基于PROE平台的柴油机机体工艺及三面精镗夹具设计.doc

本科生毕业设计说明书200811前言1.1课题内容设计ZH1105W柴油机气缸体的工艺设计和三面精镗夹具的专用夹具设计1.2课题来由课题来源于盐城市江动集团。1.2.1课题背景我国柴油机产业自20世纪80年代以来有了较快的发展，随着一批先进机型和技术的引进，我国柴油机总体技术水平已经达到国外80年代末90年代初水平，一些国外柴油机近几年开始采用的排放控制技术在少数国产柴油机上也有应用。最新开发投产的柴油机产品的排放水平已经达到欧1排放限值要求，一些甚至可以达到欧2排放限值要求。但我国柴油机产业的整体发展仍然面临着许多问题。箱体是机器和部件的基础零件，它将机器和部件中所有零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，完成必需的运动。因此，箱体的加工质量直接影响着机器的性能，精度和寿命。箱体类零件尽管形状各异，尺寸不一，但是它们均有空腔，结构复杂，壁厚不均等共同特点，在箱壁上既有许多精度较高的轴承支撑孔和平面需要加工，又有许多精度较低的紧固孔需要加工。因此，箱体不仅需要加工的部位多，而且加工的难度也较大。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。组合夹具可以缩短生产准备周期，保证产品质量和提高经济效益，非常适合多品种，小批量的生产类型。随着近年来柔性化设备和加工系统的迅速发展，具有元件全部标准化的高柔性组合夹具已成为制造系统的必备辅助工具。1.2.2课题要求气缸体加工工艺合理，在工厂生产设备条件下能达到加工技术要求，并且加工过程合理，生产率高，经济效益好。夹具工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修，调整，易操作。夹具设计符合大批大量生产要求。1.2.3组合机床国内外发展概况我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2002年9月份，组合机床行业企业仅组合机床产品一项，据不完全统计产量已达800余台，产值达3个亿以上，较2001年同比增长了10%以上,另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床行基于ProE平台的柴油机机体工艺及三面精镗夹具设计2业进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表的统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业的生产情况看，2000年生产数控机床590台，产值10731万元，生产加工中心118台，产值4601万元；2001年生产数控机床685台，产值17969万元，生产加工中心129台，产值5760万元；而2002年，截至9月份，数控机床、加工中心产量、产值已接近2001年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。“九五”后期，在组合机床行业企业的50余家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份制改造，一家企业退出国有转为民营，其余都是国有企业。而从2001年至今，不到两年的时间里，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可挡，“民营经济在经历了从被歧视、被藐视到不可小视和现在的高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.4本课题主要解决的问题和总体设计思路在柴油机气缸体工艺设计中，主要要制定合理的工艺过程，选择合适的加工本科生毕业设计说明书20083机床，选择合适的切削用量。在柴油机气缸体加工三面精镗夹具设计中，首先要按照工序图来确定夹具的夹紧力方式和夹紧力的受力点，确定夹紧方式后要确定夹具的配置形式，然后进行总体的设计，本人设计的是专用夹具，但夹具的设计也要尽量选用通用部件，以节约成本和缩短产品的制造周期。气缸体加工工艺的设计思路如下：在看懂零件图的基础上，对气缸体有个大概的了解。气缸体工艺的设计主要就是在满足加工要求的基础上工艺过程的合理性和经济性和加工效率问题。由于本人水平有限，经验不足，在查阅相关资料的基础上，尽可能的把工艺过程制定的合理。气缸体的加工决定先铣上下面，然后以上下做定位基准，铣前后面和左右面。在精铣完上下左右前后面的基础上，根据零件图上的设计基准做基准，镗各面上的孔，然后根据零件图上的设计基准钻定位孔，定位孔钻好之后就可以以定位孔做基准钻个面上的螺纹孔。气缸体加工工艺的设计思路如下：在三面精镗工序图的基础上，确定要加工的孔，和孔之间的相互位置关系，然后选择夹紧方式，由于三面精镗组合机床有液压传动部分，而又由于液压传动的诸多优点，如，液压气动元件的布置不受严格的空间位置关系，液压传动的平稳性等。所以选择夹具的夹紧方式可以用液压力夹紧。此外，用液压夹紧异域实现自动化，液压传动具有过载保护功能，可以调节液压阀的调定值轻易实现夹紧力的调节。由于精镗工序在六面面精铣之后，所以可以用各个面用来定位，所以夹具选择三面定位。夹紧力的受力点选择柴油机前后面的底座搭子，选择底座搭子做为夹紧了的受力点，这样可以减少夹紧变形，提高加工精度。毕业设计是完成工程技术人员基本训练的最后一个重要环节，目的是培养学生的综合运用所学专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，在设计方案的选定、设计资料的收集，手册和国家标准、规范的运用，设计方案的应用，零部件图及总装图的绘制等方面有定较全面的段练，并使每个学生树立起正确的设计思想和良好的工作作风。由于水平有限，经验不足，第一次全面的系统的设计本次设计难免有许多不妥和错误之处，恳请指导老师和读者批评指正错误，以便及时改正2气缸体加工工艺设计2.1确定生产类型已知此缸体零件的生产类型为大批大量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以专用设备为主，大量采用专用工装。2.2确定毛坯2.2.1确定毛坯种类：考虑气缸体零件结构复杂,采用铸造成型,材料为HT250。