柴油机机体机械加工工艺及其Φ66镗孔夹具设计docx.docx
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优秀设计
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。
柴油机机体属于箱体零件，其特点是：
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，但加工制造困难。
——机体的主要作用
1、支承柴油机的所有运动部件，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。
柴油机机体的
结构较为复杂，部件结构尺寸精度较高，是柴油机的主要部件。
主要技术条件分析
由于机体上要安装曲轴、汽缸套、调速器等重要部件，所以，安装主要部件的结构都有精度要求，需要对其进行技术条件分析。
1.2.1形位误差的要求及分析
以列表方式对形位误差进行分析
表1.1形位误差分析表
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，即机体上平面对①52、①20孔轴线的平行度误差为0.06mm
丄
0.08
F—H
①40的孔的轴线对于①52、①20的孔的轴线垂
直度误差为0.08,保证喷油泵位置
◎
①0.025
F—H
①52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
b
0.08
①52的孔的圆柱度要求公差0.08,7级精度
/
0.025
F—H
①52的孔的右端面相对于①52、①20的公共轴线的跳动公差为0.025
©1
①0.015
F—H
①20轴线相对于①52、①20的公共轴线同轴度
要求为0.015,7级精度
/
0.03
A—B
①70的孔左端面相对于①30、①105孔公共轴线的圆跳动误差为0.03
/
0.015
R
①30的孔相对于轴线的跳动误差为0.015,7级
精度
0.010
①30的孔的圆柱度误差为0.010,8级精度
—
b
厂
0.010
①105孔的圆柱度误差为0.010,7级精度
◎
①0.015
A—B
①105孔的的轴线相对于①30、①105的公共轴
线的同轴度公差为0.015
H
0.025M
Q
机体上部平面用于安装喷油泵的螺纹孔，相对于①40的圆心的位置度误差为0.025,且必须符合最大实体原则
—
1
①0.4M
后盖螺孔的位置度公差为0.4,且必须符合最大
实体原则
1
0.07
机体前面的平面度为0.07
1
丄
100:
0.05
A—B
机体前面对①30、①105孔的公共轴线在100范
围内的公差是0.05
n
口
0.06
机体后面的平面度为0.06
100:
0.05
A—B
机体后面对①30、①105孔的公共轴线在100范
围内的公差是0.05
L
①0.04M
机体后面的螺纹孔4—M8—6H的位置公差为①
0.04，且必须符合最大实体原则
1.2.2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①•十霊35，①一■霊;，①"00.02,：
.：
」00.029等孔，可由刀具及机床的精度保证；：
.：
-.孑.系与门..孔系的•向中心距尺寸为—，•—等，可由夹具保证。
1.2.3表面粗糙度要求
本产品属于大批量生产，年产20万件以上，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Ra1.6,而平面上粗糙度的最高要求为Ra3.2，组合
机床完全能达到此精度要求。
第二章毛坯的确定
毛坯材料及制造形式的确定
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，部位结
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HT200（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
22
承受较大应力（fv2942N/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（v0.49MPa）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，通过在震击后加压紧实铸造，机器造型成本低，生产率较高。
（《机械加工工艺手册》第一卷）
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
及公差如下表所示：
2.3-1，2.3-3,2.3-4，2.3-5,2.3-9,查得各加工余量
表2.1加工余量分析表
基本尺寸
加工余量
公差
咼度方向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
①52①46①40孑L
①66①70①80孑L
双侧加工，单边余量
为3.0mm
2.0mm
2.2mm
①105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尺寸公差分析表
基本尺寸
公差
基本尺寸
公差
16—25mm
1.7mm
63—100mm
3.2mm
25—40mm
1.8mm
100—160mm
2.5mm
40—63mm
2.0mm
160—250mm
2.8mm
2、画零件毛坯综合图一张，见附图
第三章工艺规程的设计
一-定位基准选择
3.1.1粗基准的选择
选择粗基准的原则：
（1）应选能加工出精基准的毛坯表面作粗基准；
（2）当必须保证加工表面与不加工表面的余量的位置和尺寸时，应选不需要加工的毛坯表面作粗基准；
（3）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；
（4）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，选择工件的前面或后面作为加工基准面，应该尽量使底面的切削深度均匀，以提高其精度。
3.1.2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：
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；
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；
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；选择加工表面本身作为定位基准，这是自为基准；
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。
附主视图一张:
图3.1零件主视图
—制订加工工艺路线
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加工方法一览表
A面：
粗铣
①20H7孔：
钻一扩一铰
B面：
粗铣一精铣
①70孔：
粗镗一半精镗
C面：
