一种柴油机箱体加工工艺及夹具设计说明书学士学位论文.docx
《一种柴油机箱体加工工艺及夹具设计说明书学士学位论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种柴油机箱体加工工艺及夹具设计说明书学士学位论文.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
一种柴油机箱体加工工艺及夹具设计说明书学士学位论文
一种柴油机箱体加工工艺及夹具设计
摘要：
本设计的内容包括了柴油箱机体的机械加工工艺过程及其中工序的夹具设计。
本设计中加工工序内容主要有铣端面、镗孔和钻孔等。
在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工设备和工艺设备的选择。
然后进行夹具设计，首先应考虑工件的定位与夹紧。
选择合适的定位元件和夹紧元件可以节约工时、提高工作效率。
其次是引导装置。
在选择元件时，应尽量选择标准件。
关键词：
工序；定位；夹紧；夹具设计；
TheDesignAboutProcessingTechnicsofDieselEngineBlockandJig
abstract:
Thedesignincludesthemachineprocessoftheengineblockandjigdesigninworkingprocedure.Inthedesign,themaincontentsofmachineoperationsaremillingsurface,boringanddrillingtheholeandsoon.Inmakingprocess,wemustdeterminethepositionoftheworkingprocedureandthelaborstepoftheoneneeded,selectionoftheprocessingequipmentandprocessequipment.Thenforjigdesign,weshouldfirstconsiderthepositionandclampingofworkpiece.Selecttheappropriatepositioningcomponentsandclampingdevicecansavehoursofwork,improveworkefficiency.Secondistheguidingdevice.Inthechoiceofcomponents,shouldtrytochoosethestandardone.朗显示对应的拉丁字符的拼音
keywords:
theprocess;thelocalization;clamps;jigdesign
1前言
我国柴油机产业自20世纪80年代以来有了较快的发展，随着一批先进机型和技术的引进，我国柴油机总体技术水平已经达到国外80年代末90年代初水平，一些国外柴油机近几年开始采用的排放控制技术在少数国产柴油机上也有应用。
最新开发投产的柴油机产品的排放水平已经达到欧1排放限值要求，一些甚至可以达到欧2排放限值要求。
但我国柴油机产业的整体发展仍然面临着许多问题。
现代的调整高性能柴油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少，作为汽车动力应用日益广泛。
西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机，而且轿车采用柴油机的比例也相当大。
最近，美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发新一代经济型轿车同样将柴油机作为动力配置。
经过多年的研究、大量新技术的应用，柴油机最大的问题烟度和噪声取得重大突破，达到了汽油机的水平。
箱体是机器和部件的基础零件，它将机器和部件中所有零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，完成必需的运动。
因此，箱体的加工质量直接影响着机器的性能，精度和寿命。
箱体类零件尽管形状各异，尺寸不一，但是它们均有空腔，结构复杂，壁厚不均等共同特点，在箱壁上既有许多精度较高的轴承支撑孔和平面需要加工，又有许多精度较低的紧固孔需要加工。
因此，箱体不仅需要加工的部位多，而且加工的难度也较大[1]。
夹具是机械加工不可缺少的部件，夹具工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修，调整，易操作。
夹具设计符合大批大量生产要求。
