本科毕业论文-GO汽油机缸体前面加工工艺及工艺装备设计.docx

摘 要发动机作为汽车的心脏，其制造质量直接影响着汽车的使用性能。缸体作发动机各机构及各系统的装配基础零件，其制造精度对发动机的整体性能有着重要的影响。要提高发动机的使用性能，就必须控制发动机制造过程中关键零件的加工精度与加工质量。随着我国经济的发展，国内对汽车的需求大量增加，怎样提高汽车产品零部件的生产效率和加工质量，成为了汽车行业发展至关重要因素。发动机缸体是汽车五大部件之一，它的生产效率和加工质量直接影响到汽车的生产效率和性能。发动机缸体的传统提高生产效率和加工质量的方式是尽量缩短辅助时间和采用刚性生产线，这种方式在今天已经不适应生产的发展。因此，在汽车行业中，怎样提高发动机缸体生产效率和加工质量是一项重要的研究课题。本论文主要对GO汽油机缸体前面加工工艺及工艺装备进行设计，发动机缸体属于箱体类零件，结构复杂，加工易变形，因此加工精度要求高。由于缸体各个结合面面积较大，且有较高的位置精度和粗糙度的要求；缸体的加工部位多、加工要求较高、工艺路线长、工件输送较难处理、使生产管理上较繁杂，对缸体进行加工时采用专用机床加工，不仅能够改善加工质量而且能够极大提高加工效率。论文主要对GO汽油机缸体前面进行工艺规程设计，夹具专用设计和夹紧力计算。关键词: 发动机缸体 工艺规程 专用夹具AbstractThe quality of the engines manufacturing influenced the performance of the car, as the engine is the heart of the motor vehicles. The accuracy of the manufacturing of the engine block has an important relationship with the overall performance, because the engine block is the fundamental part in the system of the engine. We have to control the machining accuracy and machining quality.With the development of our economy and rapidly growing demand for cars in China, how to improve the production efficiency and processing quality of auto parts, is crucial to the development of automobile industry. Engine cylinder block is one of the five major parts, and its production efficiency and processing quality are directly related to production efficiency and performance of the car. The traditional method to improve production efficiency and processing quality is trying to shorten the auxiliary time and adopt the way of a rigid line, which is already out of date in the current production. Therefore, how to improve the efficiency of engine cylinder block production and processing quality is an important research, and the WD615 engine used in heavy vehicles, including all kinds of engineering machinery, buses, power generation equipment, ships and other ideal power of engine, its cylinder processing design has greater significance. In this paper, we focus on the first step of the process and made research on the