發(fā)動機缸體機加工工藝夾具設計畢業(yè)論文

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1、 摘要 摘 要 發(fā)動機作為汽車的心臟，其制造質量直接影響著汽車的使用性能。缸體作發(fā)動機各機構及各系統(tǒng)的裝配基礎零件，其制造精度對發(fā)動機的整體性能有著重要的影響。要提高發(fā)動機的使用性能，就必須控制發(fā)動機制造過程中關鍵零件的加工精度與加工質量。 隨著我國經濟的發(fā)展，國內對汽車的需求迅速增長，如何提高汽車產品零部件的生產效率和加工質量，對汽車行業(yè)的發(fā)展至關重要。發(fā)動機缸體是汽車五大部件之一，其生產效率和加工質量直接關系到汽車的生產效率和性能。發(fā)動機缸體傳統(tǒng)的提高生產效率和加工質量的途徑是盡量縮短輔助時間和采用剛性生產線，這種途徑在今天已經越來越不適應生產的發(fā)展。因此，在汽車行業(yè)中，如何提高發(fā)

2、動機缸體生產效率和加工質量是一項重要的研究課題。 本論文主要針對發(fā)動機下缸體及加工工藝OP10進行了研究，對本工序設計工藝方案進行了分析，發(fā)動機缸體屬于箱體類零件，結構復雜，加工易變形，因此加工精度要求高，以缸體缸孔壁、曲軸孔等毛坯基準點為定位基準，對缸體進行精確定位。由于缸體各個結合面面積較大，且有較高的位置精度和粗糙度的要求；缸體的加工部位多、加工要求較高、工藝路線長、工件輸送較難處理、使生產管理上較繁雜，對缸體進行加工時采用臥式加工中心進行加工，采用臥式數控加工中心不僅能夠改善加工質量而且能夠極大提高加工效率。論文主要對OP10工序加工中心加工時刀具進行了合理選擇，夾具進行了

3、設計并對夾緊力進行了計算。 關鍵詞 發(fā)動機缸體；定位基準；加工精度；加工中心 II Abstract Abstract The quality of the engine’s manufacturing influenced the performance of the car, as the engine is the heart of the motor vehicles. The accuracy of the manufacturing of the engine block has an important relationship w

4、ith the overall performance, because the engine block is the fundamental part in the system of the engine. We have to control the machining accuracy and machining quality. With the development of our economy and rapidly growing demand for cars in China, how to improve the production efficiency and

5、processing quality of auto parts, is crucial to the development of automobile industry. Engine cylinder block is one of the five major parts, and its production efficiency and processing quality are directly related to production efficiency and performance of the car. The traditional method to impro

6、ve production efficiency and processing quality is trying to shorten the auxiliary time and adopt the way of a rigid line, which is already out of date in the current production. Therefore, how to improve the efficiency of engine cylinder block production and processing quality is an important resea

7、rch, and the WD615 engine used in heavy vehicles, including all kinds of engineering machinery, buses, power generation equipment, ships and other ideal power of engine, its cylinder processing design has greater significance. In this paper, we focus on the first step of the process and made res

8、earch on the process. The engine block belongs to the block pieces, which is complicated in structure and easy to be deformed. We could adopt crankshaft bore as the positioning datum to ensure the accuracy. As the junction surface has a big area and a high demand of the accuracy and roughness, inclu

9、ding high amount of the machining parts and high demand of the machining and the long routine of the processing, we have to adopt Horizontal machining center to improve the machining quality and efficiency. The task of the paper is mainly about the reasonable choice on the machining tools and calcul

10、ation on the fixtures. Keyword: Engine cylinder Positioning reference Machining accuracy Machining center 目錄 目錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.2 汽車發(fā)動機加工工藝概述 2 1.2.1 發(fā)動機缸體加工工藝流程 2 1.2.2 缸體加工特點 2 1.3 汽車發(fā)動機缸體國內外發(fā)展現狀 3 1.3.1 柔性加工的特點 3 1.3.2 高速柔性加工的優(yōu)點 4 1.3.3 高速柔性加工存在

11、的一些缺點 4 1.4 本次設計的主要內容 5 1.4.1 定位基準選擇 5 1.4.2 夾具的設計方案選取 5 1.4.3 刀具的選取 5 1.4.4 設備選取 6 1.4.5 設備工藝布置設計 6 1.5 本次設計的目的及要求 6 1.5.1 本次設計的目的 6 1.5.2 本次設計的要求 6 第二章 加工設備的選取 8 2.1 加工中心的基本概念和分類 8 2.1.1 加工中心的基本概念 8 2.1.2 加工中心的分類 8 2.2 加工中心的結構和工作原理 8 2.2.1 加工中心的結構 8 2.2.2 加工中心的工作原理 9 2.3

12、 加工中心工藝特點分析 10 2.4 加工中心的合理選擇 10 第三章 刀具的選取 13 3.1 刀具的材料要求及特點 13 3.1.1 刀具的材料及其要求 13 3.1.2 加工中心常用道具的特點 13 3.2 加工中心刀具的選用 14 第四章 定位基準的選擇 16 4.1 基準的概念 16 4.2 基準的分類 16 4.3 基準的分析 17 4.4 定位基準的選用 17 第五章 夾具的設計 23 5.1 夾具的概述 23 5.1.1 夾具的功能 23 5.1.2 夾具的分類 23 5.1.3 夾具的組成 24 5.2 定位精度的分析 24

13、 5.3 工件夾緊裝置的要求和選擇 24 5.3.1 工件夾緊裝置的要求 24 5.3.2 夾緊力的確定 25 5.3.3 夾緊裝置動力方案選擇 25 5.3.4 夾緊機構的選擇 27 5.4 切削力和夾緊力的計算 28 第六章 全文總結 31 6.1 本次設計的內容 31 6.2 進一步設計和研究 31 參考文獻 32 致謝 33 第一章 第一章 緒論 1.1 研究背景及意義 汽車工業(yè)是國民經濟中的支柱性產業(yè)。汽車生產制造水平直接體現國家汽車 工

