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摘  要

机体是柴油机中的重要部件，属于箱体类构件。属于大规模生产。本次设计做的是“柴油机汽缸机械加工工艺及其组合机床钻孔夹具设计”，主要是先对汽缸进行零件分析；然后进行毛坯确定，根据尺寸画出毛坯图；再后进行加工工序的设定以及确定削用量和加工工时；最后进行指定工序的夹具设计。

关键词：机体；零件分析；毛坯图；切削用量；夹具

内容简介：

1 目 录 摘 要 . 1 前 言 . 5 第一章 零件分析 . 6 缸的主要作用 . 6 要技术条件分析 . 7 要尺寸公差及分析 . 8 第二章 毛坯的确定 . 9 坯材料及形式的确定 . 9 造的加工余量及尺寸公差的确定 . 9 第三章 工艺 规程的设计 . 10 主视图一张 . 10 位基准选择 . 10 基准的选择： . 10 基准的选择： . 11 定加工工艺路线 . 11 定面的加工方式： . 11 步确定工序： . 12 终工序： . 13 具、量具、夹具及设备的选择 . 14 削用量及加工工时的确定 . 16 四章 夹具设计 . 29 床夹具的作用 . 29 床夹具的组成 . 30 具设计 . 30 位的选取 . 30 簧的计算及选取 . 31 紧力计算 . 32 缸的选择 . 33 接板的选用 . 33 2 底板 . 34 底板 . 34 撑杆的选用 . 34 模的选取 . 35 位误差分析 . 35 具的使用及维护 . 36 具 标准件的选择 . 37 撑杆螺母的选择 . 37 接板上螺钉选择 . 37 接式法兰汽缸套件的选择 . 37 参 考 文 献 . 38 致 谢 . 39 3 摘 要 机体 是柴油机中的重要部件，属于箱体类构 件 。属于大规模生产。本次设计做的是“ 柴油机 汽缸 机械加工工艺及其组合机床钻孔夹 具设计 ”，主要是先对汽缸进行零件分析 ； 然后进行毛坯确定，根据尺寸画出毛坯图 ； 再后进行加工工序的设定 以及确定 削用量和加工工时；最后进行指定工序的夹具设计。 关键词： 机体 ； 零件分析 ；毛坯图； 切削用量 ； 夹具 4 is in to In of to to a in to be in to in up to up s s 5 前 言 本次毕业设计是大学四年对所学课程进行的一次综合性的复习和总结 ，是四年学业完成的最后环节，是对大学所 学知识的一次综合运用，主要运用到的课程有：机械制图 、 机械原理 、 机械 设计 、 机械制造 工艺学 等 。 其目的是通过设计来将大学所学课程联系起来，用于设计，提高我们的设计能力 ，是对我们大学生活的最后考验 。 本次毕业设计的题目是 “ 175 型 柴油机汽缸机械加工工艺及其组合机床钻孔夹具设计 ” ， 175型柴油机汽缸属于比较复杂的箱体零件，其形状复杂，精度要求高的 壳体，其加工工艺复杂，涉及到许多零件，例如：螺纹，曲轴孔，曲面，支架等等，这些零件要求的精度要求比较高，这对工艺规程设计更加有难度。 本次毕业设计的内容包括了零件的工艺路线的制定及其指定工序的夹具设计，涉及到所学的多方面知识，培养我们综 合运用机械制造专业知识 的基本理论和思想独立地分析和解决实际生产中问题的能力，并能独立地分析生产工艺，有效地巩固所学知识，为即将面临的工作 和进一步深造 打下坚实的基础。 但是，在设计中由于本人能力有限以及实践经验的缺乏，所以此中错误之处在所难免，诚望老师不吝指教。 6 第一章 零件分析 箱体类是机器或部件的基础零件，它将机器或部件的一些轴、套、轴承和齿轮等有关零件装配起来，使其保持正确的相互位置关系，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此，箱体的加工质量对机器的工作精度、 使用性能和寿命都有直接的影响。 箱体零件虽然结构多种多样，但有共同的特点：多为铸造件，结构复杂，壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大。既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固件。箱体类零件上面的孔与孔之间有较高的位置精度（孔与孔的平行度、孔的轴线与面有垂直度要求），其加工质量的好坏直接影响柴油机的精度和使用性能，因此柴油机汽缸的加工质量至关重要。箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的 15% 20%。 本次设计是制定 175 型 柴油机 汽缸 的加工工艺及 钻 前后两端面 的 12 个螺纹孔 的 组合机床 夹具设计。柴油机 汽缸 属于箱体零件，其特点是：形状复杂、具有形状复杂的内腔，箱壁多用于安装轴承的轴承孔或其他用途的孔系。箱体的加工面较多，主要加工的是面和孔系，属于整体式机体结构，即汽缸体和曲轴箱制成一个整体零件，这种 整体式机体的特点是结构紧凑，刚性好，加工制造困难。 体 的主要作用 1、 连接 柴油机的 一些 运动部件，使它们在工作时保持相互准确的位置关系； 2、在机体上加工有水道和油道，保证各零件工作 时 必要的冷却与润滑； 3、安装柴油机各辅助系统部件； 4、作为柴油机使用安装时的支承，将柴油机固定在 底盘或支架上。 所以，柴油机汽缸 的结构较为复杂，部件结构尺寸精度较高，受到高频 的变载荷及振动是柴油机的主要部件。 7 要技术条件分析 由于 机体 上要安装 一些 重要部件，所以，安装主要部件的结构都有精度要求， 参考图 如下： 表 1 主要技术条件分析 误差要求 标注位置及分析 H 平行度要求 公差 机体 上部平面，此平面为安装喷油泵的平面， 8级精度，即 汽缸 上平面对 52、 20孔轴线的平行度误差为 H 40 的孔的轴线对于 52、 20 的孔的轴线垂直度误差为 证喷油泵位置 H 52 的孔的轴线相对于两个孔公共轴线的同轴度要求 公差为 52的孔的圆柱度要求公差 7级精度 H 52 的孔的右端面相对于 52、 20 的公共轴线的跳动公差为 H 20 轴线相对于 52、 20 的公共轴线同轴度要求为 7级精度 B 70的孔左端面相对于 30、 105 孔公共轴线的圆跳动误差为 30的孔相对于 轴线的跳动误差为 7级精度 30的孔的圆柱度误差为 8级精度 105孔 的 圆柱度误差为 7级精度 B 105 孔的的轴线相对于 30、 105 的公共轴线的同轴度公差为 机体 上部平面用于安装喷油泵的螺纹孔，相对于 40的圆心的位置度误差为 必须符合最大实体原则 后盖螺孔的位置度公差为 必须符合最大实体原则 机体 前面的平面度为 00： B 机体 前面对 30、 105孔的公共轴线在 100范围内的公差是 机体 后面的平面度为 00： B 机体 后面对 30、 105孔的公共轴线在 100范围内的公差是 机体 后面的螺纹孔 4 6H 必须符合最大实体原则 8 要尺寸公差及分析 从零件图尺寸标注分析，尺寸要求较 高的有 52 ， 30 ， 20 ，40等孔，可由刀具及机床的精度保证； 52孔系与 105孔系的 Y 向中心距尺寸为 30 ， 57 等，可由夹具保证。 面粗糙度要求 本产品属于大批量生产， 年产 10 万件以上， 应以 组合机床为主要的加工设备， 根据图纸要求，部分孔的圆柱面要求为 平面上粗糙度的最高要求为 合机床完全能达到此精度要求 。 图 19 第二章 毛坯的确定 坯材料及形式的确定 由于箱体类零件 形状复杂，有腔形，故一般需要铸造成型。机体结构复杂，部 件 结构尺寸精度较高，受到高频的变载荷及振动，故零件材料可选用 铸铁） ，硬度为 170为它强度较高、耐磨、耐热性能好，但 需 人工时效处理， 适用于承受较大 应力（ W 200d8 12，由于孔深为 12 故 表 m m i rD vn s 按机床选取 2 5 0 0 / m i 机械加工工艺手册表 机床实际切削速度： 1 0 2 5 0 0 7 8 . 5 / m i 0 0 1 0 0 0 切削工时： 12 1 2 3 0 0 . 2 m i 0 0 0 . 3 0wj wl l 因为有四个孔需加工，所以切削工时应为： 4 4 0 . 2 0 . 8 m i 工序 7：粗铣前后面 方法同工序 4 故销铣时间应为： 2 0 . 0 5 0 . 1 m i 总 18 工序 8：粗铣上端面 按机械加工工艺手册 表 加工后，精铣余量为 以 加工条件：铣削尺寸为 60铣削宽度 0，确定进给量，查机械加工工艺手册表 定切削速度，查机械加工工艺手册表 m 38.2 m i 确定主轴转速： m i 000 rD vn s 查机床使用手册，取相近转速 。 