S295柴油机气缸体工艺及工装设计说明书.doc

1.前言1.1 本课题的意义S295柴油机以其设计紧凑,启动轻便,维修简便,技术经济指标先进,能为手扶拖拉机、水泵、电站、运输及多种农副业加工机械和设备作配套动力,在工农业生产中得到广泛的应用。机体是柴油机的一个重要零件, 首先要对柴油机气缸体进行工艺设计。要对柴油机气缸体零件进行工艺性审查，确定零件的结构特点，加工材料，加工表面及其要求等。本设计的柴油机气缸体主要包括两个部分：工艺设计部分和工装设计部分。工艺设计主要是对柴油机气缸体的加工工艺路线进行设计，工装设计部分则是对钻夹具进行设计。随着现代工业生产水平的飞速提高，设计新产品、新加工工艺路线，实现现代化，提高生产率，是当前生产中的迫在眉捷的任务。在设计工作开始之前，老师带领我们参观了盐城机床厂生产流水线，让我首先对生产柴油机气缸体有了感性认识。在参观的过程中，老师认真地给我讲解了其加工过程和生产方式，分析了各部件的功能特性，避免了我在以后的毕业设计过程中的盲目性。1.2 国内（外）发展概况及现状柴油机的开发焦点已由传统的优先考虑经济性、可靠性和耐久性逐步转为目前的优先考虑环保的要求，即以优先保护好人类赖以生存的地球环境为出发点去考虑采用何种技术，去评价其先进性。优先考虑柴油机排放、噪声对环境的影响问题，与过去相比也有不同，就是在满足目前对排气污染物、颗粒排放及噪声的限制要求时，不再以牺牲经济性、动力性和比质量等为代价，而是在达到上述目标的同时使产品具有可竞争的商业价格。欧洲一些公司近年或稍后将继续推出能满足环境要求的百公里油耗为3L的柴油机。当前和将来一个时期车用柴油机技术的发展趋势突出表现在如下几个方面：A.进一步优化燃烧系统，特别重视开发和选择喷射系统Perkins公司的Ouadram燃烧室、日野公司的HMMS燃烧室，小松公司的MTEC燃烧室及五十铃公司的四角形燃烧室等，都在试验开发阶段，其基本特点是由一个中央涡流及四周的微涡流使空气燃料快速而充分地混合，并配合以合适的燃油喷射系统。目前，喷射系统已进入一个较快的发展时期，现正在研究开发lms内完成一次喷射，并在有限时间内正确控制喷射量的方法。喷射压力已提高到160180MPa，实验室内已到200 MPa。如共轨式喷射系统及分段预喷射系统等，可根据发动机的负荷与转速自动控制合理的喷射规律和喷油压力。B.增压及可变气门配气定时当今柴油机增压和增压中冷已成为标准特点，随着发动机的轻量化与小型化，为了降低车辆油耗，提高车辆装载效率，必须继续提高增压比及增压器效率。在进一步提高大负荷区的过量空气系数a时可以减少颗粒排放，同时通过稀燃化，减少热损失，提高循环效率，进而同时降低油耗，随着高增压和高a化，组装有多个增压器的复合系统已成为可能。另外，增压器固定的涡轮几何形状也将由可用于多用途的电控可变几何形状所取代。目前，在小缸径柴油机上4气门和喷油嘴垂直中置技术得到广泛的应用，为了减少换气损失，使混合气的形成进一步优化，现正在研究采用可变气门配气定时，从而使发动机在整个转速范围内的气门升程和定时得到最佳优化。C.全电子优化控制如前所述，目前对燃油喷射时间、喷射量、惯性增压、增压器、进气涡流及废气再循环(EGR)等都能实现电子优化的可变控制，从而对降低排放、减少油耗、提高输出功率和启动性能等有很大作用；但是，这些控制中的多半内容，如EGR、自动诊断等，还有很多技术不够完善，有待进一步研究和开发，今后还将继续开发其它方面的电子可变控制机构，尤其是与整车相协调统一的综合化的全电子控制系统。D.排气后处理技术柴油机能否像气油机那样使用催化剂大幅度减少排放，尤其是NOx，这是柴油机研制者一直追求的目标。日美欧现都在对此进行研究，日本有关大学、研究所和厂家正在对沸石镁及氧化铝的催化剂上用还原剂进行NOx还原试验，美国福特等公司也正在对催化还原系统(SCR)及DeNOx，催化器两种NOx还原系统进行研究。SCR技术是利用氮氧化物有选择地与存在于废气中的或喷入的反应剂反应，利用一个催化器降低NOx排放，排出生成的氧气。还原反应剂可以是在柴油机废气中的HC化合物或是由附加油箱直接喷入废气流中的物质，如氨等。与SCR技术相比，DeNOx催化技术系统简单，无有害生成物，目前认为最具发展潜力。DeNOx催化技术主要是将NOx催化热裂变为N2和O2,目前的问题是废气在催化器中停留时，催化器效率不高，因此带来转化还原效率也受到很大限制。为减少颗粒排放而研制的各种“柴油机颗粒收集器或称过滤器(DEF)”，虽然不少产品已在欧洲轿车柴油机上装车使用，但由于DEF的耐久性差且过滤器的再生问题也没有彻底解决，因此，该项技术也正在进一步改进和发展中。E.改进燃料燃料性能的改进，对减少排放起到很大作用，日本继美欧之后，从1997年开始把轻油中的硫含量降到0.05%以下，以此大幅度减少排放颗粒中的硫酸盐，同时减少EGR造成的发动机内部的腐蚀磨耗及催化剂中毒；进一步减少硫含量，提高十六烷值，可进一步降低NOx。