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编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目：内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及 系列夹具设计系列夹具设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师：（职称：高级工程师 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 内燃机后油 封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 是本人在导师的指 导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论 文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计 （论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 II 学 号： 0923169 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 课题来源：广西玉林柴油机厂提供图纸委托无锡市宏业机电配件厂加 工的柴油机零件,无锡市宏业机电配件厂提供相关资料 选题依据： 1、零件生产用图 2、零件材料 3、年产量（10 万件/年） 4、该厂生产条件状况 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1满足零件设计的加工精度； 2零件加工的工艺过程卡片及各工序的工序卡片(包括相关编程)； 3主要机械加工工序的夹具总装配图及主要零件图(不少于折合 0 号 图纸 3 张),专用夹具不少于 3 副； 4设计说明书（不少于一万字）必须有相关的计算和说明； II 5专业外语文献翻译不少于一万字符 。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 94 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所学科组组长研究所所 长长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 本次毕业设计的题目是内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计。其 主要内容包括后油封盖的零件分析、加工工艺规程设计和专用夹具设计等三大主要部分。 本论文中对零件进行了详细分析，在此基础上对零件加工要求进行分析，最终确定 毛坯材料，选择定位基准，并留出适当的加工余量。综合分析制定出零件加工工艺路线。 得到工艺路线后，需要对工艺路线中的具体参数进行计算，计算加工余量，计算切削用 量，并根据计算结果选择机床，此外还计算了加工过程中的辅助时间。 设计专用夹具需要做设计前的研究工作、确定总体方案（研究和计算定位误差、确 定和计算夹紧力） 、编制夹具体图及装配图。工艺规程设计的重点主要是拟定工艺路线和 工艺计算。拟定工艺路线要充分考虑实际情况，尽可能的节约生产成本，提高生产率。 工艺的计算需要计算工序加工、确定机床型号和计算动作时间及辅助时间。 关键词：关键词：工艺规程设计；专用夹具设计；加工余量；工艺计算 IV Abstract The graduation design topic is internal-combustion engine rear oil seal seat. The main contents include the analysis of the components, technical process design and special fixture design, the three main parts. This thesis of parts are analyzed in detail,On the basis of the parts processing requirements analysis,Ultimately determine the blank material, choose the locating datum, and stay out of the appropriate machining allowance. Comprehensive analysis and formulates the components processing technological route. Get process, need to process in the specific parameters are calculated, calculate the machining allowance, cutting parameters, and according to the calculation results the select tool, also calculated during the processing of the auxiliary time. Special jig design main steps have design the preparing work before, overall scheme of the sure (positioning error analysis and calculation and clamping force and the determination of calculation), rendering the assembly drawing fixture and fixture drawing. The focal point of design