process. The engine block belongs to the block pieces, which is complicated in structure and easy to be deformed. We could adopt crankshaft bore as the positioning datum to ensure the accuracy. As the junction surface has a big area and a high demand of the accuracy and roughness, including high amount of the machining parts and high demand of the machining and the long routine of the processing, we have to adopt Horizontal machining center to improve the machining quality and efficiency. The task of the paper is mainly about the reasonable choice on the machining tools and calculation on the fixtures.Keyword: Engine cylinder Technological procedure Special fixture目 录 1 前 言12被加工零件分析22.1 被加工零件所属部件的应用及产品简介22.2 被加工零件的技术要求23工艺规程设计43.1 生产纲领及节拍的确定43.2 毛坯的选择43.3 拟订工艺过程53.4 各工序切削用量的选择与计算64设备的选择134.1加工中心的基本概念134.2加工中心的分类134.3加工中心的工艺特点134.4加工中心需要考虑的问题135 专用夹具设计155.1 专用机床夹具概述155.2 定位方案的确定165.2.1定位方案分析165.2.2定位元件的设计185.2.3定位机构的设计195.2.4定位误差计算195.3 夹紧机构的设计205.3.1夹紧力方向的确定205.3.2夹紧力作用点的确定205.3.3夹紧力大小的确定215.3.4液压夹紧机构的设计21结 论23谢 辞24参考文献25附 录261 前 言汽车工业是国民经济中的支柱性产业。汽车生产制造水平直接体现国家汽车工业发展程度，是显示一个国家工业发达水平的重要标志，同时能够带动和促进其他产业和社会经济的发展。目前，我国汽车制造业以中外合资为主，其核心技术一直掌握在欧美日等国手中，尤其是汽车发动机的研发与制造，我国的汽车发动机生产技术主要来源于美国、德国、意大利、日本等发达国家。国内发动机生产厂商，以中外合资企业为主，如上海通用、上海大众、一汽大众、东风雪铁龙、东风日产、长安福特、北汽福田、广州丰田、广州本田、上汽通用五菱等。虽然我国在汽车发动机基础理论及相关技术研究方面取得较大的进步，但是生产设备基本靠进口，工艺标准依赖国外企业标准，以合资为主。合资企业发动机制造技术依然依赖国外技术引进，从根本上并没有形成我国自主的制造技术，国外企业仍然占据着技术的领导地位。汽车发动机制造是我国汽车工业发展的一个重要环节，为了提高我国汽车制造能力，相关理论研究和技术改进亟待开展。 发动机是汽车最主要的组成部分，它的性能好坏直接决定汽车的行驶性能，故有汽车心脏之称。而发动机缸体是汽车发动机的基础零件，通过它把发动机的曲轴连杆机构和配气机构以及供油、润滑、冷却等机构联接成一个整体。发动机缸体的加工质量会直接影响发动机的性能。发动机缸体属于箱体类零件，结构复杂，壁薄多孔，加工易变形，因此加工精度要求高。发动机缸体结构特征复杂，加工精度要求高，因此对发动机缸体的加工要从生产线的每一个环节进行控制。发动机缸体每道加工工序精度控制对缸体加工质量有着重要的影响，如缸体加工过程中发生加工变形，直接影响到缸体的加工精度和加工质量，最终影响整个发动机的使用性能，因此对发动机缸体的制造研究极为重要。由以上分析可见，研究优化汽车发动机缸体机加工工艺对提高我国极其重要汽车产业，能对发动机缸体制造过程中的质量和精度控制起到指导与帮助作用。本论文主要在缸体加工过程进行定位基准选择、刀具选取、夹具的设计和夹紧力的计算，采用合理的夹紧结构极大提高了发动机生产效率和加工精度，为我国汽车发动机制造业的发展有一定的借鉴，同时有助于我国发动机制造业的自有知识产权的形成。通过对汽车发动机缸体机械加工工艺规程和机械加工工艺装备设计，掌握机械工程产品开发的关键技术。