175型柴油机缸体机械加工工艺及其组合机床钻孔夹具设计论文

目 录 摘 要 1 前 言 5 第一章 零件分析 6 1.1汽缸的主要作用 6 1.2主要技术条件分析 7 1.3主要尺寸公差及分析 8 第二章 毛坯的确定 9 2.1毛坯材料及形式的确定 9 2.2铸造的加工余量及尺寸公差的确定 9 第三章 工艺规程的设计 10 3.1附主视图一张 10 3.2定位基准选择 10 3.2.1粗基准的选择： 10 3.2.2精基准的选择： 11 3.3 制定加工工艺路线 11 3.3.1确定面的加工方式： 11 3.3.2初步确定工序： 12 3.3.3最终工序： 13 3.4刀具、量具、夹具及设备的选择 14 3.5切削用量及加工工时的确定 16 四章 夹具设计 29 4.1机床夹具的作用 29 4.2机床夹具的组成 30 4.3夹具设计 30 4.3.1定位的选取 30 4.3.2弹簧的计算及选取 31 4.3.3夹紧力计算 33 4.3.4汽缸的选择 34 4.3.5连接板的选用 34 4.3.6上底板 34 4.3.7下底板 35 4.3.8支撑杆的选用 35 4.3.9钻模的选取 35 4.3.10定位误差分析 36 4.4夹具的使用及维护 38 4.5夹具标准件的选择 38 4.5.1支撑杆螺母的选择 38 4.5.2连接板上螺钉选择 38 4.5.3管接式法兰汽缸套件的选择 38 参 考 文 献 40 致 谢 41 摘 要 机体是柴油机中的重要部件，属于箱体类构件。属于大规模生产。本次设计做的是“柴油机汽缸机械加工工艺及其组合机床钻孔夹具设计”，主要是先对汽缸进行零件分析；然后进行毛坯确定，根据尺寸画出毛坯图；再后进行加工工序的设定以及确定削用量和加工工时；最后进行指定工序的夹具设计。 关键词：机体；零件分析；毛坯图；切削用量；夹具 ABSTRACT Airframe is important component in diesel , belongs to box body kind structure. In society procedure of production belong to give birth to a child in large scale. The part , being to be in progress first to the cylinder mainly analyses "the diesel collective machine work handicraft and their combination machine tool borehole grip design " designing being composing originally time; And then, the blank being in progress ascertains , draws up according to the dimension blank picture; Again, the queen carries out setting up processing working procedure's and ascertains the working hour cutting dosages and processing; Carry out the grip design allocating working procedure's finally. Key words：Airframe；Components analysis；Semifinished materials chart；Cutting specifications；Jig 前 言 本次毕业设计是大学四年对所学课程进行的一次综合性的复习和总结，是四年学业完成的最后环节，是对大学所学知识的一次综合运用，主要运用到的课程有：《机械制图》、《机械原理》、《机械设计》、《机械制造工艺学》等。其目的是通过设计来将大学所学课程联系起来，用于设计，提高我们的设计能力，是对我们大学生活的最后考验。 本次毕业设计的题目是“175型柴油机汽缸机械加工工艺及其组合机床钻孔夹具设计”，175型柴油机汽缸属于比较复杂的箱体零件，其形状复杂，精度要求高的壳体，其加工工艺复杂，涉及到许多零件，例如：螺纹，曲轴孔，曲面，支架等等，这些零件要求的精度要求比较高，这对工艺规程设计更加有难度。本次毕业设计的内容包括了零件的工艺路线的制定及其指定工序的夹具设计，涉及到所学的多方面知识，培养我们综合运用机械制造专业知识的基本理论和思想独立地分析和解决实际生产中问题的能力，并能独立地分析生产工艺，有效地巩固所学知识，为即将面临的工作和进一步深造打下坚实的基础。 但是，在设计中由于本人能力有限以及实践经验的缺乏，所以此中错误之处在所难免，诚望老师不吝指教。 