机车气缸缸盖数控加工工艺和夹具的设计毕业论文.docx

1、机车气缸缸盖数控加工工艺和夹具的设计毕业论文机车气缸缸盖数控加工工艺和夹具的设计毕业论文第1章 绪论1.1克诺尔缸盖简介缸盖安装在缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分，因此缸盖的性能与缸体的安全系数息息相关，对于现代化安全和高效生产缸盖的性能起着至关重要的作用。缸盖处在内燃机的心脏是内燃机的核心部件，它在缸体上部封闭燃烧室并与活塞顶部一起形成燃烧室，缸盖体上一般铸有冷却水腔气道等其上有安装燃油系统及配气机构的座孔，结构复杂，

2、孔系繁多是气缸盖加工的特点，尤其是其阀座孔与导管孔的加工因其尺寸精度和形位公差要求严格，长期以来都是国内外内燃机制造行业研究的重点难点。随着内燃机发动机技术的飞速发展现代缸盖的结构也越来越复杂而且先进的内燃机越来越多地倾向于采用多气门机构这使得缸盖加工变得越来越困难缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金缸盖被采用得越来越多1.2缸盖国内外发展的现状近年来国内外内燃机行业发展的新趋势和工作实践，对结构复杂的缸盖机械加工提出了进、排气门座圈锥面与导管孔的加工是其工艺技术关键，从定位方式、基准选择、气门座底孔与导管孔底孔的加工，气门座圈锥面加工方式和导

3、管孔的加工方式等方面进行了探讨和分析缸盖的机械加工工艺技术关键和整体工艺水平正在随着高技术含量内燃机的发展而日趋提高和完善，国外工艺水平已与产品开发水平呈现同步水平，国内工艺水平随着与国际接轨和科技发展将由落后变为逐步接近产品开发水平，解决好加工工艺技术关键是工艺设计的核心和前提。但是工艺的设计编制，受到诸多因素的影响，如产品的精度高低，产品的工艺性好坏，生产纲领的大小，投资力度的强弱，企业现状等等。因此，合理的最佳的工艺方案不仅需要对某一关键部位或某一关键工序认真论证、合理配置，更必须整线统盘考虑，最终是否取得最佳效果必须经过实践检验.1.3 本次论文研究的内容和意义本论文研究的主要内容是发

4、动机缸盖由毛坯到成品的主要机械加工工艺过程的制定以及相应的加工过程中能够满足精度要求的机床、刀具的选择和夹具的设计。并且针对机车的缸盖利用三维软件进行建模；对机车缸盖进行可靠的工艺设计；通过机车缸盖的三维模型对缸盖设计某一步的夹具，夹具设计要求能够快速安装、定位、夹紧，夹具要求是气动夹。本次毕业设计的主要意义熟悉零件的加工工艺路线，并能正确的设计出缸盖的加工路线，夹具设计能够实现快速定位、夹紧，能够投入大规模的技术生产，给企业带来效益。第2章 克诺尔缸盖的工艺设计2.1 克诺尔缸盖的三维建模利用UG三维建模软件对克诺尔缸盖建模 克诺尔缸盖三维图如图2.1、2.2所示：图2.1 克诺尔缸盖三维图

5、图2.2 克诺尔缸盖三维图2.2缸盖的工艺分析克诺尔缸盖是汽车气缸部件的基础件，克诺尔缸盖主要加工面是平面和孔，克诺尔缸盖毛坯是铸造出来的，缸盖的接触面作为主轴孔的设计基准。缸盖的共同特点是结构复杂，孔道较多，壁厚不均。它不仅受到高温高压气体的强烈作用，而且周期性地承受较高的机械负荷与热负荷，也受到因冷却水造成的局部冷热不均影响，同时还由于螺栓预紧力使汽缸盖承受着压应力，并与燃气压力共同作用使汽缸盖受到弯曲作用，此外，还在截面变化处容易产生应力集中等，正是由于汽缸盖如此恶劣的工作条件，致使汽缸盖很容易失效损坏。箱体腔内的孔不仅本身有较高的尺寸精度要求，而且有较高的位置精度要求，缸盖加工中的定位