process regulation is mainly develop process route and process calculation. Process route worked fully consider the actual situation, as far as possible to save the production cost, improve the productivity. Process calculation mainly includes process calculation, machine tool selection and mobile time and auxiliary time calculation. Keywords: Process planning; Special jig design;Machining allowance;Process calculation V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 1 绪论.1 1.1 本课题研究的内容及意义1 1.2 国内外的发展概况1 1.3 本课题应达到的要求1 2 零件的分析.2 2.1 内燃机后油封盖的作用.2 2.2 零件的工艺分析.2 3 内燃机后油封盖工艺规程设计.5 3.1 确定零件生产类型及毛坯的制造形式.5 3.2 零件材料的选择.5 3.3 基准的选择.6 3.2.1 粗基准的选择.6 3.2.2 精基准的选择.7 3.4 拟定工艺路线.7 3.4.1 零件各表面加工顺序的确定7 3.4.2 工序的组合.8 3.4.3 零件工艺路线方案的对比8 3.4.4 零件工艺路线方案的分析与选择10 3.4.5 零件机械加工余量确定10 3.5 各工序所需机床及工艺装备的选择.10 3.5.1 机床的选择10 3.5.2 工艺装备的选择.10 3.6 工艺计算.11 3.6.1 后表面12 3.6.2 前表面13 3.6.3 底平面20 4 夹具设计.23 4.1 机床夹具的概述.23 4.1.1 夹具的组成.23 4.1.2 机床夹具的功能23 4.1.3 机床夹具需要满足的要求24 VI 4.2 内燃机后油封盖系列夹具设计.24 4.2.1 内燃机后油封盖系列夹具的技术要求.24 4.2.2 设计夹具的选择26 4.2.3 钻孔专用夹具.26 4.2.4 车内外圆专用夹具28 4.2.5 铣底平面专用夹具30 4.3 专用夹具的配合公差.32 4.4 定位误差的分析与计算.32 4.4.1 定位误差的分析32 4.4.2 定位误差的计算34 4.5 夹紧力的的分析与计算36 5 结论与展望.38 5.1 结论.38 5.2 不足之处及未来展望.38 致 谢.39 参考文献.40 附 录.41 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 1 1 绪论绪论 1.1 本课题研究的内容及意义本课题研究的内容及意义 本课题研究的内容是：内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计。在 机械行业，机床夹具是不可缺少的重要工具，能确保机床加工质量、提升生产率、降低 生产成本、使劳动强度降低、能够使生产过程实现自动化，专用夹具的采用还能增加机 床的作用及使机床的使用价值扩大，因此，系列夹具在机械行业的价值无可估量，专用 夹具的采用成为大批量机械加工生产不可或缺的条件之一。 近些年来，随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代或加工 设备的广泛应用，使传统的机械加工的指导方法发生了重大变革，夹具的功能已经从过 去的装夹、定位、引导刀具，转变为装夹、定位。而数字化的设备加工功能的广大化。 给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求。 夹具是机械加工不可缺少的部件， 在机床技术向高速、高效、精密、复合、智 能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝 着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 目前，夹具仍是机械加工中不可或缺的四大工具(刀具、夹具、量具、模具)之一。专 用夹具的生产制造业正在成为一个与机床业联系密切的小行业。 ，现在，中、小批多品种 生产的工件品种已占工件种类总数的 85左右。由于现今的机械加工需要企业更新换代 现有的产品线，才能在市场竞争中生存下来。但是，大多数企业都仍还是习惯于使用专 用夹具，此外，在产品线众多的企业中，每隔 23 年就要换 6070的专用夹具，而夹具 磨损量只占到 1020。近几年，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造技术等新加 工技术大量使用，对机床夹具提出了以下新的要求： 1）可以方便快速地投产新产品，大大减少了生产周期，减少了生产成本； 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）采用液动、电动等夹紧装置，大大减轻了劳动强度，提高了劳动生产率； 6）提高机床夹具的标准化程度。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 1） 满足零件设计的加工精度； 2） 零件加工的工艺过程卡片及各工序的工序卡片(包括相关编程)； 3） 机械加工工序的夹具总装配图及主要零件图(不少于折合 0 号图纸 3 张),专用夹 具不少于 3 副； 4） 设计说明书（不少于一万字）必须有相关的计算和说明； 5） 专业外语文献翻译不少于一万字符 。