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大連大學(xué)
DALIAN UNIVERSITY
2017屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題目名稱： 柴油機(jī)汽缸蓋加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
所在學(xué)院：
機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)（班級）：
機(jī)英135班
學(xué)生姓名：
羅建軍
指導(dǎo)教師：
于靖華
評閱人：
馬宗民
院 長 ：
吳蒙華
序號
工藝名稱
工序內(nèi)容
10
平臺劃線
以1、6缸進(jìn)氣導(dǎo)管底面和6缸排氣口孔徑為基準(zhǔn)，劃100面（底面）和600面（頂面）的形線。
20
銑頂面
以100面（底面）為粗基準(zhǔn)，粗銑、半精銑600面（頂面），留余量0.5mm。
30
銑底面
以銑好的600面（頂面）為基準(zhǔn)，粗銑、半精銑100面（底面），留余量0.5mm。
40
平臺劃線
以1、6缸進(jìn)氣座孔孔徑為基準(zhǔn)，劃200面（噴油器側(cè)面）的形線。
50
銑200面
以頂面為定位基準(zhǔn)通過壓板和螺栓將缸蓋裝夾在銑床的工作臺上，利用臥銑頭加工200面的兩個(gè)工藝凸臺成品。
60
半精平磨600面
以100面（底面）為基準(zhǔn)平磨600面（頂面），留余量0.3mm。
70
半精平磨100面
以600面（頂面）為基準(zhǔn)平磨100面（底面），留余量0.3mm。
80
平臺劃線
以200面的工藝凸臺和100面（底面）為基準(zhǔn)，在100面的2-Φ12H8定位銷孔位置上劃2-Φ10H7工藝定位銷孔。
90
加工定位銷孔
以200面的工藝凸臺和100面為基準(zhǔn)通過垂直彎板和支撐方鐵定位夾緊，在100面的2-Φ12H8的定位銷孔的位置上鉆鉸2-Φ10H7工藝定位銷孔。
100
加工缸蓋周邊面
以100面和2-Φ16H7定位銷孔為基準(zhǔn)粗銑、精銑300面、400面、500面成品。
110
平磨600面
以100面為基準(zhǔn)平磨600面成品
120
平磨100面
以600面為基準(zhǔn)平磨100面成品
130
加工三周邊面孔
以100面和2-Φ10H7工藝定位銷孔為基準(zhǔn)加工300面、400面、500面上各孔：
a，加工500面孔：Φ16中心鉆12-M10、6-M8的中心孔，鉆12-M8的絲底孔為12-Φ8.5孔，鉆12-M10絲孔，鉆6-M8絲底孔為6-Φ6.8孔，鉸6-M8 絲孔，擴(kuò)6-Φ35.75塞片孔及鉸6-Φ36H9塞片孔。
b，工作臺旋轉(zhuǎn)900，加工300面孔：Φ16中心孔鉆4-M10、M14×1.5、M10×1的中心孔，鉆4-M10絲底孔為4-Φ8.5孔。鉸4-M10絲孔，鉆M14×1.5絲底孔為Φ12.5孔，鉆M10×1絲底孔Φ9孔，鉸M10×1絲孔，擴(kuò)M26×1.5絲孔的絲底孔為Φ24.5，鉸M26×1.5絲孔。
c，工作臺旋轉(zhuǎn)2700，加工400面孔：Φ16中心鉆打6-M10絲孔、2-M8絲孔、Φ5的中心孔，鉆6-M10絲底孔為6-Φ8.5孔，鉸6-M10絲孔，鉆2-M8絲底孔為2-M6.8孔，鉸2-M8絲孔，鉆Φ5通氣孔。
140
加工底面定位銷孔
以200面的工藝凸臺和100面以及2-Φ10H7工藝定位銷孔為基準(zhǔn)，通過垂直彎板和支撐方鐵定位夾緊，在100面上鉆鉸2-Φ12H8定位銷孔。
150
加工頂面孔
以100面和2-Φ12H7定位銷孔為基準(zhǔn)加工：
a，26-Φ28.1±00.2缸蓋螺栓沉孔，26-Φ15缸蓋螺栓孔，2-Φ15.5H8定位銷孔，12-Φ14導(dǎo)管底孔及其斷面300倒角，12-Φ26/Φ38環(huán)狀彈簧座孔，5-Φ20H7塞片孔，14-M8搖臂座絲孔，26-M6缸帽絲孔和進(jìn)氣彎管絲孔。
b，工作臺旋轉(zhuǎn)700加工油嘴孔，火花塞孔及油嘴的M8絲孔
160
清洗
高壓水槍手工清洗
170
裝配塞片
通過塞片裝配胎手工裝配
180
水磅試驗(yàn)
通過100面和300面兩塊密封板和密封墊以及400面的M26×1.5絲堵，封住缸蓋水腔通進(jìn)壓縮空氣，置于水箱檢測是否漏氣。
190
裝配座圈
通過座圈裝配胎和液態(tài)手工裝配進(jìn)氣座圈
200
精加工座圈和導(dǎo)管底孔
以600面和600面的2-Φ15.5定位銷孔為基準(zhǔn)加工座圈和導(dǎo)管底孔
210
裝配導(dǎo)管
通過導(dǎo)管裝配胎手工裝配進(jìn)排氣管，保證導(dǎo)管裝配高度
本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目：柴油機(jī)汽缸蓋加工工藝及夾具設(shè)計(jì)學(xué) 院：專 業(yè)、 班 級：學(xué) 生 姓 名：指導(dǎo)教師（職稱）：
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告要求
開題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；
3. 開題報(bào)告不合格或沒有做開題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報(bào)告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目
柴油機(jī)汽缸蓋加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
2. 研究領(lǐng)域
題目涉及機(jī)械加工、夾具設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等許多方面的專業(yè)知識。
3. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
柴油機(jī)的主要機(jī)構(gòu)組件一般包括：機(jī)體、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電器系統(tǒng)。其中機(jī)體是柴油機(jī)的骨架，由它來支撐和安裝其它部件，包括：缸體、缸套、缸蓋、缸墊、油底殼等。汽缸蓋裝在汽缸體上部，用缸蓋螺栓緊固在汽缸體上，其作密封汽缸上部，構(gòu)成燃燒室。汽缸蓋的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量就必須制定合理的汽缸蓋加工工藝規(guī)程并設(shè)計(jì)滿足要求的機(jī)床夾具。所謂加工工藝是指利用傳統(tǒng)機(jī)械加工的方法，按照圖紙的圖樣和尺寸，使毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)成為合格零件的全過程，加工工藝是工人進(jìn)行加工前所需要做的工作，避免在加工過程中發(fā)生加工失誤，造成經(jīng)濟(jì)損失。而在機(jī)械行業(yè)中，夾具是實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)自動化和工業(yè)自動化的基礎(chǔ)，它是在工件在機(jī)床上進(jìn)行加工時(shí)，為保證加工精度和提高生產(chǎn)率，必須使工件在機(jī)床上相對刀具占有正確位置，完成這一功能的輔助裝置。為了可靠地保證工件的加工精度、提高加工效率、減輕勞動強(qiáng)度，我們可對一些工序設(shè)計(jì)專用夾具。
4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
柴油機(jī)是目前被產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的各種動力機(jī)械中熱效率最高、能量利用率最好、最節(jié)能的機(jī)型。被廣泛運(yùn)用于船舶動力、發(fā)電、灌溉、車輛動力等廣闊領(lǐng)域，尤其在車用動力方面尤為明顯，全球車用動力“柴油化”趨勢已形成，目前國內(nèi)生產(chǎn)柴油機(jī)廠家有東風(fēng)康明斯,濰柴動力,濟(jì)柴,大連柴油機(jī),無錫柴油機(jī)，玉林柴油機(jī)等。其中大連柴油機(jī)（道依茨一汽）主導(dǎo)產(chǎn)品有 C、D、E、H、K 五大系列，功率覆蓋 80～340 馬力， 各種變型和適應(yīng)性產(chǎn)品 300 余種的柴油機(jī)。而濟(jì)柴生產(chǎn) 190 系列、140 系列等，140 系列汽缸蓋加工工藝流程為: 毛坯檢驗(yàn)→劃線→上、下平面加工→燃燒室面孔系綜合加工→罩殼面孔系綜合加工→四周面綜合加工→工序檢驗(yàn)→補(bǔ)充加工→清理→清洗
→完工檢驗(yàn)。目前國內(nèi)柴油機(jī)汽缸蓋加工符合一般箱體類零件加工的基本原則，其面系與孔系的加工應(yīng)遵循粗加工、半精加工和精加工，先面后孔的工藝原則。一般的加工工藝流程為：劃線并檢驗(yàn)毛坯→粗車上、下面→精車下面→劃線→鉆孔→銑四周面并加工四周面孔→銑上平面并加工上、下面各孔系→劃線→加工四周各深孔→加工其他各孔。目前國外柴油機(jī)著名生產(chǎn)廠家有康明斯（主要產(chǎn)品 M 系列，B 系列，C 系列），道依茨（主要產(chǎn)品有 1011 系列( 2 、 3 、 4 、缸，含增壓機(jī))、912 系列( 3 至 6 缸，
含低污染機(jī))、913 系列( 3 、 4 、 6 缸，含增壓及中冷機(jī))、413 系列低污染機(jī)( 5 、
6 、 8 、 10 、 12 缸)、513 系列( 8 、 10 、 12 缸，含增壓及中冷機(jī))、1012 系