故机床实际铣削速度为： m i 751251000 计算切削时间： m i 8 fm 方法同上 m m i 000 rD vn s 取 故： m i 751001000 实计算切削时间： m i 52381 4 0212 fm m t 19 工序 9：粗铣 机床：选用 式铣床 刀具： 齿套式面铣刀 D=160=45,d=50,z=16. 按零件图 可得 F 面的表面粗糙度为 坯余量为 给量取 参考简明机械制造工艺手册所知，由于铣右侧面属于粗铣，故选择切削用量为 :每齿进给量 z， 切削速度： v=80m/定主轴转速 m rd 查阅机械加工工艺手册表 n =235r/ m i n/0 6 81 0 0 02 3 51 6 01 0 0 0 粗切削时间定额：查阅表 ： 0：粗镗孔 52 46 70 8005 46确定进给量：参考机械加工工艺手册表 切削速度 v：参考机械加工工艺手册表 得 。 修正数： 0.1 k m i 求出主轴转速： m i 2461 2 6 0 0 01 0 0 0 rd 参考 机械加工工艺手册表 得相近转速，在此取 950r/ 故求出实际切削速度应为： 4 6 9 5 0 1 3 7 . 2 2m i 0 0 1 0 0 0Dn 实 20 切削时间： 参考机械加工工艺手册表 削机动时间计算 其中： 1 2 3 则： m i 1：粗镗孔 66 40加工余量的确定 组合机床加工上表面两孔，采用镗削加工，其工序余量如下（半径余量）： 基本尺寸： 66 40工余量： 机械加工工艺手册 表 得镗削所能达到的尺寸精度为 以按加工方法的经济精度，并按“入体原则”确定各孔的工序尺寸公差，查机械制造技术基础 表 准公差数值为： 孔的垂直度由基准面底面保证。 切削用量的选择与确定，查机械加工工艺手册表 方法同工序 10 ： 2钻前面 8 30， 20，及后面 8 20 加 工余量的确定： 组合机床加工，其工序余量如下：（半径余量） 基本尺寸： 20 30 加工余量： 5选钻削所能达到的尺寸精度为 以按加工方法的经济精度，并按“入体原则”确定各孔的尺寸公差为： 20 30 切削用量的选择与确定： 根据机械加工工艺手册： 21 查机械加工工艺手册表 具选用高速钢刀具钻铸铁： m m m 上述选择是在尽量使工件切削同步以抵消其切削力的原则下选取的，可以确定其 主轴转速为： m 586 351 0 001 0 00 rd 时间定额的计算： m 件机动时间） m m m m i 3： 钻上面 6 纹底孔， 10孔， 2 22 10孔 ， 加工余量的确定： 组合机床加工，其工序余量如下：（半径余量） 基本尺寸： 10 22工余量： 2 选钻削所能达到的尺寸精度为 以按加工方法的经济精度，并按“入体原则”确定各孔的尺寸公差为： 10 22 切削用量的选择与确定： 方法与工序 12相同 确定其主轴转速为： m i 586 351 0 001 0 00 rd 时间定额的计算： 22 同理， ： 4：精铣前后面 加工余量： 给量： 齿z 削速度： m 故机床转速可以确定为： m i 001 0 00 rd 机床机加工时间为： m i 218421 j 5：精铣 B、 D=80 L=36 d=27 z=10面： D=100 L=40 d=32 z=10给量： 齿z 削速度： m 故机床转 速可以确定为： m i rd 机床机加工时间为： m i j m i 9 2381 4 0212 fm z j m 其他时间的确定： m m 3 m 6：精镗 52 105 70扩后面 20加工余量的确定，查机械加工工艺手册表 基本尺寸： 52 105 70 20工余量： 2 2 2 2机械加工工艺手册表 镗所能达到的尺寸精度为 ，查机械制造技术基础 表 3准公差数值为： 其余步骤同工序 10 得： 总机动时间： 7：精镗 66 40加工余量： 基本尺寸： 66 40工余量： 进给量的选择与确定：（查机械加工工艺手册表 镗削速度： m m 根据上面可以确定其主轴转速为： m 810001000 rd 机动时间定额的计算： m i 8： 扩 孔 加工余量： 加工余量为 给量： 查机械加工工艺手册表 24 切削速度： m 由此可以确定主轴转速： m i 001 0 00 rd 机动时间定额的计算： m i 0 0 0 0 LT j 9：扩 孔 加工余量： 加工余量为 给量： 查机械加工工艺手册表 削速度： m 由此可以确定主轴转速： m 001 0 00 rd 机动时间定额的计算： m i 0 0 0 0： 20 30 孔 查机械加工工艺手册表 道加工序余量为 查机械加工工艺实用手册表 15铰刀铰孔时的进给量，选用高速钢铰刀， 30 。 