内燃机进气管玉柴200系列夹具设计.docx

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内燃机进气管玉柴200系列夹具设计

摘要

本设计主要包括两方面的内容，即进气管的加工工艺规程设计以及典型的加工工序的夹具设计。

本文对一个常规工艺设计及的步骤做了详细阐述。

在此基础上对零件加工要求进行分析，最终确定毛坯的材料，选择定位基准，并留出适当的加工余量。

综合上述分析可以制定出零件加工工艺路线中的具体参数进行计算，例如基本的切削用量的计算，并根据计算结果选择机床，验算机床功率，此外，计算加工过程中的机动时间和辅助时间也是必不可少的。

机械加工工艺过程，是指用机械加工方法逐步改变毛坯形态（形状、尺寸和表面质量），使之成为合格零件所进行的全部过程。

机械加工工艺过程包括结构工艺性分析、毛坯的选择、基准的选择、加工余量的确定、工艺路线的拟定、工序尺寸及公差的确定和加工设备的选择等。

工艺路线是连接产品设计和制造的纽带，它是一项经验性强、技巧性高、涉及多方面的知识和信息的工作，因此工艺路线设计极其复杂，其中，加工顺序的先后、热处理的安排和工序的集中还是工序的集中与分散是工艺人员在拟定工艺路线时的原则性问题。

为了提高劳动生产率，保证加工质量和改善劳动条件，需要设计专用的夹具。

在夹具设计中，不仅要追求其其结构的合理性，更重要的是核算其加工精度的准确性。

影响工件加工精度的因素很多，且种类复杂。

本夹具的设计是完成定位设计、夹紧设计等，以及如何将这些机构装配起来形成一个整体装配过程。

结构方案确定以后，绘制了主要的零件图装配图。

关键词：

加工工艺；切削用量；工艺计算；夹具设计。

ABSTRACT

Thisdesignmainlyincludestwoaspectsofcontent,namelytheintakepipeprocessingprocessplanningandtypicalprocessingprocessoffixturedesign.Inthispaperaconventionalprocessdesignandstepstodoadetaileddescription.Onthebasisofthepartsprocessingrequirementsanalysis,withafinaldeterminationofblankmaterials,choosethelocatingdatum,andsetasidethepropermachiningallowance.Acombinationoftheanalysiscanworkoutthepartsprocessingprocessrouteinthespecificparameterscalculation,suchasbasicofcuttingparametercalculation,andaccordingtothecalculatedresultschoosemachinetool,thecheckingmachinepower,inaddition,thecalculationprocess,mobiletimeandauxiliarytimeisalsoessential.

Mechanicalprocessing,itistopointtobymachiningmethodsgraduallychangetheblankform（shape,sizeandsurfacequality）,makeitbecomethequalifiedtheprocessallparts.

Mechanicalprocessingprocessincludingstructureanalysistechnology,thechoiceofblank,thechoiceofmachiningallowancebenchmark,thedetermination,processrouteoftherecommended,andthedeterminationoftheproceduresizestoleranceandprocessingequipmentchoice,etc.Processlineistheconnectionproductdesignandthemanufactureofthelink,itisacriticalskill,high,strongawiderangeofknowledgeandinformationwork,soprocessroutedesignisextremelycomplex,amongthem,theprocessingorderhasthearrangementandworkingprocedure,heattreatmentprocessofconcentrationorcentralizedanddecentralizedisinplanningprocessengineeringprocessrouteofprincipleproblem.

Inordertoimprovelaborproductivity,guaranteetheprocessingqualityandimproveworkingconditions,andneedtodesignaspecialfixture.Thefixturedesign,wenotonlyneedtopursuetherationalityofthestructure,moreimportantistheaccuracyofaccountingthemachiningaccuracy.Theinfluencethemachiningaccuracyofmanyfactors,andspeciescomplex.Thisfixturedesigniscompleteorientationdesign,clampingdesign,andhowtheseinstitutionstogethertoformawholeassemblyprocess.Structureplanlater,renderingthemainpartsdrawingassemblydrawing.

Keywords:

process,thecuttingdosages,processcalculation,fixturedesign.