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 零件的分析零件的分析 2.1 内燃机后油封盖的内燃机后油封盖的作用作用 内燃机后油封座作为内燃机机曲轴主轴承油封的支承件，在后油封盖上装上油封后， 再用螺栓将其与内燃机机体的前后盖板进行联接，即可完成内燃机箱体的密封，防止机 体内油的泄露。后油封盖的结构要求简单，并能可靠安装固定，内外圆保持一定同轴度， 安装端面与孔保持一定的垂直度。 2.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 图 2.1 内燃机后油封座 Solidworks 零件图 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 3 图 2.2 内燃机后油封盖零件图 如上图2.1Solidworks零件图和上图2.2所示，该内燃机后油封盖的结构比较复杂，需 要加工表面多，其主要加工表面可以分为三个部分，如下图2.3所示： 图 2.3 内燃机后油封盖加工部位示意图 无锡太湖学院学士学位论文 4 7 7 9 45 5 3 4-6,5 2-15 A AA B A 图2.4 内燃机后油封盖毛坯图 （1）前表面、79的孔和18.5的孔所在表面： 这一组加工面包括：前表面，79孔，18.5孔，81.9小台阶，135.64深 12.7、125深17的内圆，141深11.6的外圆； （2）后表面： 这一组加工面包括：后表面，高度20.6的端面； （3）底端面： 这一组加工面包括：底平面,高度95.25的平面,底端面，2M10-6H的螺纹孔。 以上各组加工面的技术要求如下： （1）表面粗糙度要求为Ra6.3，有平面度要求，9孔的位移度要求为0.25，孔9的 尺寸精度要求为9，8.5孔的位移度要求为0.25，小台阶的高度1.90.1平面度0.1，内 0.25 0 圆125135.64 深度14，倒角，外圆141 深度11.6； 0.1 0 0.5 0 0.03 0.08 （2）表面粗糙度要求为Ra6.3，端面的高度20.6； 00.1 17 . 0 （3）表面粗糙度要求为Ra6.3，端面的高度95.250.05 平面度0.15，螺纹孔的精度 要求为6H，孔内表面粗糙度要求为Ra16.3 ，M10-6H的螺纹孔位移度要求0.25。 由以上可以分析，对于这三组加工表面来讲，可以先选择其中一组加工表面进行加 工，然后再以加工过的表面为基准，加工其他三组表面，并保证他们之间的相互位置精 度。 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 5 3 内燃机后油封盖工艺规程设计内燃机后油封盖工艺规程设计 3.1 确定零件生产类型确定零件生产类型及毛坯的制造形式及毛坯的制造形式 年产量为10万件，因此该零件属于大批量生产。 由于是大批量生产，因此采用压铸铝制造毛坯。铸造是金属冶炼加工的一种工 艺，通常是利用金属的重力在模具中进行浇铸。但“压铸铝“不是靠重力完成的,而是 施加了一定压力。有点类似“注塑“。但它有一套技术含量较高的抽芯，冷却等系统。 总的来说,都是通过一个集中入口将材料送到要铸“注“造的型腔内,形成零件。 压铸铝优点： 1）产品质量好、铸件尺寸精度高、表面光洁度好、强度和硬度较高、尺寸稳定，互 换性好；可压铸铝薄壁复杂的铸件； 2）可提高生产效率、提升机器生产率、压铸铝的寿命长、机械化和自动化更能达到； 3）经济效果优良：由于压铸铝件尺寸精确，表泛光洁等优点。一般不再进行机械加 工而直接使用或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设 备和工时；铸件价格便宜；可以采用组合压铸铝以其他金属或非金属材料，既节 省装配工时又节省金属。 压铸铝缺点： 1）压铸铝时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，故采用一般压铸铝法，铸 件易产生气孔，不能进行热处理； 2）对内凹复杂的铸件，压铸铝较为困难 3）高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸铝型寿命较低； 4）不宜小批量生产，其主要原因是压铸铝型制造成本高，压铸铝机生产效率高，小 批量生产不经济。 3.2 零件材料的选择零件材料的选择 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型 材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢12。 铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类： 1）变形铝合金能承受压力加工。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制 造航空器材、建筑用门窗等。 形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处 理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷 加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。 可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分 为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。 无锡太湖学院学士学位论文 6 2）铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀 土合金，其中铝硅合金又有过共晶硅铝合金，共晶硅铝合金，单共晶硅铝合金，铸 造铝合金在铸态下使用。 内燃机后油封盖材料选用 ZL108，材料名称为 ZAlSi12Cu1Mg1，参照国家标准为 GB/T 1173-1995。 ZL108 具有可热处理强化，具有较高的室温和高温力学性能。该合金密度下，热 胀系数低 ，耐热性好。