柴油机活塞运行过程中所受冲击较大，零件机械性能要求较高，生产类型为大批大量生产。查机械制造工艺及设备设计指导手册选用铸件尺寸公差等级IT8级。基于ProE平台的柴油机机体工艺及三面精镗夹具设计42.2.2确定铸件加工余量及形状机械制造工艺及设备设计指导手册325页表15-7，选用加工余量为MA-G级，各表表面加工余量按经验选取。2.2.3有多次加工表面的加工余量用材料去除法制造机器零件时，一般都要从毛坯切除一层层材料之后最后才能得到符合图纸规定要求的零件。坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。加工余量又有总余量和工序余量之分。某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量，以t表示。该表面加工相邻两工序尺寸之差称为工序余量t1,总余量t与工序余量t1的关系可用下式表示。*1tnt式中：n某一表面所经历的工序数。工序余量有单边余量和双边余量之分。对于非对称表面，其加工余量用单边余量zb表示：zbla-lb式中：zb本工序的工序余量；lb本工序的基本尺寸；la上工序的基本尺寸。对于外圆与内圆这样的对称表面，其加工余量用双边余量2zb表示，对于外圆表面有：2zbda-db；对于内圆表面有：2zbdbda由于工序尺寸有偏差，故各工序实际切除的余量值式变化的，因此工序余量有公称余量（简称余量）、最大余量zmax、最小余量zmin之分，对于上图所示被包容面加工情况，本工序加工的公称余量：zbla-lb公称余量的变动范围：tzzmaxzmintbta式中：tb本工序工序尺寸公差；ta上工序工序尺寸公差。工序尺寸公差一般按“入体原则”标注。对被包容尺寸(轴径)，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（孔径、键槽）、下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。2.3工艺规程设计2.3.1基准基准：基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系的所依据的那些点、线或面。从设计和工艺两方面看基准，可以把基准分为两打类：设计基准和工艺基准。设计基准：设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸的其实位置。工艺基准：零件在加工和装配过程中所采用的基准称为工艺基准。工艺基准又进一步分为：工序基准、定位基准、测量基准、和装配基准。本科生毕业设计说明书200852.3.2定位基准的选择各工序定位基准的选择，应先根据工件定位来确定所需定位基准的个数，再按基准选择原则来选定每个定位基准。为使所选定的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行，通常应先考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。1、精基准的选择原则（1）基准重合原则应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。（2）统一基准原则应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的加工表面，以保证各加工表面之间的相对位置关系。例如，加工汽缸体时大多数工序以底面及底面销孔定位，就可以保证加工面的相对位置关系误差减小到最低。（3）互为基准原则当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。例如在精铣汽缸体前，后面时为保证其平面度公差为0.05及二者平行度公差0.08，以他们本身为基准加工测量。（4）自为基准原则一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准。（5）可靠方便原则应选定位可靠，装夹方便的表面作基准。2、粗基准的选择原则保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则被加工零件上如有不加工表面应选不加工面作粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。（1）合理分配加工余量的原则从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。在床身零件中，导轨面是最重要的表面，它不仅精度要求高，而且要求导轨面具有均匀的金相组织和较高的耐磨性。由于在铸造床身时，导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸成型的，导轨面材料质地致密，砂眼、气孔相对较少，因此要求加工床身时，导轨面的实际切除量要尽可能地小而均匀，故应选导轨面作粗基准加工床身底面，然后再以加工过的床身底面作精基准加工导轨面，此时从导轨面上去除的加（2）汽缸加工粗基准选择便于装夹的原则为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其它缺陷，并有足够的支承面积。基于ProE平台的柴油机机体工艺及三面精镗夹具设计6粗基准一般不得重复使用的原则在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。2.3.3表面加工方法的选择选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方法所能获得的加工质量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的，工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件(生产类型、设备状况、工人的技术水平等)选用最适当的加工方法，加工出合乎图纸要求的机器零件。具有一定技术要求的加工表面，一般都是只通过一次加工就能达到图纸要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐步达到加工质量要求。