查机械加工工艺实用手册表 15的计算公式 1060其中： m m i 20 25 m i 30 机动时间定额的计算： m i LT j 1： 倒 20 105 70 孔的角 20 105用车削制订进给量，根据手册及机床选取： （查切削用量简明手册表 切削速度： m 所以机床主轴转速应为： m 610001000 rd 机动时间定额的计算： m j 2： 各面螺纹孔倒角 各倒角工序在钻孔时完成。 工序 23：铰 22 查机械加工工艺实用手册表 15铰刀铰孔时的进给量，选用高速钢铰刀，则： 机械加工工艺实用手册表 15 1060其中： m m i 22 机动时间定额的计算： 26 m i 0 0 022 4：钻 2 5与 225 的斜孔 查机械加工工艺手册表 得： 查机械加工工艺手册表 得： m 则机床主轴转速为 ： m rd 查机械加工工艺手册表 m 0 0 。 机动时间的确定： m 0 ， T=2 工序 25：攻前面 8 2 查切削手册表 出进给量： 。 查机械加工工艺手册表 m m m m 由此可以确定出机床转速； m i rd m i rd 查机床转速，取 m 。 查机械加工工艺手册表 j 21 27 攻 前面 8 m i j 攻 前面 2 mi j 攻 后面 8 m i j 综合所述，由相关资料： 6：攻 面 4 查机械加工工艺手册表 得 查机械加工工艺手册 螺纹的切削速度： m m m m 由此可以确定出机床转速； m rd 查机床转速，取 。 查机械加工工艺手册表 j 21 步骤同工序 25 得： 7：磨削 52 105由机械加工工艺手册 磨内圆的切削用量： m m 28 m 5 m Bf a 取 磨 52由机械加工工艺手册表 其中： 4.0机械加工工艺手册表 1.1k （由机械加工工艺手册表 k） m 0 150由机械加工工艺手册表 0095.05.0机械加工工艺手册表 1.1k （由机械加工工艺手册表 k） m 9 1822 m m m m i 9 四章 夹具设计 床夹具的作用 机床夹具主要用于机床切削加工，起机床与工件，刀具之间的桥梁作用，是工艺系统中的一个重要环节。按国家标准（ 出的定义：“机床夹具是用以装夹工件（和引导刀具）的装置”。 1、 保证加工精度 采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床，刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度 高 而且稳定。 2、 提高生产效率，降低成本 用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少辅助工时；用于装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件，工位装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外采用夹具后，产品质量稳定，废品率下 降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。 3、 扩大机床的工艺范围 使用专用夹具可以改变机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分 发挥 通用机床的作用。 4、 减轻工人的劳动强度 用夹具装夹工件方便，快速，当采用气动，液压等夹紧装置时，可减轻工人劳动强度。 5、 缩短新产品试制周期 由于组合夹具，可调整夹具等多用途夹具， 部件 的标准化和通用化，从而在新产品 30 试制中可以大大发挥其优势，充分利用组装，更换少数 部件 ，组件和调整方法，来满足大部分工序 的要求，使专用夹具的数量减少；从而减缩了夹具设计和制造的工作量，使试制的周期缩短，费用减少。 床夹具的组成 1、 定位装置：使工件在夹具中占据正确的位置； 2、 夹紧装置：将工件压紧夹牢，保证 夹具 部件 在加工过程中受外力作用（切削力），作用时不离开已占据的位置； 3、 夹具体 ： 机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成整体； 4、 其他装置或元件：除了定位装置，夹紧装置和 夹具体 外，各种夹具还根据需要设置一些其他装置或元件，如：分度装置，对刀元件。 