摘要Ⅲ

ABSTRACTⅣ

目录Ⅴ

2零件的分析3

2.1零件的功用3

2.2零件的工艺分析3

3.4.1定位基准的选择5

3.4.2零件表面加工方法的选择6

3.4.3零件各表面加工顺序的确定6

3.4.4工序的组合6

4.4夹具设计19

4.4.1铣后表面夹具设计23

4.4.2铣前表面夹具设计23

4.4.3钻左端面孔夹具设计24

4.6.1定位误差的分析26

4.6.2定位误差的计算27

1绪论

1.1本课题研究的内容及意义

本课题研究的内容是：

工艺过程的重要性；E0200进气管的机械加工工艺规程的编制，包括工艺路线设计、工艺设计、编制工艺规程文件；系列夹具设计。

工艺是机械产品设计、制造过程中的重要组成部分，工艺设计的好坏直接影响产品的最终制造质量和整个生产系统的优化状况。

在国民经济的各个领域，各个行业中广泛使用者大量的机床、机器、仪器及工具等，这些工艺装备都是有机械制造行业提供的。

机械制造业的主要任务就是围绕各种材料的加工要求，研究其加工工艺并设计和制造各种工艺装备，机械制造工业是国民经济各部门的装备部，它不仅为传统产业提供了现代化的设备，同时也是计算机、通信等新兴产业的基础。

机械制造业的兴衰直接影响和制约了工业、农业、交通、航天、信息和国防各部门的生产技术水平，进而影响着一个国家的综合生产实力。

1.2国内外发展情况

当代的机械制造业正沿着三个主要的方向发展：

（1）加工技术向高度信息化、自动化、智能化方向发展，信息技术、智能制造技术、数控技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术以及敏捷制造等先进技术都在改造传统制造业并迅速向前发展。

（2）加工技术向高精度发展，出现超精密工程以及纳米材料及加工、纳米测量等技术。

（3）机械加工的工艺方法进一步完善与开拓，传统的切削与磨削技术仍在不断发展，各种特种加工方法也在不断开拓新的工艺可能性与新的技术，如快速成形、激光加工、电加工和射流加工等。

同时，机械制造中的计量与测试技术、机械产品的装配技术、工况检测与故障诊断技术、机械设备性能试验技术、机械产品的可靠性保证与质量控制技术、仿生制造技术、微型制造设备技术、网络制造技术、人工智能技在机械制造中的应用以及考虑到环境保护的绿色制造技术等均有重大的发展。

[1]

机械加工工艺的发展：

（1）广义制造论长期以来，由于设计和工艺的分离，制造被定位于加工工艺，这是一种狭义制造的概念。

随着社会的发展和科技的进步，需要综合、融合和复合多种技术去研究和解决问题，特别是集成制造技术的问世，提出了广义制造的概念，亦称为“大制造”的概念，它体现了制造概念的扩展。

[2]

（2）制造工艺已形成系统现代制造技术已经不是单独的加工方法和工匠的“手艺”，已经发展成为一个系统，在制造工艺理论和技术上有了很大的发展。

在制造生产模式上出现了柔性制造系统、集成制造系统、虚拟制造系统、集群制造系统和共生制造系统等。

[3]

零件在工艺规程制定后，就要按工艺规程顺序进行加工。

加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。

它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床或刀具获得正确位置。

机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是加工过程中最活跃的因素之一。

机械加工工艺的发展方向是自动化和毛坯精化。

机械制造是国民经济各部门科技进步的基础。

在现代条件下机械制造的发展方向是:

开发工艺可行性广、能保证各种原料消耗最少、可靠性和自动化精度高的新一代的技术。

机械制造工艺及其实现组织形成的发展趋势,在很大程度上取决于机器结构的发展方向和它的技术使用特征。

机器制造中的科技进步将促进以计算机和生产全盘自动化为基础的工序少和能节约资源的工艺的建立和推广。

1.3本课题应达到的要求

（1）保证产品的质量符合设计图和技术条件所规定的要求；

（2）保证高的劳动生产率；

（3）保证经济上的合理性；

设计中要包括设计工艺路线的原则和方法，工序的详细设计（包括尺寸换算以及工序尺寸的设计计算）、影响加工因素的分析、影响表面质量的因素。

本设计要达到的要求：

满足零件设计的加工精度要求；零件机械加工工艺过程卡片各工序卡片；主要机械加工工序的夹具总装配图及主要零件图；设计说明书（不少于一万字）必须有相关的计算和说明；专业外语文献翻译不少于一万字符。