列增壓機(jī)( 4 、 6 缸，含中冷機(jī))、1013 系列增壓機(jī)( 4 、 6 缸，含中冷機(jī))、1015
系列增壓機(jī)( 6 、 8 缸，含中冷機(jī))）等。對于汽缸蓋的生產(chǎn)加工，在國外已是一個(gè)相當(dāng)成熟的生產(chǎn)領(lǐng)域。近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)及數(shù)控技術(shù)的廣泛使用，使機(jī)械制造的柔性、動化得以實(shí)現(xiàn)。汽缸蓋的產(chǎn)不再僅僅完成仝部機(jī)械加工工序，還能完成自動上下料，加工過程中的自動測量與補(bǔ)償，自動裝配打印，去毛刺，最終檢驗(yàn)，自動儲存，并同時(shí)對每段自動線及全車間進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)及故障的監(jiān)視和記錄。生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從毛坯上線、成品下線全過程自動化，并以此為基礎(chǔ)，向著計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）發(fā)展。國際上先進(jìn)的柴油機(jī)制造企業(yè)如 MAN、B&W 等公司在制造工藝、刀具等方面都進(jìn)行了一系列變化，生產(chǎn)趨向柔性化，大量采用CNC 或加工中心來實(shí)現(xiàn)柔性加工，用專用加工中心構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)，大量采用涂層硬質(zhì)合金刀具、PCD 和 CBN 刀具，且切削速度大大提高，廣泛采用復(fù)合型加工工藝和刀具來節(jié)省設(shè)備投資和減少加工時(shí)間。國內(nèi)柴油機(jī)制造企業(yè)以往由于產(chǎn)品單一， 生命周期長，大多采用組合機(jī)床（通常稱為專機(jī)）組成的剛性制造系統(tǒng)。但近年來通過對加工中心和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備的引入，對同一系列產(chǎn)品差異化工序逐步進(jìn)行柔性化，剛性化加工逐漸向半柔性加工線轉(zhuǎn)化。為保證產(chǎn)品精度，國內(nèi)外許多組合機(jī)床和刀具制造廠，如大連組合機(jī)床研究所、Ex-Cell-0、Alfing 等機(jī)床廠和 Komet、Beck 等刀具廠都重視技術(shù)設(shè)備與刀具的開發(fā)。
對于加工時(shí)所應(yīng)用的機(jī)床夾具也在不斷優(yōu)化，其中通用夾具發(fā)展趨勢：高精度與精密。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)生產(chǎn)精密和高精度的自定心卡盤，它能保證檢驗(yàn)棒的振擺范圍在 0.03-0.005mm（普通精度是 0.05-0.1mm）。此外在數(shù)控機(jī)床、加工中心機(jī)床、柔性加工單元和柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展帶動下，誕生了數(shù)控機(jī)床夾具，并正朝著多功能、模塊化、高精度、高剛性、高強(qiáng)度、通用化、快速化和自動化的方向發(fā)展。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1. 重點(diǎn)解決的問題
該選題是為保證柴油機(jī)汽缸蓋的加工精度，故所重點(diǎn)解決的問題是根據(jù)相關(guān)的工作參數(shù)設(shè)計(jì)合理的加工工藝規(guī)程：缸體加工中的定位基準(zhǔn)主要應(yīng)用一面兩銷，即為底平面和底面的兩個(gè)定位銷孔。所以要先加工出定位面即底面和定位孔即底面兩個(gè)定位銷孔。本著先基準(zhǔn)后其他，先粗后精，先面后孔，先主后次和保證零件的加工精度這幾項(xiàng)基本原則，安排出缸體的加工工藝 。此外某道工序的機(jī)床夾具設(shè)計(jì)：夾具存在幾何誤差，應(yīng)把誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)。
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
（1） 柴油機(jī)汽缸蓋工作參數(shù)分析。①尺寸精度。②幾何精度。③位置精度。④表面粗糙度。
（2） 柴油機(jī)汽缸蓋機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)。確定毛坯制造形式以及制定工藝路線，計(jì)算工序尺寸，解算尺寸鏈，確定機(jī)床、刀具及切屑用量。
（3） 柴油機(jī)汽缸蓋機(jī)械加工工藝規(guī)程，編寫工藝卡、工序卡和檢驗(yàn)卡等工藝文件。
（4） 設(shè)計(jì)某道工序的機(jī)床夾具并進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算。①夾緊機(jī)構(gòu)的選擇。②夾緊機(jī)構(gòu)的說明。③夾具設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題④夾具的工作原理與技術(shù)要求。
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果能夠提供以下材料：
(1)確定汽缸蓋加工工藝規(guī)程與設(shè)計(jì)。(2)工藝卡、工序卡、以及檢驗(yàn)卡。(3)某道工序夾具零件圖及裝配圖。(4)汽缸蓋零件圖。
(5)汽缸蓋三維視圖。(6)說明書一份。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）：
采用文獻(xiàn)分析法：根據(jù)一定目的，通過搜集和分析文獻(xiàn)資料而進(jìn)行研究的研究方法。此外還有定量分析法：對研究對象的認(rèn)識進(jìn)行進(jìn)一步精確化，以便更加科學(xué)的揭示規(guī)律，把握本質(zhì)，理清關(guān)系，預(yù)測事物發(fā)展趨勢。
（ 1 ） 柴油機(jī)汽缸蓋主要工作參數(shù)分析： ① 尺寸精度長 836±0.05mm ，寬
237±0.05mm，高 90±0.05mm；②座圈底孔與其導(dǎo)管底孔的同軸度為Ф0 .05mm ,座圈 錐 面 對 導(dǎo) 管 孔 的 同 軸 度 為 Ф 0.04mm, ③ 孔 直 徑 為 mm ，
mm, mm 等。
（2）柴油機(jī)汽缸蓋機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)。汽缸蓋傳統(tǒng)加工工藝為:毛坯 + 后續(xù)熱處理→上、下面粗加工→上、下面精加工→定位面螺栓孔加工→四周面加工→上、下平面孔系綜合加工→四周平面孔系加工→清理清洗→零部件組裝(密封試驗(yàn)) → 氣閥座面及導(dǎo)管孔組合加工→檢驗(yàn)→氣閥座面配研及著色檢查→零部件部裝→完
工。
（3） 柴油機(jī)汽缸蓋機(jī)械加工工藝規(guī)程，編寫工藝卡（內(nèi)容包括零件的材料、重量、毛坯種類、工序號、工序名稱等）、工序卡（內(nèi)容包括工序簡圖工藝參數(shù)、操作要求以及所用的設(shè)備及工藝裝備、）和檢驗(yàn)卡等工藝文件。
（4） 設(shè)計(jì)某道工序的機(jī)床夾具并進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算。夾具設(shè)計(jì)的定位選擇以氣缸蓋底面為第一定位基準(zhǔn)，可采用支承板實(shí)現(xiàn)氣缸蓋的三點(diǎn)定位。
（5） 相關(guān)外文資料翻譯。
（6） 撰寫說明書。
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：安排設(shè)計(jì)任務(wù)，制定設(shè)計(jì)要求。
第 2 周：分析設(shè)計(jì)題目，了解相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，復(fù)習(xí)專業(yè)知識。
第 3 周：查找設(shè)計(jì)資料及設(shè)計(jì)文獻(xiàn)。
第 4 周：撰寫開題報(bào)告，修改開題報(bào)告，開題答辯。
第 5 周：安排汽缸蓋加工路線。
第 6 周：計(jì)算工序尺寸，解算尺寸鏈。
第 7 周：計(jì)算切削用量、選擇機(jī)床、刀具、量具等。
第 8 周：制定工藝規(guī)程，填寫工藝文件：工藝卡、檢測卡。
第 9 周：填寫工藝文件：工序卡。
第 10 周：選擇某道工序，設(shè)計(jì)該序機(jī)床夾具，確定定位方案，計(jì)算定位誤差。
第 11 周：設(shè)計(jì)夾具定位元件、對刀元件（裝置）和夾緊元件（裝置）。
第 12 周：繪制夾具裝配圖。
第 13 周：繪制夾具零件圖。
第 14 周：撰寫設(shè)計(jì)說明書。
第 15 周：選擇一篇外文文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯。
第 16 周：修改設(shè)計(jì)說明書和補(bǔ)充，準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1] 王邵.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊[D].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.