验证、加深、巩固和扩大已学过的专业基础理论和部分专业知识，了解和掌握本专业的实际生产知识，为以后的工作打下基础。考察先进制造技术在实际生产中的应用情况，掌握本专业的发展动态。2被加工零件分析2.1 被加工零件所属部件的应用及产品简介题目给出的是GO汽油机缸体，发动机缸体是汽车五大部件之一。发动机缸体是发动机零件中结构较为复杂的箱体类零件，其将缸盖、油底壳、曲轴等相关零件连接成一个整体，使这些零件相互之间保持正确的相对位置，彼此能够协调工作，它的制造精度要求较高，并且加工工艺复杂。缸体是箱体类零件，缸体的加工特点对加工精度有非常大的影响，而加工精度直接关系到发动机的装配质量，从而影响发动机整机的使用性能和寿命。因此，要根据缸体加工特点，来制定加工工艺规则和精度控制计划。发动机缸体是发动机的基础零件和骨架，同时又是发动机总装配时的基础零件。缸体的作用是支承和保证活塞、连杆、曲轴等运动部件工作时的准确位置；保证发动机的换气、冷却和润滑；提供各种辅助系统、部件及发动机的安装。汽车发动机的缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为缸体曲轴箱。缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。根据缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把缸体分为以下三种形式。(1)一般式缸体：其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差。(2)龙门式缸体：其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度较好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。(3)隧道式缸体：这种形式的缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。为了能够使缸体内表面在高温下正常工作，必须对缸体和缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的缸体周围和缸盖中都加工有冷却水套，并且缸体和缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对缸体和缸盖起冷却作用。现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，缸体还可以分成单列式、V型和对置式三种。2.2 被加工零件的技术要求汽车发动机缸体的加工技术要求有：主要孔的尺寸公差、形状公差和表面粗糙度；主要孔与孔、孔与平面的位置公差，孔与孔间的尺寸公差、平行度、同轴度、垂直度以及孔与平面的垂直度等；主要平面的尺寸公差、平面度和表面粗糙度；主要平面与平面的垂直度等。3工艺规程设计3.1 生产纲领及节拍的确定（1）生产纲领依设计题目可知：Q=10000件/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别取为10%和1%。代入公式N=Qn(1+)(1+),得该零件的生产纲领。N=100001(1+5%)(1+5%)=11025件/年 查机械制造技术基础课程设计指南P7表2-1可知该生产类型为大量生产。（2）生产节拍代入公式=TN,得该零件的生产节拍。T=T=365-3+1+1+1+1+1+3-522860=168000min=16800011025=15.24min3.2 毛坯的选择发动机缸体采用的材料一般是灰铸铁HT150、HT200、HT250，也有采用铸铝或铸钢的。采用灰铸铁可以满足高强度、高刚度以及高耐磨性的要求，而且工艺性能、减振性、切削加工性能优良，同时成本较低，但是会增加缸体的重量，增加发动机的负担；采用铸钢材料，可以使缸体承受更大的冲击载荷；采用铝合金材料最大的好处是可以减轻缸体的重量，顺应了汽车轻量化的趋势，因此最近采用铸铝材料的缸体越来越多。每种材料都有自身的特点，优劣共存，我们需要根据不同缸体产品的不同质量要求来确定相应的生产材料。在本次设计中采用的是铸铁材料。汽缸体宜采用低压铸造。(1)低压铸造的金属液充型是在外界压力下迫使流动的，从而提高了金属液的充型能力，在有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，这对于汽缸体这类大型薄壁铸件的成行极为有利。(2)低压铸造采用底注充型，速度可调控，金属液充型平稳，能有效地避免对型壁和型芯的冲刷，提高缸体这类内形复杂的铸件的合格率。同时，充型时液流和气流方向一致，能减少气孔的生成。