2零件的分析

2.1零件的功用

进气管的作用就是按照柴油机的工作次序，分别供给各缸充足的新鲜空气。

进气管一般用铸铁或铝合金铸造。

进气管和排气管分别安装在汽缸盖的两侧，如果在一侧装配，会使排气管的高温传给进气管，造成进入汽缸内的空气密度减小，影响进气量。

同时，为了减小空气的流通阻力，进气管内壁一般要做得比较平整和光滑。

2.2零件的工艺分析

该零件广泛用于载重汽车和客车。

图2.1E0200进气管

从零件图上可以看出，该进气管的结构比较复杂，需要加工表面多，其主要加工表面可以分为四个部分：

（1）其主要加工表面为后表面、14×Φ11的孔和2×Φ8的孔所在表面。

这一组加工面包括：

后表面，14×Φ11孔，2×Φ8孔；

（2）前表面。

这一组加工面包括：

前表面，6×M10-7H，2×M10×1-7H的螺纹孔；

（3）上表面。

这一组加工面包括：

上表面，6×Φ2.96±0.05的孔，4×M10-7H的螺纹孔，

6×Φ2.96±0.05的孔；

（4）左端面。

这一组加工面包括：

左端面，2×M10-7H的螺纹孔。

以上各组加工面的技术要求如下：

（1）表面粗糙度要求为Ra6.3，有平面度要求，Φ11孔的位移度要求为0.4，M8-7H的螺纹孔位移度要求0.4；

（2）表面粗糙度要求为Ra6.3，螺纹孔的精度要求为7H；

（3）上表面表面粗糙度要求为Ra12.5，孔尺寸精度及形位公差要求较高，螺纹孔精度要求为7H，孔Φ2.96的尺寸精度要求为±0.05；

（4）表面粗糙度要求为Ra12.5，螺纹孔的精度要求为7H，孔内表面粗糙度要求为Ra16.3。

由以上可以分析，对于这四组加工表面来讲，可以先选择其中一组加工表面进行加工，然后再以加工过的表面为基准，加工其他三组表面，并保证他们之间的相互位置精度。

3零件工艺规程设计

3.1确定零件生产类型

年产量为五万件，所以该零件为大批量生产。

3.2材料的选择

铝合金的密度低，比较轻便，而且表面会自然形成氧化膜，故耐腐蚀性强，不易生锈；同时铝合金具有柔性的强度设计，常温下的强度不低于铸铁，它的导热性也很好，也具有很好的铸造性能，易于制造出形状复杂的零件；容易切削，不容易使刀具损坏；另外，还比较耐磨，经济性好，性价比高。

所以选择铝合金作为制造该零件的材料。

3.3确定零件毛坯的制造形式

零件材料为ZL108，该零件的生产纲领是大批量生产，采用压力铸造，可以达到生产要求。

3.4拟定零件的机械加工工艺路线

3.4.1定位基准的选择

定位基准的选择是拟定零件的机械加工工艺路线，确定加工方案中首先要做的重要工作。

基准选择得正确、合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率。

否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。

在选择定位基准时，需要同时考虑以下三个问题：

（1）以哪一个表面作为加工时的精基准或统一基准，才能保证加工精度，使整个机械加工过程顺利地进行。

（2）为加工上述精基准或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基准。

（3）是否有个别工序为了特殊的加工要求需要采用统一基准以外的精基准

粗基准的选择：

在选用粗基准时要考虑如何保证各个加工面有足够的余量，如何保证各个表面之间的相互位置精度和自身的尺寸精度。

因此，选择粗基准时，应遵循以下几个原则：

对于不需要全部加工表面的零件，应使用始终不加工的表面作为粗基准，以保证不加工表面与其他加工表面之间的相互位置精度要求。

选择毛坯余量最小的表面作为粗基准。

选择零件上的重要基准面作为粗基准。

选择零件上加工面积大，形状复杂的表面作为粗基准，以使定位准确、夹紧可靠，夹具结构简单、操作方便。

粗基准在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不应重复使用，以免产生不必要的定位误差。

精基准的选择：

根据精基准的选择原则，选择精基准时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，并保证工件的定位误差较小以及加工精度，同时还应使加工过程操作方便，夹具结构简单，选择时应遵循以下原则：

