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一种发动机缸盖单工序加工工艺及其夹具设计
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一种发动机缸盖单工序加工工艺及其夹具设计.zip,一种发动机缸盖单工序加工工艺及其夹具设计
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摘 要本篇论文的主要内容是完成发动机缸盖的“铣进排气侧面，扩、铰碗型塞片孔”这一工序的加工工艺，以及加工这道工序所需的夹具设计。研究了如何改善传统的加工工艺，减少了工艺的复杂性，简化加工工艺，达到自动化生产。分析零件结构，发现发动机缸盖含有结构复杂，和加工精度的标准要求高的特点，进行加工工艺的优化，确定了加工的工艺路线，使得加工过程简便，达到快速生产的目的。以及“铣进排气侧面，扩、铰碗型塞片孔”这道工序的专用夹具设计，夹具体的作用，其中夹具在设计的过程中需要解决的问题，例如工件加工时是如何定位的，定位基准是如何选择的，夹紧装置是如何选择的，夹具体的主要部分的设计计算，以及夹具体的主要部分在加工该道工序时起到的作用，等。在完成工序分析和夹具设计的过程中，保证自身质量的前提下，采用自动化生产线，专用夹具，数控机床、加工中心，减少了加工的成本，提高了加工效率，保证了生产的均衡性，提高了经济效益。 关键词：自动化生产线；专用夹具；发动机缸盖ABSTRACTThe main content of this paper is to complete the machining process of Milling intake and exhaust side, expansion, hinge plug hole of engine cylinder head, as well as the fixture design needed to process this process. This paper studies how to improve the traditional processing technology, reduce the complexity of the process, simplify the processing process, and achieve automatic production. By analyzing the structure of the parts, it is found that the engine cylinder head contains the characteristics of complex structure and high standard requirement of machining precision. The processing technology is optimized and the processing route is determined, which makes the machining process simple and rapid production. As well as the special fixture design of Milling intake and exhaust side, expansion, hinge bowl plug hole, the specific role of clamps, and the problems that need to be solved in the process of fixture design, such as how to locate the workpiece in the process of processing. How to select the positioning datum, how to select the clamping device, how to design and calculate the main parts of the clamp, and how the main parts of the clamp play a role in the processing of the process, etc. In the process of working procedure analysis and fixture design, the automatic production line, special fixture, numerical control machine tool, machining center are adopted under the premise of ensuring their own quality. The cost of machining is reduced and the processing efficiency is improved. The balance of production is guaranteed and the economic benefit is improved. Key words： Automatic