汽车发动机缸体机械加工工艺与工装设计毕业设计说明书正文Word格式.docx
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当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。
有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的央具，通常为机床价格的1110-1115，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。
由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入WTO和制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。
1.2.2.3夹具的趋势
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）高精
随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。
高精度夹具的定位孔距精度高达±
5μm，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。
德国demmeler（戴美乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为±
0.03mm；
精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内；
夹具重复安装的定位精度高达±
5μm；
瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2~5μm。
机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。
诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。
（2）高效
为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。
为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。
新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1~2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。
为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。
采用美国Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。
（3）模块、组合
夹具元件模块化是实现组合化的基础。
利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。
省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。
模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。
模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。
组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。
（4）通用、经济
夹具的通用性直接影响其经济性。
采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。
德国demmeler（戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。
元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。
专家们建议组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。
主动与国外夹具厂商联系，争取合资与合作，引进技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径。
2缸体工艺性分析
2.1零件结构分析
2.1.1发动机工作原理
汽油发动机的工作过程是通过汽油在燃烧室（气缸）中燃烧，将其中的化学能转变成为热能，使空气膨胀做功，推动曲柄活塞机构把能量转变为机械能的过程。
根据活塞的方式可分为往复式活塞发动机和旋转式活塞发动机，CS492Q汽油机即是四冲程往复式活塞发动机。
它的工作过程为：
进气→压缩→点火燃烧→膨胀→排气→进气。
[1-4]
2.1.2缸体的功用及其构成
作为汽油发动机的主体，气缸体是安装其它零部件和附件的骨架，是发动机总装配时的基本零件，各总成和各部件的正确位置，主要由汽缸体来保证。
汽缸体加工的好坏，直接影响发动机的装配精度及其工作性能和寿命。
汽缸体可以分为龙门式、隧道式和一般的机体等三种结构。
CS492Q的缸体采用的是一般的机体结构，但其曲轴轴承座平面比底面略低，从整体上来看是一个典型的箱体类零件，主要由各零部件、附件的安装面和结合面以及水、油、气孔、活塞孔、曲轴孔、凸轮轴孔和螺孔组成。
（1）底面是缸体制造与装配基准，是保证缸体与油底壳结合处不漏油的重要加工面。
（2）顶面是缸盖的安装面，与缸盖构成燃烧室，并且缸体的水套通过在顶面的开口与的水套相通。
为防止漏水、漏气，顶面精度要求较高。
（3）后面是飞轮壳的安装面。
（4）侧面上的各安装凸台决定了发动机各附件相对于缸体位置是否正确合理，工艺凸台则是缸体加工工艺的粗基准。
（5）492Q发动机采用的是湿式缸套，因此气缸孔是防止汽缸漏水的重要保证。
（6）主轴孔是曲轴的支承面，它的加工直接影响发动机的性能。
（7）凸轮轴孔是系统的安装与工作基准，各孔的同轴度决定着各缸的协调性。
（8）分电器孔对凸轮轴的垂直度直接影响分电器工作的准确性。
（9）顶杆孔作为气门的活动通道，与顶杆装配后不能漏气。
（10）工艺孔是缸体加工的重要精基准。
2.1.3缸体结构特点
CS492汽油机缸体结构在如下几方面特点:
（1）表面平整光洁，能耐一定的冲击，且有较高的耐压、防漏要求；
（2）外观形状复杂。
缸体横截面呈不规则梯形，前、后面上有高度不一的各种零部件、附件的安装凸台和工艺凸台，及各孔腔的开口；
（3）内部孔腔多。
有水套、进出气道、气门室等空腔及各种加工孔系，如纵横交错的油道、螺孔等；
（4）缸体壁薄且不均匀，在受力比较大的地方还设有加强筋；
（5）加工精度要求高，且多为不易加工的深孔、细长孔。
2.2缸体加工工艺性分析
2.2.1汽缸体的精度分析
2.2.1.1缸体主要加工面
汽缸体上的主要加工面有：
上、下底面，两侧面，后面上的分电器平面，曲轴轴承座平面，气缸孔Φ108，活塞孔Φ100，凸轮轴孔，曲轴孔，分电器孔Φ29，顶杆孔8-Φ25，工艺孔2-Φ16、主油孔Φ14.5、横油孔Φ13和各面上的连接螺纹孔等。
2.2.1.2缸体主要加工面的加工精度
（1）底面的平面度不大于0.10mm；
表面粗糙度为Ra=6.3um[5]；
（2）顶面、后面平面度不大于0.06mm；
表面粗糙度为Ra=6.3mm；
顶面对底面的平行度要求在100mm内不得大于0.025mm；
（3）左侧面对曲轴孔轴心线的垂直度要求在100mm内不大于0.10mm；
曲轴轴承座与轴承盖的结合平面深度：
4±
0.060mm，表面粗糙度3.2um;
（4）工艺孔2-Φ16中心距：
424±
0.048
（5）气缸孔Φ108与活塞孔Φ100的同轴度要求：
Φ0.025M；
两孔对曲轴轴心线的垂直度要求在100mm内不大于0.025mm；
两孔的圆柱度要求：
0.022；
表面粗糙度Ra=3.2；
（6）曲轴孔Φ68.5（与轴承盖合镗）轴线对基准轴线的同轴度要求：
Φ0.04；
表面粗糙度Ra=3.2;
（7）凸轮轴孔对曲轴孔的平行度要求：
表面粗糙度Ra=1.6;
