發(fā)動機的機體加工工藝及夾具設計【粗銑機體頂?shù)锥嗣妗俊揪M缸套孔】【說明書+CAD】

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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 engines 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; Factors1 前言1.1 發(fā)動機在國內(nèi)外現(xiàn)狀發(fā)動機，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器，通常是把化學能轉(zhuǎn)化為機械能。它既適用于動力發(fā)生裝置，也可指包括動力裝置的整個機器。發(fā)動機是機器的心臟，發(fā)動機的發(fā)展很大程度上決定著機械行業(yè)的發(fā)展。近年來，隨著中國機械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，發(fā)動機行業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，縮短了與國際先進水平的差距。世界上生產(chǎn)發(fā)動機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)動機。伴隨著機器產(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, 面對機器急劇增長對環(huán)境的影響, 世界機械界不停地在尋找實現(xiàn)機器工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的解決方法，對發(fā)動機的環(huán)保，能源諸方面的技術加以改進。柴油機的性能特點：1.好的燃油經(jīng)濟性。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)濟效益都很重要。3.結(jié)構(gòu)較復雜,零部件材料和工藝要求較高,制造成本較高與汽油機相比質(zhì)量較大。1.2 論文背景及主要任務本課題中加工零件為發(fā)動機機體，它是發(fā)動機的主體，是安裝其他零部件和附件的支承骨架，其結(jié)構(gòu)復雜，有較高的精度要求，因此，在機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)實際現(xiàn)場，具有較強的實際應用價值。由于現(xiàn)在機械工業(yè)的迅猛發(fā)展，發(fā)動機的需求量和發(fā)動機的技術含量的一步步提高，發(fā)動機機體的生產(chǎn)成本的控制有利于發(fā)動機的成本控制，所以研究發(fā)動機機體的加工工藝及夾具設計是非常必要的。發(fā)動機機體的生產(chǎn)綱領是成批大量生產(chǎn)，此類生產(chǎn)類型要求有細致和嚴密的組織工作，因此要求有比較詳細的機械加工工藝規(guī)程和合理的專用夾具。機械加工工藝規(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強度，保障生產(chǎn)安全，創(chuàng)造良好、文明的勞動條件。發(fā)動機機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。機床夾具的首要任務就是保證加工精度，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，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。因此，機床夾具在機械制造中占有重要地位。此次畢業(yè)設計的主要任務是發(fā)動機機體加工工藝規(guī)程的編制、粗銑機體上下表面夾具和精鏜缸套孔專用夾具的設計、及對影響發(fā)動機機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。運用大學四年所學的專業(yè)知識結(jié)合實踐經(jīng)驗，進一步研究了發(fā)動機機體的構(gòu)造以及有值得改進的地方。這有利于對所學知識的鞏固和知識面的擴展,通過畢業(yè)設計進一步提高調(diào)查研究、設計計算、理論分析、查閱資料及繪制圖樣等各方面的基本技能。本課題來源于實際生產(chǎn)現(xiàn)場，根據(jù)湖南農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)設計任務書中所規(guī)定的內(nèi)容，本次設計包括三個主要內(nèi)容。一是發(fā)動機機體的加工工藝規(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)和改善勞動條件，使得機械加工循序漸進的進行。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、主要工序的單件機動工時計算等。再根據(jù)以上內(nèi)容，查閱相關資料，確定合適的加工設備及主要參數(shù)和規(guī)格。其次是粗銑機體上下表面夾具和精鏜汽缸孔夾具的設計。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、刀具的對刀引導方式、夾具整體結(jié)構(gòu)和夾緊力。再次是對影響發(fā)動機機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。使得所設計的夾具結(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，最后整理設計完成設計過程。2 設計分析2.1 設計任務此次設計的主要內(nèi)容為發(fā)動機機體的加工工藝規(guī)程的編制，粗銑頂?shù)酌鎶A具設計、精鏜缸套孔夾具設計，對影響發(fā)動機機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)綱領為成批大量生產(chǎn)。夾具的設計要滿足加工技術要求，操作方便、安全。2.2 工藝規(guī)程的制定機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機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械加工工藝規(guī)程來體現(xiàn)。因此，機械加工工藝規(guī)程設計是一項重要又嚴肅的工作。