14、業(yè)發(fā)展程度，是顯示一個國家工業(yè)發(fā)達水平的重要標志，同時能夠帶動和促進其他產業(yè)和社會經濟的發(fā)展。 2009 年我國汽車累計產銷突破 1300 萬輛，同比增長創(chuàng)歷年最高，我國一躍成為世界第一汽車生產和消費國。2010 年我國汽車工業(yè)延續(xù)了 2009 年的發(fā)展態(tài)勢，汽車產銷量雙雙超過 1800 萬輛，創(chuàng)全國歷史新高，再次蟬聯全球第一，汽車產量占世界汽車總產量的 20％以上。雖然我國已經成為世界第一大汽車生產國和消費國。但是，我國的汽車工業(yè)仍處于發(fā)展階段，與歐美日等汽車工業(yè)強國相比，我國技術水平還相差很大的距離。 目前，我國汽車制造業(yè)以中外合資為主，其核心技術一直掌握在歐美日等國手中，尤其是汽車發(fā)

15、動機的研發(fā)與制造，我國的汽車發(fā)動機生產技術主要來源于美國、德國、意大利、日本等發(fā)達國家。國內發(fā)動機生產廠商，以中外合資企業(yè)為主，如上海通用、上海大眾、一汽大眾、東風雪鐵龍、東風日產、長安福特、北汽福田、廣州豐田、廣州本田、上汽通用五菱等。 雖然我國在汽車發(fā)動機基礎理論及相關技術研究方面取得較大的進步，但是生產設備基本靠進口，工藝標準依賴國外企業(yè)標準，以合資為主。合資企業(yè)發(fā)動機制造技術依然依賴國外技術引進，從根本上并沒有形成我國自主的制造技術，國外企業(yè)仍然占據著技術的領導地位。汽車發(fā)動機制造是我國汽車工業(yè)發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)，為了提高我國汽車制造能力，相關理論研究和技術改進亟待開展。 發(fā)

16、動機是汽車最主要的組成部分，它的性能好壞直接決定汽車的行駛性能，故有汽車心臟之稱。而發(fā)動機缸體是汽車發(fā)動機的基礎零件，通過它把發(fā)動機的曲軸連桿機構和配氣機構以及供油、潤滑、冷卻等機構聯接成一個整體。發(fā)動機缸體的加工質量會直接影響發(fā)動機的性能。 發(fā)動機缸體屬于箱體類零件，結構復雜，壁薄多孔，加工易變形，因此加工 精度要求高。發(fā)動機缸體結構特征復雜，加工精度要求高，因此對發(fā)動機缸體的加工要從生產線的每一個環(huán)節(jié)進行控制。發(fā)動機缸體每道加工工序精度控制對缸體加工質量有著重要的影響，如缸體加工過程中發(fā)生加工變形，直接影響到缸體的加工精度和加工質量，最終影響整個發(fā)動機的使用性能，因此對發(fā)動機缸體的制造

17、研究極為重要。 由以上分析可見，研究優(yōu)化汽車發(fā)動機缸體機加工工藝對提高我國極其重要 汽車產業(yè)，能對發(fā)動機缸體制造過程中的質量和精度控制起到指導與幫助作用。本論文主要在缸體加工過程進行定位基準選擇、刀具選取、夾具的設計和夾緊力的計算，采用合理的夾緊結構極大提高了發(fā)動機生產效率和加工精度，為我國汽車發(fā)動機制造業(yè)的發(fā)展有一定的借鑒，同時有助于我國發(fā)動機制造業(yè)的自有知識產權的形成。 1.2 汽車發(fā)動機加工工藝概述 1.2.1 發(fā)動機缸體加工工藝流程 發(fā)動機缸體加工工藝流程概述主要從缸體表面加工方法、加工工序流程、加 工階段劃分方面進行概述。 1）缸體表面加工方法 缸體表面加

18、工主要包括平面加工和孔系加工，平面加工主要通過端面銑削來完成，孔系加工主要通過鏜削、珩磨、鉆、鉸和攻等加工工藝來完成。平面主要 包括頂面、底面和前后端面，孔系主要包括活塞缸孔、曲軸孔、油孔、水套孔、 安裝孔、連接孔和銷孔等。本文主要對缸體后端面與底面的平面加工進行研究， 缸體后端面與底面。 2）缸體加工工序流程 缸體生產線加工工序主要可分為主要型面加工工序組、主要柱孔加工工序組、輔助結構加工工序組及清洗檢測工序組等。定位方式主要有底面完全定位方式和兩銷完全定位方式等。 3）缸體加工階段劃分 缸體加工主要劃分為兩個階段：粗加工和精加工。從整個加工工序定位基準選擇來看，缸體底面和后端

19、面的加工精度直接影響后續(xù)加工工序的精度。 1.2.2 缸體加工特點 發(fā)動機缸體是發(fā)動機零件中結構較為復雜的箱體類零件，其將缸蓋、油底殼、曲軸等相關零件連接成一個整體，使這些零件相互之間保持正確的相對位置，彼此能夠協調工作，其制造精度要求較高，加工工藝復雜。缸體作為箱體類零件，其加工特點對加工精度有很大的影響，而加工精度直接影響發(fā)動機的裝配質量，進而影響發(fā)動機整機的使用性能和壽命。因此，要根據缸體加工特點，來制定加工工藝規(guī)則和精度控制計劃。汽車發(fā)動機缸體的加工技術要求有：主要孔的尺寸公差、形狀公差和表面粗糙度；主要孔與孔、孔與平面的位置公差，孔與孔間的尺寸公差、平行度、同軸度、垂直度以及孔

20、與平面的垂直度等；主要平面的尺寸公差、平面度和表面粗糙度；主要平面與平面的垂直度等。 缸體零件的主要加工部位和加工精度的特點是：平面加工主要通過端面銑削來完成，缸體各平面壁薄孔多，平面銑削時在夾緊力和銑削力作用下容易產生變形；孔系加工主要通過鏜削、珩磨、鉆、鉸和攻等加工工藝來完成，孔系加工對于形狀精度和位置精度要求較高；由于缸體各個結合面面積較大，且有較高的位置精度和粗糙度的要求；缸體的加工部位多、加工要求較高、工藝路線長、工件輸送較難處理、使生產管理上較繁雜；缸體各部分尺寸的設計基準不可能完全一致，故在加工時要充分考慮因基準不重合而造成的誤差。 1.3 汽車發(fā)動機缸體國內外發(fā)展現狀