表2-1凸轮轴上各轴承座的尺寸精度
用于整料轴瓦
用于卷料轴瓦
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
以上各轴瓦轴线对曲轴孔轴线的同轴度要求：
0.06
（8）分电器孔Φ29对凸轮轴线的垂直度要求：
100：
0.06；
（9）进排气孔8-Φ25对凸轮轴线的垂直度要求：
0.10；
表面粗糙度Ra=0.8
2.2.2缸体加工性分析
2.2.2.1材料的加工工艺分析
汽缸体材料为ZL104，牌号ZAlSiMg。
在各类铝硅合金中，ZL104流动性好，线收缩率小、补缩性强、气密性较好，在潮湿大气中耐腐蚀性强，耐热性适中，抗热裂强。
但与其它材料相比较，铝硅合金吸气性较强，易产生气孔、针眼。
而在铸件的结构方面，ZL104的铸件的强度随壁厚的增大下降得更显著，因此制造发动机缸体这类壁薄且形状复杂的零件是合适的。
ZL104的强度、硬度较低，故其冷切削加工性好，加工时一般允许采用较大的切削用量，可以不使用冷却润滑液，刀具寿命较高。
熔点低，温度升高后塑性大，加工时在高温高压作用下滞留现象严重，易生成积屑瘤，使工件尺寸和表面光洁度降低。
延伸率小，攻丝时容易崩牙。
组织不够精密，难获得高的光洁度。
2.2.2.2主要加工面加工工艺性及加工方式
（1）底面、顶面及曲轴轴承座平面和锁口面加工精度、表面粗糙度要求较高，但加工平面上无凸台、筋板等非加工面，根据各种加工方法所能达到的经济加工精度，并考虑到可利用高生产率机床来提高效率的可能性，上述各面的加工科采用拉削加工或铣削加工。
顶、底面采用粗—精拉加工或粗铣—精铣加工。
曲轴轴承座面、锁口面切削量不大，一次拉削加工完成。
（2）前、后面对底面的垂直精度8级，采用粗铣—精铣加工
（3）左右侧面上的加工面多为凸台面，且各凸台加工高度和方向不一致，加工较困难，采用一次铣削加工。
（4）气缸孔与活塞孔位两个有同轴度要求的短圆柱通孔，同轴精度为8级，各自圆度要求为9级，且有较高的表面粗超度要求，根据各种加工方法所能达到的经济加工精度，两孔采用粗镗—半精镗—精镗加工，为保证两孔同轴度，用一把双刀具镗刀，同时加工两孔。
（5）曲轴孔为一组直径相同的部分短圆柱孔，精度为6级，采用粗镗—半精镗—精镗加工，为保证精度，半精、精加工时与轴承盖和镗。
（6）凸轮轴孔为一组直径依次递减的短圆柱孔，各孔同轴度要求高，与曲柄孔平行精度为6级，采用粗镗—半精镗—精镗加工，为保证同轴度，用几把刀具同时加工各孔，为保证与曲柄孔平行精度，两孔同时进行加工。
（7）分电器斜孔精度为8级，采用钻—粗镗—精镗加工。
（8）顶杆孔位四队深孔，垂直精度为8级，且表面光洁度要求高，根据可达到要求的经济加工方式，采用钻—铰加工。
（9）工艺孔位短圆柱通孔，精度为7级，位置尺寸要求较高，采用钻—铰加工。
（10）主油孔和横油孔均为细长孔，方向性要求高，采用深孔枪钻进行加工。
3CS492Q发动机缸体工艺规程设计
3.1零件生产纲领
年产量：
25000件
生产节拍：
按每年正常生产日300天，每天单班生产8小时计，设定废品率和备品率20%，则
节拍=300×
8×
60/（25000×
（1+20%））=4.8分/件
生产规模：
属大批大量生产
3.2零件毛坯制造
3.2.1铸造方式
汽缸体宜采用低压铸造。
（1）低压铸造的金属液充型是在外界压力下迫使流动的，从而提高了金属液的充型能力，在有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，这对于汽缸体这类大型薄壁铸件的成行极为有利。
（2）低压铸造采用底注充型，速度可调控，金属液充型平稳，能有效地避免对型壁和型芯的冲刷，提高缸体这类内形复杂的铸件的合格率。
同时，充型时液流和气流方向一致，能减少气孔的生成。
（3）金属液在压力作用下凝固，补缩裸好，能提高金属的机械性能，而对于要求耐压、防漏的汽缸体铸件效果更佳。
（4）金属液充型的压力较低，因此可采用包括砂型、金属型在内的几乎所有的铸型，生产适应性大，对生产批量或铸件结构均少限制，满足汽缸体的生产要求。
（5）低压铸造的经济性能好。