具设计 本设计选取加工工序 12的钻孔夹具设计。 此零 件年产 10万件以上，故夹具设计适用于 流水线作业的车间，采用全自动或半自动夹紧装置。 位的选取 由于工件的定位实际上 是限制工件的自由度，由于加工的孔分布在工件的前后面，且加工孔中直径 最大才 30 ，使用组合机床一次性加工完成 。 则选取一面两孔的定位原则来限制工件的六个自由度。 如 图 4 图 431 工件在一面两孔中被确定，利用圆柱 销 与削边销。 综上所述，决定此工序选择一面两孔的定位方式，此种定位方式合理，夹具结构简单，定位夹紧 方便，此外底面及定位孔都已精加工，所以能保证定位中位置的精确性，但是考虑到大批量生产，零件毛坯的重量尺寸以及流水线生产条件，故 把 定位销作为伸缩式（ 即上下定位板之间的相对运动 ） 。 为了完成伸缩式，故定位销是自己生产加工，因为销的长度是要超过板孔的长度，还要能在工件孔中定位，上定位板的支撑用弹簧来完成，当工件在定位板上占有一个正确的位置，则定位销能在夹紧力的作用下伸入二孔中完成定位，这主要是靠压缩弹簧，使上定位板下移，定位销 伸入工件孔中的；当加工完成后，夹紧力撤去，在压缩弹簧的作用下，上定位板上移，定位销从零件 孔中下移， 则工件可以移开，从而实现快速的过程、缩短了时间、提高了生产效率、 自动化程度，适应于流水线作业。 簧的计算及选取 如下图 弹簧在夹具中的作用是实现定位板不同的工件状态下的上下移动，也起支撑作用，在下底板上放上工件不能超出定位板孔的长度。 计算出工件的质量约为 15=1050N 所以，在下底板上有根弹簧，每根弹簧的受力为 1504，根据弹簧变形量，则弹簧的刚度150 1 5 /4 2 . 5C N m m弹簧的极限压缩量为 15+受的最大载荷为 1 5 1 7 . 5 2 6 2 . 5F C N 弹簧选择分 3 类压缩弹簧，计算过程如下： 假设弹簧丝直径 d 3 4 5 假设弹簧平均直径2 30 20 旋转绕比 2 4 簧材料拉伸弹度极限 1250 960 950 许用应力 t 32 625 480 475计弹簧直径 11 . 6 M A k 阅机械加工工艺手册选弹簧丝的直径为 3 弹簧的圈数 4m a A 得 n=查阅机械加工工艺手册 n=7。 因为弹簧的两端要与孔和底板接触，故 死圈圈数为 2， 则弹簧的总圈数为 9圈。弹簧外径 D= 2D +d=23小节距 m a xm i n m i n 查阅机械加工刀具手册， 簧： d=2D=20p= 极限载荷m 5 0 单圈极限载荷变形量 f= 单圈刚度： k=m， 最大套筒直径6D 则弹簧的自由长度为 50 根据弹簧线性特征，所以实际变形量 ： m a 5 2 7 1 5 7 1 . 0 63 5 0 . 1f F n m 满足设计要求 。 紧力计算 查阅机械加工工艺手册 群钻轴向力 0 F F Fz y d f V其 中 ， ， 1 7 ， 。 0 . 6 6 1 1 . 2 1 7 0 . 3 16 3 6 5 . 9 5 0 . 1 8 0 . 4 6 1 . 1 2 1 4 1 . 8 0 . 6 6 1 1 . 2 1 7 0 . 3 120 3 6 5 . 9 2 0 0 . 2 5 0 . 6 7 1 . 1 2 4 8 5 0 . 6 6 1 1 . 2 1 7 0 . 3 130 3 6 5 . 9 3 0 0 . 3 0 . 6 3 1 . 1 2 7 7 3 . 4 9 33 则总的轴向钻削力 1 6 1 4 1 . 8 2 4 8 5 7 7 3 . 1 9 4 0 1 2 . 2 9 总 在计算切削时，必把安全系数考虑在内 1 2 3 4K K K K K 1轴向切削力 1 . 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 4 0 1 2 . 2 9 6 0 1 8 . 4 3 5F k F N 工件所受夹紧力与轴向切削力平衡，为了减小夹紧力 ， 采用两面同时钻削，则工件夹紧力 6 0 1 8 . 4 3 5F F N 。 还应抵消弹簧变形的力则实际夹紧力 0 6 0 1 8 . 4 3 5 3 5 0 . 1 6 3 6 8 . 