21、我國汽車與國際先進水平相比，還有一定的差距，從而導致了相同的產品不同的價格，國產重卡僅及國外同類產品的三分之一。與國際先進水平相比，目前中國汽車尚有五年左右的差距。要振興民族重卡，產品品質的提升勢在必行。而這其中最關鍵的就是對發(fā)動機缸體、缸蓋品質的提升，采用性能更好的加工材料，具有足夠的強度，良好的澆鑄性和切削性；采用更優(yōu)化的加工工藝和更先進的加工方式是目前我們所應用最多的技術。 國內對汽車的需求迅速增長，如何提高汽車產品零部件的生產效率和加工質量，對汽車行業(yè)的發(fā)展至關重要。發(fā)動機缸體是汽車五大部件之一，其生產效率和加工質量直接關系到汽車的生產效率和性能。發(fā)動機缸體傳統(tǒng)的提高生產效率和加工質

22、量的途徑是盡量縮短輔助時間和采用剛性生產線，這種途徑在今天已經越來越不適應生產的發(fā)展。汽車行業(yè)從品種少、數量多的生產體系向多品種、較大生產量的體系變化著。要滿足這種變化，發(fā)動機制造業(yè)的生產柔性化、高速化是走向之一。與以前采用的剛性加工線相比較現在發(fā)動機缸體多采用柔性加工和高速加工，這些加工方式顯著提高了發(fā)動機缸體的加工質量和加工效率。為我國汽車制造業(yè)的發(fā)展提供了強大的技術支撐。 柔性加工采用數控加工中心（CNC）進行加工，加工精度較高且穩(wěn)定性好，相比傳統(tǒng)加工方式有顯著的優(yōu)勢。 1.3.1 柔性加工的特點 一般來說，柔性加工的工序內容要比專機線加工的工序內容復雜。用高速加工中心和數控單

23、元組成的柔性加工線不是按預先規(guī)定的需求范圍來建立加工過程，而是使加工線從組織結構上具有可重用、可重構和可擴充性方面的能力，加工對象可在一定范圍內變化，甚至可以同時加工幾種不同的類似零件，可分階段投產達到目標產量。具有以下特點： (1) 重用性 構成柔性加工線的各種資源在制造環(huán)境發(fā)生變化時不改變或少量改變即可成為新系統(tǒng)的組成部分。 (2) 重構性 在制造環(huán)境發(fā)生重大變化時能夠根據任務的性質及一定的原則重新選取原有設備構成新的制造系統(tǒng)。 (3) 自適應性 柔性加工線能夠進行局部調整，在線地適應加工設備的故障，增減及加工任務的一定變化。 1.3.2 高速柔性加工的優(yōu)點 (1) 隨切

24、削速度提高，進給速度也相應提高，單位時間內材料切除率(切削速度、進給量和切削深度的乘積)增加，切削加工時間減少，大幅度提高加工效率，降低加工成本。 (2) 在高速切削加工范圍，隨切削速度提高，切削力隨之減少，根據切削速度提高的幅度，切削力平均減少 30%以上，有利于對剛性較差和薄壁零件的切削加工。 (3) 高速切削加工時，切削以很高的速度排出，帶走大量的切削熱，切削速度提高愈大，帶走的熱量愈多，大致在 90%以上，傳給工件的熱量大幅度減少，有利于減少加工零件的內應力和熱變形，提高加工精度。 (4) 從動力學的角度，高速切削加工過程中，隨切削速度的提高，切削力降低，而切削力正是切削過程中產

25、生振動的主要激勵源；轉速的提高，使切削系統(tǒng)的工作頻率遠離機床的低階固有頻率，而工件的加工表面粗糙度對低階固有頻率最敏感，因此高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度。 5）經濟性好加工效率高穩(wěn)定性好。 1.3.3 高速柔性加工存在的一些缺點 （1）對機床要素要求高 機床要有較高的技術性、動態(tài)性、隨動性，精度要求高、剛度要求高和高性能 CNC 控制系統(tǒng)。 選用 CNC 系統(tǒng)除了標準的特點外，還必須具有高速加工所要求的一些專門功能： 1) 至少能預處理 100 個程序段。 2) 通過位置環(huán)的前饋減少跟蹤誤差。 3) 跟蹤誤差要少于 0.5mm/m/min。 4) 能根據被跟蹤的輪廓

26、和加速度參數控制進給。 5) 具有最短的程序處理時間(最大允許時間為每段 4ms)。 （2）對刀具要素要求高 刀具的材料和夾持安裝都有較高的要求。 （3）對夾具要素的要求高 夾具在系統(tǒng)中往往也是最薄弱的環(huán)節(jié)。如果夾具剛性不足以防止切削過程中的顫振，即使是剛度和動態(tài)性能最好的機床，裝上了強有力的主軸和合適的刀具，也是無價值的。 （4）整體加工系統(tǒng)結構復雜對操作人員要求高。 （5）系統(tǒng)投資大回收期長。 1.4 本次設計的主要內容 1.4.1 定位基準選擇 缸體的缸孔壁厚是否均勻是影響發(fā)動機工作正常與否最重要的參數，因此選擇毛坯定位時首先考慮的是缸孔壁厚的保證。其次，曲軸孔也

27、是要求極高的重要參數，因此在選取OP10定位時使用缸壁及曲軸孔為定位基準。 在OP10加工出缸體左側面精定位基準，作為后序的主要加工定位基準使用。 缸體的缸孔、頂面，前后面、油泵安裝面等重要特性與曲軸孔相互關系極其重要，因此最后兩個工序選取定位基準應當選取曲軸孔為定位基準。 1.4.2 夾具的設計方案選取 按照選取好的定位基準進行夾具的最終設計?？紤]到缸體各個加工特性非常重要，為保持加工精度以及質量一致性。選取液壓夾具。各個夾具設計方案見說明。 要加工出合格的產品夾具設計非常重要，在定位基準點、孔確定好的前提下，還需要考慮輔助支撐點、夾緊點位置選取，還要結合工件具體尺寸要求選擇合適

