发动机缸体机加工工艺夹具设计毕业论文.docx
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发动机缸体机加工工艺夹具设计毕业论文
发动机缸体机加工工艺夹具设计毕业论文
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摘要
发动机作为汽车的心脏，其制造质量直接影响着汽车的使用性能。
缸体作发动机各机构及各系统的装配基础零件,其制造精度对发动机的整体性能有着重要的影响.要提高发动机的使用性能，就必须控制发动机制造过程中关键零件的加工精度与加工质量。
随着我国经济的发展,国内对汽车的需求迅速增长，如何提高汽车产品零部件的生产效率和加工质量，对汽车行业的发展至关重要。
发动机缸体是汽车五大部件之一,其生产效率和加工质量直接关系到汽车的生产效率和性能。
发动机缸体传统的提高生产效率和加工质量的途径是尽量缩短辅助时间和采用刚性生产线，这种途径在今天已经越来越不适应生产的发展.因此，在汽车行业中，如何提高发动机缸体生产效率和加工质量是一项重要的研究课题.
本论文主要针对发动机下缸体及加工工艺OP10进行了研究，对本工序设计工艺方案进行了分析,发动机缸体属于箱体类零件，结构复杂,加工易变形，因此加工精度要求高，以缸体缸孔壁、曲轴孔等毛坯基准点为定位基准,对缸体进行精确定位。
由于缸体各个结合面面积较大，且有较高的位置精度和粗糙度的要求;缸体的加工部位多、加工要求较高、工艺路线长、工件输送较难处理、使生产管理上较繁杂，对缸体进行加工时采用卧式加工中心进行加工，采用卧式数控加工中心不仅能够改善加工质量而且能够极大提高加工效率。
论文主要对OP10工序加工中心加工时刀具进行了合理选择，夹具进行了设计并对夹紧力进行了计算.
关键词发动机缸体;定位基准；加工精度;加工中心
Abstract
Thequalityoftheengine’smanufacturinginfluencedtheperformanceofthecar,astheengineistheheartofthemotorvehicles.Theaccuracyofthemanufacturingoftheengineblockhasanimportantrelationshipwiththeoverallperformance，becausetheengineblockisthefundamentalpartinthesystemoftheengine。
Wehavetocontrolthemachiningaccuracyandmachiningquality.
WiththedevelopmentofoureconomyandrapidlygrowingdemandforcarsinChina，howtoimprovetheproductionefficiencyandprocessingqualityofautoparts,iscrucialtothedevelopmentofautomobileindustry.Enginecylinderblockisoneofthefivemajorparts，anditsproductionefficiencyandprocessingqualityaredirectlyrelatedtoproductionefficiencyandperformanceofthecar。
Thetraditionalmethodtoimproveproductionefficiencyandprocessingqualityistryingtoshortentheauxiliarytimeandadoptthewayofarigidline，whichisalreadyoutofdateinthecurrentproduction.Therefore，howtoimprovetheefficiencyofenginecylinderblockproductionandprocessingqualityisanimportantresearch，andtheWD615engineusedinheavyvehicles，includingallkindsofengineeringmachinery，buses,powergenerationequipment,shipsandotheridealpowerofengine,itscylinderprocessingdesignhasgreatersignificance。
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Inthispaper，wefocusonthefirststepoftheprocessandmaderesearchontheprocess.Theengineblockbelongstotheblockpieces，whichiscomplicatedinstructureandeasytobedeformed。
