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第一章第一章 前前 言言 全套全套 CADCAD 图纸，联系图纸，联系 153893706153893706 一、柴油机的工作原理一、柴油机的工作原理 内燃机是一种能量转换装置,由燃料在机器内部燃烧进而将能量释放 出来做功.其主要组成部分有:机体、曲柄连杆机构、配气机构、供油系统、 供气系统、点火系统、润滑系统、冷却系统及起动装置等. 它是以柴油为燃料的内燃机，其工作原理是：往气缸内按一定比例和 一定的时间与规律送进空气，使柴油和空气混合被压缩到一定的压力和温 度而进行自燃，产生高温高压的燃气，利用燃气的不断膨胀，推动活塞运 动，通过曲柄连杆机构将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，这样将 柴油的化学能转变成热动能，对外做机械功，输出动力。 二、本次设计的内容二、本次设计的内容 本次毕业设计的是 2110 型柴油机气缸盖的机械加工工艺规程设计及 其中一道重点工序的夹具设计，其设计重点为夹具设计。 气缸盖是柴油机的重要零部件之一，属于结构复杂的箱体类零件，它 的加工精度对柴油机的综合性能指标高低有着很重要的影响。因此，气缸 盖的机械加工工艺有较高的技术要求。在设计过程中，要使零件的质量达 到图纸上的要求，同时又要尽可能的降低生产成本。这就要求在安排加工 工艺方案时，要兼顾多方面的要求，尽可能选取最佳方案。 在本次毕业设计中，我查阅了一些和本次设计内容有关的资料，参照 和仔细分析了大连柴油机厂的气缸盖加工工艺规程，并结合其它同类产品 的生产线状况，进而制定了本次的设计方案。在这次毕业设计过程中，得 到指导教师吴雪松老师的悉心指导，特此表示深深的谢意. 第二章第二章 零件的分析零件的分析 一、零件的作用及性能一、零件的作用及性能 气缸盖位于封闭气缸上部，与气缸上部及活塞顶构成燃烧室，他用螺 栓固定于机体上。气缸盖上根据不同情况装有排气门，气门摇臂和喷油器 和火化塞等零部件，并布置有排气道。燃烧室位于气缸之上，气缸盖承受 着高温气体的压力和热负荷，还承受着气缸盖螺栓的预紧力。其热应力和 机械应力都比较严重，因此鉴于它的工作方式和恶劣的工作条件，要求气 缸盖必须有足够的刚度和强度，以便能承受各种形式负载，同时气缸盖的 结构形式也要力求简单，布置要尽可能对称，厚薄要尽可能均匀，内部铸 管冷却水套要尽可能使高温部分得到冷却。 气缸盖应该用抗热疲劳性能好的材料铸造，材料导热性越好，线膨胀 系数越小，高温疲劳强度越高，越能承受热负荷的反复作用。综合起来看， 高强度铸铁优于铝合金，因此绝大多数内燃机的气缸盖多用高等级的灰口 铸铁铸造而成。鉴于此，本次设计中选用的气缸盖材料为灰口铸铁 HT20- 40。 气缸盖的外形尺寸为：274*198*100，重量为 4.5kg。 二、二、 零件的生产纲领零件的生产纲领 由设计任务书知：产品的生产纲领为 1.5 万台/年。产品的某零件的 生产纲领（N0）除规定的产品的生产纲领外，还必须包括备品率 及平 均废品率 ，零件的年生产纲领 N0 为： N0=N*n*(1+)*(1+) 式中：N-产品的生产纲领 N=15000 n-每一产品中包含该零件的数量 n=1 -备品率 取 =10% -平均废品率 取 =5% N0=15000*1*(1+10%)*(1+5%) 17500 故零件的生产纲领为 17500 个/年，属于大批生产。零件的生产纲领 确定后，根据生产车间的具体情况，零件在一年中分批投产，每批投产的 数量为批量，按月分批的投产，则： 批量= N0/12 =17500/12 1500 即每月的生产批量为 1500 件。 考虑到零件的生产类型为大批量生产，以我国目前的机械工业的发展 水平，为取得很好的经济效益，选用万能设备与专用设备共同的形成的流 水线生产加工方式。 生产节拍 t 的确定 t=60tc/ N0(分) 式中：tc=300*8*班次* 300-全年工作日 班次为一班 -自动线效率：从 300 天中扣除一天缺勤时间，通常工人工 作时间损失率均为 8%，维护设备的停工维修时间取 tc=2150 则 t=（60*2150）/17500 7.5（分钟） 三、气缸盖的主要技术条件极其分析三、气缸盖的主要技术条件极其分析 1、尺寸精度、尺寸精度 气缸盖是以底平面与缸体连接的，其他平面用来安装有关零部件，为 既能保证装配技术要求，又能满足组装后柴油机的总体尺寸，故对气缸盖 的外形尺寸有一定的技术要求，长：2740。34；宽：198；高： 1000.23。 在诸多的孔中，重要的是导管孔、气门孔及工艺孔、这些孔分别咬压 装导管，座垫及定位安装用，故要求很高，导管孔直径：150.027 进 气门座孔直径 440.027，排气门座孔直径 440.027，两孔中心距 为 500.05。 2 2、几何精度、几何精度 2110 型柴油机气缸盖是采用整体式结构,与单体式结构相比较,据有 以下特点:零件数少、缩短气缸中心距和发动机的总长、结构紧凑. 