28、大小的夾緊力。這也是選取加工設備需要考慮的參數。 1.4.3 刀具的選取 發(fā)動機作為制造行業(yè)質量要求最高的產品，它對刀具的要求也是非?？量痰?，需要考慮各種實際的狀況，僅僅局限在書本知識上是遠遠不夠的。按照產品圖紙的要求加工出合格的產品對刀具知識的要求是非常廣闊的。 刀具選取要綜合考慮被加工件質量特性，工件材料，機床各運動參數，節(jié)拍要求，還有如何選取采用干濕切削等等。要加工出合格的缸體成品，在加工中需要使用當今世界最昂貴的刀片，需要高精度的復合刀具，有些刀具是國內刀具廠家的產品都無法提供的，需要選取世界頂級刀具制造商提供技術支持。 刀具的加工參數，也是設備選取的重要依據。 刀

29、具選取方案參照說明。 1.4.4 設備選取 依據產品尺寸參數、重量參數以及各加工特性應選擇工作臺為1000mm800mm臥式加工中心。 如MAG HPC800臥式加工中心，該機床各重要參數如下： 工作臺尺寸：1000800（mm） 主軸直徑：Φ100mm 移動速度：X、Y：80m/min，Z：60m/min 精度：定位精度，0.007mm 該機床加工能力滿足缸體加工要求，故可選取該加工中心作為工藝布置設備。 1.4.5 設備工藝布置設計 按照合理的工藝對設備進行合理的布置，以使得工件物流順暢，保證物流過程工件盡量不會收到磕碰。 1.5 本次設計的目的及要求

30、 1.5.1 本次設計的目的 1）進一步鞏固并運用所學的知識。 2）培養(yǎng)分析問題、解決問題的能。 3）全面了解并掌握發(fā)汽車柴油動機缸體的加工工藝 1.5.2 本次設計的要求 1）須熟悉發(fā)動機缸體產品特性，掌握發(fā)動機各重要特性的相互關系，掌握鑄件定位基準選擇原理以及精基準定位選擇原理。 2）共分八個工序完成WD615發(fā)動機缸體機加工部分的工藝設計，達到缸體的產品圖要求； 3)全部工序加工設備應選擇加工中心，按照工件的工藝特性選擇適當規(guī)格的加工中心； 4）要求完成各工序內容合理布置，達到節(jié)拍平衡，工時優(yōu)化，節(jié)拍要求10-15min； 5）要求完成每個工序夾具的基

31、本設計原理，定位方式選擇合理，按照工序加工完成的工件可以達到產品圖要求； 6）對每個工序的加工刀具合理選型。 7）工件大致尺寸：970*500*400（mm） 7 第二章 加工設備選取 第二章 加工設備的選取 2.1 加工中心的基本概念和分類 2.1.1 加工中心的基本概念 加工中心（Machining Center）簡稱MC，是由機械設備與數控系統(tǒng)組成的，適用于復雜零件加工的高效自動化機床。這種機床可裝若干把刀具，能自動更換刀具，在一次裝夾中完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、锪、攻螺紋、內槽加工等。它用于加工各種箱體類

32、、板類復雜零件。第一臺加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。二十世紀70年代以來，加工中心得到迅速發(fā)展，出現了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。 2.1.2 加工中心的分類 1. 按工藝用途分類：（1）鏜銑加工中心 （2）車銑加工中心 （3）鉆削加工中心 （4）復合加工中心 2.按控制軸數分類：（1）三軸加工中心 （2）四軸加工中心（3）五軸加工中心 3.按主軸與工作臺相對位置分類：（1）臥式加工中心 （2）立式加工中心（3）萬能加工中心 2.2 加工中心的結構和工作原理 2.2.1 加工中心的結構

33、 加工中心雖然有各種類型，結構各異，但總體上主要由以下四部分構成。 數控系統(tǒng) 是加工中心執(zhí)行順序控制和控制加工過程的中心。 伺服系統(tǒng) 是把來自數控裝置的信號轉換為機床移動部件的運動。 機械本體 是加工和中心結構中的基礎部件，由床身、立柱和工作臺等大件組成。 主軸部件 是切削加工的功率輸出部件，由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。加工中心結構如圖2-1 圖2-1 加工中心結構圖 2.2.2 加工中心的工作原理 加工中心根據工件圖樣制定工藝方案，采用手工或計算機自動編程，把工件所需的機床各種動作及全部工藝參數變成機床數控裝置能接受的信息代碼，并把這些代碼存儲

34、在信息載體上（穿孔帶、磁盤等）、將信息載體送到輸入裝置，讀出信息并送入數控裝置。進入數控裝置的信息，經過一系列處理和運算轉變成脈沖信號。有的信號送到機床的伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)對其進行轉換盒和放大，再經過傳動機構，驅動機床有關部件，使刀具和工件嚴格執(zhí)行程序所規(guī)定的相應運動。有的信號送到可編程序控制器中，用以順序控制機床的其他輔助動作，如實現刀具自動更換等。加工中心的工作原理見圖2-2。 圖2-2 加工中心原理圖 2.3 加工中心工藝特點分析 1.加工中心的工藝特點： （1） 工藝范圍寬，能加工復雜曲面。 （2） 具有高度柔性，便于研制、開發(fā)新產品。 （3） 加工精度高，表面質量

35、好。 （4） 生產效率高 （5） 減輕工人體力勞動強度 （6） 便于實現計算機輔助制造 2.加工中心需要考慮的問題 (1)粗加工時，金屬切除量大，工件溫升很快，工件是在熱狀態(tài)下進行精加工，因此在工件冷卻后后造成精度下降。 (2)有毛坯加工成成品的過程中，工件不能時效，內應力難以消除。 (3)多工序集中加工要使用各種各樣刀具，在臥式加工中心上要對工件四周進行加工，在機床上工件安裝區(qū)域周圍大部分空間都被切削刀具運動軌跡所占去，而固定工件所需的夾具和壓緊塊安裝空間小。工件的夾具必須能適應零件粗加工時切削力大、高剛度、夾緊力打大的要求，又需適應精加工時定位精度要求高、工件夾緊變形盡可能