39 第一章 零件分析 箱体类是机器或部件的基础零件，它将机器或部件的一些轴、套、轴承和齿轮等有关零件装配起来，使其保持正确的相互位置关系，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此，箱体的加工质量对机器的工作精度、使用性能和寿命都有直接的影响。 箱体零件虽然结构多种多样，但有共同的特点：多为铸造件，结构复杂，壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大。既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固件。箱体类零件上面的孔与孔之间有较高的位置精度（孔与孔的平行度、孔的轴线与面有垂直度要求），其加工质量的好坏直接影响柴油机的精度和使用性能，因此柴油机汽缸的加工质量至关重要。箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%～20%。 本次设计是制定175型柴油机汽缸的加工工艺及钻前后两端面的12个螺纹孔的组合机床夹具设计。柴油机汽缸属于箱体零件，其特点是：形状复杂、具有形状复杂的内腔，箱壁多用于安装轴承的轴承孔或其他用途的孔系。箱体的加工面较多，主要加工的是面和孔系，属于整体式机体结构，即汽缸体和曲轴箱制成一个整体零件，这种整体式机体的特点是结构紧凑，刚性好，加工制造困难。 1.1机体的主要作用 1、连接柴油机的一些运动部件，使它们在工作时保持相互准确的位置关系； 2、在机体上加工有水道和油道，保证各零件工作时必要的冷却与润滑； 3、安装柴油机各辅助系统部件； 4、作为柴油机使用安装时的支承，将柴油机固定在底盘或支架上。 所以，柴油机汽缸的结构较为复杂，部件结构尺寸精度较高，受到高频的变载荷及振动是柴油机的主要部件。 1.2主要技术条件分析 由于机体上要安装一些重要部件，所以，安装主要部件的结构都有精度要求，参考图A-A剖视图，如下： 表1-1 主要技术条件分析 误差要求 标注位置及分析 0.06 F—H 平行度要求公差0.06mm，机体上部平面，此平面为安装喷油泵的平面，8级精度，即汽缸上平面对Φ52、Φ20孔轴线的平行度误差为0.06mm 0.08 F—H Φ40的孔的轴线对于Φ52、Φ20的孔的轴线垂直度误差为0.08，保证喷油泵位置 Φ0.025 F—H Φ52的孔的轴线相对于两个孔公共轴线的同轴度要求公差为0.025 0.08 Φ52的孔的圆柱度要求公差0.08，7级精度 0.025 F—H Φ52的孔的右端面相对于Φ52、Φ20的公共轴线的跳动公差为0.025 Φ0.015 F—H Φ20轴线相对于Φ52、Φ20的公共轴线同轴度要求为0.015，7级精度 0.03 A—B Φ70的孔左端面相对于Φ30、Φ105孔公共轴线的圆跳动误差为0.03 0.015 R Φ30的孔相对于轴线的跳动误差为0.015，7级精度 0.010 Φ30的孔的圆柱度误差为0.010，8级精度 0.010 Φ105孔的圆柱度误差为0.010，7级精度 Φ0.015 A—B Φ105孔的的轴线相对于Φ30、Φ105的公共轴线的同轴度公差为0.015 0.025M Q 机体上部平面用于安装喷油泵的螺纹孔，相对于Φ40的圆心的位置度误差为0.025，且必须符合最大实体原则 Φ0.4M 后盖螺孔的位置度公差为0.4，且必须符合最大实体原则 0.07 机体前面的平面度为0.07 100：0.05 A—B 机体前面对Φ30、Φ105孔的公共轴线在100范围内的公差是0.05 0.06 机体后面的平面度为0.06 100：0.05 A—B 机体后面对Φ30、Φ105孔的公共轴线在100范围内的公差是0.05 Φ0.04M 机体后面的螺纹孔4—M8—6H的位置公差为Φ0.04，且必须符合最大实体原则 1.3主要尺寸公差及分析 从零件图尺寸标注分析，尺寸要求较高的有Φ52，Φ30，Φ20，Φ40H8等孔，可由刀具及机床的精度保证；Φ52孔系与Φ105孔系的Y向中心距尺寸为30，57等，可由夹具保证。 1.4表面粗糙度要求 本产品属于大批量生产，年产10万件以上，应以组合机床为主要的加工设备，根据图纸要求，部分孔的圆柱面要求为R1.6um，而平面上粗糙度的最高要求为3.2，组合机床完全能达到此精度要求。 图1-1 第二章 毛坯的确定 2.1毛坯材料及形式的确定 由于箱体类零件形状复杂，有腔形，故一般需要铸造成型。机体结构复杂，部件结构尺寸精度较高，受到高频的变载荷及振动，故零件材料可选用HT300（灰铸铁），硬度为170-240HBS，因为它强度较高、耐磨、耐热性能好，但需人工时效处理，适用于承受较大应力（<2942N/cm），摩擦面间单位压力大于49N/cm和要求一定的气密性的零件，适用于汽缸体等。其工作条件：承受高弯曲应力（<0.49 MPa）及抗拉应力；摩擦面间的单位面积压力1.96MPa；要求保持高气密性。 根据以上要求，由于零件结构复杂、形状材料方面的要求，批量较大，毛坯确定为砂型机器造型。