(3)金属液在压力作用下凝固，补缩裸好，能提高金属的机械性能，而对于要求耐压、防漏的汽缸体铸件效果更佳。(4)金属液充型的压力较低，因此可采用包括砂型、金属型在内的几乎所有的铸型，生产适应性大，对生产批量或铸件结构均少限制，满足汽缸体的生产要求。 (5)低压铸造的经济性能好。 a.与普通砂型铸造相比，可实现铸件薄壁成形，大大节省金属。 b.浇冒口小，清理费用低，铸件外观好。 c.与压力铸造相比，设备费用低。 d.经改进浇注系统后，生产率高，能满足大批大量生产。3.3 拟订工艺过程拟定工艺路线的原则 (1)先面后孔由于平面面积较大，定位稳定可靠，因此先加工平面，再以此面定位加工其它表面，可以简化夹具结构、减少零件安装变形，从而提高加工精度。 (2)粗精分开 因此缸体零件壁薄、刚性较差，而加工要求又较高，为了粗加工对加工精度的影响，就将主要表面的粗、精加工分开进行。 (3)工序集中与分散本次设计主要是对101-117孔进行加工，主要有钻孔、扩孔、镗孔、锪孔、攻螺纹。各孔加工工序如下。101、102、103孔工序1 钻孔8.8mm，深20.0mm工序2 攻螺纹M101.25-6H，深17.0mm工序3 倒角11mm120104孔工序4 镗孔27.8mm，深10.0mm工序5 倒角0.5mm45105-110孔工序6 钻孔6.8mm，深18.0mm工序7 攻螺纹M8-6H，深15.0mm工序8 倒角9mm120111、112孔工序9 钻孔6.8mm，深15.0mm工序10 攻螺纹M8-6H，深9.0mm工序11 倒角9mm120113孔工序12 钻孔5.6mm，深7.0mm工序13 扩孔6.0mm，深6.0mm工序14 倒角0.5mm45114孔工序15 钻孔5.0mm，深13.0mm工序16 攻螺纹M6-6H，深10.0mm工序17倒角7mm120115、117孔工序18钻孔6.8mm，深21.0mm工序19 扩孔10.2mm，深4.0mm工序20 攻螺纹M8-6H，深18.0mm工序21 倒角0.5mm45116孔工序22 钻孔12.0mm，深128.5mm工序24 倒角1mm45工序23 扩孔12.5mm，深20.0mm3.4 各工序切削用量的选择与计算工序1 钻孔8.8mm，深20.0mm查组合机床设计手册 v=20m/min f=0.15mm/rn=1000vd=1000208.8=723.43r/min n=725r/minv=dn1000=8.87251000=20.04m/minap=4.4mmL=5+20+4.43=27.54mmt=Lfn=27.540.15725=0.25min=15s工序2 攻螺纹M101.25-6H，深17.0mm查组合机床设计手册 v=6m/min f=1.25mm/rn=1000vd=1000610=190.99r/min n=190r/minv=dn1000=101901000=5.97m/minap=0.6mmL=(3+5+17)2=50mmt=Lfn=501.25190=0.21min=12.6s工序3 倒角11mm120查组合机床设计手册 v=10m/min f=0.15mm/rn=1000vd=10001011=289.37r/min n=290r/minv=dn1000=112901000=10.02m/minap=1.1mmL=5+1.13=5.64mmt=Lfn=5.640.15290=0.13min=7.8s工序4 镗孔27.8mm，深10.0mm查组合机床设计手册 v=45m/min f=0.2mm/rn=1000vd=10004527.8=515.25r/min n=515r/minv=dn1000=27.85151000=44.98m/minap=3mmL=5+10+5=20mmt=Lfn=200.2515=0.19min=11.4s工序5 倒角0.5mm45查组合机床设计手册 v=10m/min f=0.15mm/rn=1000vd=10001028.8=110.52r/min n=110r/minv=dn1000=28.81101000=9.95m/minap=0.5mmL=5+0.5=5.5mmt=Lfn=5.50.15110=0.33min=19.8s工序6 钻孔6.8mm，深18.0mm查组合机床设计手册 v=20m/min f=0.15mm/rn=1000vd=1000206.8=936.21r/min n=935r/minv=dn1000=6.89351000=19.97m/minap=3.4mmL=5+18+3.43=24.96mmt=Lfn=24.960.15935=0.18min=10.8s工序7 攻螺纹M8-6H，深15.0mm查组合机床设计手册 v=6m/min