a.与普通砂型铸造相比，可实现铸件薄壁成形，大大节省金属。
b.浇冒口小，清理费用低，铸件外观好。
c.与压力铸造相比，设备费用低。
d.经改进浇注系统后，生产率高，能满足大批大量生产。
3.2.2毛坯精度
提高毛坯精度，减少加工余量，是提高自动生产线系统生产率及加工
质量的重要措施。
由于国外箱体类零件毛坯质量和精度较高，其生产线系
统已实现了毛坯直接上线，既省去了毛坯检查装置，也节省了由于毛坯质
量问题而浪费的加工工时，提高了综合效益。
因此，精化毛坯是提高生
产率最有潜力的出路。
对于发动机缸体生产线，可在零件上线前粗铣六个
面，去除大部分余量，便于零件直接上线。
3.3零件加工工艺路线设计
3.3.1拟定工艺路线的原则
（1）先面后孔
由于平面面积较大，定位稳定可靠，因此先加工平面，再以此面定位加工其它表面，可以简化夹具结构、减少零件安装变形，从而提高加工精度。
（2）粗精分开
因此缸体零件壁薄、刚性较差，而加工要求又较高，为了粗加工对加工精度的影响，就将主要表面的粗、精加工分开进行。
（3）工序集中与分散
缸体加工采用组合机床自动线、专用拉床或其它高生产率机床，使工序集中，可以有效地提高生产率。
把一些同一工位或机床上进行，不仅减少了机床数目和占地面积，同时有利于保证各表面之间的位置精度。
但对于某些形状精度要求较高，或因工序过分集中而使加工费时、费事的加工面应适当使工序分散。
3.3.2初拟工艺路线[6-8]
3.3.2.1加工工序方案一：
（1）粗拉顶面
（2）粗、精拉底面
（3）铣前后端面
（4）钻—铰工艺孔、钻孔Φ13、Φ5
（5）铣曲柄轴轴承座端面
（6）铣顶杆底平面
（7）铣左右侧面凸台面
（8）扩凸轮轴孔
（9）粗镗曲柄孔、凸轮轴孔
（10）钻前面12孔（7—M8、M6、Φ4、2—Φ9、Z1/8”）和后面10孔（2—M10、3—M6、2—Φ11、Z1/8”）、前后面螺孔攻丝
（11）钻斜油孔（前面Φ5、左侧Φ8.5）
（12）粗镗气缸孔及钻分电器孔
（13）钻右侧面孔（Φ6、6—Φ8.5）及上面孔（10—Φ8.5）
（14）钻顶面及侧面各孔
（15）钻分电器螺孔
（16）分电器螺孔攻丝
（17）钻顶杆孔、扩顶杆孔、铰顶杆孔、钻底面孔及攻螺纹、钻回油孔
（18）水套试压
（19）顶面、两侧面螺纹攻丝
（20）半精镗气缸孔及分电器孔
（21）铣卡瓦槽
（22）拉主轴承盖面、锁口面及精拉顶面
（23）装配主轴承盖
（24）括止推面，镗分油槽
（25）半精镗曲柄孔、凸轮油孔
（26）钻铰前面2—Φ13工艺孔
（27）压凸轴衬套
（28）精镗曲柄孔、凸轮轴孔
（29）精镗气缸孔、分电器孔
（30）镗气缸孔止口
（31）清洗
3.3.2.2加工工序方案二
（1）粗铣上平面
（2）中铣上下平面
（3）精铣下平面
（4）钻、铰工艺孔及Φ5、Φ13孔
（5）铣前后端面
（6）铣左右侧面及分电器平面
（7）粗镗缸孔
（8）铣顶杆孔底平面
（9）铣主轴承座两侧
（10）扩凸轮轴孔
（11）粗镗主轴孔及凸轮轴孔
（12）钻前后端面及右侧面孔
（13）钻斜油孔、分电器孔
（14）钻分电器面螺孔
（15）钻顶面及左侧面孔
（16）钻下平面及右侧孔
（17）钻顶杆孔及锪孔、攻丝
（18）粗镗顶杆孔
（19）镗铰顶杆孔
（20）水套试压
（21）分电器螺孔、斜油孔攻丝
（22）上平面螺孔倒角
（23）上面、前后面螺孔攻丝
（24）正面、两侧面螺孔攻丝
（25）精铣上平面
（26）精镗缸孔
（27）精镗缸孔止口
（28）拉主轴承盖槽
（29）装主轴承螺栓
（30）铣卡瓦槽
（31）装主轴承盖
（32）中镗主轴孔、曲轴孔
（33）括止推面、镗封油槽、钻上面孔
（34）半精镗主轴孔、凸轮轴孔和分电器孔
（35）压凸轮轴衬套
（36）精镗主轴孔、凸轮轴孔和分电器孔
（37）清洗
3.2.3加工方案的对比分析
（1）方案一中采用拉削加工顶面、底面、主轴承座对口面及锁口面，而方案三则采用铣削并拉削加工以上各面。
在加工效率方面，铣削加工时工作台进给量Sm≤200mm，气缸体单件加工基本时间为3~4min，而且因加工工序、机床多，用于夹紧、装卸、运送等方面的辅助时间也较多，因此方案二的生产率难以满足生产需要，即使可以达到，也必然会限制生产规模的进一步发展、扩大：
