發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)加工工藝夾具設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

摘要摘 要發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的心臟，其制造質(zhì)量直接影響著汽車的使用性能。缸體作發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)及各系統(tǒng)的裝配基礎(chǔ)零件，其制造精度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能有著重要的影響。要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能，就必須控制發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中關(guān)鍵零件的加工精度與加工質(zhì)量。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)汽車的需求迅速增長(zhǎng)，如何提高汽車產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，對(duì)汽車行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體是汽車五大部件之一，其生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量直接關(guān)系到汽車的生產(chǎn)效率和性能。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體傳統(tǒng)的提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量的途徑是盡量縮短輔助時(shí)間和采用剛性生產(chǎn)線，這種途徑在今天已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展。因此，在汽車行業(yè)中，如何提高發(fā)動(dòng)機(jī)缸體生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量是一項(xiàng)重要的研究課題。 本論文主要針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)下缸體及加工工藝OP10進(jìn)行了研究，對(duì)本工序設(shè)計(jì)工藝方案進(jìn)行了分析，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體屬于箱體類零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工易變形，因此加工精度要求高，以缸體缸孔壁、曲軸孔等毛坯基準(zhǔn)點(diǎn)為定位基準(zhǔn)，對(duì)缸體進(jìn)行精確定位。由于缸體各個(gè)結(jié)合面面積較大，且有較高的位置精度和粗糙度的要求；缸體的加工部位多、加工要求較高、工藝路線長(zhǎng)、工件輸送較難處理、使生產(chǎn)管理上較繁雜，對(duì)缸體進(jìn)行加工時(shí)采用臥式加工中心進(jìn)行加工，采用臥式數(shù)控加工中心不僅能夠改善加工質(zhì)量而且能夠極大提高加工效率。論文主要對(duì)OP10工序加工中心加工時(shí)刀具進(jìn)行了合理選擇，夾具進(jìn)行了設(shè)計(jì)并對(duì)夾緊力進(jìn)行了計(jì)算。關(guān)鍵詞 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體；定位基準(zhǔn)；加工精度；加工中心IIAbstractAbstract The quality of the engines manufacturing influenced the performance of the car, as the engine is the heart of the motor vehicles. The accuracy of the manufacturing of the engine block has an important relationship with the overall performance, because the engine block is the fundamental part in the system of the engine. We have to control the machining accuracy and machining quality.With the development of our economy and rapidly growing demand for cars in China, how to improve the production efficiency and processing quality of auto parts, is crucial to the development of automobile industry. Engine cylinder block is one of the five major parts, and its production efficiency and processing quality are directly related to production efficiency and performance of the car. The traditional method to improve production efficiency and processing quality is trying to shorten the auxiliary time and adopt the way of a rigid line, which is already out of date in the current production. Therefore, how to improve the efficiency of engine cylinder block production and processing quality is an important research, and the WD615 engine used in heavy vehicles, including all kinds of engineering machinery, buses, power generation equipment, ships and other ideal power of engine, its cylinder processing design has greater significance. In this paper, we focus on the first step of the process and made research on the process. The engine block belongs to the block pieces, which is complicated in structure and easy to be deformed. We could adopt crankshaft bore as the positioning datum to ensure the accuracy. As the junction surface has a big area and a high demand of the accuracy and roughness, including high amount of the machining parts and high demand of the machining and the long routine of the processing, we have to adopt Horizontal machining center to improve the machining quality and efficiency. The task of the paper is mainly about the reasonable choice on the machining tools and calculation on the fixtures.Keyword: Engine cylinder Positioning reference Machining accuracy Machining center目錄目錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)加工工藝概述21.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工工藝流程21.2.2 缸體加工特點(diǎn)21.