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文獻(xiàn)綜述
作為車輛的核心部件，柴油發(fā)動機(jī)的加工質(zhì)量是整個(gè)車輛加工的基礎(chǔ)，汽缸蓋與活塞、缸套一起組成燃燒室，在汽缸蓋內(nèi)腔布置有進(jìn)、排氣道，在汽缸蓋內(nèi)、外還安裝了噴油器、進(jìn)排氣門及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)、示動閥等。而汽缸蓋作為柴油機(jī)上的主要零部件，其加工質(zhì)量的好壞將直接導(dǎo)致車輛性能。
1 汽缸蓋簡介
1.1 汽缸蓋作用
汽缸蓋用于螺栓緊固于機(jī)體頂部，成為柴油機(jī)的頂端部件，其功能如下：（1）封閉汽缸套頂部，與活塞、缸套共同組成密閉的汽缸工作空間。（2）將汽缸套壓緊于機(jī)體正確部位上，使活塞運(yùn)動正常。（3）安裝柴油機(jī)及各種附件，如噴油器、進(jìn)、排閥裝置、汽缸起動器、示功閥、安全閥以及氣閥搖臂裝置等。（4）布置進(jìn)、排氣道，冷卻水道等。在小型高速機(jī)的汽缸蓋中還布置漩渦室或預(yù)燃室等，因此汽缸蓋中孔腔、通道繁多，使其結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜。
1.2 汽缸蓋工作條件
工作中，汽缸蓋的底面就是燃燒室的頂壁，承受高溫高壓燃?xì)馑┘拥臋C(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷。同時(shí)受到緊固聯(lián)接螺栓的安裝預(yù)緊力以及冷卻水和高溫燃?xì)獾母g作用。汽缸蓋在高溫、高壓的條件下工作，機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜，當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，汽缸蓋所受的作用力主要有:(1)汽缸蓋緊固螺栓的預(yù)緊力。（2）氣壓應(yīng)力。（3）熱應(yīng)力。
1.3 汽缸蓋常用材料
汽缸蓋要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證不會因?yàn)閼?yīng)力和變形過大而產(chǎn)生裂紋或者漏泄；汽缸蓋地板，尤其是孔閥之間和高溫部位，需要良好的冷卻；構(gòu)造簡單、便于拆裝、檢修和管理，冷卻水的水垢易于清除，同時(shí)材料應(yīng)具有良好的澆筑工藝性，受壓面和各種道腔應(yīng)分別符合規(guī)定的壓力試驗(yàn)要求。故而汽缸直徑在 400mm 以下的汽缸蓋材料多用 HT400 之類的灰鑄鐵；400mm 以上者多用球墨鑄鐵。不少大型低俗柴油機(jī)采用鑄鋼缸蓋或者鑄鐵-鑄鋼組合式缸蓋。[9]
2 加工工藝
機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機(jī)械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。它是機(jī)械制造工廠最主要的技術(shù)文件。[5] [7]
2.1 毛坯
提高毛坯精度 ,減少加工余量是提高自動化生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)率及加工質(zhì)量的重要措施 。由于國外箱體類零件毛坯質(zhì)量和精度較高, 其生產(chǎn)系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了毛坯直接上線, 并省去了毛坯檢查裝置,同時(shí)也節(jié)省了由于毛坯質(zhì)量問題而造成的加工工時(shí)浪費(fèi),這樣, 減少了設(shè)備 、廠房面積和加工工時(shí),提高了綜合效益。由于國外采用了先進(jìn)的鑄造工藝,其毛坯余量普遍控制在 ≤3mm 以內(nèi), 而國內(nèi)毛坯余量一般在 4～ 6mm , 甚至最大可達(dá) 8mm, 且毛坯質(zhì)量較差 。如果采用這種毛坯上線 ,不僅要設(shè)置
毛坯檢查裝置, 而且由于銑削余量的增加,降低了銑削速度 ,影響了生產(chǎn)率的提高。因此 ,精化毛坯 ,是提高生產(chǎn)率最有潛力的出路,現(xiàn)已引起各內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)廠的重
視 , 一批現(xiàn)代化的鑄造車間已在國內(nèi)建成投產(chǎn),毛坯質(zhì)量亦有明顯提高。對于生產(chǎn)線,為了提高毛坯上線加工前精度,彌補(bǔ)毛坯精度差、余量大的不足,可在鑄造車間粗銑六個(gè)面 ,去除大部分余量,以達(dá)到精化毛坯的目的,便于零件直接上線。
2.2 機(jī)加工工藝基準(zhǔn)的選擇與加工
選擇合理的加工工藝基準(zhǔn), 直接關(guān)系到能否保證零件的加工質(zhì)量。機(jī)加工工序選擇順序：（1）先基準(zhǔn)后其他。（2）先粗后精。（3）先面后空。（4）先主后次。一般地說, 工藝基準(zhǔn)可分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。氣缸蓋的加工工藝流程為: 毛坯檢驗(yàn)→ 劃線→上、下平面加工→燃燒室面孔系綜合加工→罩殼面孔系綜合加工→四周面綜合加工→工序檢驗(yàn)→補(bǔ)充加工→清理→清洗→完工檢驗(yàn)。[10]
2.2.1 粗基準(zhǔn)
對于上線的毛坯 ,其粗基準(zhǔn)的選擇更加重要。如果粗基準(zhǔn)選擇不合理 ,會影響到加工余量分布不均勻、非加工面偏移,造成廢品。最常見的情況是汽缸蓋座圈底孔余量不均勻、氣道位置形狀發(fā)生變化等等。因此, 必須選擇主要孔系(面),或在鑄造過程中重點(diǎn)保證孔系(面)作為粗基準(zhǔn) ,以保證關(guān)鍵孔系(面)加工余量均勻 ,位置準(zhǔn)確。另外,由于在自動線加工過程中 ,無人為因素 ,因此 ,還必須注意選擇表面質(zhì)量較好, 位置度較高的表面為粗基準(zhǔn) ,確保零件定位可靠 。在汽缸蓋生產(chǎn)線中, 一般采用頂面 、進(jìn)氣座圈底孔和進(jìn)氣道方孔為粗基準(zhǔn), 加工定位銷孔或加工出過渡基準(zhǔn)后加工定位銷孔, 保證座圈底孔和氣道質(zhì)量。
2.2.2 精基準(zhǔn)
對于汽缸蓋這種箱體零件來說 ,一般采用“一面兩銷”作為全線的統(tǒng)一基準(zhǔn)。定位銷孔的距離公差一般為 ±0.015～ ±0.025, 基準(zhǔn)面的平面度為 0.04～0.06/ 800,表面粗糙度 Ra1.6。目前 ,國外普遍認(rèn)為應(yīng)提高基準(zhǔn)面的平面度, 平面度誤差可造成工件定位不可靠 ,使工件在夾緊過程中發(fā)生變形 。因此 , 一般要求其平面度在 0.04/1000 以內(nèi) 。對于較長的自動線或生產(chǎn)系統(tǒng) ,由于定位銷孔在使用過程中的磨損而造成定位不準(zhǔn)確,因此,將定位銷孔分為 2～ 3 段使用 。第 1 段用于粗加工,2、3 段用于精加工 ,這樣使定位可靠。在定位銷的加工中, 為保證定位銷孔的距離公差 ,可根據(jù)制造系統(tǒng)的不同而確定,一是采用固定鉆模, 同一導(dǎo)向套, 鉆、鏜 、鉸工藝銷孔 ,隨著數(shù)控設(shè)備的廣泛應(yīng)用, 目前這一方法已較少采用。二是采用剛性二工位專用機(jī)床鉆 、鉸工藝銷孔。這種方法可獲得較高的加工精度, 但僅能加工定位銷孔距離固定的系列產(chǎn)品, 柔性較差 。三是采用加工中心或精度較高的數(shù)控加工設(shè)備 , 鉆、鏜(擴(kuò))、鉸工藝銷孔。該方法由于加工精度高、柔好,是今后的發(fā)展方向。[12]
2.3 面加工
汽缸蓋大平面精度要求較高 , 一般平面度為 0.04/800,Ra1.6, 在加工過程
中 , 通常采用三種方法。一是粗銑—半精銑 —精銑工藝 , 二是粗銑—半精銑—磨削 ,另一種是粗銑 —(精銑)—拉削。目前 ,銑削是面加工的主要手段,國內(nèi)銑削進(jìn)給量一般為 200～ 400mm/分 ,因此, 在大批量生產(chǎn)中,銑削成了一道限制性工序 。近幾年來,由于采用了先進(jìn)刀具材料(如涂層刀片、陶瓷刀片等)、刀具結(jié)構(gòu)(密齒銑刀盤等)以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的改善, 其銑削進(jìn)給量可達(dá) 500～ 1000mm/分, 但與國外銑削進(jìn)給量 2000mm/分 ～ 4000mm/分相比, 相差甚遠(yuǎn),有待于提高。同時(shí), 應(yīng)盡可能縮短輔助時(shí)間 ,如零件輸送與刀具退回時(shí)間重合, 線外調(diào)刀與對刀,提高零件輸送速度等。因此 ,提高銑削進(jìn)給量 ,縮短輔助時(shí)間 ,是提高生產(chǎn)效率的主要途徑。[8]
2.4 氣缸蓋機(jī)械加工工藝的關(guān)鍵問題
座圈錐面與其導(dǎo)管孔的加工是氣缸蓋加工中最關(guān)鍵的工序 。其精度一般為:高速發(fā)動機(jī)座圈底孔與其導(dǎo)管底孔的同軸度為Ф0 .03mm ,座圈錐面對導(dǎo)管孔的同軸度為 Ф0.025mm , 轉(zhuǎn)速低于 3600r/min 的 內(nèi) 燃 機(jī) 可 分 別 降 為 Ф0.05mm、Ф 0.04mm,一般采用鉆 —(復(fù)合擴(kuò))—半精鏜閥座、導(dǎo)管底孔 —精鏜閥座底孔 、槍鉸導(dǎo)管底孔 —壓導(dǎo)管、座圈—精車座圈錐面 、槍鉸導(dǎo)管孔工藝。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)綱領(lǐng)及加工精度 ,應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題:（1）定位方式。（2）氣門座圈孔與導(dǎo)管孔底孔的加工。（3）座圈錐面加工方式。（4）導(dǎo)管孔的加工方式。[4][14]
3 夾具設(shè)計(jì)
機(jī)床夾具是機(jī)床上用以裝夾工件(和引導(dǎo)刀具)的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機(jī)床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。通常分為；
（1）機(jī)床附件類夾具。(2)可調(diào)夾具。（3）隨行夾具。（4）組合夾具。（5）專用夾具。而夾具的主要組成部分有：定位元件、夾緊裝置、對刀元件、引導(dǎo)元件、其他裝置、連接元件和連接表面以及夾具體。夾具在機(jī)械加工中如果能夠得到合理使用， 就能對加工零件的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，然而在實(shí)際操作過程中，因?yàn)閷A具的使用規(guī)范、使用標(biāo)準(zhǔn)的了解不足、掌握不準(zhǔn)確，導(dǎo)致夾具控制的刀具與機(jī)床之間出現(xiàn)了較大的空隙，從而致使幾何誤差的出現(xiàn)。夾具應(yīng)定位合理、夾緊可靠、操作簡便， 提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，實(shí)現(xiàn)零件產(chǎn)品的最終要求，同時(shí)保證尺寸加工精度。
[13]
4 課題研究方法
本課題采用的研究方法為文獻(xiàn)分析法，即根據(jù)一定目的，通過搜集和分析文獻(xiàn)資料而進(jìn)行研究的研究方法。根據(jù)參考文獻(xiàn)，擬采用汽缸蓋傳統(tǒng)加工工藝即毛坯 + 后續(xù)熱處理→上、下面粗加工→上、下面精加工→定位面螺栓孔加工→四周面加工
→上、下平面孔系綜合加工→四周平面孔系加工→清理清洗→零部件組裝(密封試驗(yàn)) →氣閥座面及導(dǎo)管孔組合加工→檢驗(yàn)→氣閥座面配研及著色檢查→零部件部裝
→完工的加工路線。其中加工最為關(guān)鍵的導(dǎo)管孔可用槍膛與精車的加工方法。設(shè)計(jì)簡潔方便、高效的機(jī)床夾具以保證尺寸誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，目前可采用液壓夾具和數(shù)控機(jī)床夾具。
指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評閱）
審核
教研室主任意見
意
見
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簽字： 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見
簽字： 年 月 日公章：
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摘 要
柴油機(jī)汽缸蓋從毛坯到成品的加工過程中往往涉及到加工工藝和夾具。其中加工工藝關(guān)系到汽缸蓋的加工順序、加工方法的選擇，而夾具決定著最終成品質(zhì)量的優(yōu)劣。所以對柴油機(jī)汽缸蓋加工工藝及夾具設(shè)計(jì)十分重要。
針對柴油機(jī)汽缸蓋進(jìn)行加工工藝及夾具設(shè)計(jì)。汽缸蓋被安置在缸體上方，通過螺栓緊固于缸體上，構(gòu)成封閉環(huán)境，組成燃燒室。由于體積大，且要求的精度較高。故為加工出合格的產(chǎn)品，就必須先設(shè)計(jì)出好的加工工藝和夾具。此外，工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部為空腔，壁厚的分布不均勻，在面上的孔較多，致其加工難度大，而加工工藝也變得相對復(fù)雜。
對汽缸蓋的作用、加工工藝和夾具需做較全面的分析計(jì)算及論證,并對汽缸蓋毛坯、零件結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求、精度要求分析，重點(diǎn)在于選出合理的加工工藝及其方案。設(shè)計(jì)計(jì)算出每道加工工序的加工余量、尺寸要求和選取加工車床、刀具等設(shè)備裝置。并計(jì)算出其加工工序的加工時(shí)間、切削深度、切削用量及進(jìn)給量。綜合上面所述數(shù)據(jù)繪制缸蓋加工工藝卡片，對一些非常重要的工序需要詳細(xì)說明。
而在設(shè)計(jì)缸蓋的夾具方面，本次是針對汽缸蓋表面的螺栓沉孔加工所設(shè)計(jì)的通用夾具。其中包含了定位元件、夾緊裝置、對刀裝置的設(shè)計(jì)。對定位誤差分析計(jì)算，并計(jì)算其夾緊裝置的剛度校核。最后，簡要說明夾具的安裝、使用方法，并附上相應(yīng)的夾具體和夾具裝配圖。
關(guān)鍵詞： 汽缸蓋；加工工藝；工序尺寸；夾具
ABSTRACT
Diesel engine cylinder head from rough to finished product processing often involves the processing technology and fixture. The processing technology is related to the processing sequence of the cylinder head and the choice of processing methods, and the fixture determines the quality of the final product quality. So the processing technology and fixture design of diesel engine cylinder head is very important.