production line; Special fixture; Engine cylinder headI一种发动机缸盖单工序加工工艺及其夹具设计目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论 11.1 研究领域 11.2 论文（设计）工作的理论意义和研究价值 11.3 目前研究的概况和发展趋势 12 零件图分析 32.1 发动机缸盖的结构分析 32.2 发动机缸盖的加工工艺路线43 工序设计 73.1 工序选择 73.2 选择表面加工方法 123.3 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 123.4 选择定位基准 134 夹具的设计 144.1 问题的提出 144.2 夹具设计 175 夹具的各个部件 215.1 定位块 215.2 直齿圆柱齿轮 225.3 齿条 225.4 轴 235.5 端盖 235.6 法兰盘 245.7 菱形销 255.8 缸体 255.9 支座 265.10 导向套 265.11 其他 276 结 论28参 考 文 献29附录1：外文翻译30附录2：外文原文34致 谢42I1 绪论1.1研究领域缸盖的单工序加工工艺及其夹具设计。1.2论文（设计）工作的理论意义和应用价值目前，在发动机缸盖的机械加工过程中，铣侧面排气孔是加工过程非常重要的一道工序，其加工精度影响到发动机缸盖的产品质量，特别是工装夹具的好坏对加工精度的影响很大。一般的，加工往往采用机床上通用的组合夹具来实现工装夹紧，这就需要操作工人具有非常熟练的技术，而由于汽车发动机汽缸盖结构的复杂性，使得操作工人在选用和安装通用的组合夹具时耗时很多，从而降低了缸盖的加工效率。因此，需要选择专用的、可以精确装夹的一种汽车发动机汽缸盖铣侧面排气孔的夹具。夹具的作用是在产品加工过程中，保持产品零部件和加工工具的相对位置，从而保证了最终产品技术要求中的位置精度。如按照夹具是否能用于加工不止一种工件或者指夹具能否重复使用而言，可以分为专用夹具、可调整夹具、组合夹具。其中专用夹具只用于一种产品的一种工件，用于大批量生产之中，目前汽车，摩托车，部分家电，轻工等行业中仍在广泛使用。1.3目前研究的概况和发展趋势通过对文献的阅读和理解，发现无论是传统的制造业还是现代柔性制造系统由于大量的加工操作需要装夹，夹具显得尤其重要，它直接影响加工质量，生产效率和制造成本等。夹具最早出现于1787年，其发展共经历了三个阶段。第一个阶段：夹具与人的结合。在工业发展初期，夹具仅仅作为加工工艺的一种辅助工具；第二个阶段：随着机床，汽车，飞机等制造业的发展，家具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位，夹紧，导向元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一：第三个阶段：夹具与机床的紧密结合。近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具占据相当重要的地位。现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应激烈的市场竞争。目前，一般企业习惯与采用传统的专用夹具，在一个具有单以生产能力的工厂中约有13000-15000套专用夹具。近年来，柔性制造系统，数控机床，加工中心，成组加工等新技术的应用和推广是中小批生产的生产率逐渐接近与大批量生产的能力。国外已经把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向。为了适应现代机械工业向高、精、尖方向发展的需要以及多品种、小批量生产的特点，现代夹具正朝着精密化、高效化、柔性化、标准化四个方向发展。可以预见，随着科技的发展会出现更为先进的机床夹具，作为夹具设计人员，要发挥创造性的思维，设计出符合现代加工理念的机床夹具，促进加工行业的稳步发展。发动机缸体缸盖加工自动线是汽车制造业中应用最广的一种高效设备。与流水线不同，自动线上的被加工件不需要通过人工搬运来完成各工序的加工内容，它利用控制系统将各个工序的机床和辅助装置的动作联系起来，按规定程序自动的进行工作。由于缸体和缸盖的批量大，精度要求高，采用自动线加工是最优的选择。近年来，自动线加工技术发展的越来越快，水平越来越高，而自动线的形式也在不断发生变化。在我国，加工缸体缸盖应用最多的就是组合机床自动线。迄今为止，夹具是机电产品制造中不可缺少的四大工具之一，随着工业化进程的不断加深，我国当前在现代机床中常用的夹具有组合夹具、成组夹具、自动化夹具、数控机床夹具等，每种夹具都有各自的特点，随着现代制造业对加工精度、加工速度等的要求越来越高，使得现代机床夹具也面临更新换代的要求，因此先进的现代机床夹具以适应现代加工的需要，成为当前机械加工行业关注的重点。通过确定气缸盖进排气孔工艺方案，提高气缸盖进排气门座孔的加工精度;通过合理确定夹具的定位方案、夹紧方案，提高工件的装夹精度、加工精度。数控机床和加工中心都已经逐步在生产线中得到了广泛的应用，采用加工中心，可以对工件进行一次性装夹、对刀具几何参数的设置、程序的编制等方面进行优化，可以一次完成气缸盖的进出气孔的加工，提高加工效率并保证工件的精度。