汽車發(fā)動機氣缸體四面孔系機加工序及液壓自動夾具設(shè)計【含7張CAD圖】
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I汽車發(fā)動機氣缸體四面孔系機加工序及液壓自動夾具設(shè)計摘 要本次課題目的是完成發(fā)動機缸體的加工與液壓夾具的設(shè)計，并盡可能對其優(yōu)化，現(xiàn)如今我國人民生活水平越來越高，而供需已經(jīng)出現(xiàn)了不對等，面對著越來越多的需求，提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量是很重要的。本次針對材料為 HT250 鑄鐵，布氏硬度范圍為 170-220 的缸體進行研究，使用臥式加工中心和組合機床進行加工。主要加工面為氣缸體上的出砂孔，兩側(cè)面，油道孔和各面上的連接螺紋孔等。由于左右側(cè)面上的加工面多為凸臺面，且各凸臺加工高度和方向不一致，加工較困難，因此采用一次銑削加工。主油道孔采用擴鉸孔加工，出砂孔采用擴鉸孔加工，油孔采用鉆孔加工，油泵孔采用鉆擴鉸加工，各個表面的螺紋底孔采用鉆孔、攻螺紋的方式加工。汽缸體宜采用低壓鑄造，在加工缸體的過程中，先加工一個面上的所有要求，再換面，因為該零件屬大批大量生產(chǎn)，所以如何提高生產(chǎn)率成為重中之重，本次課題中根據(jù)工藝路線原則擬定了工藝路線，并確立了粗精基準，確定了粗精加工余量，切削用量等，將加工工序以加工工序卡片的形式表現(xiàn)了出來。為了避免在加工缸體的時候使用多次手動裝夾，因此設(shè)計一種液壓自動夾具，使用液壓缸來提供動力，鏈接杠桿，通過傳感器檢測油缸狀態(tài)，來實現(xiàn)自動夾緊，在夾具設(shè)計方面，如何確定定位是關(guān)鍵，因此對定位的選擇進行了分析與計算。在加工時，僅僅需要一次裝夾，就可以實現(xiàn)對多個孔的加工，從而節(jié)省了大量的時間，提高了工件加工的生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：發(fā)動機缸體加工工藝，液壓專用夾具設(shè)計IIABSTRACTThe purpose of the project is to complete the processing of engine cylinder block and the design of the hydraulic clamp, as far as possible for its optimization, nowadays our country people's living standard is higher and higher, and the supply and demand has been wrong, in the face of more and more demand, we should improve production efficiency and the quality is very important.In this case, the material is HT250 cast iron, and the brinell hardness range of 170-220 is studied, and the horizontal machining center and combined machine tool are used for processing. The main processing surface is the sand hole on the cylinder block, the two sides, the oil channel hole and the connecting thread holes on each surface. Because the machining surface on the left and right sides is mostly convex surface, and the machining height and direction of each convex platform are not consistent, the processing is difficult, so it is used for a milling process. Expansion is used in the main oil passage hole reaming processing, sand holes are expanding reaming processing, oil hole drilling, hole pump adopts enlarge reaming processing, tap on the surface of the individual with the method of drilling, tapping screw thread processing.appropriate cylinder is make in low pressure casting, ln the process of machining the cylinder, All the requirements of processing a surface, and then,take a face, because the parts belong to the large number of mass production, so how to increase productivity become the top priority thing, according to the principle of process route in this topic proposed the technological route, and establish a coarse fine benchmark, determine the rough finish machining allowance, cutting dosage,processing procedure will be According to a machining process card.In order to avoid in the machining cylinder