6、基准的选择可以先加工它的一个端面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面以及孔的加工。2.3发动机缸盖技术分析由于缸盖的加工质量将会影响机器或部件的精度、性能和寿命，所以缸盖零件的加工精度对机器加工精度比较重要。在缸盖零件各加工表面中，通常平面的加工精度比较容易保证，而精度要求较高的支撑孔的加工精度以及孔与孔之间、孔与平面之间的相互位置精度则较难保证。缸盖零件的技术要求主要可归纳如下：(1) 主要平面的形状精度和表面粗糙度缸盖的主要平面是装配基准，并且往往是加工时的定位基准，所以，应有较高的平面度和较小的粗糙度值，否则，直接影响缸盖加工时的定位精度，影响缸盖加工

7、的定位精度，影响缸盖与机座总装时的接触刚度和相互位置精度。一般缸盖的主要平面的平面度在0.10.03mm，表面粗糙度Ra2.50.63m，各主要平面对装配基准面垂直度为0.1/300.(2) 孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度一般缸盖孔的尺寸精度为IT6，圆度、圆柱度公差不超过孔径公差的一半，表面粗糙度值为Ra0.630.32m。其余尺寸精度为IT7IT6,表面粗糙度为Ra2.50.63m。(3) 主要孔和平面的相互位置精度各孔之间的孔距公差为0.120.05mm，平行度公差应小于孔距公差，一般在全长取0.10.04mm。同一轴线上主要平面间及主要平面之间垂直度公差为0.10.04mm。2

8、.4确定毛坯的铸造形式基于成本和力学性能方面的综分考虑，扩大铝合金的应用是目前乘用车轻量化，降低油耗的主要手段，如机车气缸缸盖已经实现铝合金化制造，以此达到了这一要求。尽管铝合金缸盖的生产方法有多种，但主流的制造工艺则是金属型铸造和低压铸造，其中欧洲和中国以金属型为主，而日本、美国则更多采用低压铸造，相对于金属型铸造，低压铸造由于是在压力下充型和结晶凝固，因而具有成形质量好、工艺出品率高等优点，但对于形状复杂、性能要求高的缸盖铸件，则存在着工艺复杂，控制要求高等技术难关。因此采用了铝合金缸盖的低压铸造技术，用以充分发挥低压铸造工艺的技术，低压铸造工艺技术应用多个浇口即多权分流的形式。缸盖，具有

9、代表性的两种浇注系统即在燃烧室侧室设置2个或4个浇口，铸造后再进行机械加工。这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的。2.5基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。2.5.1粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求：1.粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加

10、工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。2.选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。3.应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。4.应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。5.粗基准应避免重复使用，因为

11、粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置。但对于一般零件来说，以接触面作为粗基准是完全合理的。对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则），即综上所述选择缸盖接触面为一序加工的粗基准；选择缸盖的上表面作为二序三序加工的粗基准。2.5.2精基准的选择1.基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。2.基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的

12、位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多数表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。3.互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子

13、。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，适于作精基准使用。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准确。2.6制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。2.6.1工艺路线方案一图2.3缸盖俯视图图2.4缸盖侧面图图2.5缸盖端面图

14、工序 1 粗 精 铣缸盖表面8.4孔上的台阶上表面（如图2.3：孔16）。工序 2 粗 精 铣缸盖表面6.3孔台阶上表面（如图2.3孔7）。工序 3 粗 精 铣缸盖表面26孔台阶上表面（如图2.3孔8）。工序 4 粗 精 铣缸盖表面18孔的台阶上表面（如图2.3孔9）。工序 5 钻 铰 缸盖表面8.4孔（如图2.3：孔16）。工序 6 镗 缸盖表面M261.5螺纹孔、M181.5螺纹孔（如图2.3孔8、9）。工序 7 铣 M261.5螺纹孔、M181.5螺纹孔（如图2.3孔8、9）。工序 8 粗 精铣缸盖的侧面两个16孔上表面（如图2.4A、B）。工序 9 钻 缸盖的侧面两个10的深孔（如图2