减少芳香烃，尤其是减少3环以上的芳香族成分，可减少排放颗粒中的硫化物、降低90%的蒸馏温度、改进点火性能；通过使用含氧燃料或添加剂，可降低黑烟颗粒。为了适应低硫化及喷射压力的大大增加，确保燃油喷射装置的润滑性，人们对燃料的改进开发寄予了很大期望。F.代用燃料随着世界能源危机和环境污染问题的日趋严重，寻找一种更清洁的替代石油的原料已势在必行。经过多年的研究试验，目前公认天然气是21世纪的首选替代燃料。日本研究表明，天然气气车在环境保护、石油燃料替代及实用性等方面有着无可比拟的优点。近年来，天然气发动机、包括柴油与天然气的双燃料发动机发展很快，目前，全世界有几百万辆天然气或双燃料气车在运行，预计到2010年，全球将有1/3的国家使用天然气气车。正如人类本世纪初从固体燃料向液体燃料过渡一样，如今已开始从液体燃料向气体燃料过渡，从而将提高整个能源系统的效率和清洁性。1.3 课题由来及基本条件课题来源于盐城市江动集团。设计S295柴油机气缸体的机械加工工艺规程和某道工序的专用机床夹具，具体进行零件加工工艺设计和夹具设计。课题的基本条件：课题研究的主要内容是A.气缸体零件的工艺方案分析；B.按照JB/Z187.388工艺规程格式规定，完成机械加工工艺过程设计与工序卡片设计；C.夹具装配图；D.夹具的主要零件图（若干张）。1.4 课题设计思路本毕业是：S295柴油机气缸体工艺及工装设计。需要解决的问题主要是:设计S295柴油机气缸体的机械加工工艺规程和某道工序的专用机床夹具，具体进行零件加工工艺设计和夹具设计。设计思路：A按照JB/T9165.21998工艺规程格式规定，进行零件加工工艺设计；B夹具设计要求定位合理，夹紧可靠，结构简单，操作简便，调试及维修便利，提高生产效率；C应尽量保证以最低的加工成本达到符合零件图要求的加工精度；D设计图样总量：折合成A0幅面在3张以上；装配图需提供手工草图。1.5 预期成果及实际价值设计的预期效果是：毕业设计说明书满足相关要求。应用计算机软件绘图，并满足要求。2柴油机气缸体的工艺设计21 零件的工艺性审查2.1.1 零件的结构特点柴油机气缸体为箱体类零件 ，多个表面需要经过铣削，保证表面粗糙度及位置度公差。表面上还有多个孔要经过镗，钻，达到装配精度要求。2.1.2 零件材料材料为HT250，其硬度为HB 200-270。2.1.3 零件的主要技术要求A.铸件应经退火处理，消除内应力 B.显微组织应为细片状或中等片状珠光体，允许有少量（不大于5%）的铁素体和孤立分布的磷共晶体存在，石墨呈铰均匀分布的细小或中等片状或菊花状C.铸件不允许存在的铸造缺陷：a.铸件不允许有裂纹，浇不足严重粘砂，及其其他降低铸件结构强度或影响切削加工和铸件定位夹紧的铸造缺陷；b.机体与气缸套的接合的表面主轴承孔和螺纹孔不允许有任何加工不掉的铸件缺陷；c.铸件的所有通水道不允许有严重影响水流状态的披缝及其他夹杂物存在。D.铸件允许存在的铸造缺陷：a.非加工表面在离边缘20处允许有单个气孔，总数不多于5个直径小于5，深度小于1/4壁厚；b.加工表面上不应在边缘及螺孔周围10的范围内有气孔存在，其余部分允许有单个气孔，总数不多于5个，直径小于3，深度小于1相邻气体间距大于30；c.铸件存在的披缝和浇冒口残根高度特定部位外，非加工面小于2,待加工面小于3；d.所有加工表面允许有因石墨破裂而形成的点状针孔；e.去尖角毛刺；f.螺纹光洁无凹陷裂纹；g.油道应彻底清除金属屑并在490kPa的油压下进行试验，历时1min不应有渗漏现象；h.应清除型砂、粘砂、毛刺及金属屑，不加工表面应涂以铁红环氧底漆。2.1.4 加工表面及其要求A.加工表面上不应在边缘及螺孔周围10的范围内有气孔存在，其余部分允许有单个气孔，总数不多于5个，直径小于3，深度小于1相邻气体间距大于30。B.所有加工表面允许有因石墨破裂而形成的点状针孔。C.加工表面粗糙度及位置度公差都已在工艺卡中标出，按其标准来进行加工。详细结构与尺寸及加工要求见S295柴油机机体零件图。2.2工艺规程的设计2.2.1 确定毛坯的制造形式零件的材料HT250。大批生产，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，且为箱体类零件。故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。2.2.2 基准的选择A.粗基准的选择：对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行夹紧，利用底面定位块支撑和底面作为主要定位基准，以限制z、z、y、y、五个自由度。再以一面定位消除x、向自由度，达到定位的目的。B.