但同时存在着刚性差,受热受力后易变形而影响密封,因底面与缸体接 触面积较大,密封性能差等缺点.所以对零件的几何加工精度要求较高,其 表面不平度不大于 0.05mm,同时,刚盖顶面安装盖罩,同样需要保证密 封性能,因而表面不平度要求为 0.1 mm,前后两端面积及左侧面的不平度 要求为 0.1 mm. 3 3、位置精度、位置精度 为了压装气门座垫,进、排气门座孔的加工深度有一定的位置精度要 求为 80.1,燃烧室的深度精度要求为 360.1,缸盖上有一些多轴线孔系,如 紧固螺栓孔,其本身精度不高,但它们是用来连接缸盖和缸体的,保证其密 封性能要求,故要求螺栓要尽可能的均匀分布,以减少气缸盖承受负载时的 变形,因此其位置精度要求较高,公差为0.20. 4 4、表面粗糙度、表面粗糙度 气缸盖底面是与气缸体的接触面,有密封性能要求,而且其受高温、高 压燃气侵蚀,承受较大的负载,易产生疲劳断裂裂纹,因此要求其表面粗糙 度 Ra=1.6m,同样上顶面要求也较高 Ra=3.2m.左右两个侧面同上顶面 一样,要求 Ra=3.2m,而其前后两个面要求较低,前面 Ra=6.3m,后面 Ra=12.5m.导管孔及气门座孔因与导管及座垫有配合要求,表面粗糙度要 求较高,导管孔为 Ra=1.6m, 进、排气门座孔为 Ra=1.6m.而其它孔 Ra=12.5m 即可.而凸台面的表面粗糙度为 Ra=3.2m. 第三章第三章 工艺规程设计工艺规程设计 一一 、 确定毛坯制造形式确定毛坯制造形式 由于气缸盖的结构较复杂,属箱体类零件,故可以采用铸造毛坯.材料 采用灰口铸铁 HT20-40,其刚度较好,使用时不易产生变形,机械加工性能 良好.但与铸铝合金比较,导热性能较差,压缩比较低,但有良好的经济效益,所 以材料选用灰口铸铁. 由于零件年产量为 17500 件,属于大批量生产,因而铸造采用砂模铸造,机 器造型.这样生产率高,毛坯尺寸准确、精度较高,并可以有效的减少机械 加工时的余量. 二二 、 制定工艺路线制定工艺路线 ( (一一) ) 零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性分析 1、 零件的结构工艺性是指该零件被加工的难以程度,是评价零件结 构优劣的技术经济指标之一.所谓工艺性良好是说所设计的零件在保证产 品的使用性能前提下,能用生产率高,劳动量小,材料消耗少和生产成本低 的经济加工方法制造出来. 气缸盖是一种箱体类零件,有较大的平面,因而便于定位和夹紧, 零件的主要加工内容为平面加工和孔加工. (1)(1)平面加工平面加工 气缸盖外表面有五个大平面需要加工.在机械加工中,平面的加工 方式很多.车削、铣削、刨削、镗削、磨削和拉削都可以对平面进行加工. 但是,由于缸盖工件较大,又为箱体类零件,所以不宜采用车削和镗削加工; 其次,磨削加工属于高精度加工,且其效率较低,故在其他加工方式下,可以 达到精度要求的情况下，就不宜采用磨削加工;刨削加工,效率较低,且加 工精度不高;而拉削加工,在我国现阶段还不宜采用.由以上分析,可以看出,就 本零件所加工的平面而言,采用铣削加工为最佳.而且随着刀具的发展,端 铣刀的大进给,可大大提高生产率,降低成本.所以本次设计,所需加工平面 主要以铣削加工为主.只是,对于上下底面,由于表面粗糙度要求较高,在最 后采用磨削加工. (2)(2)孔系的加工孔系的加工 气缸盖上分布着各种孔几十个,比较复杂,且都有不同的尺寸精 度和位置精度要求.加工时,可以根据孔的内表面的粗糙度高、低要求不同,通 过钻、扩、铰、锪、镗等加工方法来实现.具体的孔采用的加工方法,在后 面的加工方案中具体说明. ( (二二) )工艺路线的拟定工艺路线的拟定 拟定工艺路线的出发点,应当使零件的尺寸精度及位置精度等技术 要求能够得到妥善的保证.在生产纲领中,已经确定该零件为大批量生产的 条件下,可以考虑选用万能性设备和专用设备共同形成流水线的生产方式, 配以专用夹具,并尽可能的使工序集中来提高生产效率.除此之外,还应当 考虑经济效果,以便使生产成本下降. 该零件为大批生产,因此应采用高效率的自动化程度高的机床,专用 夹具和刀具.采用自动加工生产线来进行生产,这样可以大大提高产品的制 造精度.生产中,采用自动线和流水线相结合的方式,其中以自动线加工为 主. 1 1、基准的选择、基准的选择 基准是指机器零件上用来确定各有关表面相互位置的几何元素. 合理的选择定位基准,尽量使基准重合,可以在加工过程中减少加工误差, 提高加工精度. 1)1)粗基准粗基准 虽然气缸盖有五个外表面需要加工,但各表面的技术要求不尽相 同,其中要求最高的是下底面,最好使其余量均匀,故选底面为粗基准来加 工顶面,然后再以加工后的顶面为基准加工底面,这样可以保证底面的加工 要求.另外,粗加工时,由于加工余量较大,切削力较大.各表面中,只有底面 面积较大,且较平整,才能保证装夹时的稳定与可靠. 2)2)精基准精基准 选择精基准,主要从保证工件的位置精度和装夹方便,即尽可能使 基准重合、统一来考虑.