36、小的要求。 (4)加工中心的機床精度是按高精度加工要求制定的，若要穩(wěn)定加工出Ｈ7級孔，機床定位精度須達到0.01mm／全長，主軸振擺、軸向跳動須達到0.005～0.01mm以內，另一方面，又須使用加工中心銑鑄件黑皮、鉆銷孔距要求0.5mm的連接孔等。 (5)多工序集中加工，要及時處理切屑。在加工過程中，切屑不斷屑、切屑堆積、切屑纏繞等會影響加工順利進行。 (6)工件每個工序的加工內容、切削用量、工藝參數都可以編織到程序中去，以軟件的形式出現。軟件適應性很好，可以及時修改，這樣給新產品試制，實行新的工藝流程和試驗均提供了方便。 2.4 加工中心的合理選擇 每一種加工中心都有一定的規(guī)格，

37、一定的功能范圍，也有最佳的適用范圍。臥式加工中心適于加工箱體類零件、泵體、閥體和殼體等。立式加工中心適于加工板類工件，如箱蓋、蓋板、殼體、平面凸輪等。規(guī)格相近的（指工作臺寬度）臥式加工中心比立式的價格要高５０％～１００％，臥式加工中心比立式的加工工時也多５０％～１００％，因此，完成同樣工藝內容，采用立式加工中心要比臥式加工中心經濟。但臥式加工中心的工藝性廣泛，一般一個機械加工車間中臥式加工中心與立式加工中心數量之比大約為2:1。 1. 機床規(guī)格和精度的選擇 機床規(guī)格選擇 按已定的工件來選擇機床的規(guī)格 機床的主要規(guī)格由：工作臺尺寸、坐標位置、坐標行程等。 這里

38、我們要加工的WD615發(fā)動機缸體尺寸大致為：970*500*400（mm） 因此，我們依據產品尺寸參數、重量參數以及各加工特性應選擇工作臺為1000mm800mm臥式加工中心。選取機床工作臺面稍大于零件尺寸是為了給安裝夾具留出空間。另外工件和夾具的總重量不能大于工作臺的額定負載，工件的移動軌跡不能與機床防護罩干涉，交換刀具時，不得與工件相碰等。 機床精度的選擇 機床精度的選擇包括：機床定位精度和重復定位精度、銑圓精度、定位進度分析等。 機床定位精度和重復定位精度 機床定位精度和重復定位精度反映了該軸向格運動部件的綜合精度，尤其是重復定位精度，它反映了該軸向在有效行程

39、內任意定位點的定位穩(wěn)定性，這是衡量該數控軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標。 銑圓精度 銑圓精度綜合反映了機床兩軸聯動時，伺服運動特性和數控系統(tǒng)的插補功能。 定位進度分析 加工中心每個控制軸的定位精度是指在該軸行程內任意定位點的定位誤差，在這項誤差反映了伺服執(zhí)行機構的運動精度。任意定位點的誤差均存在隨機誤差，從整個行程來看，定位誤差包絡線是全行程的精度范圍。 2. 自動換刀裝置的選擇 自動換刀裝置是加工中心進行多工序集中加工的基本條件。它的任務是在每個工序變換前，做好刀具準備，所以它的工作質量與整機質量直接有關。自動換刀裝置的投資占整機的30%～50%。在加工中心使用中，50%的

40、故障都出自自動換刀裝置，因此，在選擇自動換刀裝置時，應盡量選擇結構簡單，可靠性好的自動換刀裝置。 在刀庫中，刀柄的存儲容量有10-40、60、80、100、120等多種規(guī)格，一些柔性加工單元配有中央刀庫，可存儲上千把道具。若所選加工中心作為單機使用，不準備用于柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)，刀庫容量不宜選的太大。因為大容量刀庫成本高、結構復雜、故障率高，刀柄管理也相應復雜化。 一般來說，選用立式加工中心是刀庫容量20把較合適。選用臥式加工中心時，刀庫容量40把較合適。根據缸體第一加工工序，本次設計需要24個工步，共需24把刀具。因此確定刀庫容量為40把也是合理的。 3. 加工中心可行性分析

41、 選購加工中心前必須做可行性分析，即一年內加工多少工件，有幾種典型零件。對每個典型零件進行工藝分許，確定工藝路線，制定出準備在加工中心上加工的內容。根據機床配置的刀具情況來確定切削用量，計算每道工序的切削時間t1及相應的輔助時間t2，對大型加工中心每次交換道具時間約為4-6秒，因此單工序時間為 t=t1+t2+5s 發(fā)動機下缸體機加工第一工序共有24個工步共需24把刀具換刀時大約為120秒，整個工序所需時間大約為720秒。 一年按300個工作日、兩班制，一天有效工作時間為16小時計算，即可計算出該機床的年生產能力。 日生產量：c=16*60*60/720=80件 年生產量：C=c*3

42、00=24000件 因此選用加工中心MAG HPC800臥式加工中心 MAG HPC800臥式加工中心，該機床各重要參數如下： 工作臺尺寸：1000800（mm） 主軸直徑：Φ100mm 移動速度：X、Y：80m/min，Z：60m/min 精度：定位精度，0.007mm 刀庫容量：40把 加工中心的主要結構特點： （1） X、Y、Z軸均采用雙絲杠傳動技術； 　?。?）采用對稱的框中框結構，設計達到最大的穩(wěn)定性； 　　（3）整體式床身，采用三點式調平，安裝快捷； 　?。?）可選配高扭矩XT系列或高轉速AP系列； 36 第三章

43、 夾具的選取 第三章 刀具的選取 3.1 刀具的材料要求及特點 3.1.1 刀具的材料及其要求 刀具、機床和工件組成切削加工工藝系統(tǒng)。而刀具又是其中最活躍、最基本的重要因素。因此刀具的好壞直接影響整個工藝系統(tǒng)的加工性能。因此，刀具材料的選擇對刀具壽命、加工效率、加工質量和加工成本等的影響很大。刀具切削時要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動等作用。 現代刀具材料一般分為五大類： （1） 高速鋼 （2）硬質合金 （3）陶瓷 （4）立方氮化硼 （5）金剛石 金屬切削刀具應具備的基本要求 （1） 高的硬度和耐磨性 刀具常溫硬度必須大于62HRC，而且必須高于工件的硬度30%以上