f=1.25mm/rn=1000vd=100068=238.73r/min n=240r/minv=dn1000=82401000=6.03m/minap=0.6mmL=(3+5+15)2=46mmt=Lfn=461.25240=0.15min=9s工序8 倒角9mm120查组合机床设计手册 v=10m/min f=0.15mm/rn=1000vd=1000109=353.67r/min n=355r/minv=dn1000=93551000=10.04m/minap=1.1mmL=5+1.13=5.64mmt=Lfn=5.640.15355=0.11min=6.6s工序9 钻孔6.8mm，深15.0mm查组合机床设计手册 v=20m/min f=0.15mm/rn=1000vd=1000206.8=936.21r/min n=935r/minv=dn1000=6.89351000=19.97m/minap=3.4mmL=5+15+3.43=21.96mmt=Lfn=21.960.15935=0.17min=10.2s工序10 攻螺纹M8-6H，深9.0mm查组合机床设计手册 v=6m/min f=1.25mm/rn=1000vd=100068=238.73r/min n=240r/minv=dn1000=82401000=6.03m/minap=0.6mmL=(3+5+9)2=34mmt=Lfn=341.25240=0.11min=6.6s工序11 倒角9mm120查组合机床设计手册 v=10m/min f=0.15mm/rn=1000vd=1000109=353.67r/min n=355r/minv=dn1000=93551000=10.04m/minap=1.1mmL=5+1.13=5.64mmt=Lfn=5.640.15355=0.11min=6.6s工序12 钻孔5.6mm，深7.0mm查组合机床设计手册 v=20m/min f=0.10mm/rn=1000vd=1000205.6=1136.82r/min n=1135r/minv=dn1000=5.611351000=19.97m/minap=2.8mmL=5+7+2.83=13.62mmt=Lfn=13.620.101135=0.12min=7.2s工序13 扩孔6.0mm，深6.0mm查组合机床设计手册 v=10m/min f=0.15mm/rn=1000vd=1000106=530.52r/min n=530r/minv=dn1000=65301000=9.99m/minap=0.5mmL=5+6+1=12mmt=Lfn=120.15530=0.15min=9s工序14 倒角0.5mm45查组合机床设计手册 v=10m/min f=0.15mm/rn=1000vd=1000107=454.73r/min n=455r/minv=dn1000=74551000=10.01m/minap=0.5mmL=5+0.5=5.5mmt=Lfn=5.50.15490=0.07min=4.2s工序15 钻孔5.0mm，深13.0mm查组合机床设计手册 v=20m/min f=0.10mm/rn=1000vd=1000205=1273.24r/min n=1275r/minv=dn1000=512751000=20.03m/minap=2.5mmL=5+13+2.53=19.44mmt=Lfn=19.440.101275=0.15min=9s工序16 攻螺纹M6-6H，深10.0mm查组合机床设计手册 v=6m/min f=1.0mm/rn=1000vd=100066=318.31r/min n=320r/minv=dn1000=63201000=6.03m/minap=0.5mmL=(3+5+10)2=36mmt=Lfn=361.0320=0.11min=6.6s工序17倒角7mm120查组合机床设计手册 v=10m/min f=0.15mm/rn=1000vd=1000107=454.73r/min n=455r/minv=dn1000=74551000=10.01m/minap=1.0mmL=5+1.03=5.58mmt=Lfn=5.580.15355=0.10min=6s工序18钻孔6.8mm，深21.0mm查组合机床设计手册 v=20m/min f=0.15mm/rn=1000vd=1000206.8=936.21r/min n=935r/minv=dn1000=6.89351000=19.97m/minap=3.4mmL=5+21+3.43=27.96mmt=Lfn=27.960.15935=0.20min=12s工序19 扩孔10.2mm，深4.0mm查组合机床设计手册 