（《机械加工工艺手册》第一卷） 2.2铸造的加工余量及尺寸公差的确定 根据《机械加工工艺手册》表2.3-1，2.3-3，2.3-4，2.3-5，2.3-9，查得加工余量及公差如下表所示： 表2-1 加工余量及公差 基本尺寸 加工余量 公差 高度方向205mm 单边余量4.5mm 2.8mm 宽度方向158mm 单边余量3.5mm 2.5mm 长度方向153mm 单边余量3.5mm 2.5mm Φ52 Φ46 Φ40孔 Φ66 Φ70 Φ80孔 双侧加工，单边余量 为3.0 mm 2.0mm 2.2mm Φ105孔 单边余量双侧加工3.5 mm 2.2mm 其他尺寸公差数值为： 表2-2 其他尺寸公差数值 基本尺寸 公差 基本尺寸 公差 16—25 mm 1.7 mm 63—100 mm 3.2 mm 25—40 mm 1.8 mm 100—160 mm 2.5 mm 40—63 mm 2.0 mm 160—250 mm 2.8 mm 2、根据以上尺寸画出毛坯图 第三章 工艺规程的设计 3.1附主视图一张 图3-1 3.2定位基准选择 3.2.1粗基准的选择 粗基准是要能加工出精基准，同时要明确哪一方面是主要的。 选择粗基准的原则是： （1）应选能加工出精基准的毛坯表面作粗基准； （2）要保证工件上某重要表面的余量时，则应选择该表面作为定位粗基准； （3）当全部表面都需要加工时，应选余量最小的表面作为粗基准，以保证该表面有足够的加工余量。 因此，对于底面的加工，选择工件的前面作为加工基准面，应该尽量使底面的切削深度均匀，以提高其精度。 3.2.2精基准的选择： 精基准的选择应该以保证零件的加工精度出发，同时考虑装夹方便，夹具结构简单，应遵循以下原则： 尽量选择零件的设计基准作为精基准，可以避免基准不重合引起的定位误差，即“基准重合”原则； （1） 尽可能的使工件各主要表面的加工采用统一的定位基准，即“基准统一”原则； （2） 当零件主要表面的相互位置精度要求很高时，应采用互为基准，反复加工的原则； （3） 选择加工表面本身作为定位基准，这是自为基准； （4） 选择的定位精基准应该保证工件定位准确，夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便的原则。 即底面加工后，应该以底面作为精基准，因为底面是设计基准，符合“基准重合”原则。根据不同的加工表面加工方式不同，定位方式应该主要以一面两孔定位，这是箱体零件加工的典型加工定位方式，并根据加工要求不一样也可以选择用两面组合定位及其它定位方式。 3.3 制定加工工艺路线 3.3.1确定面的加工方式 根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法： 表3-1 零件面的加工方式 A面：粗铣 Φ20H7孔：钻—扩—铰 B面：粗铣—精铣 Φ70孔：粗镗—半精镗 C面：粗铣—精铣—精铣 Φ46孔：粗镗 前端面：粗铣—精铣 Φ80孔：粗镗 后端面：粗铣—精铣 Φ105孔：粗镗—精镗—磨 后盖结合面：粗铣 Φ30孔：钻—扩—铰 Φ40H8的孔：粗镗—精镗 Φ26孔：钻—扩 Φ52J7孔：粗镗—精镗—精磨 3.3.2初步确定工序 根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则初步拟定加工路线如下： 表3-2 初步工序 工序号 工序内容 1 砂型机器铸造，清砂，去毛刺 2 时效处理 3 粗铣A面 4 钻A面4—Φ10mm孔 5 铰4—Φ10mm孔 6 粗铣前、后面 7 粗铣上面 8 粗铣右面 9 粗镗孔Φ52mm 、Φ46mm、Φ70mm、Φ80mm、Φ105mm 10 粗镗孔Φ66H7mm、Φ40mm 11 钻上面2—Φ22mm孔，4—M8螺纹底孔，2—M6螺纹孔，Φ10mm孔 12 钻前后面8-M6螺纹底孔及Φ20mm、Φ30mm孔以及后面8-M6螺纹孔和Φ20孔 13 精铣前后面 14 精铣上面 15 精镗Φ52J7mm，Φ105H7mm，半精镗Φ70孔，扩Φ20mm孔 16 精镗Φ66H7mm，Φ40H8mm孔 17 扩Φ30mm，Φ26mm孔 18 铰Φ20H7mm，Φ30mm孔 19 铰Φ22mm孔 20 钻2—Φ5mm与Φ22H7mm孔轴线成25的斜孔 21 攻前面8—M6，2—M8螺纹及后面8—M6螺纹 22 攻C面4—M8，B面2—M6螺纹及F面4—M8螺纹 23 磨削Φ52mm，Φ105mm孔 24 所有非加工表面涂漆 25 交检 24 入库 以上确定的加工方式是根据其尺寸及形位公差的精度，参照《互换性与测量技术基础》上公差等级和《简明机械制造工艺手册》上所述各种加工方式的经济加工精度确定的。 但是，某些工序内容存在一定问题，如15工序中，半精镗Φ70孔，其切削时间应该与镗Φ105H7孔相适应，以减小其切削力，可以改为精镗。17工序应该分开，因为其为阶梯孔。 3.3.3最终工序： 上述工序没有考虑到零件图上的技术要求。