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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 1 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 2 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(xiàn)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(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(xiàn)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(jù)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) 3 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 4 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 6 m 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 3 m 4 氣缸孔中心線對曲軸中心線的對稱度為 0 05 mm 5 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 2 m 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(jù)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 量小 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 6 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(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 7 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 基面的選擇正確 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(jù)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(jù)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 8 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 保證零件加工質量 有利于及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并得到及時處理 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(xiàn)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(shù)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 9 檢驗工序 粗加工全部結束之后 送往外車間加工的前后 工時較長和重要工序的前后 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(jù)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(jù)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(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 10 續(xù)表 2 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 15 在氣缸體 底面鉆 鉸兩定位 孔 11 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 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 12 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 45 銑氣缸體 主軸承座 的分開面 續(xù)表 2 13 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 60 精銑氣缸 體頂面和 左側面兩 個長方塊 續(xù)表 2 14 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 75 鉆氣缸體 潤滑主油 道孔 15 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 與上述類似 90 鉆十個潤 滑支油道 孔 16 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 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 17 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 120 擴 鉸氣 缸體八個 挺桿導管 底孔 18 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 135 在氣缸體 四個氣缸 套孔內鏜 阻水閥槽 19 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 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 20 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 21 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 22 續(xù)表 2 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 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 23 工序號 工序名 工 序 簡 圖 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 24 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?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 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 25 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(shù)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 26 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 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?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(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 27 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(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(jù)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(shù) 安全系數(shù) 19 K K0K1K2K3 1 式中 K0 基本安全系數(shù) K 0 1 5 K1 加工性質系數(shù) K 1 1 12 K2 刀具鈍化系數(shù) K 2 1 15 K3 切削特點系數(shù) K 3 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 28 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 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 l 1 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 可以求出 Fj 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 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 F j2 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 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 29 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(xiàn) 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(jù)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 30 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 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 國內柴油機電控技術的現(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 國內外柴油機油發(fā)展與國內現(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 柴油機制造工藝設計 M 哈爾濱 哈爾濱工程大學出版社 2009 20 24 6 于駿一 鄒青 機械制造技術基礎 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 M 北京 中國標準出版社 1992 74 79 9 張進生 機械制造工藝與夾具設計指導 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 M 北京 北京理工大學出版社 1990 58 62 11 吳拓 方瓊珊 機械制造工藝于機床夾具課程設計指導 M 北京 機械工業(yè)出版社 2005 3 0 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 機械工程生產實習 M 北京 機械工業(yè)出版社 2005 66 72 14 鄒青 機械制造技術基礎課程設計指導教程 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 55 61 15 Charles W Beardsly Mechanical Engineering ASME Regents Publishing Company In c 1998 45 48 16 王光斗 機床夾具設計手冊 M 上海 上?？茖W技術出版社 2000 53 56 17 T Ramayah and Noraini Ismail Process Planning Concurrent Engineering Concurrent En gineering 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 機械制造技術基礎 M 武漢 武漢理工大學出版社 2010 191 205 31 致 謝 首先 對我的指導老師全臘珍教授這樣長時間來的耐心指導和孜孜不倦的 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 本設計能夠順利的完成 也歸功于各位任課老師的 認真負責 和耐心的教導使我能夠很好的運用專業(yè)知識 并在設計中得以體現(xiàn) 正是有了他們的悉心幫助和支持 才使我的畢業(yè)設計工作順利完成 在此向湖 南農業(yè)大學東方科技學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 在這次設計中我們的輔導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心 如果沒有老師的幫助與支持 我們的設 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 由于經驗不足 在設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