通过研究发现，一般情况下机床往往采用组合夹具来实现工装夹紧，这就需要技术非常熟练的工人进行操作，然而由于零件的复杂性，致使操作工人在选用和安装组合夹具时非常浪费时间，导致加工效率低。为了提高加工效率选用专用的可以精确装夹的夹具，从而做到流水化的生产，制加工该零件工序的一部分，提高了生产效率。夹具的作用是在产品加工过程中，保持产品零部件和加工工具的相对位置，从而保证了最终产品技术要求中的位置精度。专用夹具只用于一种产品的一种工件，用于大批量生产之中。研究夹具体的设计是为了能够提高加工时的精度，由于，近年来劳动力成本的激增，以及节能，低能，环保政策的限制自动线生产势在必行。为了达到这一目的，某一工序进行专用的夹具设计是以早已提上日程。这么做会使加工成本大大减少，劳动力的使用减少。2 零件图分析设计发动机缸盖某一工序加工工艺规程及该工序的成组夹具。已知：零件材料为灰铸铁HT200，年产量10000件。缸盖是安装在缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，所以，承受很大的热负荷和机械负荷。发动机缸盖是发动机中最关键的零件之一，其精度要求之高，加工工艺复杂，加工的质量直接影响发动机的整体性能和质量，所以，发动机缸盖的加工尤其重要。图2.1 发动机缸盖零件图2.1发动机缸盖的结构分析发动机缸盖结构复杂,通常为六面体，是多孔薄壁件，最薄处只有3.5mm左右，孔壁的加工数量可达100个。缸盖的强度和刚度要求较高，只有达标才能保证气体在热应力及压力的作用下稳定运行。 通常采用灰铸铁，铝合金，蠕墨铸铁来进行缸盖材料的选择。这里采用灰铸铁HT200，进行缸盖的加工。 从缸盖的内部结构来看，大平面较多，进、排气面和顶面、底面都是大平面，要求平面度及表面粗糙度等精度必须保持较高水平，因此要求机床有实现高精度加工的力能达到较高的刀具调整精度和几何精度；缸盖有气门导管孔、凸轮轴孔、挺杆孔等高精度孔，彼此间配合严密，所以加工时要严格把控其表面的粗糙度、位置精度和尺寸精度等。进行加工时，缸盖气门导管和气门阀座是同时进给加工，要做到一次到位，来减少误差，保持气门导管与阀座的同轴度。具备密封配合要求的气阀座和锥面，对圆度及跳动有严格要求；部分气门导管孔还要和运动部件间配合，因此尺寸精度要求很高；气门导管底孔的尺寸精度要求特别高，所以加工时要注意考虑精度要求，避免出现误差，应注意精度控制，精度控制不稳定，会影响气门导管与缸盖的配合度，从而对发动机的可靠性造成影响；缸盖中的最长孔，凸轮轴孔虽然降低机床设备的要求，也基本保障加工精度，但无法满足凸轮轴孔对同轴度的加工要求，所以，加工时尽可能保证一次成型。 2.2 发动机缸盖的加工工艺路线平面加工工艺：缸盖的顶面、底面和进、排气面都是大平面，平面度及表面粗糙度等精度要求必须保持较高水平，这是全部工艺路线的基础。因此要求机床有实现高精度加工的力能达到较高的刀具调整精度和几何精度。高精度孔的加工：缸盖有气门阀座，导管孔、凸轮轴孔、挺杆孔等高精度孔，彼此间配合严密，其表面的粗糙度、位置精度和尺寸精度加工时要严格把控等。加工高精度孔的加工工序是缸盖加工工艺路线中的核心工序。如：加工定位凸台、夹紧槽，定位销孔，这是进行顶面，底面加工时的基准。工艺路线方案一：表2-1 加工工艺路线方案一工序号工序内容I粗铣顶、底面，铣定位凸台、夹紧槽，扩、铰过渡定位销孔II半精铣顶、底面III粗铣两侧面、前后端面IV铣进排气侧面，扩、铰碗型塞片孔V半精铣两侧面、前后端面VI钻排气面M10螺纹底孔及倒角VII钻顶面螺栓孔VIII钻气缸盖罩螺纹底孔IX钻底面螺栓孔扩进气阀座底孔、导管底孔X共轨面扩铰出沙孔，XI钻前后端面油道孔XII半精扩喷油嘴孔铰喷油嘴孔XIII半精进气座圈孔、导管底孔XIV半精排气座圈孔、导管底孔 工艺路线方案二：表2-2 加工工艺路线方案二 工序号工序内容I粗铣顶面、底面II精铣顶面III钻、铰工艺孔IV粗铣，半精铣进、排气侧面V粗铣，半精铣前、后端面VI加工螺栓孔VII精铣缸盖底面，加工进、排气阀座底孔、导管底孔VIII加工前后端面，油道，回油孔IX半精进气座圈孔、导管孔X半精排气座圈孔、导管底孔（1）最终工艺路线方案的选择如表2-1，表2-2所示，为发动机缸盖的加工工艺路线的两个方案，是发动机缸盖的加工路线，方案一：加工时，其它平面，遵循了统一基准原则，精度要求高。按照方案加工可以更为准确的确定每道工序的加工位置，从而保证工序的平行度要求。反之，方案二先加工其它面，定位基准较难确定，会使定位不够准确，从而导致加工工序时的加工精度受到影响，较难保证平行度要求。综合考虑加工方式与精度，以及定位基准等方面，方案一较为合理，所以确定加工方案一位最终工艺路线。本文设计的是第四道工序的专用夹具，为了实现提高加工效率，节省劳动成本的目的。3 工序设计3.1工序选择表3-1 加工工序内容 工序号工序内容扩、铰碗型塞片孔，铣进排气侧面 这道工序是本文研究的，把它分为三个部分铣进、排气侧面，扩碗型塞片孔，铰碗型塞片孔。这是本篇所要做的三个工序。如表3-2所示：表3-2 加工工艺路线工 序 号 工 序 内 容 1铣进、排气侧面 2扩碗型塞片孔 3铰碗型塞片孔3.1.1工序1表3-3 工序一内容工 序 号 工 序 内 容 1铣进、排气侧面1）机床设备发动机缸盖的形状复杂，由此对于铣进、排气侧面，扩、铰碗型塞片孔加工机床选用立式铣床。