4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝及夾具設計【含10張CAD圖紙+PDF圖】

4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝及夾具設計【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,設計,10,CAD,圖紙,PDF 湖南農業(yè)大學東方科技學院 全日制普通本科生畢業(yè)設計 4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝及夾具設計 MECHANICAL PROCESSING TECHNOLOGY AND FIXTURE DESIGN OF 4125 DIESEL ENGINE CYLINDER BLOCK 學生姓名：李 健 學 號：200841914309 年級專業(yè)及班級：2008級機械設計制造及其自動化（3）班 指導老師及職稱：全臘珍 教授 學 部：理工學部 湖南·長沙 提交日期：20 年 月 湖南農業(yè)大學東方科技學院全日制普通本科生 畢業(yè)論文（設計）誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設計）是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(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果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………………1 關鍵詞………………………………………………………………………………………1 1 前言………………………………………………………………………………………2 2 零件的分析………………………………………………………………………………3 2.1 零件結構分析……………………………………………………………………3 2.2 零件工藝分析……………………………………………………………………4 2.3 零件主要技術要求………………………………………………………………4 3 機械加工工藝規(guī)程設計…………………………………………………………………5 3.1 計算零件生產綱領、確定生產類型……………………………………………5 3.1.1 計算生產綱領……………………………………………………………5 3.1.2 確定生產類型、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)程設計…………………………………………………………7 3.3.1 定位基準的選擇…………………………………………………………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 專用夾具的設計………………………………………………………………………23 4.1 夾具設計概述…………………………………………………………………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………………………………………………………………………………………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計 學 生：李 健 指導老師：全臘珍 (湖南農業(yè)大學東方科技學院，長沙 410128) 摘 要：本課題是對4125型柴油機氣缸體進行工藝設計和夾具的設計。對氣缸體的主要加工表面、氣缸體頂面、主軸承座側面、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計中為減少箱體在加工過程中的誤差，我們考慮基準的重合原則，統(tǒng)一原則，互為基準原則以及粗基準的選擇原則，為使定位穩(wěn)定夾緊可靠，要求所選用的粗基準盡可能不重復使用原則。夾具的設計，保證了零件的加工精度，同時提高了生產效率，降低了工人的勞動強度。 關鍵詞：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計和夾具設計。 機械制造工業(yè)是國民經濟各部門賴以發(fā)展的基礎，而機床工業(yè)是機械制造工業(yè)的基礎,一個國家工業(yè)的技術水平集中體現在制造業(yè),其很大程度上標志著這個國家工業(yè)生產的能力和科學技術水平。隨著科學技術的迅猛發(fā)展,現代制造業(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雜程度要求也越來也高。隨著制造技術的不斷發(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)、引進和應用,在將來的制造和加工技術中,用先進的加工工藝取代落后的不適應生產要求的加工工藝,使現代制造和加工業(yè)技術水平處在不斷更新和發(fā)展,制造技術不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志，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體架，是柴油機的重要部件,氣缸體內腔復雜，包括氣道，水道既油道，外表面安裝相關的各種配件。工藝是將產品設計圖樣和技術要求物化為實際產品的方法和過程，工藝規(guī)程制定的原則是優(yōu)質、高產、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，我們考慮基準的重合原則，統(tǒng)一原則，互為基準原則以及粗基準的選擇原則，為使定位穩(wěn)定夾緊可靠，要求所選用的粗基準盡可能不重復使用原則。 夾具設計是按照某一道工序的加工要求，把一些事先制造好的標準件和部件進行組裝而成的夾具，夾具通常由使用單位根據要求自行設計和制造，適用于產品固定且批量較大的生產中[2]。為了保證加工零件的質量、產量和降低成本，首先應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，設計專用部件和工作循環(huán)的控制系統(tǒng)。 零件加工工藝設計必須按照JB/T9165.2—1998《工藝規(guī)程格式》規(guī)定進行；夾具設計要求定位合理，夾緊可靠，結構簡單，操作簡便，調試及維修便利，提高 生產效率；應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，經驗不足，第一次全面的系統(tǒng)的設計本次設計難免有許多不妥和錯誤之處，懇請指導老師和讀者批評指正錯誤，以便及時改正。 2 零件分析 2.1零件結構分析 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構，其上部有四個缸套安裝孔，它的左側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構圖。 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。 氣缸體的左側有工藝孔，加油管安裝法蘭，減壓機構軸孔，機油濾清器安裝平面，機油泵出油孔，油標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，其內儲存潤滑油。 2.2零件工藝分析 氣缸體是發(fā)動機的基礎零件和骨架，同時又是發(fā)動機總裝配時的基準零件。