如：螺纹孔倒角、涂漆，工件的检测等，修改后的工艺路线如下： 表3-3 最终工序 工序号 工序内容 1 砂型机器铸造，清砂，去毛刺 2 时效处理 3 毛坯缺陷检测 4 铣底面 5 钻底面4—Φ10孔 6 粗铰4—Φ10孔 7 粗铣前、后面 8 粗铣上面 9 粗铣右面 10 粗镗孔Φ52J7 、Φ46、Φ70、Φ80、Φ105H7 11 粗镗孔Φ66H7、Φ40H8 12 钻前面8—M6螺纹底孔，2Φ30孔及Φ20和后面8—M6螺纹底孔和Φ20H7孔 13 钻上面6—M8螺纹底孔，10孔， 2—22H7 14 精铣前后面 15 精铣上面 16 精镗Φ52J7，Φ105H7，70，扩后面Φ20孔 17 精镗Φ66H7，Φ40H8孔 18 扩Φ30孔 19 扩Φ26孔 20 铰Φ20H7，Φ30孔 21 倒Φ20H7，Φ105H7，Φ70孔的角 22 各面螺纹孔倒角 23 铰Φ22H7孔 24 钻2—Φ5与Φ22H7孔轴线成25的斜孔 25 攻前面8—M6，2—M8螺纹及后面8—M6螺纹 26 攻上面6—M8螺纹及F面4—M8螺纹 27 磨削Φ52J7，Φ105H7孔 28 非加工表面涂漆 29 送检 30 入库 3.4刀具、量具、夹具及设备的选择 由于本产品属于大批量生产（10万件/年以上），所以应该以组合机床为主，辅以少量通用机床。以流水生产线的生产方式提高生产效率，工件在机床上的装夹主要以气动或液压传动为主要装夹方式，具体选择如下（主要参考《机械加工工艺手册》第三章机床，第四章刀具）参考上面（图3-1）： 1、铣底面时，选择定位基准为前面，所以采用立式铣床，选用铣刀为镶齿套式面铣刀，具体参数如下： D=80，Z=10，L=36，D=27 选用X52K，P=7.5KW 2、钻底面4—Φ10孔，由于表面粗糙度为Ra3.2，钻削不能达到要求，安排有铰削，应留有铰削余量，采用组合机床加工，选择Φ9.8的普通麻花钻。 3、粗铰底面4—Φ10孔，选择d=10mm的锥柄机用绞刀，以组合机床加工。 4、粗铣前后面，以底面和一个与之垂直的平面作定位基准，用组合机床加工，采用卧式铣床，选用铣刀D=125镶齿三面铣刀。 5、粗铣上面，以底面为基准，采用立铣，用组合机床加工，加工选择铣刀为：D=63的套式铣刀加工B面，D=100的套式面铣刀加工C面。 6、粗铣右侧面，定位方式同上采用卧铣可选用通用型机床型号X6025选择刀具为D=160mm直齿三面刃铣刀。 7、粗镗孔Φ52J7 、Φ46、Φ70、Φ80、Φ105H7孔，组合机床加工，以地面作为定位基准，采用一面两孔定位，选用刀具为粗镗刀，以双刀镗Φ52、Φ46且镗Φ52孔为盲孔镗刀，镗Φ70、Φ80、Φ105采用同轴镗，镗Φ70、Φ80孔用盲孔镗刀。 8、粗镗孔Φ66H7、Φ40H8，以组合机床加工，底面定位，一面两孔，镗头为垂直方向，选择镗刀为普通粗镗刀，d=20,k=60°,L=150. 9、钻前面8—M6螺纹底孔，2—M8螺纹底孔，Φ30孔及Φ20，标准麻花钻钻后面8—M8螺纹底孔，选用Φ6.8的长麻花钻钻2—M8底孔（根据零件结构尺寸，标准麻花钻不能达到要求），选用Φ=19mm标准麻花钻钻前面Φ30及后面Φ20孔，选Φ=20mm孔钻钻前面Φ20孔，以组合机床加工，一面两孔定位。 10、钻B面2—M8螺纹底孔，10孔，C面2—22H7及4—M8螺纹底孔以底面为基准采用一面两孔定位，组合机床加工，选用=6.8mm钻头钻2—M8螺纹底孔，选用=22麻花钻钻2—22H7孔，选=10麻花钻钻10孔。 11、精铣前后面，定位方式与粗铣时一样，组合机床加工，刀具与粗铣时相同。 12、精铣B、C面，定位方式与粗铣时一样，组合机床加工，刀具与粗铣时相同。 13、精镗Φ52J7，Φ105H7，70，扩后面Φ20孔，选用一面两孔定位，组合机床加工，Φ105H7，70采用同轴镗，70孔镗刀为盲孔镗刀，Φ52J7为盲孔镗刀。 14、精镗Φ66H7，Φ40H8孔，与粗镗时一样，选用同一直径的精镗刀。 15、扩Φ30孔底面定位，组合机床加工，选Φ29.7的扩孔钻。 16、扩Φ26孔，底面定位，组合机床加工，选Φ26的扩孔钻。 17、铰Φ20H7，Φ30孔底面定位，一面两孔，组合机床加工，选Φ20，Φ30铰刀加工，用高速钢铰刀，T=2700。 18、倒Φ20H7，Φ105H7，Φ70孔的角。 19、各面螺纹孔倒角，扩孔钻倒角，组合机床加工。 20、铰Φ22H7孔，组合机床加工。 21、钻2—Φ5与Φ22H7孔轴线成25的斜孔，采用专用夹具，组合机床加工，选用Φ5的麻花钻。 22、攻前面8—M6，2—M8螺纹及后面8—M6螺纹，选用与之直径相同的丝锥。 23、攻C面4—M8，B面2—M8螺纹及F面4—M8螺纹，选用与之直径相同的丝锥。 24、磨削Φ52J7，Φ105H7孔，组合机床加工，与之相应的砂轮。 量具的选择，流水线加工作业中，零件在不同的工序中需抽查，根据零件图上要求不同，选用游标卡尺、百分表、千分尺、螺纹通规、止规等量具。 