本设计采用气缸盖底面及底面上的两个直径为 14 的工艺孔作为精基准,即“一面两销“定位.这样做的好处有: (1)(1)各加工表面基本上都是以一面两销作为精基准,减少了由于 基准转换而引起的定位误差,且两孔位于底面两边,距离长,定位精度高. (2)(2)底面轮廓尺寸大,时的工件安装稳定可靠. (3)(3)大部分工序夹具结构相同,且夹紧方便.夹具设计、制造及维 修简单,缩短了生产准备周期,降低了成本. (4)(4)便于实现自动化定位,有同时加工多个工作面,提高了生产效 率. 2 2、加工方法的选择、加工方法的选择 加工方法的选择应该符合产品的质量、产量及经济性的要求.达 到同样的精度要求采用的加工方法是多种多样的.问题的关键在于如何通 过分析、比较,在这些方法中选择出一种能在满足零件的技术条件和完成 生产批量的前提下,最简单、生产效率最高、消耗原料最少、动力最少、 成本最低的加工方法来. 本着上述原则,气缸盖的各加工表面加工方法选择如下: (1)上下底面 粗铣-半精铣-精铣-磨削 (2)其他平面 粗铣-精铣 (3)导管孔 钻孔-扩孔-粗镗-精镗-精铰 (4)气道孔 粗锪-精锪 (5)座孔 扩孔-镗孔-精铰 (6)工艺孔 钻孔-铰孔 (7)一般的孔 钻孔-扩孔 另外,需要注意一点:在孔加工中,有一些属于深孔加工.如直径为 5.8 的孔,钻深 74,长径比达到 13;又如直径为 15 的斜孔,钻深 79.98,长径 比为 5.4.同一般的孔加工相比,深孔加工中存在着下列问题: (1)排削困难、切屑阻塞、扭矩较大、易造成钻头折断. (2)刀具冷却困难.处于半封闭状态下的钻头发热严重,降低了 钻头的使用寿命. (3)由于钻头细长,强度和刚度较差,特别是当钻头刃磨不对称 时,钻头很容易引偏,并引起刀头的振动. 为了解决上述问题,应适当提高转速,降低走刀量,并提高钻头 切削力的对称性和采用较长的导向,缩小导向距工件的距离等措施,改善排 屑条件. 为保证孔的加工精度,特别是孔的位置精度,在生产线上广泛使 用专用夹具.其上设有导向的钻模,以作为刀具的支撑,确保其位置精度,以 减少刀具变形.同时,各种专用组合机床及许多复合刀具都大大减少了工件 的安装次数和传送时间,既保证了加工精度,又提高了劳动成产率. 3 3、加工阶段的划分、加工阶段的划分 当工件的加工质量要求较高时,常把工艺路线分成几个阶段,一 般可分为:粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段.这样分: (1)能保证零件的加工质量.粗加工阶段,主要是切除较大余量, 精度要求不高,切削用量比较大,切削力大,切削时发热振动大.此外,工件 的内应力,因表面去掉一层金属而从新分布,产生新的变形,若将粗、精加 工混在一起势必会破坏了精加工的表面精度. (2)使设备得到了合理的使用.粗加工应安排在功率大、精度底 的机床上进行,充分发挥设备潜力,提高生产率.而精加工应安排在精度较 高的机床上进行,既有利于长期保持设备的精度,又有利于加工精度的稳定,并 可以合理的配备操作工等级. (3)在粗加工阶段,可及时发现毛皮缺陷, 便于及时确定后续工 序是否可以进行,以免浪费.同时,将精加工安排在最后,可减少精加工后的 表面受碰撞的机会. (4)粗、精加工要求不同的夹紧力,将粗、精加工分开, 就可以 在精加工采用较小的夹紧力,以减少夹紧变形保证加工精度. (5)气缸盖是箱体类零件,在加工中,应遵循着“粗精分开“先粗 后精“先面后孔“,及“先主要表面,次要表面插入其中“的原则,使面与孔的 粗、精加工交替进行,有利于提高零件加工时的定位精度和加工精度. 总上说述,气缸盖的加工过程可大致分为以下几个阶段: 第一阶段:主要完成气缸盖顶面、底面、两端面及侧面的粗铣、 半精铣和顶面、底面的精铣.使零件有一较准确的毛坯尺寸,为工件上自动 线提供保证.还要完成钻、铰工艺孔的加工,为以下工序提供定位基准. 第二阶段:主要完成火花塞孔的钻、锪、攻丝、锪气门弹簧座孔 平面、锪进排气门孔及导管孔. 第三阶段:完成顶面、底面、两端面及侧面上的钻孔、倒角、扩 孔、铰孔和攻丝等工序. 第四阶段:完成压气门座、导管、滚压气门孔的加工及磨削顶面、 底面和清洗、试漏、钳工等后续工序. 为保证产品质量,在整个工艺过程中安排了几道检查工序.