5 3 5 缸的选择 根据夹紧力的计算及夹具的分析，查阅机械加工工艺手册表 用管接式法兰汽缸固定在夹具上方 见夹具装配图 ，这样夹紧力作用于工件上方，夹紧可靠方便，而采用前盖固定，可以减小连杆的长度，缩小夹具的结构，提高其稳定性。 表 4缸的主要参数如下： (单位 行程 C 40 活塞直径 D 150 活塞杆直径 5 前盖直径 35 连接螺栓 4 X 塞杆前端连接螺纹长度 L 200 当气压为 N ， F 为 7000N 满足压紧力要求 。 接板的选用 由于汽缸要放在夹具的上面故需要板件，连接板需要 与 汽缸的前盖相连，还要与四根支撑杆的连接，厚度为 10虑到夹具的紧凑性与合理性，故如图 4 34 板与汽缸连接的位置 图 4与汽缸的连接图 底板 上底板主要用于支撑零件，并起导向作用，根据弹簧的自由伸长长度，板厚得出为16图 4 图 4 下底板 下底板主要用于安放在工作台，凸台是用来安装弹簧以及定位销 。 撑杆的选用 四根支撑杆的功用主要是连接地板与汽缸了，两端都还有螺纹，这主要是承受汽缸所提供的力，则需要校核： 螺栓 机械设计可知：螺栓的许用拉应力 已知螺栓材料 45 钢，由材料力学可知 353； 螺杆的许用拉应力 353 4 8 8 . 2 83 5 4 4ss 取 中 间 值 ， 即所以 4由 机械加工工艺手册 ， 课题任务书 指导教师 学生姓名 课题名称 175 型 柴油机 缸 体 机械加工工艺及其组合机床钻孔夹具设计 内容及任务 1、技术要求 设计需保证计算准确，设计说明书应文理通顺、条理清晰、图文并茂。 2、工作要求 认真复习设计有关知识，并查询有关资料、手册，按时保质、保量完成设计任务。设计过程中的问题及时请教老师。 3、图纸要求 要求图面清晰，布图合理，所有设计的图纸用计算机绘制，符合国家标准。 4、设计工作量 （ 1） 零件图一张、毛坯图一张； （ 2） 机械加工工艺规程一套； （ 3） 工序卡一套 ； （ 4） 夹具装配图一张、夹具零件图一套 （ 5） 计算机绘图、手工绘图至少一张； （ 6） 毕业设计说明书一份。 进度安排 起止日期 工作内容 备注 阅资料，复习与设计相关的知识 进行方案设计，确定基本结构形式 绘图和主要的设计计算 完成毕业设计说明书的编写 毕业答辩准备和毕业答辩 主要参考资料 1 浦林祥 册 (第二版 )M机械工业出版社，1995 2 李洪 M 北京 :北京出版社 ,1990 3 赵家齐 M. 哈尔滨 :哈尔滨工业大学，1994 4 薛源顺 M机械工业出版社 ,2000 5 东北重型机械学院、洛阳工学院、第一汽车制造职工大学编 ,机床夹具设计手册第二版 M. 上海 :上海科学技术出版社 ， 1990 6 葛金印 M. 北京 :高等教育出版社 ,2005. 7 肖继德 版 M. 北京 :机械工业出版社， 1997 8 张捷 赵虎 李先民 M南交通大学， 9 石光源 M. 北京 :高等教育出版社， 研室 意见 年 月 日 系主管领导意见 年 月 日 开题报告 题 目 175 型 柴油机 缸 体 机械加工工艺及其组合机床钻孔夹具设计 学生姓名 班级学号 专业 一、毕业设计的内容及意义 箱体类是机器或部件的基础零 件，它将机器或部件的一些轴、套、轴承和齿轮等有关零件装配起来，使其保持正确的相互位置关系，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。因此，箱体的加工质量对机器的工作精度、使用性能和寿命都有直接的影响。 箱体零件虽然结构多种多样，但有共同的特点：多为铸造件，结构复杂，壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大。既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固件。箱体类零件上面的孔与孔之间有较高的位置精度（孔与孔的平行度、孔的轴线与面有垂直度要求），其加工质量的好坏直接影响柴油机的精度和使用性能，因此 柴油机汽缸的加工质量至关重要。箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的 15% 20%。 本次设计是制定 175 型 柴油机 汽缸 的加工工艺及钻前 端面的 8 个螺纹孔的组合机床夹具设计。柴油机 汽缸 属于箱体零件，其特点是：形状复杂、具有形状复杂的内腔，箱壁多用于安装轴承的轴承孔或其他用途的孔系。