选用型号为MDV75的立式加工中心，主电动机功率4kW。2）刀具因为发动机缸盖加工的铣进、排气侧面工序时，进、排气侧面的面积较大，且为平整面，所以拟定选用玉米棒铣刀，选定直径D=32mm，齿数为3，由于发动机缸盖材料为HT200，灰铸铁，所以确定刀具材料为高性能硬质合金，选用钨钢作为刀具材料。3）进给量f确定玉米铣刀的每齿进给量为0.1mm，每转进给量f=0.3mm/r。4）切削深度根据机械制造技术基础课程设计指导教程表2-36选定粗加工后的平面粗加工余量a为0.5mm，所以切削深度为3mm。5）切削速度根据机械制造技术基础课程设计指导教程表5-9及铣进、排气侧面选定每齿进给量为0.1、切削速度为150m/min；6）主轴转速根据公式n=v*1000/(D) 可得铣时=1492r/min，根据机械制造技术基础课程设计指导教程表4-18铣进、排气侧面选定主轴转速=1500rpm，由此根据 得实际切削速度=150.7m/min。 式（3.1） 式（3.2）其中：n主轴转速（r/m）；D刀具直径（mm）；v切削速度（m/min）；R对应半径（mm）。7）切削时间根据机械制造技术基础课程设计指导教程表5-43铣刀铣削基本时间的计算 得，切削时间。 式（3.3） 式（3.4）其中：T切削时间（min）； L切削长度（mm）；f每转进给量（mm/r）；F切削速度（mm/min）；S转速（r/min）。其中： 铣进气道侧面：L=4050mm。同理，辅助时L=1600mm；铣排气道侧面：L=2850mm。同理，辅助时L=1600mm。因此： 铣进气道侧面：切削加工时间= 0.81min。同理，辅助时间=0.32min.铣排气道侧面：切削加工时间= 0.57min。同理，辅助时间=0.32min。综上结果如表3-4：表3-4 工序一元素工序1铣进气侧面铣排气侧面机床设备立式加工中心MDV75立式加工中心MDV75刀具玉米棒铣刀玉米棒铣刀主轴转速（rpm）15001500切削速度（m/min）150.7150.7每转进给量f （mm/r）0.30.3切削深度（mm）33齿数33切削时间（min）1.130.89 3.1.2工序2表3-5 工序二内容 工 序 号工 序 内 容2扩碗型塞片孔1）机床设备发动机缸盖的形状较为复杂，因此对于扩碗型塞片孔的加工机床选用立式加工中心。选用型号为MDV75的立式加工中心，主电动机功率4kW。2）刀具加工工序为扩碗型塞片孔，因此加工的刀具选用扩刀，根据国家标准手册选定直径D=17.5mm，齿数为4的扩刀，刀具材料为硬质合金。3）进给量f根据切削加工简明实用手册表8-97确定扩刀的每齿进给量为0.100.15mm/z，选定每齿进给量为0.125mm/z。4）切削速度根据切削加工简明实用手册表8-99，加工材料为灰铸铁，硬度为160255HBS，刀具材料为硬质合金，确定扩刀的切削速度为1.01.83m/s ，即60109.8m/min，选定扩刀切削速度为80m/min。5）主轴转速根据公式n=v*1000/(D) 可得加工时=1455r/min，进行扩碗型塞片孔加工时选定主轴转速=1500rpm，由此根据得实际切削速度=82.5m/min。 式（3.1） 式（3.2）其中：n主轴转速（r/m）； D刀具直径（mm）；v切削速度（m/min）；R对应半径（mm）。6）切削时间根据机械制造技术基础课程设计指导教程表5-43扩刀铣削基本时间的计算 得，切削时间： 式（3.3） 式（3.4）其中：T切削时间（min）； L切削长度（mm）；f每转进给量（mm/r）；F切削速度（Mm/min）； S转速（r/min）。其中：L=420mm切削加工时间= 0.14min。同理，L=1260mm辅助时间=0.42min.综合结果如表3-6：表3-6 工序二元素 工序2扩碗型塞片孔机床设备立式加工中心MDV75刀具扩刀主轴转速（rpm）1500切削速度（m/min）82.5每转进给量f （mm/r）0.5切削深度（mm）2齿数4切削时间（min）0.563.1.3工序3表3-7 工序三内容 工 序 号工 序 内 容3铰碗型塞片孔1）机床设备发动机缸盖的形状较为复杂，因此对于铰碗型塞片孔的加工，机床选用立式加工中心。选用型号为MDV75的立式加工中心，主电动机功率4kW。2）刀具加工工序为铰碗型塞片孔，因此加工的刀具选用铰刀，根据国家标准手册选定直径D=18mm，齿数为6的铰刀，刀具材料为硬质合金。3）进给量f确定铰刀的每齿进给量为0.10mm/z，总进给量f为0.60mm/r。4）切削速度加工工序铰碗型塞片孔时，根据机械制造技术基础课程设计指导教程表5-1选定每齿进给量为0.10、切削速度为39m/min；5）主轴转速根据公式n=v*1000/(D) 可得加工时=689r/min，根据机械制造技术基础课程设计指导教程表4-18铣进、排气侧面选定主轴转速=700rpm，由此根据 得实际切削速度=39.6m/min。 式（3.1） 式（3.2）其中：n主轴转速（r/m）； D刀具直径（mm）； v切削速度（m/min）； R对应半径（mm）。6）切削时间根据机械制造技术基础课程设计指导教程表5-43铰刀铣削基本时间的计算切削时间： 式（3.3） 式（3.4）其中：T切削时间（min）；L切削长度（mm）；f每转进给量（mm/r）；F切削速度（Mm/min）；S转速（r/min）。