Wecouldadoptcrankshaftboreasthepositioningdatumtoensuretheaccuracy。
Asthejunctionsurfacehasabigareaandahighdemandoftheaccuracyandroughness，includinghighamountofthemachiningpartsandhighdemandofthemachiningandthelongroutineoftheprocessing,wehavetoadoptHorizontalmachiningcentertoimprovethemachiningqualityandefficiency。
Thetaskofthepaperismainlyaboutthereasonablechoiceonthemachiningtoolsandcalculationonthefixtures.个人收集整理,勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途
Keyword：
EnginecylinderPositioningreferenceMachiningaccuracyMachiningcenter
第一章绪论
1.1研究背景及意义
汽车工业是国民经济中的支柱性产业。
汽车生产制造水平直接体现国家汽车
工业发展程度，是显示一个国家工业发达水平的重要标志，同时能够带动和促进其他产业和社会经济的发展。
2009年我国汽车累计产销突破1300万辆，同比增长创历年最高，我国一跃成为世界第一汽车生产和消费国。
2010年我国汽车工业延续了2009年的发展态势,汽车产销量双双超过1800万辆，创全国历史新高，再次蝉联全球第一，汽车产量占世界汽车总产量的20％以上。
虽然我国已经成为世界第一大汽车生产国和消费国。
但是，我国的汽车工业仍处于发展阶段,与欧美日等汽车工业强国相比,我国技术水平还相差很大的距离。
目前,我国汽车制造业以中外合资为主,其核心技术一直掌握在欧美日等国手中，尤其是汽车发动机的研发与制造，我国的汽车发动机生产技术主要来源于美国、德国、意大利、日本等发达国家。
国内发动机生产厂商，以中外合资企业为主，如上海通用、上海大众、一汽大众、东风雪铁龙、东风日产、长安福特、北汽福田、广州丰田、广州本田、上汽通用五菱等。
虽然我国在汽车发动机基础理论及相关技术研究方面取得较大的进步，但是生产设备基本靠进口，工艺标准依赖国外企业标准，以合资为主。
合资企业发动机制造技术依然依赖国外技术引进，从根本上并没有形成我国自主的制造技术，国外企业仍然占据着技术的领导地位.汽车发动机制造是我国汽车工业发展的一个重要环节,为了提高我国汽车制造能力，相关理论研究和技术改进亟待开展。
发动机是汽车最主要的组成部分，它的性能好坏直接决定汽车的行驶性能，故有汽车心脏之称。
而发动机缸体是汽车发动机的基础零件，通过它把发动机的曲轴连杆机构和配气机构以及供油、润滑、冷却等机构联接成一个整体.发动机缸体的加工质量会直接影响发动机的性能。
发动机缸体属于箱体类零件，结构复杂，壁薄多孔,加工易变形，因此加工
精度要求高。
发动机缸体结构特征复杂，加工精度要求高，因此对发动机缸体的加工要从生产线的每一个环节进行控制.发动机缸体每道加工工序精度控制对缸体加工质量有着重要的影响，如缸体加工过程中发生加工变形，直接影响到缸体的加工精度和加工质量，最终影响整个发动机的使用性能,因此对发动机缸体的制造研究极为重要。
由以上分析可见，研究优化汽车发动机缸体机加工工艺对提高我国极其重要
汽车产业,能对发动机缸体制造过程中的质量和精度控制起到指导与帮助作用。
本论文主要在缸体加工过程进行定位基准选择、刀具选取、夹具的设计和夹紧力的计算，采用合理的夹紧结构极大提高了发动机生产效率和加工精度，为我国汽车发动机制造业的发展有一定的借鉴，同时有助于我国发动机制造业的自有知识产权的形成。
1.2汽车发动机加工工艺概述
1.2。
1发动机缸体加工工艺流程
发动机缸体加工工艺流程概述主要从缸体表面加工方法、加工工序流程、加
工阶段划分方面进行概述。
1）缸体表面加工方法
缸体表面加工主要包括平面加工和孔系加工，平面加工主要通过端面铣削来完成,孔系加工主要通过镗削、珩磨、钻、铰和攻等加工工艺来完成。
平面主要
包括顶面、底面和前后端面，孔系主要包括活塞缸孔、曲轴孔、油孔、水套孔、
安装孔、连接孔和销孔等。
本文主要对缸体后端面与底面的平面加工进行研究,
缸体后端面与底面。
2）缸体加工工序流程
缸体生产线加工工序主要可分为主要型面加工工序组、主要柱孔加工工序组、辅助结构加工工序组及清洗检测工序组等。
定位方式主要有底面完全定位方式和两销完全定位方式等。
3）缸体加工阶段划分
缸体加工主要划分为两个阶段：
粗加工和精加工。
从整个加工工序定位基准选择来看，缸体底面和后端面的加工精度直接影响后续加工工序的精度。
1.2.2缸体加工特点
发动机缸体是发动机零件中结构较为复杂的箱体类零件，其将缸盖、油底壳、曲轴等相关零件连接成一个整体,使这些零件相互之间保持正确的相对位置，彼此能够协调工作,其制造精度要求较高,加工工艺复杂。
