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發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
學(xué) 生：周文濤
指導(dǎo)老師：陳志亮
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128)
摘? 要：本課題概要的介紹發(fā)動(dòng)機(jī)在國內(nèi)外現(xiàn)狀，從而提出發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體加工工藝研究的重要性。對影響機(jī)體機(jī)械加工質(zhì)量的因素和主要對策的分析、研究，關(guān)鍵工序的加工進(jìn)行分析，選擇合適的刀具，選擇合理定位基準(zhǔn)和可靠定位基準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)可靠的夾緊來保證其加工質(zhì)量和加工精度，提出相應(yīng)的對策提高發(fā)動(dòng)機(jī)的良品率和滿足客戶的要求。同時(shí)粗銑頂?shù)酌妗⒕M缸套孔專用夾具和一套工藝規(guī)程的合理設(shè)計(jì)更使得加工工藝有所創(chuàng)新。
關(guān)鍵詞： 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)； 加工工藝；夾具； 因素；
The Design of Engine Block Processing Technology and Jig
Student: Zhou Wentao
Tutor: Chen Zhiliang
(College of engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract:Brief introduction of this topic at home and abroad and the development trend of machinery manufacturing industry, and then puts forward the engine block the importance of processing technology research. The influence of mechanical processing factors on the quality of the main countermeasures and analysis, research, the key working procedure of processing analysis, choose proper tool, select the reasonable positioning base and reliable position datum and the design of clamping reliable to ensure the process quality and machining precision, and put forward the corresponding countermeasures to improve the engine's rate and meet the demand of the customers. At the same time the bottom and fine rough milling boring cylinder liner hole special jig and a set of technical process the reasonable design of more make processing technology has innovation.
Keywords:Engine Block; Processing technology; Jig; Factors
1 前言
1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)在國內(nèi)外現(xiàn)狀
發(fā)動(dòng)機(jī)，又稱為引擎，是一種能夠把一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種更有用的能的機(jī)器，通常是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。它既適用于動(dòng)力發(fā)生裝置，也可指包括動(dòng)力裝置的整個(gè)機(jī)器。發(fā)動(dòng)機(jī)是機(jī)器的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展很大程度上決定著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。近年來，隨著中國機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，縮短了與國際先進(jìn)水平的差距。世界上生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)部件的幾大制造商都在積極地開發(fā)和生產(chǎn)低排量的發(fā)動(dòng)機(jī)。伴隨著機(jī)器產(chǎn)銷量的不斷增長從而帶來了世界石油資源日趨枯竭的壓力, 面對機(jī)器急劇增長對環(huán)境的影響, 世界機(jī)械界不停地在尋找實(shí)現(xiàn)機(jī)器工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的解決方法，對發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)保，能源諸方面的技術(shù)加以改進(jìn)。柴油機(jī)的性能特點(diǎn)：1.好的燃油經(jīng)濟(jì)性。2.有能量密度高,燃油消耗率低,這對節(jié)約能源和提高經(jīng)濟(jì)效益都很重要。3.結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,零部件材料和工藝要求較高,制造成本較高與汽油機(jī)相比質(zhì)量較大。
1.2 論文背景及主要任務(wù)
本課題中加工零件為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，它是發(fā)動(dòng)機(jī)的主體，是安裝其他零部件和附件的支承骨架，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有較高的精度要求，因此，在機(jī)械制造加工工藝中具有一定的代表性，本課題來源于生產(chǎn)實(shí)際現(xiàn)場，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
由于現(xiàn)在機(jī)械工業(yè)的迅猛發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的需求量和發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)含量的一步步提高，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的生產(chǎn)成本的控制有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的成本控制，所以研究發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是非常必要的。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的生產(chǎn)綱領(lǐng)是成批大量生產(chǎn)，此類生產(chǎn)類型要求有細(xì)致和嚴(yán)密的組織工作，因此要求有比較詳細(xì)的機(jī)械加工工藝規(guī)程和合理的專用夾具。機(jī)械加工工藝規(guī)程的合理編制有利于降底生產(chǎn)成本，使充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，做到少花錢，多辦事；還可以減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)安全，創(chuàng)造良好、文明的勞動(dòng)條件。