44、，否則無法切削。 （2） 較高的耐熱性 刀具材料的耐熱性要好，能承受高的切削溫度，具備良好的抗氧化能力。 （3） 足夠的強度和韌性 刀具在切削時，要承受很大的切削力、沖擊力和振動。因此，刀具材料應具備較高的強度和韌性，以便承受切削力、沖擊和振動，防止刀具脆性斷裂和崩刃。 （4） 良好的工藝性 為了便于壓制成型、機械加工、鍛造、焊接、熱處理、，要求刀具材料具有可加工性。 3.1.2 加工中心常用道具的特點 目前，國內外用于數控加工的刀具材料的主要有金剛石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂層刀具、硬質合金刀具和高速鋼刀具等。它們各有優(yōu)點，適應不同的工件材料和不同的切削速度范圍。

45、（1）金剛石刀具：1.極高的硬度和耐磨性。2.各向異性。3.具有很低的摩擦系數。4.切削刃非常鋒利。5.具有很高的導熱性能。6.具有較低的熱膨脹系數。 （2）立方氮化硼刀具：1.高的硬度和耐磨性。2.具有很高的熱穩(wěn)定性。3.優(yōu)良的化學穩(wěn)定性。4.具有較好的熱導性。5.具有較低的摩擦系數。 （3）陶瓷刀具：1.硬度高，耐磨性能好。2.耐高溫、耐熱性好。3.化學穩(wěn)定性好。4.摩擦系數低。5.原料豐富。 （4）涂層刀具：1.力學和切削性能好。2.通用性強。3.刀具壽命與涂層厚度有關。4.刀片重磨性差，刀具成本較高。5.涂層材料決定涂層性能。 （5）硬質合金刀具：1.高硬度。2.抗彎強度高，韌

46、性強。3.導熱系數隨TiC含量的增加而下降。4.熱膨脹系數比高速鋼小得多。5.抗冷焊性強。 3.2 加工中心刀具的選用 加工中心刀具的選用要參照所加工的工件材料、工序內容、切削速度、進給量、切削深度選用合適刀具。 加工中心刀具： （1）銑削類刀具 由于加工中心主要用于復雜曲面的銑削，所以銑刀的選擇是非常重要的。銑刀的種類繁多，功能也不盡相同。平面銑刀（盤銑刀）適合于大面積的平面類零件的加工；面銑刀（圓柱銑刀、立銑刀）既適合于平面加工，也可以加工側面，即它除用其端刃銑削外，還用于其側刃銑削。球頭銑刀和成型刀具適合于曲面類零件的加工。特殊銑刀如專用成型銑刀適用于

47、特殊形狀的孔和臺。鼓型銑刀，主要用于對變斜角類零件中變斜角面的近似加工。 由于缸體平面面積較大，因此銑削時選用平面銑刀。 （2）孔加工類刀具 在加工中心上可進行鉆孔、擴孔和鏜孔，其刀具分被稱為淺孔鉆、擴孔鉆（粗鏜刀）、精鏜刀。 淺孔鉆用于實體工件上打孔，一般加工的長徑比在4：1以內。這種鉆頭的剛性很好，可保證鉆孔的精度，有易于排屑的容屑槽，其加工效率很高。 擴孔鉆（粗鏜刀）用于對鑄造孔和預加工孔的加工，由于刀體上的容屑空間可以通暢的排屑，因此可以擴不通孔，有些擴孔刀的直徑還可以進行調整，可滿足一定范圍內不同孔徑的要求。 精鏜刀用于孔的精加工，加工中心用的精鏜刀通常采用模塊式結構，通過

48、高精度的調整裝置調節(jié)鏜刀的徑向尺寸，可加工出高精度的孔。另外，精鏜刀還采用平衡塊調整其動平衡，以減少振動，從而保證孔的表面粗糙度和尺寸精度?！　　? 本次設計需要鏜孔和鉆孔，因此淺鉆孔刀具，粗鏜刀，精鏜刀都要選擇。 （3）刀柄的選用 刀柄的選樣是非常重要的它直接影響機床的開動率和成套設備投資的大小。加工中心要投入使用，只有數百套刀柄一般很難滿足生產要求，因此設計時必須注意刀柄的選用并考慮此項投資。 選用模塊式刀柄和復合刀柄時，需要綜合考慮各種因素。模塊式刀柄主要是經濟，方便，簡單具有較大的靈活性。例如鏜碗形塞孔，配一把普通鏜刀桿需要400元左右，而一個鏜刀頭按現有的價格已達到1000

49、元左右，加工中心刀庫容量是40把，需要配置一百套普通刀柄才能滿足使用要求。若采用模塊式刀柄，就只需要配40個柄部、60個左右接桿，70到80個頭部便可滿足要求，因此，選用模塊式刀柄是非常經濟方便的。。 對批量較大又反復生產的典型工件，應考慮采用復合刀具。雖然復合刀具價格高（訂購一把三到五個刀頭的復合刀柄要2000元左右），但采用復合刀具后使多道工序用一把刀完成，大大節(jié)省了機加工工時，若每個工件的加工時間節(jié)省5-10 min，工件批量為日120件，則可節(jié)省機加工時間為10-20個小時。這樣也會具有較大的經濟效益。 對于缸體屬于批量且又是反復生產的典型工件，我們選擇復合刀具。另外一些特殊道具，

50、例如增速頭刀柄可以安裝一些小孔加工刀具，轉速可提高3—7倍。多軸動頭刀具可同時加工若干小孔。 （4）材料的選擇 加工的缸體材料為灰鐵250，硬度大約在HBS 180～240之間，換算成HRA大約為69.6～76.9之間。根據3.1所介紹的各類刀具特點，在這里選用硬質合金刀具。 根據缸體硬度，選擇（氮化（）鎢基硬質合金，刀頭選擇鎢鈷類（YG）。硬度為HRA 89～91.5，抗彎強度為1100～1500 MPa。 對于本論文設計的加工發(fā)動機下缸體的OP10工序來說選用的刀具如下表3-1 表3-1 第四章 定位基準的選擇 第四章 定位基準的選擇 4.1 基準的概念 基準選擇是工藝