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀31.3.1 柔性加工的特點(diǎn)31.3.2 高速柔性加工的優(yōu)點(diǎn)41.3.3 高速柔性加工存在的一些缺點(diǎn)41.4 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容51.4.1 定位基準(zhǔn)選擇51.4.2 夾具的設(shè)計(jì)方案選取51.4.3 刀具的選取51.4.4 設(shè)備選取61.4.5 設(shè)備工藝布置設(shè)計(jì)61.5 本次設(shè)計(jì)的目的及要求61.5.1 本次設(shè)計(jì)的目的61.5.2 本次設(shè)計(jì)的要求6第二章 加工設(shè)備的選取82.1 加工中心的基本概念和分類82.1.1 加工中心的基本概念82.1.2 加工中心的分類82.2 加工中心的結(jié)構(gòu)和工作原理82.2.1 加工中心的結(jié)構(gòu)82.2.2 加工中心的工作原理92.3 加工中心工藝特點(diǎn)分析102.4 加工中心的合理選擇10第三章 刀具的選取133.1 刀具的材料要求及特點(diǎn)133.1.1 刀具的材料及其要求133.1.2 加工中心常用道具的特點(diǎn)133.2 加工中心刀具的選用14第四章 定位基準(zhǔn)的選擇164.1 基準(zhǔn)的概念164.2 基準(zhǔn)的分類164.3 基準(zhǔn)的分析174.4 定位基準(zhǔn)的選用17第五章 夾具的設(shè)計(jì)235.1 夾具的概述235.1.1 夾具的功能235.1.2 夾具的分類235.1.3 夾具的組成245.2 定位精度的分析245.3 工件夾緊裝置的要求和選擇245.3.1 工件夾緊裝置的要求245.3.2 夾緊力的確定255.3.3 夾緊裝置動(dòng)力方案選擇255.3.4 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇275.4 切削力和夾緊力的計(jì)算28第六章 全文總結(jié)316.1 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容316.2 進(jìn)一步設(shè)計(jì)和研究31參考文獻(xiàn)32致謝33第一章第一章 緒論1.1 研究背景及意義 汽車工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱性產(chǎn)業(yè)。汽車生產(chǎn)制造水平直接體現(xiàn)國(guó)家汽車工業(yè)發(fā)展程度，是顯示一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)水平的重要標(biāo)志，同時(shí)能夠帶動(dòng)和促進(jìn)其他產(chǎn)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2009 年我國(guó)汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷突破 1300 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)創(chuàng)歷年最高，我國(guó)一躍成為世界第一汽車生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。2010 年我國(guó)汽車工業(yè)延續(xù)了 2009 年的發(fā)展態(tài)勢(shì)，汽車產(chǎn)銷量雙雙超過(guò) 1800 萬(wàn)輛，創(chuàng)全國(guó)歷史新高，再次蟬聯(lián)全球第一，汽車產(chǎn)量占世界汽車總產(chǎn)量的 20以上。雖然我國(guó)已經(jīng)成為世界第一大汽車生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。但是，我國(guó)的汽車工業(yè)仍處于發(fā)展階段，與歐美日等汽車工業(yè)強(qiáng)國(guó)相比，我國(guó)技術(shù)水平還相差很大的距離。目前，我國(guó)汽車制造業(yè)以中外合資為主，其核心技術(shù)一直掌握在歐美日等國(guó)手中，尤其是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)與制造，我國(guó)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)技術(shù)主要來(lái)源于美國(guó)、德國(guó)、意大利、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠商，以中外合資企業(yè)為主，如上海通用、上海大眾、一汽大眾、東風(fēng)雪鐵龍、東風(fēng)日產(chǎn)、長(zhǎng)安福特、北汽福田、廣州豐田、廣州本田、上汽通用五菱等。雖然我國(guó)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)理論及相關(guān)技術(shù)研究方面取得較大的進(jìn)步，但是生產(chǎn)設(shè)備基本靠進(jìn)口，工藝標(biāo)準(zhǔn)依賴國(guó)外企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以合資為主。合資企業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)依然依賴國(guó)外技術(shù)引進(jìn)，從根本上并沒(méi)有形成我國(guó)自主的制造技術(shù)，國(guó)外企業(yè)仍然占據(jù)著技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)地位。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造是我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為了提高我國(guó)汽車制造能力，相關(guān)理論研究和技術(shù)改進(jìn)亟待開展。 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車最主要的組成部分，它的性能好壞直接決定汽車的行駛性能，故有汽車心臟之稱。而發(fā)動(dòng)機(jī)缸體是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)零件，通過(guò)它把發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)以及供油、潤(rùn)滑、冷卻等機(jī)構(gòu)聯(lián)接成一個(gè)整體。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的加工質(zhì)量會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體屬于箱體類零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁薄多孔，加工易變形，因此加工精度要求高。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，加工精度要求高，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的加工要從生產(chǎn)線的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體每道加工工序精度控制對(duì)缸體加工質(zhì)量有著重要的影響，如缸體加工過(guò)程中發(fā)生加工變形，直接影響到缸體的加工精度和加工質(zhì)量，最終影響整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的制造研究極為重要。由以上分析可見，研究?jī)?yōu)化汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)加工工藝對(duì)提高我國(guó)極其重要汽車產(chǎn)業(yè)，能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體制造過(guò)程中的質(zhì)量和精度控制起到指導(dǎo)與幫助作用。本論文主要在缸體加工過(guò)程進(jìn)行定位基準(zhǔn)選擇、刀具選取、夾具的設(shè)計(jì)和夾緊力的計(jì)算，采用合理的夾緊結(jié)構(gòu)極大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)效率和加工精度，為我國(guó)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的發(fā)展有一定的借鑒，同時(shí)有助于我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的形成。1.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)加工工藝概述1.