缸体作为箱体类零件，其加工特点对加工精度有很大的影响，而加工精度直接影响发动机的装配质量，进而影响发动机整机的使用性能和寿命.因此，要根据缸体加工特点，来制定加工工艺规则和精度控制计划。
汽车发动机缸体的加工技术要求有：
主要孔的尺寸公差、形状公差和表面粗糙度；主要孔与孔、孔与平面的位置公差，孔与孔间的尺寸公差、平行度、同轴度、垂直度以及孔与平面的垂直度等；主要平面的尺寸公差、平面度和表面粗糙度；主要平面与平面的垂直度等。
缸体零件的主要加工部位和加工精度的特点是:
平面加工主要通过端面铣削来完成，缸体各平面壁薄孔多，平面铣削时在夹紧力和铣削力作用下容易产生变形;孔系加工主要通过镗削、珩磨、钻、铰和攻等加工工艺来完成，孔系加工对于形状精度和位置精度要求较高;由于缸体各个结合面面积较大,且有较高的位置精度和粗糙度的要求；缸体的加工部位多、加工要求较高、工艺路线长、工件输送较难处理、使生产管理上较繁杂；缸体各部分尺寸的设计基准不可能完全一致，故在加工时要充分考虑因基准不重合而造成的误差。
1.3汽车发动机缸体国内外发展现状
我国汽车与国际先进水平相比，还有一定的差距，从而导致了相同的产品不同的价格,国产重卡仅及国外同类产品的三分之一。
与国际先进水平相比,目前中国汽车尚有五年左右的差距.要振兴民族重卡，产品品质的提升势在必行。
而这其中最关键的就是对发动机缸体、缸盖品质的提升，采用性能更好的加工材料，具有足够的强度，良好的浇铸性和切削性；采用更优化的加工工艺和更先进的加工方式是目前我们所应用最多的技术.
国内对汽车的需求迅速增长，如何提高汽车产品零部件的生产效率和加工质量，对汽车行业的发展至关重要.发动机缸体是汽车五大部件之一，其生产效率和加工质量直接关系到汽车的生产效率和性能。
发动机缸体传统的提高生产效率和加工质量的途径是尽量缩短辅助时间和采用刚性生产线，这种途径在今天已经越来越不适应生产的发展.汽车行业从品种少、数量多的生产体系向多品种、较大生产量的体系变化着。
要满足这种变化，发动机制造业的生产柔性化、高速化是走向之一。
与以前采用的刚性加工线相比较现在发动机缸体多采用柔性加工和高速加工，这些加工方式显著提高了发动机缸体的加工质量和加工效率.为我国汽车制造业的发展提供了强大的技术支撑.
柔性加工采用数控加工中心（CNC）进行加工，加工精度较高且稳定性好，相比传统加工方式有显著的优势。
1.3.1柔性加工的特点
一般来说,柔性加工的工序内容要比专机线加工的工序内容复杂.用高速加工中心和数控单元组成的柔性加工线不是按预先规定的需求范围来建立加工过程，而是使加工线从组织结构上具有可重用、可重构和可扩充性方面的能力，加工对象可在一定范围内变化,甚至可以同时加工几种不同的类似零件，可分阶段投产达到目标产量.具有以下特点:
（1）重用性
构成柔性加工线的各种资源在制造环境发生变化时不改变或少量改变即可成为新系统的组成部分。
（2）重构性
在制造环境发生重大变化时能够根据任务的性质及一定的原则重新选取原有设备构成新的制造系统。
（3）自适应性
柔性加工线能够进行局部调整，在线地适应加工设备的故障，增减及加工任务的一定变化。
1。
3。
2高速柔性加工的优点
（1）随切削速度提高，进给速度也相应提高，单位时间内材料切除率（切削速度、进给量和切削深度的乘积）增加，切削加工时间减少，大幅度提高加工效率,降低加工成本。
（2）在高速切削加工范围，随切削速度提高,切削力随之减少,根据切削速度提高的幅度，切削力平均减少30％以上,有利于对刚性较差和薄壁零件的切削加工。
（3）高速切削加工时，切削以很高的速度排出，带走大量的切削热,切削速度提高愈大，带走的热量愈多，大致在90％以上，传给工件的热量大幅度减少,有利于减少加工零件的内应力和热变形，提高加工精度。
（4）从动力学的角度,高速切削加工过程中，随切削速度的提高，切削力降低,而切削力正是切削过程中产生振动的主要激励源;转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的加工表面粗糙度对低阶固有频率最敏感，因此高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度。
5）经济性好加工效率高稳定性好。
1。
3。
3高速柔性加工存在的一些缺点
（1）对机床要素要求高机床要有较高的技术性、动态性、随动性，精度要求高、刚度要求高和高性能CNC控制系统。
选用CNC系统除了标准的特点外,还必须具有高速加工所要求的一些专门功能:
1）至少能预处理100个程序段。
2）通过位置环的前馈减少跟踪误差。
3）跟踪误差要少于0。
5mm/m/min。
4）能根据被跟踪的轮廓和加速度参数控制进给。
5）具有最短的程序处理时间（最大允许时间为每段4ms）。
（2）对刀具要素要求高刀具的材料和夹持安装都有较高的要求。
（3）对夹具要素的要求高夹具在系统中往往也是最薄弱的环节。
如果夹具刚性不足以防止切削过程中的颤振,即使是刚度和动态性能最好的机床，装上了强有力的主轴和合适的刀具,也是无价值的.