这样 做,可以及时发现零件的质量问题,马上解决,避免不合格零件进入下一道 工序. 4 4、工艺路线的拟定、工艺路线的拟定( (列表列表) ) -方案一方案一 工序工序 主要加工内容主要加工内容 10 铸造 20 检查 30 粗铣上顶面 40 粗铣下低面 50 扩定位气道飞刺 60 铣侧面飞刺 70 铣前后面飞刺 80 检查 90 自动线上料 100 半精铣上平面 110 半精铣下平面 120 精铣上平面 130 精铣下平面 140 钻铰工艺孔及顶面钻孔 150 检查 160 加工后面(铣平面,钻孔,攻丝) 170 加工前面(铣平面,钻孔,攻丝) 180 检查 190 翻转 90 度 200 铣侧面 210 铣进排气侧面 220 钻侧面孔 230 攻侧面孔丝 240 翻转 90 度 250 锪导管孔平面,钻螺纹孔 260 钻导管孔 270 粗锪气道孔,划平面 280 精锪气道孔,划平面 290 钻深油孔,划平面 300 扩导管孔,座孔,钻油嘴子大孔 310 扩导管孔,座孔,钻油嘴子小孔 320 镗导管孔,座孔,钻油嘴子螺孔 330 镗导管孔,座孔,划油嘴子平面,扩小孔 340 精铰导管孔,座孔,攻油嘴丝孔 350 精铰导管孔,座孔,攻上面丝 360 下料 370 检查 380 清洗 390 压闷头 400 水压试验 410 去飞刺 ,清理铁屑 420 磨上平面 430 磨下平面 440 全面检查 450 检查入库,上防锈油 -方案二方案二 工序工序 主要加工内容主要加工内容 10 铸造 20 检查 30 粗铣上顶面 40 粗铣下低面 50 检查 60 上料 70 半精铣上平面 80 半精铣下平面 90 精铣上平面 100 精铣下平面 110 钻铰工艺孔及顶面钻孔 120 检查 130 铣后面 140 铣前面 150 铣两侧面 160 后面钻孔攻丝 170 前面钻孔攻丝 180 检查 190 翻转 90 度 200 钻侧面孔 210 攻侧面孔丝 220 翻转 90 度 230 锪导管孔平面,钻螺孔 240 钻导管孔,钻孔 250 粗锪气道孔,划平面 260 精锪气道孔,划平面 270 钻深油孔,划平面 280 扩导管孔,座孔,钻油嘴子大孔 290 扩导管孔,座孔,钻油嘴子小孔 300 镗导管孔,座孔,钻油嘴子螺孔 310 镗导管孔,座孔,划油嘴子平面,扩小孔 320 精铰导管孔,座孔,攻油嘴丝孔 330 精铰导管孔,座孔,攻上面丝 340 下料 350 检查 360 清洗 370 压闷头 380 水压试验 390 去飞刺 ,清理铁屑 400 磨上平面 410 磨下平面 420 全面检查 430 检查入库,上防锈油 5 5、工艺路线方案的比较、工艺路线方案的比较 上述方案 1,为大连柴油机厂缸盖加工工艺路线.方案 2,以北京内 燃机总厂缸盖加工工艺路线为参考而拟定的.同方案 1 相比,方案 2 少了两 道工序,但通过分析发现方案 2 有一定的缺陷. 首先,方案 2 在工序 50(检查)前较方案 1 省略了三道工序,分别 为扩定位气道飞刺,铣侧面飞刺,铣前、后面飞刺.在方案 1 中扩定位气道 飞刺是按工艺孔找正加工的.并把气道作为下面几道工序的基准.使得工艺 孔的加工有了互为基准,提高了工艺孔的位置精度.又在正式加工侧面及前、 后面之前加了去飞刺一道工序,有利于提高零件毛坯的尺寸精度.可见,在 生产条件允许的条件下,确实这三道工序不应该被省略. 其次,在方案 2 中,工序 130 至工序 210,为先将各表面加工完毕, 后接着分别加工各面的孔,体现了“先面后孔“的加工原则,但同方案 1 中, 工序 160 至工序 230,加工内容完全一样,只是加工顺序不一样.二者作比 较,发现方案 1 中,将铣后平面、钻孔、攻丝变成一道工序的几个工步,虽 然使一道工序中出现了多工位,但是由于是用一台组合机床来完成的,减少 了安装的次数,提高了加工精度.同时,也提高了劳动生产率. 综上所述,由于方案 2 中存在着一些不完备的地方,所以这次设计 的工艺过程取方案 1 即大连柴油机厂的气缸盖生产的加工工艺过程.在对 多孔系的加工中,广泛采用了工序集中的方式,如工序 160 和 170,将铣平 面、钻孔、攻螺纹丝等集中在一道工序中.这样,既缩短了工艺路线,又减 少了机床的占地面积,使生产周期变短.而在粗加工阶段,工序 30 至工序 70,主要采取了工序分散的方式.这样做是因为,这几道工序的加工精度要 求不高,且容易安装,可采用较简单的专用或通用机床.另外,使得机床的调 整更容易了,从而降低了生产成本. 6 6、定位误差分析、定位误差分析 下面着重分析一下这套设计方案的定位误差: 如附图所示,工作以孔 1、2 定位加工孔 3 时,此时,两销在 X 方向上的 误差为 x,将引起孔 1、3 中心距 l=0.03 的误差 l,一般认为: l1=1+xl+y1 转角误差 ,将引起中心连线 0.03 与 X 轴夹角 的误差.孔 3 的中心 线将在扇形区域 abed 中变动,其误差域最大的坐标误差为 x、y 有下 面的公式: x=1x/(x+y)+y/L*(1+2) y=1y/(x+y)+x/L*(1+2) 附图 No.1 两销定位误差对加工误差的影响 由上面的估算可以看出,一面两销定位时,因间隙引起的定位误差是不 容忽视的. 三、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定三、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ( (一一) )确定机械加工余量确定机械加工余量 机械加工中毛坯尺寸同完成零件尺寸之差称为毛坯的机械加工余量. 