發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的加工精度要求很高，所以要加工過程中需要專用的夾具來保證加工精度。機(jī)床夾具的首要任務(wù)就是保證加工精度，特別是保證被加工工件的加工面和定位面之間及被加工表面相互之間的位置精度。它還能提高加工效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。因此，機(jī)床夾具在機(jī)械制造中占有重要地位。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體加工工藝規(guī)程的編制、粗銑機(jī)體上下表面夾具和精鏜缸套孔專用夾具的設(shè)計(jì)、及對影響發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體加工的典型工序的加工質(zhì)量的因素及主要對策加以分析和研究。運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步研究了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的構(gòu)造以及有值得改進(jìn)的地方。這有利于對所學(xué)知識的鞏固和知識面的擴(kuò)展,通過畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高調(diào)查研究、設(shè)計(jì)計(jì)算、理論分析、查閱資料及繪制圖樣等各方面的基本技能。本課題來源于實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場，根據(jù)《湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書》中所規(guī)定的內(nèi)容，本次設(shè)計(jì)包括三個(gè)主要內(nèi)容。一是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的加工工藝規(guī)程編制。制定一套合理的工藝規(guī)程，有利于在生產(chǎn)過程中作到優(yōu)質(zhì)、高效、底消耗、安全生產(chǎn)和改善勞動(dòng)條件，使得機(jī)械加工循序漸進(jìn)的進(jìn)行。其主要內(nèi)容包括：研究零件圖分析其合理性，在得到允許的情況下改正其中的不足之處，分析零件的工藝性、零件毛坯圖、工序路線、加工余量的確定。主要工序的定位方案、定位誤差分析、主要工序的單件機(jī)動(dòng)工時(shí)計(jì)算等。再根據(jù)以上內(nèi)容，查閱相關(guān)資料，確定合適的加工設(shè)備及主要參數(shù)和規(guī)格。其次是粗銑機(jī)體上下表面夾具和精鏜汽缸孔夾具的設(shè)計(jì)。經(jīng)過多種方案對比選擇，確定更為合理的定位方式、夾緊方式、刀具的對刀引導(dǎo)方式、夾具整體結(jié)構(gòu)和夾緊力。再次是對影響發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體加工的典型工序的加工質(zhì)量的因素及主要對策加以分析和研究。使得所設(shè)計(jì)的夾具結(jié)構(gòu)簡單、定位精確、夾緊可靠。完全符合零件圖紙加工要求。然后繪制夾具總裝圖，最后整理設(shè)計(jì)完成設(shè)計(jì)過程。
2 設(shè)計(jì)分析
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的加工工藝規(guī)程的編制，粗銑頂?shù)酌鎶A具設(shè)計(jì)、精鏜缸套孔夾具設(shè)計(jì)，對影響發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體加工的典型工序的加工質(zhì)量的因素及主要對策加以分析和研究。加工工藝規(guī)程的制訂要符合生產(chǎn)情況，生產(chǎn)綱領(lǐng)為成批大量生產(chǎn)。夾具的設(shè)計(jì)要滿足加工技術(shù)要求，操作方便、安全。
2.2 工藝規(guī)程的制定
機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件[2]。 規(guī)模的大小、工藝水平的高底以及解決各種工藝題的方法和手段都是要通過機(jī)械加工工藝規(guī)程來體現(xiàn)。因此，機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要又嚴(yán)肅的工作。它要求設(shè)計(jì)者必須具備豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和廣博的機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)理論知識。
機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程是指從原材料到該機(jī)械產(chǎn)品出廠的全部勞動(dòng)過程。它既包括：毛坯的制造、機(jī)械加工、熱處理、裝配、檢驗(yàn)、油漆等主要?jiǎng)趧?dòng)過程，還包括：包裝、儲存和運(yùn)輸?shù)容o助勞動(dòng)過程。
2.3 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析
所謂零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指在滿足使用要求的前提下制造該零件的可行性和經(jīng)濟(jì)性[1]。功能相同有零件，其結(jié)構(gòu)工藝性可以有很大的差異。所謂結(jié)構(gòu)工藝性好，是指在現(xiàn)有工藝條件下既能方便制造，又有較低的制造成本。
發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體從立體來說有4組加工面：
（1）機(jī)體上下面 機(jī)體上下面有較高的平面度要求，對主軸孔有較高的平行度要求，除此之外，還有一些孔的加工。
（2）機(jī)體前后面 機(jī)體前后面有凸輪軸孔、主軸孔、兩通孔以及一些螺紋孔，還有一調(diào)速器安裝面。
（3）機(jī)體兩側(cè)面 機(jī)體兩側(cè)面有兩水管安裝面、兩窗口面、油泵平面、油泵孔以及一些螺紋孔。
（4）缸套孔 缸套孔的中心線對主軸孔的中心線有較高的垂直度要求。
2.3.1 零件圖的分析
在進(jìn)行工藝規(guī)程制定之前，要仔細(xì)研究所加工零件的零件圖和充分了解此零件所用的場合。這樣才能合理的設(shè)計(jì)工藝規(guī)程，因?yàn)榱慵D是工程設(shè)計(jì)人員與機(jī)械加工人員進(jìn)行交流的一種技術(shù)性文件，它被稱為工程語言[3]。由已知的零件圖，機(jī)械設(shè)計(jì)人員可以制定出相應(yīng)的工藝規(guī)程，有利于零件的后續(xù)加工。在分析零件圖時(shí)應(yīng)注意的問題有：檢查零件圖的完整性和正確性。零件示意圖如下圖所示：
圖1 零件示意圖
Fig.1 schematic of body
圖1 零件示意圖
Fig1 Schematic of body
2.3.2 結(jié)構(gòu)工藝性分析
由發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體零件圖可以看出，此零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并根據(jù)零件的用途，故選用牌號為HT20-40的鑄鐵為零件的毛坯材料，并采用鑄件，這樣有利于提高零件制造精度和減振性[4]。
在機(jī)械加工過程中，因?yàn)榧夹g(shù)要求都較高，所以在滿足各種性能指標(biāo)下，也應(yīng)該兼顧加工的經(jīng)濟(jì)性。其主要面加工方法如下：
（1）機(jī)體上下面 上表面的平面度為0.05，與主軸孔中心線的平行度為0.10；下表面的平面度為0.2。用雙面銑進(jìn)行加工。
（2）機(jī)體前后面 兩表面的平面度為0.06，與主軸孔中心線的平行度為100：0.05，也用臥式雙面銑進(jìn)行加工。