block using manual clamping for many times, so we make the design of a hydraulic automatic clamp, use the hydraulic cylinder to provide power, link lever, through the sensor to detect the state oil cylinder, to achieve automatic clamping, in terms of fixture design, how to make sure the key is on position, therefore the choice of location are analyzed and calculated. In the process of processing, only one clamping is required, and the processing of multiple holes can be realized, thus saving a lot of time and improving the production efficiency of the workpiece.Key Words：Engine block machining process，Hydraulic fixture design.- -目 錄摘 要 ....................................................................................................................................IABSTRACT...................................................................................................................................II1 緒論 .......................................................................................................................................11.1 研究背景以及意義 ......................................................................................................11.2 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 ......................................................................................11.3 本次設(shè)計主要內(nèi)容及方法 ..........................................................................................22 缸體工藝性分析 ...................................................................................................................32.1 缸體材料分析 ..............................................................................................................32.2 缸體的主要加工面 ......................................................................................................32.3 缸體主要加工面的加工精度 .....................................................................................32.4 主要加工面加工工藝性及加工方式 .........................................................................33 發(fā)動機缸體工藝規(guī)程設(shè)計 ....................................................................................................43.1 零件生產(chǎn)綱領(lǐng) ..............................................................................................................43.2 零件毛坯尺寸 .............................................................................................................43.3 零件加工工藝路線設(shè)計 ..............................................................................................43.4 零件加工余量 ..............................................................................................................63.5 零件加工參數(shù)選擇 ......................................................................................................83.6 工藝尺寸鏈 ................................................................................................................93.7 對刀分析 ..................................................................................................................104 夾具設(shè)計 .............................................................................................................................114.1 夾具工件任務(wù)及要求 ................................................................................................114.2 基準的選擇 ...............................................................................................................114.3 夾具零件公差的設(shè)定 ................................................................................................114.4 夾具結(jié)構(gòu)方案的擬定 ...............................................................................................124.5 夾具定位支撐系統(tǒng)設(shè)計 ............................................................................................124.6 夾具夾緊機構(gòu)設(shè)計 ....................................................................................................154.7 液壓泵選取 ..............................................................................................................164.8 液壓缸選取 ..............................................................................................................17參 考 文 獻 ...........................................................................................................................19附錄 1：外文翻譯 ..................................................................................................................20附錄 2：外文原文 ..................................................................................................................23- -致 謝 .................................................................................................................................28- -11 緒論1.1 研究背景以及意義1.1.1 研究領(lǐng)域本次課題涉及為機械制造工藝研究領(lǐng)域。1.1.2 研究目的本次課題目的是完成發(fā)動機缸體的加工與夾具的設(shè)計，并盡可能對其優(yōu)化，現(xiàn)如今我國人民生活水平越來越高，而供需已經(jīng)出現(xiàn)了不對等，面對著越來越多的需求，提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量是很重要的。1.2 目前研究的概況和發(fā)展趨勢在發(fā)動機生產(chǎn)與加工方面，根據(jù)資料顯示，汽車發(fā)動機缸體目前的生產(chǎn)大致有以下形式：在傳統(tǒng)組合機床自動線基礎(chǔ)上的柔性化改造。在傳統(tǒng)的機床與數(shù)控技術(shù)聯(lián)系之后，其柔性化有所提高。主體為加工中心的準柔性生產(chǎn)線。加工中心作為其主體，普通機床作為其輔助的準柔性生產(chǎn)線方案；適用場合為多個品種或者批量較大生產(chǎn)的柔性傳輸生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)。發(fā)動機作為汽車最重要的部分，對于發(fā)動機的制造所要求的的工藝水平一般高于其他汽車零件，所以對發(fā)動機的制造加工也成為了所有環(huán)節(jié)中的基礎(chǔ)與重點?，F(xiàn)在我國發(fā)動機缸體，缸蓋的加工普遍采用著剛性柔性生產(chǎn)線并存或者單機與自動線配合的生產(chǎn)模式。在發(fā)達國家中，已經(jīng)廣泛使用高速加工中心與桁架機械手共同組成的敏捷柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，桁架機械手在高空中運送零件，直接把被加工零件從一臺機床輸送到另一臺機床上，機械手兼有工序間運輸和自動上下料功能。通過這些年的發(fā)展，加工發(fā)動機的方式將為了高速化、柔性化和高效率去進行，采用能進行高速度運轉(zhuǎn)的機床主軸，加快工作效率，減少了生產(chǎn)成本，并且能夠提高在市場的競爭力。