15、.4孔10、11）。工序 10 粗 精铣缸盖的一个端面27、23两个孔上表面（如图2.5）。工序 11 镗 M23螺纹底孔（如图2.5小孔）。工序 12 铣 M23螺纹孔（如图2.5小孔）。工序 13 粗 精铣缸盖的另一个端面27、23两个孔上表面。工序 14 镗 缸盖的另一个端面M23螺纹底孔。工序 15 铣 缸盖的另一个端面M23螺纹孔。工序 16 粗 精铣缸盖的接触面。工序 17 清洗吹干。2.6.2工艺路线方案二工序 1 粗 精铣缸盖的接触面。工序 2 钻 铰 缸盖表面8.4孔（如图2.3：孔16）。工序 3 粗 精 铣缸盖表面8.4孔上的台阶上表面（如图2.3：孔16）。工序 4 粗

16、 精 铣缸盖表面6.3孔台阶上表面（如图2.3孔7）。工序 5 粗 精 铣缸盖表面26孔台阶上表面（如图2.3孔8）。工序 6 粗 精 铣缸盖表面18孔的台阶上表面（如图2.3孔9）。工序 7 镗 缸盖表面M261.5螺纹孔、M181.5螺纹孔（如图2.3孔8、9）。工序 8 铣 M261.5螺纹孔、M181.5螺纹孔（如图2.3孔8、9）。工序 9 粗 精铣缸盖的侧面两个16孔上表面（如图2.4A、B）。工序 10 钻 缸盖的侧面两个10的深孔（如图2.4孔10、11）。工序 11 粗 精铣缸盖的一个端面27、23两个孔上表面。工序 12 镗 M23螺纹底孔。工序 13 铣 M23螺纹孔。工

17、序 14 粗 精铣缸盖的另一个端面27、23两个孔上表面。工序 15 镗 缸盖的另一个端面M23螺纹底孔。工序 16 铣 缸盖的另一个端面M23螺纹孔。工序 17 清洗吹干。2.6.3.工艺方案的比较与分析在大批大量生产中，毛坯的质量较高，克诺尔缸盖的接触面精度要求非常高，表面不能有任何刮痕或碰伤，为了保证接触面的精度要求，最好是最后加工接触面。各个孔的镗孔的余量较小，为使镗孔的余量均匀，最好是粗镗 半精镗 精镗都统一采用精加工过的精基准面定位一次进行，这就要在粗镗空之前安排精加工基准面。综上所述我选择第一种的工艺安排作为加工工艺。2.7余量、尺寸的确定克诺尔缸盖”零件材料为铝制合金，硬度20

18、0HB，生产类型为大批生产，采用铸造毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸下：1.参照机械加工工艺手册表2.3-6查得压力铸造及壳型的尺寸公差等级ZJ1。2.选用压力铸造查机械加工工艺手册得，在实际生产中，有的工厂根据工厂的生产技术条件和生产经验来确定铸件的加工余量，在这里初步定铸件的加工单边的加工余量为1。3.精铣的单边余量为0.2。4.粗铣的单边余量为1-0.8=0.2。2.8确定切削用量及基本工时一：粗 精 铣缸盖表面8.4孔上的台阶上表面1.粗铣克诺尔缸盖表面6个8.4孔的台阶上表面（1）刀具选择根据机械加工常用刀具手册表1-21及铣刀样

19、本手册，选普通直柄立铣刀，直径18mm, ,L=92mm,l=32mm,d1=16（2）切削用量 =0.8mm（3）由机械加工工艺手册表2.4-79 =15采用硬质合金材料加工铝合金取=0.10.2mm/r,取=0.2mm/r（4）确定切削速度Vc 由机械加工工艺手册表2.4-90,当取V=3m/s n查=（1000x3）/3.14x18=53r/s （2-2）根据机床说明书机械加工工艺手册表. 取主轴转速n机=50r/s则实际切削速度为V = 10m/s当n =50r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=fzzn机=0.21050=100mm/s（5）计算基本工时 L=645 L