精基准的选择：主要考虑到基准重回的问题，和便于装夹，采用已加工结束的上、下平面作为精基准。2.2.3 制订工艺路线A.制定原则：工艺路线的制定原则是优质、高产、成本低，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。必须可靠地保证零件图样上所有技术要求的实现在规定的生产纲领和生产批量下，应通过对几种可能的工艺方案的分析对比，选择经济上最合理的方案，使产品的能源、材料消耗和生产成本最低。充分利用现有的生产条件，少花钱，多办事。在工艺方案上要注意采用机械化或自动化措施，尽量减轻工人的劳动强度，保证生产安全，创造文明的劳动条件。要了解国内外本行业工艺技术的发展水平，通过必要的工艺试验，积极采用适用的先进工艺和工艺装备。B.零件工艺性分析：零件的材料为HT250，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性良好。传动箱体需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：a.主要加工面：粗铣顶面尺寸保证尺寸286.8mm。平行度误差为0.03。镗上、下面各孔至所要求尺寸，并保证各位置度误差要求。钻底面孔至所要求尺寸，并保证各位置度误差要求。钻孔攻丝侧平面各孔。b.主要基准面：以下平面为基准的加工表面：这一组加工表面包括：传动箱上表面各孔、传动箱上表面。以下平面为基准的加工表面：这一组加工表面包括：主要是下平面各孔及螺纹孔。c.工艺路线制定：方案一：分三个阶段进行加工。粗加工阶段,半精加工阶段，精加工阶段。先粗铣、粗镗各所需加工的表面及各孔，然后对其进行半精加工，最后精加工，最后检验入库。方案二：粗铣各所需加工的表面，再精铣表面，粗镗各孔，再半精镗各孔。钻孔。最后检验入库。方案一是按照工序集中原则进行生产的。优点：采用高效专用机床设备生产效率高。工件装夹次数减少，易于保证表面间位置精度，还能减少工序间运输量，缩短生产周期。工序数目少，可减少机床数量、操作工人数和生产面积，还可简化生产计划和生产组织工作。缺点：因采用结构复杂的专用设备及工艺装备，使投资大，调整和维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费时。方案二是按照工序分散原则进行生产的。优点：设备及工艺装备比较简单，调整比较简单，调整和维修方便，工人容易掌握，生产准备工作量少，易于平衡工序时间，易于产品更换。可采用最合理的切削用量，减少基本时间。缺点：设备数量多，操作工人多，占用生产面积大。综合比较衡量加工质量，成本，及经济性等各方面因素，决定采用第二套方案来进行加工。2.3 详细设计计算 2.3.1 刀具的选择根据工艺的要求及加工精度不同，组合机床采用的刀具一般有简单刀具（标准刀具）、复合刀具及特种刀具。选择刀具的原则：A.只要条件允许，为使工作可靠，结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具和简单刀具。B.为使工序集中或保证加工精度，可采用先后加工或同时加工两个或两个以上表面的复合刀具。C.选择刀具结构时，还须认真分析被加工零件材料特点。根据工艺要求及加工精度的要求，查参考文献1,加工孔的刀具均采用标准锥柄麻花钻。刀具材料为高速钢，标准号：GB/T 1438-1985。2.3.2.铣室盖面和飞轮面组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。这个每分钟进给量（毫米/分）应是适合于所有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量（毫米/转）与其相适应，以满足不同直径工件的加工需要,查参考文献2即 （2-1）式中：,各主轴转速（转/分）；,各主轴进给量（毫米/转）；动力滑台每分钟进给量（毫米/分）。在选择了转速后就可以根据公式： （2-2）选择合理的切削速度。粗铣室盖面和飞轮面，保证小耳朵的厚度为26.50.1，大耳朵的厚度为25.50.1。查参考文献3表3.12，采用2x400硬质合金不重磨套式面铣刀，n=100r/min，f=0.2mm/r，ap= 4mm。由公式（2-2)得：=125.6m/min2.3.3磨 磨上下平面，保证厚度为286.50.05。采用专用磨具将上下平面磨至所需要求，保证厚度。