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1、 發(fā)動機機體加工工藝及其夾具設計 要全套設計請聯系QQ174320523 各專業(yè)都有 摘 要： 本課題概要的介紹國內外機械制造行業(yè)的發(fā)展趨勢，從而提出發(fā)動機機體加工工藝研究的重要性。對影響機體機械加工質量的因素和主要對策的分析、研究，關鍵工序的加工進行分析，選擇合適的刀具，選擇合理定位基準和可靠定位基準以及設計可靠的夾緊來保證其加工質量和加工精度，提出相應的對策提高發(fā)動機的良品率和滿足客戶的要求。同時粗銑頂底面、精鏜缸套孔專用夾具和一套工藝規(guī)程的合理設計更使得加工工藝有所創(chuàng)新。 關鍵詞： 發(fā)動機機； 加工工藝；夾具； 因素 The Design of

2、Engine Block Processing Technology and Jig Author: GUO Ying Tutor: CHEN Zhi-liang (Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: Brief introduction of this topic at home and abroad and the development trend of machinery manufacturing ind

3、ustry, 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 reasonabl

4、e 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 mil

5、ling 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 機械行業(yè)在世界上的發(fā)展趨勢 世界機械制造行業(yè)包含了礦山設備、工廠設備和建筑機械及汽車零部件、家用電器等諸多領域，其年產值高達1萬億美元。據行

6、業(yè)專家分析，機械制造業(yè)在未來的發(fā)展中，有四種重要趨勢將對其產生重大影響。 （1）機械制造行業(yè)的融合在機械制造的許多領域，電子控制和軟件技術變得同機械工程同等重要。德國第巴赫機械制造公司是世界最大的大型玻璃制造廠生產玻璃制造廠生產玻璃處理系統(tǒng)的公司，目前該公司的軟件控制裝置、電子機械裝置占據了其產值的1/3。 （2）機械制造行業(yè)服務性思維在從電梯到工廠設備等的各個領域，生產廠家的利潤增加已不再是因為按固定規(guī)格生產產品，而是要求制造廠家能按用戶的要求生產產品，以滿足的個性化特殊的需求。此外，企業(yè)也通過維修或售后服務以增加產值，并帶動生產型服務業(yè)的發(fā)展。 （3）機械制造業(yè)全球產品開發(fā)企業(yè)的產品

7、開發(fā)，不是在自禁的閉門造車，而是在面向開放的公共平臺和社會資源。如美國最大的家用電器制造商惠而浦公司，對由2000名工程師組成的全球產品開發(fā)小組進行改組，以集思廣益開發(fā)新產品，縮短某些產品的開發(fā)時間。 1.2 機械行業(yè)在中國的發(fā)展趨勢 改革開放以來，我國機械制造業(yè)實現了持續(xù)的高速增長，但從去年開始這一態(tài)勢發(fā)生了較大變化，主要表現是增速出現了較大回落。盡管如此，去年中國機械制造業(yè)的總產值仍比2010年增長了25.06%，實現了利潤比上年增長了21.14%，但是上述增速分別比2010年回落了8個百分點和30多個百分點。2011年以來中國機械制造業(yè)增速出現了明顯回落，說明中國經濟總量高

8、速增長時期已逐漸過去，今后機械制造業(yè)必須適應市場需求由重“量”到重“質”的轉變趨勢。但是總體來說，我國工業(yè)化和城市化在不斷提高，未來建設任務仍然巨大，對工程機械產品需求的增加也將直接推動工程機械行業(yè)的快速發(fā)展[1]。 依靠我國機械行業(yè)50年形成的物質技術基礎和發(fā)展經驗，通過加快與國際經濟的融合與接軌，有利于更多地獲得發(fā)展所需的各種資源，加快機械行業(yè)技術進步和產業(yè)升級；有利于面向國內外兩個市場，進一步擴大機械產品出口；有利于學習國內外先進的管理經驗，加快企業(yè)經濟運行機制和管理體制的轉換。隨著經濟全球化步伐加快，國內市場日趨國際化，世界著名跨國公司對我國機電產品市場的進入戰(zhàn)略正在由過去推銷產品為

9、主轉變?yōu)橐援a品、資本、技術、服務等更多種手段的全面市場輸入，一些體現國力和技術水平的重要機械產品（如汽車、電力設備、數控機床、自動化控制設備等）市場的競爭將更加激烈[2]。 1.3 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，其結構復雜，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，本課題來源于生產實際現場，具有較強的實際應用價值。 由于現在機械工業(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