3.5切削用量及加工工时的确定 工序4：铣底面 机床：X52K 刀具：查阅《机械加工工艺手册》表4.1-6，材料YG6，耐用度10.8 x 10，D=80,d=27，L=36,Z=10。. 加工条件：铣削尺寸为52mm的底面，铣削宽度a=52mm 确定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，硬质合金端铣刀进给量： ， 确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，硬质合金切削用量及功率： 由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得： 所以V=4.048m/s=242.92m/min 确定主轴转速： 参考表.31-74，取相近n=1180r/min ∴ 机床实际切削速度为： 计算切削时间：参考表2.5-10时间公式 同上：当铣削尺寸为38底面里，即铣削宽度 ∴ 故： 工序5：钻A面孔4xΦ10mm 按《机械加工工艺手册》2.4-39得：当铸铁硬度HB>200HBS，d>8～12mm时，,由于孔深为12mm。 故 由表2.4-43查得 ∴ 按机床选取 《机械加工工艺手册》表3.5-35 故机床实际切削速度： 切削工时： 因为有四个孔需加工，所以切削工时应为： 工序7：粗铣前后面 方法同工序4 故销铣时间应为： 工序8：粗铣上端面 按《机械加工工艺手册》表2.3-59查得，粗加工后，精铣余量为1.5mm，所以ap=1.0mm。 B面：加工条件：铣削尺寸为60mm的底面，即铣削宽度，确定进给量，查《机械加工工艺手册》表2.4-73： 确定切削速度，查《机械加工工艺手册》表2.4-73： 确定主轴转速： 查机床使用手册，取相近转速。 故机床实际铣削速度为： 计算切削时间： C面：方法同上 取 故： 计算切削时间： ∴ 工序9：粗铣F面 机床：选用X53K立式铣床 刀具：YG6，镶齿套式面铣刀 D=160mm,L=45,d=50,z=16. 按零件图可得F面的表面粗糙度为R为12.5，毛坯余量为3.5mm,进给量取0.2mm每齿。 参考《简明机械制造工艺手册》所知，由于铣右侧面属于粗铣，故选择切削用量为:每齿进给量0.1mm/z，=3.5mm。 切削速度：v=80m/min 确定主轴转速 查阅《机械加工工艺手册》表3.1-74得=235r/min 则 切削时间定额：查阅表2.5-10 得： 工序10：粗镗孔Φ52mm 、Φ46mm、Φ70mm、Φ80mm和Φ105mm 镗Φ46mm的孔 确定进给量：参考《机械加工工艺手册》表2.4-66可得： 切削速度v：参考《机械加工工艺手册》表2.4-9，可得。 修正数： 则： 这样可以求出切削速度： 求出主轴转速： 参考《机械加工工艺手册》表3.1-41，查得相近转速，在此取950r/min。 故求出实际切削速度应为： 切削时间： 参考《机械加工工艺手册》表2.5-3镗削机动时间计算 其中： 则： 工序11：粗镗孔Φ66H7mm、Φ40mm ⒈加工余量的确定 组合机床加工上表面两孔，采用镗削加工，其工序余量如下（半径余量）： 基本尺寸：Φ66mm Φ40mm 加工余量： 4.0mm 2.0mm 按《机械加工工艺手册》表2.2-2查得镗削所能达到的尺寸精度为IT13，所以按加工方法的经济精度，并按“入体原则”确定各孔的工序尺寸公差，查《机械制造技术基础》表3.3，标准公差数值为： 两孔的垂直度由基准面底面保证。 ⒉切削用量的选择与确定，查《机械加工工艺手册》表2.4-66。 方法同工序10 单件时间定额为： 工序12钻前面8-M6螺纹孔，30，20，及后面8-M6螺纹孔和20 ⒈加工余量的确定： 组合机床加工，其工序余量如下：（半径余量） 基本尺寸： M8螺纹底孔 20 30 加工余量： 2.5mm 3.5mm 5mm 所选钻削所能达到的尺寸精度为IT11——IT12，所以按加工方法的经济精度，并按“入体原则”确定各孔的尺寸公差为： M8螺纹底孔 20 30 各螺纹孔的位置均由钻模板保证 ⒉切削用量的选择与确定： 根据《机械加工工艺手册》： 查《机械加工工艺手册》表2.4-41，刀具选用高速钢刀具钻铸铁： 上述选择是在尽量使工件切削同步以抵消其切削力的原则下选取的，可以确定其 主轴转速为： ⒊时间定额的计算： （单件机动时间） 故单件时间定额： 工序13：钻上面6—M8螺纹底孔， 10孔， 2—22H7， 10孔， ⒈加工余量的确定： 组合机床加工，其工序余量如下：（半径余量） 基本尺寸： M8螺纹底孔 10 22H7 加工余量： 2.4mm 2mm 4.5mm 所选钻削所能达到的尺寸精度为IT11——IT12，所以按加工方法的经济精度，并按“入体原则”确定各孔的尺寸公差为： M8螺纹底孔 10 22H7 各螺纹孔的位置均由钻模板保证。 ⒉切削用量的选择与确定： 方法与工序12相同 确定其主轴转速为： ⒊时间定额的计算： 同理，单件时间定额为： 工序14：精铣前后面 加工余量： 进给量： 切削速度： 故机床转速可以确定为： 机床机加工时间为： 单件时间定额： 工序15：精铣B、C面 B面：D=80mm L=36mm d=27mm z=10mm C面：D=100mm L=40mm d=32mm z=10mm 进给量： 切削速度： 故机床转速可以确定为： 机床机加工时间为： 其他时间的确定： 工序16：精镗Φ52J7mm，Φ105H7mm，70mm，扩后面Φ20mm孔 加工余量的确定，查《机械加工工艺手册》表2.3-48得： 基本尺寸： Φ52mm Φ105H7mm Φ70mm 20mm 加工余量： 2mm 2mm 2mm 2mm 查《机械加工工艺手册》表2.2-2精镗所能达到的尺寸精度为IT8---IT10级，查《机械制造技术基础》表3-3，标准公差数值为： 其余步骤同工序10 得：总机动时间： 单件时间定额： 工序17：精镗Φ66H7mm，Φ40H8mm孔 ⒈加工余量： 基本尺寸：Φ66H7mm Φ40H8mm 加工余量： 1.0mm 1.0mm ⒉进给量的选择与确定：（查《机械加工工艺手册》表2.1-66） 镗削速度： 根据上面可以确定其主轴转速为： 机动时间定额的计算： 单件时间定额： 工序18：扩孔 加工余量： 加工余量为1.0mm 进给量： 查《机械加工工艺手册》表2.4-52 切削速度： 由此可以确定主轴转速： 机动时间定额的计算： 单件时间定额： 工序19：扩孔 加工余量： 加工余量为1.0mm 进给量： 查《机械加工工艺手册》表2.4-52 切削速度： 由此可以确定主轴转速： 机动时间定额的计算： 单件时间定额： 工序20：Φ20H7，Φ30孔 查《机械加工工艺手册》表2.3-48，此道加工序余量为0.2mm; 查《机械加工工艺实用手册》表15-43，机铰刀铰孔时的进给量，选用高速钢铰刀， 。 查《机械加工工艺实用手册》表15-44铰孔时切削速度的计算公式 其中： 机动时间定额的计算： 单件时间定额： 工序21：倒Φ20H7，Φ105H7，Φ70孔的角 Φ20H7，Φ105H7选用车削制订进给量，根据手册及机床选取： （查《切削用量简明手册》表1.8） 切削速度： 所以机床主轴转速应为： 机动时间定额的计算： 单件时间定额： 工序22：各面螺纹孔倒角 各倒角工序在钻孔时完成。 工序23：铰Φ22H7孔 查《机械加工工艺实用手册》表15-43机铰刀铰孔时的进给量，选用高速钢铰刀，则： 《机械加工工艺实用手册》表15-44铰孔时切削速度的计算公式： 其中： 机动时间定额的计算： 单件时间定额： 工序24：钻2—Φ5与Φ22H7孔轴线成25的斜孔 查《机械加工工艺手册》表2.4-38高速钢钻头钻孔时的进给量，查得： 查《机械加工工艺手册》表2.4-41高速钢钻头钻孔时的切削速度，查得： 则机床主轴转速为： 查《机械加工工艺手册》表3.1-31，取。 机动时间的确定： 单件时间定额： 因为有两孔需要加工，故，T=2Td=2x0.084=0.17min。 工序25：攻前面8—M6，2—M8螺纹及后面8—M8螺纹 查《切削手册》表2.7可以确定出进给量：。 查《机械加工工艺手册》表2.4-105攻螺纹的切削用量： 由此可以确定出机床转速； 查机床转速，取。 查《机械加工工艺手册》表2.5-19续表： ①攻前面8-M6机动时间： ②攻前面2-M6机动时间： ③攻后面8-M6机动时间： 综合所述，由相关资料： 单件时间定额： 工序26：攻C面4—M8，B面2—M8螺纹及F面4—M8螺纹 查《机械加工工艺手册》表2.4，查得 查《机械加工工艺手册》2.4-15，攻螺纹的切削速度： 由此可以确定出机床转速； 查机床转速，取。 查《机械加工工艺手册》表2.5-19续表： 步骤同工序25 得：单件时间定额： 工序27：磨削Φ52J7，Φ105H7孔 由《机械加工工艺手册》2.4-163，精磨内圆的切削用量： 取0.8B ①磨Φ52J7的机动时间 由《机械加工工艺手册》表2.5-11查得： 其中： （由《机械加工工艺手册》表2.3-49磨孔余量） （由《机械加工工艺手册》表2.5-13内圆的修磨系数k） ②磨Φ150H7的机动时间 由《机械加工工艺手册》表2.5-11查得： 其中： （由《机械加工工艺手册》表2.3-49磨孔余量） （由《机械加工工艺手册》表2.5-13内圆的修磨系数k） 综合上述： 其他时间的确定： 故单件时间： 四章 夹具设计 4.1机床夹具的作用 机床夹具主要用于机床切削加工，起机床与工件，刀具之间的桥梁作用，是工艺系统中的一个重要环节。按国家标准（GB4863-85）给出的定义：“机床夹具是用以装夹工件（和引导刀具）的装置”。 1、保证加工精度 采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床，刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。 