加工余量的大小,取决于加工过程中各个工步切除的金属层的总和,以及毛 坯尺寸与规定的公称尺寸间的偏差数值.加工余量过大浪费材料,增加切削 工时,加快刀具的磨损;余量过小时,则不能修正前一工序的误差,造成局部 切不到的毛病,影响加工质量,甚至会造成废品.因此,通常根据经验数据, 并结合实际的加工情况,合理的选择加工余量.总的原则是:在保证加工质 量的前提下,尽可能地使加工余量减小. 气缸盖毛坯为铸件，零件材料为铸铁 HT20-40,铸造精度为二级，铸 件在最大尺寸 260-500mm 之间，查表可知六个面的加工余量为：上、下面 可取 4.5-6.0mm；两侧面、前、后面可取为 3.0-5.0mm;铸造尺寸偏差，可 取 0.5mm。 在机械加工的各个工步中，所切除的金属厚度用 Zm 来代表。如不考 虑其他因素，则总的余量大小将为 Zm，如用符号 Z1,Z2,Z3Zm来代 替各个工步或工序的加工余量大小，则有： Zm=Z1+Z2+Z3+Zm 综上所述： 上、下面的加工精度高，要求 Ra=1.6m，加工过程为粗铣 半精铣精铣磨削，则有： 粗铣余量为 Z1,取 Z1=2mm 半精铣余量为 Z2,取 Z2=1.5mm 精铣余量为 Z3,取 Z3=0.5mm 磨削余量为 Z4,取 Z4=0.05mm 总的余量为 Zm=Z1+Z2+Z3+Z4 =4.0mm 同时，前后面的加工过程为铣飞刺精铣，故： 铣飞刺的余量，Z1=2mm 精铣余量 Z2,Z2=2mm 总的加工余量 Z=Z1+Z2 =4mm 同理，两侧面的加工余量分别为 4mm 和 2mm. ( (二二) )确定零件毛坯尺寸确定零件毛坯尺寸 长=零件的长度+前面加工余量+后面加工余量尺寸偏差 =274+4+40.5 =2820.5mm 宽=零件宽度+左侧面加工余量+右侧面加工余量尺寸偏差 =198+4+20.5 =2040.5mm 高=零件高度+上面余量+下面余量尺寸偏差 =100+4+40.5 =108+0.5mm 故,毛坯的尺寸为 282*204*108 四、确定切削用量和基本工时四、确定切削用量和基本工时 ( (一一) )切削用量的确定切削用量的确定 切削用量是指切削速度 v，进给量 s 和切削深度 t.确定切削用量时， 应考虑生产率，加工质量及切削力引起的工艺系统的弹性变形，工艺系统 的振动，刀具的耐用度，机床的功率等综合因素的影响。 在一般的情况下，应尽量选取大的切削深度 t,其次，尽量取大的进 给量 s，在选择进给量 s 时应考虑两个问题：一是因切学力而引起的系统 的弹性变形，不能使工件的尺寸超出误差范围；而应保证零件表面的粗糙 度要求，具体来说，就是粗加工时，切削力、进给量主要按照工件材料、 工艺系统的刚性来选取。精加工时，按照表面粗糙度来选取。最后，选取 合适的切削速度 v。合适的切削速度，能满足充分的发挥刀具的切削条件 的能力。即刀具的磨损量控制在最小，机床的利用率最高，并能保证零件 的加工质量。 以上所述是就普通机床而言的，在本次设计中，零件的大部分工序是 在组合机床自动线上进行的，故其切削用量有自己的特点。 组合机床采用多把刀具同时加工，受生产节拍的限制，为使机床不经 常停车换刀，从而达到较高的生产率，他的切削用量比一般的机床的切削 用量要小 30%；其次，缸盖生产线多采用复合刀具，而复合刀具的进给量， 应按其最小直径来选取，切削速度应按其最大直径来选取，即“就高不就 低” ；再着，组合机床有一特点，就是动力头工作时，每分钟仅给只有一 种，这样就使所有刀具的每分钟进给量相同，而这一进给量并不是每一刀 具的合理进给量，为兼顾多方面，只有采用互相迁就的办法解决，即首先 选出各刀具独立合理的选定结果，再造一中间值，以此为标准，调整多刀 具的切削用量，靠近适合本身的需要为止。在选择切削用量时，还应使每 分钟进给量高于动力头所允许的最小值。因受温度等其他因素的影响，若 选得太低则不能够稳定的进给，以至于影响了加工精度。 总之，要对上面提到的各种因素综合考虑，并加以细致地分析，选出 经济的、合理的切削用量。 下面，就本次设计的具体实际，列举几个工序切削用量的切削过程。 ( (一一) ) 切削用量选择切削用量选择 1 1、 工序工序 3030 的切削用量选择的切削用量选择 （1）加工内容：粗铣上平面 （2）加工条件 工件材料：铸铁 HT20-40 加工要求：粗铣上平面至距下平面 106 处，要求 Ra=12.5m 机床：X5120 立式铣床 刀具：Q/R B320 320 铣刀盘 材料：YG8 (3)计算切削用量 加工余量为 2mm 走刀次数为 1 次 切削深度 t=2mm 查手册初取 v=83m/s n=1000v/d=82.5r/min 根据机床转数系列取 n=85 r/min 所以，v=dn/1000=85.5m/s 又每齿进给量 Sz=0.4mm 则每转进给量 Sn=Z*Sz=4.8mm 则每分钟进给量=n*Sn=408mm 校验机床功率 N=1.49* = =4.2Kw 又有式 NN 电* 式中 N 电-机床主电机功率 N 电=13Kw n-机床的传动效率 取 =0.85 N 电*=13*0.85 =11.05N 所以，机床功率满足要求。 