（3）機(jī)體兩側(cè)面 兩側(cè)面有五個(gè)不同的面，其中加工要求較高的是油泵平面，要求與缸套孔中心線的平行度為0.25，用五頭銑同時(shí)加工。
（4）缸套孔 缸套孔有許多的精度要求，在這里采用粗鏜，半精鏜，精鏜對它進(jìn)行加工，以滿足精度要求。
除上述主要尺寸外，還有一些重要的尺寸精度要求比較高，在制定工藝過程中還要考慮它們的形位公差等。這些尺寸有：
主軸孔前后孔的同軸度為Φ0.015；
前軸承座孔圓柱度為0.012，其端面與主軸中心線的垂直度為100：0.06；
頂面各螺紋孔中心線與頂面的垂直度為100：Φ0.2；
前端面內(nèi)凹面凸輪軸孔上面的兩孔的凸臺表面與前端面平行度為100：0.1；
綜上所述，零件的結(jié)構(gòu)工藝性要求較高，制造精度較高。
3 零件毛坯
3.1 零件毛坯材料的選擇
發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體是發(fā)動(dòng)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，是安裝其他零部件和附件支撐骨架，承受極為復(fù)雜的載荷；該零件的工作條件惡劣，要求有足夠的剛度和強(qiáng)度，需要具有好的機(jī)械性能。故在材料選擇上采用牌號為HT20-40的灰鑄鐵作為零件的材料。由《機(jī)械加工工藝手冊》表1-9查得HT20-40具中等強(qiáng)度，耐磨性和耐熱性，良好的減振性，較好的鑄造性，用于制造負(fù)荷中等，受磨損的零件和大尺寸零件，如汽缸，齒輪，活塞等[5]。
3.2 零件毛坯的種類選擇
由于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體形狀復(fù)雜，由《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊》表2-35各種鑄造方法的經(jīng)濟(jì)特性，在大批生產(chǎn)的情況下，所以毛坯為鑄造件[3]。這樣有利于零件的大批量生產(chǎn)，并且坯件精度高，可以大量減少后繼工序加工費(fèi)用，提高生產(chǎn)效率、降底生產(chǎn)成本。鑄件采用砂模鑄造的方法，查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》有在大批、中批生產(chǎn)的鑄件精度等級為2級，為消除內(nèi)應(yīng)力，開箱后進(jìn)行退火處理，最后清理完后再進(jìn)行噴丸處理[4]。
3.3 零件毛坯質(zhì)量
根據(jù)計(jì)算鑄件毛坯質(zhì)量為43kg[5]。
3.4 零件的毛坯圖及尺寸的確定
機(jī)械加工中毛坯尺寸與完成加工后的零件尺寸之差，稱為毛坯的加工余量（零件的表面如無需機(jī)械加工，則該表面上即無加工余量）。加工余量的大小。取決于加工過程中各個(gè)工步應(yīng)切除的金屬層的總和，以及毛坯尺寸與規(guī)定的公稱尺寸之間的偏差數(shù)值。所以在確定毛坯尺寸時(shí)應(yīng)根據(jù)各工步的加工余量來確定[6]（各工步的加工余量見表2）。由于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故毛坯圖不予畫出。
4 工件定位基準(zhǔn)的確定
基準(zhǔn)是機(jī)械制造中應(yīng)用十分廣泛的一個(gè)概念，是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素之間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線或面。從設(shè)計(jì)和工藝兩方面看基準(zhǔn)，可把基準(zhǔn)分為兩大類，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。其中定位基準(zhǔn)又可以分為粗基準(zhǔn)、精基準(zhǔn)和輔助基準(zhǔn)[1]。
在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的加工過程中，上下、前后兩面同時(shí)加工，由于采用雙面銑的方法，以機(jī)體主軸中心線為定位基準(zhǔn)，對于機(jī)體加工精基準(zhǔn)的選擇，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：主要定位基準(zhǔn)應(yīng)有足夠大的表面，使定位可靠；以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，使基準(zhǔn)重合，避免基準(zhǔn)不重合誤差，但是由于工件結(jié)構(gòu)上不方便，故基準(zhǔn)不重合，因?yàn)榇颂幨谴旨庸?，所以基?zhǔn)不重合影響不大；使大部分表面能用同一基準(zhǔn)來進(jìn)行加工（基準(zhǔn)統(tǒng)一），以保證位置精度，操作方便。
在加工發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的時(shí)，最先銑出它的頂?shù)酌婧颓昂竺孀鳛楹竺婀ば虻木鶞?zhǔn)，以后采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，避免基準(zhǔn)不重合誤差。
5 加工階段的劃分與工序路線的確定
由《機(jī)械制造工藝學(xué)》可知，加工階段的劃分可分為：（1）粗加工階段。在粗加工階段，主要是以高生產(chǎn)率去除加工面多余的金屬，使其在尺寸形狀上接近零件成品。（2）半精加工階段。在半精加工階段減少粗加工中留下的誤差，使加工表面達(dá)到一定的精度，并留有適當(dāng)?shù)募庸び嗔浚瑸楹罄m(xù)精加工做好準(zhǔn)備。（3）精加工階段[1]。在精工階段，應(yīng)確保尺寸、形狀和位置精度達(dá)到圖紙上規(guī)定的精度要求以及表面粗糙度要求。
加工工序路線方案的確定:
表1 方案1
Table1 Scheme 1
工序序號
工序名稱
工序序號
工序名稱
10
30
50
70
90
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
鉆鉸底面各孔
粗鏜主軸孔、凸輪軸孔
粗銑前后面
精銑上下面
銑兩窗口面
半精鏜缸套孔
精鏜缸套孔及止口
鉆汽缸體頂面各孔
汽缸體頂面各孔擴(kuò)孔
汽缸體頂面各孔攻絲
鉆前、后面各孔
鉆前后面連接孔
鉆起動(dòng)手柄螺紋底孔
缸套孔倒角
鉆回油孔
底面各孔攻絲
刻線及去毛刺
20
40
60
80
110
130
150
170
190
210
230
250
270
290
310
330
粗銑上下面
精鏜主軸孔及凸輪軸孔
精銑前后面
銑兩水管安裝面
銑油泵平面
粗鏜缸套孔
銑調(diào)速器安裝面
清理鐵屑
清理鐵屑
清理鐵屑
鉆兩側(cè)孔
鏜油泵孔
鉆前后面各孔
前、后面及回油孔倒角
前后面各孔攻絲
兩側(cè)面螺紋孔攻絲
表2 方案2
Table2 Scheme 2
工序序號
工序名稱
工序序號
工序名稱
10
30
50
70
90
110
粗銑機(jī)體頂、底端面
退火處理
銑兩水管安裝平面、兩窗口面及油泵平面
精銑機(jī)體頂、底端面
鉆、擴(kuò)、鉸機(jī)體底面各孔
粗鏜主軸孔、凸輪軸孔
20
40
60
80
100
120
粗銑汽缸體前、后端面
粗銑機(jī)體兩側(cè)面
銑調(diào)速器安裝面
精銑機(jī)體前、后端面和鉆各孔
鉆、鉸機(jī)體頂面各孔
鏜油泵孔
續(xù)表2
工序序號
工序名稱
工序序號
工序名稱
150
170
190
210
230
250
270
290
310
粗鏜缸套孔及止口
精鏜缸套孔及止口
鉆主油道孔并各孔倒角
機(jī)體底面各孔攻絲
精銑機(jī)體兩側(cè)面和鉆各孔
鉆起動(dòng)手柄螺紋底孔及
缸套孔倒角
清理鐵屑
刻線及去毛刺
水道、油道密封檢測
清洗機(jī)體
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
半精鏜缸套孔及止口
半精、精鏜主軸孔及凸輪軸孔
尺寸偏差檢測
前、后面各螺紋孔攻絲
兩側(cè)面各螺紋孔攻絲
頂面各螺紋孔攻絲
壓碗型塞
檢測缸套孔尺寸，分組作標(biāo)記
壓入成品汽缸套
整理、終檢