2、提高生产效率，降低成本 用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少辅助工时；用于装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件，工位装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。 3、扩大机床的工艺范围 使用专用夹具可以改变机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。 4、减轻工人的劳动强度 用夹具装夹工件方便，快速，当采用气动，液压等夹紧装置时，可减轻工人劳动强度。 5、缩短新产品试制周期 由于组合夹具，可调整夹具等多用途夹具，部件的标准化和通用化，从而在新产品试制中可以大大发挥其优势，充分利用组装，更换少数部件，组件和调整方法，来满足大部分工序的要求，使专用夹具的数量减少；从而减缩了夹具设计和制造的工作量，使试制的周期缩短，费用减少。 4.2机床夹具的组成 1、定位装置：使工件在夹具中占据正确的位置； 2、夹紧装置：将工件压紧夹牢，保证夹具部件在加工过程中受外力作用（切削力），作用时不离开已占据的位置； 3、夹具体：机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成整体； 4、其他装置或元件：除了定位装置，夹紧装置和夹具体外，各种夹具还根据需要设置一些其他装置或元件，如：分度装置，对刀元件。 4.3夹具设计 本设计选取加工工序12的钻孔夹具设计。此零件年产10万件以上，故夹具设计适用于流水线作业的车间，采用全自动或半自动夹紧装置。 4.3.1定位的选取 由于工件的定位实际上是限制工件的自由度，由于加工的孔分布在工件的前后面，且加工孔中直径最大才，使用组合机床一次性加工完成。 则选取一面两孔的定位原则来限制工件的六个自由度。 如图4-1： 图4-1 工件在一面两孔中被确定，利用圆柱销与削边销。 综上所述，决定此工序选择一面两孔的定位方式，此种定位方式合理，夹具结构简单，定位夹紧方便，此外底面及定位孔都已精加工，所以能保证定位中位置的精确性，但是考虑到大批量生产，零件毛坯的重量尺寸以及流水线生产条件，故把定位销作为伸缩式（即上下定位板之间的相对运动）。 为了完成伸缩式，故定位销是自己生产加工，因为销的长度是要超过板孔的长度，还要能在工件孔中定位，上定位板的支撑用弹簧来完成，当工件在定位板上占有一个正确的位置，则定位销能在夹紧力的作用下伸入二孔中完成定位，这主要是靠压缩弹簧，使上定位板下移，定位销伸入工件孔中的；当加工完成后，夹紧力撤去，在压缩弹簧的作用下，上定位板上移，定位销从零件孔中下移，则工件可以移开，从而实现快速的过程、缩短了时间、提高了生产效率、自动化程度，适应于流水线作业。 4.3.2弹簧的计算及选取 如下图弹簧在夹具中的作用是实现定位板不同的工件状态下的上下移动，也起支撑作用，在下底板上放上工件不能超出定位板孔的长度。 计算出工件的质量约为15Kg W=10x15=150N 所以，在下底板上有根弹簧，每根弹簧的受力为，根据弹簧变形量，则弹簧的刚度 弹簧的极限压缩量为15+2.5=17.5mm，所受的最大载荷为 弹簧选择分3类压缩弹簧，计算过程如下： 假设弹簧丝直径d 3 4 5 假设弹簧平均直径 20 30 20 旋转绕比 6.67 7.5 4 曲度系数 1.18 1.24 1.31 弹簧材料拉伸弹度极限 1250 960 950 [] 许用应力 625 480 475[] 计弹簧直径 2.92 2.95 2.72mm 查阅《机械加工工艺手册》选弹簧丝的直径为3mm。 弹簧的圈数 得n=6.32圈，查阅《机械加工工艺手册》n=7。 因为弹簧的两端要与孔和底板接触，故死圈圈数为2， 则弹簧的总圈数为9圈。弹簧外径D= +d=23mm 最小节距 查阅《机械加工刀具手册》，GB2089-80 弹簧：d=3.0mm, =20MM，p=6.95， 极限载荷， 单圈极限载荷变形量f=3.527mm。 单圈刚度：k=99.3N/m， 最大套筒直径，则弹簧的自由长度为50mm。 根据弹簧线性特征，所以实际变形量： 满足设计要求。 4.3.3夹紧力计算 查阅《机械加工工艺手册》2.4-70得群钻轴向力 其中，，，。 则总的轴向钻削力 在计算切削时，必把安全系数考虑在内 为基本安全系数1.5 为刀具钝化系数1.0 为加工性安全系数1.0 为断续切削系数1.0 则轴向切削力 工件所受夹紧力与轴向切削力平衡，为了减小夹紧力，采用两面同时钻削，则工件夹紧力。 还应抵消弹簧变形的力则实际夹紧力 4.3.4汽缸的选择 根据夹紧力的计算及夹具的分析，查阅《机械加工工艺手册》表5.2-39，选用管接式法兰汽缸固定在夹具上方[见夹具装配图]，这样夹紧力作用于工件上方，夹紧可靠方便，而采用前盖固定，可以减小连杆的长度，缩小夹具的结构，提高其稳定性。 