v=15m/min f=0.16mm/rn=1000vd=10001510.2=468.10r/min n=470r/minv=dn1000=10.24701000=15.06m/minap=0.5mmL=5+4+1=10mmt=Lfn=100.16470=0.13min=7.8s工序20 攻螺纹M8-6H，深18.0mm查组合机床设计手册 v=6m/min f=1.25mm/rn=1000vd=100068=238.73r/min n=240r/minv=dn1000=82401000=6.03m/minap=0.6mmL=(3+5+18)2=52mmt=Lfn=521.25240=0.17min=10.2s工序21 倒角0.5mm45查组合机床设计手册 v=10m/min f=0.15mm/rn=1000vd=10001011.2=284.21r/min n=285r/minv=dn1000=11.22851000=10.03m/minap=0.5mmL=5+0.5=5.5mmt=Lfn=5.50.15285=0.13min=7.8s工序22 钻孔12.0mm，深128.5mm查组合机床设计手册 v=20m/min f=0.15mm/rn=1000vd=10002012=530.52r/min n=530r/minv=dn1000=125301000=19.98m/minap=6.0mmL=5+128.5+63=136.96mmt=Lfn=136.960.15530=1.72min=103.2s工序23 扩孔12.5mm，深20.0mm查组合机床设计手册 v=15m/min f=0.16mm/rn=1000vd=10001512.5=381.97r/min n=380r/minv=dn1000=12.53801000=14.92m/minap=0.5mmL=5+20+1=26mmt=Lfn=260.15380=0.46min=27.6s工序24 倒角1mm45查组合机床设计手册 v=10m/min f=0.15mm/rn=1000vd=10001014.5=219.51r/min n=220r/minv=dn1000=14.52201000=10.02m/minap=1.0mmL=5+1=6mmt=Lfn=60.15220=0.18min=10.8s4设备的选择4.1加工中心的基本概念加工中心（Machining Center）简称MC，是由机械设备与数控系统组成的，适用于复杂零件加工的高效自动化机床。这种机床可装若干把刀具，能自动更换刀具，在一次装夹中完成铣、镗、钻、扩、铰、锪、攻螺纹、内槽加工等。它用于加工各种箱体类、板类复杂零件。第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。4.2加工中心的分类1.按工艺用途分类：（1）镗铣加工中心 （2）车铣加工中心 （3）钻削加工中心（4）复合加工中心2.按控制轴数分类：（1）三轴加工中心 （2）四轴加工中心（3）五轴加工中心3.按主轴与工作台相对位置分类：（1）卧式加工中心 （2）立式加工中心（3）万能加工中心4.3加工中心的工艺特点（1）工艺范围宽，能加工复杂曲面。（2）具有高度柔性，便于研制、开发新产品。（3）加工精度高，表面质量好。（4）生产效率高。（5）减轻工人体力劳动强度。（6）便于实现计算机辅助制造。4.4加工中心需要考虑的问题(1)粗加工时，金属切除量大，工件温升很快，工件是在热状态下进行精加工，因此在工件冷却后后造成精度下降。(2)有毛坯加工成成品的过程中，工件不能时效，内应力难以消除。(3)多工序集中加工要使用各种各样刀具，在卧式加工中心上要对工件四周进行加工，在机床上工件安装区域周围大部分空间都被切削刀具运动轨迹所占去，而固定工件所需的夹具和压紧块安装空间小。工件的夹具必须能适应零件粗加工时切削力大、高刚度、夹紧力打大的要求，又需适应精加工时定位精度要求高、工件夹紧变形尽可能小的要求。(4)加工中心的机床精度是按高精度加工要求制定的，若要稳定加工出7级孔，机床定位精度须达到0.01mm全长，主轴振摆、轴向跳动须达到0.0050.01mm以内，另一方面，又须使用加工中心铣铸件黑皮、钻孔距要求0.5mm的连接孔等。(5)多工序集中加工，要及时处理切屑。在加工过程中，切屑不断屑、切屑堆积、切屑缠绕等会影响加工顺利进行。(6)工件每个工序的加工内容、切削用量、工艺参数都可以编织到程序中去，以软件的形式出现。软件适应性很好，可以及时修改，这样给新产品试制，实行新的工艺流程和试验均提供了方便。5 专用夹具设计5.1 专用机床夹具概述专用夹具是专为某一工件的某一工序而专门设计、制造的夹具。专用夹具由于它针对性强，所以其结构紧凑，使用维修方便，但设计周期长，不具有继承性。