2 2、 工序工序 5050 的切削用量的选择的切削用量的选择 加工内容：扩定位气道飞刺 加工条件： 工件材料：HT20-40 加工要求：将两个 13 孔扩至 15 刀具：气道扩孔钻 刀具材料：硬质合金 计算切削用量 加工余量为 2mm 走到次数位一次 故切削深度等于 t=1mm 查表初取 v=41.6m/s n=883r/min 每转进给量 Sn=0.2mm 每分钟进给量 S=n*Sn =883*0.2 =176mm 校验机床的功率 N=Mn/(716200*1.36)=2.5Kw 功率较小，满足要求。 3 3、 工序工序 120120 的切削用量的选择的切削用量的选择 加工内容：精铣上平面 加工条件： 工件材料：HT20-40 加工要求：精铣上平面，距底面的距离为 100.50.30，Ra=3.2m 机床：专用铣床 刀具：JR/TO 端铣刀，刀片材料：YG8 计算切削用量 加工余量为 0.5mm 走刀次数为一次 故切削深度 t=0.5mm 查表初取速度 v=186m/s n=1000v/d=1000*186/200=295r/min 取主轴转数=300/min 则 v=dn/1000=300*200/1000 =189m/s 取 Sz=0.1mm 则每转进给量 Sn=Z*Sz=0.8mm 则每分钟进给量 S=n*Sn=240mm 校核功率 N=1.49 =1.49 =5.5Kw 又 N 电=7.5Kw 取 =0.85 N 电 =6.375KwN 因此，机床主电动机的功率满足要求。 以上，通过几道工序，对切削用量作了举例，其他各道工序的切削用量具 体选取见工艺卡。下面接着分析工艺过程中另一比较重要的问题，即基本 工时的确定。 ( (二二) )基本工时的确定基本工时的确定 1、 工时的定额就是完成某一工序所规定的工时，合理的工时定 额能促进工人的生产技能和技术熟练程度的不断提高，调动 工人的劳动积极性，从而提高生产率。主要有以下几部分组 成： 1) 基本时间 t 基 直接用于改变工件的尺寸、形状和表面质量所需要的时间。 辅助时间 t 辅 每个工件加工要求进行的装、卸工件，启动、停止机床，改 变切削用量，测量工件等工作所消耗的时间。 工作点服务及身体需要时间 t 服 在工作时间内，为保证自己正常工作所进行的刀具调整、修 磨砂轮、清理切削、擦拭机床等项工作消耗的时间，即在工作时间内必要 的休息时间和自然需要时间。 准备终结时间 t 终结 一批零件开始加工前熟悉工艺文件，领取毛坯、夹具，调 整机床及一批工件终结完工后所需拆下和归还工艺装备，发送成品所需要 的时间。 2)各项时间的计算 t 基=(计算长度/S)*I 其中 i 为走刀次数 t 辅=（13-17）% t 基 取 15% t 服=（13-17）% t 基 取 15% t 终结=（3-5）% t 基 取 15% 又有：t 单件= t 基+ t 辅+t 服 1.30 t 基 t 单件核算= t 基+ t 辅+t 服+t 终结 1.35 t 基 、 2、 下面以工序 30 和工序 50 为例说明时间定额的计算方法 工序 30 的时间定额的计算 t 基=（计算长度/8）*I=(L+L1+L2)/8*I 式中：L-工件长度 i-走刀次数 L1,L2切入和超出长度 对工序 30： L=230 L1=125 L2=5 I=1 S=408 t 基=(230+12.5+5)/408=0.60(分) t 辅=15% t 基=15%*0.60=0.09（分） t 服=15% t 基=0.09（分） t 终结=5% t 基=0.03（分） t 单件1.30 t 基=0.78（分） t 单件核算1.35t 基=0.81（分） 工序 50 的时间定额计算 t 基=(L+L1+L2)/S*I =(103+1.5+1.5)/176*1 =0.60(分) t 辅=15% t 基=15%*0.60=0.09（分） t 服=15% t 基=0.09（分） t 终结=5% t 基=0.03（分） t 单件1.30 t 基=0.78（分） t 单件核算1.35t 基=0.81（分） 其他的各道工序的计算方法与上面两例子相同，在此不再一一举 例，具体数值见工艺卡。 五五 、 工艺装备及重点工序分析工艺装备及重点工序分析 ( (一一) )工艺装备的选择及工艺规程设计特点工艺装备的选择及工艺规程设计特点 1 1、刀具的选择、刀具的选择 刀具的选择条件： 刀具材料的硬度应高于工件材料的硬度。 刀具材料要有足够的强度及韧性，以承受较大的切削力。 刀具材料需耐磨，热硬性好，且刀具有良好的工艺性，便于制造。 因此，在设计中，选用合适的刀具，可以提高生产率。各工序所使用 的刀具具体的选择见工艺卡。 2 2、机床的选择、机床的选择 选择机床的要求 能达到规定的质量 能达到较高的生产率 能达到较高的经济性 因此，在设计中，选用的机床首先要有足够的精度，其次，机床的生 产率应略大于该零件的年生产率，最后，还要考虑机床的价格。