箱体的加工面较多，主要加工的是面和孔系，属于整体式机体结构，即汽缸体和曲轴箱制成一个整体零件，这种整体式机体的特点是结构紧凑，刚性好，加工制造困难。 1 机体 的主要作用 1、连接柴油机的一些运动部件，使它们在工作时保持相互准确的位置关系； 2、在机体上加工有水道和油道，保证各零件工作时必要的冷却与润滑； 3、安装柴油机各辅助系统部件； 4、作为柴油机使用安装时的支承，将柴油机固定在底盘或支架上。 所以，柴油机汽缸的结构较为复杂，部件结构尺寸精度较高，受到高频的变载荷及振动是柴油机的主要部件。 2 毛坯材料及形式的确定 由于箱体类零件形状复杂，有腔形，故一般需要铸造成型。机体结构复杂，部件结构尺寸精度较高，受到高频的变载荷及振动，故零件材料可选用 铸铁），硬度为 170为它强度较高、耐磨、耐热性能好，但需人工时效处理，适用于承受较大应力（ W 2942N/，摩擦面间单位压力大于 49N/要求一定的气密性的零件，适用于汽缸体等。其工作条件：承受高弯曲应力（ 及抗拉应力；摩擦面间的单位面积压力 求保持高气密性。 根据以上要求， 由于零件结构复杂、形状材料方面的要求，批量较大，毛坯确定为砂型机器造型。 二、设计思路及工作方法 1、 分析柴油机汽缸零件结构特点 2、 对汽缸零件进行工艺分析 3、 确定机械毛坯种类和余量及毛坯尺寸 4、 定制汽缸加工的工艺过程 5、 确定切削用量及基本工时 6、 钻孔的夹具设计 三、设计任务完成的阶段内容及时间安排。 1 准备工作（收集资料和查看复习毕业设计设计的相关内容） （ 2 资料检索 （ 3 方案设计 （ 4 工艺设计和夹具设计 （ 5 绘图 （ 6 修改 （ 7编写毕业设计说明书 （ 指导教师批阅意见 指导教师 (签名 )： 年 月 日 外文译文 外语文献翻译 摘自 : 制造工程与技术（机加工）（英文版） 机械工业出版社 2004 年 3 月第 1 版 页 564560P 美 s. 卡尔帕基安 (密德 ( 著 原文 he of a in of 1、 of 2、 3、 4、 nd As if by in of of it is to of a In to be in in f as ), of by to in as in As a up of as to as in in It in be to is of of A of in at of In of of is in of as a is by of of on of is at in of as a In to in be in of 0111241by 10 (in of a is a a in 500 of in of is a of in as in An is in of in of is at 300 to be s 00 400 to a of in is to It is to on of on C) by a is to of to to of is by as of of is as on of to a on of In to we of on of in At of ), at it no on of of of is to At of on of to is to to a in be be a in it a of a is to it is it in a in or be to of to to pf to is to be of of of is is so it at is to of is It a is of be to is so is it at It a of is it to of of be of be to to be a of or To be a of at 0 C 60 C (175 F ), to to is to of of to to in of of of to of of of ) of as be to on of or as as to at be at In of a as or or is (b) (c) of (d) e) It be to a of be by of in of in to as is in of of on on of 译文 机加工性 一种材料的可机加工性通常以四种因素的方式定义： 1、 分的表面光洁性和表面完整性。 2、刀具的寿命。 3、切削力和功率的需求。 