以上二種方案比較：方案二較方案一更為合理、全面。方案二的工序集中，工藝安排基本符合先加工基準(zhǔn)面再加工其它表面；先加工平面，后加工孔；先安排粗加工工序，后安排精加工工序的這幾條原則。其次，方案二的熱處理工序安排恰當(dāng)，一開始便進(jìn)行退火處理，消除內(nèi)應(yīng)力，便于機(jī)械加工，加工完后還進(jìn)行各種檢驗(yàn)，提高加工質(zhì)量。
而方案一工序分散，對于剛性較好的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，工序集中為好，否則浪費(fèi)加工成本，加工效率底，浪費(fèi)時(shí)間，而且方案二的安排符合工藝順序的安排原則：一、先加工基準(zhǔn)面，再加工其他表面；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，對于熱處理的安排上，為了消除內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的熱處理工序（如人工時(shí)效、退火、正火等），最好安排在粗加工之后，故方案二在粗銑上下面、前后面之后在進(jìn)行退火處理[1]。
6 加工余量的確定
根據(jù)零件圖上的標(biāo)注尺寸查閱《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》第五章加工余量表5-48、表5-49、表5-53、表5-56、表5-59、表5-72、表5-84[3]再根據(jù)所制定的工藝規(guī)程，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，參考《機(jī)械加工余量手冊》[5]，可確定工序間的加工余和公差等級，并確定零件總的加工余量（以毛坯的加工余量2-4mm作為總余量）。
毛坯的機(jī)械加工余量如表3所示:
表3 機(jī)械加工余量
Table3 Process Remaining Definition
加工表面
工序名稱
加工余量
公差等級
公 差
公差尺寸
上下表面
前后表面
底面4-M12
底面Φ8孔
與底面Φ8同軸Φ7深孔
底面M20X1.5
兩水管安裝面
兩窗口面
Φ185主軸孔
Φ90主軸孔
毛 坯
粗 銑
精 銑
毛 坯
粗 銑
精 銑
毛 坯
鉆 孔
鉸 孔
攻 絲
毛 坯
鉆 孔
鉸 孔
毛 坯
鉆 孔
毛 坯
鉆 孔
攻 絲
毛 坯
粗 銑
毛 坯
粗 銑
毛 坯
粗 鏜
精 鏜
毛 坯
粗 鏜
精 鏜
6
0.75
4
1
10.2
2.8
1.8
7.8
8
7
17.4
2.6
6
6
1.4
0.6
1.4
0.6
IT11
IT7
IT11
IT7
IT10
IT7
IT10
IT7
IT10
IT10
IT11
IT11
IT12
IT7
IT12
IT7
0.40
0.06
0.20
0.12
0.027
0.60
0.045
0.46
0.025
494±1.5
488+0.2 -0.2
487.25 +0.05–0.01
236±1.5
232-0.63 -0.43
231+0.18 0
Φ10.2
Ф13+0.027 0
M12
ф7.8
ф8+0.016 0
ф7
ф17.4
M20
278±1
272
290±1
284
Φ183±1
Φ184.4+0.2 -0.4
Φ185+0.045 0
Φ88±1
Φ89.4+0.20 -0.26
Φ90-0.005 -0.030
續(xù)表 3
加工表面
工序名稱
加工余量
公差等級
公 差
公差尺寸
Φ80主軸孔
Φ62凸輪軸孔
Φ105缸套孔
Φ107缸套孔
缸套孔止口
頂面Φ18孔
頂面2-M10
頂面4-M14
毛 坯
粗 鏜
精 鏜
毛 坯
粗 鏜
精 鏜
毛 坯
粗 鏜
半精鏜
精 鏜
毛 坯
粗 鏜
半精鏜
精 鏜
毛 坯
粗 鏜
精 鏜
毛 坯
鉆 孔
擴(kuò) 孔
擴(kuò) 孔
毛 坯
鉆 孔
攻 絲
毛 坯
鉆 孔
擴(kuò) 孔
擴(kuò) 孔
1.4
0.6
1.4
0.6
2.5
1
0.5
2.5
1.1
0.4
2.5
0.5
17
1
5.5
8.5
1.5
12
0.5
2.5
IT12
IT7
IT12
IT7
IT12
IT11
IT7
IT12
IT11
IT7
IT12
IT7
IT11
IT9
IT9
IT9
IT10
IT9
IT9
0.4
0.03
0.4
0.02
0.45
0.1
0.035
0.46
0.1
0.035
0.23
0.24
Φ78±1
Φ79.4±0.2
Φ80+0.03 0
Φ60±1
Φ61.4±0.2
Φ62-0.005 -0.025
Φ101±1
Φ103.5+0.45 0
Φ104.5+0.1 0
Φ105+0.035 0
Φ103±1
Φ105.5+0.46 0
Φ106.6+0.1 0
Φ107+0.035 0
Ф109±1
Ф111.5+0.23 0
Ф112+0.70 +0.046
Φ17
Φ18
Φ22.5
Φ8.5
M10
Φ12
Φ12.5
Φ14.5
續(xù)表 3
加工表面
工序名稱
加工余量
公差等級
公 差
公差尺寸
缸體前面9-M8
前面4-M12
前面4-Φ16連接孔
缸體后面11-M8
后面Φ8定連接孔
后面Φ11定連接孔
缸體后面
Φ30通孔
與Φ11H8同孔的Φ8深孔
后面凸輪軸孔上Φ12凸臺孔
后面Φ25凸臺孔M20
攻 絲
毛 坯
鉆 孔
攻 絲
毛 坯
鉆 孔
攻 絲
毛 坯
擴(kuò) 孔
鉸 孔
毛 坯
鉆 孔
攻 絲
毛 坯
鉆 孔
鉸 孔
毛 坯
鉆 孔
鉸 孔
毛 坯
鉆 孔
毛 坯
鉆 孔
毛 坯
鉆 孔
鉸 孔
毛 坯
鉆 孔
1.5
6.7
1.3
10.2
1.8
5.3
0.5
6.7
1.3
7.5
0.5
10.5
0.5
30
8
11.7
0.3
18.5
IT10
IT10
IT9
IT8
IT10
IT10
IT7
IT10
IT8
IT10
IT10
IT10
IT7
IT10
0.016
M14
Φ6.7
M8
Φ10.2
M12
Φ10.2
Φ15.5
Φ16
Φ6.7
M8
Φ7.5
Ф8H7
Φ10.5
Ф11H8
Φ30
Φ8
Φ11.7
Φ12+0.019 0
Φ18.5
續(xù)表 3
加工表面
工序名稱
加工余量
公差等級
公 差
公差尺寸
主軸孔下Φ14凸臺孔
與Φ14孔同軸Φ12.5孔
軸孔下M20孔
主軸孔內(nèi)45°斜孔
機(jī)體后面Φ25通孔
兩側(cè)面20-M8孔
起動(dòng)螺紋M20
兩側(cè)面4-M12
攻 絲
毛 坯
鉆 孔
毛 坯
鉆 孔
毛 坯
鉆 孔
攻 絲
毛 坯
鉆 孔
毛 坯
鉆 孔
毛 坯
鉆 孔
攻 絲
毛 坯
鉆 孔
攻 絲
毛 坯
鉆 孔
攻 絲
1.5
14
12.5
18.5
1.5
8
25
6.7
1.3
18.5
1.5
10.2
1.8
IT10
IT10
IT10
IT10
IT10
IT10
IT10
IT10
M20
Φ14
Φ12.5
Φ18.5
M20
Φ8
Φ25
Φ6.7
M8
Φ18.5
M20
Φ10.2
M12
7 選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備
此零件加工時(shí)的主要方法有銑削加工、鏜削加工、鉆削加工。
工序中的銑削有粗銑和精銑，由于兩平面有較高的平面度要求，而且對主軸孔中心線有較高的平行度要求，為了提高加工效率，以主軸孔中心線為基準(zhǔn)，采用雙面銑，至于兩水管面、兩窗口面以及油泵平面，位置度要求不是很高，為提高加工效率，采用五頭銑。
工序中的鏜削加工，首先考慮到缸套孔對主軸孔中心線有較高的垂直度要求，兩缸套孔有較高的同軸度要求，所以采用立式鏜床，對缸套孔進(jìn)行粗鏜、半精鏜和精鏜，其次鏜主軸孔和凸輪軸孔，由于前后的孔徑大小不一，工件較大，采用液壓雙面組合鏜。
工序中的鉆、擴(kuò)、锪孔、攻絲，所需加工的尺寸繁多，采用搖臂鉆床Z3025、雙面組合鉆以及各種攻絲機(jī)。
8 主要工序定位方案
由于零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工序較多，工件較大，定位情況也就隨之繁雜，但總歸離不開幾種基本定位情況而已，大體上工件采用一面兩銷對工件進(jìn)行定位。故只需重點(diǎn)分析主要工序中的粗銑上下表面和精鏜缸套孔的定位方案及定位誤差的分析計(jì)算。
根據(jù)工藝規(guī)程所選加工裝備和夾具可知以下條件：
(1)大批量生產(chǎn)，毛坯為鑄造件，加工設(shè)備為專用機(jī)床；
(2)粗銑工序采用液壓夾緊，夾緊可靠，拆換迅速；
(3)精鏜工序采用一面兩銷進(jìn)行定位，用液壓夾緊，夾緊可靠；
(4)粗銑頂?shù)酌娴募庸ひ?，如圖2所示。
圖2 粗銑機(jī)體頂?shù)酌娴募庸ひ?