具体的机 床选择见工艺卡。 3 3、量具的选择、量具的选择 由于是大批量加工，且要求的加工精度较高，在工序中，要采用许多 专用量具，具体选择见工艺卡。 4 4、夹具的设计选择、夹具的设计选择 在工序的最初几步，由于是初加工，且在通用机床上加工，未上生 产线，因此可以采用组合加剧进行粗加工，当上生产线后，工件在专用机 床上加工，且要求精度高，应大量采用专用夹具，夹具的设计详见本文第 四章。 5 5、辅助工具的选择、辅助工具的选择 刀居与机床之间常要用辅具来连接，如钻夹头，钻套，刀夹等。选择 辅具时应考虑:（1）能达到较高的生产率 （2）经济效果良好 因此在设计中，选用的辅助工具生产率应与零件的年生产率相适应， 由于是大批量生产，可以采用专用辅具。具体的辅具选择见工序卡。 6 6、关于组合机床和自动生产线的内容、关于组合机床和自动生产线的内容 组合机床也是一种专用机床，根据需要把预先设计和制造的各种标准 部件进行选用，与少量的专用部件，装配而成。组合机床具有结构简单和 生产率高的特点。他可以加工一种或几种工件的一道或几道工序，实现半 自动化或自动化。一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位、同时加 工，所以组合机床是一种工序集中的高效率机床。 7 7、本设计工艺规程的特点、本设计工艺规程的特点 i.定位基准统一，减少了基准转换误差有利于保证加工精 度。 ii.工序安排符合“适当集中，合理分散”的原则，便于合 理选用加工设备保证加工质量。 iii.iii.把相关工序集中于一台机床上加工，把一些分散到各相 关工序中，减少了工件安装次数，从而保证各加工表面 的位置精度，减少了操作工人，使得生产周期短，生产 率高。 ( (二二) )重点工序的分析重点工序的分析 工序 340 作为重点工序加以分析。 加工内容：精铰导管孔、座孔；供油嘴螺纹 工序简图如下： 附图 NO.2 工序的分析: 气门座孔和导管孔的同轴度误差呀要求仅 0.05 毫米，而导管孔 和气门座孔的平面的垂直度误差要求为 0.1/100 毫米，因此可将该工序列 为重点工序，重点加工、重点检查，以保证达到精度要求。 具体的工艺装备及切削用量的选择见工艺卡 第四章第四章 夹具设计夹具设计 本零件为大批生产，且采用专用机床，为提高生产率，并减轻劳动强 度，故要求设计专用夹具。 本夹具为工序 310 的专用夹具，适用卧式双头钻床。 一、一、问题的提出问题的提出 利用本夹具主要用来加工 25.5 的孔。其主要技术条件为：保 证孔的轴线与底面夹角为 6530钻孔深度 60.50.3孔的 内表面粗糙度为 Ra=12.5um. 二、二、夹具设计夹具设计 （一）（一） 定位机构设计定位机构设计 1 1、 定位的确定定位的确定 有前面的分析，孔的位置精度由夹具和机床保证 ，孔的内表面加工 精度由刀具来保证。 工件采用“一面两销”定位，底面和底面上的两个工艺孔（定位销孔） 作为定位基准，限制了工件的六个自由度，实现了完全定位。两个定位销 分别设计为圆柱销和削边销的形式。有两个小油缸带动两定位销，实现插 销和拔销的动作。在顶面的钻模板上的两个孔祈祷定位销的导向作用。 2 2、 削边销的设计及定位误差的分析削边销的设计及定位误差的分析 已知：两销孔及工艺孔为 14H7。两销中心距为:1750.20mm。查 表工艺孔为 14+0.018。 (1)决定定位销中心距工称尺寸及偏差 定位销中心距工称尺寸与销孔中心距工称尺寸相同为 175mm. 其偏差 Lx=1/5Lg=0.04mm 所以，定位销中心距为 1750。04mm. (2)决定定位销 1 的公称尺寸及偏差，由于销孔是一般为基孔制的孔， 因此孔与销的公称尺寸应相同，配合种类为 H7/g6. 所以，圆柱销为 14g6，即 14-0.017-14-0.006。 (3)定削边销的公称尺寸、宽度及偏差。由于孔的公称尺寸为 14， 查表可得 b=4,B=D-2=12,计算出间隙。 2=2b*（Lx+Lg）/D=2*4*(0.04+0.20)/14 =0.15 所以，削边销的公称尺寸为 d2=D-2=13.85 其配合参数选为 g6. 削边销 附图 NO.3 定位误差的分析： 已知：1=0.006 x1=0.011 g1=0.018 2=0.15 x2=0.011 g2=0.018 Lx=0.04 Lg=0.20 由公式：L=1=1+x1+g1 =0.035 转角误差：=（1+2）/L=(1+2)+(x1+x2) +(g1+g2)/L =0.0012 弧度 =48 3 3、 油缸行程的计算油缸行程的计算 插销动作：又油缸带动实现，油缸动作，活塞杆移动，带动推杆， 转变为花键轴的转动，花键轴转动，带动推杆，使铰链轴移动，实现插销 动作。当活塞杆反向运动即可实现拔销运动。 有以上分析得： 销的行程为 18mm,且铰链轴中心与花键轴中心距为 52mm,则 推杆绕花键轴摆动的角度为 tg=(1/2*18)/52=0.17 且花键轴中心与活塞杆中心距为 60mm. 