4、切屑控制。 以这种方式，好的可机加工性指的是好的表面光洁性和完整性，长的刀 具寿命，低的切削力和功率需求。关于切屑控制，细长的卷曲切屑，如果没有被切割成小片，以在切屑区变的混乱，缠在一起的方式能够严重的介入剪切工序。 因为剪切工序的复杂属性，所以很难建立定量地释义材料的可机加工性的关系。在制造厂里，刀具寿命和表面粗糙度通常被认为是可机加工性中最重要的因素。尽管已不再大量的被使用，近乎准确的机加工率在以下的例子中能够被看到。 的可机加工性 因为钢是最重要的工程材料之一（正如第 5 章所示），所以他们的可机加工性已经被广泛地研究过。通过宗教铅和硫磺，钢的可机加工性已经大大地 提高了。从而得到了所谓的易切削钢。 二次硫化钢和二次磷化钢 硫在钢中形成硫化锰夹杂物（第二相粒子），这些夹杂物在第一剪切区引起应力。其结果是使切屑容易断开而变小，从而改善了可加工性。这些夹杂物的大小、形状、分布和集中程度显著的影响可加工性。化学元素如碲和硒，其化学性质与硫类似，在二次硫化钢中起夹杂物改性作用。 钢中的磷有两个主要的影响。它加强铁素体，增加硬度。越硬的钢，形成更好的切屑形成和表面光洁性。需要注意的是软钢不适合用于有积屑瘤形成和很差的表面光洁性的机器。第二个影响是增加的硬度引起短切屑而不是不 断的细长的切屑的形成，因此提高可加工性。 含铅的钢 钢中高含量的铅在硫化锰夹杂物尖端析出。在非二次硫化钢中，铅呈细小而分散的颗粒。铅在铁、铜、铝和它们的合金中是不能溶解的。因为它的低抗剪强度。因此，铅充当固体润滑剂并且在切削时，被涂在刀具和切屑的接口处。这一特性已经被在机加工铅钢时，在切屑的刀具面表面有高浓度的铅的存在所证实。 当温度足够高时 例如，在高的切削速度和进刀速度下 铅在刀具前直接熔化，并且充当液体润滑剂。除了这个作用，铅降低第一剪切区中的剪应力，减小切削力和功率消耗。铅能用于各种钢号，例如 10111241等。铅钢被第二和第三数码中的字母 L 所识别（例如， 10（需要注意的是在不锈钢中，字母 L 的相同用法指的是低碳，提高它们的耐蚀性的条件）。 然而，因为铅是有名的毒素和污染物，因此在钢的使用中存在着严重的环境隐患（在钢产品中每年大约有 4500 吨的铅消耗）。结果，对于估算钢中含铅量的使用存在一个持续的趋势。铋和锡现正作为钢中的铅最可能的替代物而被人们所研究。 脱氧钙钢 一个重要的发展是脱氧钙钢，在脱氧钙钢中矽酸钙盐中的氧化物片的形成。这些片状，依次减小第二剪切区中的 力量，降低刀具和切屑接口处的摩擦和磨损。温度也相应地降低。结果，这些钢产生更小的月牙洼磨损，特别是在高切削速度时更是如此。 不锈钢 奥氏体钢通常很难机加工。振动能成为一个问题，需要有高硬度的机床。然而，铁素体不锈钢有很好的可机加工性。马氏体钢易磨蚀，易于形成积屑瘤，并且要求刀具材料有高的热硬度和耐月牙洼磨损性。经沉淀硬化的不锈钢强度高、磨蚀性强，因此要求刀具材料硬而耐磨。 钢中其它元素在可机加工性方面的影响 钢中铝和矽的存在总是有害的，因为这些元素结合氧会生成氧化铝和矽酸盐，而氧化铝和矽酸盐硬且具有 磨蚀性。这些化合物增加刀具磨损，降低可机加工性。因此生产和使用净化钢非常必要。 根据它们的构成，碳和锰钢在钢的可机加工性方面有不同的影响。低碳素钢（少于 碳）通过形成一个积屑瘤能生成很差的表面光洁性。尽管铸钢的可机加工性和锻钢的大致相同，但铸钢具有更大的磨蚀性。刀具和模具钢很难用于机加工，他们通常再煅烧后再机加工。大多数钢的可机加工性在冷加工后都有所提高，冷加工能使材料变硬并且减少积屑瘤的形成。 其它合金元素，例如镍、铬、钳和钒，能提高钢的特性，减小可机加工性。硼的影响可以忽视。气态元素比如氢和氮在钢的特性方面能有特别的有害影响。氧已经被证明了在硫化锰夹杂物的纵横比方面有很强的影响。越高的含氧量，就产生越低的纵横比和越高的可机加工性。 选择各种元素以改善可加工性，我们应该考虑到这些元素对已加工零件在使用中的性能和强度的不利影响。例如，当温度升高时，铝会使钢变脆（液体 金属脆化，热脆化，见 ），尽管其在室温下对力学性能没有影响。 因为硫化铁的构成，硫能严重的减少钢的热加工性，除非有足够的锰来 防止这种结构的形成。在室温下，二次磷化钢的机械性能依赖于变形的硫化锰夹杂物的定位（各向异性）。二次磷化钢具有更小的延展性，被单独生成来提高机加工性。 它不同金属的机加工性 尽管越软的品种易于生成积屑瘤，但铝