其铸造工艺性能优良，无热裂倾向，气密性高，线收缩小， 但有较大的吸气倾向，切削加工性较差。且需要变质处理。 化学成份： 硅 Si：11.0-13.0 铜 Cu：1.0-2.0 锰 Mn: 0.3-0.9 镁 Mg：0.4-1.0 铝 Al：余量 铁(金属型铸造)：0.000 0.700 锌 Zn：0.2(杂质) 钛 Ti：0.20(杂质） 镍 Ni:0.3（杂质） 锡 Sn ：0.01(杂质) 铅 Pb：0.05(杂质) 注：杂质总和:（金属型铸造)1.2 3.3 基准的选择基准的选择 基面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。基准是机械制造中应用得十分广泛 的概念，用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的点、线和面。 定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工 工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进行。 选择定位基准的基本方法 1）选择最大尺寸的表面为安装面（限制 3 个自由度） ，选择最长距离的表面为导向面 （限制 2 个自由度） ，选择最小尺寸的表面为支承面（限制 1 个自由度） 。 2）首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。因为在加工中，保证空间位 置精度有时要比尺寸精度困难得多。 3）应尽量选择零件上有重要位置精度关联的主要表面为定位基准，因为这样的表面 是决定该零件其他表面的基准，也是主要设计基准。 4）定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。 3.2.1 粗基准的选择粗基准的选择 在选用粗基准时要考虑如何保证各个加工面有足够的余量，如何保证各个表面之间 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 7 的相互位置精度和自身的尺寸精度。因此，选择粗基准时，应遵循以下几个原则： 1）选择零件上加工余量小的、较准确的、表面质量较好的、面积较大的毛面作为粗 基准。因此，不应选择有毛刺的分型面等作基准。 2）选择零件上的重要基准面作为粗基准，因为重要表面一般都要求余量均匀。 3）选择零件上的不加工的表面作为粗基准，这样可以保证加工表面和不加工表面之 间的相对位置要求，同时可以在一次安装下加工更多的表面。 5）选择零件上加工面积大，形状复杂的表面作为粗基准，以使定位准确、夹紧可靠， 夹具结构简单、操作方便。 4）粗基准一般只能使用一次。因为粗基准为毛面，定位基准位移误差较大，如重复 使用，将造成较大的定位误差，不能保证加工要求。因次，在制定工艺规程时，第一道 工序、第二道工序一般都是为了加工出精基准。 3.2.2 精基准的选择精基准的选择 主要就考虑基准重合问题,当设计基准与定位基准不重合时，应该进行尺寸换算。根 据精基准的选择原则，选择精基准时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下， 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，并保证工件的定位误差较小以及加工精度， 同时还应使加工过程操作方便，夹具结构简单，选择时应遵循以下原则： 1）基准重合 尽量选择设计基准为定位基准，这样就没有基准不重合误差。有时出于加工工艺的合 理要求，需要选择非设计基准作为定位基准。 2）基准统一（一次安装） 为了减少夹具类型和数量，或为了进行自动化生产，在零件的加工过程中，对于多个 加工工序，选择统一的定位基准。基准统一（一次安装）和有关工序所使用的夹具结构 大体上统一，降低了工装设计和制造成本。同时多数表面采用同一基准进行加工，避免 基准面转换而带来的误差。在生产线上，使用统一基准使各个工序定位简单一致。 3）互为基准原则 当某些表面相互位置精度要求较高时，这些表面又可以互为基准 反复加工，以不断提高定位基准的精度，保证这些表面之间的位置精度。 4）自为基准原则 对于精度要求很高的表面，如果加工时要求其余量很小而均匀时， 可以以加工表面本身作为定位基准，以保证加工质量和提高生产效率。 其中，基准统一原则最为重要，使用统一的基准，可以简化工艺过程和夹具设计， 能在一次装夹中加工多个表面。可以保证个加工表面间的相互位置精度可以减少工装设 计制造的费用，提高生产效率，并可以避免基准转换造成的误差。 根据以上定位基准的原则，以及内燃机后油封座的具体结构，确定基准如下：以后表 面、上表面以及底平面作为基准加工出后表面这个重要表面，同时加工出这个表面上的 孔，然后都以这个表面和上面的孔定位加工出其他表面和孔。 无锡太湖学院学士学位论文 8 3.4 拟定工艺路线拟定工艺路线 3.4.1 零件各表面加工顺序的确定零件各表面加工顺序的确定 1）机械加工顺序的安排 根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到零件件的具体特点，可以先加工后端 面和零件上的 8 个孔，然后都以一面两孔定位，加工出其他的面和孔。 2）热处理工序的安排 由于毛坯为压铸件，铸件应经固溶处理加完全人工时效处理，另外，还须进行变质处 理。 3）辅助工序的安排 在零件机械加工结束后，进行人工去毛刺处理。 3.4.2 工序的组合工序的组合 制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质 量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑 采用通用机床配以志用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效 果，以便降低生产成本。 