IT7的螺纹孔，其最终工序选用丝锥攻丝，则其前导工序可分别选为钻孔，扩孔，铰孔。主要表面的加工方案和加工工序选定之后，再选定次要表面的加工方案和加工工序。2.3.4加工阶段的划分1、划分加工阶段的原因是：（1）保证加工质量。（2）有利于合理利用机床设备。（3）便于及时发现毛胚缺陷。（4）精加工，光整加工安排在后面，课保护精加工和光整加工过的表面少受磕碰损坏。2、零件的加工质量要求较高时，应把整个加工过程划分为以下几个阶段：（1）粗加工阶段其主要任务是切除大部分加工余量，应着重考虑如何提高生产效率（2）半精加工阶段完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做好准备。（3）精加工阶段使各主要表面达到图样规定的质量要求（4）光整加工阶段对于质量要求很高的的表面，需进行光整加工，以进一步提高尺寸精度和减小表面粗糙度。2.3.5确定工序集中及分散1、工序集中原则按工序集中原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，将许多工序组成一个集中工序，最大限度的工序集中，就是在一个工序内完本科生毕业设计说明书20087成工件所有表面的加工。传统的流水线、自动线生产基本是按工序分散原则组织工艺过程的，这种组织方式可以实现高生产率生产，但对产品改型的适应性较差，转产比较困难。2、工序分散原则按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少采用数控机床、加工中心按工序集中原则组织工艺过程，生产适应性反而好，转产相对容易，虽然设备的一次性投资较高，但由于有足够的柔性，仍然受到愈来愈多的重视。2.3.6加工顺序的安排先加工主要表面，后加工次要表面先安排粗加工工序，后安排精加工工序先加工平面，后加工孔2.3.7热处理工序的安排热处理工序及表面处理工序的安排为改善工件材料切削性能安排的热处为消除工件内应力安排的热处理工序，例如，人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后进行。为了减少运输工作量，对于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前进行。对于机床床身、立柱等结构较为复杂的铸件，在粗加工前后都要进行时效处理(人工时效或自然时效)，使材料组织稳定，日后不再有较大的变形产生。为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行。其它工序的安排为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：1)粗加工全部结束之后；2)送往外车间加工的前后；3)工时较长和重要工序的前后；4)最终加工之后。除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夹紧工件的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。2.3.8机床设备与工艺装备的选择所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应，精度等级应与本工序加工要求相适应，电机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备(包括夹具、刀具、量具和辅具)；在大批大量生产要考虑设备投资的当前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有足基于ProE平台的柴油机机体工艺及三面精镗夹具设计8够的柔性。2.4制定工艺过程：1、粗铣水箱面及油底面；2、粗铣主轴支承面及齿轮室；3、粗铣气缸盖面及后盖板面；4、錾缸面水道孔；5、精铣水箱面及油底壳面；6、去除水箱面及油底壳面上的毛刺；7、精铣主轴承面及齿轮室盖面；8、去除主轴承盖面及齿轮室盖上的毛刺；9、精铣缸顶面急后盖面；10、去除气缸盖面及后盖板面上的毛刺；11、三面粗镗；12、錾油道孔；13、半精镗；14、精镗；15、钻定位孔；16、铰定位孔；17、钻水箱面各孔；18、钻油底壳面后盖面各孔；19、割锁圈槽；20、攻丝；21、钻、扩铰挺杆孔；22、钻主轴承面上下平衡轴盖板孔；23、钻气缸盖面水箱孔；24、钻气缸盖面水箱面孔；25、攻水箱面4xM10-6H螺纹；26、钻孔；27、攻丝；28、扩铰；29、钻后面孔；30、扩铰；31、攻丝；32、终检；33、清洗、吹气、入库。2.5制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能本科生毕业设计说明书20089达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。2.6选择加工设备和工艺设备见工序卡2.7机械加工余量、工序尺寸及公差的确定2.7.1工序01：粗铣缸盖结合面及底面1.加工条件工件材料：HT250,b=0.16GPaHB=170241,铸造。加工要求：表面粗糙度达到Ra12.5，加工长度l=526.5机床：15KW双端面组合铣床刀具：W18Cr4V硬质合金钢机夹铣刀盘,牌号YG6。铣削宽度ae=180,深度ap<=4,齿数z=10,故据参考文献取刀具直径do=250mm。选择刀具前角o5°后角o8°，副后角o=8°，刀齿斜角s=10°,主刃Kr=60°,过渡刃Kr=30°,副刃Kr=5°过渡刃宽b=1mm。2、切削用量2.1铣削深度因为切削量较小，故可以选择ap=4，一次走刀即可完成所需长度。2.2计算切削速度按参考文献为：Vc=0qvzvvvvvvxypmpfwdkTzc(3-1)式0d为铣刀直径等于250，T为刀具耐用度T=14400s，ap为背吃刀量ap=4,Af每齿为进给量af=0.25mm/zKv为相关系数，*vmvTvsvtvvovkkkkkkk=0.568mvk与工件材料相关的系数，mvk=0.71Tvk与铣刀切削部分材料相关的系数，Tvk=1svk与毛坯性质相关的系数，svk=1tvk与铣刀材料相关的系数，tvk=1.2vkk与加工性质相关的系数，vk=1.0ovk与冷却相关的系数，ovk=0.8