，有的箱體不具備“一面雙孔”定位基準，可采用“三平面”定位。例如加工機體六個平面比較平整且無凸出的平面時，加工時可采用“三平面”定位。它具備以下一些優(yōu)點：定位精度高，銷孔定位時會遇到銷子的強度對定位影響的問題，由于受銷子強度的影響，而使定位精度下降，平面定位不會出現(xiàn)這樣的問題；平面定位誤差小，因此誤差校核量小且校核簡便，而“一面雙孔” 校核相對較復(fù)雜；定位簡單、方便、成本低，工人操作方便，易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊；可以簡便的消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位；
鉆S195柴油機缸體平面時，其機體六個平面比較平整且無凸出，根據(jù)以上的比較分析，選擇“一面兩孔”定位適用S195柴油機缸體平面加工。
3.2.3夾緊方案的選擇
當定位心軸水平放置時，在組合機床上鉆孔的鉆前力和扭矩力均由重力與外力來承擔，這時工件的夾緊可以有兩種方案：
在箱體的底面上，采用壓板壓緊，夾緊力與切削力處于平行狀態(tài)。 這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝卸工件比較麻煩。在箱體的底面上采用螺紋夾緊裝置，加緊力與切削力平行，這種結(jié)構(gòu)簡單。裝卸工件比較容易。
由于該零件夾壓位置應(yīng)該作用在殼體上，故選用壓塊壓緊的方式。
另外,確定夾壓位置時應(yīng)注意：保證零件夾壓后定位穩(wěn)定。為了使工件車加工過程中不產(chǎn)生振動和位移，夾壓力要足夠,夾壓點布置使夾壓合力落在定位平面內(nèi)。力求接近定位平面的中心點。盡量減少和避免零件夾壓后的變形，消除其對加工精度的不利影響。為此，應(yīng)避免把夾壓點放在零件加工孔的上方，和容易引起變形的地方。對鋼性差的零件應(yīng)適當?shù)脑黾虞o助支撐或采用多點夾壓的方法，以使夾壓分布均勻，減少夾壓變形，提高加工精度。
本夾具就是為了減少變形而在加工面對應(yīng)處增加兩助支撐，為了減少輔助加工時間，采用液壓驅(qū)動的輔助支撐。
理論上，液壓驅(qū)動的加緊裝置和輔助支撐應(yīng)同時對工件施加動作。由于存在誤差，兩者不能同時對工件施加動作，這時就讓夾緊裝置先動作，這一點在設(shè)計液壓系統(tǒng)圖時應(yīng)注意。因為如輔助設(shè)備先動作,將會頂起工件，零件的定位，所以應(yīng)讓加緊裝置先動作。
3.2.4夾緊力的計算
計算夾緊力時,通常將夾具和工件看成一個鋼性系統(tǒng),根據(jù)工件受切削力、夾緊力的作用情況找出在加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài),按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠、再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。
即：
(3.1)
式中：—實際所需夾緊力（N）
F—在一定條件下由靜力平衡計算出的理論夾緊力（N）
K—安全系數(shù)，通常k=1.5~3。當用于粗加工時，k=2.5~3，用于精加工時k=1.5~2。
安全系數(shù)K可按下式計算：
K
由《機床夾具設(shè)計手冊》表1-2-1,查得：
K0：在1.2～1.5中取K0=1.2
K1：加工性質(zhì)系數(shù)，取1.1
K2：由表1-2-2查得K2=1.15
K3；連續(xù)切削 取1.0
K4：液動夾緊 取1.0
所以:
由于K=1.38小于2.5
即取安全系數(shù)K=1.5。
理論夾緊力W
按《機床夾具設(shè)計手冊》表1-2-1查得：
以平面定位,壓板夾緊的形式的夾緊力公式為：
（N） (3.2)
（N） (3.3)
其中：u1、u2—分別為工件與壓板間圓周方向和軸向摩擦系數(shù)
u2、u4—分別為工件和平面間圓周方向和軸向摩擦系數(shù)
參考表1-2-12,分別取：
U1=u2=0.2
U3=u4=0.25
由機床總體設(shè)計中得：
F=26782N·mm×6
P=3840N×6
由（1）式得：
(3.4)
=2343.7N
由（2）式得：
(3.5)
=95434.8N
選其中較大值即：=95434.8N
查《機床調(diào)整和使用》，初選夾緊液壓缸為T5058Ⅱ，活塞桿拉力26.4kN，推力為33kN。
3.3夾緊方式