其中：L=290mm切削加工时间= 0.25min。同理，L=290mm，辅助时间=0.25min.综上结果如表3-8：表3-8 工序三元素 工序3铰碗型塞片孔机床设备立式加工中心MDV75刀具铰刀主轴转速（r/min）700切削速度（m/min）39.6每转进给量f （mm/r）0.60每齿进给量f （mm/z）0.10齿数6切削时间（min）0.563.2 选择表面加工方法发动机缸盖的材料为灰铸铁，硬度中等，只经过表面淬火处理，未经淬硬，故较好确定加工方法，进、排气侧面采用粗铣半精铣精铣的加工方法，碗型塞片孔采用扩铰的加工方法。 3.3 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量表3-9 灰铸铁的机械加工余量 （单位：mm） 表3-10 2级精度铸铁件尺寸偏差 （单位：mm）根据该件的砂型铸造方法，由表查得铸件的最大尺寸在5001250mm范围内，故查得零件浇铸位置的侧面、公称尺寸小于50mm的表面机械加工余量为4.05.0mm，尺寸偏差为0.1mm，3.4 选择定位基准因为采用的是专用夹具进行的该工序的加工，所以定位的选择是三面定位保证了6个定位基准。由零件图2.1可知，为了让进、排气侧面，扩、铰碗型塞片孔的加工的定位基准的选择定位误差为零，应该采用六点定位原理，要完全定位这个元件，就必须要消除这六个自由度，因为这是自动化的生产线，因此加工到这道工序时，之前各个工序的加工都已经完成了，所以，选用已经过加工的底面，（它使得不能绕Y轴转动和沿着Z轴移动的自由度得以消除）前端面（它使得不能绕X轴转动和沿着Y轴移动的自由度得以消除）和另一侧面（它使得不能绕Z轴转动和沿着X轴移动的自由度得以消除）作为定位基准。因由进、排气侧面，扩、铰碗型塞片孔的精度要求高，和定位尺寸误差小，为保证加工的位置和加工准确性我们在加工底面的时，要求通过精加工后作为加工该工序的基准。这样就可以极好的保证该加工工序的位置和加工精度。4 夹具的设计在设计时，主要考虑该如何提高劳动生产率，在保证加工质量的前提下，降低劳动成本，并且保证很好的精度，这是非常重要的。因此，必须设计专用的夹具。决定设计铣进、排气侧面，扩、铰碗型塞片孔这道加工工序加工时的专用夹具。4.1 问题的提出利用这种专用夹具用来进行进、排气侧面，碗型塞片孔的加工，这有很高的技术要求。要考虑六点定位原理是如何定位的，零件在夹具体上是如何夹紧的，运送零件时的抬起装置是如何设计的，加工时的动作顺序是如何进行加工的，如何确定是否夹紧的，如何轻蹙零件表面的加工残留物，如何进行对刀的。4.1.1 主定位面的选择 选择底面为主定位面，用三个定位块进行定位，要求定位块等高。4.1.2 侧定位面的选择夹具体定位部分图4.1 侧定位图油缸部分图4.2 侧定位图由图4.1所示，线段指出的部位是夹具体的侧芽，侧芽是指凸起的部位，其与定位块侧面进行定位，图4.2线段指出的是在侧定位相对面推靠时所用油缸。4.1.3 夹紧的选择 夹紧部位图4.3 夹紧装置图 如图4.3所示，线段指示的部位为夹紧装置，此时是松开状态。4.1.4 抬起装置 图4.4 齿轮、齿条示意图如图4.4所示，为夹具的抬起落下装置，它通过齿轮齿条相互配合，达到工件抬起落下的目的。如上述的图片显示的那样，这是一个齿轮传动机构，它保证了把一个齿轮圆周运动，转变成了直线运动。它通过齿轮转动过的齿数来进行上下料的抬起和落下。每过一个齿数料架抬起多少，可以借用电机进行齿轮的转动。放料过程为：滚道电机启动料位有料滚道电机停止加工中心单元气动门打开，机床内部滚道抬起并且是无料状态上料位有料，进料摆杆带料进到上料位进料油缸翻摆（离开工件）进料摆杆撤回夹具进料轨道抬起（通过齿轮传动）进料轨道落下通过滚轮运送到加工位置加工完毕后，马达启动，出料摆杆抬起（通过齿轮传动）把料放入出料口。由此可见，齿轮传动对这个加工工序的重要性。4.1.5 加工的动作顺序气动门打开油缸翻摆进料摆杆输送进料机内滚道落下气动门关闭定位面冲水油缸推靠冲水关，定位面气检夹具夹紧，辅助支撑上程序加工夹具松开，辅助支撑下机内滚道抬起气动门打开出料摆杆输送出料油缸翻摆气动门关闭夹具冲屑。上述过程为加工时的动作顺序。4.1.6 气检图4.5 定位块如图4.5所示，为定位块的零件图，它最中心的孔是用来作气检的，在加工开始时，通过最小的孔进行吹气，而相连的压力器是会显示压力的大小，有开关，会告诉我们夹好了可以开始进行加工了。因此，定位块很重要，也是气检的关键之一。4.1.7冲水如图4.5所示，它的最小的孔，是为了在加工前，加工暂停时，加工后根据编程编出的程序进行喷水，去除加工后残留在工作台和工件表面的灰铸铁碎屑，保证加工面的整洁，清除对定位夹紧和加工时的误差的影响。4.1.8对刀夹具体的对刀元件是用来确定夹具上加工的零件相对于机床刀具的位置，用来精准的进行加工。因为运用到自动化加工，零件安装在夹具上的位置已经确定了，为了减少人工对刀消耗的时间，工作台，夹具，机床位置确定了，不需要耗费时间对刀。4.2 夹具设计相关计算设计铣进、排气侧面，扩、铰碗型塞片孔这道加工工序的加工专用夹具。1）菱形销的尺寸的选择定位时定位销的尺寸，必须满足 （查资料1现代夹具设计手册） 式（4.1）其中： 定位销到定位端面的距离； 工件定位孔到定位端面的距离。 式（4.2）其中： 定位销到定位端面的距离公差； 工件定位孔到定位端面的距离公差。 