2.3.4钻孔查参考文献2表6-11，得高速钢钻头切削用量如表2-1表2-1高速钢钻头切削用量加工材料加工直径（mm）切削速度(m/min)进给量(mm/r)铸铁200241HBS1610180.050.16120.10.18钻2x6.7孔 ，通选择500r/min的转速，进给量选择=0.16mm/r由公式（2-1）得=80mm/min由公式（2-2）得切削速度=10.519m/min根据已选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f），确定进给力，作为选择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件（齿轮、传动轴）的尺寸；确定切削功率，用作选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选用的刀具是否合理。根据文献14 ： （2-3） （2-4） （2-5） （2-6）式中：切削轴向力(N)；钻头直径(mm)；每转进给量(mm/r)；切削扭矩(Nmm)；切削功率(kw)；刀具耐用度(min)；切削速度(m/min)，通常根据钻孔深度L考虑修正系数，查参考文献3,=；零件的布氏硬度值。通常给出一个范围，如HB180220。对于公式(2-3)、(2-4)、(2-5)取最大值，对公式（2-6）取最大硬度值减去偏差值的三分之一。L/D=20/6.7=3.0 查参考文献3表3-14得=1=10.5191=10.519m/min由公式（2-3）得：=266.50.160.82850.6=1194.68N由公式（2-4）得： =106.51.90.160.82850.6 =2545.34 Nmm由公式（2-5）得： = =0.13066 kw由公式（2-6）得： =5117.395min2.3.5扩孔扩2x12U8至11.6,深z为15查参考文献2表2.17 f取0.8, , ap=0.5mm,取n=270r/min查参考文献3表3.4-7 T=30min 查参考文献3表3.4-8 68.2 0.15 0.45 0.4由公式（2-2)得： =9.83m/min2.3.6铰孔铰2x12U8至尺寸，深为12选用铰刀，查参考文献3，n=530r/min，f=1.5mm/r，ap= 0.2mm。由公式（2-2)得：=19.97m/min2.3.7攻丝攻整体主轴承盖4xM12-7H深20选用细柄机用丝锥，查参考文献3表7.2-4 f=p=1.75，表7.2-12 T=250min 140 0.4 0.3 0.33根据 查参考文献3表7.2-13 V取12通孔2.3.8镗孔精镗117 H900.087孔，半精镗117 H9，粗镗117 H9 由,又d=117mm,初选 n=230r/min,f=0.15mm/r。由公式（2-2)得： =84.5m/min根据参考文献3表6-20中公式： （2-7） （2-8） （2-9） (2-10)式中： 圆周力（）； 轴向切削力（）；T 切削转矩（N）；P 切削功率（kW）； v 切削速度（m/min）； f 进给量（mm/r）；D 加工直径（mm）；HB 布氏硬度。在本设计中，由公式（2-7）得：由公式（2-8）得： 由公式（2-9）得：由公式（2-10）得：3夹具设计3.1 夹具设计的基本要求和步骤3.1.1 夹具设计的基本要求A.保证工件的加工精度保证工件的加工精度是夹具设计的最基本要求。其关键在于，正确地确定定位方案、夹紧方案和刀具导向方式，合理地设计夹具的尺寸、公差和技术要求，必要时应进行误差的分析和计算。B.提高生产效率、减低制造成本夹具设计的总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用各种快速、高效的结构、自动装置和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率；在中小批量生产中，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单，容易制造，以降低夹具的制造成本。C.操作方便、省力和安全夹具的操作要尽量做到方便、省力，如有条件，尽可能采用气动、液压及其他机械化夹紧装置、以减轻工人的劳动强度。并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，必要时应有安全保护装置，以确保使用安全。D.便于排屑夹具的排屑是一个容易忽视的问题，如果排屑功能不好，切屑积集在夹具中，会破坏工件正确的定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形，影响加工质量；切屑的的清扫又会增加辅助时间，降低生产率。切屑积集严重时，还会损伤刀具以致造成设备事故或工伤事故。因此，排屑问题在夹具设计时必须给予充分的注意，在设计高效组合机床夹具时尤为重要。E.有良好的结构工艺性夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修，应尽可能选用标准元件和标准结构。夹具设计是一种相互关联的工作，通常是在参阅有关资料的情况下，按加工要求构思出设计方案，绘制出图样，经修改后确定夹具的结构。