因此适用于产品相对稳定、批量较大的大批量和中批量生产情况以及不用夹具就难以保证加工精度的场合。专用机床夹具和一般夹具所起的作用相似, 但其结构和设计要求却有本质上区别。专用机床夹具的结构和性能, 影响着专用机床的配置方案的选择。专用机床夹具有以下特点: 专用机床夹具是机床的主要组成部分, 它的设计工作是整个专用机床设计的重要部分之一; 专用机床夹具的设计和机床其它部件有着极其密切的联系, 正确解决它们之间的关系是保证专用机床的工作的可靠和使用性能良好的重要条件之一，并且夹具的结构也是要按这些部件的具体要求来定的。按照专用机床夹具的主要功能, 结构可分为三大部分, 即刀具导向装置、定位支承系统和夹紧机构。刀具导向装置。在专用机床上完成孔加工工序时，除了采用刚性主轴加工方法外，在大多数情况，切削刀具都在导向装置中工作，因此，有精密的导向便成为了专用机床刀具工作的显著特点之一。专用机床夹具上的导向装置是引导刀具对工件进行切削加工的重要装置。导向装置的作用在于保证各刀具相互间的正确位置：保证刀具相对于工件的正确位置和提高刀具系统的支承刚性。因此，它对于保证机床的可靠工作和加工精度有着重要影响。定位支承系统：定位支承是指在加工过程中维持被加工零件有一定位置的元件。由于定位支承元件直接跟被加工零件接触, 因而其尺寸、结构、精度和布置直接影响到被加工零件的精度。为了避免产生废品以及经常修理定位支承元件的麻烦, 设计时必须注意下述的几个问题: 合理安排定位支承元件,尽量使其组成较大的定位支承平面，最好能让夹压力的位置对准定位支承元件，如果受工件结构限制不能实现, 也要使定位支承元件尽量靠近夹压力的作用线, 并使夹压力的合力中心处处在定位支承平面内。提高刚性, 减少定位支承系统的变形，应尽量使定位元件不受到力。提高定位支承系统的耐磨性及精度, 从而长期保持夹具的定位精度。可靠地排除定位支承部件的切屑, 使切屑不黏附或堵塞在定位支承系统上, 对保证加工的可靠性和定位的准确性有很大的影响。因此,设计时应尽量不使切屑落到定位支承系统上。夹紧机构。在专用机床上加工时,工件依靠夹具上的定位支承系统，获得对于刀具及其导向的正确相对位置，还需依靠夹具上的夹紧机构，来消除工件因受切削力或工件自重的作用而产生的位移或振动，使工件在加工过程中能继续保持定位所得的正确位置。夹紧机构通常由三个部分组成: 中间传动机构、夹紧动力部分和夹紧元件。这三个部分起着不同的作用: 中间传动机构能够改变作用力的大小和方向；夹紧元件则用以承受中间传动机构传递的夹紧力，并与工件直接接触而执行夹紧动作；夹紧动力部分用于产生动力源，并将作用力传给中间传动装置。5.2 定位方案的确定5.2.1定位方案分析在加工箱体、支架、连杆和机体类工件时，常以平面和垂直于此平面的两个孔为定位基准组合起来定位，称为一面两孔定位。此时，工件上的孔可以是专为工艺的定位需要而加工的工艺孔，也可以是工件上原有的孔。图5.2.1 一面两孔组合定位1 短圆柱销 2 短菱形销一面两孔定位，通常要求平面为第一定位基准，限制工件的、三个自由度，定位元件是支承板或支承钉；孔1的中心线为第二定位基准，限制工件的、两个自由度，定位元件是圆柱销；孔2的中心线为第三定位基准，限制工件的一个自由度，定位元件是菱形销，实现六点定位，如图5.2.1所示。使用菱形销的目的：如果采用两个圆柱销与两定位孔配合定位，沿工件上两孔连心线方向的自由度被重复限制了，属于过定位。工件以底平面及118、119孔为定位基准，采用平面和定位销组合的定位方案。零件的定位图5.2.2。由于工件较大所以用五块长的支承板比较方便。虽然这样对原来只需三点定位的平面进行了四点甚至更多点的过定位，而因为支承板的不平度误差和支承板间的不共面度误差使工件在夹紧力和切削力的作用下会产生变形，但这种变形量较小，对于一般精度要求的加工是允许的，而且，长的支承板可以增加定位系统的刚性，防止当夹压力和切削力不是对准支承时而引起工件的变形，这种变形不仅影响加工精度，而且会引起振动，甚至造成刀具的折断。 图5.2.2 零件的定位5.2.2定位元件的设计工件在夹具中或在机床上的定位，是通过工件的定位基准面和夹具定位元件相接触（支撑定位）或相配合（定心定位）来实现的，因此工件定位方式及夹具定位元件的选择完全取决于工件定位基准面的形状。而工件上的定位基准面基本上是有平面，内外圆柱面、圆锥面、成型面或他们之间的组合表面作为定位基准。而本次设计采用的是一面双孔定位。一面双孔定位是一种组合定位方式，工件以一个平面及和该面垂直的两个定位基准孔（工件上实际具有的空）定位。定位元件则为支承板和支承板平面垂直的两定位销，一个为圆柱销，另一个为菱形销。