20、2=5T=（645+5）/100=6.5s （2-3）即 横向每次走刀是9s.2.精铣克诺尔缸盖表面6个8.4孔的台阶上表面（1）刀具选择根据机械加工常用刀具手册表1-21及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径18mm, ,L=92mm,l=32mm,d1=16,（2）切削用量 =0.2mm（3）由机械加工工艺手册表2.4-79 =15采用硬质合金材料加工铝合金取=0.10.2mm/r,取=0.2mm/r（4）确定切削速度Vc 由机械加工工艺手册表2.4-90,当取V=2m/s由公式（2-2） n查=（1000x2）/3.14x18=35r/s 根据机床说明书机械加工工艺手册表. 取主轴转速n

21、机=35r/s，则实际切削速度为V = 78.5r/min。当n =35r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=fzzn机=0.21035=70mm/s，根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为70mm/s（5）计算基本工时 L=645 L2=5由公式（2-3）T=（645+5）/70=9s 即 横向每次走刀是9s.二： 粗 精 铣缸盖表面6.3、26、18孔台阶上表面虽然克诺尔缸盖的上表面需要加工面不在同一水平面内，但加工缸盖上表面的方法都是一样的，即都是”先粗后精”,由于气缸缸盖的毛坯单面的加工余量都是1即它们的切削用量以及他们的切削参数基本相同，相同的计算方法在这里就不再重复

22、。三：钻 铰 缸盖表面8.4孔1.钻缸盖表面8.4孔（1）刀具选择：根据机械加工常用刀具手册表7-11选用8.2高速钢直柄标准麻花钻。（2）切削用量选择：查机械加工工艺手册得：f=0.31mm/r0.37mm/r,根据所选机床定f=0.35mm/r查机械加工工艺手册取V =1.25m/s由公式（2-2）n =1000 V /3.14x D=10001.25/3.148.2=48.5r/s按机床选取n =1000r/min（3）计算基本工时由公式（2-3）T=(91+11+0)/(0.76322)=0.42min。3.铰8.4的孔（1）刀具选择：根据机械加工常用刀具手册表3-11、3-12国标没

23、有8.4铰刀，所以要特制8.4高速钢直柄机用铰刀（2）确定切削用量：背吃刀量ap=0.25。切削速度与铰，故n =200r/min。由机械制造工艺手册f=1.0mm/r,取f=1mm/r V= d n /1000=8.4x200 /1000=1.68mm/min （2-4）（3）计算基本工时：由公式（2-3）T= =(91+14+2)/(1.24x132) =0.65min其中L=91,L1=14,L2=2四：镗 缸盖表面M261.5螺纹孔、M181.5螺纹孔1.粗镗24.5的内孔（1）刀具选择：根据机械加工常用刀具手册表5-49选用16的镗刀。（2）确定切削用量：查机械制造工艺手册得：f=0

24、.8mm/r0.15mm/r,再由所选的机床确定进给量取f =0.9mm/r。镗孔时的切削速度，由机械制造工艺手册得0.5m/s0.83m/s：V=0.5m/s由公式（1-2）n=1000 V/ 3.14xD=10000.5/(3.1416)=10r/s按机床选取n =600r/min 机床扩孔时的切削速度为0.5m/s2.半精镗24.5的内孔（1）刀具选择：选用16的镗刀（2）确定切削用量：查机械制造工艺手册得：f=0.8mm/r0.15mm/r,再由所选的机床确定进给量取f =0.8mm/r。镗孔时的切削速度，为了保证精镗的质量定切削速度 V=0.4mm/s由公式（2-3） n=1000

25、V/ 3.14xD=10000.4/(3.1416)=8r/s按机床选取n =480r/min 机床扩孔时的切削速度为0.4mm/s半精镗、精镗M181.5螺纹孔和半精镗、精镗M261.5螺纹孔的方法都是一样的，相同的计算方法在这里就不再重复。五：铣 M261.5螺纹孔、M181.5螺纹孔（1）刀具选择：用15的螺纹铣刀（2）切削用量 =L=0.75mm（3）由机械加工工艺手册=15采用硬质合金材料加工铝合金取=0.10.2mm/r,取=0.2mm/（4）确定切削速度V由机械加工工艺手册表2.4-90,当取V=2m/s由公式（2-2）n查=（1000x2）/3,14x15=42r/s根据机床说