Fig 2 Requiring of rough milling block’s upper and lower surface
(5)精鏜缸套孔的加工要求，如圖3所示。
圖 3 精鏜缸套孔的加工要求
Fig 3 Requiring of boring organism cylinder hole
主要工序的定位方案的確定:
（1）粗銑機(jī)體上下表面：加工要求：尺寸公差488±0.2, 上下表面粗糙度6.3.
本工序采用兩根銑刀桿加工，每根銑刀桿上分別裝有相距為488mm不重磨硬質(zhì)合金刀片套式面銑刀[6]，將刀具安裝在雙面銑專用機(jī)床上可以同時(shí)粗銑發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的上下面，提高工作效率。
滿足零件圖上的加工要求，只需要限制3個(gè)方向上的自由度，即、、。
經(jīng)過分析，采用的定位方案為：
ф183：采用菱形銷定位，它可以限制。
的定位：采用平面定位的方法來限制 方向。
的定位：采用兩擋塊，它可以限制Z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
（2）精鏜機(jī)體缸套孔
由上面缸套孔及止口的加工要求有，對機(jī)體工件加工需要限制六個(gè)自由度，機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用側(cè)面和前后面定位比較困難，所以只能對其底面采用一面兩銷進(jìn)行定位，這樣可以限制機(jī)體的六個(gè)自由度，夾緊采用液壓夾緊，這樣夾緊可靠，有利于機(jī)體的加工。
9 影響發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體主要工序的機(jī)械加工質(zhì)量的因素及主要對策
機(jī)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，也是發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，是所有零件和附件的裝配基體，其精度要求高，加工工藝復(fù)雜，且加工質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。同時(shí)，在當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)在排放、油耗、噪聲及性能等方面面臨更高的要求，機(jī)體的工序質(zhì)量控制也將以一個(gè)更高的起點(diǎn)來適應(yīng)這種變化。目前，隨著數(shù)控技術(shù)和測量技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床制造業(yè)取得長足的進(jìn)步，其加工質(zhì)量和精度的提高使機(jī)械加工生產(chǎn)線在規(guī)劃階段有了新的工序質(zhì)量保證手段，全面提升了工序質(zhì)量保證能力。
9.1 設(shè)備精度的影響
零件的形狀精度和相互位置精度最終是靠設(shè)備來保證的，因此設(shè)備的選擇對保證機(jī)體零件的加工精度顯得尤為關(guān)鍵。
近幾十年來，汽車工業(yè)已經(jīng)成為了中國機(jī)床的消費(fèi)主體，約消費(fèi)了全社會40%的機(jī)床。同時(shí)，汽車工業(yè)投資的一半以上又用于購買機(jī)床，其中，進(jìn)口機(jī)床額約占80%。統(tǒng)計(jì)表明，“十五”期間，汽車工業(yè)投資總額突破2000億元，超過1000億元用于采購機(jī)床，其中約800億元用于購買進(jìn)口機(jī)床。這一數(shù)據(jù)表明，國內(nèi)汽車工業(yè)的發(fā)展我國機(jī)床市場和進(jìn)口高速增長的主要原因，換個(gè)角度也說明我國裝備制造業(yè)發(fā)展還嚴(yán)重滯后后于國際先進(jìn)水平，汽車工業(yè)關(guān)鍵設(shè)備仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口。
為了穩(wěn)定保證生產(chǎn)過程加工質(zhì)量，工藝人員在工藝規(guī)程時(shí)，就必須考慮一定的安全系數(shù)。國外規(guī)定，機(jī)械加工的工序能力不大于雙側(cè)公差的3/4，對于單向公差，不大于產(chǎn)品的公差的7/8.因此，國外對機(jī)床的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，機(jī)械能力CM/CMK=2.0/1.67,即3.4PPM，這意味著一百萬個(gè)零件中僅有3.4個(gè)不合格品，達(dá)到了6西格瑪?shù)囊?。而國?nèi)機(jī)床質(zhì)量水平只能達(dá)到3-4西格瑪，差距比較大。
就金屬切削設(shè)備而言，以發(fā)動(dòng)機(jī)加工為例，在汽車行業(yè)普遍流行的做法是，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、缸蓋、曲軸、連桿和凸輪軸這些核心零部件的加工設(shè)備選擇時(shí)，一是采用盡可能柔性、成熟技術(shù)、成熟工藝方案為原則；二是在整個(gè)工藝方案中重要關(guān)鍵特性加工的設(shè)備采用進(jìn)口設(shè)備；一般特性采用國產(chǎn)設(shè)備。這就說明在這類高速度、高性能、高精度的機(jī)床的技術(shù)性能、可靠性與國外還有較大差距（特別是歐美），而中底端產(chǎn)品在部分使用進(jìn)口元件條件下，還是完全可以替代進(jìn)口的。
以800臺面通用臥式加工中心的定位精度和重復(fù)定位精度兩項(xiàng)指標(biāo)為例，通過對國內(nèi)外機(jī)床參數(shù)的比較不難發(fā)現(xiàn)這一差距，見表4。
表 4 國內(nèi)外800臺面臥式加工中心精度比較
Table4 Precision comparing with 800horizontal machining center table at home and abroad
機(jī)床精度指標(biāo)
國外（歐美）平均水平
國內(nèi)較高水平
定位精度
-+0.005
-+0.008
重復(fù)定位精度
-+0.003
-+0.005
9.2 工藝系統(tǒng)的影響
提高工藝系統(tǒng)的剛度對保證加工質(zhì)量尤為關(guān)鍵，主要可采取四個(gè)措施：
9.2.1 合理設(shè)計(jì)工藝裝備結(jié)構(gòu)