在确定加工顺序后，根据该工件的生产规模以及工件的结构特点与技术条件，为了尽 可能地减少工件的安装次数，在一次安装中加工多个表面，以便于保证高的表面相互位 置精度，考虑使用通用机床配以专用夹具，并采用工序集中的原则来组合工序。 加工顺序就是指工序的排列次序，加工顺序对保证加工质量，降低生产成本有着重要 的作用，一般考虑一下原则： 1）先基准后其他 零件的前几道工序应安排加工精基准，然后用精基准来加工其他表面。 2）先粗加工后精加工 整个零件的加工工序应是粗加工在前，然后半精加工、精加工以及光整加工。这样 可以避免由于工件受力变形而影响加工质量，也避免了精加工表面受到损伤等。 3）先加工平面，后加工内孔 先加工主要表面后加工次要表面，即作为精基准的表面应首先加工。然后对精度要 求高的主要表面进行粗加工、半精加工，并穿插一些次要表面的加工，然后进行各表面 的精加工。要求高的主要表面的精加工安排在最后进行，这样避免已加工表面在运输过 程中的碰伤或刮伤。 根据以上的原则，以及在一些相关资料中查找的数据，制定零件工艺路线。 3.4.3 零件工艺路线方案的对比零件工艺路线方案的对比 零件各表面加工方法和方案的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度 的要求，另外还需要考虑生产率和经济性方面的要求，在选择时，应根据各种加工方法 的特点及其经济加工精度和表面粗糙度，结合零件的特点和技术要求，慎重决定。 该毛坯经铸造成型，其各表面加工方法，如表 3-1 所示： 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 9 表 3-1 工艺路线方案一 工序号工序名称工序内容 10 毛坯压铸 20 去毛刺手工打毛刺 30 抛丸抛丸 40 车后端面高度 20mm 0.10 0.15 50 钻孔7-9mm 8.5mm 60 铣小台阶1.9mm 平面度 0.1 0.06 0.07 70 车内圆 125mm 深 17mm、135.64深 12.7mm 0.063 0 0.5 0 倒角 80 车外圆141mm 深 11.6mm 0.014 0.065 90 铣底平面95.25mm0.05 平面度 0.05 100 钻底孔2-10mm 中心距 66mm 孔深 24mm 110 攻牙2-M10-6H 深度 17mm 120 尺寸全检检查内外圆、中心高度 130 清洗用空气机吹、清洗机洗 140 打包入库 考虑到机械加工的经济性,提出了第二种工艺路线方案,如表 3-2 所示: 表 3-2 工艺路线方案二 工序号工序名称工序内容 10 毛坯压铸 20 去毛刺手工打毛刺 30 抛丸抛丸 40 车后端面、外圆、内圆 高度 20mm、125mm 深 17mm、 0.10 0.15 0.063 0 135.64深 12.7mm、141mm 0.5 0 0.014 0.065 深 11.6mm 50 钻孔7-9mm 8.5mm 60 铣小台阶1.9mm 平面度 0.1 0.06 0.07 70 铣底平面95.25mm0.05 平面度 0.05 80 钻底孔2-10mm 中心距 66mm 孔深 24mm 无锡太湖学院学士学位论文 10 90 攻牙2-M10-6H 深度 17mm 100 尺寸全检检查内外圆、中心高度 110 清洗用空气机吹、清洗机洗 120 打包入库 以上工艺过程详见工艺过程卡和工序卡。(详见附录) 3.4.4 零件工艺路线方案的分析与选择零件工艺路线方案的分析与选择 工艺路线方案一的优点在于定位基准统一，都采用一面两孔定位方案,大大简化了夹 具设计的难度,对于成品零件的检测也有益处,同时,使得车间管理变得简单。 而工艺路线方案二的优点在于通过优化夹具设计，将车端面、外圆、内圆的工序都 由同一道工序完成，简化了工艺步骤，最重要的是，减少了一台机床的使用，提高了工 厂的经济性。 综合以上两个工艺路线方案的优缺点和难易程度，我决定采用工艺路线方案一来加 工此内燃机后油封盖零件。 3.4.5 零件机械加工余量确定零件机械加工余量确定 在确定工序尺寸时，首先要确定加工余量。正确确定加工余量对于工厂具有非常重要 的意义。若毛坯的余量过大，浪费材料势必增加生产的成本；反之若余量过小，使毛坯 制造困难，同样增加成本，余量太小也不能保证零件的加工精度，增加零件的报废率从 而增加生产成本。因此余量过小、过大对机械加工都会带来不利的影响。 通过查金属机械加工工艺人员手册表 4-25、表 4-26、表 4-27、表 4-32、表 4- 35 确定各工序加工余量如下： 表 3-3 加工余量明细表 工序号工序号工序内容工序内容加工余量加工余量 Z Z 40 车后端面 1 50 钻 8.5 孔 钻 9 孔 0.1 0.1 60 铣小台阶 0.15 70 车内圆 2 80 车外圆 1.9 90 铣底平面 1.5 100 钻 10 孔 5 3.5 各工序所需机床及工艺装备的选择各工序所需机床及工艺装备的选择 3.5.1 机床的选择机床的选择 选择机床时应考虑以下几方面： 1） 机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应。 2） 机床的工作精度应与工序的精度要求相适应。 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 11 3） 机床的生产效率应与零件的生产类型相适应。 4） 选择机床时，要充分考虑车间现有机床情况，尽可能采用现有机床或对现有机床进 行升级改装。 3.5.2 工艺装备的选择工艺装备的选择 (1） 夹具的选择 在单件小批量生产过程中，尽可能采用通用型夹具和组合夹具，在大量生产中应按 工序加工的具体情况设计专用夹具。 （2） 刀具的选择 刀具的选择主要需考虑工序所采用的加工方法、加工零件的尺寸、工件的材质、加 工所需精度和表面粗糙度要求、生产效率和经济性等，通常应采用标准刀具，有时选用 高生产率的复合刀具及其它专用刀具。 （3） 检具的选择 检具的选择主要根据生产类型和加工精度。在单件、小批生产中，应尽量采用通用 检具、量仪。在大批量生产中应选用各种量规和精度的检验仪器和检具等。 （4） 本工件所需的机床和工艺装备 由于该机座生产规模为年产 10 万件属于大批量生产，根据工件的结构特点和技术要 求，尽量选用通用机床和专用夹具较为合适。 各工序所用的机床及工艺装备确定见表 3-4： 表 3-4 各工序所用的机床及工艺装备 工序号工序号设备设备工艺装备工艺装备 10 压铸机压铸机 30 抛丸机抛丸机 40 数控车床 CJK6136D专用车夹具、直头焊接式端面车刀 50 加工中心专用钻夹具、麻花钻、游标卡尺 60 铣床 XA6132 专用铣夹具、高速钢圆柱形铣刀、深度尺、丝表、 平板 70 数控车床 CJK6136D 专用车夹具、直头焊接式端面车刀、内径量表、深 度尺、游标卡尺 80 数控车床 CJK6136D 专用车夹具、直头焊接式端面车刀、外径千分尺、 深度尺、游标卡尺 90 铣床 XA6132专用铣夹具、高速钢圆柱形铣刀、千分尺、塞尺 100 摇臂钻床专用钻夹具、麻花钻、卡尺 110 攻丝机攻丝机、螺纹规 130 空气机、清洗机 3.6 工艺计算工艺计算 加工工艺路线制定完成之后，为了能达到加工工艺路线中的要求，有必要对每个工序 无锡太湖学院学士学位论文 12 进行切削用量的计算，选择合适的机床，并在此基础上编制工艺过程卡、工序卡，使整 个加工过程有章可循，最大限度地节省费用，降低工时，提高生产效率。 下面详细说明本设计中的一些工艺参数的计算过程。 3.6.1 后表面后表面 3.6.1.1 车后端面车后端面 （1）工序加工计算 查金属机械加工工艺人员手册表10-1，车削ZL108毛坯，选择YT5硬质合金。 查金属机械加工工艺人员手册表 10-6 及 10-7 得，选择带圆形卷屑槽倒棱的前刀 面 kr=45，kr =10， =8，=12，=0，=1.0，=-5，br1=0.4mm，卷 o o s r 1o 屑槽尺寸为 rbn=5mm，=2mm，cbn=0.1mm。其中，kr为主偏角；kr为副偏角；为后 bn 0 角；为前角；为刃倾角；为刀尖圆弧半径；为倒棱前角；br1为倒棱宽度；rbn卷 0 s r 1o 屑槽圆弧半径；为卷屑槽槽宽；cbn为卷屑槽槽深。 bn （2）机床选择 查金属机械加工工艺人员手册表6-12,选直头焊接式端面车刀，改装的简易数控 车床（编程见附录）。查金属机械加工工艺人员手册表8-2及8-7得，由于改装的简易 数控车床的中心高时160mm，故刀杆尺寸BH=16mm25mm，刀片厚度4.5mm。 查金属机械加工工艺人员手册表 10-8，在刀杆尺寸为 16mm25mm，ap =1.0mm，以及工件直径小于 20mm 时，取 f=0.30.4mm/r。 进给量还要满足车床进给机构强度的要求，故需要进行校验，根据改装的简易数控 车床技术参数，其进给机构允许的进给力为 Fmax=2630N。 查机械制造工艺学表 1-21，当铝合金强度 =680 810MPa，ap1.0mm，f0.5mm/r，kr=45，rc=25m/min 时，则进给力 F b f=1500N。 根据车削进给力的计算公式 （3.1） ffroFfsFfkrFf FFkkk 式中：，为加工铝合金时的，刀具几何参数改变时切削力的修正系数。 roFf k sFf k krFf k 查机械制造工艺学表 1-2，切削力 Ff的修正系数=1.0，=1.0， roFf k sFf k krFf k =1.11，则实际进给力为 Ff=1665N。 由于切削时的进给力小于车床进给机构的允许进给力，选 f=0.4mm/r。 查机械制造工艺学表 1-9，刀具后刀面允许磨耗量为 1mm，车刀耐磨时间 t=60min。 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 13 据机械制造工艺学表 1-10，当用 YT5 硬质合金刀加工=90 710MPa 的铝合金料， b 当 ap1mm，f0.4mm/r，切削速度 vt=25m/min。 根据车削切削速度的计算公式 （3.2）c ttvtFctPcsv vv k kkk 式中：，是车削过程使用条件改变时的修正系数。 tv k tFc k tPc k sv k 查机械制造工艺学表 1-28，=1.0，=1.0，=1.0，=0.75，则 tv k tFc k tPc k sv k =251.01.01.00.75m/min=18.75m/mincv 因为转速计算公式为 n= （3.3） 1000v d 据公式求得 n=44（r/min） 1000 cv d 查金属加工工艺及工装设计表 4-43，选 n=45r/min，据公式（3.3） ，速度计算公 式为 v= （3.4） 1000 dn 实际的切削速度为 vc=19（m/min） 1000 dn 校验功率：查金属机械加工工艺人员手册表 10-26，当=580 970MPa，ap b 1mm，f0.4mm/r，v158m/min 时，=1.8kW。根据 C6132 技术参数，车床主轴允许 功率 PE=3kW，所以 PCPE，机床选择满足要求。 （3）机动时间和辅助时间的计算 查金属机械加工工艺人员手册知，车削时间 T0为 T0= (3.5) 122 d ll i fn 式中：d 为工件直径，mm；l1为刀具的切入长度，mm；l2为刀具的超出长度，mm；f 为 刀具或零件的进给量，mm/r；n 为刀具或零件的转速，r/min；i 为进给次数。 其中 d=150.8mm ， 金属机械加工工艺人员手册表 11-1，l1=1.0mm，l2 =1.0mm，i=1，则 T0=0.079min。 （4）小结 综上所述，车床为改装的简易数控车床，主轴转速为 45r/min，切削速度 v=19m/min，进给量 f=0.4mm/r，切削深度 ap=1.0mm，机动时间 T0=0.079min，辅助时间 无锡太湖学院学士学位论文 14 Tf=0.014min。 