3.1.2 夹具设计的步骤A.设计前的准备分析产品零件图及装配图，分析零件的作用、形状、结构特点、材料和技术要求；分析零件的加工工艺规程，工艺装备设计任务书，对任务书所提出的要求进行可行性研究；了解所用机床的规格、性能、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸；了解所用刀具、量具的规格；了解零件的生产纲领及生产组织等有关问题；收集有关设计资料。B.方案设计在分析各种原始资料的基础上，确定夹具的类型、定位设计、夹紧方式、导向方案 、连接方式、总体布局和夹具的结构形式。绘制方案设计图，进行工序精度分析，对动力夹紧装置进行夹紧力的计算。C.审核检查夹具的各项功能是否符合设计要求。D.总体设计根据所定方案绘制夹具装配图，应将夹具的工作原理、结构和各种元件的装配关系表达清楚。用双点划线绘制工件外形轮廓。合理选择材料，标注尺寸、公差和技术要求。E.夹具零件设计F.夹具的装配、调试和验证3.2 定位方案的确定3.2.1 零件的工艺性分析S295型柴油机气缸体材料为HT250，其硬度为212285HBS，在本工序之前柴油机气缸体四个主要表面已加工完毕。本道工序钻钻10xM8-7H 至6.5，钻3xM10-7H 至8.5 通，钻6xM8-7H 至6.5。被加工零件工序图如图3-1所示：图3-1 加工零件工序图3.2.2 定位方案论证箱体零件的定位方案一般有两种，“一面两销”和“三平面”定位方法。 A“一面两销”的定位方法 它的特点是：a. 可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b. 有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。c. “一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。d. 易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。B“三平面”定位方法 它的特点是：a. 可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b. 有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。被加工零件为S295型柴油机气缸体属箱体类零件，本工序加工为双面加工零件，加工工序集中、精度要求高，故选用“一面两销”定位方法，采用“一面两销”定位方法，能够保证工件的位置精度要求，同时便于工件装夹，又有利于夹具的设计与制造。该工件采用一面两销定位方案。方案一：工件的L面，置于水平面上，作为定位基准（限制三个自由度）；工件的底面靠于夹具左面（限制两个自由度）；工件的H面以一水平面上的伸缩式定位销定位（限制一个自由度）。方案二：定位基准仍为工件L面，置于水平面上（限制三个自由度）；工件的底面靠于夹具左面（限制两个自由度）；在夹具后面置一挡钉（限制一个自由度）。方案三：定位基准仍为工件L面，置于水平面上（限制三个自由度）；工件的底面靠于夹具左面（限制两个自由度）；在夹具左面上装一伸缩式定位销，以工件底面上的气缸内壁靠住（限制一个自由度）。方案二的定位元件简单，但缺点在于，后侧挡钉，挡住的面是工件的未加工毛面，因此不能使工件与钻模板相对位置准确定位，影响孔加工的位置精度。而方案一是以H面限制此方向的自由度，H面是已加工表面，且与被加工孔有尺寸联系，以此定位可以很好的保证孔的位置精度。方案三采用了以气缸内壁靠住定位销，限制y向自由度，定位也很可靠，且能保证孔加工的位置精度，但问题在于气缸体内壁是已精加工过的表面，要求的加工精度，表面质量很高，因此应尽量避免与其发生接触对其表面造成伤害。并且在夹具左面上安装伸缩式定位销，结构较为复杂，加工时钻头在此方向上运动。因此空间有限，为避免干涉，不宜将此机构安装于此。综上所述，决定选用方案一为夹具定位方案。“一面两销”定位方法的销采用平行四边形式的联动机构。两个销通过联动机构来进行联动，从而带动运转，如图3-2所示。图3-2 联动机构3.3导向装置导向装置的作用在于保证刀具对于工件的正确位置；保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚性。S295型柴油机气缸体的两面钻组合机床的刀具导向装置设计在夹具支架上的，由于是大批生产，所以采用可换式导套，是刀具在钻套内工作的。钻套的主要参数包括：钻套的直径和公差配合，钻套的长度，钻套至工件端面的距离。钻套的配合间隙对于孔的位置精度有较大的影响。为了提高加工的精度，应选择较紧的配合。S295型柴油机气缸体两面钻孔是在精密的导套中进行的，因此要求较高的位置精度，达到0.05mm，而且导套应尽量接近被加工表面，力求选用较高的精度和较紧的配合。