于材料選擇方面，國內(nèi)缸體制造廣泛使用著鑄鐵材料。使用鑄鐵作為缸體材料，有著不錯的耐熱效果，在處理發(fā)動機功率方面能夠提升很大的空間。目前，國內(nèi)外夾具設(shè)計越來越向著柔性化、智能化、精密化、標準化發(fā)展，為了降低裝夾費用和生產(chǎn)準備時間，柔性裝夾是必不可少的，一般說來，柔性夾具是指工件的形狀和尺寸有一定變化后，夾具還能適應(yīng)這種變化并繼續(xù)使用的應(yīng)變能力。- -2傳統(tǒng)的夾具需要人工上料，不能滿足自動化的要求，而簡單的機器手臂，機器人在完成基本的預(yù)定位之后，仍然需要夾具來完成精確的定位。所以，智能化的夾具將會成為未來設(shè)計的主流趨勢，并且會極大的影響生產(chǎn)率。在汽車發(fā)動機領(lǐng)域，不僅要滿足高標準的要求，同時為了滿足愈來愈烈的消費水平，如何在滿足質(zhì)量與精度的同時滿足大批量生產(chǎn)已經(jīng)成為了必須攻克的一關(guān)。1.3 本次設(shè)計主要內(nèi)容及方法本次課題主要研究內(nèi)容為發(fā)動機缸體從毛坯到成品的主要機械加工工藝過程的制定以及相應(yīng)的加工過程中能夠滿足精度要求的機床和刀具的選擇，還有發(fā)動機缸體上孔群加工所需要的專用夾具的設(shè)計。在設(shè)計中確定了工件在夾具中的定位，使其符合定位原理，合理的設(shè)置了定位件和導(dǎo)向件。進行了夾緊力的分析計算，確定了夾緊裝置的尺寸，并在 CAD 圖紙上按照定位元件，導(dǎo)向元件，夾緊機構(gòu)，傳動裝置等順序繪制了夾具裝配圖。- -32 缸體工藝性分析2.1 缸體材料分析鑄鐵成本低，耐沖擊性能，耐磨性能強，并且熱膨脹系數(shù)低，HT250 鑄鐵適合于做氣缸體的鑄造材料，布氏硬度范圍為 170-220。2.2 缸體的主要加工面氣缸體上的主要加工面有：油孔,兩側(cè)面,出砂孔,油泵孔,主油道孔和各面上的連接螺紋孔等。2.3 缸體主要加工面的加工精度 （1）底面的平面度不大于 0.10mm；表面粗糙度為 Rz=25。（2）工藝孔 2-Φ15 中心距：783±0.8。（3）曲軸孔 φ53 軸線與基準軸線同軸度要求為 φ0.04，表面粗糙度為 Rz=16。（4）油泵孔：43.4±0.3,表面粗糙度為 Rz=16。（5）主油道孔：24±0.2,垂直度為 0.2。2.4 主要加工面加工工藝性及加工方式 （1）左右側(cè)面上的加工面基本都是凸臺面,因此采用一次銑削加工。（2）主油道孔采用擴鉸孔加工。（3）出砂孔采用擴鉸孔加工。（4）油孔采用鉆孔加工。（5）油泵孔采用鉆擴鉸。（6）各個側(cè)面的螺紋底孔采用鉆孔，攻螺紋的方式加工。- -43 發(fā)動機缸體工藝規(guī)程設(shè)計3.1 零件生產(chǎn)綱領(lǐng)年產(chǎn)量：25000 件 生產(chǎn)節(jié)拍：設(shè)定每年的工作日為 300 日，每日生產(chǎn) 8 個小時，按廢品率和備品率為百分之 20 計算，那么生產(chǎn)節(jié)拍＝300×8×60/(25000×(1+20%))=4.8 分/件 生產(chǎn)規(guī)模：為大批大量生產(chǎn)規(guī)模根據(jù)尺寸，選擇 HC1500A 臥式加工中心表 3.1 HDM-125 詳細數(shù)據(jù)工作臺尺寸（mm） 1500×1500工作臺最大承重重量（kg） 8000行程（mm） 2500/1500/1800主軸轉(zhuǎn)速（rpm） 60003.2 零件毛坯尺寸毛坯尺寸：857mm*397.5mm*472.5mm，在加工之前，先粗銑 6 個表面。3.3 零件加工工藝路線設(shè)計3.3.1 設(shè)計工藝路線的原則(1)粗精分開 為了提高加工精度，因此需要粗精分開，先選擇一個粗基準，進行對頂面兩個工藝孔的精加工，接著以其作為精基準，進行對其他工序的加工。(2)工序集中 缸體加工采用臥式加工中心，工序集中的優(yōu)點在于可以很好的提高加工生產(chǎn)率。比如在同一面上的鉆孔，就可以安排在同一工序上進行，能夠使用較少的機床，并且還可以保證加工精度。3.3.2 初步擬定工藝路線方案一：1.精銑下表面2.精銑上表面3.鉆兩個 φ15 的工藝孔- -54.精銑左側(cè)面5.鉆 M8 螺紋底孔，倒角6.鉆 M10 螺紋底孔，倒角，攻螺紋7.擴主油道孔，倒角，攻螺紋8.鉆孔9.鉆標記孔10.鉆 M5 螺紋底孔，倒角，攻螺紋11.鉆 φ8E8 底孔12.擴主油道孔，倒角，精鉸主油道孔13.鉆孔14.鉆 φ12H7 底孔，倒角15.鉆 M10 螺紋底孔，倒角16.鉆 M8 螺紋底孔，倒角17.攻 M10 螺紋18.攻 M8 螺紋19.鉆油泵孔，倒角，粗鏜油泵孔，半精鏜油泵孔20.精銑右側(cè)面，精銑定位面21.精鉸定位銷孔22.擴出砂孔，倒角，精鉸出砂孔23.鉆油孔24.鉆孔，擴孔，倒角，精鉸孔，攻螺紋25.鉆油孔26.鉆 M12 螺紋底孔，倒角，攻螺紋27.鉆 M8 螺紋底孔，倒角，攻螺紋28.鉆 M14 螺紋底孔倒角，攻螺紋方案二：1.精銑下表面2.精銑上表面3.鉆兩個 φ15 的工藝孔4.精銑左側(cè)面5.精銑右側(cè)面，精銑定位面6.精鉸定位銷孔7.鉆 M8 螺紋底孔，倒角- -68.鉆 M10 螺紋底孔，倒角，攻螺紋9.擴主油道孔，倒角，攻螺紋10.鉆孔11.鉆標記孔12.鉆 M5 螺紋底孔，倒角，攻螺紋13.鉆 φ8E8 底孔14.擴主油道孔，倒角，精鉸主油道孔15.鉆孔16.鉆 φ12H7 底孔，倒角17.鉆 M10 螺紋底孔，倒角18.鉆 M8 螺紋底孔，倒角19.攻 M10 螺紋20.攻 M8 螺紋21.鉆油泵孔，倒角，粗鏜油泵孔，半精鏜油泵孔22.擴出砂孔，倒角，精鉸出砂孔23.鉆油孔24.鉆孔，擴孔，倒角，精鉸孔，攻螺紋25.鉆油孔26.鉆 M12 螺紋底孔，倒角，攻螺紋27.鉆 M8 螺紋底孔，倒角，攻螺紋28.鉆 M14 螺紋底孔倒角，攻螺紋3.3.3 方案對比方案一與方案二的區(qū)別在于是方案一加工好一個面之后直接加工這個面上的孔，方案二是先加工所有面再回頭過來加工孔，方案一可以提高加工效率，由于組合機床與加工中心的時候，換刀十分方便，由于其他側(cè)面粗糙度和精度對需加工表面的孔沒有影響，并且該工件要滿足大批量生產(chǎn)，因此十分注重生產(chǎn)率，故選擇方案一進行加工。