26、明书(见机械加工工艺手册表. 取主轴转速n机=42r/s则实际切削速度为V= 10m/s当n =42r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度V=fm=fzzn机=0.21042=84mm/s（5）计算基本工时 L=610 L2=5由公式（2-3）T=（610+5）/84=7.3s 即 横向每次走刀是7.3s六：粗 精铣缸盖的侧面两个16孔上表面1.粗铣缸盖的侧面两个16孔上表面（1）刀具选择：根据机械加工常用刀具手册表1-21，选莫氏锥柄立铣刀，直径25mm,L=147mm,（2）切削用量 =0.8mm（3）由机械加工工艺手册=15采用硬质合金材料加工铝合金取=0.10.2mm/r,取=0.2

27、mm/（4）确定切削速度V由机械加工工艺手册表2.4-90,当取V=4m/s由公式（2-2）n查=（1000x4）/3,14x25=51r/s根据机床说明书(见机械加工工艺手册表. 取主轴转速n机=50r/s则实际切削速度为V= 10m/s当n =50r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度V=fm=fzzn机=0.21050=100mm/s（5）计算基本工时 L=610 L2=5由公式（2-3）T=（610+5）/100=6.15s 即 横向每次走刀是6.15s2.精铣缸盖的侧面两个16孔上表面（1）刀具选择：根据机械加工常用刀具手册表1-21，选莫氏锥柄立铣刀，直径25mm,L=147mm

28、,（2）切削用量 =L=0.2mm（3）由机械加工工艺手册表2.4-75，由数控铣床的功率在10KW以上， =0.1mm/z0.2mm/z,取=0.2mm/z（4）确定切削速度V 由机械加工工艺手册,当取V=2m/s由公式（2-2）n查=（1000x2）/3.14x25=25r/s 根据数控机床的实际情况，取主轴转速n=1500r/min.则实际切削速度为Vc = 78.5r/min当n机=1500r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=fzzn机=0.21025=50mm/s根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为50mm/s（5）计算基本工时L=610 L2=5由公式（2-

29、3）T=(610+5)/50=13s 即机床走刀一次的时间是13s七：钻 缸盖的侧面两个10的深孔（1）刀具选择：根据机械加工常用刀具手册表7-11选用10直柄标准麻花钻。（2）切削用量选择：查机械加工工艺手册得：f=0.31mm/r0.37mm/r,根据所选机床定f=0.35mm/r查机械加工工艺手册取V =1.25m/s由公式（2-2）n =1000 V /3.14x D=10001.25/3.1410=40r/s按机床选取n =2400r/min（3）计算基本工时由公式（2-3）T=(91+11+0)/(0.76322)=0.42min。T1=18 T=18x0.42=7.56八：粗 精

30、铣缸盖的一个端面27、23两个孔上表面1.粗铣缸盖的一个端面27、23两个孔上表面（1）刀具选择根据机械加工常用刀具手册表1-21及铣刀样本手册，选莫氏锥柄立铣刀，直径40mm, ,L=188mm,l=63mm,（2）切削用量 =0.8mm（3）由机械加工工艺手册表2.4-79 =15采用硬质合金材料加工铝合金取=0.10.2mm/r,取=0.2mm/r（4）确定切削速度Vc 由机械加工工艺手册表2.4-90,当取V=6m/s由公式（2-2） n查=（1000x6）/3.14x40=47r/s 根据机床说明书机械加工工艺手册表. 取主轴转速n机=47r/s则实际切削速度为V = 10m/s当n =47r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度V=fm=fzzn机=0.21047=94mm/s（5）计算基本工时 L=645 L2=5由公式（2-3）T=（645+5）/94=7s 即 横向每次走刀是7s.2.精铣缸盖的一个端面27、23两个孔上表面（1）刀具选择根据机械加工常用刀具手册表1-20及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径40mm, ,L=188mm,l=63mm（2）切削用量 =0.2mm（3）由机械加工工艺手册表2.4