在設(shè)計(jì)工藝裝備時(shí)，應(yīng)盡量減少連接面數(shù)目，并注意剛度的匹配，防止有局部底剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)。在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)件、支撐件時(shí)，應(yīng)合理選擇零件結(jié)構(gòu)和截面而現(xiàn)狀。一般地說，截面積相等時(shí)?？招慕匦伪葘?shí)心截形的剛度高，封閉的截形又比開口的截形好，在適當(dāng)部位增添加強(qiáng)肋也有良好的效果。
如在粗鏜氣缸孔工序中，夾具為U型開放式結(jié)構(gòu)，為提高夾具系統(tǒng)的整體剛性，在夾具的左右端增加了帶有鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)橫桿，工件上料（上下料方式為通過式）后，轉(zhuǎn)動(dòng)橫桿工作，連接U型口端部，并通過連接銷固定，使夾具前后端墻板形成閉式穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，提高夾具剛性，
加工機(jī)體四側(cè)面夾具，采用地面一面兩銷定位，主夾緊力在工件的頂面，考慮到在切削加工過程中，切削力將對工件帶來較大的變形，為提高工藝系統(tǒng)的整體剛性，抵消切削力的影響，在壓緊導(dǎo)柱中間部位設(shè)計(jì)斜鍥內(nèi)脹機(jī)構(gòu)，在工作時(shí)，機(jī)構(gòu)自動(dòng)撐緊下缸孔部位，抱牢工件，可抵消部分切削力。
9.2.2 提高連接表面的接觸剛度
主要是提高機(jī)床部件中零件間接合表面的質(zhì)量，和給機(jī)床部件預(yù)加載荷。在設(shè)備采購時(shí)就充分考慮到接觸強(qiáng)度，設(shè)備工作臺，縱向移動(dòng)軸，立柱軸和主軸箱配有緊湊型導(dǎo)軌和帶預(yù)緊滾柱的滾柱導(dǎo)塊。
9.2.3 采用輔助支撐
例如在精鏜氣缸工序中，為提高工藝系統(tǒng)的整體剛性，除主夾緊力作用外，在機(jī)體兩側(cè)還布置可調(diào)輔助支撐裝置，使機(jī)體受到左右對稱，分布均勻的輔助作用力影響，可有效增加工件剛性，減少機(jī)體在加工過程中形變，見下圖。
圖 5 帶有輔助支撐的夾具
Fig 5 With auxiliary support jig
9.2.4 采用合理的裝夾和加工方式
在機(jī)體毛坯加工工序中，特別是去除主要余量的銑削加工，考慮到毛坯件在表面材料去除后應(yīng)力釋放而產(chǎn)生較大的變形，筆者提出了對壓緊力進(jìn)行高底壓分級程序控制，荒加工時(shí)采用較大的壓緊力，加工完成后短暫撤銷壓緊力，使工件內(nèi)應(yīng)力釋放，再以較小的壓緊力作用下對工作進(jìn)行半精加工。這種方法有效地降底了因毛坯內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的變形影響，提高了機(jī)體加工過程質(zhì)量。
9.3 溫度的影響
切削過程中還始終伴隨著熱的作用，包括切削熱，輻射熱等。在熱的作用下，工藝系統(tǒng)同樣不可避免地要產(chǎn)生變形，會使刀具相對于工件的正確位置受到破壞，造成加工誤差。特別是對于精密加工和大件加工，由于工藝系統(tǒng)熱變形所引起的加工誤差常常占到加工總誤差的40%~70%。溫度的影響在以前因受投資等條件的制約，往往無法系統(tǒng)的加以預(yù)防，所以產(chǎn)生了各類質(zhì)量問題，比如，檢測區(qū)域與加工區(qū)域溫度差造成的質(zhì)量評判糾紛等。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)零件質(zhì)量要求的提高，該問題逐漸凸顯為主要影響因素，因此必須在工藝設(shè)計(jì)時(shí)就全局考慮，采取對應(yīng)措施以降底影響程度。
9.3.1 溫度對機(jī)體的影響
機(jī)體材料灰鑄鐵在室溫狀態(tài)下熱膨脹系數(shù)一般為10*10-6 /℃ ,即溫度每變化一攝氏度，一米長度方向上將變化0.01mm，應(yīng)該對主要孔面的精加工質(zhì)量影響非常大，如6DL機(jī)體頂面產(chǎn)品工藝定位孔（用以精確裝配汽缸蓋），兩孔間距807mm，相互位置度要求0.06，即使加工在公差中值，但溫度若變化4℃，就超差了。
9.3.2 采取的措施
針對上述溫度影響，綜合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對機(jī)體生產(chǎn)線設(shè)備及廠房采取以下措施：
（1）采用全空調(diào)車間，因?yàn)楣S處于中國南方地區(qū)特別是冬夏季節(jié)溫差大，若不控制環(huán)境溫度，其生產(chǎn)的綜合效應(yīng)將使過程質(zhì)量控制無法進(jìn)行。
（2）生產(chǎn)線工序盡可能采用濕式加工，并且切削液帶有溫度控制。切削液具有冷卻、潤滑，洗滌、防銹四大性能，實(shí)踐證明，金屬切削液能降底切削溫度60~150攝氏度，降底加工表面粗糙度，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量和刀具是用壽命。
（3）所有設(shè)備主要部件，如床身、立柱、滑臺等采用熱平衡設(shè)計(jì)，減少設(shè)備因受熱變形而對加工精度產(chǎn)生的負(fù)面的影響。
（4）機(jī)床本身的溫度控制也是非常重要的，除加工設(shè)備有精度溫度補(bǔ)償功能外，還可在精加工設(shè)備熱敏感區(qū)采用冷卻液連續(xù)控制受熱變形影響。如機(jī)體缸孔精加工專機(jī)立柱，其Y軸方向（距夾具中心距離）受熱后位置漂移直接影響缸孔的位置精度，以前的國產(chǎn)專機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)忽略了溫度對精度敏感方向的影響，造成了加工質(zhì)量的不穩(wěn)定。因此機(jī)體生產(chǎn)線中缸孔半精和精加工專機(jī)均要求對機(jī)床立柱進(jìn)行冷卻，該措施在實(shí)施后大大提高了加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。
（5）嚴(yán)控空調(diào)及通風(fēng)設(shè)備的出風(fēng)口，避免強(qiáng)制局部冷卻而使設(shè)備的不同部位產(chǎn)生較大溫差。
（6）嚴(yán)格控制熱源（如高溫清洗設(shè)備等）影響區(qū)域，生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)就避免機(jī)加工設(shè)備，特別是精加工設(shè)備與熱源距離過近。除此之外，在熱源外圍采用隔溫材料控制熱影響區(qū)面積。對于清洗后集體的溫度控制，可采用常溫清洗或設(shè)立冷卻通道，將出口部位工件溫度控制至室溫。
9.3.3 對車間環(huán)境溫度和冷卻液溫度的要求
通過長期研究這兩種溫度對設(shè)備精度的影響，筆者總結(jié)歸納出以下要求：
對車間環(huán)境溫度要求：