粗铣一精铣一精铣
①46孔：
粗镗
前端面：
粗铣一精铣
①80孔：
粗镗
后端面：
粗铣一精铣
①105孔：
粗镗一精镗一磨
后盖结合面：
粗铣
七012
①30亠009孔：
钻一扩一铰
①40H8的孔：
粗镗一精镗
①26.5孔：
钻一扩
①52J7孔：
粗镗一精镗一精磨
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加工路线表1
工序号
工序内容
1
粗铣A面
2
钻A面4—①10mm孔
3
铰4—①10mm孔
4
粗铣前、后面
5
粗铣上面
6
粗铣右侧面
7
粗镗孔①52mm、①46mm、①70mm、①80mm、①105mm
8
粗镗孔①66H7mm、①40mm
9
钻上面2—①22mm孔，4—M8螺纹底孔，2—M6螺纹孔，①10mm孔
10
钻前后面8-M6螺纹底孔及①20mm、①30mm孔以及后面8-M6螺纹孔和①20孔
11
精铣前后面
12
精铣上面
13
精镗①52J7mm,①105H7mm,半精镗①70H孔，扩①20mm孑L
14
精镗①66H7mm，①40H8mm孔
15
扩①30mm，①26mm孑L
16
铰①20H7mm，①30鸞09mm孔
17
铰①22mm孔
18
钻2—①5mm与①22H7mm孔轴线成25'的斜孔
19
攻前面8—M6，2—M8螺纹及后面8—M6螺纹
20
攻C面4—M8，B面2—M6螺纹及F面4—M8螺纹
21
磨削①52mm，①105mm孔
22
所有非加工表面涂漆
23
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
根据上面的方案，在大批量的生产过程中适合在自动化生产线上进行生产。
它把每道工序分得相当细致以至某些工序出现杂乱现象，根据形位公差原则并查阅《机械加工工艺设计实用手册》。
修改后的工艺路线如下：
表3.3加工路线表2
工序
号
工序内容
1
铣底面
2
钻底面4—①10孔
3
粗铰4—①10孔
4
粗铣前、后面
5
粗铣上面
6
粗铣右侧面
7
粗镗孔①52J7、①46、①70H、①80、①105H7
8
粗镗孔①66H7、①40H8
9
钻前面8—M6，螺纹底孔，2—M8螺纹底孔，①30孔及①20和后面8—M6螺纹底孔和①20H7孔
10
钻上面6—M8螺纹底孔，①10孔，2—①22H7
11
精铣前后面
12
精铣上面
13
精镗①52J7，①105H7,①70，扩后面①20孑L
14
精镗①66H7，①40H8孑L
15
扩①30孔
16
扩①26孔
17
铰①20H7，①30：
012孔
18
七1
倒①20H7，①105H7，①70工1孔的角
19
各面螺纹孔倒角
20
铰①22H7孔
21
钻2—①5与①22H7孔轴线成25「的斜孔
22
攻前面8—M6，2—M8螺纹及后面8—M6螺纹
23
攻上面6—M8螺纹及F面4—M8螺纹
24
磨削①52J7，①105H7孔
25
非加工表面涂漆
26
送检
27
入库
刀具、量具、夹具及设备的选择
由于本产品属于大批量生产（20万件/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）。
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—①10孔，由于表面粗糙度为3.2」m,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①9.8的普通麻花钻。
3、粗铰底面4—①10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。
&粗铣右侧面，定位方式同上采用立铣可选用通用型机床型号X52K选择刀具为
D=160mm直齿三面刃铣刀。
7、粗镗孔①52J7、①46、①70、①80、①105H7孔，组合机床加工，以底面作
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①52、①46且镗①52
孔为盲孔镗刀，镗①70、①80、①105采用同轴镗，镗①70、①80孔用盲孔镗刀。
8、粗镗孔①66H7、①40H8，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,kr=60°,L=150.
9、钻前面8—M6螺纹底孔，2—M8螺纹底孔，①30孔及①20,标准麻花钻钻后面
8—M8螺纹底孔，选用①6.8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①=19mm标准麻花钻钻前面①30及后面①20孑L,选①=20mm孔钻钻前面①20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—门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，选用门=6.8mm钻头钻2—M8螺纹底孔，选用「=22麻花钻钻2—门22H7孑L,选门=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①52J7,①105H7,门70，扩后面①20孔，选用一面两孔定位，组合机
床加工，①105H7，「70采用同轴镗，门70孔镗刀为盲孔镗刀，①52J7为盲孔镗刀。
14、精镗①66H7，①40H8孔，与粗镗时一样，选用同一直径的精镗刀。
15、扩①30器12孔底面定位，组合机床加工，选①29.7的扩孔钻。
16、扩①26孔，底面定位，组合机床加工，选①26的扩孔钻。
17、铰①20H7，①30黑；2孔底面定位，一面两孔，组合机床加工，选①20，①30铰刀加工，用高速钢铰刀，T=2700。
18、倒①20H7，①105H7，①70_0：
1孔的角。
19、各面螺纹孔倒角，扩孔钻倒角，组合机床加工。
20、铰①22H7孔，组合机床加工。
21、钻2—①5与①22H7孔轴线成25的斜孔，采用专用夹具，组合机床加工，选用①5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①52J7,①105H7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。
——加工工序的设计
工序1:
铣底面
加工条件：
铣削尺寸为52mm的底面，铣削宽度ae=52mm
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:
af=0.18mm/z
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:
V=2.38m/s=142.8m/min
由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：
K=1.0x「0x1.2x1.0x1.0x1.0x1.0x0.86=1.032
•••机床实际切削速度为：
二80600
二Dn
1000-
1000
=150.72
in
确定主轴转速：
nJ000vJ47370=586.7/.