式（4.3） 式（4.4） 式（4.5） 其中：补偿距离； D与菱形销相配合的工件定位孔的最小直径； d菱形销的最大直径。计算查表后得：b=5mm,B=19.78mm,=7.39mm,D=22mm,d=21mm,min=0.5mm。图4.6 专用夹具的装配图2） 夹紧力的选择夹紧（夹紧是工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作）主要是限制工件的在平面上的转动，夹紧时所用的会用压力继电器进行检测测试是否夹紧。夹紧力的计算，必须满足 ：（查资料1现代夹具设计手册） 式（4.6）其中 Q夹紧力（N）； K安全系数，查表3-23可得； P切削力（N）。 式（4.7）其中：K1一般安全系数； K2加工状态系数； K3刀具钝化系数； K4断续切削系数；查表3-23可得：K1取1.7，K2取1，K3取1.4，K4取1.2。 所以：K3。 式（4.8）其中：P铣削力（N）； Cp在用高速钢铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数，（查资料1现代夹具设计手册）表3-29； ap背吃刀量（mm）；af每齿进给量（mm）；D铣刀直径（mm）；aw铣削宽度（mm）（指平行于铣刀轴线方向测得的切削层尺寸）；n铣刀每分钟转速（r/min）；z铣刀的齿数；Kp用高速刚铣削时，考虑工件材料不同的力学系数，对于灰铸铁：Kp=(HB/190)0.55；HB工件材料的布式硬度值（取最大值）。其中：Cp=30，ap=0.5（mm），af=0.1（mm），D=32（mm），aw=0.56（mm），n=1500（r/min），z=3，HB=200Kp=(HB/190)0.55=（200/190）0.55=1.03；P=10*30*(0.50.83)*(0.10.65)*(32-0.83)*0.7*3*1.033.68（KN）； 夹紧力：Q=KP=3.68*3=11.04（KN）查表选中夹紧力为11.1（KN） 3）定位误差定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位是采用六点定位原理的三个面的定位。允许误差0.014）夹具夹紧误差的估算（查资料1现代夹具设计手册） 式（4.9）其中 在夹紧力作用下，同批工件中工序基准的最大位移； 在夹紧力作用下，同批工件中工序基准的最小位移； 工序基准位移方向与工序尺寸方向之间的夹角。允许误差0.025 夹具的各个部件5.1 定位块图5.1 定位块如图5.1所示，它有三个较大的孔，这是为了与调整垫进行配合，它最中心的孔，是为了用来作气检的，在加工开始时，通过最小的孔进行吹气，而相连的压力器是会显示压力的大小，有开关，会告诉我们夹好了可以开始进行加工了；而最小的孔则是在加工暂停时进行喷水，去除加工后残留在工作台和工件表面的灰铸铁碎屑。这是定位底面时所用的定位块之一，为了消除六个方向自由度的影响，它与另外两个定位块组成了底面的主要定位成分。在装配设计时，应保证定位基准的精度。定位块下面有调整垫它和定位块组成了完整的尺寸链如下图所示,调整垫结构简单，容易制造。 已知，A0为尺寸链封闭环，定位块A1=550.01，A2=5.5，有0.5的调整量，工差T0=0.2，所以A0=60.50.01，同理，基准面对底面的平行度为0.05，定位块对底面的平行度为0.01，调整垫对底面的平行度为0.01，另外两个定位块对底面的平行度为0.01。定位块顶面的表面粗糙度为0.8，底面的表面粗糙度为1.6，加工孔的的表面粗糙度为12.5。调整垫的的表面粗糙度为0.8，尺寸高度允差0.01。三处侧面定位，用定位块的侧面基准来定位三个侧面。侧基准对底面的平行度为0.01，垂直度为0.01，平面度为0.01。定位块侧基准面，底面的表面粗糙度为1.6，加工孔的的表面粗糙度为12.5，其他面的表面粗糙度为6.3。5.2 直齿圆柱齿轮图5.2 直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮的圆跳动公差为0.02，端面的垂直度为0.02，平面的表面粗糙度为3.2，轮齿部分的表面粗糙度为0.8。5.3 齿条图5.3 齿条齿条的垂直度为0.02，基准A的平行度为0.02，轮齿部分的表面粗糙度为3.2，其他面的表面粗糙度为0.8，齿轮齿条配合为H11/js9。5.4 轴图5.4 轴如图5.4所示，这是专用夹具的一根轴的图片。轴的圆跳动公差为0.01，圆柱面的表面粗糙度为0.8。还有导向轴的垂直度为0.01，圆柱面的表面粗糙度为0.8，其他端面的表面粗糙度为1.6。最长的轴的垂直度为0.02,圆跳动公差为0.02，键槽的表面粗糙度为3.2，圆柱面的表面粗糙度为0.8。5.5 端盖图5.5 端盖 端盖的垂直度为0.02，同心度为0.02，18面的表面粗糙度为1.6，中心孔的其余面的表面粗糙度为0.8，其他孔面的表面粗糙度为12.5。5.6 法兰盘图5.6 法兰盘法兰盖的垂直度为0.02，孔的表面粗糙度为12.5,中心孔的表面粗糙度为0.8其他面的表面粗糙度为1.6。5.7 菱形销图5.7 菱形销菱形销的垂直度为0.01，孔的表面粗糙度为1.6,其他面的表面粗糙度为1.6。