夾緊裝置的作用是將工件壓緊壓牢，保證工件在工件定位時所占據(jù)的位置在加工過程中不因受重力，慣性力以及切削力等外力作用而產(chǎn)生位移，同時防止或減小振動。它通常是一種機構(gòu),包括力源裝置，中間遞力機構(gòu)，夾緊元件和夾緊機構(gòu)。
為了提高勞動生產(chǎn)率并保證夾緊可靠,本夾具采用液壓夾緊,由前面夾緊力計算中得知,液壓缸選用T5038Ⅱ型。
為了減少工件裝卸時間,要求夾緊壓塊在松開工件時不應(yīng)妨礙工件的裝卸,參考《機床夾具設(shè)計手冊》，選擇如下圖3-1所示的鉸鏈式夾緊機構(gòu)。
圖3.1 鉸鏈式夾緊機構(gòu)
圖3.2 受力簡圖
初步確定結(jié)構(gòu)尺寸：
取L1=45mm，L2=50mm，L=150mm
鉸鏈夾緊機構(gòu)末端A端由一個行程終點。當機構(gòu)處于夾緊狀態(tài)時，A端離其最終點應(yīng)保持有一個儲備量Sc，否則結(jié)構(gòu)可能失效.一般Sc0.5mm，這里選取Sc=1mm。A端行程包括兩個方面,一部分為空行程S1，用于獲得足夠間隙來裝卸工件，一部分為夾緊行程S2+S3，其中S2用以補償被夾緊表面的尺寸偏差，S3用于補償機構(gòu)的受力變形。
3.4刀具引導(dǎo)裝置
引導(dǎo)裝置的作用是確定夾具相對于刀具的位置，引導(dǎo)刀具進行加工。
本機床夾具的引導(dǎo)裝置均選用標準件，由于引導(dǎo)元件可以提高被加工孔的幾何精度，尺寸精度以及孔系的位置精度。
由于本工件的生產(chǎn)為批量生產(chǎn)，所以選用可換鉆套。鉆套裝在襯套中。而襯套則是在夾具體或鉆模板中。鉆套由螺釘固定，以防止它在刀具加工時轉(zhuǎn)動。鉆套與襯套間采用F7/m6配合，便于鉆套磨損后可迅速更換。
鉆模板應(yīng)設(shè)計承固定式,這樣導(dǎo)向精度高，加工出的工件精度就高。為了節(jié)省材料，鉆模板選用鑄鐵HT200鑄造。
3.5夾具體毛坯結(jié)構(gòu)的選擇
夾具體是用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件，并與機床有關(guān)部位連接，以確定夾具相對于機床的位置。
其在設(shè)計時應(yīng)滿足以下基本要求：
1）應(yīng)有足夠的強度和剛度
保證在加工過程中，夾具體在夾緊力,切削力等外力作用下,不至于產(chǎn)生不允許的變形和震動。
2）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單，具有良好工藝性，在保證強度和剛度條件下，力求結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，以便于操作。
3）尺寸要穩(wěn)定，對于鑄造夾具體,要進行時效處理,以消除內(nèi)應(yīng)力.保證夾具體加工尺寸的穩(wěn)定。
4) 便于排屑
為防止加工中切削聚積在定位元件工作表面或其他裝置中，而影響工件的正確定位和夾具的正常工作，在設(shè)計夾具體時,要考慮切削的排除問題。
選擇夾具體毛坯結(jié)構(gòu)時，應(yīng)以結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟性、標準化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。
鑄造結(jié)構(gòu)可鑄出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀。抗壓強度大，抗振性好。易于加工，但制造周期長，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故應(yīng)進行時效處理。材料感多用HT150或HT 200。鑄造的夾具體適用于切削負荷大，震動大的場合或批量生產(chǎn)。
焊接結(jié)構(gòu)制造容易，生產(chǎn)周期較短，成本較低。但熱變形較大，焊接后需退火處理。它適用于新產(chǎn)品試制或但件小批量生產(chǎn)。
裝配結(jié)構(gòu)選用標準毛坯件或標準零件部件組合而成，如圓棒,圓盤,工字鋼，角鋼，U形槽等標準型材。可縮短制造周期,但它最適用于標準化。
綜上可以看出，本組合機床的夾具體應(yīng)選用鑄造結(jié)構(gòu)。因為本道工序的切削負荷大，正滿足鑄造結(jié)構(gòu)的適用場合。