3.4 夹紧装置的设计3.4.1 夹紧的设计要求A夹紧装置的组成本设计中夹紧装置采用液压夹紧装置，由液压装置、夹紧元件两部分组成。其组成部分的相互关系，如图3-3所示。液压夹紧装置液压装置夹紧元件工件图3-3 夹紧装置组成的方框图B夹紧装置设计的基本要求a夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。b夹紧力的大小要可靠和适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生于过大的夹紧变形。c夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产率的前提下，其结构要力求简单，以便于制造和维修。d夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。C夹紧装置的选择通常应用的夹紧装置有气压装置和液压装置两种，各有其优越性，要根据实际情况来选择用哪种装置。a.气压装置气压装置以压缩空气为力源，应用比较广泛，与液压相比有以下优点：动作迅速，反应快。气压为0.5MPa时，气缸活塞速度为110m/s，夹具每小时可连续松夹上千次。工作压力低（一般为0.4-0.6MPa）。传动结构简单，对装置所用材料及制造精度要求不高，制造成本低。空气粘度小，在管路中的损失较少，便于集中供应和远距离输送，易于集中操纵或程序控制等。空气可就地取材，容易保持清洁，管路不易堵塞，也不会污染环境，具有维护简单，使用安全、可靠、方便等特点。主要缺点是空气压缩性大，夹具的刚度和稳定性较差；在产生相同原始作用力的条件下，因工作压力低，其动力装置的结构尺寸大。此外，还有较大的排气噪声。b.液压装置液压装置的特点是：液压油油压高、传动力大，在产生同样原始作用力的情况下，液压缸的结构尺寸比气压小了许多。液压油的不可压缩性可使夹具刚度高，工作平稳、可靠。液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。但是，油压高容易漏油，要求液压元件的材质和制造精度高。通过对以上两种夹紧装置优缺点的比较，结合加工工件的精度要求、工人的劳动强度和环境要求、企业的实际情况，本设计中夹紧装置采用液压夹紧装置。3.4.2 夹紧方案论证夹紧力确定的基本原则A夹紧力的方向a.夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。b.夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。c.夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向。B夹紧力的作用点a.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。b.夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位。c.夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。方案一：采用液压夹紧装置安装于夹具顶部，直接夹压，两个圆形压板自顶向下分别夹压在工件侧面上，利用摩擦力夹紧工件。方案二：采用液压夹紧装置安装于夹具右侧，直接夹压，一个压爪，四个夹压点自由向左压在工件顶面上。方案三：采用液压夹紧装置安装于夹具顶部，利用楔铁夹紧机构，使压爪自右向左压在工件顶面上，用自锁力夹紧工件。在方案二中，液压夹紧缸需安装在夹具右侧壁上，而右侧钻头间中心距为90mm，根据切削力计算所需夹紧力得夹紧缸内径就达到80mm，所以钻头间空间不能安装下夹紧缸，此方案不可行。再改用方案三，液压缸置于夹具顶上，用楔铁夹紧机构，推动压爪夹压工件。但同样由于此机构较复杂，空间仍不能满足不干涉的要求。根据以上要求及原则，工件属于箱体类零件，夹紧力的方向应垂直于最重要的定位基面是底面，并将工件压向该面，而不宜与其他方面进行夹紧。由于工件形状轮廓限制，故采用两点同时压向工件，均匀分布压紧力。用推杆将压力传递至压板，然后由压板将压力分散到工件压紧表面，从而将工件压紧。因此，方案一最为合适，它也是一种常用的夹压方式，简单可靠。3.4.3 夹紧力的确定夹紧力的预算：根据工件所受切削力、夹紧力的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，来确定夹紧力。根据参考文献7查得夹紧力Q的计算公式如下： （3-1）式中: 安全系数；切削力；压板和工件表面间的摩擦系数；工件和定位支承块间的摩擦系数。