3.4 零件加工余量3.4.1 毛坯加工尺寸 實際尺寸：851mm*391.5mm*465.5mm(1) 毛坯總高 472.5+-0.8mm- -7(2) 總長 857 0.8mm，前后面總加工余量各 0.5mm。?(3) 主油道孔 24mm，擴余量為 0.75，鉸余量為 0.25(4) 出砂孔 40mm，擴余量為單邊 4.75，鉸余量為單邊 0.253.4.2 毛坯加工余量表 3.2 中間加工余量加工工序 工序加工余量①下表面精銑下表面 余量 0.5②上表面精銑上表面 余量 0.5①左側(cè)面 精銑左側(cè)面 余量 0.5②主油道孔 擴 單邊余量 1.5③出砂孔擴 單邊余量 4.75精鉸 單邊余量 0.25④油泵孔 粗鏜 余量 3.85半精鏜 余量 0.95⑥右側(cè)面 精銑右側(cè)面 余量 0.5⑥螺紋底孔鉆 余量 0.25- -83.5 零件加工參數(shù)選擇根據(jù)《切削用量手冊》查表可得出如下數(shù)據(jù)組合機床(1) 前后端面(密齒硬質(zhì)合金端面銑刀)725rpm=n0.5/r,f12m/s,=v左右側(cè)面各凸臺面(端面銑刀).3/6./,(2) 工藝孔加工(鉆- 鉸刀) 0.6/r=f上0.5/sv上(3) 各孔的鉆削加工 14pmn.2/,Φ-3.1m/r=f 0r=0.8/s,v6./96pn.54/,上-9.2/r=f 750rm=0.2/s,vΦ1.3m/ pn.1/,-57.4/r=f 750r=0.8/s,v上2./ .25m/rf上3pn./φ7加工中心： 0./=9r,80m/i,=vΦ6.5 rf139.2/356p,n2/i,上321r0.m/r=f7,0/i,=v(4) 各螺孔攻絲的切削用量 ./5rp,n.78m/s,M612rf314./=4,0.2/,=v上- -91.75m/r=f320rp,n0.1m/s,=v上M220453.6 工藝尺寸鏈封閉環(huán)的基本尺寸： ???????miiinA110環(huán) 數(shù)為 包 括 封 閉 環(huán) 在 內(nèi) 的 總為 增 環(huán) 的 次 數(shù)為 減 環(huán) 的 基 本 尺 寸為 增 環(huán) 的 基 本 尺 寸為 封 閉 環(huán) 的 基 本 尺 寸nmi?油泵孔尺寸鏈：粗鏜：20.1 0+0.25半精鏜：22 0+0.1220+0.1=20.10+0.25+ZZ=1.9-0.1+0.25圖 3.1 油泵孔尺寸鏈出砂孔尺寸鏈：擴：20 0+0.1鉸：28.6 -0.007+0.01828.6-0.007+0.018=200+0.1+ZZ=8.6-0.107+0.018圖 3.2 出砂孔尺寸鏈- -10主油道孔尺寸鏈：擴：11 0+0.1鉸：12 -0.007+0.01812-0.007+0.018=11.750+0.1+ZZ=1-0.107+0.018圖 3.3 主油道孔尺寸鏈3.7 對刀分析自動對刀是通過刀尖檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的，刀尖以設(shè)定的速度向接觸式傳感器接近，當(dāng)?shù)都馀c傳感器接觸并發(fā)出信號，數(shù)控系統(tǒng)立即記下該瞬間的坐標值，并自動修正刀具補償值。在本次加工中，將對刀點選擇在菱形定位銷處，以確定對刀點在機床坐標系中的絕對坐標值。圖 3.4 自動對刀示意圖- -114 夾具設(shè)計4.1 夾具工件任務(wù)及要求該夾具設(shè)計目的是設(shè)計一種可以滿足加工側(cè)面孔系的夾具。為了避免在加工缸體的時候使用多次手動裝夾，因此設(shè)計一種液壓自動夾具，液壓夾緊采用高壓油來提供動力，特別適合大型工件的多處夾緊，工作壓力十分高，夾緊剛性很大，通過傳感器檢測油缸狀態(tài)，來實現(xiàn)自動夾緊。在加工時，僅僅需要一次裝夾，就可以實現(xiàn)對多個孔的加工，從而節(jié)省了大量的時間，提高了工件加工的生產(chǎn)效率。4.2 基準的選擇基準的選擇是夾具設(shè)計中最為基礎(chǔ)也最為重要的部分，通過選擇合適的基準，才能夠進行夾緊等一系列進一步的工作。4.2.1 粗基準的選擇應(yīng)該去選擇工件上不被加工的面作為粗基準，因此，加工時選取曲軸孔作為加工的粗基準。4.2.2 精基準的選擇 精基準以工件頂面還有 2 個 φ15 的工藝孔作為定位精基準，能夠簡化夾具設(shè)計制造工作。因為使用的是數(shù)控加工中心，因此以工藝孔作為基準坐標中心，建立 X/Y/Z 的基準坐標系，可以通過輸入坐標進行鉆孔等一系列操作。4.3 夾具零件公差的設(shè)定4.3.1 粗基準面定位零件公差毛坯夾具定位基準為缸體曲軸孔結(jié)合面和缸孔，在設(shè)計裝配時應(yīng)該先去保證定位基準精度。缸體曲軸孔結(jié)合面尺寸為 500.15，總公差 T0=0.3，A0=90 ?0.15 作為裝配尺寸鏈封閉環(huán)，固定支撐釘 A1=20，墊圈 A2=5，支座 A2=65 為尺寸鏈組成環(huán)。墊圈結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，為尺寸鏈中的協(xié)調(diào)環(huán)。平均公差 Tm=0.1。支座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易加工，應(yīng)當(dāng)分配更多的公差。因此，T1=0.1，T2=0，T3=0.2 ，A1=20 ?0.05，A2=5，A3=65 ?0.10，同理，粗基準面對底面的平行度為 0.03，固定支撐釘對底面平行度為 0.01，支座對底面平行度為 0.02。查手冊可得，支座軸向圓跳動公差為 0.01。- -12圖 4.1 粗基準面定位元件尺寸鏈4.3.2 兩側(cè)缸孔定位裝置尺寸公差缸孔直徑公差為 0.015，缸孔對曲軸孔垂直度要求為 0.05，缸孔加工位置精度為φ0.2 ，缸孔圓柱度精度要求為 0.01。定心柱定位確定缸孔中心線，中心線與十幾周線的重合度又影響著后續(xù)缸孔加工精度，定心支座的公差應(yīng)該與缸孔一致，定心支座的公差由下底面和上支座組成，定心支座的圓柱度應(yīng)該為 0.01，下底面相對夾具體上表面的垂直度為 0.02.定心柱相對支座軸線的垂直度為 0.02，支座上兩定心孔的同軸度為0.03。