發(fā)動機的各機構和系統(tǒng)的零部件都安裝在它的內部或外部[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，合理的結構、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：結構的形狀復雜；加工的平面、孔多，內部成空腔，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要求 1）主軸承孔的精度為?95(+0.03 0)，表面質量為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)程設計 3.1計算零件生產綱領，確定生產類型 生產綱領和生產類型與工藝過程的關系十分密切，生產綱領不同，生產類型也不同，工藝過程也就具有不同的特點。生產綱領是指企業(yè)在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃。生產類型是指生產專業(yè)化程度的分類，分為大量生產、成批生產和單件生產3種類型。 3.1.1 計算生產綱領 生產綱領是指企業(yè)在計劃內應生產的產品產量和進度計劃。此設計中，生產綱領已給定：N=20000件。 3.1.2 確定生產類型、分析工藝特點 根據生產綱領和生產類型的關系，由N=20000件，可確定生產屬于大量生產。大量生產類型的工藝特點： 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，對調整工人技術水平要求較高； 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生的內應力和改善毛坯的力學性能。 毛坯的技術要求： 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.左側面四塊基準平面及三個凸臺面 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)程設計 3.3.1 定位基準的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程中的重要工作之一?；娴倪x擇正確、合理，可以保證加工質量，提高生產效率。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，使生產無法進行。 1）粗基準的選擇： 粗基準的選擇原則一般是：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，粗基準一般只應用在首道工序中，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腔（對口面）作為粗基準。另外，粗基準的選擇還要考濾能否保證定位準確，夾緊可靠；氣缸體內是否有足夠的空間，即內裝零件與箱壁是否有足夠的間隙。 2）精基準的選擇： 精基準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。在選擇精基準時，一般應遵循：基準重合、基準統(tǒng)一、互為基準的原則[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、底面和右側放水閥平面）為例，在其前一道工序中，已將氣缸體右側面四塊基準平面和三個凸臺面加工出來，目的就是為本道工序準備定位基準。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，首先根據零件主要表面的技術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前導工序的加工方法。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量、加工時間和所花費的費用卻是各不相同的，工程技術人員的任務，就是要根據具體加工條件(生產類型、設備狀況、工人的技術水平等)選用最適當的加工方法，加工出合乎圖紙要求的機器零件。具有一定技術要求的加工表面，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保證零件加工質量；? ②有利于及早發(fā)現毛坯缺陷并得到及時處理；? ③有利于合理利用機床設備。? 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，就是在一個工序內完成工件所有表面的加工[9]。傳統(tǒng)的流水線、自動線生產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高生產率生產，但對產品改型的適應性較差，轉產比較困難。? 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。采用數控機床、加工中心按工序集中原則組織工藝過程，生產適應性反而好，轉產相對容易，雖然設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、調質等，應在切削加工之前進行[10]。為消除工件內應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、立柱等結構較為復雜的鑄件，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:為保證零件制造質量，防止產生廢品，需在下列場合安排檢驗工序 ①粗加工全部結束之后； 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。?零件表層或內腔的毛刺對機器裝配質量影響甚大，切削加工之后，應安排去毛刺工序。零件在進入裝配之前，一般都應安排清洗工序。工件內孔、箱體內腔易存留切屑，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）機床設備與工藝裝備的選擇? 所選機床設備的尺寸規(guī)格應與工件的形體尺寸相適應，精度等級應與本工序加工要求相適應，電機功率應與本工序加工所需功率相適應，機床設備的自動化程度和生產效率應與工件生產類型相適應。工藝裝備的選擇將直接影響工件的加工精度、生產效率和制造成本，應根據不同情況適當選擇。在中小批生產條件下，應首先考慮選用通用工藝裝備(包括夾具、刀具、量具和輔具)；在大批大量生產中，可根據加工要求設計制造專用工藝裝備。機床設備和工藝裝備的選擇不僅要考慮設備投資的當前效益，還要考慮產品改型及轉產的可能性，應使其具有足夠的柔性。 3.3.3 工藝路線的制定 根據上述分析，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面上鉆孔 85 在氣缸體底面和左側面上鉆孔 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，并在左側面鉆油標尺孔底孔 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尺螺孔 110 在氣缸體底面和左右側面上攻螺紋 115 鉆氣缸體八個挺桿導管底孔 續(xù)表2 120 擴、鉸氣缸體八個挺桿導管底孔 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管 從氣缸體底面壓入，并使導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面上鉆孔 續(xù)表2 195 在氣缸體后端面和左右側面上鉸孔和攻螺紋，并鉸八個挺桿導管孔 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 準備移交檢驗 清除鑄件內的切屑，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，清洗機的水溫應在75到85度，用壓縮空氣吹凈零件 4 專用夾具的設計 4.1夾具設計概述 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。