5.8 缸体图5.8 缸体 油缸缸体的垂直度为0.01，同心度为0.02，圆度为0.005，平面度为0.02，螺栓孔的表面粗糙度为6.3，其他面的表面粗糙度为1.6。5.9 支座图5.9 支座支座的平行度为0.02，垂直度为0.02，平面度为0.02，螺栓孔的表面粗糙度为6.3，他孔面的表面粗糙度为12.5，其他面的表面粗糙度为1.6。5.10导向套图5.10 导向套导向套的垂直度为0.02，同心度为0.02，加工孔的表面粗糙度为12.5，圆柱面的表面粗糙度为0.8，倒角的表面粗糙度为1.6。5.11 其他齿轮箱的平行度为0.02，垂直度为0.02，端面的表面粗糙度为1.6，螺栓孔的表面粗糙度为6.3；上表面的表面粗糙度为1.6，下表面的表面粗糙度为3.2，他孔面的表面粗糙度为12.5；等等。6 结 论本篇论文主要讲述了发动机缸盖的“铣进排气侧面，扩、铰碗型塞片孔”这一工序的加工工艺，以及加工这该道工序所需的专用夹具设计。分析缸盖零件结构，发现发动机缸盖包含结构复杂，和加工精度的标准要求高的特点，进行加工工艺的优化，确定了加工的工艺路线。专用夹具设计，夹具体起到的作用，在设计夹具的过程中需要解决的问题，例如：工件加工时的定位，定位基准的选择，夹紧装置的选择，夹具体的主要部分的设计计算，和夹具体的主要部分在加工时起到的作用。经过这一次的毕业设计，让我对夹具设计的过程有了更深一步的了解，对专用夹具设计有了更进一步的认识，还加强了我对大学四年中的基本知识的学习和理解。毕业设计是把我所学的理论知识进行实际操作的最效率的方法。在具体的设计过程中，一定要考虑到各个方面的问题，在理论上切实可行的没有错误的设计，在实际运用的过程中往往存在着各种各样的问题。因此，在进行加工设计时就必须考虑现实存在的问题，要结合实际出发，了解所设计的机构是否合乎情理，在实际运用中是否能正确运行工作。毕业设计让我明白了从实际出发进行产品设计，而不是只考虑理论上的执行度。在这次毕业设计的完成过程中，我深刻的意识到一个看似简单的机构中要考虑很多东西，它其实并不是在我们看上去那么简单，它还包含很多知识。根据所选择的结构得出想要的设计，适当考虑设计的加工、材料、成本等问题。参 考 文 献1朱耀祥、浦林祥.现代夹具设计手册M.北京：机械工业出版社.2009.2 寇文化，王静平.一种汽车发动机气缸盖粗铣两端面夹具的设计J.机械工程师.2014（8）：250-250.3侯勇，杨明，王静平，叶观明.汽车发动机缸盖钻铣结合面夹具设计J.机械工程师.2014(12):63-64.4美库兹（kutz,M）著.陈祥宝，戴圣龙等译.材料选用手册M.北京：化学工业出版社.2005.5李凡，张树礼.发动机缸体缸盖加工自动线现状及发展趋势J.汽车工艺师.2014（5）：34-37.6李国强，金伟，张久志等.加工发动机缸盖自动化夹具的研发及有限元分析J.组合机床与自动化加工技术.2014（6）：124-126.7朱耀祥.组合夹具技术的现状及发展J.机电产品市场.2002（5）：10-12.8郭春华.现代机床夹具的现状及发展方向J.中国新技术新产品.2014（6）：135-135.9盛兴涛，刘世毅.发动机缸盖加工工艺的优化研究J.机电信息.2016(21):101-102.10 谢红.汽车发动机缸盖零件夹具设计J.科学之友:下.2013（12）：13-14.11 曲彩梅.乔羽.简述柴油机气缸盖的进排气孔工艺方案与夹具设计J. 2016（8）：95-96.12王怀德. 缸盖进排气门 孔的加工及其质量管理J.组合机床.1981（8）:16-23.13李平，魏伯康，段汉桥，蔡启舟.6015缸盖排气道壳芯穿芯问题的防止J.中国铸造装备与技术.2003（4）:44-45.14Azadi M. Effects of strain rate and mean strain on cyclic behavior of aluminum alloys under isothermal and thermo - mechanical fatigue loadings. Int.J. 2013. Fatigue 47, 148-153.15Delprete C. Rosso C., Sesana R., Comparison between damage criteria in thermo-mechanical fatigue.Int.J. 2008. of Mech. Control 9 (1), 17-25.16Elhadari H.A., Patel H.A., Chen D.L., Kasprzak W.Tensile and fatigue properties of a cast aluminum alloy with Ti, Zr and V additions.2011. Mat. Sci. and Engin.（28）, 8128-8138. 附录1：外文翻译本文介绍并讨论了LCF的校准方法和结果。生活预测-经验压力-bsed medel。MEDEL WSS采用了TES塞姆托岛铝滑轮柴油机气缸盖。由AlSi9Cu1公司制造，调查机械安装试样，使不同距离的层发生变化，评估的结果是，预报用s确定值拟合了实验数据趋势。 相比较，FREM 0.75 -0.98，这一数值要高得多，此外，所有的救生圈都是轴上的。 。未来的发展本文的研究将进一步探讨温度的变化。 在此基础上，对其热机械疲劳(TMF)寿命评估方法进行了研究。