Machining technology and fixture design for diesel engine cylinder head .The cylinder head which fastened to the cylinder by bolts is placed above the cylinder. They form a closed environment and make up the combustion chamber. Due to the large volume, the required accuracy is higher. Therefore, in order to process a qualified product, it is necessary to design a good processing technology and fixture. In addition, the structure and shape of the parts are complex and Internal cavity, wall thickness uneven, more holes on the surface cause that Its processing is difficult, and the processing technology has become relatively complex.
We need to do a more comprehensive analysis and demonstration for the effect cylinder head, processing technology and fixture. Cylinder head blank, parts structure, technical requirements, accuracy requirements should also be analyzed. The focus is on how to choose a reasonable processing technology and its program. Design and calculation of each processing process processing margin, size requirements and selection of processing lathes, knives and other equipment. and calculate the processing time of its processing, cutting depth, cutting the amount and feed. According to the above data drawing cylinder head processing technology card, for some very important process ,we need to elaborate.
This is the cylinder head on the surface of the bolt hole design of the universal fixture design in the design of the cylinder head of the fixture, which contains the positioning and clamping components of the design. Analysis and calculation of positioning error，it’s necessary to calculate the strength check of the clamping device. Finally, we should briefly explain the fixture installation and how to use it,and give the corresponding fixture and fixture assembly diagram.
Keywords : cylinder head ; production process ; process ; fixture
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
2 汽缸蓋分析 4
2.1 汽缸蓋的作用 4
2.2 汽缸蓋的工藝分析 4
2.3 汽缸蓋的主要技術(shù)要求 5
2.4 汽缸蓋零件圖的分析 6
3 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 8
3.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 8
3.2 汽缸蓋毛坯的確定 8
3.3 基準(zhǔn)選擇 9
3.4 汽缸蓋的加工工藝方案選擇 9
3.5 工藝路線 10
3.6 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 12
3.7 加工孔與定位孔的尺寸鏈計(jì)算 13
3.8 切削用量計(jì)算 16
4 夾具的設(shè)計(jì) 19
4.1 夾具概述 19
4.2 定位誤差計(jì)算 19
4.3 夾具方案的提出 20
4.4 設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)的要求 21
4.5 夾具的設(shè)計(jì) 21
4.6 汽缸蓋夾具設(shè)計(jì)裝配圖及夾具體零件圖 25
5 環(huán)保分析 26
6 結(jié)論 27
參考文獻(xiàn) 28
附錄1：外文翻譯 30
附錄2：外文原文 37
致 謝 41
42
柴油機(jī)汽缸蓋加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
1 緒論
目前柴油機(jī)因其節(jié)能、高效等優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用到各類動力領(lǐng)域，例如車用動力領(lǐng)域。而制造柴油機(jī)在國內(nèi)有：東風(fēng)康明斯、濰柴動力、濟(jì)柴、大連柴油機(jī)、無錫柴油機(jī)、玉林柴油機(jī)等。其中大連柴油機(jī)（道依茨一汽）主要生產(chǎn)系列有C、D、E、H、K五大系列，功率覆蓋80～340馬力，柴油機(jī)工作環(huán)境的不同而型號系列各異的產(chǎn)品有300多種。而濟(jì)柴生產(chǎn)190系列、140系列等。所產(chǎn)系列較多，然而其核心技術(shù)大多被外國一些技術(shù)成熟的柴油機(jī)廠家所掌握，我國要想在柴油機(jī)市場上有競爭力，需要有自己的核心技術(shù)，其中包括如何提高零件的精度、怎樣以簡單全面的加工方式獲得最優(yōu)的加工零件。而國外制造柴油機(jī)的有：康明斯（主要產(chǎn)品M系列，B系列，C系列），道依茨主要產(chǎn)品有1011 系列、912 系列、913 系列、413 系列低污染機(jī)、513 系列、1012 系列增壓機(jī)、1013 系列增壓機(jī)、1015 系列增壓機(jī)等，其中不同系列又有不同的鋼數(shù)，例如8缸、10缸、12缸。而對汽缸蓋的制造加工，國外已經(jīng)形成一套全方位、相當(dāng)成熟的機(jī)制，不再只局限于汽缸蓋的機(jī)械加工，近些年來，伴隨科技的發(fā)展和數(shù)字化信息對工件加工的影響，機(jī)械式的工件加工不再適合汽缸蓋，已逐漸形成毛坯的自動供給和卸載，根據(jù)加工情況完成補(bǔ)給，自動去出毛刺，保證加工平滑，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造柔性生產(chǎn)。在刀具方面，復(fù)合型加工工具因能廣泛使用而不局限某一加工從而節(jié)省投資，加工時(shí)間也相比以往有所減少，為保證加工精度，機(jī)床與刀具制造廠也越來越注重技術(shù)設(shè)備與刀具開發(fā)。
在夾具方面，面對夾具的不斷優(yōu)化，其通用夾具已成發(fā)展優(yōu)勢，并在此基礎(chǔ)上還能達(dá)到高精度與高精密的要求。本次的夾具設(shè)計(jì)是保障頂面沉孔的固定加工，所以一面兩銷的定位方式最為合適，該夾具不但適合本次加工，也能運(yùn)用到其他零件的加工，符合通用夾具的要求，保證了孔的加工精度。伴隨數(shù)控的運(yùn)用，自動定位夾緊已成為夾具設(shè)計(jì)的方向，模塊化、高剛性、高精度、高強(qiáng)度、通用化、快速化及自動化的夾具也逐步得以實(shí)現(xiàn)。
本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為柴油機(jī)汽缸蓋的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)。對柴油機(jī)汽缸蓋的工作用途、加工工藝及其中某一夾具進(jìn)行了具體分析與設(shè)計(jì)，分析汽缸蓋零件結(jié)構(gòu)、缸蓋的各項(xiàng)技術(shù)、尺寸精度要求及毛坯加工方式。詳細(xì)分析理解分析柴油機(jī)汽缸蓋的加工工藝，傳統(tǒng)的加工工藝為毛坯 + 后續(xù)熱處理→上、下面粗加工→上、下面精加工→定位面螺栓孔加工→四周面加工→上、下平面孔系綜合加工→四周平面孔系加工→清理清洗→零部件組裝(密封試驗(yàn)) →氣閥座面及導(dǎo)管孔組合加工→檢驗(yàn)→氣閥座面配研及著色檢查→零部件部裝→完工的加工路線，對其有所欠缺的地方進(jìn)行分析改良，從而確定選擇出最終加工方案。同時(shí)在加工工藝中確定出各項(xiàng)加工工序的加工余量和工序尺寸，并以此選擇相關(guān)的機(jī)床、刀具及工件定位所需的夾具、量具。分析計(jì)算各項(xiàng)各項(xiàng)工序的切削三要素：切削速度V、進(jìn)給量F和切削深度ap。當(dāng)前我國國情來看，汽車與飛機(jī)制造業(yè)用汽缸蓋的加工工藝已無需考慮，然而沒有得到成熟的運(yùn)用，在其它行業(yè)的普及不足，主要是在一些科研范疇中有所應(yīng)用，從此可看出推廣汽缸蓋的加工工藝是迫在眉睫，水平低和普及度不夠說明汽缸蓋在我國的發(fā)展空間還很大。例如針對汽缸蓋面的加工，目前汽缸蓋表面主要加工手段是銑削，的進(jìn)給量是當(dāng)前國內(nèi)的限制，這對汽缸蓋的大批量加工會產(chǎn)生很大的約束。最近幾年,通過使用改良后刀具材料(如在刀具表面涂金屬漆、合金等)、刀具構(gòu)造(密齒銑刀盤等)以及對機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行合理排列, 可讓汽缸蓋的銑削提高至, 然而國外已經(jīng)達(dá)到。因此，合理設(shè)計(jì)出好的加工工藝是汽缸蓋乃至制造業(yè)所不可缺少的一部分。