它要求設計者必須具備豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和廣博的機械制造工藝基礎理論知識。機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程是指從原材料到該機械產(chǎn)品出廠的全部勞動過程。它既包括：毛坯的制造、機械加工、熱處理、裝配、檢驗、油漆等主要勞動過程，還包括：包裝、儲存和運輸?shù)容o助勞動過程。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)動機機體從立體來說有4組加工面：（1）機體上下面 機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）機體前后面 機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）機體兩側(cè)面 機體兩側(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 零件圖的分析在進行工藝規(guī)程制定之前，要仔細研究所加工零件的零件圖和充分了解此零件所用的場合。這樣才能合理的設計工藝規(guī)程，因為零件圖是工程設計人員與機械加工人員進行交流的一種技術性文件，它被稱為工程語言3。由已知的零件圖，機械設計人員可以制定出相應的工藝規(guī)程，有利于零件的后續(xù)加工。在分析零件圖時應注意的問題有：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 body2.3.2 結(jié)構(gòu)工藝性分析由發(fā)動機機體零件圖可以看出，此零件結(jié)構(gòu)復雜，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。在機械加工過程中，因為技術要求都較高，所以在滿足各種性能指標下，也應該兼顧加工的經(jīng)濟性。其主要面加工方法如下：（1）機體上下面 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。用雙面銑進行加工。（2）機體前后面 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，也用臥式雙面銑進行加工。（3）機體兩側(cè)面 兩側(cè)面有五個不同的面，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0.015；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100：0.2；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)動機機體是發(fā)動機的主體結(jié)構(gòu)，是安裝其他零部件和附件支撐骨架，承受極為復雜的載荷；該零件的工作條件惡劣，要求有足夠的剛度和強度，需要具有好的機械性能。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。由機械加工工藝手冊表1-9查得HT20-40具中等強度，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)動機機體形狀復雜，由機械加工工藝設計手冊表2-35各種鑄造方法的經(jīng)濟特性，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)應力，開箱后進行退火處理，最后清理完后再進行噴丸處理4。3.3 零件毛坯質(zhì)量根據(jù)計算鑄件毛坯質(zhì)量為43kg5。3.4 零件的毛坯圖及尺寸的確定機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工步應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應根據(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)動機機體結(jié)構(gòu)較復雜，故毛坯圖不予畫出。4 工件定位基準的確定基準是機械制造中應用十分廣泛的一個概念，是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素之間的幾何關系所依據(jù)的那些點、線或面。從設計和工藝兩方面看基準，可把基準分為兩大類，即設計基準和工藝基準。其中定位基準又可以分為粗基準、精基準和輔助基準1。在發(fā)動機機體的加工過程中，上下、前后兩面同時加工，由于采用雙面銑的方法，以機體主軸中心線為定位基準，對于機體加工精基準的選擇，應考慮以下幾點：主要定位基準應有足夠大的表面，使定位可靠；以設計基準作為定位基準，使基準重合，避免基準不重合誤差，但是由于工件結(jié)構(gòu)上不方便，故基準不重合，因為此處是粗加工，所以基準不重合影響不大；使大部分表面能用同一基準來進行加工（基準統(tǒng)一），以保證位置精度，操作方便。 在加工發(fā)動機機體的時，最先銑出它的頂?shù)酌婧颓昂竺孀鳛楹竺婀ば虻木鶞?，以后采用基準統(tǒng)一原則，避免基準不重合誤差。5 加工階段的劃分與工序路線的確定由機械制造工藝學可知，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，使加工表面達到一定的精度，并留有適當?shù)募庸び嗔?，為后續(xù)精加工做好準備。（3）精加工階段1。在精工階段，應確保尺寸、形狀和位置精度達到圖紙上規(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1Table1 Scheme 1工序序號工序名稱工序序號工序名稱1030507090120140160180200220240260280300320340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20406080110130150170190210230250270290310330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2Table2 Scheme 2工序序號工序名稱工序序號工序名稱1030507090110粗銑機體頂、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體頂、底端面鉆、擴、鉸機體底面各孔粗鏜主軸孔、凸輪軸孔20406080100120粗銑汽缸體前、后端面粗銑機體兩側(cè)面銑調(diào)速器安裝面精銑機體前、后端面和鉆各孔鉆、鉸機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150170190210230250270290310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體底面各孔攻絲精銑機體兩側(cè)面和鉆各孔鉆起動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體140160180200220240260280300320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，一開始便進行退火處理，消除內(nèi)應力，便于機械加工，加工完后還進行各種檢驗，提高加工質(zhì)量。