4.3.3 中間缸體定位裝置公差同理，圓柱度也應(yīng)該與缸孔一致，中間缸孔定位支座的垂直度圓柱度公差由支座，油缸體和連接板決定，連接板結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，公差小，支座同軸度公差為0.02，定心柱相對支座軸線垂直度為 0.02，兩定心支座定心孔的同軸度為 0.03。油缸體缸孔相對夾具體上表面垂直度為 0.02。相對支座軸線同軸度為 0.2。4.4 夾具結(jié)構(gòu)方案的擬定 4.4.1 夾具的組成夾具由定位裝置和夾緊裝置組成，在限制自由度確保定位之后進行夾緊。4.4.2 夾具定位該夾具使用了一面兩銷定位方式，此定位方式為完全定位，可以限制住工作所有的活動范圍，推入工件之后，先使用側(cè)面的一個預(yù)定位塊進行預(yù)定位，再通過夾具體兩側(cè)的導(dǎo)板進行微調(diào)，使得定位銷進入工件，接著液壓缸提供動力，進行夾緊，從而完成定位。4.5 夾具定位支撐系統(tǒng)設(shè)計4.5.1 定位銷的尺寸設(shè)計如圖 4.2 所示，為定位銷（菱形銷和圓柱銷）的圖示。- -13圖 4.2 兩銷示意圖定位銷參數(shù)： 兩個定位銷的中心距 L1 為 760mm 兩孔中心距公差為±0.006mm兩定位孔直徑：D 1=D2=Φ 15H7=Φ15H 018.圓柱銷最大直徑為：d 1=D2=Φ15mmD1--第一基準孔最小直徑d=Φ15g6=Φ15 切削邊銷寬度，查表 D2>8，取 b=4mm，B 為06.17?11.3切削邊銷與基準的最小配合間隙OO2min=2*4*0.0595/15=0.032mm切削邊銷的最大直徑d2=D2*min2=15-0.032=14.968mm取 d2h6=Φ14.968 08.?4.5.2 定位銷設(shè)計圖 4.3 圓柱定位銷圓柱定位銷尺寸如圖 4.3 所示。- -14圖 4.4 菱形定位銷查表選取菱形銷尺寸如圖 4.4 所示為別為 4mm 和 12mm。4.5.3 定位銷的定位誤差計算圖 4.5 定位銷的定位誤差示意圖本次夾緊研究的是鉆側(cè)面孔工序，在本次工序中采用缸體毛坯粗基準定位，加工中不存在基準位移誤差和基準不重合誤差，從理論上來說不存在定位誤差，但是由于毛坯定位基準面通過定位元件直接與夾具相接觸，定位元件在加工制造過程中可能產(chǎn)生加工誤差，帶有加工誤差的定位與案件與缸體毛坯接觸實現(xiàn)定位，就會帶來定位誤差?！?dw =△ jb+△ jw△ jw=△D+△d+△△ jw=（△D+△d）/2=（0.018+0.08）/2=0.013mm 4.5.4 定位塊設(shè)計- -15圖 4.6 定位塊定位塊尺寸如圖 4.6 所示，在夾緊中，定位塊與工藝孔基準要重合，因此定位塊中心點到夾具體左側(cè)面為 258mm，到夾具體前面距離為 42mm。4.6 夾具夾緊機構(gòu)設(shè)計4.6.1 夾緊力的作用點為了保證工件在夾緊后定位穩(wěn)定，應(yīng)盡可能使得兩個夾緊點距離大，因此確定兩個夾緊點分別在工件頂面兩側(cè)，配合下方的定位塊，完成對缸體的夾緊。位置應(yīng)該盡可能去靠近工件加工表面，目的是減小在加工時切削力對工件產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)力矩。4.6.2 夾緊動力的選擇考慮到該工件的裝夾情況，因此選擇雙液壓缸夾緊方式，工作壓力大，傳動力大，并且能夠采用直接夾緊，由于油液是不能壓縮的，所以夾緊剛性較大，因此使得工作時運行平穩(wěn)。4.6.3 夾緊力的方向夾緊力方向應(yīng)當(dāng)正對定位基準面，雖說應(yīng)盡可能要求夾緊力跟切削方向一致，但是因為要加工側(cè)面幾乎所有孔，并且毛坯側(cè)面并非平面，因此無法滿足這一要求，工件為 205kg，重力較大，應(yīng)使得夾緊力順應(yīng)工件重力方向，豎直向下。該工件的定位基準面選擇了底面，因此夾緊力豎直向下指向底面。4.6.4 夾緊力的大?。?）加工時工件所受的切削力水平方向上，左右兩面各孔抵消，另外左側(cè)面還有 2-φ6.7 孔（f=0.05mm/s）右側(cè)面上有 2-φ8.5 孔（f=0.08mm/s）及 φ15 孔（f=0.10 ）切削力計算公式軸向力： MYXFKfdC*0?查找《機械加工工藝手冊》可知灰口鑄鐵 HT250，HB170-220其中 CF=225.63- -16X=1Y=0.8K=0.9則 F=225.63*0.9（2*8.5*0.08 0.8+15*0.1*0.80.1-2*6.7*0.050.8）=1001.12N4.6.5 夾具體的尺寸由于兩工藝孔中心距為 783mm，因此兩定位銷的距離也應(yīng)為 783mm，同時設(shè)計了較長的底面，定為 1300mm。為了更好的排削與美觀，將夾具體底面高度設(shè)計為60mm，定位塊高度 20mm，由于工件總高 465mm，因此夾具體總高為 545mm。圖 4.7 夾具體夾具體尺寸如圖 4.7 所示。4.6.6 夾緊機構(gòu)設(shè)計在推入夾具時，先觸碰到預(yù)定位塊完成預(yù)定位，在夾具體底面設(shè)計多個定位塊，以便可以找準定位，將定位銷設(shè)計在夾具體底面處，由一個圓柱形定位銷和一個菱形定位銷組成，在實現(xiàn)一面兩銷完全定位之后，由夾具體側(cè)面的液壓缸提供動力，鏈接杠桿進行夾壓，通過傳感器來判斷油缸狀態(tài)，完成夾緊。4.7 液壓泵選取能源裝置在液壓傳動系統(tǒng)中，為液壓缸提供能量，液壓泵將電機的機械能轉(zhuǎn)化為油液的壓力能，在這里，我選取齒輪泵作這次轉(zhuǎn)化能量的裝置。圖 4.8 齒輪泵結(jié)構(gòu)圖- -174.8 液壓缸選取液壓缸是將液體壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，雙作用單桿缸的往復(fù)運動的速度和出力都是不同的，在這里，我選擇雙作用單桿缸作為這次使用的裝置。圖 4.9 液壓缸結(jié)構(gòu)- -185 結(jié)論本論文通過對參考文獻的閱讀，對缸體工藝的分析，設(shè)計了缸體側(cè)面孔的加工工序，并且對鉆側(cè)面孔進行了夾具設(shè)計，為液壓自動夾具，可以減少多次換刀帶來的人為誤差，鉆孔只需一次裝夾即可實現(xiàn)，在此次設(shè)計中，采用了一面兩銷，粗精分開與工序集中原則，每次換刀都可以完成多孔的鉆孔加工，這樣的做法大大提高了工作效率，并且還能夠保證工件的加工質(zhì)量。