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。
组合夹具可以缩短生产准备周期，保证产品质量和提高经济效益，非常适合多品种，小批量的生产类型。
随着近年来柔性化设备和加工系统的迅速发展，具有元件全部标准化的高柔性组合夹具已成为制造系统的必备辅助工具。
此次毕业设计的主要任务是发动机机体加工工艺规程的编制、影响箱体的加工质量的因素及主要对策、粗铣箱体上下表面夹具和精镗汽缸孔夹具的设计。
运用大学四年所学的专业知识结合实践经验，进一步研究了发动机机体的构造以及有值得改进的地方。
这有利于对所学知识的巩固和知识面的扩展,通过毕业设计进一步提高调查研究、设计计算、理论分析、查阅资料及绘制图样等各方面的基本技能。
本课题来源于实际生产现场，根据《柴油机箱体加工工艺及夹具设计任务书》中所规定的内容，本次设计包括二个主要内容。
一是发动机箱体的加工工艺规程编制。
制定一套合理的工艺规程，有利于在生产过程中作到优质、高效、低消耗、安全生产和改善劳动条件，使得机械加工循渐进的进行。
其主要内容包括：
研究零件图分析其合理性，在得到允许的情况下改正其中的不足之处，分析零件的工艺性、零件毛坯图、工序路线、加工余量的确定。
主要工序的定位方案、定位误差分析、主要工序的单件机动工时计算等。
再根据以上内容，查阅相关资料，确定合适的加工设备及主要参数和规格。
其次是粗铣机体上下表面夹具和精镗汽缸孔夹具的设计。
经过多种方案对比选择，确定更为合理的定位方式、夹紧方式、刀具的对刀引导方式、夹具整体结构和夹紧力。
使得所设计的夹具结构简单、定位精确、夹紧可靠。
完全符合零件图纸加工要求。
然后绘制夹具总装图，最后整理设计完成设计过程。
2设计分析
2.1设计任务
在柴油机箱体工艺设计中，主要要制定合理的工艺过程，选择合适的加工机床，选择合适的切削用量。
设计的主要内容为发动机机体的加工工艺规程的编制、影响机体的加工质量的因素及主要对策（典型工序加以分析、研究），粗铣顶底面夹具设计、精镗缸套孔夹具设计。
加工工艺规程的制订要符合生产情况，生产纲领为成批大量生产。
夹具的设计要满足加工技术要求，操作方便、安全。
2.2工艺规程的制定
机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。
生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都是要通过机械加工工艺规程来体现[1]。
因此，机械加工工艺规程设计是一项重要而又严肃的工作。
它要求设计者必须具备丰富的生产实践经验和广博的机械制造工艺基础理论知识。
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
2.2.1零件图分析
在进行工艺规程制定之前，要仔细研究所加工零件的零件图，了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用。
机体是整个柴油机的骨架和安装基础，柴油机上的运动件、其他固定件及辅助设备都安装在它的内外四周。
在机体内腔布置有气道、油道，以保证柴油机换气，冷却和润滑的需要。
在柴油机机体的六个平面上布置有各种连接孔，另外为检修、组装的需要而设置了各种检查观察孔。
图1为柴油机机体示意图：
图1柴油机箱体示意图
Fig1Schematicofdieselengineblock
2.2.2结构工艺性分析
所谓零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下制造该零件的可行性和经济性。
功能相同有零件，其结构工艺性可以有很大的差异。
所谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本[2]。
通过读零件图，对零件进行形位误差分析如表1。
表1形位误差分析
Table1Analysisofformandpositionerrors
误差要求
标注位置及分析
圆柱度
0.012
Φ62的孔的圆柱度要求公差0.012
平行度
0.02:
100
B-C
Φ62孔的轴线相对于两个孔的公共轴线的平行度为0.02:
100
平面度
0.2
下表面的平面度为0.2
圆跳动
0.04
D-E
Φ112D11相对于两孔公共轴线的圆跳动误差为0.04
平面度
0.05
上表面的平面度为0.05
续表1
误差要求
标注位置及分析
平行度
0.10
B-C
上表面对两孔的公共轴线的平行度为0.10
圆柱度
0.017
Φ107H7的圆柱度为0.017