基准重合尽量选择被加工表面的设计基准或工序基准作为定位基准，避免基准不重合而产生的定位误差。

一次安装的原则一次安装的又称基准统一原则。

基准统一或一次安装和有关工序所使用的夹具结构大体上统一，降低了工装设计和制造成本。

同时多数表面采用同一基准进行加工，避免基准面转换而带来的误差。

在生产线上，使用统一基准使各个工序定位简单一致。

互为基准原则当某些表面相互位置精度要求较高时，这些表面又可以互为基准反复加工，以不断提高定位基准的精度，保证这些表面之间的位置精度。

自为基准原则对于精度要求很高的表面，如果加工时要求其余量很小而均匀时，可以以加工表面本身作为定位基准，以保证加工质量和提高生产效率。

在我的设计中，基准统一原则最为重要，使用统一的基准，可以简化工艺过程和夹具设计，能在一次装夹中加工多个表面。

可以保证个加工表面间的相互位置精度可以减少工装设计制造的费用，提高生产效率，并可以避免基准转换造成的误差。

根据以上原则，结合进气管的具体结构，确定基准如下：

以前表面、上表面以及左端面作为基准加工出后表面这个重要表面，同时加工出这个表面上的孔，然后都以这个表面和上面的孔定位加工出其他表面和孔。

[4]

3.4.2零件表面加工方法的选择

零件各表面加工方法和方案的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，另外还需要考虑生产率和经济性方面的要求，在选择时，应根据各种加工方法的特点及其经济加工精度和表面粗糙度，结合零件的特点和技术要求，慎重决定。

[5]

该毛坯经铸造成型，其各表面加工方法如下：

后表面；粗铣——精铣

Φ11孔、M8-7H螺纹孔；钻孔——攻螺纹

前表面；粗铣——精铣

M10-7H螺纹孔；钻孔——攻螺纹

上表面；粗铣

M10-7H螺纹孔、Φ2.96±0.05孔；钻孔——攻螺纹

后表面下小凸台面；粗铣

左端面；粗铣

M10-7H螺纹孔；钻孔——攻螺纹

3.4.3零件各表面加工顺序的确定

加工顺序的安排

（1）机械加工顺序的安排

根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到工件的具体特点，可以先加工后表面和后表面上的孔，然后都以一面两孔定位，加工出其他的面和孔。

（2）热处理工序的安排

由于毛坯为压铸件，铸件应经固溶处理加完全人工时效处理，另外，还须经变质处理。

（3）辅助工序的安排

检验工序：

进气管须经气密性检验，在0.4Mpa的气压下历时两分钟不得渗漏。

其他辅助工序：

在零件机械加工结束后，进行人工去毛刺处理。

3.4.4工序的组合

在确定加工顺序后，根据该工件的生产规模以及工件的结构特点与技术条件，为了尽可能地减少工件的安装次数，在一次安装中加工多个表面，以便于保证高的表面相互位置精度，考虑使用通用机床配以专用夹具，并采用工序集中的原则来组合工序。

加工顺序就是指工序的排列次序，加工顺序对保证加工质量，降低生产成本有着重要的作用，一般考虑一下原则：

（1）先基准后其他零件的前几道工序应安排加工精基准，然后用精基准来加工其他表面。

（2）先粗加工后精加工整个零件的加工工序应是粗加工在前，然后半精加工、精加工以及光整加工。

这样可以避免由于工件受力变形而影响加工质量，也避免了精加工表面受到损伤等。

（3）先加工平面，后加工内孔先加工主要表面后加工次要表面，即作为精基准的表面应首先加工。

然后对精度要求高的主要表面进行粗加工、半精加工，并穿插一些次要表面的加工，然后进行各表面的精加工。

要求高的主要表面的精加工安排在最后进行，这样避免已加工表面在运输过程中的碰伤。

[6-7]