拉削加工速度为5~25min，当v=5m/min时，单件生产节拍为1.2min，完全能满足生产的需要。
在设备成本方面，虽然拉床特别是拉刀造价昂贵，但整个过程中只需两台卧式气缸体拉床，而方案二不仅需要一台气缸体拉床，而且还要四台铣床才能完成加工，因此，方案一的实际成本并不比方案二的高多少，对于大批量生产是可以承受的。
（2）方案一中，依照先面后孔的加工原则，先加工前后端面，再以端面为精基准加工工艺孔2-Φ16，较方案二更能提高工艺孔的形位精度，保证各加工面加工余量的合理分布，从而降低工件的废品率。
前后端面加工时以底面及气缸孔为基准，也能保证其加工精度。
（3）方案一把同一方向上的各加工面的加工都尽量安排在相邻的几道工序上进行，有利于在工序间设置自动输送装置，实现工件的自动定位、装夹，减少工件的翻转次数，从而提高生产率。
如工序（3）~工序（6），均以底面朝上，或加工前后面或加工底部，工件左右向输送。
方案二中的工序安排较零乱，不适于工件的自动输送及装夹。
（4）方案二中工艺孔2-Φ16的钻、铰加工分为两工步先后进行，而方案一则采用钻-铰组合刀一次加工完成，能大大节省工序加工时间，提高生产率。
（5）方案一中有些工序安排在加工中心上完成，属于工序集中。
这样有利于保证各加工面间的相互位置精度要求，并且采用高效率的加工加工中心进行加工，节省了装夹工件的时间，减少了工件的搬动次数。
对于一些未采用加工中心的工序，则是采用工序分散的原则，如方案一中把分电器螺孔的钻削和攻丝从别的加工面加工工序中分离出来，成为两道独立的工序，使用普通钻床进行加工，可以降低使用加工中心的高成本，简化专用夹具设计，同时也可以缩短单件加工时间。
（6）方案一的卡瓦槽及主轴承座面螺孔在主轴承面座拉削之前加工完成，可以方便加工，也能保证主轴承座面的表面不被破坏。
3.4零件工艺装备
汽缸体加工精度高，且生产批量大、加工节拍快，故加工中应采用流水线形式，广泛使用组合机床、拉床和加工中心等高效专用机床及各种高效刀具、辅助进行加工。
3.4.1加工机床
（1）平面加工
对于较小的平面，在满足工时的条件下，应采用双面甚至多面组合铣同时对多个平面进行加工，充分利用其刀具、工件定位简单方便，经济性好的优点。
对于较大的平面，如顶、底面及主轴承盖面、锁口面，可以选用45T双工位卧式气缸体平面拉床，拉削速度最大可以达30m/min。
工件先进入工位一，正向拉削顶面，翻转后进入工位二，反向拉削底面，上料、加工交替进行，刀具无空行程，自动完成上料、夹具翻转就位、定位夹紧以及加工后自动卸下工件等，适于大批量的缸体加工。
（2）孔系加工
缸体加工中多为孔的加工，对于对同一孔进行钻、扩、铰时，可以采用加工中心加工。
加工中心的主要特点有：
a.全封闭防护
所有的加工中心都有防护门，加工时，将防护门关上，能有效防止人身伤害事故。
b.工序集中，加工连续进行
加工中心通常具有多个进给轴（三轴以上），甚至多个主轴，联动的轴数也较多，如三轴联动、五轴联动、七轴联动等，因此能够自动完成多个平面和多个角度位置的加工，实现复杂零件的高精度加工。
在加工中心上一次装夹可以完成铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等加工，工序高度集中。
c.使用多把刀具，刀具自动交换
加工中心带有刀库和自动换刀装置，在加工前将需要的刀具先装入刀库，在加工时能够通过程序控制自动更换刀具。
d.使用多个工作台，工作台自动交换
加工中心上如果带有自动交换工作台，可实现一个工作台在加工的同时，另一个工作台完成工件的装夹，从而大大缩短辅助时间，提高加工效率。
e.功能强大，趋向复合加工
加工中心可复合车削功能、磨削功能等，如圆工作台可驱动工件高速旋转，刀具只做主运动不进给，完成类似车削加工，这使加工中心有更广泛的加工范围。
f.高自动化、高精度、高效率
加工中心的主轴
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