箱體零件結構復雜、不易定位；尺寸公差、形狀公差、和位置公差要求很嚴，內孔的粗糙度要求很高，這就需要設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量、提高加工效率、降低生產成本、改善勞動條件、保證生產安全、擴大機床的使用范圍、縮短產品的使用周期等方面有著極明顯的經濟效益。 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]。定位元件的結構與所定位工件的基準面有關。本次設計中的支承板、支撐釘、預定位板、擺動壓板。 2）夾緊機構：它是夾緊工件用的，其結構與所夾緊工件的部位和作用有關。夾緊機構通過原始力產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生位移和變形。本次設計中的擺動壓板。 3）夾具體：它是將定位元件、夾緊機構等聯(lián)接成一體的主體件，并與機床相聯(lián)接。 4）引導元件：為了預先調正刀具的位置，在夾具中設有確定刀具位置或導引刀具方向。本次設計中的對刀塊。 5）連接元件：它是設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力矩，加強夾具在工作過程中的穩(wěn)定性。本次設計中的定位鍵。 6）其他輔助元件 4.2 粗銑氣缸體平面夾具的設計 4.2.1 零件本工序的加工要求分析 該設計零件是氣缸體，它是發(fā)動機的基礎零件及骨架，同時又是發(fā)動機總裝配時的基準零件，是一個形狀復雜、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，形狀較復雜，任務書中指出，要求我們設計工序十（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底面間距為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，使氣缸體與對口面的間距為143.5±0.5，另外在加工右側放水閥平面時，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。特別是一些形體復雜的回轉體零件上的平面加工，在加工時，銑削用量一般較大，因此產生的切削力也較大[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情況是夾具和工作臺一起作送進運動，而夾具的整體結構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，綜合機床零件的結構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確。 在粗銑氣缸體頂面、底面和右側放水閥平面工序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，若支承釘經常更換，為防止換壞夾具體，可加裝一個淬硬的鋼質襯套，在支承釘的材料選時，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生移動或振動，即保持工件定位后的正確位置。 夾緊機構的種類有很多，分類方法也不一定完全一樣，就其夾緊特性可分為：直接夾緊機構和自鎖夾緊機構兩種[15]。在此設計中，我們采用直接夾緊機構——用氣動夾緊。這樣的優(yōu)點是：（1）無介質費用和供用上的困難，維護簡單，介質清潔，管道不易堵塞，亦不存在介質變質、補充和更換等問題；（2）空氣的粘度很小，在管道中的阻力小，能夠實現遠距離控制；（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整：試切工件凋整；用已加工好的樣件調整；用對刀裝置調整。 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向鍵，實現夾具與機床的定位）。 4.2.6 夾緊力的分析計算 根據工件加工要求、定位元件的結構和布置、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]。本設計中采用四個氣缸單獨驅動的擺動式壓板杠桿結構。四個垂直安裝的氣缸驅動缸體右側兩端的四塊擺動壓板將氣缸體夾緊，另外還設計了勾頭壓板夾緊氣缸體，防止在Y軸的竄動。 1）夾緊力應朝向主要限制面，根據夾具機構和工件加工形式可知，夾緊力主要方向應在Z方向，其次是Y軸方向。 2）夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內，在工件剛度高的方向和部位，并應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、夾緊機構的傳遞效率等有關，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，安全系數[19] K=K0K1K2K3 （1） 式中K0——基本安全系數，K0=1.5； K1——加工性質系數，K1=1.12； K2——刀具鈍化系數，K2=1.15； K3——切削特點系數，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，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總j已大于所需的9207.5N的夾緊力。則Z軸方向的夾具設計合理。 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，在夾具的右側與氣缸體之際安裝預定位板就行了，沒有必要再增加另外的的夾緊機構。 X軸方向的受力Fe1=KFe= Fc1×0.5=4604N≤12000N 經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，從而最終設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 畢業(yè)設計是大學的最后一堂課了，通過這次畢業(yè)設計，我很好的鞏固了大學所學的知識同時也學到了很多新的知識，各種學科的綜合運用在這次設計中得到了很好的體現。本次設計內容是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計，設計的主要工作有：了解零件的結構特點和技術要求；根據生產類型和所擬企業(yè)的生產條件，對零件進行結構分析和工藝分析；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。氣缸體的結構很復雜，為了能夠圓滿的完成此次畢業(yè)設計，我結合自己的實習工作崗位，參考了很多有關工藝夾具方面的資料，合理利用網絡上的資源，以及向老師和同學們請教，最終完善了設計方案。 本次設計由于時間緊任務重，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，關鍵是要在這個過程中總結經驗教訓，希望各位老師多多指教。 總之，這次畢業(yè)設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。 參考文獻 [1]高秀華,郭建華.內燃機[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005:5-10. 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