3.6.2 前表面前表面 3.6.2.1 钻钻 8.5 的孔的孔 （1）工序加工计算 查金属机械加工工艺人员手册表 10-22，选 8.5 的锥柄麻花钻，刀具材料为高速钢， 查金属机械加工工艺人员手册表 14-34，因为工件材料为铸造铝合金， ，选组，取 f=0.42mm/r，查金属机械加工工艺人员手册表 14-42 得，0.784 b Gpa t=50min， 根据金属机械加工工艺人员手册表 10-63，切削速度为 （3.6） 0.4 0.20.7 8d v tf 式中：d 为孔径，mm；t 为刀具耐用度，min；f 为进给量，mm/r。 根据公式（3.6）计算得，v=15.8m/min， 根据公式（3.3）求得 n=591.68r/min。 1000v d （2）机床选择 查金属加工工艺及工装设计表 4-51，选 ZH7640，立式加工中心（编程见附录） ， 主轴 22 级转速，主轴转速范围 50-6000r/min，主轴功率 P=5.5KW，最大转矩 M=400Nm，最大轴向力 N=16000N。 根据公式，标准公比 （3.7） 1max 1 min Z Z n Rn n 式中：z 为级数；nmax为最高转速，r/min；nmin为最低转速，r/min。 取 =1.26， 查切削用量简明手册表 2-16，选 n=630r/min， 由公式（3.4）求得实际转速为 v=16.82m/min。 1000 dn 验证功率：查金属机械加工工艺人员手册表 14-30 得， （3.8） 0.7 600Ndf （3.9） 20.8 304Md f （3.10） 7018760 1.36 M N P X 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 15 根据公式（3.8） 、 （3.9） 、 （3.10）计算得： N=2778.7N， M=10.97Nm， P=0.003KW。 机床选择满足要求。 （3）机动时间和辅助时间的计算 其中，l=15mm，查金属机械加工工艺人员手册表 15-6 得， l1=4.0mm，l2=2.0mm，则 T0=0.08min， 辅助时间 Tf按 T0的 18%计算，则 Tf=0.014min。 （4）小结 综上所述，机床为立式加工中心 ZH7640，主轴转速为 630r/min，切削速度 v=15.8m/min，进给量 f=0.42mm/r，切削深度 ap=4mm，机动时间 T0=0.08min。辅助时间 Tf=0.014min。 3.6.2.2 钻钻 9 的孔的孔 （1）工序加工计算 查金属机械加工工艺人员手册表 10-22，选 9 的锥柄麻花钻，刀具材料为高速 钢，查金属机械加工工艺人员手册表 14-34，因为工件材料为铸造铝合金， ，取 f=0.42mm/r，查金属机械加工工艺人员手册表 14-42 得，0.784 b Gpa t=50min，根据金属机械加工工艺人员手册表 14-29 得， 切削速度为 （3.11） 0.4 0.20.5 11.1d v tf 式中：d 为孔径，mm；t 为刀具耐用度，min；f 为进给量，mm/r。得，v=18.86m/min。 根据公式，求得，n=667.04r/min。 1000v n d （2）机床选择 查金属加工工艺及工装设计表 4-51，选 ZH7640，立式加工中心（编程见附录） ， 主轴 22 级转速，主轴转速范围 50-6000r/min，主轴功率 P=5.5KW，最大转矩 M=400Nm，最大轴向力 N=16000N。 根据公式(3.7)，标准公比 取 =1.26， 查切削用量简明手册表 2-16，选 n=630r/min， 由公式（3.4）求得实际转速为 无锡太湖学院学士学位论文 16 =19.23m/min。 1000 dn v 根据公式（3.8） 、 （3.9） 、 （3.10）计算得： N=2942.17N， M=12.3Nm， P=0.003KW。 机床选择满足要求。 （3）机动时间和辅助时间的计算 查金属机械加工工艺人员手册 ，钻孔的机动时间为 （3.12） 12 0 lll T fn 式中： l 为加工长度（深度） ，mm；l1为刀具的切入长度，mm；l2为刀具的超出长度， mm；f 为刀具或零件的进给量，mm/r；n 为刀具或零件转速，r/min。 其中，l=15mm，查金属机械加工工艺人员手册表 15-6 得，l1=4.0mm，l2=2.0mm，则 T0=0.16min，根据机械制造工艺学 ，辅助时间 Tf按 T0的 18%计算，则 Tf=0.03min。 （4）小结 综上所述，机床为立式加工中心 ZH7640，主轴转速为 680r/min，切削速度 v=19.23m/min，进给量 f=0.42mm/r，切削深度 ap=11mm，机动时间 T0=0.16min。辅助时 间 Tf=0.03min。 3.6.2.3 铣小台阶铣小台阶 （1）工序加工计算 查金属机械加工工艺人员手册表 10-39，选中 20 粗齿直柄立铣刀，材料为高速 钢，齿数取 3，取 ap=3mm，查金属机械加工工艺人员手册表 14-69，取 fz=0.2mm/z。 查金属机械加工工艺人员手册表 14-80，有 （3.13） 0.45 0.330.50.50.10.1 v pze c d v tafaz 式中：Cv为系数，Cv =53；d 为铣刀直径，mm；t为刀具耐用度，min；ap为切削深度， mm；fz为每齿进给量，mm/z；ae为铣削宽度，mm；z 为铣刀齿数。 由金属机械加工工艺人员手册表 10-133，得 20 3 d z t=90min，ae=40mm，v=36.97m/min， 则由公式（3.3）得 =588.4(r/min) 1000v n d （2）机床选择 查金属机械加工工艺人员手册表 8-55，选择 XA6132 铣床，主轴 18 级转速，转 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 17 速范围 30-1500r/min，P=7.5KW。 根据公式（3.7）计算得， =1.26 1max 1 min Z Z n Rn n 查金属加工工艺及工装设计表 4-44，选 n=600r/min，则根据式（3.4） ，实际转速 为=37.70（m/min）验证功率：查金属机械加工工艺人员手册表 10-106 知， 1000 dn v （3.14） 50.140.860.72 3.36 10 pze PXdafa zn 式中：d 为铣刀直径，mm；ap为切削深度，mm；fz为每齿进给量，mm/z；ae为铣削宽度， mm；z 为铣刀齿数；n 为主轴转速，r/min。 