表4-1汽缸的主要参数如下：(单位mm) 行程C 40 活塞直径D 150 活塞杆直径D1 35 前盖直径D4 135 连接螺栓 4 X M10 活塞杆前端连接螺纹长度L 200 当气压为时，F为7000N满足压紧力要求。 4.3.5连接板的选用 由于汽缸要放在夹具的上面故需要板件，连接板需要与汽缸的前盖相连，还要与四根支撑杆的连接，厚度为10-25mm，考虑到夹具的紧凑性与合理性，故如图4-2： 板与汽缸连接的位置 图4-2板与汽缸的连接图 4.3.6上底板 上底板主要用于支撑零件，并起导向作用，根据弹簧的自由伸长长度，板厚得出为16mm，如图4-3所示： 图4-3 4.3.7下底板 下底板主要用于安放在工作台，凸台是用来安装弹簧以及定位销。 4.3.8支撑杆的选用 四根支撑杆的功用主要是连接地板与汽缸了，两端都还有螺纹，这主要是承受汽缸所提供的力，则需要校核： 螺栓M16校核，由《机械设计》可知：螺栓的许用拉应力 已知螺栓材料45钢，由《材料力学》可知； 螺杆的许用拉应力 所以 由《机械加工工艺手册》，M6-M16的45号钢的S在4-5之间，则符合要求。 4.3.9钻模的选取 钻床夹具是用于各种钻床和组合机床上加工的夹具，简称钻模。它的主要作用控制刀具的位置和引导其送进方向，以保证工件被加工孔的位置精度。 钻床夹具在结构上都有 1个安装钻套的钻模板，由于使用上的要求不同，其结构形式可分为：固定式、翻转式、回转式、盖板式以及滑柱式。由于本次设计的柴油机的汽缸上钻两面上的孔的组合机床夹具。故选取固定式钻模板，钻模板直接固定在夹具体上。由于钻套的位置固定，所以其加工孔的位置精度较高，但有时装卸工件较不方便。 固定式钻板与夹具体的连接可以用销钉对定、螺钉紧固， 对于简单的钻模也可采用整体铸造或焊接结构。可换钻套 在大批量生产中为了克服固定钻套磨损后无法更换的缺点，可以使用可换钻套。它的凸缘上铣有台肩，钻套螺钉的圆柱头盖在此台肩上，可防止钻套转动和掉出。当钻套磨损后，只要拧去螺钉，便可更换新的可换钻套。对更换频繁的钻套，为了保护钻模板不被损坏，应在可换钻套外配装 1个衬套。钻套用衬套也标准化了 , 可查阅标准 JB/T8045.4-1999。可换钻套与固定钻套一样，只用于单工步孔加工。 4.3.10定位误差分析 采用一面两孔的组合定位，根据工序加工要求平面为第一定位基准。工件上的内孔分别为第二和第三定位基准。 一批工件在夹具中定位，工件上作为第一定位基准的底面没有基准位置误差，定位孔较浅，其内孔中心线由于内孔与底面垂直度误差而引起的位置误差可以忽略不记。但是作为第二第三定位基准由于与定位销的配合间隙及两孔，两销中心距误差引起的基准位置误差必须考虑，当工件内孔的直径尺寸最大，圆柱定位销直径尺寸最小，且考虑工件上两孔中心距的制造误差，根据图4-4的两种极端位置可知： 图4-4 式中：为工件内孔的公差 为夹具短圆柱定位销的公差 为工件内孔的定位销的最小配合间隙 为工件上两定位孔中心距 根据零件上两定位孔进行铰制后，取H8级，则孔的尺寸 圆柱定位销为； 查得两孔中心距202.5的公差为0.072， 所以 =（0.017-0.010）+（9.995-9.986）+（10.010-9.995） =0.008+0.009+0.015=0.032 =0.032+0.072=0.104 查得削边销为，孔为 所以： 则 根据零件图上的位置公差 100：0.05 A-B 计算出定位误差小于零件位置公差。 4.4夹具的使用及维护 1、工件由输送装置装入夹具上板，由两销定位； 2、当工件在导向槽中定位后，确保零件稳定； 3、启动汽缸对零件夹紧； 4、零件加工完毕，松开汽缸，输出工件； 5、夹具的各个表面应保持干净 6、每班对下底板弹簧孔排削。 4.5夹具标准件的选择 标准件：按照国家统一规定的标准﹑规格生产的零件或部件。这种零部件能通用在各种机器﹑仪器﹑设备﹑建筑物上，并具有互换性。 4.5.1支撑杆螺母的选择 根据M16的螺纹，选择GB6170-86，螺纹规格D=16，性能等级为5级，不经表面处理，C级的I型六角螺母，根据M16选择弹簧垫圈GB93-87，规格16mm，材料为65Mn，表面氧化的标准的弹簧垫圈。 4.5.2连接板上螺钉选择 根据汽缸盖中螺纹的直径M10，GB77-85，螺纹规格d=M10，公称长度l=25，性能等级为33H，表面氧化的内六角平端紧定螺钉；M10×25。 4.5.3管接式法兰汽缸套件的选择 1、活塞杆，需要在杆上加出锥孔，便于与压力头接合，的规格； 2、前盖，材料HT150，倒角，并进行退火处理； 3、后盖，材料HT150，倒角，并进行退火处理； 4、O型橡胶密封圈GB3452.1-82，材料为耐油橡胶，硬度为HBS； 5、垫片的选择：GB93-87，材料为橡胶石棉板； 6、缸筒，材料为HT200， 技术要求：a、人工