此外還對汽缸蓋某一加工工序進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)，本次是對工序號150的頂面孔加工中的26-Φ18.1×15的缸蓋螺栓沉孔進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)簡潔方便、高效的機(jī)床夾具以保證尺寸誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，目前可采用液壓夾具和數(shù)控機(jī)床夾具。本次使用一面兩銷的定位方式進(jìn)行加緊定位，而在加工定位銷孔時(shí)，銷孔尺寸會出現(xiàn)一定的誤差，而在銷與孔配合過程中會出現(xiàn)定位誤差，故而與孔配合的一個(gè)銷是菱形銷才能保證過定位，而最終定位誤差總和少于工序公差的13。分析計(jì)算尺寸鏈，對夾具的使用方式、工作原理進(jìn)行說明，并繪制夾具體零件圖、夾具裝配圖以及三維視圖等。本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決的問題也是如今世界各柴油機(jī)生產(chǎn)廠家所重點(diǎn)考慮的問題：汽缸蓋的加工精度。加工精度越高意味著汽缸蓋與其他零件相接程度越高，封閉性更好。夾具設(shè)計(jì)存在幾何誤差，但誤差應(yīng)限制在指定的合理范圍內(nèi)。在實(shí)際加工時(shí)，由于對夾具的錯誤使用、對理論依據(jù)不了解、操作不當(dāng)?shù)?，致使夾具控制的刀具在對刀和加工不到位，從而產(chǎn)生幾何誤差。同時(shí)夾具應(yīng)定位合理、夾緊牢靠、操作簡單，效率的提高、時(shí)間的縮減、成本的減少，保證最終加工要求。
綜上所述，本次設(shè)計(jì)擬采用汽缸蓋傳統(tǒng)加工工藝路線。其中加工最為關(guān)鍵的導(dǎo)管孔可用槍膛與精車的加工方法。設(shè)計(jì)簡潔方便、高效的機(jī)床夾具以保證尺寸誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，目前可采用液壓夾具和數(shù)控機(jī)床夾具。
我國大型汽車行業(yè)的發(fā)動機(jī)主要采用的是柴油機(jī)，柴油機(jī)汽缸蓋的優(yōu)劣決定這我國汽車是否能走出國門。目前我國汽車行業(yè)競爭優(yōu)勢相對落后、不明顯，但只要對汽車制造技術(shù)一點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)化，不斷設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)且能達(dá)到高要求的產(chǎn)品，必定能成為引領(lǐng)世界汽車行業(yè)的佼佼者。汽缸蓋的加工在制造方面顯得愈加重要，因?yàn)樗前l(fā)動機(jī)封閉所不可缺少的一部分，并在發(fā)動機(jī)工作時(shí)能提供油路和進(jìn)排氣通道。柴油機(jī)汽缸蓋的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)影響著汽車行業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步完善其加工工藝和設(shè)計(jì)出更優(yōu)的夾具能更好地促進(jìn)汽車行業(yè)的發(fā)展。
2 汽缸蓋分析
2.1 汽缸蓋的作用
通過螺栓連接汽缸蓋和缸體，置于汽缸體上方，成為柴油機(jī)頂端部件，并與缸體組成燃燒室。
其主要作用有：
（1）與缸體、活塞、缸套共同組成封閉的汽缸工作空間。
（2）將汽缸套壓緊在正確位置，保證活塞正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)。
（3）提供柴油機(jī)及各附件安裝位置，如安全閥、進(jìn)排氣閥裝置。
（4）提供供油管道、進(jìn)排氣通道、冷卻水管道。
2.2 汽缸蓋的工藝分析
2.2.1 汽缸蓋技術(shù)要求分析
①柴油機(jī)汽缸蓋的選材。
②汽缸蓋的熱處理要求。
③汽缸蓋表面粗糙度要求。
④加工精度要求。
⑤缸蓋圖紙中所給定的加工要求是否合理。
⑥夾具設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的誤差能否在規(guī)定范圍內(nèi)。
⑦各類孔的加工要求。
2.2.2 汽缸蓋的結(jié)構(gòu)及其工藝分析
①結(jié)構(gòu)——進(jìn)排氣道、水道、油道、進(jìn)排氣門導(dǎo)管、火花塞孔、前后端蓋等。
②結(jié)構(gòu)工藝性——在達(dá)到尺寸精度要求前提下，盡量以效率的提高和成本的降低為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
③汽缸蓋結(jié)構(gòu)圖（2.2.2），如下圖所示：
圖2.2.2汽缸蓋結(jié)構(gòu)圖
2.3 汽缸蓋的主要技術(shù)要求
汽缸蓋中的孔道、通路較多，致使其結(jié)構(gòu)式樣尤為復(fù)雜。且其是薄壁零件和汽缸中的關(guān)鍵部件，并且高加工精度也影響著加工的難易程度。在制定加工工藝時(shí)較為復(fù)雜，工序步驟繁多。缸蓋表面的粗糙程度決定著柴油機(jī)的封閉情況，其缸孔的精度決定柴油機(jī)油路的進(jìn)排、氣體的進(jìn)排、冷卻水道的冷卻效果。
（1）底面的精度要求
為保證與缸體的緊密配合，柴油機(jī)汽缸蓋底面的粗糙度0.8，直線度為0.05。
（2）頂面的精度要求
為與汽缸蓋上部的氣門室蓋配合，要求其直線度0.05，與底面的平行度為0.05，粗糙度3.2。
（3）定位銷孔之間的距離公差為±0.015~±0.025
（4）各類孔的加工精度
汽缸蓋中有油孔、進(jìn)排氣孔。其大小不同，工作用途也不一樣，因此在加工時(shí)應(yīng)按照圖紙技術(shù)要求加工，以保證其位置和尺寸精度。
2.4 汽缸蓋零件圖的分析
圖2.4.1汽缸蓋零件
圖2.4.2汽缸蓋零件
圖2.4.3汽缸蓋零件
由零件圖可看出，汽缸蓋長836±0.05mm，寬237±0.05mm，高90±0.05mm。頂?shù)酌嫫矫娑纫?.05mm，頂面RZ為25，底面RZ為16。汽缸蓋的缸孔同軸度為0.05mm，表面粗糙度為RZ25。
3 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
3.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型
（1）生產(chǎn)綱領(lǐng)、性質(zhì)和類型的確定
本此設(shè)計(jì)假定每年生產(chǎn)50000件，查文獻(xiàn)[1]得，其為大批量生產(chǎn)，可按自動線計(jì)算。
汽缸蓋年生產(chǎn)量N=50000×1×（1+α）×(1+β)
取α=10%， 其中α:產(chǎn)品儲備率
取β=5%， 其中β：廢品率
故N=50000×1×（1+10%）×(1+5%)
=57750（個(gè)）
則月生產(chǎn)量為57750÷12=4813（個(gè)）
日生產(chǎn)量為4913÷30=164（個(gè)）
年時(shí)基數(shù)為3500小時(shí)
按兩班制生產(chǎn)平均流水節(jié)拍
=自動生產(chǎn)線實(shí)際年時(shí)基數(shù)×60×（1-η）／零件年產(chǎn)量
=3500×60×(1-0.15) ／57750=3.58
其中η:時(shí)間生產(chǎn)系數(shù)包括：
η1：工作時(shí)間內(nèi)設(shè)備維修方面的損失；
η2：工人缺勤自然需要造成的損失；
η3：清理設(shè)備造成的損失；
η4：工人休息方面的損失；
η=η1+η2+η3+η4+…
本次設(shè)計(jì)中η=0.15
（2）批量、生產(chǎn)間隔及制造時(shí)間段的確定
實(shí)際中工作情況中，一個(gè)月假設(shè)實(shí)際工作22天，如此能保證即使出現(xiàn)差錯也能完成任務(wù)。故日生產(chǎn)量為：4813÷22=218.7（個(gè)），取整為219個(gè)。
綜上分析可得，柴油機(jī)汽缸蓋的加工制造屬于大批量生產(chǎn)。
3.2 汽缸蓋毛坯的確定
直徑在400mm以下的缸體的汽缸蓋原料多用HT400或HT250之類的灰鑄鐵；而球墨鑄鐵多用于400mm以上。[9]鑄鋼缸蓋或者鑄鐵-鑄鋼組合式缸蓋大多用于大型低速柴油機(jī)。在造型方面有手工造型和機(jī)械造型，考慮到手工成本高、材料利用率低、耗時(shí)高，而機(jī)械造型可連續(xù)生產(chǎn)、效率高、成本低，所以采用機(jī)械造型。
3.3 基準(zhǔn)選擇
針對零件加工的每一工序步驟都要確定出相關(guān)的基準(zhǔn)，本道工序基準(zhǔn)的選擇對后面的加工有著重大影響。故應(yīng)按照基準(zhǔn)原則來選擇基準(zhǔn)。
3.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇
本次對毛坯加工工序中有上線工序，故其粗基準(zhǔn)的選擇十分重要。若粗基準(zhǔn)選擇不當(dāng)，往往導(dǎo)致加工余量的分布產(chǎn)生較大出入或非加工面移動，甚至產(chǎn)生次品和贗品。汽缸蓋常出現(xiàn)的狀況有座圈底孔余量分布不出現(xiàn)偏差、氣道位置狀況發(fā)生變化等。故應(yīng)挑選主要關(guān)鍵面和關(guān)鍵孔為粗基準(zhǔn), 加工出定位的銷孔或先加工出過渡基準(zhǔn)再加工定位孔。