根据公式（3.12）计算得 P=0.5kW，所以机床选择满足要求。 （3）机动时间和辅助时间的计算 查金属机械加工工艺人员手册知机动时间为 0 = （3.15） 0 12 z lll i f zn 式中：l 为加工长度，mm；l1为刀具的切入长度，mm；l2为刀具的超出长度，mm；fz为 每齿进给量，mm/z；z 为铣刀齿数；i 为走刀次数；n 为主轴转速，r/min。 其中，l=64.5mm，查金属机械加工工艺人员手册表 15-17 得， l1=10.5mm，l2=2mm，i=1，则根据公式（3.15）计算得 T0=0.17min， 辅助时间 Tf按机动时间的 18%来计算，Tf=0.03min。 （4）小结 综上所述，机床选择为万能铣床 XA6132，主轴转速为 600r/min，切削速度为 v=37.7m/min，进给量 fz=0.2mm/z，切削深度 ap=3mm，机动时间 T0=0.17min，辅助时间 Tf=0.03min。 3.6.2.4 车削内径至车削内径至 125 1 0.029mm 菱形销限制了绕 Z 方向 的转动自由度， （4.11） 22222max2minxg Dd 查互换性与技术测量表 3-2 标准公差数值表（GB1800.3-1998） ，并计算得： ； 2 0.029mm 转角误差为： （4.12） min 12 tan 222L Lmin=299.662mm 代入上式计算得， 0.0002 2 0.00020.4， 所以该定位方案合理。 4.4.2.3 铣底平面的定位误差计算铣底平面的定位误差计算 加工该平面用一面两孔定位，销与孔定位的配合为 H7/g6， 平面限制了三个自由度，圆柱销限制了两个自由度，X、Y 方向的定位误差为： （4.13） 11111max1minxg Dd 查互换性与技术测量表 3-2 标准公差数值表（GB1800.3-1998） ，并计算得： ; 1 0.029mm 菱形销限制了绕 Z 方向的转动自由度， （4.14） 22222max2minxg Dd 内燃机后油封盖机械加工工艺规程设计及系列夹具设计 37 查互换性与技术测量表 3-2 标准公差数值表（GB1800.3-1998） ，并计算得： ； 2 0.029mm 转角误差为： （4.15） min 12 tan 222L Lmin=299.662mm 代入上式计算得， 0.0002 2 0.0002 0.4， 所以该定位方案合理。 平面度定位误差计算： 平面定位，所以没有基准位移误差， 即，0 Y 基准不重合误差： 设计基准：84 中心轴线， 定位基准：后表面， 0.1 0.05 2 B 0.20.2 0.040.050.067 53 所以，定位方案符合要求。 4.5 夹紧力的的分析与计算夹紧力的的分析与计算 夹紧力包括力的大小、方向、作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构设计中首先 要解决的问题2。 夹紧力方向的选择： 夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。 夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形。 夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。 夹紧力作用点的选择： 夹紧力作用点的选择指在夹紧力作用方向已定的情况下，确定夹紧元件与工件接触 点的位置和接触点数目。一般应注意以下几点2： （1）夹紧力作用点应正对支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不 变。 （2）夹紧力作用点应处在工件刚度性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。 （3）夹紧力作用点应尽可能可靠被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力 无锡太湖学院学士学位论文 38 矩，必要时应在刚度差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以减小切削过程中的振动和 变形。 螺旋夹紧机构是手动夹紧机构中一种最广泛的应用。螺旋夹紧机构的优点是：扩力 比可达 80 以上，自锁性好，结构简单，制造方便，适应性强，其缺点是动作慢，操作强 度大。 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在钻削加工过程中 的切削力可以分解为切削扭矩和轴向切削力，因轴向切削力的作用方向与夹具的夹紧方 向相同，有助于工件的夹紧，因此，在计算夹紧力时可以不计算轴向切削力。而为保证 夹紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力，即： （4.16） k WWK 其中，查机床夹具设计手册表 1-2-1 得： 0123456 KKKKKKKK 、1.0、， 0 1.2K 1 1.2K 2 K 3 1.0K 4 1.3K 5 1.0K 6 1.0K 所以，= 1.872。K 查机床夹具设计手册表 1-2-2 得： （4.17） 0.75 392 pp Wa fK 式中：背吃刀量（mm） ，在切断、割槽和成形车削时，指削刃的长度 p a p a f 为： 每转进给量（mm） 为：修正系数，= p K p K rppppkmp KKKKK sor 查机床夹具设计手册表 1-2-4 及表 1-2-6 得： 1 p K 所以(N mm
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