（1）支承板图5.2.3支承板根据零件尺寸及设计要求选取高度为18mm的支承板，需要342mm20mm的4块和490mm20mm的1块。（2）定位销定位基准孔的尺寸为19.50+0.018mm。图5.2.4为一面两销定位时一个圆柱销和一个菱形销的示意图。图5.2.4 定位销示意图设计参数如下：定位销的中心距L1为448.5mm两孔中心距公差为0.036mm两定位销孔直径：D1=D2=19.5mm切削边销宽度，查表D2=19.5mm,取b=4mm B为17.5mm5.2.3定位机构的设计工件在加工时，为保证加工表面对其他表面的位置尺寸精度和位置精度，必须使它相对于刀具和切削成形运动（有机床提供）处于正确的加工位置。当采用夹具装夹工件时，则须使工件在夹具中正确地装夹，夹具在机床上的正确装夹以及夹具对刀的正确调整。为保证工件的位置精度，需要对定位元件进行固定。（1）支承板采用M620螺钉联接共需要34个螺钉保证支承板稳定。（2）定位销采用M515螺钉联接每个定位销需要4个螺钉保证定位销的稳定。5.2.4定位误差计算工件以“一面双孔”定位时，采用的定位元件是支承板和与之垂直的两位销，两定位销中心线即确定了定位基准理想位置（图5.2.4）。图5.2.5 定位销的定位误差示意图基准孔中心连线的转角误差tan=1max+2max2L式中 1max圆柱销与基准孔的最大间隙 2max菱形销与基准孔的最大间隙 L两基准孔的中心距离1max=0.018，2max=0.018，所以tan=0.018+0.0182448.5=0.000040l=2maxtan=0.0180.000040=448.5影响工件的误差，根据被加工零件图分析L=489mm=Ltan=4890.000040=0.01956mm根据被加工零件工序图可知，加工113孔时精度要求较高6-0.033-0.018mm。=0.01956mm在误差允许范围内，符合加工要求。5.3 夹紧机构的设计5.3.1夹紧力方向的确定为了保证夹压后工件定位的稳定和减少工件的夹紧变形,夹紧力的方向应工件在夹具上定位的主要加工基准面。气缸体定位的主要基准面为水平布置的底面，且在加工时，大部分钻削力来自右侧面，因此选择夹紧力竖直向下指向底面。图5.3.1 夹紧力方向5.3.2夹紧力作用点的确定为了保证工件在夹紧后定位稳定，作用点应在工件定位支承平面以上；为了保证夹紧后工件的变形最小，作用点应在工件刚性最好的部位，即夹紧点应靠近工件的壁或筋板并要避免设在被加工孔的上方；此外还要保证夹紧力和切削力不产生使工件弯曲的力矩。因此，选择四个夹紧点，分别作用在靠近气缸孔壁、支承板的正上方的位置，为了保证工件在夹紧后有足够的抗扭性，作用点之间的距离应尽量拉大，靠近工件的两端。图5.3.2 夹紧点示意图5.3.3夹紧力大小的确定根据被加工零件图，经分析，可知在加工104孔时会产生较大切削力。对于104孔需要进行镗孔27.8mm，深10.0mm。查组合机床设计手册可知：硬质合金镗刀加工铸铁时切削力计算公式为Pz=51.4ts0.75HB0.55(N) Px=0.51t1.2s0.65HB1.1(N)以HB=220为基准，其切削力为 Pz=998.4ts0.75(N) Px=192.4t1.2s0.65(N)式中S每转进给量（mm/r），t切削深度（mm）由3.4 工序4可知S=0.2mm/r,t=3mm所以Pz=998.430.20.75=895.77(N) Px=192.431.20.20.65=252.59(N)取较大切削力F切=895.77N根据公式F切4.5=4F夹紧f 算出夹紧力，其中f取0.2，经计算可得F夹紧=5038.71N。5.3.4液压夹紧机构的设计工件定位之后，由于在加工过程中要受到切削力，惯性力和工件重力的作用，因此必须设计合理的机构将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程助攻具有定位的稳定性和生产的安全性。这种将工件压紧夹牢的机构就是加紧机构。一般夹紧装置的动力方式有气压式、液压式、电动式、气液联动式装置。本次设计对缸体进行切削加工，工件体积较大，切削力较大，加工精度要求高，并且采用数控加工中心进行加工，而液压动力装置比较气压动力装置由以上优点。因此，这里我们选用液压动力装置来提供夹紧所需动力。液压动力装置有以下几个优点：（1）工作介质为液压油，工作压力为6MPa（3-5MPa），采用液压油缸，油缸尺寸小，夹紧装置紧凑。（2）液压油具有不可压缩性，动力传动平稳。（3）液压夹紧装置噪声小。（4）液压装置承载能力大。钩形压板所需拉力P查组合机床设计手册可知：P=Q1+3LfH式中： Q夹紧力（N）L钩形压板夹压点到轴心线距离（mm）H钩形压板导向长度（mm）f摩擦系数根据零件图可知，经分析L=210