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工工藝流程發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工工藝流程概述主要從缸體表面加工方法、加工工序流程、加工階段劃分方面進(jìn)行概述。 1）缸體表面加工方法缸體表面加工主要包括平面加工和孔系加工，平面加工主要通過(guò)端面銑削來(lái)完成，孔系加工主要通過(guò)鏜削、珩磨、鉆、鉸和攻等加工工藝來(lái)完成。平面主要包括頂面、底面和前后端面，孔系主要包括活塞缸孔、曲軸孔、油孔、水套孔、安裝孔、連接孔和銷孔等。本文主要對(duì)缸體后端面與底面的平面加工進(jìn)行研究，缸體后端面與底面。2）缸體加工工序流程缸體生產(chǎn)線加工工序主要可分為主要型面加工工序組、主要柱孔加工工序組、輔助結(jié)構(gòu)加工工序組及清洗檢測(cè)工序組等。定位方式主要有底面完全定位方式和兩銷完全定位方式等。3）缸體加工階段劃分缸體加工主要?jiǎng)澐譃閮蓚€(gè)階段：粗加工和精加工。從整個(gè)加工工序定位基準(zhǔn)選擇來(lái)看，缸體底面和后端面的加工精度直接影響后續(xù)加工工序的精度。1.2.2 缸體加工特點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)零件中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的箱體類零件，其將缸蓋、油底殼、曲軸等相關(guān)零件連接成一個(gè)整體，使這些零件相互之間保持正確的相對(duì)位置，彼此能夠協(xié)調(diào)工作，其制造精度要求較高，加工工藝復(fù)雜。缸體作為箱體類零件，其加工特點(diǎn)對(duì)加工精度有很大的影響，而加工精度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的使用性能和壽命。因此，要根據(jù)缸體加工特點(diǎn)，來(lái)制定加工工藝規(guī)則和精度控制計(jì)劃。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的加工技術(shù)要求有：主要孔的尺寸公差、形狀公差和表面粗糙度；主要孔與孔、孔與平面的位置公差，孔與孔間的尺寸公差、平行度、同軸度、垂直度以及孔與平面的垂直度等；主要平面的尺寸公差、平面度和表面粗糙度；主要平面與平面的垂直度等。缸體零件的主要加工部位和加工精度的特點(diǎn)是：平面加工主要通過(guò)端面銑削來(lái)完成，缸體各平面壁薄孔多，平面銑削時(shí)在夾緊力和銑削力作用下容易產(chǎn)生變形；孔系加工主要通過(guò)鏜削、珩磨、鉆、鉸和攻等加工工藝來(lái)完成，孔系加工對(duì)于形狀精度和位置精度要求較高；由于缸體各個(gè)結(jié)合面面積較大，且有較高的位置精度和粗糙度的要求；缸體的加工部位多、加工要求較高、工藝路線長(zhǎng)、工件輸送較難處理、使生產(chǎn)管理上較繁雜；缸體各部分尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不可能完全一致，故在加工時(shí)要充分考慮因基準(zhǔn)不重合而造成的誤差。1.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)汽車與國(guó)際先進(jìn)水平相比，還有一定的差距，從而導(dǎo)致了相同的產(chǎn)品不同的價(jià)格，國(guó)產(chǎn)重卡僅及國(guó)外同類產(chǎn)品的三分之一。與國(guó)際先進(jìn)水平相比，目前中國(guó)汽車尚有五年左右的差距。要振興民族重卡，產(chǎn)品品質(zhì)的提升勢(shì)在必行。而這其中最關(guān)鍵的就是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋品質(zhì)的提升，采用性能更好的加工材料，具有足夠的強(qiáng)度，良好的澆鑄性和切削性；采用更優(yōu)化的加工工藝和更先進(jìn)的加工方式是目前我們所應(yīng)用最多的技術(shù)。國(guó)內(nèi)對(duì)汽車的需求迅速增長(zhǎng)，如何提高汽車產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，對(duì)汽車行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體是汽車五大部件之一，其生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量直接關(guān)系到汽車的生產(chǎn)效率和性能。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體傳統(tǒng)的提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量的途徑是盡量縮短輔助時(shí)間和采用剛性生產(chǎn)線，這種途徑在今天已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展。汽車行業(yè)從品種少、數(shù)量多的生產(chǎn)體系向多品種、較大生產(chǎn)量的體系變化著。要滿足這種變化，發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的生產(chǎn)柔性化、高速化是走向之一。與以前采用的剛性加工線相比較現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體多采用柔性加工和高速加工，這些加工方式顯著提高了發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的加工質(zhì)量和加工效率。為我國(guó)汽車制造業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。柔性加工采用數(shù)控加工中心（CNC）進(jìn)行加工，加工精度較高且穩(wěn)定性好，相比傳統(tǒng)加工方式有顯著的優(yōu)勢(shì)。1.3.1 柔性加工的特點(diǎn) 一般來(lái)說(shuō)，柔性加工的工序內(nèi)容要比專機(jī)線加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。用高速加工中心和數(shù)控單元組成的柔性加工線不是按預(yù)先規(guī)定的需求范圍來(lái)建立加工過(guò)程，而是使加工線從組織結(jié)構(gòu)上具有可重用、可重構(gòu)和可擴(kuò)充性方面的能力，加工對(duì)象可在一定范圍內(nèi)變化，甚至可以同時(shí)加工幾種不同的類似零件，可分階段投產(chǎn)達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量。具有以下特點(diǎn)：(1) 重用性構(gòu)成柔性加工線的各種資源在制造環(huán)境發(fā)生變化時(shí)不改變或少量改變即可成為新系統(tǒng)的組成部分。(2) 重構(gòu)性在制造環(huán)境發(fā)生重大變化時(shí)能夠根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)及一定的原則重新選取原有設(shè)備構(gòu)成新的制造系統(tǒng)。(3) 自適應(yīng)性柔性加工線能夠進(jìn)行局部調(diào)整，在線地適應(yīng)加工設(shè)備的故障，增減及加工任務(wù)的一定變化。1.3.2 高速柔性加工的優(yōu)點(diǎn)(1) 隨切削速度提高，進(jìn)給速度也相應(yīng)提高，單位時(shí)間內(nèi)材料切除率(切削速度、進(jìn)給量和切削深度的乘積)增加，切削加工時(shí)間減少，大幅度提高加工效率，降低加工成本。(2) 在高速切削加工范圍，隨切削速度提高，切削力隨之減少，根據(jù)切削速度提高的幅度，切削力平均減少 30%以上，有利于對(duì)剛性較差和薄壁零件的切削加工。(3) 高速切削加工時(shí)，切削以很高的速度排出，帶走大量的切削熱，切削速度提高愈大，帶走的熱量愈多，大致在 90%以上，傳給工件的熱量大幅度減少，有利于減少加工零件的內(nèi)應(yīng)力和熱變形，提高加工精度。(4) 從動(dòng)力學(xué)的角度，高速切削加工過(guò)程中，隨切削速度的提高，切削力降低，而切削力正是切削過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的主要激勵(lì)源；轉(zhuǎn)速的提高，使切削系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)離機(jī)床的低階固有頻率，而工件的加工表面粗糙度對(duì)低階固有頻率最敏感，因此高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度。5）經(jīng)濟(jì)性好加工效率高穩(wěn)定性好。1.3.3 高速柔性加工存在的一些缺點(diǎn)（1）對(duì)機(jī)床要素要求高 機(jī)床要有較高的技術(shù)性、動(dòng)態(tài)性、隨動(dòng)性，精度要求高、剛度要求高和高性能 CNC 控制系統(tǒng)。