垂直度
0.02
D-E
直径为Φ112D11的圆柱面对两孔公共轴线的垂直度为0.02
同轴度
Φ0.06
D
Φ105H7的轴线相对于D孔轴线的同轴度为Φ0.06
垂直度
Φ0.025:
100
B-C
D-E的公共轴线相对于B-C的公共轴线的垂直度为Φ0.025:
100
圆柱度
0.017
Φ105H7的圆柱度为0.017
圆柱度
0.012
Φ90的圆柱度为0.012
注：
各基准代号见附录零件图。
3零件毛坯
3.1毛坯材料的选择
考虑气缸体零件结构复杂,采用铸造成型,材料为HT250。
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（σw<2942N/cm2），摩擦面间单位压力大于49N/cm2和要求一定的气密性的零件，适用于汽缸体等[3]。
其工作条件：
承受高弯曲应力（<0.49MPa）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。
柴油机活塞运行过程中所受冲击较大，零件机械性能要求较高，生产类型为大批大量生产。
查《机械制造工艺及设备设计指导手册》选用铸件尺寸公差等级IT8级。
3.2毛坯的种类选择
由于发动机机体形状复杂，由《机械加工工艺设计手册》表2-35各种铸造方法的经济特性，在大批生产的情况下，所以毛坯为铸造件。
这样有利于零件的大批量生产，并且坯件精度高，可以大量减少后继工序加工费用，提高生产效率、降低生产成本。
铸件采用砂型铸造中一般机器造型。
机器造型不但生产率高，而且所得的铸件尺寸也较准确。
查《金属机械加工工艺人员手册》有在大批、中批生产的铸件精度等级为2级，为消除内应力，开箱后进行退火处理，最后清理完后再进行喷丸处理。
4拟定机械加工工艺路线
4.1选择定位基准
基准是机械制造中应用十分广泛的一个概念，是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的哪些点、线或面。
从设计和工艺两方面看基准，可把基准分为两大类，即设计基准和工艺基准。
其中定位基准又可以分为粗基准和精基准。
各工序定位基准的选择，应先根据工件定位来确定所需定位基准的个数，再按基准选择原则来选定每个定位基准。
为使所选定的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行，通常应先考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。
在发动机机体的加工过程中，上下、前后两面同时加工，由于采用双面铣的方法，以机体主轴中心线为定位基准，对于机体加工精基准的选择，应考虑以下几点：
主要定位基准应有足够大的表面，使定位可靠；以设计基准作为定位基准，使基准重合，避免基准不重合误差，但是由于工件结构上不方便，故基准不重合，因为此处是粗加工，所以基准不重合影响不大；使大部分表面能用同一基准来进行加工（基准统一），以保证位置精度，应操作方便。
在加工发动机机体的时，最先铣出它的顶底面和前后面作为后面工序的精基准，以后采用基准统一原则，避免基准不重合误差。
5加工阶段的划分与工序路线的确定
由《机械制造工艺学》可知，加工阶段的划分可分为：
划分加工阶段的原因是：
（1）保证加工质量。
（2）有利于合理利用机床设备。
（3）便于及时发现毛胚缺陷。
（4）精加工，光整加工安排在后面，课保护精加工和光整加工过的表面少受磕碰损坏。
零件的加工质量要求较高时，应把整个加工过程划分为以下几个阶段：
（1）粗加工阶段
其主要任务是切除大部分加工余量，应着重考虑如何提高生产效率
（2）半精加工阶段
完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做好准备。
（3）精加工阶段
使各主要表面达到图样规定的质量要求
（4）光整加工阶段
对于质量要求很高的的表面，需进行光整加工，以进一步提高尺寸精度和减小表面粗糙度。
5.1加工工序路线方案的确定
对于刚性较好、精度要求高的发动机机体，应尽量做到工序集中，否则浪费加工成本，加工效率低。
根据工序顺序的安排原则：
一、先加工基准面，再加工其他平面；二、先加工平面，后加工孔；三、先加工主要平面，后加工次要平面；四、先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
其次，对于热处理的安排上，为了消除内应力而进行的热处理工序（如人工时效、退火、正火等），最好安排在粗加工之后。
形位公差原则并查阅《机械加工工艺设计实用手册》。