而方案一工序分散，對于剛性較好的發(fā)動機機體，工序集中為好，否則浪費加工成本，加工效率底，浪費時間，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)應力而進行的熱處理工序（如人工時效、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、前后面之后在進行退火處理1。6 加工余量的確定根據(jù)零件圖上的標注尺寸查閱金屬機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5-843再根據(jù)所制定的工藝規(guī)程，結(jié)合實際經(jīng)驗，參考機械加工余量手冊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）。毛坯的機械加工余量如表3所示:表3 機械加工余量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8孔與底面8同軸7深孔底面M20X1.5兩水管安裝面兩窗口面185主軸孔90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60.754110.22.81.87.88717.42.6661.40.61.40.6IT11IT7IT11IT7IT10IT7IT10IT7IT10IT10IT11IT11IT12IT7IT12IT70.400.060.200.120.0270.600.0450.460.0254941.5488+0.2 -0.2 487.25 +0.050.012361.5232-0.63 -0.43231+0.18 010.213+0.027 0M127.88+0.016 0717.4M20278127229012841831184.4+0.2 -0.4185+0.045 088189.4+0.20 -0.2690-0.005 -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80主軸孔62凸輪軸孔105缸套孔107缸套孔缸套孔止口頂面18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 孔擴 孔毛 坯 鉆 孔攻 絲毛 坯鉆 孔擴 孔擴 孔1.40.61.40.62.510.52.51.10.42.50.51715.58.51.5120.52.5IT12IT7IT12IT7IT12IT11IT7IT12IT11IT7IT12IT7IT11IT9IT9IT9IT10IT9IT90.40.030.40.020.450.10.0350.460.10.0350.230.2478179.40.280+0.03 060161.40.262-0.005 -0.0251011103.5+0.45 0104.5+0.1 0105+0.035 01031105.5+0.46 0106.6+0.1 0107+0.035 01091111.5+0.23 0112+0.70 +0.046171822.58.5M101212.514.5 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4-16連接孔缸體后面11-M8后面8定連接孔后面11定連接孔缸體后面30通孔與11H8同孔的8深孔后面凸輪軸孔上12凸臺孔后面25凸臺孔M20攻 絲毛 坯鉆 孔攻 絲毛 坯鉆 孔攻 絲毛 坯擴 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1.56.71.310.21.85.30.56.71.37.50.510.50.530811.70.318.5IT10IT10IT9IT8IT10IT10IT7IT10IT8IT10IT10IT10IT7IT100.016M146.7M810.2M1210.215.5166.7M87.58H7 10.511H830811.712+0.019 018.5 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14凸臺孔與14孔同軸12.5孔軸孔下M20孔主軸孔內(nèi)45斜孔機體后面25通孔兩側(cè)面20-M8孔起動螺紋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1.51412.518.51.58256.71.318.51.510.21.8IT10IT10IT10IT10IT10IT10IT10IT10M201412.518.5M208256.7M818.5M2010.2M127 選擇加工設備和工藝設備此零件加工時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，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、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。8 主要工序定位方案由于零件結(jié)構(gòu)較復雜，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行定位。故只需重點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，加工設備為專用機床；(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 粗銑機體頂?shù)酌娴募庸ひ驠ig 2 Requiring of rough milling blocks 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）粗銑機體上下表面：加工要求：尺寸公差4880.2, 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床上可以同時粗銑發(fā)動機機體的上下面，提高工作效率。 