（1)環(huán)境溫度要控制在20-50℃，溫度偏離上述范圍時(shí)，有必要調(diào)整設(shè)備幾何精度與控制系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償。
（2）溫度隨時(shí)間的變化△T/△t要平穩(wěn)，建議小于0≥6k/h，但允許在短時(shí)間內(nèi)（比如幾分鐘內(nèi)）存在稍高值。
（3）溫度層，級溫度隨室內(nèi)地面的高度而不同，垂直梯度G= ︳△T/△h ︳≤1.5K/m,但應(yīng)隨時(shí)間的變化盡可能地穩(wěn)定，︳△G/△t ︳≤0.2K/m/h。
對冷卻液溫度要求
采用濕式加工后，機(jī)床零部件經(jīng)冷卻液沖帥產(chǎn)生生產(chǎn)極強(qiáng)的熱交換，但這對于各軸的測量系統(tǒng)幾乎無任何影響，影響加工精度的因素取決于機(jī)床結(jié)構(gòu)和工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括家具、工件和刀具。
冷卻液供給溫度TK必須與軸的測量系統(tǒng)的溫度相近但又有所遲滯，可以將靠近X軸光柵尺的機(jī)床本身溫度TM作為參照值，兩者之間的偏差要求需視軸行程而定：
當(dāng)軸行程不超過750mm,絕對偏差︳TK－TM ︳≤0.5K；
當(dāng)軸行程超過750mm,絕對偏差︳TK－TM ︳≤0.2K。
9.4 磨損的影響
在力的作用下，工藝系統(tǒng)各部分的有關(guān)摩擦表面之間不可避免的要產(chǎn)生磨損，使工藝系統(tǒng)原有精度遭到破壞，將影響到精度的保持性。
對于磨損問題，無法避免，只能采取兩種措施，一是延緩磨損周期，主要方法是摩擦表面而選用耐磨材料，加強(qiáng)維護(hù)創(chuàng)建良好的潤滑環(huán)境等，二是建立易磨損件的磨損極限標(biāo)準(zhǔn)，定期對易損件進(jìn)行檢查。因此，在機(jī)體生產(chǎn)線設(shè)計(jì)規(guī)劃的同時(shí)，就需制訂與之相適應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，并在試生產(chǎn)開始就強(qiáng)制執(zhí)行。
對于刀具磨損，不僅直接影響工序加工質(zhì)量，其耐用度還與生產(chǎn)線產(chǎn)能以及加工成本相關(guān)，在措施上除采用耐磨材料的刀具，如涂層刀具、ＣＢＮ、ＰＣＤ刀具等提高刀具壽命外，還需要加強(qiáng)監(jiān)控。在早期，人們依靠提高有效的早期預(yù)防。隨著控制理論的發(fā)展，自適應(yīng)控制的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用逐漸成為可能。機(jī)體生產(chǎn)線在設(shè)備選型時(shí)就對該功能提出要求；通過主軸功率監(jiān)控或軸向力監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)刀具磨損狀態(tài)的識別，并自動(dòng)調(diào)整機(jī)床動(dòng)作來安全應(yīng)對這種變化。該技術(shù)在規(guī)模應(yīng)用后取得了良好的效果，特別是對刀具磨損，崩刃等失效狀態(tài)提供了早期預(yù)警，大大降底了批質(zhì)量事故的發(fā)生幾率。另外，對于產(chǎn)品精度要求高的項(xiàng)目，其對刀具磨損敏感度也一定很高，，則可采用自動(dòng)測量和反饋補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量控制。
9.5 振動(dòng)的影響
機(jī)械加工過程中會使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，強(qiáng)烈的振動(dòng)會在加工表面留下振紋，降底零件的精度和表面質(zhì)量，對刀具耐用度和機(jī)床的壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)產(chǎn)生的有害噪音還惡化生產(chǎn)環(huán)境，對工人健康不利。
振動(dòng)按其生產(chǎn)的原因可分為三類：自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。自由振動(dòng)往往是由于切削力的突然變化等原因所引起的，這種振動(dòng)一般可以迅速衰減，故對機(jī)械加工過程的影響最小，而受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)是不能自然衰減，對加工危害性較大。
銑削或鏜削非連續(xù)面，加工過程為斷續(xù)切削，存在一定的間歇性沖擊力，引起切削力的周期性變化，從而激起振動(dòng)，這種就是典型的受迫振動(dòng)。一般采取的措施是避免激振力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近，以防止共振。如粗精銑機(jī)體的一個(gè)面。要求精度Ｒｚ１６，原工藝設(shè)計(jì)要求采用９００ｍｍ／ｍｉｎ速度才能滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求，可是粗糙度達(dá)不到要求，雖對刀具進(jìn)行了多次改進(jìn)但效果仍不理想，降底進(jìn)給至６００ｍｍ／ｍｉｎ，表面粗糙度達(dá)到了要求，可又無法滿足節(jié)拍要求，在多次切削實(shí)驗(yàn)后，將進(jìn)給量加大至１２００ｍｍ／ｍｉｎ，得到了理想的結(jié)果?？梢娡ㄟ^調(diào)整切削參數(shù)，避開系統(tǒng)共振點(diǎn)，也是解決此類振動(dòng)問題的有效方法。
自激振動(dòng)機(jī)理比較復(fù)雜，采取的對策仍是通過各種實(shí)驗(yàn)，在設(shè)備、工具和實(shí)際操作等方面解決。如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體半精、精鏜凸輪孔工序，因機(jī)體長度達(dá)８５０ｍｍ，固直線鏜桿長徑比很大，一凸輪孔鏜桿為例，其Ｌ／Ｄ＞１５，且受工件結(jié)構(gòu)影響，又無法在中間設(shè)置輔助支撐，在實(shí)際加工中受各檔切削力的綜合作用，形成振源，采用一般的直線鏜桿無法解決振動(dòng)對機(jī)械加工精度產(chǎn)生的影響。目前比較成功的做法是使用重金屬刀桿，但因其價(jià)格昂貴，加工此類大孔很不經(jīng)濟(jì)，所以選擇阻尼防振鏜桿作為方案的優(yōu)先選項(xiàng)，該鏜桿可通過內(nèi)置減振系統(tǒng)來吸引刀桿振動(dòng)能量，最終達(dá)到消振的目的。
10 主要工序單件機(jī)動(dòng)工時(shí)的計(jì)算
10.1 工序10：粗銑頂?shù)酌?