所以，活塞杆移动的距离为 l=2*60tg=20.5(取整) =21mm 所以，油缸的行程为 21mm。 ( (二二) )夹紧机构的设计夹紧机构的设计 1 1、 具采用液压夹紧机构具采用液压夹紧机构 同气动夹紧相比，液压夹紧有以下优点： 压强可高达 6 兆帕以上，比气压高十倍，油缸的直径可比气缸要 小得多，通常不需要增力机构，使得夹具结构简单。 液体不可压缩，因此液压夹紧刚性大，工作平稳，夹紧可靠。 噪音小 2 2、夹紧机构的动作说明、夹紧机构的动作说明 夹紧机构的简图可见夹具装配图，零件编号以装配图为准。 油缸（39）动作，推动推杆(86)向右移动，压板（83）实质上相当于 一个推杆，推杆推动压板下部向右移动，通过杠杆原理，压板上端向左移 动，推动压杆（82）并压缩弹簧，压板压住零件，实现夹紧。 当油缸反向动作时，这时推杆（86）向左移动。而压杆由于弹簧的弹 力作用，向右移动，使得压赶回复到原来的位置，从而消除夹紧力。 3 3、油缸的选择和油缸的行程计算、油缸的选择和油缸的行程计算 由于所需的夹紧力较小，故可选小一点的油缸。在本夹具中选用 TY06-2 工型油缸。由于承受夹紧力的凸台与上面距离为 16mm，为了使夹 紧可靠，并当撤除夹紧力时，工件进入下一工序不至于使压杆端部与零件 发生干涉，油缸的行程应略大于凸台与上面的距离，但不宜过达，使得夹 紧力增加，从而零件的内应力。 4 4、夹具设计中应注意的灵一些问题、夹具设计中应注意的灵一些问题 由于夹具的零件比较多，而且夹具结构比较复杂，所以有一些细节问 题应加以注意。如：支承板的设计。当工件进入夹具时，其起支承工件作 用。而当工件被定位、夹紧后，支承板与工件底部应有一定距离。若工件 底部与支承板接触，将发生干涉，成为超定位。而这一个空隙又不能太大， 否则插销时困难，销子不容易插进销孔。而当最后拔出销子，撤出夹紧力 时，若空隙太大，工件落到支承板时，将引起较大的冲击。 又如：定位销的插销、拔销动作和压板的动作都由液压油缸带动。 应合理地设计这一油缸的动作顺序。加工前，应先将定位销插入销孔，然 后才能夹紧，即通常所说的“先定位，后夹紧” 。而当加工完工件时，应 先拔出定位销，然后在撤出夹紧力。如果未拔出定位销,而先撤出夹紧力， 使得加工后定位销依然受力，长时间会使得定位精度减小。 又如：工序的钻孔是在工件的斜面上进行加工的，而夹紧用的压杆 是压紧在斜面的凸台上，设计时应考虑压杆的套，和加工时的钻模套是否 发生干涉。若发生干涉，应采取一定的措施避免。 在这套夹具中，由于加工内容少，只是钻两个大孔，所以工件所受 切削力较小，而且夹紧力由油缸提供，比较大，保证能满足要求。又由于 定位销不固定在定位平面上，而是设计在铰链轴的前端，所以在加工时基 本不受挤压作用，而其所受的剪切应力也很小，故无需对销进行强度校核。 5 5、钻模套的设计、钻模套的设计 由于加工的孔的轴线位置精度又一定要求，所以钻模套在夹具体上 的位置精度要又保证。可以加入导向套作为引导刀具的元件，来确定刀具 的位置，并作为刀具的支承，减小刀具的变形。将钻模套设计为可换钻套。 螺钉的作用是为了防止钻套随刀具转动或被排屑顶出，当钻套磨损后需要 更换时，不需更换衬套，比较方便，是用于这种大批量生产。 6 6、夹具的工作原理及动作说明、夹具的工作原理及动作说明 本工序在自动线上进行，配置自动送料装置，工件沿导向板的导向 方向进入该夹具，由两定位销在油缸的带动下，实现插销。然后，加上夹 紧力，进行机加工。机加工进行结束后，先拔出定位销，而后撤去夹紧力， 工件送到下一台机床，进行后面的加工。用一个流程图可以很明确表达上 述叙述： 上一工 序工件 进入 夹具 插销 加夹 紧力 钻孔拔销 撤夹 紧力 工件下一 工序 附图 4 夹具动作说明 7 7、夹具的技术要求及安装说明、夹具的技术要求及安装说明 左、右夹具体等高允许误差 0.02mm； 支承板保证共面允许误差0.01mm； 支承板、定位板共面，对夹具体底面垂直度允差 0.02mm; 各夹紧油缸不允许有渗漏油现象，且动作准确、灵活可靠； 各定位、夹紧机构要求动作准确、灵活可靠; IT111 支承滚应在各机床整线连结时安装，以保证步伐机工作准确; 液压管路应依据实际情况排列，要求整齐美观; 左、右夹具体孔应分别同气缸盖孔同轴，允差 0.02mm. 第五章第五章 附附 录录 参考书目参考书目 机械制造工艺学机械制造工艺学 -辽宁科学技术出版社辽宁科学技术出版社 机械制造工艺学课程设计简明手册机械制造工艺学课程设计简明手册 -华中工学院华中工学院 机械制造工艺学简明手册机械制造工艺学简明手册 -哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 金属机械加工工艺人员手册金属机械加工工艺人员手册 -上海科学技术出版社上海科学技术出版社 内燃机制造工艺学内燃机制造工艺学 -中国农业机械出版社中国农业机械出版社
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