3.3.2 精基準(zhǔn)的選擇
對于類似汽缸蓋的箱蓋零件，可采用一面兩銷作為基準(zhǔn)。加工過程中，基準(zhǔn)面的平面度誤差將導(dǎo)致工件在夾緊過程中發(fā)生變形，而由于大批量生產(chǎn)會導(dǎo)致定位孔會隨使用次數(shù)產(chǎn)生磨損，最終使定位產(chǎn)生嚴(yán)重誤差。
3.4 汽缸蓋的加工工藝方案選擇
（1）頂面與底面距離為90±0.05mm，頂面的表面粗糙度為0.8，直線度0.05，與底面平行度為0.05，而底面的表面粗糙度為0.8，直線度為0.05，故頂?shù)酌婕庸し桨高x擇為：粗銑→半精平磨→平磨。
而其表面有螺栓沉孔Φ28.1×15mm，公差等級IT11； 26-Φ15缸蓋螺栓孔，2-Φ15.5H8定位銷孔，12-Φ14導(dǎo)管底孔及其斷面300倒角，12-Φ26/Φ38環(huán)狀彈簧座孔，5-Φ20H7塞片孔，14-M8搖臂座絲孔，26-M6缸帽絲孔和進(jìn)氣彎管絲孔。對于IT在10以上的，用鉆→擴(kuò)；IT在10以下的用鉆→擴(kuò)→鉸（锪）。
（2）加工四周面，表面公差等級為IT7，考慮到加工批量大，擬定加工方式：粗銑→半精銑→精銑。
而內(nèi)孔右側(cè)孔有Φ16中心鉆12-M10、6-M8的中心孔， 12-M8的絲底孔為12-Φ8.5孔， 12-M10孔， 6-M8底孔為6-Φ6.8孔， 6-M8 孔， 6-Φ35.75塞片孔及6-Φ36H9塞片孔。左側(cè)孔：絲孔M26、M14、M10。前端面孔： 4-M10、M14×1.5、M10×1的中心孔， 4-Φ8.5孔。4-M10絲孔，Φ12.5孔， M10×1絲底孔Φ9孔， M10×1絲孔，絲底孔為Φ24.5， M26×1.5絲孔。后端面孔：Φ16中心鉆打6-M10絲孔、2-M8絲孔、Φ5的中心孔， 6-M10絲底孔為6-Φ8.5孔， 6-M10絲孔， 2-M8絲底孔為2-M6.8孔， 2-M8絲孔，Φ5通氣孔。其中氣孔加工方式為鉆→攻。而絲孔方式有：鉆→擴(kuò)→鉸（锪）。
3.5 工藝路線
因柴油機(jī)汽缸蓋要求精度的加工較嚴(yán)格，加工工序較為復(fù)雜，應(yīng)遵循金屬加工制造的原則。據(jù)此擬定如下兩套加工方案：
方案一：
工序10 平臺劃線
工序20 銑600面（頂面），以底面為基準(zhǔn)。
工序30 銑100面（底面），以頂面為基準(zhǔn)。
工序40 平臺劃線
工序50 銑200面（左端面），以底面為基準(zhǔn)。
工序60 半精平磨600面，以底面為基準(zhǔn)。
工序70 半精平磨100面，以頂面為基準(zhǔn)。
工序80 平臺劃線
工序90 加工定位銷孔，以頂面為基準(zhǔn)。
工序100 加工缸蓋周邊面，以底面為基準(zhǔn)。
工序110 平磨600面，以底面為基準(zhǔn)。
工序120 平磨100面，以頂面為基準(zhǔn)。
工序130 加工三周邊面的各孔。
工序140 加工底面的定位銷孔。
工序150 加工頂面孔，以底面為基準(zhǔn)。
工序160 清洗
工序170 裝配塞片
工序180 水磅試驗(yàn)
工序190 裝配座圈
工序200 精加工座圈和導(dǎo)管底孔，以頂面為基準(zhǔn)。
工序210 裝配導(dǎo)管
方案二：
工序10 平臺劃線
工序20 銑600面（頂面），以底面為基準(zhǔn)。
工序30 銑100面（底面），以頂面為基準(zhǔn)。
工序40 平臺劃線
工序50 銑200面（左端面），以底面為基準(zhǔn)。
工序60 半精平磨600面，以底面為基準(zhǔn)。
工序70 半精平磨100面，以頂面為基準(zhǔn)。
工序80 平磨600面，以底面為基準(zhǔn)。
工序90 平磨100面，以頂面為基準(zhǔn)。
工序100 平臺劃線
工序110 加工定位銷孔，以頂面為基準(zhǔn)。，
工序120 加工缸蓋周邊面，以底面為基準(zhǔn)。
工序130 加工三周邊的各孔。
工序140 加工底面定位銷孔。
工序150 加工頂面孔，以底面為基準(zhǔn)。
工序160 清洗
工序170 裝配塞片
工序180 水磅試驗(yàn)
工序190 裝配座圈
工序200 精加工座圈和導(dǎo)管底孔，以頂面為基準(zhǔn)。
工序210 裝配導(dǎo)管
方案一中在半精平磨頂?shù)酌婧筠D(zhuǎn)而加工定位銷孔和缸蓋周邊面，而方案二中是繼續(xù)平磨頂?shù)酌?。相互比較下方案二的加工方式容易破壞底面的精度，使其達(dá)不到要求。故選擇方案一。
3.6 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
DEUTZ1013柴油機(jī)汽缸蓋毛坯為鑄件，材料為HT250。
1. 毛坯尺寸
工件加工后達(dá)到輪廓尺寸為836×237×90，底部表面粗糙度要求為Ra0.8，頂部表面粗糙度要求為Ra3.2。由參考文獻(xiàn)[17]中可查出，柴油機(jī)汽缸蓋屬于復(fù)雜型，故選用砂型鑄造，查得底部表面加工余量為10.5mm，頂部表面加工余量為8.5mm，環(huán)繞四周加工余量為1.75mm。
故毛坯長為：836+2×1.75=839.5mm
寬為237+2×1.75=240.5mm
高為90+19=109mm
為使產(chǎn)品在加工后能達(dá)到所制定尺寸，加工頂面時(shí)，粗銑的加工切削深度為ap=5mm，半精銑為ap=3mm，磨削為0.5mm。加工下表面時(shí)，粗銑的切削深度為ap=5mm，半精銑為ap=5mm，磨削為0.5mm。周邊粗銑、半精銑為ap=1.5mm，精銑為0.25mm。
2．主要孔加工工序及加工余量
（1）以定位銷孔 為例，基本尺寸為12mm，公差為0.03mm，公差等級為IT8，根據(jù)參考文獻(xiàn)［1］得其加工方案：鉆——擴(kuò)（Φ10H7）——鉸——擴(kuò)（11H7）——精鏜。
（2）加工余量確定
精鏜余量Z精鏜=0.3mm
二次擴(kuò)余量Z擴(kuò)=1.7mm
鉸余量Z鉸=0.25mm
一次擴(kuò)余量Z擴(kuò)=1.75mm
鉆余量Z鉆=8mm
3．計(jì)算工序基本尺寸
精鏜后按圖紙規(guī)定Φ12mm，二次擴(kuò)后為 12-0.3= 11.7mm，鉸后為 11.7-1.7= 10mm，首次擴(kuò)后為 10-0.25= 9.75mm，鉆后余量為 9.75-1.75=8mm。
4．確定工序尺寸公差
精鏜后按圖紙規(guī)定為，公差等級為H8。擴(kuò)采用H11，首次擴(kuò)為，二次擴(kuò)后為。鉸后采用H7，，鉆后采用H13，。
其他工序尺寸及加工余量詳見工序卡。
3.7 加工孔與定位孔的尺寸鏈計(jì)算
汽缸蓋俯視圖簡圖如下圖4.4.1所示
圖4.4.1 汽缸蓋俯視簡圖
所加工的螺栓沉孔左右前后均對稱，可從前往后分為4排。從前后端考慮，靠近前端的定位銷孔設(shè)為1，靠近后端的定位銷孔設(shè)為2。1距離前段的尺寸為8-0.050mm，2距離后端的距離為90+0.05mm，缸蓋寬為237-+0.05mm。而前端所需加工的孔距離前端860+0.2mm，則前端第二加工孔與1的尺寸鏈可按如下計(jì)算：
A為封閉環(huán)，A1=860+0.02mm為增環(huán)，A2=8-0.050mm為減環(huán)，所以 A=A1-A2=86-10=78mm。 ES（A）=0.02-（-0.05）mm=0.7mm EI（A）=0-0=0
因此算得前端第二排加工孔與1的封閉環(huán)尺寸A=7800.07mm。
而前端第一排加工孔與1的封閉環(huán)尺寸鏈計(jì)算與第二排相似，如下：A1=450+0.02mm，其他數(shù)據(jù)不變，故其封閉尺寸A=3700.07mm。
第三排加工孔與與1的封閉環(huán)尺寸鏈計(jì)算如下：
A為封閉環(huán)，A1=237-+0.05mm為增環(huán)，A2=8-0.05 0 mm A3=7200.02mm均為減環(huán)。
故A=（237-8-72）mm=157mm
ES（A）=0.05-（-0.05-0）=0.1mm
EI（A）=-0.05-（0+0.02）=-0.7mm
則第三排加工孔與1尺寸為： A=157-0.070.1mm。
第四排與1尺寸鏈計(jì)算和上述第三排相似，A3=2600.02mm，其余數(shù)據(jù)不變。故其封閉尺寸A=203-0.070.1mm。
同理，第一排加工孔與2尺寸鏈計(jì)算如下：
A為封閉環(huán)，A1=237-+0.05mm為增環(huán)，A2=450 0.02 mm A3=900.05mm均為減環(huán)。
則A=A1-A2-A3=183mm
ESA=ES(A)1-EIA2-EIA3
=0.05-0-0=0.05mm。
EIA=EI(A)1-ESA2-ES(A)3
=-0.05-0.02-0.05=-0.12mm。
故A=183-0.120.05mm
第二排加工孔與2尺寸鏈計(jì)算與上相似，其中A2=8600.02mm，其余不變，則A=143-0.120.05mm
第三排加工孔與2尺寸鏈計(jì)算：
柴油機(jī)汽缸蓋加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
A為封閉環(huán)，A1=7200.02mm
為增環(huán)，A2=900.05mm為減環(huán)。故A=A1—A2=63mm
ES=0.02-0=0.02mm
EI=0-0.05=-0.05mm
所以A=63-0.050.02mm
第四排加工孔與2的尺寸鏈和第三排相似，A1=2600.02mm，其余數(shù)據(jù)不變，則
A=17-0.050.02mm。
而從左右端分析加工孔與定位孔的尺寸鏈和上述前后端分析方法一樣，在此不再贅述。
3.8 切削用量計(jì)算
3.8.1制定切削用量的一般原則
（1）刀具耐用度往往影響著粗加工的切削用量，二者也有相互制約關(guān)系，因此切削用量的選擇是以一定的刀具耐用度為條件加大切削速度，增加進(jìn)給量和切深，從而影響控制金屬的切削率，但在這三方面中，切削速度對刀具耐用度的影響最高，然后影響較大的是進(jìn)給量，所以在控制挑選切削用量時(shí)的主次順序?yàn)椋?