10、機體的生產綱領是成批大量生產，此類生產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成本，使充分利用現有的生產條件，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

11、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)知識結合實踐經驗，進一步研究了發(fā)動機機體的構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現場，根據《湖南農業(yè)大學東方科技學院畢業(yè)設計任務書》中所規(guī)定的內容，本次設計包括三個主要內容。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，有利于在生產過程中作到優(yōu)質、高效、底消耗、安全生產和改

12、善勞動條件，使得機械加工循序漸進的進行。其主要內容包括：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。再根據以上內容，查閱相關資料，確定合適的加工設備及主要參數和規(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、夾具整體結構和夾緊力。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構簡單、定位精確、夾緊可靠。完全符合零件圖紙加工要求

13、。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 此次設計的主要內容為發(fā)動機機體的加工工藝規(guī)程的編制，粗銑頂底面夾具設計、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情況，生產綱領為成批大量生產。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。因此，機械加工工藝規(guī)程設計是一項重

14、要又嚴肅的工作。它要求設計者必須具備豐富的生產實踐經驗和廣博的機械制造工藝基礎理論知識。 機械產品生產過程是指從原材料到該機械產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、儲存和運輸等輔助勞動過程。機械產品復雜程度不同，其生產過程可以由一個車間或一個工廠來完成，也可以由多個工廠聯合完成。 機械加工工藝過程是機械產品生產的一部分。是對機械產品中的零件采用各種加工方法直接用于改變毛坯的形狀、尺寸、表面粗糙度以及力學物理性能，使之成為合格零件的全部勞動過程。 2.3 零件結構工藝性分析 所謂零件的結構工藝性是指在滿足使用要求的

15、前提下制造該零件的可行性和經濟性[1]。功能相同有零件，其結構工藝性可以有很大的差異。所謂結構工藝性好，是指在現有工藝條件下既能方便制造，又有較低的制造成本。 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。在所給的零件圖中，具有三個視圖，可以看清零 件的結構，表達直觀、清楚。經檢查

16、零件無差錯。零件示意圖如下圖所示： 圖1 零件示意圖 Fig.1 schematic of body 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，還有一調速器安裝面。 （3）機體兩側面 機體兩側面有兩水管安裝面、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。 零件工藝結構比較復雜，但是零

17、件的剛性比較好，所以零件的工藝加工過程偏向于工序集中，這樣可以使總的工序數目減少，夾具的數目和工件安裝次數也相應減少，這樣有利于保證各加工面間的相互位置精度要求，有利于采用高生產率的機床，節(jié)省裝夾工件的時間，減少工件的搬動次數。 2.3.2 結構工藝性分析 由發(fā)動機機體零件圖可以看出，此零件結構復雜，并根據零件的用途，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

18、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）機體兩側面 兩側面有五個不同的面，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Φ0.015； 前軸承座孔圓柱度為0.01

19、2，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，零件的結構工藝性要求較高，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)動機的主體結構，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，需要具有良好的機械性能，它直接影響到發(fā)動機的性能。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

20、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各種鑄造方法的經濟特性，在大批生產的情況下，所以毛坯為鑄造件[3]。這樣有利于零件的大批量生產，并且坯件精度高，可以大量減少后繼工序加工費用，提高生產效率、降底生產成本。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、中批生產的鑄件精度等級為2級，為消除內應力，開箱后進行退火處理，最后清理完后再進行噴丸處理[5]。 3.3 零件毛坯質量 根據計算鑄件毛坯質量為43kg[5]

21、。 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值。所以在確定毛坯尺寸時應根據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)動機機體結構較復雜，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，是用來確定生產對象上幾何要素之間的幾何關系所依據的那些點、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。

22、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，但是由于工件結構上不方便，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，最先銑出它的頂底面和前后面作為后面工序的精基準，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

23、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，并留有適當的加工余量，為后續(xù)精加工做好準備。（3）精加工階段[1]。在精加工階段，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1 Table.1 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 16

24、0 180 200 220 240 260 280 300 320 340 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 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