選用 CNC 系統(tǒng)除了標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)外，還必須具有高速加工所要求的一些專門功能：1) 至少能預(yù)處理 100 個(gè)程序段。2) 通過(guò)位置環(huán)的前饋減少跟蹤誤差。3) 跟蹤誤差要少于 0.5mm/m/min。4) 能根據(jù)被跟蹤的輪廓和加速度參數(shù)控制進(jìn)給。5) 具有最短的程序處理時(shí)間(最大允許時(shí)間為每段 4ms)。（2）對(duì)刀具要素要求高 刀具的材料和夾持安裝都有較高的要求。（3）對(duì)夾具要素的要求高 夾具在系統(tǒng)中往往也是最薄弱的環(huán)節(jié)。如果夾具剛性不足以防止切削過(guò)程中的顫振，即使是剛度和動(dòng)態(tài)性能最好的機(jī)床，裝上了強(qiáng)有力的主軸和合適的刀具，也是無(wú)價(jià)值的。（4）整體加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜對(duì)操作人員要求高。（5）系統(tǒng)投資大回收期長(zhǎng)。1.4 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1.4.1 定位基準(zhǔn)選擇 缸體的缸孔壁厚是否均勻是影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常與否最重要的參數(shù)，因此選擇毛坯定位時(shí)首先考慮的是缸孔壁厚的保證。其次，曲軸孔也是要求極高的重要參數(shù)，因此在選取OP10定位時(shí)使用缸壁及曲軸孔為定位基準(zhǔn)。在OP10加工出缸體左側(cè)面精定位基準(zhǔn)，作為后序的主要加工定位基準(zhǔn)使用。缸體的缸孔、頂面，前后面、油泵安裝面等重要特性與曲軸孔相互關(guān)系極其重要，因此最后兩個(gè)工序選取定位基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)選取曲軸孔為定位基準(zhǔn)。1.4.2 夾具的設(shè)計(jì)方案選取按照選取好的定位基準(zhǔn)進(jìn)行夾具的最終設(shè)計(jì)?？紤]到缸體各個(gè)加工特性非常重要，為保持加工精度以及質(zhì)量一致性。選取液壓夾具。各個(gè)夾具設(shè)計(jì)方案見說(shuō)明。要加工出合格的產(chǎn)品夾具設(shè)計(jì)非常重要，在定位基準(zhǔn)點(diǎn)、孔確定好的前提下，還需要考慮輔助支撐點(diǎn)、夾緊點(diǎn)位置選取，還要結(jié)合工件具體尺寸要求選擇合適大小的夾緊力。這也是選取加工設(shè)備需要考慮的參數(shù)。1.4.3 刀具的選取 發(fā)動(dòng)機(jī)作為制造行業(yè)質(zhì)量要求最高的產(chǎn)品，它對(duì)刀具的要求也是非?？量痰?，需要考慮各種實(shí)際的狀況，僅僅局限在書本知識(shí)上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。按照產(chǎn)品圖紙的要求加工出合格的產(chǎn)品對(duì)刀具知識(shí)的要求是非常廣闊的。刀具選取要綜合考慮被加工件質(zhì)量特性，工件材料，機(jī)床各運(yùn)動(dòng)參數(shù)，節(jié)拍要求，還有如何選取采用干濕切削等等。要加工出合格的缸體成品，在加工中需要使用當(dāng)今世界最昂貴的刀片，需要高精度的復(fù)合刀具，有些刀具是國(guó)內(nèi)刀具廠家的產(chǎn)品都無(wú)法提供的，需要選取世界頂級(jí)刀具制造商提供技術(shù)支持。刀具的加工參數(shù)，也是設(shè)備選取的重要依據(jù)。刀具選取方案參照說(shuō)明。1.4.4 設(shè)備選取依據(jù)產(chǎn)品尺寸參數(shù)、重量參數(shù)以及各加工特性應(yīng)選擇工作臺(tái)為1000mm800mm臥式加工中心。如MAG HPC800臥式加工中心，該機(jī)床各重要參數(shù)如下：工作臺(tái)尺寸：1000800（mm）主軸直徑：100mm移動(dòng)速度：X、Y：80m/min，Z：60m/min精度：定位精度，0.007mm該機(jī)床加工能力滿足缸體加工要求，故可選取該加工中心作為工藝布置設(shè)備。1.4.5 設(shè)備工藝布置設(shè)計(jì) 按照合理的工藝對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理的布置，以使得工件物流順暢，保證物流過(guò)程工件盡量不會(huì)收到磕碰。1.5 本次設(shè)計(jì)的目的及要求1.5.1 本次設(shè)計(jì)的目的 1）進(jìn)一步鞏固并運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。 2）培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能。 3）全面了解并掌握發(fā)汽車柴油動(dòng)機(jī)缸體的加工工藝1.5.2 本次設(shè)計(jì)的要求1）須熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)缸體產(chǎn)品特性，掌握發(fā)動(dòng)機(jī)各重要特性的相互關(guān)系，掌握鑄件定位基準(zhǔn)選擇原理以及精基準(zhǔn)定位選擇原理。2）共分八個(gè)工序完成WD615發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)加工部分的工藝設(shè)計(jì)，達(dá)到缸體的產(chǎn)品圖要求；3)全部工序加工設(shè)備應(yīng)選擇加工中心，按照工件的工藝特性選擇適當(dāng)規(guī)格的加工中心；4）要求完成各工序內(nèi)容合理布置，達(dá)到節(jié)拍平衡，工時(shí)優(yōu)化，節(jié)拍要求10-15min；5）要求完成每個(gè)工序夾具的基本設(shè)計(jì)原理，定位方式選擇合理，按照工序加工完成的工件可以達(dá)到產(chǎn)品圖要求；6）對(duì)每個(gè)工序的加工刀具合理選型。7）工件大致尺寸：970*500*400（mm）7第二章 加工設(shè)備選取第二章 加工設(shè)備的選取2.1 加工中心的基本概念和分類2.1.1 加工中心的基本概念加工中心（Machining Center）簡(jiǎn)稱MC，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的，適用于復(fù)雜零件加工的高效自動(dòng)化機(jī)床。這種機(jī)床可裝若干把刀具，能自動(dòng)更換刀具，在一次裝夾中完成銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、锪、攻螺紋、內(nèi)槽加工等。它用于加工各種箱體類、板類復(fù)雜零件。第一臺(tái)加工中心是1958年由美國(guó)卡尼-特雷克公司首先研制成功的。二十世紀(jì)70年代以來(lái)，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備有多個(gè)可以自動(dòng)更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對(duì)工件同時(shí)進(jìn)行多孔加工。2.1.2 加工中心的分類1. 按工藝用途分類：（1）鏜銑加工中心 （2）車銑加工中心 （3）鉆削加工中心（4）復(fù)合加工中心2.按控制軸數(shù)分類：（1）三軸加工中心 （2）四軸加工中心（3）五軸加工中心3.按主軸與工作臺(tái)相對(duì)位置分類：（1）臥式加工中心 （2）立式加工中心（3）萬(wàn)能加工中心2.2 加工中心的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.1 加工中心的結(jié)構(gòu)加工中心雖然有各種類型，結(jié)構(gòu)各異，但總體上主要由以下四部分構(gòu)成。數(shù)控系統(tǒng) 是加工中心執(zhí)行順序控制和控制加工過(guò)程的中心。伺服系統(tǒng) 是把來(lái)自數(shù)控裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械本體 是加工和中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件，由床身、立柱和工作臺(tái)等大件組成。主軸部件 是切削加工的功率輸出部件，由主軸箱、主軸電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。加工中心結(jié)構(gòu)如圖2-1圖2-1 加工中心結(jié)構(gòu)圖2.2.2 加工中心的工作原理加工中心根據(jù)工件圖樣制定工藝方案，采用手工或計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程，把工件所需的機(jī)床各種動(dòng)作及全部工藝參數(shù)變成機(jī)床數(shù)控裝置能接受的信息代碼，并把這些代碼存儲(chǔ)在信息載體上（穿孔帶、磁盤等）、將信息載體送到輸入裝置，讀出信息并送入數(shù)控裝置。