夾具體的制造屬單件生產(chǎn)性質(zhì)，為縮短設(shè)計和制造周期，減少設(shè)計和制造費用，所以夾具體的設(shè)計一般不作復(fù)雜的計算。通常是參照類似的夾具結(jié)構(gòu)，按照經(jīng)驗類比法來估計確定。實際上在繪制夾具總圖時，根據(jù)工件定位元件、夾緊裝置、對刀——引刀裝置以及其他輔助機構(gòu)和裝置在總體上的配置，夾具體的外形尺寸已大體確定。
按照《機床夾具設(shè)計手冊》表1-9-2可知，夾具體壁厚h鑄造結(jié)構(gòu)為8～25mm，本設(shè)計取h=25mm。夾具體加強筋厚度為0.7～0.9h，本設(shè)計中，其取為20mm，加強筋厚度不大于5h，即不大于125mm。
另外,夾具體上不加工毛面與工件表面之間的間隙也應(yīng)注意選取。夾具體時毛面，工件也是毛面時，取8～15mm，夾具體是毛面，工件是光面時,取4～10mm。夾具體的具體結(jié)構(gòu)如附圖中夾具體零件工作圖所示。
3.6本組合機床及其專業(yè)夾具的結(jié)構(gòu)特點
主要介紹本組合機床上專用組合機床夾具的特點：
任務(wù)上要求工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5萬/年，生產(chǎn)批量較大，要求采用液壓夾緊,以節(jié)省輔助加工時間，提高機床生產(chǎn)率。為了防止工件剛性不足，產(chǎn)生過大的夾壓變形，本組合機床夾具還采用輔助支承，同時基于提高生產(chǎn)率的要求,該輔助支承也采用液壓缸驅(qū)動。
本夾具的夾緊機構(gòu)采用鉸鏈式夾緊機構(gòu)，如圖3.1所示，(由于機構(gòu)左右完全對稱，下面僅畫出右面一半來表示)夾緊液壓缸1的活塞收縮時，與活塞桿用銷連接的連桿2就會向上運動，同時連桿3會產(chǎn)生一個水平方向的力使鉸鏈臂4繞其固定銷軸轉(zhuǎn)動與4用銷連接的連桿5就會在壓塊6的一側(cè)產(chǎn)生一個斜向上的力，從而使壓塊6繞銷軸旋轉(zhuǎn)壓在工件上，達到夾緊工件的目的。
4 結(jié)論
4 結(jié)論
本文是對S195柴油機缸體加工工藝及工裝設(shè)計，主要做了以下工作：調(diào)查研究設(shè)計的原始資料，明確加工應(yīng)滿足的要求，收集了國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)文獻，現(xiàn)有箱體加工零件圖的設(shè)計圖紙及經(jīng)驗總結(jié)。S195柴油機箱體加工工藝的設(shè)計為：首先進行兩端面和粗銑到精銑, 根據(jù)零件的特點，在組合機床上用銑削方法加工平面,只有使機床結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、加工精度高，這樣才能保證零件的精度。然后進行主軸承蓋面、齒輪室蓋面、氣缸蓋面各孔的粗加工、精加工。大量的鉆、鏜工序都分開，沒有集中在同一個主軸箱完成。這是因為鉆孔與鏜孔直徑往往相差很大,主軸轉(zhuǎn)速也就相差很大，導(dǎo)致主軸箱的傳動鏈復(fù)雜和設(shè)計困難。然后針對兩面鉆孔設(shè)計了一套鉆床夾具，本夾具采用的是“一面雙孔”定位方法。它的特點是：可以簡便的消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位，同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。
參考文獻
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致 謝
在本次畢業(yè)設(shè)計中，我從指導(dǎo)老師周尚裕老師身上學(xué)到了很多東西。周尚裕老師認真負責的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高。周尚裕老師的嚴謹治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師周尚裕老師致以最衷心的感謝和深深的敬意。
在這，也非常感謝學(xué)校能給我這次機會來進行我的畢業(yè)設(shè)計，讓我把書本上的知識運用的實踐中去，讓我深刻的體會到了“學(xué)以致用”的道理。
另外，還有同組同學(xué)的互相幫助，深深地感謝他們對我的支持、理解和關(guān)心，所以在這里我一并表示感謝。
最后，再次對他們的無私幫助，我表示誠摯的感謝！
畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明
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