确定工艺路线如下：
表2方案
Table2Scheme
工序序号
工序名称
工序序号
工序名称
10
30
50
70
90
110
130
150
170
190
210
粗铣顶底面
粗铣两侧面
精铣顶面
钻顶面螺纹孔
精铣前后端面
钻攻两侧面螺纹孔
清理铁屑、清洗机体
水道、油道、回油道泄漏检查
粗镗主轴孔、凸轮轴孔
压入气缸套
涂漆
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
粗铣前后端面
退火处理
加工顶面油孔
粗镗缸孔
钻攻前后端面螺纹孔
加工底面各孔
半精镗、精镗缸孔
精镗主轴孔、凸轮轴孔
压碗型塞
去毛刺、最终清洗
6加工余量的确定
根据确定的零件铸造等级并结合零件图上的标注尺寸，查阅《金属机械加工工艺人员手册》第三章铸件的机械加工余量、第四章工序间的加工余量，再根据所制定的工艺规程，结合实际经验，参考《机械加工余量手册》，可确定工序间的加工余量和公差等级，并确定零件总的加工余量。
用材料去除法制造机器零件时，一般都要从毛坯切除一层层材料之后最后才能得到符合图纸规定要求的零件。
坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。
加工余量又有总余量和工序余量之分。
某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量。
毛坯的机械加工余量如表3所示:
表3机械加工余量
Table3Processremainingdefinition
加工表面
工序名称
加工余量
公差等级
公差尺寸
顶底面
精铣
粗铣
毛坯
0.75
6
IT7（+0.0630）
IT11（+0.630）
487.25+0.05-0.01
488+0.2-0.2
494±1.5
前后端面
精铣
粗铣
毛坯
1
5
IT7（+0.0460）
IT11（+0.290）
231+0.0460
232-0.14-0.43
237±1.5
两侧面
水管安装面
粗铣
毛坯
5
IT11（+0.320）
272
277±1.5
油泵安装面
粗铣
毛坯
5
IT11（+0.320）
284
289±1.5
窗口平面
粗铣
毛坯
4.8
IT11（+0.320）
83.2
88±1.5
顶面油孔
扩孔
扩孔
钻孔
毛坯
4.5
2.5
15.5
IT9（+0.0520）
IT9（+0.0430）
IT11（+0.320）
Φ22.5+0.0520
Φ18+0.0430
Φ15.5+0.320
φ107H7缸套孔
精镗
半精镗
粗镗
毛坯
0.5
1.5
4
IT7（+0.0350）
IT11（+0.220）
IT12（+0.350）
Φ107+0.0350
Φ106.5+0.220
Φ105+0.350
Φ101±1
φ105H7缸套孔
精镗
半精镗
粗镗
毛坯
0.5
1.5
4
IT7（+0.0350）
IT11（+0.220）
IT12（+0.350）
Φ105+0.0350
Φ104.5+0.220
Φ103+0.350
Φ99±1
缸套孔止口
粗镗
毛坯
4
IT12（+0.350）
Φ112+0.220
Φ108±1
续表3
加工表面
工序名称
加工余量
公差等级
公差尺寸
φ185主轴孔
精镗
粗镗
毛坯
1
4
IT7（+0.0460）
IT12（+0.460）
Φ185+0.0460
Φ184+0.460
Φ180±1
φ90主轴孔
精镗
粗镗
毛坯
1
4
IT7（+0.0350）
IT12（+0.350）
Φ90+0.005-0.03
Φ89+0.350
Φ85±1
φ80主轴孔
精镗
粗镗
毛坯
1
4
IT7（+0.030）
IT12（+0.30）
Φ80+0.030
Φ79+0.30
Φ75±1
φ62凸轮轴孔
精镗
粗镗
毛坯
1
4
IT7（+0.030）
IT12（+0.30）
Φ62+0.005-0.025
Φ61+0.30
Φ57±1
底面4-M12
攻丝
绞孔
钻孔
毛坯
1.8
2.8
10.2
IT7（+0.0180）
IT10（+0.070）
M12
Φ13+0.0180
Φ10.2+0.070
底面φ8孔
绞孔
钻孔
毛坯
1.2
6.8
IT7（+0.0150）
IT10（+0.0580）
Φ8+0.0150
Φ6.8+0.0580
底面M20×1.5
攻丝
钻孔
毛坯
1.5
18.5
IT10（+0.0840）
M20
Φ18.5
顶面4-M14
攻丝
扩孔
扩孔
钻孔
毛坯
1.5
2.5
0.5
12
IT9（+0.0430）
IT9（+0.0430）