滿足零件圖上的加工要求，只需要限制3個方向上的自由度，即、。經(jīng)過分析，采用的定位方案為： 183：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。（2）精鏜機體缸套孔由上面缸套孔及止口的加工要求有，對機體工件加工需要限制六個自由度，機體結(jié)構(gòu)復雜，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行定位，這樣可以限制機體的六個自由度，夾緊采用液壓夾緊，這樣夾緊可靠，有利于機體的加工。9 影響發(fā)動機機體主要工序的機械加工質(zhì)量的因素及主要對策機體是發(fā)動機零件中結(jié)構(gòu)較為復雜的箱體類零件，也是發(fā)動機的骨架，是所有零件和附件的裝配基體，其精度要求高，加工工藝復雜，且加工質(zhì)量直接影響發(fā)動機的整體性能。同時，在當前發(fā)動機開發(fā)在排放、油耗、噪聲及性能等方面面臨更高的要求，機體的工序質(zhì)量控制也將以一個更高的起點來適應這種變化。目前，隨著數(shù)控技術和測量技術的發(fā)展，機床制造業(yè)取得長足的進步，其加工質(zhì)量和精度的提高使機械加工生產(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備來保證的，因此設備的選擇對保證機體零件的加工精度顯得尤為關鍵。近幾十年來，汽車工業(yè)已經(jīng)成為了中國機床的消費主體，約消費了全社會40%的機床。同時，汽車工業(yè)投資的一半以上又用于購買機床，其中，進口機床額約占80%。統(tǒng)計表明，“十五”期間，汽車工業(yè)投資總額突破2000億元，超過1000億元用于采購機床，其中約800億元用于購買進口機床。這一數(shù)據(jù)表明，國內(nèi)汽車工業(yè)的發(fā)展我國機床市場和進口高速增長的主要原因，換個角度也說明我國裝備制造業(yè)發(fā)展還嚴重滯后后于國際先進水平，汽車工業(yè)關鍵設備仍嚴重依賴進口。 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，就必須考慮一定的安全系數(shù)。國外規(guī)定，機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，國外對機床的質(zhì)量要求非常嚴格，機械能力CM/CMK=2.0/1.67,即3.4PPM，這意味著一百萬個零件中僅有3.4個不合格品，達到了6西格瑪?shù)囊?。而國?nèi)機床質(zhì)量水平只能達到3-4西格瑪，差距比較大。 就金屬切削設備而言，以發(fā)動機加工為例，在汽車行業(yè)普遍流行的做法是，發(fā)動機機體、缸蓋、曲軸、連桿和凸輪軸這些核心零部件的加工設備選擇時，一是采用盡可能柔性、成熟技術、成熟工藝方案為原則；二是在整個工藝方案中重要關鍵特性加工的設備采用進口設備；一般特性采用國產(chǎn)設備。這就說明在這類高速度、高性能、高精度的機床的技術性能、可靠性與國外還有較大差距（特別是歐美），而中底端產(chǎn)品在部分使用進口元件條件下，還是完全可以替代進口的。 以800臺面通用臥式加工中心的定位精度和重復定位精度兩項指標為例，通過對國內(nèi)外機床參數(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機床精度指標國外（歐美）平均水平國內(nèi)較高水平定位精度-+0.005-+0.008重復定位精度-+0.003-+0.0059.2 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)量尤為關鍵，主要可采取四個措施：9.2.1 合理設計工藝裝備結(jié)構(gòu)在設計工藝裝備時，應盡量減少連接面數(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)。在設計基礎件、支撐件時，應合理選擇零件結(jié)構(gòu)和截面而現(xiàn)狀。一般地說，截面積相等時。空心截形比實心截形的剛度高，封閉的截形又比開口的截形好，在適當部位增添加強肋也有良好的效果。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)動橫桿，工件上料（上下料方式為通過式）后，轉(zhuǎn)動橫桿工作，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，在壓緊導柱中間部位設計斜鍥內(nèi)脹機構(gòu)，在工作時，機構(gòu)自動撐緊下缸孔部位，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床部件中零件間接合表面的質(zhì)量，和給機床部件預加載荷。在設備采購時就充分考慮到接觸強度，設備工作臺，縱向移動軸，立柱軸和主軸箱配有緊湊型導軌和帶預緊滾柱的滾柱導塊。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，在機體兩側(cè)還布置可調(diào)輔助支撐裝置，使機體受到左右對稱，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 jig9.2.4 采用合理的裝夾和加工方式在機體毛坯加工工序中，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力釋放而產(chǎn)生較大的變形，筆者提出了對壓緊力進行高底壓分級程序控制，荒加工時采用較大的壓緊力，加工完成后短暫撤銷壓緊力，使工件內(nèi)應力釋放，再以較小的壓緊力作用下對工作進行半精加工。這種方法有效地降底了因毛坯內(nèi)應力產(chǎn)生的變形影響，提高了機體加工過程質(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)動機零件質(zhì)量要求的提高，該問題逐漸凸顯為主要影響因素，因此必須在工藝設計時就全局考慮，采取對應措施以降底影響程度。