根据参考文献7的表2.2-1查得安全系数按下式计算： （3-2）式中:为各种因素的安全系数，考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，取；加工性质，取；刀具钝化程度，取；切削特点，取；夹紧力的稳定性，取；夹紧时的位置 ，取；仅有力矩使工件回转时工件与支承面的接触情况，取。代人公式3-2得：查参考文献7表3-34摩擦系数，均为0.16。由于，右动力箱快进距离较左动力箱短，因此，先进入工进阶段。右动力箱的钻削力方向指向夹具体左面的定位面，钻削力不影响工件定位。当左动力箱也进入工进时，两方向的钻削力相互抵消一部分，左动力箱钻削力稍大，因此，夹紧力只需要消除这部分力对工件定位的影响即可。根据切削力的计算结果，取得： =2271.875N3.4.4 液压缸的选择液压缸的工作压力取决于液压设备的工作压力和液压缸的工作面积。工厂采用同一液压源，则其压力也就相对稳定，其工作压力为3.0Mpa。根据参考文献5得液压缸内径： （3-3）式中：p液压缸工作压力（Pa）F液压缸输出推力（N）D气缸直径（m）液压缸输出推力应大于等于实际所需的加紧力则取 F=2271.875N代入公式(3-3)得：=0.031m本设计所用液压缸采用通用件。根据参考文献3的274页的表3-15，选用前法兰式夹紧油缸T5041，内径取45mm，其工作推力产生的夹紧力满足要求。3.5 误差分析3.5.1 定位误差的分析用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：A. 定位误差；B. 对刀误差；C. 夹具的安装误差；D. 夹具误差；E在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差；F上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差。具体误差分析如下：A. 定位误差 a) 基准不重合误差基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合而引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸上的最大位置变动范围。在本设计中，由于定位误差和工序基准是重合的，所以基准不重合误差= 0。b. 基准位移误差基准位移误差是由于定位元件和定位基面本身的误差而引起的定位基准在加工尺寸上的误差。当支承面即工件底面对夹具的安装基准（底面）有平行度误差，被加工孔的定位误差取： B.对刀误差因为刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。钻套导向孔尺寸8.7G7（），钻头尺寸为8.7h9（）对刀误差为钻头于导向孔的最大的间隙：C.夹具的安装误差因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，D.夹具误差因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。夹具误差主要包括定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；定位元件相对于对刀或导向元件（包括导向元件之间）的尺寸或位置误差；导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差。、与在公差上兼容，只需计算其中较大的一项即可。E.加工方法误差加工方法误差是指在切削加工过程中，因机床、刀具质量、工件材质以及由于切削力、切削热的作用而引起的工艺系统弹性变形、热变形等因素使加工表面位置发生变化，从而造成的加工尺寸误差。因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3。根据文献8的第79页查得计算时可设： (3-4)式中：工件位置公差取0.30mm 3.5.2 校核加工精度工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法相加，因此，根据参考文献8，保证工件加工精度的条件为： (3-5) = 0.118mm = 0.30mm即工件总加工误差应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量，因此将上式改为：或 （3-6）当时夹具能满足加工要求，根据以上得：所以夹具完全可以满足加工所要的要求。3.6 夹具体的设计夹具体是用来将夹具的各个部分联结成整体的元件，它是夹具上最大的和最复杂的元件。在它上面要安装定位元件、夹紧装置、刀具引导件以及其它各种装置和元件。此外，在夹具体上还应有夹具在机床上安装用的定位部分，以保证夹具在机床上获得所需的相互位置，夹具体也是承受负荷最大的元件，承受着工作时的切削力、夹紧力等。