nDkx80/m丨n
参考P9。
2,取相近"600爲口
计算切削时间:
tj1
lw■l1l2
fmz
212162721min
1080
同上：
当铣削尺寸为38mm时,
—15°.72%
即铣削宽度ae二38mm
rmin
tj2
212232
=0.21min
fmz
1080
故：
t二切tj2=0.2130.219=0.432min
工序2:
钻A面孔4-①10mm
按《机械加工工艺手册》李洪主编表2.4-39得：
当铸铁硬度HB>200HBS,d>8〜12mm时，f=0.30~0.36口听，由于孔深为12mm
故f=0.30口听
由表2.4-43查得
g.22m<=7.32mns
1000v=100073.2
■D■:
10
=2331
rmin
按机床选取n^2000^/in
《机械加工工艺手册》李洪主编表
3.5-35
故机床实际切削速度:
■:
dnWI'w
V二
1000
1^200^62.8^i
1000min
切削工时:
20000.30
tj」w1112=1230=0.02min
因为有四个孔需加工，所以切削工时应为:
t=4tj=40.025=0.10min
工序3:
铰A面4-①10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,f=1.2mm/r。
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：
Cv=15.6
Cvdo
zv
F=601-Tm3pXv
Cvd0
zv
v二
601^Tm3pXvf
Zv二0.2
xv=0.1
乂二0.5
m=0.3
0.2
15.610
60®2700030.20.1。
/心化“叫‘
机动时间定额的计算:
Tj：
『^^」23・1410"02min
1000vf10009.62.0
工序4:
粗铣前后面
按《机械加工工艺手册》P497查得，粗加工后，铣削余量为1.5mm,所以ap=1.0mm。
加工条件：
铣削尺寸为160mm的前面，即铣削宽度a^160mm，确定进给量，查
《机械加工工艺手册》表2.4-73:
fz=0.20m
确定切削速度，查《机械加工工艺手册》表2.4-73:
v=2.49
=149.听
v'=kxv=1.032汉149.4=154.18^：
确定主轴转速:
ns
1000v'1000理卫=392”
二125min
查机床使用手册，取相近转速n=375rmin。
故机床实际铣削速度为：
v二
1000
"125"75=147.19听i
/min
计算切削时间:
tj」w〔1J2531.54“25min
fmz
250
因为加工前后面，所有的铣削速度及主轴转速都一样，故铣削时间应为:
t总二20.25=0.5min
工序5:
粗铣上端面
按《机械加工工艺手册》P497查得，粗加工后，铣削余量为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a^60mm，确定进给量,
查《机械加工工艺手册》表2.4-73:
fz=0.18巧＜
确定切削速度，查《机械加工工艺手册》表2.4-73:
v=2.38%=142.8%
Qk八倔2142.^147.37mmin
确定主轴转速:
ns
皿J000"47"7=586.7/.
二80
/min
查机床使用手册,
取相近转速600rm^。
故机床实际铣削速度为:
叽nw^12^37^15072m/
/mi
1000
1000
计算切削时间:
^■^，310・52"06m
fmz
1080
C面：
方法同上
八k八蚀2142.^147.37mmin
ns
1000v'
1000147.37
二100
=469.33為匚
n"475rmi
故:
Dn'
■:
100475
1000
1000
=149.15賂门
计算切削时间:
tj2
fmz
140382721min
4750.1810
t=0.060.2110.21min
工序6:
粗铣右侧面
机床：
选用X52K立式铣床
GB1129-85
刀具：
YG6，镶齿套式面铣刀
D=100mml=40mmd=3mmz=10mm刀具的耐用度
械加工工艺手册》表2.4-72，可得10.8103
确定进给量：
ap=0.18mm确定切削速度：
v=2.74叹
参考《机械加工工艺手册》表
参考《机械加工工艺手册》表
2.4-73
2.4-81
修正系数:
kmv=1.0kg=1.0
ksv=1.0kav=0.92
则:
故:
k=ktvksvkmvkav=0・92
v=2.740.92二2.2724m136.344m
/s/min
1000v136.344r
n434r•
/min
查机床使用手册,
二d■：
'.>100
可得之与434r/min相近的机床转速有375r/min和475r/min,在此
选择475r/min。
则:
_二Dn'
-1000
二100475
1000Z.^min
计算切削时间:
参考《机械加工工艺手册》表
2J
2.5-10,铣削机动时间的计算，选用对称铣销。
=0.212min
272130
250
工序7:
粗镗孔①46mm、①52mm、①70mm、①80mm和①105mm
1.镗①46mm的孔
确定进给量：
参考《机械加工工艺手册》表2.4-66可得：
f=0.19m%
切削速度v:
参考《机械加工工艺手册》表2.4-9，可得v=2.5^S
修正数：
kmv=1.0kTv=1.15ksv=1.0kkrv=0.73
则：
k^ktvksvkmvkkrv=0.8395
这样可以求出切削速度：
宀kv"83952—2.
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