切削深度→進(jìn)給量→切削速度
粗加工時(shí)，系統(tǒng)剛度會影響工件余量，在可能的前提下，盡量在一次走刀中完成，同時(shí)考慮刀具耐用度和機(jī)床的需用功率。
（2）精加工時(shí)，加工成本與質(zhì)量是必須統(tǒng)一考慮的環(huán)節(jié)，既要降低成本，又要提高質(zhì)量。切削速度應(yīng)保證加工要求，高速鋼的刀具多用低切削速度，硬質(zhì)合金刀具多用于高切削速的加工。
3.8.2 汽缸蓋切削用量以及基本工時(shí)的確定過程
以汽缸蓋頂面加工為例
（1）圖紙規(guī)定汽缸蓋高尺寸為Φ9000.05mm。
粗銑加工頂面時(shí)，采用Φ315端銑刀進(jìn)行粗銑，平面永磁吸盤為夾具。
切削深度aP=5mm
進(jìn)給量f=0.5mm/r
切削速度v=150m/min
主軸轉(zhuǎn)速n=1000vπD
=1000×15060×3.14×315
=2.5r/s
=150r/min
符合實(shí)際機(jī)床轉(zhuǎn)速范圍。
切削工時(shí)tm=Lnfi=836150×0.5=11.4min
（2）半精銑頂面
采用Φ315端銑刀進(jìn)行半精加工
切削深度ap=3mm，
進(jìn)給量f=0.5mm/r,
切削速度v=170m/min,
主軸轉(zhuǎn)速n=1000vπD
=1000×17060×3.14×315
=2.86r/s=170r/min
符合主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速。
切削工時(shí)tm=Lnfi=836170×0.5=9.8min
(3)半精平磨頂面
使用Φ500砂輪進(jìn)行半精平磨
切削深度ap=0.2mm
進(jìn)給量f=0.5mm/r
切削速度v=10m/s
主軸轉(zhuǎn)速n=1000vπD
=6.37r/s
=382r/min
根據(jù)機(jī)床情況選取n=400r/min
得實(shí)際切削速度為v=πDn1000=628m/min
切削工時(shí)為tm=8360.5×628=2.66min
（4）平磨頂面
最后用Φ500砂輪進(jìn)行精加工平磨，加工剩余為0.3mm，保證到達(dá)最后加工尺寸的要求。
最終頂面加工工序尺寸如表3.8.2：
表3.8.2缸蓋頂面加工工序尺寸
工序
名稱
工序余量/
經(jīng)濟(jì)精度
最小極限尺寸/
工序尺寸及其偏差/
公差
等級
公差值/
粗銑
5
IT12
0.35
Φ104
Φ10400.35
半精銑
3
IT9
0.087
Φ101
Φ10100.087
半精平磨
0.2
IT8
0.054
Φ100.8
Φ100.800.054
平磨至成品
0.3
IT7
0.035
Φ100.5
Φ100.500.035
其它工序切削用量詳見工序卡。
4 夾具的設(shè)計(jì)
4.1 夾具概述
此次所設(shè)計(jì)的夾具為汽缸蓋表面上的加工的通用夾具，亦可用于加工其他，適合大批量生產(chǎn)。一面兩銷為本次設(shè)計(jì)的定位方式，如下圖4.1.1所示。
圖4.1.1 一面兩銷定位
4.2 定位誤差計(jì)算
定位誤差分析示意圖如下圖4.2.1
圖4.2.1 定位誤差分析示意圖
查參考文獻(xiàn)[18]中表1-1-7得一面兩銷定位誤差計(jì)算公式如下圖4.2.2所示：
圖4.2.2 一面兩銷定位誤差計(jì)算
圓柱銷孔為Φ12h6，求得其偏差為，△1=0.011mm；
確定銷間距：X方向上：，
Y方向上：L±?J=200±0.05mm，
令其連線上的偏差為0.02mm，b=4。則△2=2b/D2
=b(△k+△銷-△圓柱min)/D2
=4(0.1+0.04-0)/12
=0.047
故削邊銷孔為。
對定位誤差分析?=δD1+δD2+?1min
=（0.011+0.011+0.021）mm
=0.043mm<0.2/3=工序公差的1/3。
轉(zhuǎn)角誤差計(jì)算
=arctan(0.018+0.011+0.021+0.018+0.011+0)
4.50
4.3 夾具方案的提出
4.3.1 定位方案
夾具用于缸蓋頂面的Φ28.1±00.2缸蓋螺栓沉孔的加工，為缸蓋第150號加工工序。
本次定位采用“一面兩銷”，銷：保證加工時(shí)缸蓋自身穩(wěn)定性，缸蓋底面用三塊墊板支撐，并用兩個(gè)菱形銷進(jìn)行定位夾緊，同時(shí)頂面也有四塊壓板限制其自由度。
4.3.2 夾具夾緊機(jī)構(gòu)
夾緊機(jī)構(gòu)如下圖4.3.2
4.3.2 夾緊機(jī)構(gòu)
通過4（調(diào)節(jié)支承）、3（彈簧）、1（球面帶肩螺母）利用2（A型移動壓板）并與底面壓面、定位銷配合來夾緊汽缸蓋。能夠用人工或機(jī)器夾緊，使夾緊更可靠。
4.4 設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)的要求
（1）保證加工精度。工件正確的加工位置不會因夾緊的影響而變化，且要有足夠的夾緊力，但不足以導(dǎo)致工件變形。故此缸蓋底面用3塊墊板，上表面用4塊壓板。
（2）能提高生產(chǎn)率。此夾緊機(jī)構(gòu)可人工或自動操作，達(dá)到夾緊迅速要求，減少夾緊耗時(shí)。
（3）結(jié)構(gòu)簡單。既保證了加工精度，又節(jié)約了設(shè)計(jì)成本和時(shí)間。
（4）操作方便。采油機(jī)汽缸蓋是大批量生產(chǎn)的，操作頻繁，故此應(yīng)保證簡單的操作就能保證正確定位夾緊。
4.5 夾具的設(shè)計(jì)
4.5.1夾具體的設(shè)計(jì)
夾具體在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足一些基本要求：結(jié)構(gòu)合理，尺寸合理，對于切削所產(chǎn)生的垃圾能有效排除。同時(shí)由于汽缸是大件，因此應(yīng)保證其承受載荷。下圖4.5.1和4.5.2所設(shè)計(jì)的夾具體。
圖4.5.1 夾具體
圖4.5.2 夾具體
4.5.2 對汽缸蓋切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具的材料：（Φ28.2專用锪刀）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：CF=795，xF=1.0，yF=0.75，nF=0，ap=4.5mm
其切削力公式為：F=CFapxffyfvnfKF=795×4.51.0×0.1540.75×1.750×1
=880N
則垂直切削力為：
FNC=0.9FC=792N
背向力為：
FP=0.55FC=484N
綜合汽缸蓋的所受切削力和夾緊力的作用狀況，根據(jù)靜力平衡原則可以預(yù)算出加工汽缸蓋上螺栓沉孔所需夾緊力。而其實(shí)際夾緊力為：
WK=K?F
其中安全系數(shù)K計(jì)算公式為：
K=K0K1K2K3K4K5K6
其中，K0~K6為各類安全因素，從參考資料[18]表3.1看出：
汽缸蓋K=1.20×1.20×1.0×1.20×1.30×1.0×1.0=2.25
故WK=K?FC=1980N
WK=K?FNC=1782N
WK=K?FP=1089N
而此次設(shè)計(jì)的夾具表面上夾緊力是壓板對缸蓋施加的，實(shí)際上是由螺栓對其產(chǎn)生作用。如圖4.5.3所示螺旋夾緊機(jī)構(gòu)夾緊力計(jì)算：
圖4.5.3 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)夾緊力
故由參考文獻(xiàn)[18]得：螺旋夾緊機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的夾緊力為
WO=WK?Ll?1n
查表得：WO=7900N，而L=126mm，l=53mm，
則Wk=3323N=F
故夾緊機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的夾緊力F=3323N>1980N=WK。
TQ=WK(r1tanφ1+rztanα+φ21)?Ll?1n
查參考文獻(xiàn)[18]得r1=4，tanφ1=0.1，rz=7.5，tanα+φ21=0.19，取n=0.85。 算得TQ≈64（N?m）<65.727（N?m）=螺栓許用夾緊扭矩。
由此可得，此次設(shè)計(jì)采取的夾緊機(jī)構(gòu)是可行的。
4.5.3 汽缸蓋夾具設(shè)計(jì)及操作說明
該夾具用于加工汽缸蓋底面的螺栓沉孔，為汽缸蓋第150工序卡的加工工序。
為保證汽缸蓋的正確定位與夾緊，夾具的設(shè)計(jì)采用了“一面兩銷”的設(shè)計(jì)方案，對于汽缸蓋底面，先有3塊墊板支撐，而墊板置于夾具體上方并用螺栓固定，保證墊板不會因汽缸蓋作用而移動。其次再用2個(gè)定位螺栓與汽缸蓋螺栓孔配合，定位并夾緊。最后對于缸蓋上表面采用4塊壓板往下施加壓力，從而夾緊缸蓋，而壓力的來源是螺栓擰緊對壓板施加的力。結(jié)合上述三個(gè)方面，汽缸蓋的六個(gè)自由度得到限制。故在加工時(shí)，只需將缸蓋置于墊板上，并用定位螺栓定位夾緊，再用螺栓通過壓板對缸蓋施加壓力即可完成定位與夾緊。而夾具中所用的彈簧可保證在無汽缸蓋時(shí)壓板能夠遠(yuǎn)離夾緊時(shí)的點(diǎn)，從而保證在下次加工時(shí)能方便快捷放置零件。所設(shè)計(jì)夾具如下圖4.5.3所示：