（4）整体加工系统结构复杂对操作人员要求高.
（5）系统投资大回收期长。
1。
4本次设计的主要内容
1。
4。
1定位基准选择
缸体的缸孔壁厚是否均匀是影响发动机工作正常与否最重要的参数，因此选择毛坯定位时首先考虑的是缸孔壁厚的保证.其次,曲轴孔也是要求极高的重要参数，因此在选取OP10定位时使用缸壁及曲轴孔为定位基准.
在OP10加工出缸体左侧面精定位基准，作为后序的主要加工定位基准使用。
缸体的缸孔、顶面，前后面、油泵安装面等重要特性与曲轴孔相互关系极其重要，因此最后两个工序选取定位基准应当选取曲轴孔为定位基准。
1。
4。
2夹具的设计方案选取
按照选取好的定位基准进行夹具的最终设计。
考虑到缸体各个加工特性非常重要，为保持加工精度以及质量一致性。
选取液压夹具.各个夹具设计方案见说明。
要加工出合格的产品夹具设计非常重要，在定位基准点、孔确定好的前提下,还需要考虑辅助支撑点、夹紧点位置选取，还要结合工件具体尺寸要求选择合适大小的夹紧力.这也是选取加工设备需要考虑的参数。
1.4.3刀具的选取
发动机作为制造行业质量要求最高的产品，它对刀具的要求也是非常苛刻的，需要考虑各种实际的状况，仅仅局限在书本知识上是远远不够的.按照产品图纸的要求加工出合格的产品对刀具知识的要求是非常广阔的。
刀具选取要综合考虑被加工件质量特性,工件材料，机床各运动参数，节拍要求，还有如何选取采用干湿切削等等。
要加工出合格的缸体成品,在加工中需要使用当今世界最昂贵的刀片,需要高精度的复合刀具，有些刀具是国内刀具厂家的产品都无法提供的，需要选取世界顶级刀具制造商提供技术支持.
刀具的加工参数，也是设备选取的重要依据。
刀具选取方案参照说明。
1。
4。
4设备选取
依据产品尺寸参数、重量参数以及各加工特性应选择工作台为1000mm×800mm卧式加工中心。
如MAGHPC800卧式加工中心，该机床各重要参数如下:
工作台尺寸:
1000×800（mm）
主轴直径:
Φ100mm
移动速度：
X、Y：
80m/min,Z：
60m/min
精度：
定位精度，0。
007mm
该机床加工能力满足缸体加工要求,故可选取该加工中心作为工艺布置设备。
1。
4。
5设备工艺布置设计
按照合理的工艺对设备进行合理的布置，以使得工件物流顺畅，保证物流过程工件尽量不会收到磕碰。
1。
5本次设计的目的及要求
1。
5。
1本次设计的目的
1）进一步巩固并运用所学的知识。
2）培养分析问题、解决问题的能。
3）全面了解并掌握发汽车柴油动机缸体的加工工艺
1.5。
2本次设计的要求
1）须熟悉发动机缸体产品特性,掌握发动机各重要特性的相互关系，掌握铸件定位基准选择原理以及精基准定位选择原理。
2）共分八个工序完成WD615发动机缸体机加工部分的工艺设计，达到缸体的产品图要求；
3）全部工序加工设备应选择加工中心,按照工件的工艺特性选择适当规格的加工中心；
4）要求完成各工序内容合理布置，达到节拍平衡,工时优化，节拍要求10—15min;
5）要求完成每个工序夹具的基本设计原理，定位方式选择合理，按照工序加工完成的工件可以达到产品图要求;
6）对每个工序的加工刀具合理选型.