機(jī)床：雙立軸圓工作臺銑床。
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀）材料： 齒數(shù)。
銑削深度：。
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-73，?。汇娤魉俣龋簠⒄諈⒖嘉墨I(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-81，取。
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
（1）
取
實(shí)際銑削速度： （2）
進(jìn)給量： （3）
工作臺每分進(jìn)給量：
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
（4）
取
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
（5）
10.2 工序40：精銑頂?shù)酌妫?
機(jī)床：雙立軸圓工作臺銑床
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀）材料： 齒數(shù)
銑削深度：
每齒進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-73，??；銑削速度：參照參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1）有：
，
實(shí)際銑削速度，由式（2）有：
進(jìn)給量，由式（3）有：
工作臺每分進(jìn)給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時(shí)
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1。
機(jī)動(dòng)時(shí)間，由式（5）有：
本工序機(jī)動(dòng)時(shí)間
10.3 工序100：粗鏜缸套孔及止口
機(jī)床：臥式鏜床。
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：。
切削深度：，毛坯孔徑。
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量。
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-66取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1）有：，
取
實(shí)際切削速度，由式（2）有：
工作臺每分鐘進(jìn)給量： （6）
被切削層長度：
刀具切入長度： （7）
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間，由式（5）有：
10.4 工序110：半精鏜缸套孔
切削深度：，粗鏜后孔徑
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-66，?。?
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1）有，
取
實(shí)際切削速度，由式（2）有：
工作臺每分鐘進(jìn)給量，由式（6）有：
被切削層長度：
刀具切入長度，由式（7）有：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間，由式（5）有：
10.5 工序130：精鏜缸套孔
切削深度：，半精鏜后孔徑
進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進(jìn)給量
切削速度：參照參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.4-66，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2）有：，
取
實(shí)際切削速度，由式（2）有：
工作臺每分鐘進(jìn)給量，由式（6）有：
被切削層長度：
刀具切入長度，由式（7）有：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機(jī)動(dòng)時(shí)間，由式（5）有：
11 時(shí)間定額計(jì)算及生產(chǎn)安排
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，該發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的年產(chǎn)量為5000件。一年以240個(gè)工作日計(jì)算，每天的產(chǎn)量應(yīng)不底于21件。設(shè)每天的產(chǎn)量為21件。再以每天8小時(shí)工作時(shí)間計(jì)算，則每個(gè)工件的生產(chǎn)時(shí)間應(yīng)不大于22.8min。
參照參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-2，機(jī)械加工單件（生產(chǎn)類型：中批以上）時(shí)間定額的計(jì)算公式為：
（大量生產(chǎn)時(shí)） (8)
因此在大批量生產(chǎn)時(shí)單件時(shí)間定額計(jì)算公式為：
（9）
其中： —單件時(shí)間定額；
—基本時(shí)間（機(jī)動(dòng)時(shí)間）；
—輔助時(shí)間。用于某工序加工每個(gè)工件時(shí)都要進(jìn)行的各種輔助動(dòng)作所消耗的時(shí)間，包括裝卸工件時(shí)間和有關(guān)工步輔助時(shí)間；
—布置工作地、休息和生理需要時(shí)間占操作時(shí)間的百分比值。
11.1 粗精銑頂?shù)酌?
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-45，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-48，
單間時(shí)間定額，由式（9）有：
因此應(yīng)布置一臺機(jī)床即可以完成本工序的加工，達(dá)到生產(chǎn)要求。
11．2 粗鏜缸套孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-37，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-39，
單間時(shí)間定額，由式（8）有：
因此應(yīng)布置一臺機(jī)床即可以完成本工序的加工，達(dá)到生產(chǎn)要求。
11.3 半精鏜缸套孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-37，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-39，
單間時(shí)間定額，由式（9）有：
因此應(yīng)布置一臺機(jī)床即可以完成本工序的加工，達(dá)到生產(chǎn)要求。
11.4 精鏜缸套孔
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
輔助時(shí)間：參照參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-37，取工步輔助時(shí)間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時(shí)間很短，所以取裝卸工件時(shí)間為。則
：根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]《機(jī)械加工工藝手冊》表2.5-39，
單間時(shí)間定額，由式（9）有：
因此應(yīng)布置一臺機(jī)床即可以完成本工序的加工，達(dá)到生產(chǎn)要求。
12 專用夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降底勞動(dòng)強(qiáng)度。在加工發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體時(shí)，需要設(shè)計(jì)專用夾具。根據(jù)任務(wù)要求中的設(shè)計(jì)內(nèi)容，需要設(shè)計(jì)粗銑頂?shù)酌鎶A具及精鏜缸套孔夾具各一套。
12.1 粗銑機(jī)體頂?shù)锥嗣鎶A具設(shè)計(jì)
12.1.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來粗銑頂?shù)灼矫?，在粗銑此底平面時(shí)，其他都是未加工表面。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降底勞動(dòng)強(qiáng)度。
12.1.2 定位基準(zhǔn)的選擇
在進(jìn)行頂?shù)锥嗣娲帚娂庸すば驎r(shí)，以前端面為粗基準(zhǔn)，兩工藝孔已經(jīng)加工出。因此工件選用頂面與兩工藝孔作為定位基面。選擇頂面作為定位基面限制了工件的三個(gè)自由度，而兩工藝孔作為定位基面，分別限制了工件的一個(gè)和兩個(gè)自由度。即兩個(gè)工藝孔作為定位基面共限制了工件的三個(gè)自由度。即一面兩孔定位。工件以一面兩孔定位時(shí)，夾具上的定位元件是：一面兩銷。其中一