圖4.5.3 夾緊機(jī)構(gòu)
4.6 汽缸蓋夾具設(shè)計(jì)裝配圖及夾具體零件圖
見附圖。
5 環(huán)保分析
隨著對環(huán)境的愈加重視，傳統(tǒng)的柴油機(jī)汽缸蓋加工工藝及夾具已越來越不符合綠色環(huán)保的理念——在加工過程中，由于加工切削裝置以及相關(guān)參數(shù)的不合理選擇導(dǎo)致了從毛坯到成品，往往會去除很多材料，同時(shí)也會產(chǎn)生大量的次品甚至廢品；而在夾具的選擇過程中，對某些特殊的加工工序，為保證工件精度，減輕勞動強(qiáng)度，許多夾具都是專用夾具，然而大多數(shù)工序可以使用通用夾具，但由于考慮不當(dāng)，導(dǎo)致夾具的數(shù)量多，成本高，每道工序需重新?lián)Q夾具，嚴(yán)重影響了加工時(shí)間和效率。
因此，設(shè)計(jì)出綠色環(huán)保的新型柴油機(jī)汽缸蓋加工工藝及夾具已勢在必行。所謂的加工工藝，是工人進(jìn)行加工前所需要做的工作，避免在加工過程中發(fā)生加工失誤，造成經(jīng)濟(jì)損失。在金屬的加工過程中，噪音和廢料的產(chǎn)生不可避免，那應(yīng)該盡可能地降低噪音或縮短噪音的時(shí)間和減少廢料的產(chǎn)生，為此對于刀具的選擇，本次設(shè)計(jì)選擇了專用的刀具，確保縮短加工時(shí)間，同時(shí)保證了廢料率在規(guī)定的范圍內(nèi)。
而在機(jī)械行業(yè)中，夾具是實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)自動化和工業(yè)自動化的基礎(chǔ)，它是在工件在機(jī)床上進(jìn)行加工時(shí)，為保證加工精度和提高生產(chǎn)率，必須使工件在機(jī)床上相對刀具占有正確位置，完成這一功能的輔助裝置。本次的夾具設(shè)計(jì)以一面兩銷定位所設(shè)計(jì)的夾具，是通用夾具中的一種類型，在保障了加工要求的同時(shí)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，操作方便，減少了夾具對工件定位夾緊的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
我國每年的鋼鐵因銹蝕而造成嚴(yán)重?fù)p失，因此在汽缸蓋的制造加工結(jié)束后，應(yīng)有防銹措施。
6 結(jié)論
針對柴油機(jī)汽缸蓋進(jìn)行加工工藝及夾具設(shè)計(jì)。缸蓋被安置在缸體上方，通過螺栓緊固于缸體上，構(gòu)成封閉環(huán)境，組成燃燒室。由于所占體積大，工件結(jié)構(gòu)式樣繁雜，精度的要求較高。故以優(yōu)化的加工工藝和簡潔高效的夾具設(shè)計(jì)為前提，才能保證加工出合格的產(chǎn)品。
此外，還針對汽缸蓋的作用、加工工藝和夾具需做較全面的分析計(jì)算及論證。缸蓋毛坯、零件結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求、精度要求也應(yīng)有分析。重點(diǎn)在于如何選出合理的加工工藝及其方案。此外，每道加工工序的加工余量、尺寸要求、選取加工車床、刀具等設(shè)備裝置。并計(jì)算出其加工工序的加工時(shí)間、切削深度、切削用量及進(jìn)給量。其中，對汽缸蓋表面的加工工藝進(jìn)行了具體的分析計(jì)算，并對定位銷與加工的螺栓沉孔的工序尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算。綜合上面數(shù)據(jù)繪制缸蓋加工工藝卡片，對一些非常重要的工序需要詳細(xì)說明。
而在設(shè)計(jì)缸蓋的夾具方面，此次是針對缸蓋表面的螺栓沉孔加工所設(shè)計(jì)的通用夾具。其中包含了定位、夾緊元件以及對刀裝置的設(shè)計(jì)。對于定位誤差計(jì)算得出最終誤差數(shù)據(jù)?dw=?jb+?jw=0.043<0.2/3滿足要求。并計(jì)算其夾緊裝置的夾緊力計(jì)算，包括F=3323N>1980N=WK和TQ≈64（N?m）<65.727（N?m）=螺栓許用夾緊扭矩。。最后，簡要介紹本次設(shè)計(jì)的夾具安裝、使用方法，并附上相應(yīng)的夾具體和夾具裝配圖。
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附錄1：外文翻譯
薄壁工件夾具設(shè)計(jì)的雙重優(yōu)化模型
摘要
加工過程中必須控制變形，尤其對于薄壁零件。影響加工變形程度和布局的兩個(gè)主要方面是夾具布局及夾緊力。在本文中，夾具布局和變夾緊力的雙重優(yōu)化模型被運(yùn)用到加工薄壁零件。首先，根據(jù)變形程度和分布考慮最佳夾具布局。然后基于變夾緊力對上述夾具布局進(jìn)行優(yōu)化。使用有限元法分析工件變形。采用遺傳算法求解優(yōu)化模型。最后通過實(shí)例分析，驗(yàn)證了分層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以進(jìn)一步減少工件加工變形，提高加工變形均勻度。
1.引言
夾具用于保證機(jī)床中工件被定位和夾緊到正確的位置和方向。設(shè)計(jì)不佳將生產(chǎn)出產(chǎn)生形變的劣品。因此，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)出定位元件的位置、夾具及支撐元件，并且能有合理的夾緊力。通常情況下，這些裝置都很大程度上依賴設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)，據(jù)此選擇夾具等元件安裝位置并計(jì)算夾緊力。因此對于給定的加工工件，不能保證得出最優(yōu)和接近最優(yōu)的解。因此夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設(shè)計(jì)所需考慮的兩個(gè)重要因素。合理選擇定位元件和夾具，并計(jì)算夾緊力以保證工件變形最小化和均勻。
本文提出雙重優(yōu)化方案用于夾具布局設(shè)計(jì)與變夾緊力的優(yōu)化，目的是使加工元件表面的最大彈性變形得以降低以及最大化的均勻性變形。有限元分析軟件在給定的夾緊力和切割力下計(jì)算工件的變形。隨著遺傳算法的發(fā)展，采用數(shù)學(xué)軟件（MATLAB）直接解決優(yōu)化問題。最后根據(jù)實(shí)例研究說明擬定方案的應(yīng)用。
2.文獻(xiàn)評論
隨著有關(guān)行業(yè)對優(yōu)化方案的廣泛運(yùn)用，夾具布局和夾緊力的優(yōu)化近年來取得一些成果。King和Hutter提出了一種使用夾具 - 工件系統(tǒng)的剛體模型進(jìn)行最佳夾具布局設(shè)計(jì)的方法，但考慮到接觸剛度[1]。DeMeter使用剛體模型來分析和合成最佳夾具布局和最小夾緊力[2]。Li和Melkote采用非線性規(guī)劃方法和接觸彈性模型來解決布局優(yōu)化問題[3]。Dengand Melkote [4]提出了一種基于模型的框架，用于確定最小所需的夾緊力，以確保在加工過程中夾具工件的動態(tài)穩(wěn)定性。
大多數(shù)上述研究使用非線性規(guī)劃方法，這通常沒有給出最優(yōu)解。夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化的問題是非線性的，因?yàn)槟繕?biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量之間沒有直接的分析關(guān)系，即加工表面誤差和夾具參數(shù)（定位元件和夾具的位置以及夾緊力）之間。
以前的研究人員已經(jīng)表明，遺傳算法（GA）是解決這些優(yōu)化問題的有用技術(shù)。Vallapuzha等人使用空間坐標(biāo)在基于GA的夾具布局優(yōu)化中進(jìn)行編碼[5]。Krishnakumar等人使用GA找到最小化加工表面變形的夾具布局[6]。Krishnakumar等人 提出了一種迭代算法，通過交替地改變夾具布局和夾緊力，使切割過程中的工件彈性變形最小化[7]。Kaya使用GA和FEM找到2D工件中的最佳定位器和夾緊位置[8]。 Zhou等 提出了一種基于GA的方法，同時(shí)優(yōu)化夾具布局和夾緊力[9]。然而，考慮摩擦和切屑的研究很少，缺乏動態(tài)夾緊力優(yōu)化。
3．雙重優(yōu)化模型
薄壁工件受到反作用力，夾緊力和切割力的影響。工件的變形與作用在其上的這些力直接相關(guān)。目標(biāo)函數(shù)表示為最小化加工表面的最大彈性變形，并最大化夾具 - 工件系統(tǒng)中變形的均勻性。
對于涉及p夾具元件 - 工件接觸和n個(gè)加工載荷階段的夾具，目標(biāo)函數(shù)可以數(shù)學(xué)表達(dá)如下：
其中Δk是加工模擬的第k步的加工區(qū)域的最大彈性變形，Δ是Δk的平均值。
夾具 - 工件系統(tǒng)必須滿足幾個(gè)約束才能有效地執(zhí)行其功能。 優(yōu)化