夹具体设计的基本要求有：A.有适当的精度和尺寸稳定性。B.有足够的强度和刚度。C.结构工艺性好。D.排屑方便。E.保证装卸工件方便。F.在机床上安装稳定可靠。本设计方案中的夹具体是由左右钻模板与夹具顶板构成的框架式夹具体，采用机械联结，具有良好的刚度，材料为HT250，基本尺寸各安装面经铣削达到相应精度要求，左右钻模板的平行度不大于0.02。底部设计排屑装置，具体见夹具装配图。4.结论本次设计的课题是对S295柴油机气缸体进行工艺及工装设计，本设计主要包括两个部分：工艺设计部分和工装设计部分。工艺设计主要是对柴油机气缸体的加工工艺路线进行设计，工装设计部分则是对钻夹具进行设计。柴油机气缸体通过此次工艺设计确定了毛坯的制造形式、选择基准、制定工艺路线以及刀具的选择和各工序的切削用量、切削力及切削扭矩的计算等，从容满足了所要求的工艺性能。柴油机的夹具则根据被加工零件的结构采用了一面两销定位，满足工件定位方便可靠的原则。夹紧装置采用液压夹紧，自动化程度高、操作简单、效率高、夹紧可靠，减轻了工人劳动强度，并且使用安全可靠、维护简单；夹具体为框架式结构，有良好的刚性，有利于钻孔精度的保持，刀具导向采用可换钻套，则保证了钻孔时的加工精度不因钻套的磨损而降低。本机床设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且绝大部分采用了通用部件和标准件，制造成本低，机床操作简单，设备调整、维修方便。基本可以投入江动集团S295型柴油机气缸体的实际生产，提高经济效益。参考文献1李益民.机械制造工艺设计手册M.北京：机械工业出版社，19952孟少庚机械加工工艺手册M北京机械工业出版社，19923李益明机械制造工艺设计简明手册M北京机械工业出版社，19944马贤智机械加工余量与公差设计M北京中国标准出版社，19945姚永明非标准设备设计M上海：上海交通大学出版社，19996金振华组合机床及其调整与使用M北京：机械工业出版社，19907东北重型机械学院机床夹具设计手册（第二版）M上海：上海科技出版社，19888刘文剑夹具工程师手册M哈尔滨：黑龙江科技出版社，19879杨黎明机床夹具设计手册M北京：国防工业出版社，199610叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册(上册) M.北京：机械工业出版社，200111叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册(下册) M.北京：机械工业出版社，200112胡家秀.机械零件设计实用手册M.北京：机械工业出版社，199913杨列群形状和位置公差位置度公差北京中国标准出版社，199214艾兴.金属切削用量手册M.北京：机械工业出版社，199615孟宪椅.机床夹具图册M.北京：机械工业出版社，199116李云机械制造工艺及设备设计指导手册M.北京：机械工业出版社，1996致谢本次毕业设计是S295型柴油机气缸体工艺及工装的设计。经过多月的努力，我已经较好地完成了本次毕业设计。在设计工作开始之初，老师带领我们去。集团进行了调研，让我们首先对本课题有了感性认识。在调研的过程中，老师认真地给我们讲解了各种零件的最新的与传统的加工过程和生产方式，避免我们在以后的毕业设计中走弯路。在设计过程中，老师及时的了解我们设计时遇到的难题，帮我们克服困难。由于我们对机床知之甚少，老师耐心地给我们讲解有关方面的知识，使我们得以在短时间内完成设计工作。同时，教导我们不管是在以后的工作还是学习中，都要保持治学严谨的态度。在此对老师表示衷心的感谢！此次设计与同组其他人员的通力合作也是分不开的，在此一并表示感谢！在此之间，学校图书馆，阅览室，系部给予了鼎立支持，在此一并表示感谢！限于本人水平有限和时间仓促，设计中缺点和错误在所难免，恳请广大老师不吝批评指正。附录序号 图名 图号 图幅 张数1 夹具装配图 CYJ001 A0 12 夹具底座 CYJ001-17 A0 13 右钻模板 CYJ001-14 A1 14 左钻模板 CYJ001-7 A1 15 推杆 CYJ001-25 A3 16 垫圈 CYJ001-5 A3 17 法兰盘 CYJ001-16 A3 18 手柄座 CYJ001-2 A3 19 轴 CYJ001-4 A3 110 推杆套 CYJ001-24 A4 111 推杆杠杆 CYJ001-18 A4 112 套 CYJ001-3 A4 113 端套 CYJ001-15 A4 1 14 左钻模板三维造型图 A4 115 机械加工工艺过程卡片 A4 1套16 机械加工工序卡片 A4 1套袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