9.3.1 溫度對機體的影響機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，應該對主要孔面的精加工質(zhì)量影響非常大，如6DL機體頂面產(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，綜合實際經(jīng)驗，對機體生產(chǎn)線設備及廠房采取以下措施： （1）采用全空調(diào)車間，因為工廠處于中國南方地區(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)的綜合效應將使過程質(zhì)量控制無法進行。（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，實踐證明，金屬切削液能降底切削溫度60150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）所有設備主要部件，如床身、立柱、滑臺等采用熱平衡設計，減少設備因受熱變形而對加工精度產(chǎn)生的負面的影響。（4）機床本身的溫度控制也是非常重要的，除加工設備有精度溫度補償功能外，還可在精加工設備熱敏感區(qū)采用冷卻液連續(xù)控制受熱變形影響。如機體缸孔精加工專機立柱，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)專機設計時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。因此機體生產(chǎn)線中缸孔半精和精加工專機均要求對機床立柱進行冷卻，該措施在實施后大大提高了加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。（5）嚴控空調(diào)及通風設備的出風口，避免強制局部冷卻而使設備的不同部位產(chǎn)生較大溫差。（6）嚴格控制熱源（如高溫清洗設備等）影響區(qū)域，生產(chǎn)線設計時就避免機加工設備，特別是精加工設備與熱源距離過近。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，有必要調(diào)整設備幾何精度與控制系統(tǒng)的溫度補償。（2）溫度隨時間的變化T/t要平穩(wěn)，建議小于06k/h，但允許在短時間內(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,但應隨時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，機床零部件經(jīng)冷卻液沖帥產(chǎn)生生產(chǎn)極強的熱交換，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床結(jié)構(gòu)和工藝系統(tǒng)的設計，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：當軸行程不超過750mm,絕對偏差TKTM 0.5K；當軸行程超過750mm,絕對偏差TKTM 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，加強維護創(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準，定期對易損件進行檢查。因此，在機體生產(chǎn)線設計規(guī)劃的同時，就需制訂與之相適應的技術規(guī)范，并在試生產(chǎn)開始就強制執(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，在措施上除采用耐磨材料的刀具，如涂層刀具、刀具等提高刀具壽命外，還需要加強監(jiān)控。在早期，人們依靠提高有效的早期預防。隨著控制理論的發(fā)展，自適應控制的實際生產(chǎn)應用逐漸成為可能。機體生產(chǎn)線在設備選型時就對該功能提出要求；通過主軸功率監(jiān)控或軸向力監(jiān)控來實現(xiàn)刀具磨損狀態(tài)的識別，并自動調(diào)整機床動作來安全應對這種變化。該技術在規(guī)模應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)品精度要求高的項目，其對刀具磨損敏感度也一定很高，則可采用自動測量和反饋補償技術進行質(zhì)量控制。9.5 振動的影響機械加工過程中會使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動，強烈的振動會在加工表面留下振紋，降底零件的精度和表面質(zhì)量，對刀具耐用度和機床的壽命產(chǎn)生負面影響，同時產(chǎn)生的有害噪音還惡化生產(chǎn)環(huán)境，對工人健康不利。振動按其生產(chǎn)的原因可分為三類：自由振動、受迫振動和自激振動。自由振動往往是由于切削力的突然變化等原因所引起的，這種振動一般可以迅速衰減，故對機械加工過程的影響最小，而受迫振動和自激振動是不能自然衰減，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，這種就是典型的受迫振動。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。如粗精銑機體的一個面。要求精度，原工藝設計要求采用速度才能滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求，可是粗糙度達不到要求，雖對刀具進行了多次改進但效果仍不理想，降底進給至，表面粗糙度達到了要求，可又無法滿足節(jié)拍要求，在多次切削實驗后，將進給量加大至，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，也是解決此類振動問題的有效方法。自激振動機理比較復雜，采取的對策仍是通過各種實驗，在設備、工具和實際操作等方面解決。如發(fā)動機機體半精、精鏜凸輪孔工序，因機體長度達，固直線鏜桿長徑比很大，一凸輪孔鏜桿為例，其，且受工件結(jié)構(gòu)影響，又無法在中間設置輔助支撐，在實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對機械加工精度產(chǎn)生的影響。目前比較成功的做法是使用重金屬刀桿，但因其價格昂貴，加工此類大孔很不經(jīng)濟，所以選擇阻尼防振鏜桿作為方案的優(yōu)先選項，該鏜桿可通過內(nèi)置減振系統(tǒng)來吸引刀桿振動能量，最終達到消振的目的。10 主要工序單件機動工時的計算10.1 工序10：粗銑頂?shù)酌鏅C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：。