7）工件大致尺寸:
970＊500*400（mm）
第二章加工设备的选取
2。
1加工中心的基本概念和分类
2.1。
1加工中心的基本概念
加工中心（MachiningCenter）简称MC，是由机械设备与数控系统组成的,适用于复杂零件加工的高效自动化机床。
这种机床可装若干把刀具，能自动更换刀具，在一次装夹中完成铣、镗、钻、扩、铰、锪、攻螺纹、内槽加工等.它用于加工各种箱体类、板类复杂零件.第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。
二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心,它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工.
2。
1.2加工中心的分类
1.按工艺用途分类：
（1）镗铣加工中心
（2）车铣加工中心（3）钻削加工中心
（4）复合加工中心
2.按控制轴数分类:
（1）三轴加工中心
（2）四轴加工中心（3）五轴加工中心
3。
按主轴与工作台相对位置分类：
（1）卧式加工中心
（2）立式加工中心（3）万能加工中心
2。
2加工中心的结构和工作原理
2.2.1加工中心的结构
加工中心虽然有各种类型，结构各异，但总体上主要由以下四部分构成。
数控系统是加工中心执行顺序控制和控制加工过程的中心。
伺服系统是把来自数控装置的信号转换为机床移动部件的运动。
机械本体是加工和中心结构中的基础部件，由床身、立柱和工作台等大件组成。
主轴部件是切削加工的功率输出部件,由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。
加工中心结构如图2—1
图2—1加工中心结构图
2.2.2加工中心的工作原理
加工中心根据工件图样制定工艺方案,采用手工或计算机自动编程，把工件所需的机床各种动作及全部工艺参数变成机床数控装置能接受的信息代码,并把这些代码存储在信息载体上（穿孔带、磁盘等）、将信息载体送到输入装置，读出信息并送入数控装置。
进入数控装置的信息,经过一系列处理和运算转变成脉冲信号。
有的信号送到机床的伺服系统，通过伺服系统对其进行转换盒和放大,再经过传动机构，驱动机床有关部件,使刀具和工件严格执行程序所规定的相应运动。
有的信号送到可编程序控制器中，用以顺序控制机床的其他辅助动作，如实现刀具自动更换等。
加工中心的工作原理见图2—2。
图2-2加工中心原理图
2。
3加工中心工艺特点分析
1。
加工中心的工艺特点:
（1）工艺范围宽，能加工复杂曲面。
（2）具有高度柔性,便于研制、开发新产品。
（3）加工精度高，表面质量好。
（4）生产效率高
（5）减轻工人体力劳动强度
（6）便于实现计算机辅助制造
2。
加工中心需要考虑的问题
（1）粗加工时，金属切除量大，工件温升很快，工件是在热状态下进行精加工,因此在工件冷却后后造成精度下降.
（2）有毛坯加工成成品的过程中，工件不能时效,内应力难以消除.
（3）多工序集中加工要使用各种各样刀具,在卧式加工中心上要对工件四周进行加工，在机床上工件安装区域周围大部分空间都被切削刀具运动轨迹所占去，而固定工件所需的夹具和压紧块安装空间小。
工件的夹具必须能适应零件粗加工时切削力大、高刚度、夹紧力打大的要求，又需适应精加工时定位精度要求高、工件夹紧变形尽可能小的要求.
（4）加工中心的机床精度是按高精度加工要求制定的，若要稳定加工出Ｈ7级孔，机床定位精度须达到±0。
01mm／全长，主轴振摆、轴向跳动须达到0.005～0。
01mm以内，另一方面，又须使用加工中心铣铸件黑皮、钻销孔距要求±0。
5mm的连接孔等。
（5）多工序集中加工,要及时处理切屑.在加工过程中，切屑不断屑、切屑堆积、切屑缠绕等会影响加工顺利进行.
（6）工件每个工序的加工内容、切削用量、工艺参数都可以编织到程序中去，以软件的形式出现。
软件适应性很好，可以及时修改,这样给新产品试制，实行新的工艺流程和试验均提供了方便.
2。
4加工中心的合理选择
每一种加工中心都有一定的规格，一定的功能范围，也有最佳的适用范围.卧式加工中心适于加工箱体类零件、泵体、阀体和壳体等。
立式加工中心适于加工板类工件,如箱盖、盖板、壳体、平面凸轮等。
规格相近的（指工作台宽度）卧式加工中心比立式的价格要高５０%～１００％，卧式加工中心比立式的加工工时也多５０％～１００％，因此，完成同样工艺内容，采用立式加工中心要比卧式加工中心经济。
但卧式加
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