51、規(guī)程設計中的重要工作之一。基準選擇的正確與合理，可以 使加工質量得到保證，生產效率得以提高，否則，加工工藝規(guī)程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。 (1) 粗基準的選擇 對于一般的缸體類零件而言，以缸體孔作為粗基準是完全合理的，按照有關粗基準的選擇原則（即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作為粗基準；若零件有若干個不加工表面時，則可能與加工表面要求相對應位置精度較高的不加工表面作為粗基準），以缸體孔為粗基準可以保證重要加工表面加工余量均勻。 (2) 精基準的選擇 主要考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。在缸體類零件的加

52、工過程中設計基準和工序基準是重合的，以缸體止口作為精基準，這樣可以保證后道工序面、孔加工余量一致，從而達到設計的要求，同時精度都會逐漸得到提高。同時也為下面即將進行的夾具設計打下良好的基礎，保證夾具設計的順利進行。 4.2 基準的分類 基準是指確定零件上某些點，線，面位置時所依據的那些點、線、面，或者說是用來確定生產對象上幾何要素間的幾何關系所依據的那些點、線、面。按其作用的不同，基準可分為設計基準和工藝基準兩大類。設計基準是指零件設計圖上用來確定其他點，線，面位置關系所采用的基準。工藝基準是指在加工或裝配過程中所使用的基準。工藝基準根據其使用場合的不同，又可分為工序基準，定位基準，測量

53、基準和裝配基準四種。 (1) 工序基準 在工序圖上，用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸，形狀，位置的基準，及工序圖上的基準。 (2) 定位基準 在加工時用作定位點基準。 它是工件上與夾具定位元件直接接觸的點，線，面。 (3) 測量基準 在測量零件已加工表面的尺寸和位置時所采用的基準。 (4) 裝配基準 裝配時用來確定零部件在產品中的相對位置時所采用的基準。 4.3 基準的分析 分析基準時，必須注意以下幾點： （1) 基準是制訂工藝的依據，必須是客觀存在的。當作為基準的是輪廓要素，如平面，圓柱面等時，容易直接接觸到，也比較直觀。但是有些作為基準的是中心要素，如圓心，球心

54、，對稱軸線等時，則無法觸及，然而它們卻也是客觀存在的。 (2) 當作為基準的要素無法觸及時，通常由某些具體的表面來體現，這些表面稱為基面。如軸的定位則可以外圓柱面為定位基面，這類定位基準的選擇則轉化為恰當地選擇定位基面的問題。 (3) 作為基準，可以是沒有面積的點，線以及面積極小的面。但是工件上代表這種基準的基面總是有一定接觸面。 (4) 表示尺寸關系的基準問題如上所述，而表示位置精度的基準關系也是如此。 4.4 定位基準的選用 選擇定位基準時應符合兩點要求： 1、各加工表面應有足夠的加工余量，非加工表面的尺寸，位置符合設計要求。 2、定位基準應有足夠大的接觸面積和分布

55、面積，以保證能承受打打切削力，保證定位穩(wěn)定可靠。 在選擇定位基準時，通常是保證加工精度要求出發(fā)的，因而分析定位基準選擇的順序應從精基準到粗基準。 （1) 精基準的選擇 此時主要考慮基準重合問題，當設計基準和工序基準不重合時，應進行尺寸計算，此處不再重復。考慮到精基準的選取原則，已加工表面是必須的條件。由于在加工時基準是隨工序不斷變換的，因此選取精基準時必須根據以加工面來確定。 （2) 粗基準的選擇 (1) 為了保證重要加工表面加工余量均勻，應選擇重要加工表面作為粗基準。 (2) 為了保證非加工表面與加工表面之間的相對位置精度要求， 應選擇非加工表面作為粗基準；如果零件上同

56、時具有多個加工面時，應選擇與加工面位置精度要求最高的非加工表面作為粗基準。 (3) 有多個表面需要一次加工時，應選擇精度要求最高，或者加工余量最小 的表面作為粗基準。 (4) 粗基準在同一尺寸方向上通常只允許使用一次。 (5) 選作粗基準的表面應平整光潔，有一定面積，應保證定位穩(wěn)定，夾緊可靠 。 本論文著重分析一下發(fā)動機下缸體OP10加工工序的定位基準選擇，本工序由于是第一道工序，所以對定位基準的選擇尤為重要，要充分考慮到后續(xù)工序加工基準的選定，因此，要從整體定位，選擇一個合適基點作為加工定位的坐標中心，并以此坐標中心作為基準中心進行加工。 缸體的缸孔壁厚是否均勻是影響發(fā)動機工作

57、正常與否最重要的參數，因此選擇毛坯定位時首先考慮的是缸孔壁厚的保證。其次，曲軸孔也是要求極高的重要參數，因此在選取OP10定位時使用缸壁及曲軸孔為定位基準。在OP10加工出缸體左側面精定位基準，作為后序的主要加工定位基準使用。 OP10工序加工的工步內容如下表4-1 表4-1 首先選定定位空439作為基準坐標中心建立X/Y/Z基準坐標系如圖4-1，這樣就可以通過一個加工定位軟件定位出每一個加工部位的坐標值如圖4-2 400，500,600三個面加工孔坐標位置，各面坐標值如表4-2。 進行工件加工時必須保證工件牢固不可移動，必須限制好工件的各個方向自由

58、度如圖4-3采用兩組球形定位部件限制工件的兩個方向的自由度，即上下方向和左右反轉方向。通過液壓夾緊部件和止推裝置限制了其它方向自由度，完成工件定位。 圖4-1 定位坐標圖 圖 4-2 缸體端面 圖4-3 夾具定位圖 表4-2 第五章 夾具的設計 第五章 夾具的設計 5.1 夾具的概述 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛的應

59、用于機械制造的切削加工、熱處理、裝配、焊接、和檢測等工藝過程。 5.1.1 夾具的功能 1.機床夾具的主要功能是裝夾工件，使工件在夾具中定位和夾緊 （1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件的定位面接觸或配合實現的，正確的定位可以保證工件加工面的尺寸和位置精度要求。 （2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 2.機床夾具的特殊功能 （1）對刀 調整刀具切削刃相