基于能量的方法。在低温下，纯疲劳机制控制疲劳寿命，而蠕变和氧化效应影响疲劳寿命。Chaboche模型 OWS方法较好地反映了平均应力对疲劳寿命的影响，并正确预测了其在铝合金试件上成功应用后的剩余寿命。(BMC)模型是目前应用最广泛的一种模型.由于bmc模型的简单适用性，许多研究人员对bmc模型进行了研究。 t在第一次试验中，通过一个相对有限的实验运动，估算室温和等温lcf加载条件下试样的剩余寿命(Neu和Se)。 损伤是通过处理施加在其上的总应变来计算的。 试样，没有考虑氧化的贡献。对于低温和等温条件，NS模型和BMC模型采用相同的寿命估算方程。在调查中 文献对模型可靠性的定量验证是有限的。缸盖是内燃机的重要组成部分。由于其复杂的几何形状，气缸盖是由一次铸造(高性能和柴油发动机)，二次(汽油发动机)铝合金和铸铁(工业发动机)。在寿命预测方面，由于材料性能的变化，气缸盖表现出进一步的复杂性。 在体积上，由于复杂的组分几何形状以及凝固和冷却阶段的铸造。事实上，在充模和冷却过程中，零件会受到强烈且不均匀的热影响。 梯度，这反过来导致形成不同的内部晶体结构，以及不均匀的残余应变和应力场。根据气缸盖内的位置 材料的力学性能和抗疲劳性能也不同。最后但并非最不重要的是，文献中的损伤模型主要是针对钢的，这一事实可能会给铝构件寿命估算结果带来进一步的不确定性。 目前的研究主要集中在铝合金上，文献中关于LCF行为的文献报道不多。主要目的是分析初生AlSi9Cu1铝合金缸盖的力学和等温LCF行为，并对其进行性能分析。 不同寿命评估模型应用于构件的性能比较。本文比较了两种铝囊肿等温LCF寿命预测的寿命评估模型。 正在调查中。特别是在离瓦斯面不同距离处对材料性能进行了表征，对每一层进行了bmc模型的标定，并对其寿命进行了估算。 为每一层进行重组。对于一个新的基于经验应力的模型，也采用了同样的方法。并将所得结果与寿命估计性能进行了比较。 并提出了一种有效的降低成本的方法，以评估气缸盖等复杂部件的LCF等温寿命。在目前的研究中，就LCF制度而言， 对损伤的主要贡献归因于总应变的塑性部分，并且假定总的机械应变范围控制LCF疲劳机制(ASTME606)。因为P 在等温条件下进行了最新的实验测试，其寿命预测关系不考虑热应变分量。这里给出的参数的定义也可以在ASTM E 1823中找到。根据ASTM E 606，在bmc模型中，应变寿命关系被描述为两个指数ff的线性和。 弹性和塑料名词：(1)通过等温疲劳试验，可以对两种零件分别进行模型标定。根据ASTME739(1998)的连续曲线，它近似于一般数据趋势。 通过线性数据最小二乘法回归，从离散数据分布中得到N。该模型在El HADARI（2011）中用于铝合金，但没有M的验证。 给出了估计寿命。能量法是材料本构描述的另一种选择，通过直接适用性来估计部件寿命。模型参数由实际材料获得 磁滞回线。研究人员成功地在铝合金上应用了许多含能损伤模型(Song等人(2011)、Azadi(2012)、Tabibian等人(2012)。能量模型引入了a s。 训练能量密度参数通常与循环失效有关，利用指数关系。类似于bmc模型所采用的方法，可以观察到连续曲线。 将应变能密度和循环次数与失效联系起来。在这些模型中，疲劳抗力可以表示为塑性应变能密度的函数，其中材料 用一元线性回归分析可以得到常数参数.根据Azadi(2013)中提出的模型，通过求和得到累积塑性应变能。 在整个疲劳循环中，每个循环的塑性应变能，并与循环次数和失效次数有关；材料参数可以通过经验的线性回归来确定。 心理数据。根据这些模型，破坏的耗散塑性能是一个与加载条件有关的材料常数。它可以从中年应力和应变数据中得到。f Aatigue损伤参数通过与NF的指数关系与破坏循环次数有关，其中比例系数和指数是材料参数。 实验数据的线性回归方法。其结果是基于能量的准则与实验疲劳寿命和计算的估计和本协议具有良好的一致性。 考虑到能量方法中的流体静压力而增加。为了建立一个更有效的损伤模型，可以将描述材料载荷状态的物理量与另一个与疲劳抗力有关的量联系起来。 提出：铝寿命应力经验模型，专门用于铝合金.这个经验模型指的是能量方法：耗散的能量与磁滞有关。 S循环是与应力和应变有关的循环，并根据Skelton(1998)的假设，假设在循环疲劳载荷下，一个阈值被耗散以达到失效。应变控制 LLED疲劳试验，假定应力与耗散能量成正比，假设总耗散能量与最大周期应力所占的面积成正比。 相对于周期。根据Azadi(2012)在应变控制试验过程中获得的应力数据，对模型参数进行了标定，但同时考虑了总应力的影响。 从实验数据看，弹性应变不仅可以引起损伤，而且可以减少由弹性和塑性应变及应力分裂引起的误差。与 失效总耗散能Walse被定义为循环中最大应力的积分，可以用离散求和来逼近：第一周期的最大标称应力由传感器测量。经验参数Walse考虑了实际材料的硬化或软化行为。实验结果表明，总耗散能量与PLAS有关。 在文献中，能量经验模型是指通过滞后循环测量的耗散能量。例如，Skelton(1998)说，材料在lcf下当耗散时失效。 ED能量达到阈值。这种耗散能量可以计算为滞回循环面积与循环次数的累积。为了获得阈值，应力和强度 需要不断
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