論文取得如下成果：在普通機床與加工中心之間，選擇了加工中心作為加工的機床，由于需要進行大批量生產(chǎn)，因此如何提高生產(chǎn)效率便成為了本次研究的重點，本次課題研究的是四面孔系加工，因此著重分析了發(fā)動機側(cè)面四面的加工工序，并將其做成了工藝卡片以便觀看，無論是在夾具還是工序方面，最重要的都是定位基準的選取，在基準選擇方面有三個重要原則，論文里有所提及，工欲善其事，必先利其器，只有在選擇了正確基準以后，才能夠進行進一步的加工，介紹了對刀誤差的來源與處理辦法，畫出了尺寸鏈來分析和計算工序尺寸。本文里加工工序多為鉆側(cè)面孔加工，因此設(shè)計了一套液壓自動夾具去實現(xiàn)在鉆側(cè)面孔時的裝夾。在夾具設(shè)計方面先計算了自由度的限制，選取了合適的定位基準，并設(shè)計了該夾具的裝夾方式，選擇了合適的液壓系統(tǒng)來輔助夾具使用。本此設(shè)計包含了說明書的寫作，圖紙的繪制，與工序卡片的制作，工作量達到了畢業(yè)設(shè)計的要求。- -19參 考 文 獻[1] 房長興,羅和平,高志永等.發(fā)動機缸體加工工藝研究[J].機械設(shè)計與制造,2013(03):262-264.[2] 毛護國. 發(fā)動機缸體加工定位誤差分析[D].華中科技大學(xué),2014.[3] 史蒂夫·道森.蠕墨鑄鐵——現(xiàn)代柴油發(fā)動機缸體和缸蓋的材料[J].鑄造技術(shù),2009,30(04):455-460.[4] 吳國君,張穎,王強等.數(shù)控刀具選型策略[J].模具制造,2007(10):63-69.[5] 周太平,康志成,夏翔.數(shù)控銑床與加工中心夾具設(shè)計[J].現(xiàn)代制造工程,2011(02):91-95.[6] 向文俊.發(fā)動機缸體加工粗基準選擇與定位方式的研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2013(07):97-101.[7] 蘇嘉玲.機械加工影響表面粗糙度的因素及改善措施[J].新技術(shù)新工藝,2010(11):10-11.[8] 周文. 發(fā)動機缸體高速加工工藝設(shè)計與研究[D].燕山大學(xué),2006.[9] 陳良江. 長安汽車發(fā)動機缸體機械加工自動線總體設(shè)計與研究[D].重慶大學(xué),2001.[10]李吉,賴玉活,丁剛強.發(fā)動機汽缸體液壓專用夾具設(shè)計[J].制造技術(shù)與機床,2013(04):140-142.[11]肖鐵忠,李烜,黃娟等.發(fā)動機缸體曲軸孔精加工專用夾具設(shè)計與研究(英文)[J].機床與液壓,2014,42(24):117-121[12]Chetankumar M. Patel,G.D. Acharya. Design and Manufacturing of 8 Cylinder Hydraulic Fixture for Boring Yoke on VMC - 1050[J]. Procedia Technology,2014,14.[13]Anand Raghu,Shreyes N. Melkote. Analysis of the effects of fixture clamping sequence on part location errors[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture,2003,44(4).[14]Bo Li,Shreyes N. Melkote. Improved workpiece location accuracy through fixture layout optimization[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture,1999,39(6).[15]Y. Wang,X. Chen,Q. Liu,N. Gindy. Optimisation of machining fixture layout under multi-constraints[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture,2005,46(12).1720附錄 1：外文翻譯曲軸孔專用夾具的設(shè)計與研究摘要:從曲軸孔精加工的精度將直接影響發(fā)動機的質(zhì)量和壽命，一個先進的、合理的夾具系統(tǒng)加工精度是非常重要的。根據(jù)汽缸曲軸孔的精度要求在實際應(yīng)用中，確定工藝參數(shù)和定位參考。由于發(fā)動機的加工要求相對較高，而曲軸孔加工的三個關(guān)鍵流程和它的準確性將直接決定發(fā)動機的總體性能，一個先進的、合理的夾具系統(tǒng)加工精度和生產(chǎn)效率是非常重要的。根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)處理曲軸孔,第一種方法是粗加工，半精加工和精加工過程在不同的機器上進行，然后進行三次不同的定位夾緊。夾緊誤差將不可避免地存在，最終將影響定位精度，精密加工的要求通常不能滿足；另一個缺點是,完成過程通常是在精密加工中心完成，具有較高的加工精度和較低的生產(chǎn)效率。半精加工和精加工將由單個設(shè)置完成。因此，它不僅提高了加工精度，降低勞動強度，而且還滿足大規(guī)模生產(chǎn)效率。1 工件的精度要求和確定過程1.1 工件參數(shù)和精度要求工件的主要參數(shù)和精度要求如下，名稱:Q465 缸；尺寸：311×298×223；內(nèi)徑:5×Ф54 + 0.0240；工件材料：HT250(曲柄孔蓋)，鋁合金(曲軸孔基體) ；硬度:HB170 ~ 241(鑄鐵 )；工件重量：30 公斤。1.2 確定過程鉆孔操作通常用于制造曲軸孔，本文通過對工件的粗鏜加工完成，采用一種特殊的夾具，完成了曲軸的半精加工。曲軸孔鉆孔,鉆孔的過程使用 CBN 工具；切削速度是 120 米/分鐘，鉆孔的主軸轉(zhuǎn)速 708 r / min；工具進給速度是 0.06 mm / r1.3 確定基準缸體鉆孔、鉆孔加工。在鏜曲軸孔加工前，采用底面和工藝針孔進行定位?；鶞蔬x取下表面和定位銷孔。根據(jù)基準面原理，這種鏜孔工藝也使用底面和工藝針孔進行定位。