60、對工件或夾具的正確位置。 （2）導向 如鉆床夾具中的鉆模板和鉆套能迅速確定鉆頭的位置并引導其進行鉆削。 5.1.2 夾具的分類 夾具的通用特性是夾具分類的主要依據，目前我國常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具和自動生產夾具五大類。 （1）通用夾具 通用夾具是指已經標準化、無需調整或稍加調整就可以用以裝夾不同工件的夾具。如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、機用平口虎鉗和萬能分度頭等。這類夾具主要用于單件小批量生產。 （2）專用夾具 指專為某一工件的某一加工工序而設計制造的夾具。其結構緊湊，，操作方便，主要用于固定產品的大批量生產。 （3）可調夾具 包括通用可調

61、夾具和成組夾具，它們都是通過調整或更少元件就能加工一定能夠范圍內的工件，兼有通用夾具和專用夾具的優(yōu)點。通用可調夾具適用范圍較寬，加工對象并不十分明確；成組夾具是根據成組工藝要求，針對一組形狀及尺寸相似、加工工藝相近的工件加工而設計的，其加工對象和范圍很明確，又稱專用可調夾具。 （4）組合夾具 是指按一定的工藝要求由一套預先制造好通用標準元件和部件組裝而成的夾具。適用于數控加工、新產品的試制和中、小批量的生產。 （5）自動化生產用夾具 自動化生產用夾具主要分為自動化夾具和數控機機床用夾具兩大類。 5.1.3 夾具的組成 雖然各類機床夾具的結構有所不同，但各類夾具的基本組成卻類似，機

62、床夾具一般由以下基本組成部分。 （1）定位元件 定位元件是夾具的主要功能元件之一，用于確定工件在夾具中的正確位置。定位元件的定位精度直接影響工件的加工精度。 （2）夾緊裝置 夾緊裝置也是夾具的主要功能元件之一，夾緊裝置用于保持工件在夾具中的既定位置，保證定位可靠，使其在外力作用下不致產生移動，包括夾緊元件、傳動裝置及動力裝置等。 （3）夾具體 夾具體是夾具的基本骨架，通過它將夾具的所有元件構成一個整體。 （4）其他組成部分 如連接元件、對刀與導向裝置等。 5.2 定位精度的分析 1.定位誤差的概念 定位誤差是工件在夾具或機床上定位不準確而引起的加工誤差。 2. 定位誤

63、差的來源 （1）由于工件的定位表面或夾具上的定位元件制作不準確引起定位誤差，成為基準位置誤差。 （2）由于工件的工序基準與定位基準不重合而引起定位誤差，稱為基準不重合誤差。 3.計算定位誤差常用方法：幾何方法和微分方法。 5.3 工件夾緊裝置的要求和選擇 5.3.1 工件夾緊裝置的要求 夾緊裝置是夾具的重要組成部分，它用來保持工件定位時所確定的正確加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生移位和振動。在設計夾緊裝置時，應注意滿足一下要求： （1）在夾緊過程中應能保持工件定位時所獲的的正確位置。 （2）夾緊力大小適當。夾緊機構應能保證在加工過程中工

64、件不產生松動或者振動，同時又要避免工件產生不適當的變形和表面損傷。夾緊機構應有自鎖作用。 （3）夾緊裝置應操作方便、省力、安全。 （4）夾緊裝置的復雜程度和自動化程度應與生產批量和生產方式相適應。結構設計應該力求簡單、緊湊，并盡量采用標準化元件。 5.3.2 夾緊力的確定 1.夾緊力的方向 （1）夾緊力的方向應有利于工件的準確定位，而不能破壞定位。 （2）夾緊力作用方向應盡量與工件剛度大的方向一致，以減小工件夾緊變形。 （3）夾緊力方向應盡量與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力。 2.夾緊力作用點的選擇 （1）夾緊力作用點應正對支承元件或位于支承元件所形成的支撐面內

65、，以保證工件已獲得的定位不變。 （2）夾緊力作用點應處于工件剛性較好的部位，以減小工件夾緊變形，保證加工精度。 （3）夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面，以減小切削力對工件造成的翻轉力矩。 3.夾緊力的大小估算方法 估算夾緊力的一般方法是將工件市委分離體，并分析作用在工件上的各種力，再根據力系平衡條件，確定保持工件平衡所需最小夾緊力，最后將最小夾緊力乘以以適當的安全系數，即得到所需夾緊力。 5.3.3 夾緊裝置動力方案選擇 一般夾緊裝置的動力提供裝置有氣壓動力、液壓動力、電動、氣液聯動裝置。 現代高效率的夾具，大多數都是采用機動夾緊方式。因此，對其夾緊力源選擇也

66、有了較高的要求，主要有一下幾種： 氣壓動力夾緊裝置 氣壓動力裝置：是通過壓縮空氣的方式來提供動力。 氣動裝置的優(yōu)點 （1）工作介質獲取容易.工作介質為空氣，能夠在大氣中獲取.同時用過的空氣能夠直接排放到大氣中去，處置便當。而且能夠應用空氣的可緊縮性貯存能量，集中供氣。 （2）輸出力和速度調理容易。氣缸動作速度普通為50-500mm/s，工作壓力0.4-0.6MPa 。 （3）氣動系統(tǒng)構造簡單、維修便當，管路不易梗塞，也不存在介質蛻變、補充改換等問題 。 （4）壓縮空氣具有粘度小、不污染，傳送分配方便。 氣動裝置缺點 （1）由于空氣具有可樂縮性.因而傳送運動的平穩(wěn)性差. （2）系統(tǒng)工作壓力低(0.4-0.8MPa)又因構造尺寸不易過大，因而氣缸的愉出推力不可能很大。 （3）排氣聲音大，需加消聲器。 （4）氣壓傳動的傳送效率還比擬低。 液壓動力夾緊裝置 液壓動力裝置：是將液壓能轉化為機械能驅動執(zhí)行元件做功 。 液壓裝置優(yōu)點 （1）易于完成無級調速。經過調理流量就能夠完成無級調速，而且磁翻板液位計調速范圍大，最大可達2000:1，容易取得