25、兩水管安裝面 銑油泵平面 粗鏜缸套孔 銑調速器安裝面 清理鐵屑 清理鐵屑 清理鐵屑 鉆兩側孔 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 兩側面螺紋孔攻絲 表.2方案2 Table.2 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 20 40 60 80 100 120 粗銑汽缸體前、后端面 粗銑機體兩側面 銑

26、調速器安裝面 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 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 機體底面各孔攻絲 精銑機體兩側面和鉆各孔 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 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 半精鏜缸套孔及止

27、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，消除內應力，便于機械加工，加工完后還進行各種檢驗，提高加工質量。 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

28、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5-84[3]再根據所制定的工藝規(guī)程，結合實際經驗，參考《機械加工余量手冊》[5]，可確定工

29、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5所示: 表.3機械加工余量 Table.3 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

30、 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

31、 IT7 IT12 IT7 0.40 0.06 0.20 0.12 0.027 0.60 0.045 0.46 0.025 4941.5 488+0.2 -0.2 487.25 +0.05–0.01 2361.5 232-0.63 -0.43 231+0.18 0 Φ10.2 Ф13+0.027 0 M12 ф7.8 ф8+0.016 0 ф7 ф17.4 M20 2781 272 2901 284 Φ1831 Φ184.4+

32、0.2 -0.4 Φ185+0.045 0 Φ881 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

33、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 1.4 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 I

34、T7 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 Φ781 Φ79.40.2 Φ80+0.03 0 Φ601 Φ61.40.2 Φ62-0.005 -0.025 Φ1011 Φ103.5+0.45 0 Φ104.5+0.1 0 Φ105+0.035 0 Φ1031 Φ105.5+0.46 0 Φ106.6+0.1 0 Φ1

35、07+0.035 0 Ф1091 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

36、 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 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

37、.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

38、 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45斜孔 機體后面Φ25通孔 兩側面20-M8孔 起動螺紋M20 兩側面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

39、 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

40、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

41、方案 由于零件結構較復雜，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，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)粗銑頂底面的加工要求，如圖2所示。 圖2 粗銑機體頂底面的加工要求 Fig. 2 Requ

42、iring 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

43、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，機體結構復雜，用側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量的因素及主要對策 機體是發(fā)

44、動機零件中結構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，其加工質量和精度的提高使機械加工生產線在規(guī)劃階段有了新的工序質量保證手段，全面提升了工序質量保證能力。 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)已經成為了

45、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。這一數據表明，國內汽車工業(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)定保證生產過程加工質量，工藝人員在工藝規(guī)程時，就必須考慮一定的安全系數。國外規(guī)定，機械加工的工序能力不大于雙側公差的3/4，對于單向公差，不大于產品的公差的7/8.因此，國外對機床的

46、質量要求非常嚴格，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西格瑪的要求。而國內機床質量水平只能達到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），而中底端產品在部分使用進口元件條件下，還是完

47、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，通過對國內外機床參數的比較不難發(fā)現這一差距，見表4。 表 4國內外800臺面臥式加工中心精度比較 Table. 4 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 國內較高水平 定位精度 -+0.005 -+0.008 重復定位精度 -+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量尤為關

48、鍵，主要可采取四個措施： 9.2.1 合理設計工藝裝備結構 在設計工藝裝備時，應盡量減少連接面數目，并注意剛度的匹配，防止有局部底剛度環(huán)節(jié)出現。在設計基礎件、支撐件時，應合理選擇零件結構和截面而現狀。一般地說，截面積相等時?？招慕匦伪葘嵭慕匦蔚膭偠雀撸忾]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型開放式結構，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動橫桿，工件上料（上下料方式為通過式）后，轉動橫桿工作，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)固結構，提高夾具剛性， 加工機體四側面夾具，采用地面一

49、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脹機構，在工作時，機構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，在機體兩側還布置可調輔助支撐裝置，使機體受到左右對稱

50、，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 jig 9.2.4 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應力產生的變形影響，提高了機體加工過程質量。 9.3 溫度的影響 切削過程

51、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，所以產生了各類質量問題，比如，檢測區(qū)域與加工區(qū)域溫度差造成的質量評判糾紛等。隨著發(fā)動機零件質量要求的提高，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)下熱膨脹系數一般為10*10-6

52、/℃ ,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量影響非常大，如6DL機體頂面產品工藝定位孔（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，綜合實際經驗，對機體生產線設備及廠房采取以下措施： （1）、采用全空調車間，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，其生產的綜合效應將使過程質量控制無法進行。 （2）、生產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，