IT10（+0.070）
M14
Φ14.5+0.0430
Φ12.5+0.0430
Φ12+0.070
续表3
加工表面
工序名称
加工余量
公差等级
公差尺寸
顶面2-M10
攻丝
钻孔
毛坯
1.5
8.5
IT10（+0.0580）
M10
Φ8.5+0.0580
缸体前端面10-M8
攻丝
钻孔
毛坯
1.2
6.8
IT10（+0.0580）
M8
Φ8.5+0.0580
前端面4-M12
攻丝
钻孔
毛坯
1.8
10.2
IT10（+0.070）
M12
Φ10.2+0.070
前端面4-φ16定连接孔
绞孔
扩孔
毛坯
0.5
5.3
IT8（+0.0270）
IT9（+0.0430）
Φ16+0.0270
Φ15.5+0.0430
Φ10.2
前端面φ8定连接孔
扩孔
钻孔
毛坯
1.2
6.8
IT9（+0.0360）
IT10（+0.0580）
Φ8+0.0360
Φ6.8+0.0580
前端面φ11定连接孔
绞孔
钻孔
毛坯
0.5
10.5
IT8（+0.0270）
IT10（+0.070）
Φ11H8
Φ10.5+0.070
后端面φ30通孔
钻孔
毛坯
30
30
后端面φ25通孔
钻孔
毛坯
25
25
两侧面21-M8
攻丝
钻孔
毛坯
1.2
6.8
IT10（+0.0580）
M8
Φ6.8+0.0580
两侧面4-M12
攻丝
钻孔
毛坯
1.8
10.2
IT10（+0.070）
M12
Φ10.2+0.070
7选择加工设备和工艺设备
7.1选择加工设备
由于本产品属于大批量生产，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，具体选择如下（此零件加工时的主要方法有铣削加工、镗削加工、钻削加工）：
7.1.1选择夹具
对于成批生产的零件，大多采用专用机床夹具。
在保证加工质量、操作方便、满足高效的前提下，亦可部分采用通用夹具。
本机械加工工艺规程中所有工序均采用了专用机床夹具，需专门设计、制造[5]。
7.1.2选择刀具
1）工序中的铣削有粗铣和精铣，由于两平面有较高的平面度要求，而且对主轴孔中心线有较高的平行度要求，为了提高加工效率，以主轴孔中心线为基准，采用卧式双面铣床[6]，根据顶底面尺寸查《机械加工工艺手册》，选用高速钢镶齿套式面铣刀。
参数为：
d=250,D=58,L=45，Z=26
2）钻攻前后端面、两侧面上螺纹孔时，采用组合机床。
钻攻各孔刀具如下表4：
（查《机械加工工艺手册》）
表4刀具表
Table4Cuttingtools
加工表面
工位1
刀具
工位2
刀具
缸体前端面10-M8
钻孔
Φ6.8高速钢锥柄麻花钻
攻丝
M8型号丝锥
前端面4-M12
钻孔
Φ10.2高速钢锥柄麻花钻
攻丝
M12型号丝锥
前端面4-Φ16连接孔
扩孔
Φ15.5整体高速钢直柄扩孔钻
铰孔
Φ16硬质合金直柄机用铰刀
缸体后端面11-M8
钻孔
Φ6.8高速钢锥柄麻花钻
攻丝
M8型号丝锥
后端面Φ8定连接孔
钻孔
Φ6.8高速钢锥柄麻花钻
铰孔
Φ8硬质合金直柄机用铰刀
续表4
加工表面
工位1
刀具
工位2
刀具
后端面Φ11定连接件
钻孔
Φ10.5高速钢锥柄麻花钻
铰孔
Φ11硬质合金直柄机用铰刀
后端面Φ30通孔
钻孔
Φ30高速钢锥柄麻花钻
后端面Φ25凸台孔M20
钻孔
Φ18.5高速钢锥柄麻花钻
攻丝
M20型号丝锥
后端面Φ25通孔
钻孔
Φ25高速钢锥柄麻花钻
两侧面20-M8孔
钻孔
攻丝
M8型号丝锥
两侧面4-M12
钻孔
Φ10.2高速钢锥柄麻花钻
攻丝
M12型号丝锥
注：
根据GB4251-84,采用硬质合金直柄机用铰刀（型号直径>5.3～20）适用于成批或大量生产条件下在机床上使用。
3）钻攻顶面Φ22.5油孔、顶面4-M14、顶面2-M10，机床采用摇臂钻床。
钻攻顶面Φ22.5油孔，钻孔用Φ15.5高速钢锥柄麻花钻，扩孔用整体高速钢直柄扩孔钻。
参数为：
d=18mm,L=191mm,l=130mm,d1=11.7；
钻攻顶面4-M14，钻孔用Φ12高速钢锥柄麻花钻，扩孔用整体高速钢直柄扩孔钻。
参数为：
d=12.5mm,L=151mm,l=101mm,d1=7.8
d=14.5mm,L=169mm,l=114mm,d1=9.7，攻丝用M14型号丝锥；
钻攻顶面2-M10，钻孔用Φ8.5高速钢锥柄麻花钻，攻丝用M10型号丝锥；
4）钻攻底面4-M12、Φ8孔、底面M20×1.5，机床采用摇臂钻床。
钻攻底面4-M12，钻孔用Φ10.2高速钢锥柄麻花钻，攻丝用M12型号丝锥；
钻Φ8孔，
升级会员 