每齒進給量：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表2.4-73，??；銑削速度：參照參考文獻13機械加工工藝手冊表2.4-81，取。機床主軸轉(zhuǎn)速： （1）取 實際銑削速度： （2）進給量： （3）工作臺每分進給量： ：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表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機動時間： （5）10.2 工序40：精銑頂?shù)酌妫簷C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：每齒進給量：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表2.4-73，?。汇娤魉俣龋簠⒄諈⒖嘉墨I13機械加工工藝手冊表2.4-81，取機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1）有：， 實際銑削速度，由式（2）有：進給量，由式（3）有： 工作臺每分進給量： 被切削層長度：由毛坯尺寸可知刀具切入長度：精銑時刀具切出長度：取走刀次數(shù)為1。機動時間，由式（5）有：本工序機動時間 10.3 工序100：粗鏜缸套孔及止口機床：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。進給量：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量。切削速度：參照參考文獻13機械加工工藝手冊表2.4-66取機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1）有：，取實際切削速度，由式（2）有：工作臺每分鐘進給量： （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)：機動時間，由式（5）有：10.4 工序110：半精鏜缸套孔切削深度：，粗鏜后孔徑進給量：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量切削速度：參照參考文獻13機械加工工藝手冊表2.4-66，取：機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1）有，取實際切削速度，由式（2）有： 工作臺每分鐘進給量，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)：機動時間，由式（5）有： 10.5 工序130：精鏜缸套孔切削深度：，半精鏜后孔徑進給量：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量切削速度：參照參考文獻13機械加工工藝手冊表2.4-66，取機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2）有：，取實際切削速度，由式（2）有： 工作臺每分鐘進給量，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)：機動時間，由式（5）有：11 時間定額計算及生產(chǎn)安排根據(jù)設計任務要求，該發(fā)動機機體的年產(chǎn)量為5000件。一年以240個工作日計算，每天的產(chǎn)量應不底于21件。設每天的產(chǎn)量為21件。再以每天8小時工作時間計算，則每個工件的生產(chǎn)時間應不大于22.8min。參照參考文獻13機械加工工藝手冊表2.5-2，機械加工單件（生產(chǎn)類型：中批以上）時間定額的計算公式為： （大量生產(chǎn)時） (8)因此在大批量生產(chǎn)時單件時間定額計算公式為： （9）其中： 單件時間定額； 基本時間（機動時間）； 輔助時間。用于某工序加工每個工件時都要進行的各種輔助動作所消耗的時間，包括裝卸工件時間和有關工步輔助時間； 布置工作地、休息和生理需要時間占操作時間的百分比值。11.1 粗精銑頂?shù)酌鏅C動時間：輔助時間：參照參考文獻13機械加工工藝手冊表2.5-45，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表2.5-48，單間時間定額，由式（9）有：因此應布置一臺機床即可以完成本工序的加工，達到生產(chǎn)要求。112 粗鏜缸套孔機動時間：輔助時間：參照參考文獻13機械加工工藝手冊表2.5-37，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表2.5-39，單間時間定額，由式（8）有：因此應布置一臺機床即可以完成本工序的加工，達到生產(chǎn)要求。11.3 半精鏜缸套孔 機動時間：輔助時間：參照參考文獻13機械加工工藝手冊表2.5-37，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表2.5-39，單間時間定額，由式（9）有：因此應布置一臺機床即可以完成本工序的加工，達到生產(chǎn)要求。11.4 精鏜缸套孔機動時間：輔助時間：參照參考文獻13機械加工工藝手冊表2.5-37，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則：根據(jù)參考文獻13機械加工工藝手冊表2.5-39，單間時間定額，由式（9）有：因此應布置一臺機床即可以完成本工序的加工，達到生產(chǎn)要求。12 專用夾具設計為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降底勞動強度。在加工發(fā)動機機體時，需要設計專用夾具。根據(jù)任務要求中的設計內(nèi)容，需要設計粗銑頂?shù)酌鎶A具及精鏜缸套孔夾具各一套。12.1 粗銑機體頂?shù)锥嗣鎶A具設計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，其他都是未加工表面。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降底勞動強度。12.1.2 定位基準的選擇在進行頂?shù)锥嗣娲帚娂庸すば驎r，以前端面為粗基準，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自由度，而兩工藝孔作為定位基面，分別限制了工件的一個和兩個自由度。即兩個工藝孔作為定位基面共限制了工件的三個自由度。即一面兩孔定位。工件以一面兩孔定位時，夾具上的定位元件是：一面兩銷。其中一