進(jìn)入數(shù)控裝置的信息，經(jīng)過(guò)一系列處理和運(yùn)算轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào)。有的信號(hào)送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，通過(guò)伺服系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換盒和放大，再經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床有關(guān)部件，使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行程序所規(guī)定的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。有的信號(hào)送到可編程序控制器中，用以順序控制機(jī)床的其他輔助動(dòng)作，如實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)更換等。加工中心的工作原理見圖2-2。圖2-2 加工中心原理圖2.3 加工中心工藝特點(diǎn)分析 1.加工中心的工藝特點(diǎn)：（1） 工藝范圍寬，能加工復(fù)雜曲面。（2） 具有高度柔性，便于研制、開發(fā)新產(chǎn)品。（3） 加工精度高，表面質(zhì)量好。（4） 生產(chǎn)效率高（5） 減輕工人體力勞動(dòng)強(qiáng)度（6） 便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造 2.加工中心需要考慮的問(wèn)題(1)粗加工時(shí)，金屬切除量大，工件溫升很快，工件是在熱狀態(tài)下進(jìn)行精加工，因此在工件冷卻后后造成精度下降。(2)有毛坯加工成成品的過(guò)程中，工件不能時(shí)效，內(nèi)應(yīng)力難以消除。(3)多工序集中加工要使用各種各樣刀具，在臥式加工中心上要對(duì)工件四周進(jìn)行加工，在機(jī)床上工件安裝區(qū)域周圍大部分空間都被切削刀具運(yùn)動(dòng)軌跡所占去，而固定工件所需的夾具和壓緊塊安裝空間小。工件的夾具必須能適應(yīng)零件粗加工時(shí)切削力大、高剛度、夾緊力打大的要求，又需適應(yīng)精加工時(shí)定位精度要求高、工件夾緊變形盡可能小的要求。(4)加工中心的機(jī)床精度是按高精度加工要求制定的，若要穩(wěn)定加工出7級(jí)孔，機(jī)床定位精度須達(dá)到0.01mm全長(zhǎng)，主軸振擺、軸向跳動(dòng)須達(dá)到0.0050.01mm以內(nèi)，另一方面，又須使用加工中心銑鑄件黑皮、鉆銷孔距要求0.5mm的連接孔等。(5)多工序集中加工，要及時(shí)處理切屑。在加工過(guò)程中，切屑不斷屑、切屑堆積、切屑纏繞等會(huì)影響加工順利進(jìn)行。(6)工件每個(gè)工序的加工內(nèi)容、切削用量、工藝參數(shù)都可以編織到程序中去，以軟件的形式出現(xiàn)。軟件適應(yīng)性很好，可以及時(shí)修改，這樣給新產(chǎn)品試制，實(shí)行新的工藝流程和試驗(yàn)均提供了方便。2.4 加工中心的合理選擇每一種加工中心都有一定的規(guī)格，一定的功能范圍，也有最佳的適用范圍。臥式加工中心適于加工箱體類零件、泵體、閥體和殼體等。立式加工中心適于加工板類工件，如箱蓋、蓋板、殼體、平面凸輪等。規(guī)格相近的（指工作臺(tái)寬度）臥式加工中心比立式的價(jià)格要高，臥式加工中心比立式的加工工時(shí)也多，因此，完成同樣工藝內(nèi)容，采用立式加工中心要比臥式加工中心經(jīng)濟(jì)。但臥式加工中心的工藝性廣泛，一般一個(gè)機(jī)械加工車間中臥式加工中心與立式加工中心數(shù)量之比大約為2:1。1. 機(jī)床規(guī)格和精度的選擇 機(jī)床規(guī)格選擇 按已定的工件來(lái)選擇機(jī)床的規(guī)格 機(jī)床的主要規(guī)格由：工作臺(tái)尺寸、坐標(biāo)位置、坐標(biāo)行程等。 這里我們要加工的WD615發(fā)動(dòng)機(jī)缸體尺寸大致為：970*500*400（mm）因此，我們依據(jù)產(chǎn)品尺寸參數(shù)、重量參數(shù)以及各加工特性應(yīng)選擇工作臺(tái)為1000mm800mm臥式加工中心。選取機(jī)床工作臺(tái)面稍大于零件尺寸是為了給安裝夾具留出空間。另外工件和夾具的總重量不能大于工作臺(tái)的額定負(fù)載，工件的移動(dòng)軌跡不能與機(jī)床防護(hù)罩干涉，交換刀具時(shí)，不得與工件相碰等。 機(jī)床精度的選擇 機(jī)床精度的選擇包括：機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度、銑圓精度、定位進(jìn)度分析等。 機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度 機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度反映了該軸向格運(yùn)動(dòng)部件的綜合精度，尤其是重復(fù)定位精度，它反映了該軸向在有效行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位穩(wěn)定性，這是衡量該數(shù)控軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標(biāo)。銑圓精度 銑圓精度綜合反映了機(jī)床兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，伺服運(yùn)動(dòng)特性和數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能。 定位進(jìn)度分析 加工中心每個(gè)控制軸的定位精度是指在該軸行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位誤差，在這項(xiàng)誤差反映了伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。任意定位點(diǎn)的誤差均存在隨機(jī)誤差，從整個(gè)行程來(lái)看，定位誤差包絡(luò)線是全行程的精度范圍。2. 自動(dòng)換刀裝置的選擇自動(dòng)換刀裝置是加工中心進(jìn)行多工序集中加工的基本條件。它的任務(wù)是在每個(gè)工序變換前，做好刀具準(zhǔn)備，所以它的工作質(zhì)量與整機(jī)質(zhì)量直接有關(guān)。自動(dòng)換刀裝置的投資占整機(jī)的30%50%。在加工中心使用中，50%的故障都出自自動(dòng)換刀裝置，因此，在選擇自動(dòng)換刀裝置時(shí)，應(yīng)盡量選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好的自動(dòng)換刀裝置。在刀庫(kù)中，刀柄的存儲(chǔ)容量有10-40、60、80、100、120等多種規(guī)格，一些柔性加工單元配有中央刀庫(kù)，可存儲(chǔ)上千把道具。若所選加工中心作為單機(jī)使用，不準(zhǔn)備用于柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)，刀庫(kù)容量不宜選的太大。因?yàn)榇笕萘康稁?kù)成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高，刀柄管理也相應(yīng)復(fù)雜化。一般來(lái)說(shuō)，選用立式加工中心是刀庫(kù)容量20把較合適。選用臥式加工中心時(shí)，刀庫(kù)容量40把較合適。根據(jù)缸體第一加工工序，本次設(shè)計(jì)需要24個(gè)工步，共需24把刀具。因此確定刀庫(kù)容量為40把也是合理的。3. 加工中心可行性分析選購(gòu)加工中心前必須做可行性分析，即一年內(nèi)加工多少工件，有幾種典型零件。對(duì)每個(gè)典型零件進(jìn)行工藝分許，確定工藝路線，制定出準(zhǔn)備在加工中心上加工的內(nèi)容。根據(jù)機(jī)床配置的刀具情況來(lái)確定切削用量，計(jì)算每道工序的切削時(shí)間t1及相應(yīng)的輔助時(shí)間t2，對(duì)大型加工中心每次交換道具時(shí)間約為4-6秒，因此單工序時(shí)間為 t=t1+t2+5s發(fā)動(dòng)機(jī)下缸體機(jī)加工第一工序共有24個(gè)工步共需24把刀具換刀時(shí)大約為120秒，整個(gè)工序所需時(shí)間大約為720秒。一年按300個(gè)工作日、兩班制，一天有效工作時(shí)間為16小時(shí)計(jì)算，即可計(jì)算出該機(jī)床的年生產(chǎn)能力。