这样得到零件的工艺路线如下：

10、铸造毛坯；

20、简单的手工处理，去除铸造留下的多余部分；

30、铣后表面，因为是重要表面，要先粗铣，后精铣，用两个支承撑住后表面下部，一侧用支承板定位，夹具前部用两个支承钉定位；（用铣床加工）

40、钻后表面上的孔，夹具与铣后表面一样；（用加工中心）

45、攻螺纹；手工

50、铣前表面，用后表面和后表面上的两个孔定位；（用铣床）

60、钻前面的孔，夹具同上；（用加工中心）

65、攻螺纹；手工

70、铣上表面，后表面上一面两孔定位；（用铣床）

80、钻前表面上的孔，夹具同上；（用加工中心）

90、攻螺纹；手工

100、铣后表面上的两个小凸台，用后表面上一面两孔定位，压板夹紧；（用铣床）

110、铣左侧的小端面，用表面一面两孔定位，用压板夹紧，夹具一侧可做成多出一直角，那直角边挂在铣床工作台上，用螺栓和销固定；（用铣床）

120、钻左侧端面上的小孔，夹具同上；（钻床）

130、攻螺纹；（手工）

140、检验，气密性试验；

150、人工处理，去毛刺；

160、包装入库；

以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡和工序卡片，见附录。

3.5工序设计

零件机械加工工艺路线拟定后还需对每一对工序进行设计。

其主要内容包括：

确定每一工步大的加工余量、计算各工序的工序尺寸及公差、选择各工序所使用的机床及工艺装备、确定切削用量、计算工时定额等。

加工余量的确定

机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工质量，余量过大，不但增加机械加工的劳动量，而且增加了材料、刀具、能源的消耗，从而增加了成本，所以必须合理地安排加工余量。

通过查《金属机械加工工艺人员手册》表12-23确定各工序加工余量如下：

工序30铣后表面粗铣加工余量5

精铣加工余量1

工序40钻Φ11孔加工余量5.5

钻Φ8孔加工余量4

工序45攻螺纹M8加工余量

工序50铣前表面粗铣加工余量3

精铣加工余量1

工序60钻Φ10孔加工余量5

工序65攻螺纹M10加工余量

工序70铣上表面加工余量6

工序80钻Φ10孔加工余量5

钻Φ2.96孔加工余量1.48

工序90攻螺纹M10加工余量

工序100铣小凸台面加工余量3

工序110铣左端面加工余量3

工序120钻Φ10孔加工余量5

工序130攻螺纹M10加工余量

3.6工艺计算

加工工艺路线制定完成之后，为了能达到加工工艺路线中的要求，有必要对每个工序进行切削用量的计算，选择合适的机床，并在此基础上编制工艺过程卡、工序卡，使整个加工过程有章可循，最大限度地节省费用，降低工时，提高生产效率。

下面详细说明本设计中的一些工艺参数的计算过程。

3.6.1铣后表面

1）粗铣后表面

（1）工序加工计算

查《金属机械加工工艺人员手册》表10-39，选中Φ160的面铣刀，材料为高速钢，W18Cr4V，Z=16，取ap=5mm，查《金属机械加工工艺人员手册》表14-69，取fz=0.08mm/z。

查《金属机械加工工艺人员手册》表14-67，有

（3.1）

式中，cv——系数，cv=60.4；

d——铣刀直径，mm；

t——刀具耐用度，min；

ap——切削深度，mm；

fz——每齿进给量，mm/z；

ae——切削宽度，mm；

查《金属机械加工工艺人员手册》表14-70，

得t=180min，ae=96mm，计算得v=67.94m/min，则根据公式

（3.2）

求得n=135.23r/min。

（2）机床选择

查《金属机械加工工艺人员手册》表8-55，选铣床XA6132，主轴18级转速，转速范围30-1500r/min，P=7.5kW。

据《切削用量简明手册》,有

（3.3）

式中，z——级数；

nmax——最高转速，r/min；

nmin——最低转速，r/min。

则Φ=1.26，查《切削用量简明手册》表3-30，选n=118r/min，则实际转速为：

验证功率：

查《金属机械加工工艺人员手册》表14-67，知

（3.4）

式中，cp——系数，cp=1.39；

d——铣刀直径，mm；

ap——切削深度，mm；

fz——每齿进给量，mm/z；

ae——切削宽度