圖 2 所示,它介紹了過程定位基準。缸體底面作為第一個定位基準面，在缸體后端附近的工藝銷孔作為第二個基準面，定位銷孔為短柱，在缸體前部附近的工藝針孔作為第三個基準面，定位銷孔為短菱形。2 特殊的夾具系統(tǒng)的設(shè)計夾具系統(tǒng)由特定的文件夾、鉆孔模具和其他部件組成，如圖 3 所示。17212.1 設(shè)計定位機制22定位方法：兩側(cè)定位；定位原則：完全定位；定位銷項目：固定定位銷。定位機制如圖 3 所示。可調(diào)好優(yōu)化定位塊 2、11 和定位銷 3 和 10 實現(xiàn)兩側(cè)定位機制。由于制造精度,工藝孔和定位銷之間的差距。因此,定位機制的定位誤差如圖 4 所示。α=arctan（Δ1 +Δ2 ）/L， Δ1 是最大的圓柱銷中心位置之間的差距和工藝孔的中心位置；Δ2 中心位置之間的最大差距是菱形銷和工藝孔的中心位置；L 是圓柱銷和菱形銷之間的距離。2.2 夾緊機構(gòu)這個設(shè)計使用氣動夾緊，在工件準確定位,選擇合適的夾緊力來克服在切割產(chǎn)生的振動和傾覆力矩。夾緊機制如圖 5 所示。一旦工件準確定位，氣缸 17 將夾緊桿 3、9和夾緊板 5、11 到夾緊工件通過導(dǎo)桿 4、10。2.3 鉆模如圖 6 所示，提出了鉆孔模式結(jié)構(gòu)。鉆模結(jié)構(gòu)是外輥結(jié)構(gòu)，在鏜桿和鏜套之間存在軸向相對運動和相對旋轉(zhuǎn)。鉆套外設(shè)有角接觸滾珠軸承，鏜孔套與鏜桿一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)機器工作時，鏜桿的工作聯(lián)合很低，鏜桿和鏜桿之間只存在相對運動，由于摩擦迅速，鏜桿不會被加熱，所以不會出現(xiàn)鏜桿系統(tǒng)的“死”現(xiàn)象。角接觸滾珠軸承是必需的，在整個鏜桿中預(yù)裝載的支承剛度將大大提高。鏜桿與鏜孔套筒之間有相對運動，兩者之間存在間隙。該間隙將導(dǎo)致鏜桿在鉆孔過程中徑向移動，進而影響加工圓度和圓柱形。間隙太大，加工精度可能無法滿足要求;如果間隙太小，可能會導(dǎo)致在加工過程中由于高速旋轉(zhuǎn)鏜孔套筒而導(dǎo)致的滾道鏜桿。因此，鏜桿和鏜套之間的間隙需要選擇為合理的值。在精細鉆孔過程中，建議在直鏜桿和鉆孔套筒之間的最小間隙值為相應(yīng)加工位置公差的 1 / 5 到 1 / 6。最大間隙應(yīng)小于相應(yīng)處理現(xiàn)場公差的 1 /3。3 鏜桿系統(tǒng)分析3.1 鏜桿模態(tài)分析幾何模型及網(wǎng)格如圖 7 所示，為了解決這個問題，必須簡化模型和一些假設(shè)將遵循:小結(jié)構(gòu)，如倒角和螺旋表面將被忽略,間隙槽作為一個實體，單列角接觸球軸承設(shè)置為僅承受徑向載荷,這球軸承簡化為彈簧;乏味的套筒和鏜桿的密度將是相同的，和無聊的袖子被視為額外的分布質(zhì)量的鏜桿；主軸速度很低，軸承剛度被視為一個常數(shù)。邊界條件設(shè)置如下：零位移約束只加載在模態(tài)分析中，結(jié)果如圖 8 所示。前六階固有頻率和相應(yīng)的模式鏜桿的形狀如表 1 所示， 在軸操作方面，它顯示了鏜桿的最低固有頻率是 370.5 赫茲遠遠大于激勵頻率 11.8 赫茲。因此，不會產(chǎn)生共振現(xiàn)象。23表 1 .鏜桿固有頻率和模態(tài)頻率/ Hz 模式形狀526.1 運動和彎曲在 YZ 平面443.5284 扭曲在 YZ 平面565.8051 彎曲在 XZ 平面605.5910 彎曲在 YZ 平面645.3023 XZ 平面變形(右)668.4481 XZ 平面變形(左)3.2 軸承剛度計算本論文運用 1982 年總結(jié)的 Lin 公式的經(jīng)驗計算了角接觸球軸承的剛度。K0 = 0.39 F1 / 3 d0.4638K0 是零間隙角接觸軸承剛度(N /μm)；Fr 是軸承徑向載荷(N)，d 是軸承直徑(毫米)。所選軸承模型 7014ac/P4，d = 70 毫米；負載 Fr = 200 N。通過角接觸球軸承的剛度計算，K0 = 16.362N/μm，為雙支撐結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的軸承剛度是 32.724N/μm，K0高達兩倍。3.3 軸承剛度對鏜桿的影響軸承剛度不是一個固定值，它有一個非線性關(guān)系。角接觸球軸承的安排是常數(shù),軸承剛度值為 0，鏜桿的第一固有頻率變化如圖 9 所示。如圖 9 所示，鏜桿系統(tǒng)的固有頻率與軸承剛度的增加會增加，軸承剛度達到一定值時, 鏜桿的固有頻率系統(tǒng)將某個值方法。看到軸承剛度具有重要影響的動態(tài)屬性鏜桿系統(tǒng)，因此，它是非常重要的獲得正確的軸承剛度通過調(diào)整軸承預(yù)加載在真實的應(yīng)用程序中。4.結(jié)論在這篇文章中，設(shè)計了一套專用夾具，這將有效地提高加工精度和生產(chǎn)效率。通過實際的操作和測試，加工工具的精度達到或超過了預(yù)期的要求。此外，由于該夾具系統(tǒng)的自動化程度高，可以大大降低勞動強度。目前，這項技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多個在重慶的機械制造公司的生產(chǎn)線上，并獲得一些好的反饋。2425附錄 2：外文原文2627282930致 謝感謝王元剛教授與王坤導(dǎo)師對我的指導(dǎo)，老師淵博的專業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，對我影響深遠。在此次論文寫作的很多細節(jié)上，老師都給予了特別的關(guān)注。本次論文從選題到完成，每一步都是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的，傾注了老師很多的心血。在此，謹向老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！在寫論文的過程中，遇到了很多的問題，在老師的耐心指導(dǎo)下，問題都得以解決。所以在此，再次對老師道一聲：老師，謝謝您！同時感謝同學(xué)在外文翻譯上對我的幫助，很多單詞不認識，語法不能連貫的時候，謝謝你伸出了援手，讓我得以更快的完成論文。感謝你無私的付出！