日生產(chǎn)量：c=16*60*60/720=80件年生產(chǎn)量：C=c*300=24000件因此選用加工中心MAG HPC800臥式加工中心MAG HPC800臥式加工中心，該機(jī)床各重要參數(shù)如下：工作臺(tái)尺寸：1000800（mm）主軸直徑：100mm移動(dòng)速度：X、Y：80m/min，Z：60m/min精度：定位精度，0.007mm刀庫(kù)容量：40把加工中心的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1） X、Y、Z軸均采用雙絲杠傳動(dòng)技術(shù)；（2）采用對(duì)稱的框中框結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)達(dá)到最大的穩(wěn)定性；（3）整體式床身，采用三點(diǎn)式調(diào)平，安裝快捷；（4）可選配高扭矩XT系列或高轉(zhuǎn)速AP系列；36第三章 夾具的選取第三章 刀具的選取3.1 刀具的材料要求及特點(diǎn)3.1.1 刀具的材料及其要求刀具、機(jī)床和工件組成切削加工工藝系統(tǒng)。而刀具又是其中最活躍、最基本的重要因素。因此刀具的好壞直接影響整個(gè)工藝系統(tǒng)的加工性能。因此，刀具材料的選擇對(duì)刀具壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本等的影響很大。刀具切削時(shí)要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動(dòng)等作用?，F(xiàn)代刀具材料一般分為五大類：（1） 高速鋼 （2）硬質(zhì)合金 （3）陶瓷 （4）立方氮化硼 （5）金剛石金屬切削刀具應(yīng)具備的基本要求（1） 高的硬度和耐磨性 刀具常溫硬度必須大于62HRC，而且必須高于工件的硬度30%以上，否則無(wú)法切削。（2） 較高的耐熱性 刀具材料的耐熱性要好，能承受高的切削溫度，具備良好的抗氧化能力。（3） 足夠的強(qiáng)度和韌性 刀具在切削時(shí)，要承受很大的切削力、沖擊力和振動(dòng)。因此，刀具材料應(yīng)具備較高的強(qiáng)度和韌性，以便承受切削力、沖擊和振動(dòng)，防止刀具脆性斷裂和崩刃。（4） 良好的工藝性 為了便于壓制成型、機(jī)械加工、鍛造、焊接、熱處理、，要求刀具材料具有可加工性。3.1.2 加工中心常用道具的特點(diǎn)目前，國(guó)內(nèi)外用于數(shù)控加工的刀具材料的主要有金剛石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂層刀具、硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具等。它們各有優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)不同的工件材料和不同的切削速度范圍。（1）金剛石刀具：1.極高的硬度和耐磨性。2.各向異性。3.具有很低的摩擦系數(shù)。4.切削刃非常鋒利。5.具有很高的導(dǎo)熱性能。6.具有較低的熱膨脹系數(shù)。（2）立方氮化硼刀具：1.高的硬度和耐磨性。2.具有很高的熱穩(wěn)定性。3.優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。4.具有較好的熱導(dǎo)性。5.具有較低的摩擦系數(shù)。（3）陶瓷刀具：1.硬度高，耐磨性能好。2.耐高溫、耐熱性好。3.化學(xué)穩(wěn)定性好。4.摩擦系數(shù)低。5.原料豐富。（4）涂層刀具：1.力學(xué)和切削性能好。2.通用性強(qiáng)。3.刀具壽命與涂層厚度有關(guān)。4.刀片重磨性差，刀具成本較高。5.涂層材料決定涂層性能。（5）硬質(zhì)合金刀具：1.高硬度。2.抗彎強(qiáng)度高，韌性強(qiáng)。3.導(dǎo)熱系數(shù)隨TiC含量的增加而下降。4.熱膨脹系數(shù)比高速鋼小得多。5.抗冷焊性強(qiáng)。3.2 加工中心刀具的選用 加工中心刀具的選用要參照所加工的工件材料、工序內(nèi)容、切削速度、進(jìn)給量、切削深度選用合適刀具。 加工中心刀具： （1）銑削類刀具 由于加工中心主要用于復(fù)雜曲面的銑削，所以銑刀的選擇是非常重要的。銑刀的種類繁多，功能也不盡相同。平面銑刀（盤銑刀）適合于大面積的平面類零件的加工；面銑刀（圓柱銑刀、立銑刀）既適合于平面加工，也可以加工側(cè)面，即它除用其端刃銑削外，還用于其側(cè)刃銑削。球頭銑刀和成型刀具適合于曲面類零件的加工。特殊銑刀如專用成型銑刀適用于特殊形狀的孔和臺(tái)。鼓型銑刀，主要用于對(duì)變斜角類零件中變斜角面的近似加工。由于缸體平面面積較大，因此銑削時(shí)選用平面銑刀。（2）孔加工類刀具 在加工中心上可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔和鏜孔，其刀具分被稱為淺孔鉆、擴(kuò)孔鉆（粗鏜刀）、精鏜刀。淺孔鉆用于實(shí)體工件上打孔，一般加工的長(zhǎng)徑比在4：1以內(nèi)。這種鉆頭的剛性很好，可保證鉆孔的精度，有易于排屑的容屑槽，其加工效率很高。擴(kuò)孔鉆（粗鏜刀）用于對(duì)鑄造孔和預(yù)加工孔的加工，由于刀體上的容屑空間可以通暢的排屑，因此可以擴(kuò)不通孔，有些擴(kuò)孔刀的直徑還可以進(jìn)行調(diào)整，可滿足一定范圍內(nèi)不同孔徑的要求。精鏜刀用于孔的精加工，加工中心用的精鏜刀通常采用模塊式結(jié)構(gòu)，通過(guò)高精度的調(diào)整裝置調(diào)節(jié)鏜刀的徑向尺寸，可加工出高精度的孔。另外，精鏜刀還采用平衡塊調(diào)整其動(dòng)平衡，以減少振動(dòng)，從而保證孔的表面粗糙度和尺寸精度。 本次設(shè)計(jì)需要鏜孔和鉆孔，因此淺鉆孔刀具，粗鏜刀，精鏜刀都要選擇。（3）刀柄的選用 刀柄的選樣是非常重要的它直接影響機(jī)床的開動(dòng)率和成套設(shè)備投資的大小。加工中心要投入使用，只有數(shù)百套刀柄一般很難滿足生產(chǎn)要求，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須注意刀柄的選用并考慮此項(xiàng)投資。選用模塊式刀柄和復(fù)合刀柄時(shí)，需要綜合考慮各種因素。模塊式刀柄主要是經(jīng)濟(jì)，方便，簡(jiǎn)單具有較大的靈活性。例如鏜碗形塞孔，配一把普通鏜刀桿需要400元左右，而一個(gè)鏜刀頭按現(xiàn)有的價(jià)格已達(dá)到1000元左右，加工中心刀庫(kù)容量是40把，需要配置一百套普通刀柄才能滿足使用要求。若采用模塊式刀柄，就只需要配40個(gè)柄部、60個(gè)左右接桿，70到80個(gè)頭部便可滿足要求，因此，選用模塊式刀柄是非常經(jīng)濟(jì)方便的。對(duì)批量較大又反復(fù)生產(chǎn)的典型工件，應(yīng)考慮采用復(fù)合刀具。雖然復(fù)合刀具價(jià)格高（訂購(gòu)一把三到五個(gè)刀頭的復(fù)合刀柄要2000元左右），但采用復(fù)合刀具后使多道工序用一把刀完成，大大節(jié)省了機(jī)加工工時(shí)，若每個(gè)工件的加工時(shí)間節(jié)省5-10 min，工件批量為日120件，則可節(jié)省機(jī)加工時(shí)間為10-20個(gè)小時(shí)。這樣也會(huì)具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于缸體屬于批量且又是反復(fù)生產(chǎn)的典型工件，我們選擇復(fù)合刀具。另外一些特殊道具，例如增速頭刀柄可以安裝一些小孔加工刀具，轉(zhuǎn)速可提高37倍。多軸動(dòng)頭刀具可同時(shí)加工若干小孔。（4）材料的選擇 加工的缸體材料為灰鐵250，硬度大約在HBS 180240之間，換算成HRA大約為69.676.9之間。根據(jù)3.1所介紹的各類刀具特點(diǎn)，在這里選用硬質(zhì)合金刀具。根據(jù)缸體硬度，選擇（氮化（）鎢基硬質(zhì)合金，刀頭選擇鎢鈷類（YG）。硬度為HRA 8991.5，抗彎強(qiáng)度為11001500 MPa。對(duì)于本論文設(shè)計(jì)的加工發(fā)動(dòng)機(jī)下缸體的OP10工序來(lái)說(shuō)選用的刀具如下表3-1表3-1第四章 定位基準(zhǔn)的選擇第四章 定位基準(zhǔn)的選擇4.1 基準(zhǔn)的概念基準(zhǔn)選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；鶞?zhǔn)選擇的正確與合理，可以 使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高，否則，加工工藝規(guī)程中會(huì)問(wèn)題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。 (1) 粗基準(zhǔn)的選擇 對(duì)于一般的缸體類零件而言，以缸體孔作為粗基準(zhǔn)是完全合理的，按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則（即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工表面作為粗基準(zhǔn)；若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí)，則可能與加工表面要求相對(duì)應(yīng)位置精度較高的不加工表面作為粗基準(zhǔn)），以缸體孔為粗基準(zhǔn)可以保證重要加工表面加工余量均勻。 (2) 精基準(zhǔn)的選擇 主要考慮基準(zhǔn)重合的問(wèn)題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。在缸體類零件的加工過(guò)程中設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)是重合的，以缸體止口作為精基準(zhǔn)，這樣可以保證后道工序面、孔加工余量一致，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)精度都會(huì)逐漸得到提高。同時(shí)也為下面即將進(jìn)行的夾具設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)，保證夾具設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。4.2 基準(zhǔn)的分類 基準(zhǔn)是指確定零件上某些點(diǎn)，線，面位置時(shí)所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面，或者說(shuō)是用來(lái)確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。按其作用的不同，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是指零件設(shè)計(jì)圖上用來(lái)確定其他點(diǎn)，線，面位置關(guān)系所采用的基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)是指在加工或裝配過(guò)程中所使用的基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)根據(jù)其使用場(chǎng)合的不同，又可分為工序基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)，測(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)四種。 (1) 工序基準(zhǔn) 在工序圖上，用來(lái)確定本工序所加工表面加工后的尺寸，形狀，位置的基準(zhǔn)，及工序圖上的基準(zhǔn)。 (2) 定位基準(zhǔn) 在加工時(shí)用作定位點(diǎn)基準(zhǔn)。 它是工件上與夾具定位元件直接接觸的點(diǎn)，線，面。 (3) 測(cè)量基準(zhǔn) 在測(cè)量零件已加工表面的尺寸和位置時(shí)所采用的基準(zhǔn)。 (4) 裝配基準(zhǔn) 裝配時(shí)用來(lái)確定零部件在產(chǎn)品中的相對(duì)位置時(shí)所采用的基準(zhǔn)。4.3 基準(zhǔn)的分析分析基準(zhǔn)時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)： （1) 基準(zhǔn)是制訂工藝的依據(jù)，必須是客觀存在的。當(dāng)作為基準(zhǔn)的是輪廓要素，如平面，圓柱面等時(shí)，容易直接接觸到，也比較直觀。但是有些作為基準(zhǔn)的是中心要素，如圓心，球心，對(duì)稱軸線等時(shí)，則無(wú)法觸及，然而它們卻也是客觀存在的。 (2) 當(dāng)作為基準(zhǔn)的要素?zé)o法觸及時(shí)，通常由某些具體的表面來(lái)體現(xiàn)，這些表面稱為基面。如軸的定位則可以外圓柱面為定位基面，這類定位基準(zhǔn)的選擇則轉(zhuǎn)化為恰當(dāng)?shù)剡x擇定位基面的問(wèn)題。 (3) 作為基準(zhǔn)，可以是沒(méi)有面積的點(diǎn)，線以及面積極小的面。但是工件上代表這種基準(zhǔn)的基面總是有一定接觸面。 (4) 表示尺寸關(guān)系的基準(zhǔn)問(wèn)題如上所述，而表示位置精度的基準(zhǔn)關(guān)系也是如此。4.4 定位基準(zhǔn)的選用選擇定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)符合兩點(diǎn)要求： 1、各加工表面應(yīng)有足夠的加工余量，非加工表面的尺寸，位置符合設(shè)計(jì)要求。 2、定位基準(zhǔn)應(yīng)有足夠大的接觸面積和分布面積，以保證能承受打打切削力，保證定位穩(wěn)定可靠。 在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，通常是保證加工精度要求出發(fā)的，因而分析定位基準(zhǔn)選擇的順序應(yīng)從精基準(zhǔn)到粗基準(zhǔn)。（1) 精基準(zhǔn)的選擇 此時(shí)主要考慮基準(zhǔn)重合問(wèn)題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)進(jìn)行尺寸計(jì)算，此處不再重復(fù)。考慮到精基準(zhǔn)的選取原則，已加工表面是必須的條件。由于在加工時(shí)基準(zhǔn)是隨工序不斷變換的，因此選取精基準(zhǔn)時(shí)必須根據(jù)以加工面來(lái)確定。 （2) 粗基準(zhǔn)的選擇 (1) 為了保證重要加工表面加工余量均勻，應(yīng)選擇重要加工表面作為粗基準(zhǔn)。(2) 為了保證非加工表面與加工表面之間的相對(duì)位置精度要求， 應(yīng)選擇非加工表面作為粗基準(zhǔn)；如果零件上同時(shí)具有多個(gè)加工面時(shí)，應(yīng)選擇與加工面位置精度要求最高的非加工表面作為粗基準(zhǔn)。 (3) 有多個(gè)表面需要一次加工時(shí)，應(yīng)選擇精度要求最高，或者加工余量最小 的表面作為粗基準(zhǔn)。(4) 粗基準(zhǔn)在同一尺寸方向上通常只允許使用一次。 (5) 選作粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整光潔，有一定面積，應(yīng)保證定位穩(wěn)定，夾緊可靠 。本論文著重分析一下發(fā)動(dòng)機(jī)下缸體OP10加工工序的定位基準(zhǔn)選擇，本工序由于是第一道工序，所以對(duì)定位基準(zhǔn)的選擇尤為重要，要充分考慮到后續(xù)工序加工基準(zhǔn)的選定，因此，要從整體定位，選擇一個(gè)合適基點(diǎn)作為加工定位的坐標(biāo)中心，并以此坐標(biāo)中心作為基準(zhǔn)中心進(jìn)行加工。缸體的缸孔壁厚是否均勻是影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常與否最重要的參數(shù)，因此選擇毛坯定位時(shí)首先考慮的是缸孔壁厚的保證。其次，曲軸孔也是要求極高的重要參數(shù)，因此在選取OP10定位時(shí)使用缸壁及曲軸孔為定位基準(zhǔn)。在OP10加工出缸體左側(cè)面精定位基準(zhǔn)，作為后序的主要加工定位基準(zhǔn)使用。OP10工序加工的工步內(nèi)容如下表4-1 表4-1 首先選定定位空439作為基準(zhǔn)坐標(biāo)中心建立X/Y/Z基準(zhǔn)坐標(biāo)系如圖4-1，這樣就可以通過(guò)一個(gè)加工定位軟件定位出每一個(gè)加工部位的坐標(biāo)值如圖4-2 400，500,600三個(gè)面加工孔坐標(biāo)位置，各面坐標(biāo)值如表4-2。進(jìn)行工件加工時(shí)必須保證工件牢固不可移動(dòng)，必須限制好工件的各個(gè)方向自由度如圖4-3采用兩組球形定位部件限制工件的兩個(gè)方向的自由度，即上下方向和左右反轉(zhuǎn)方向。通過(guò)液壓夾緊部件和止推裝置限制了其它方向自由度，完成工件定位。圖4-1 定位坐標(biāo)圖 圖 4-2 缸體端面圖4-3 夾具定位圖表4-2第五章 夾具的設(shè)計(jì)第五章 夾具的設(shè)計(jì)5.1 夾具的概述 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造的切削加工、熱處理、裝配、焊接、和檢測(cè)等工藝過(guò)程。5.1.1 夾具的功能 1.機(jī)床夾具的主要功能是裝夾工件，使工件在夾具中定位和夾緊 （1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過(guò)程。定位是通過(guò)工件定位基準(zhǔn)面與夾具定位元件的定位面接觸或配合實(shí)現(xiàn)的，正確的定位可以保證工件加工面的尺寸和位置精度要求。 （2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過(guò)程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時(shí)，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會(huì)松動(dòng)、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。2.機(jī)床夾具的特殊功能 （1）對(duì)刀 調(diào)整刀具切削刃相對(duì)工件或夾具的正確位置。 （2）導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板和鉆套能迅速確定鉆頭的位置并引導(dǎo)其進(jìn)行鉆削。5.1.2 夾具的分類夾具的通用特性是夾具分類的主要依據(jù)，目前我國(guó)常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動(dòng)生產(chǎn)夾具五大類。（1）通用夾具 通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、無(wú)需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用以裝夾不同工件的夾具。如三爪自定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤、機(jī)用平口虎鉗和萬(wàn)能分度頭等。這類夾具主要用于單件小批量生產(chǎn)。（2）專用夾具 指專為某一工件的某一加工工序而設(shè)計(jì)制造的夾具。其結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，主要用于固定產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。（3）可調(diào)夾具 包括通用可調(diào)夾具和成組夾具，它們都是通過(guò)調(diào)整或更少元件就能加工一定能夠范圍內(nèi)的工件，兼有通用夾具和專用夾具的優(yōu)點(diǎn)。通用可調(diào)夾具適用范圍較寬，加工對(duì)象并不十分明確；成組夾具是根據(jù)成組工藝要求，針對(duì)一組形狀及尺寸相似、加工工藝相近的工件加工而設(shè)計(jì)的，其加工對(duì)象和范圍很明確，又稱專用可調(diào)夾具。（4）組合夾具 是指按一定的工藝要求由一套預(yù)先制造好通用標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組裝而成的夾具。適用于數(shù)控加工、新產(chǎn)品的試制和中、小批量的生產(chǎn)。（5）自動(dòng)化生產(chǎn)用夾具 自動(dòng)化生產(chǎn)用夾具主要分為自動(dòng)化夾具和數(shù)控機(jī)機(jī)床用夾具兩大類。5.1.3 夾具的組成雖然各類機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)有所不同，但各類夾具的基本組成卻類似，機(jī)床夾具一般由以下基本組成部分。（1）定位元件 定位元件是夾具的主要功能元件之一，用于確定工件在夾具中的正確位置。定位元件的定位精度直接影響工件的加工精度。（2）夾緊裝置 夾緊裝置也是夾具的主要功能元件之一，夾緊裝置用于保持工件在夾具中的既定位置，保證定位可靠，使其在外力作用下不致產(chǎn)生移動(dòng)，包括夾緊元件、傳動(dòng)裝置及動(dòng)力裝置等。（3）夾具體 夾具體是夾具的基本骨架，通過(guò)它將夾具的所有元件構(gòu)成一個(gè)整體。（4）其他組成部分 如連接元件、對(duì)刀與導(dǎo)向裝置等。5.2 定位精度的分析1.定位誤差的概念定位誤差是工件在夾具或機(jī)床上定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。2. 定位誤差的來(lái)源（1）由于工件的定位表面或夾具上的定位元件制作不準(zhǔn)確引起定位誤差，成為基準(zhǔn)位置誤差。（2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。3.計(jì)算定位誤差常用方法：幾何方法和微分方法。5.3 工件夾緊裝置的要求和選擇5.3.1 工件夾緊裝置的要求 夾緊裝置是夾具的重要組成部分，它用來(lái)保持工件定位時(shí)所確定的正確加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生移位和振動(dòng)。在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)注意滿足一下要求：（1）在夾緊過(guò)程中應(yīng)能保持工件定位時(shí)所獲的的正確位置。（2）夾緊力大小適當(dāng)。夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)能保證在加工過(guò)程中工件不產(chǎn)生松動(dòng)或者振動(dòng)，同時(shí)又要避免工件產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)淖冃魏捅砻鎿p傷。夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)有自鎖作用。（3）夾緊裝置應(yīng)操作方便、省力、安全。（4）夾緊裝置的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該力求簡(jiǎn)單、緊湊，并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。5.3.2 夾緊力的確定1.夾緊力的方向（1）夾緊力的方向應(yīng)有利于工件的準(zhǔn)確定位，而不能破壞定位。（2）夾緊力作用方向應(yīng)盡量與工件剛度大的方向一致，以減小工件夾緊變形。（3）夾緊力方向應(yīng)盡量與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力。2.夾緊力作用點(diǎn)的選擇（1）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)正對(duì)支承元件或位于支承元件所形成的支撐面內(nèi)，以保證工件已獲得的定位不變。（2）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)處于工件剛性較好的部位，以減小工件夾緊變形，保證加工精度。（3）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，以減小切削力對(duì)工件造成的翻轉(zhuǎn)力矩。3.夾緊力的大小估算方法估算夾緊力的一般方法是將工件市委分離體，并分析作用在工件上的各種力，再根據(jù)力系平衡條件，確定保持工件平衡所需最小夾緊力，最后將最小夾緊力乘以以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，即得到所需夾緊力。5.3.3 夾緊裝置動(dòng)力方案選擇 一般夾緊裝置的動(dòng)力提供裝置有氣壓動(dòng)力、液壓動(dòng)力、電動(dòng)、氣液聯(lián)動(dòng)裝置。 現(xiàn)代高效率的夾具，大多數(shù)都是采用機(jī)動(dòng)夾緊方式。因此，對(duì)其夾緊力源選擇也有了較高的要求，主要有一下幾種：氣壓動(dòng)力夾緊裝置氣壓動(dòng)力裝置：是通過(guò)壓縮空氣的方式來(lái)提供動(dòng)力。氣動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)（1）工作介質(zhì)獲取容易.工作介質(zhì)為空氣，能夠在大氣中獲取.同時(shí)用過(guò)的空氣能夠直接排放到大氣中去，處置便當(dāng)。而且能夠應(yīng)用空氣的可緊縮性貯存能量，集中供氣。 （2）輸出力和速度調(diào)理容易。氣缸動(dòng)作速度普通為50-500mm/s，工作壓力0.4-0.6MPa 。（3）氣動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、維修便當(dāng)，管路不易梗塞，也不存在介質(zhì)蛻變、補(bǔ)充改換等問(wèn)題 。（4）壓縮空氣具有粘度小、不污染，傳送分配方便。氣動(dòng)裝置缺點(diǎn)（1）由于空氣具有可樂(lè)縮性.因而傳送運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性差. （2）系統(tǒng)工作壓力低(0.4-0.8MPa)又因構(gòu)造尺寸不易過(guò)大，因而氣缸的愉出推力不可能很大。 （3）排氣聲音大，需加消聲器。 （4）氣壓傳動(dòng)的傳送效率還比擬低。液壓動(dòng)力夾緊裝置液壓動(dòng)力裝置：是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件做功 。 液壓裝置優(yōu)點(diǎn)（1）易于完成無(wú)級(jí)調(diào)速。經(jīng)過(guò)調(diào)理流量就能夠完成無(wú)級(jí)調(diào)速，而且磁翻板液位計(jì)調(diào)速范圍大，最大可達(dá)2000:1，容易取得