53、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，提高產品加工質量和刀具是用壽命。 （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，造成了加工質量的不穩(wěn)定。因此機體生產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

54、量的穩(wěn)定性。 （5）嚴控空調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，有必要調整設備幾何精度與控制系統(tǒng)的溫度補償。

55、（2）溫度隨時間的變化△T/△t要平穩(wěn)，建議小于0≥6k/h，但允許在短時間內（比如幾分鐘內）存在稍高值。 （3）溫度層，級溫度隨室內地面的高度而不同，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，機床零部件經冷卻液沖帥產生生產極強的熱交換，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構和工藝系統(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

56、需視軸行程而定： 當軸行程不超過750mm,絕對偏差︳TK－TM ︳≤0.5K； 當軸行程超過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)各部分的有關摩擦表面之間不可避免的要產生磨損，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，并在試生產開始就強制執(zhí)行。 對于刀具磨損，不僅直接影響工序加

57、工質量，其耐用度還與生產線產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、ＣＢＮ、ＰＣＤ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應用逐漸成為可能。機體生產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)控來實現刀具磨損狀態(tài)的識別，并自動調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，大大降底了批質量事故的發(fā)生幾率。另外，對于產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量控制。 9

58、.5 振動的影響 機械加工過程中會使工藝系統(tǒng)產生振動，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量，對刀具耐用度和機床的壽命產生負面影響，同時產生的有害噪音還惡化生產環(huán)境，對工人健康不利。 振動按其生產的原因可分為三類：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

59、頻率接近，以防止共振。如粗精銑機體的一個面。要求精度Ｒｚ１６，原工藝設計要求采用９００ｍｍ／ｍｉｎ速度才能滿足生產節(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６００ｍｍ／ｍｉｎ，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１２００ｍｍ／ｍｉｎ，得到了理想的結果。可見通過調整切削參數，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８５０ｍｍ，固直線鏜桿長徑比很大，一凸輪孔鏜桿為例，其Ｌ／Ｄ＞１５

60、，且受工件結構影響，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：粗銑頂底面 機床：雙立軸圓工作臺銑床。 刀具：硬質合金端銑刀（面銑刀）材料： 齒數。 銑削深度：。 每齒進給量：根據參考文獻[13]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，??；銑削速度：參照參考文

61、獻[13]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取。 機床主軸轉速： …………………………………………(1) 取 ； 實際銑削速度： ……………………………………………(2) 進給量： …………………………（3） 工作臺每分進給量： ：根據參考文獻[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 走刀次數為1 機動時間： ……………………………………………（5） 10.2 工序40：精銑頂底面： 機床：雙立軸圓工作臺銑床 刀

62、具：硬質合金端銑刀（面銑刀）材料： 齒數 銑削深度： 每齒進給量：根據參考文獻[13]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，?。汇娤魉俣龋簠⒄諈⒖嘉墨I[13]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取 機床主軸轉速，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：硬質合

63、金鏜刀，鏜刀材料：。 切削深度：，毛坯孔徑。 進給量：根據參考文獻[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 機床主軸轉速，由式（1）有：， ??； 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： 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：根據參考文獻[13]《機械加工工藝手冊

64、》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，?。? 機床主軸轉速，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： 機動時間，由式（5）有： 10.4 工序130：精鏜缸套孔 切削深度：，半精鏜后孔徑 進給量：根據參考文獻[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

65、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： 機動時間，由式（5）有： 11 時間定額計算及生產安排 根據設計任務要求，該發(fā)動機機體的年產量為5000件。一年以240個工作日計算，每天的產量應不底于21件。設每天的產量為21件。再以每天8小時工作時間計算，則每個工件的生產時間應不大于22.8min。 參照參考文獻[13]《機械加工工藝

66、手冊》表2.5-2，機械加工單件（生產類型：中批以上）時間定額的計算公式為： （大量生產時）………………………(8) 因此在大批量生產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 粗精銑頂底面 機動時間： 輔助時間：參照參考文獻[13]《機械加工工藝手冊》表2.5-45，取工步輔助時間為。由于在生產線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則 ：根據參考文獻[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，達到生產要求。 11．2 粗鏜缸套孔 機動時間： 輔助時間：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.5-37，取工