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黄石理工学院 毕业设计（论文）（2009届）本科毕业设计题 目 名 称： 汽车发动机缸盖零件 机加工工艺与夹具设计 学 院（部）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 摘 要缸盖是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件，也是关键件，其精度要求高，加工工艺复杂，且加工质量直接影响发动机整体性能，对于内燃机气缸盖制造。随着科技的发展，汽车制造商们对发动机缸盖的机加工越来越重视，缸盖的机械加工工艺技术也在不断地进步。本缸盖与缸体合成球形燃烧室，缸盖上有同轴的凸轮轴孔，进、排气阀座与导杆孔，火花塞孔等做其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面质量均影响发动机的性能与工作寿命，是一个关键。为保证缸盖的加工精度要求，需要拟定合理的机械加工工艺路线。工艺路线决定了各表面的加工方法、工序数目和各工序所用的基准，之后具体编排各工序的顺序，包括机械加工工序、热处理、表面处理、检验，以及各种辅助性工序，安排工艺路线必须合理，符合客观规律。机床夹具是机床上用来装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。工件装夹的实质是在机床上对工件进行定位和夹紧，装夹的目的是通过定位和夹紧使工件在加工过程中始终保持正确的加工位置，以保证该工序所规定的加工技术要求。关键词：缸盖，技术，工艺，定位ABSTRACTThe cylinder cover is in the internal combustion engine components the structure more complex box body components, also is the key, its precision requests high, the processing craft is complex, also the processing quality directly affects the engine overall performance, regarding internal combustion engine cylinder cover or cap manufacture. Along with the technical development, the automobile manufacturers more and more take to the engine cylinder cover machining, the cylinder cover machine-finishing craft technology also in unceasingly progresses. This cylinder cover and the cylinder body synthesis spherical combustion chamber, on the cylinder cover has the coaxial cam shaft hole, enters, the exhaust valve seat and the guide rod hole, the spark plug hole and so on makes its size precision, the set shape precision and the mutual position precision, as well as various surface quality affects the engine the performance and the working life, is a key.Be to ensure that the treating accuracy that the jar covers up with demands a handicraft , needs to design rational machine work. The handicraft route has decided criterion used by every surface job operation , working procedure number and every working procedure, arrange every working procedure order afterwards concretely, include machine work working procedure , heat treatment , surface treatment , checkout, and various auxiliary working procedure , arrange the handicraft route to must rational , accord with objective law.The machine tool clamp is to be used to pretend to grip one kind of device of workpiece on the machine tool , whose effect is to make workpiece have a correct location relative to the machine tool or the knife , location is invariable and in keeping this in processing process. That workpiece loads lined essence is to be in progress to workpiece on the machine tool fix position and clamp , holding lined purpose with is by the fact that fixing position and clamping makes workpiece keep correct treating location in the process of treating all the time, to swear to owe processing technology stipulated by working procedure a request.Keywords: Cylinder cover，Technology，Craft，Localization27目 录第1章 前言第2章 设计机械加工工艺规程的内容与程序2.1 工艺规程的作用2.2 工艺规程的设计原则2.3 工艺规程设计所需的原始资料2.3.1 零件技术要求分析2.3.1 零件结构及其工艺性分析2.4 分析缸盖零件图2.5 机械加工工艺过程设计第3章 机械加工工艺装备的设计3.1 夹具的设计3.1.1 定位基准和定位方案的确定3.1.2 选择定位元件3.1.3 定位销尺寸和定位误差计算3.1.4 夹紧机构设计3.1.5 夹具体设计3.2 刀具的选用3.3 量具的选择结论参考文献致谢附录 附图纸清单附 机械加工工序卡第1章 前言机械产品由各种零件组成，如轴类零件，套筒类零件，箱体和壳体类零件，齿轮类零件，丝杠类零件等，由于各零件在机械产品中所承担任务与作用不同，对其的技术要求也有所不同，如精度与表面质量，这就需要制造业按其要求采用不同的制造方法，还要根据材料的性质，生产批量和经济性，选择合理的制造方法。箱体类零件是机器及其部件的基础件，它将机器及其部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定传动关系协调其运动。因此，箱体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且影响到机器的工作精度、使用性能和寿命。气缸盖是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件，也是关键件，其精度要求高，加工工艺复杂，且加工质量直接影响发动机整体性能。对于内燃机气缸盖制造，其制造系统虽然不同，但加工工艺及工艺设计中所采用的工艺技术仍有许多共同之处。其进、排气门座圈锥面与导管孔的加工是气缸盖加工中最关键的工序，精度一般为:高速发动机座圈底孔与其导管底孔的同轴度为0.03mm，座圈锥面对导管孔的同轴度为0.025mm，转速低于3600r/min的内燃机可分别降为0.05mm，0.04mm，一般采用钻-(复合扩)-半精谴气门座孔、导管底孔精谴气门座底孔、枪铰导管底孔压导管、座圈精车座圈锥面、枪铰导管孔工艺。气缸盖的机械加工工艺技术关键和整体工艺水平正在随着高技术含量内燃机的发展而日趋提高和完善，国外工艺水平已与产品开发水平呈现同步水平，国内工艺水平随着与国际接轨和科技发展将由落后变为逐步接近产品开发水平，解决好加工工艺技术关键是工艺设计的核心和前提。但是工艺的设计编制，受到诸多因素的影响，如产品的精度高低，产品的工艺性好坏，生产纲领的大小，投资力度的强弱，企业现状等等。因此，合理的最佳的工艺方案不仅需要对某一关键部位或某一关键工序认真论证、合理配置，更必须整线统盘考虑，最终是否取得最佳效果必须经过实践检验1。本设计的零件机械加工工艺装备主要侧重专用机床夹具的设计。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。一、高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达5m，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler（戴美乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m以内；夹具重复安装的定位精度高达5m；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达25m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。二、高效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。三、模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。四、通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国Demmeler（戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。专家们建议组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。主动与国外夹具厂商联系，争取合资与合作，引进技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径。第2章 设计机械加工工艺规程的内容与程序工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按规定的形式书写成工艺文件，经审核后用来指导生产的。2.1工艺规程的作用工艺过程一般包括的内容有：零件加工的工艺路线、各工序的具体加工内容、切削用量、时间定额以及所采用的设备和工艺装备等。因此，工艺规程具有以下几方面的作用：（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件合理的工艺规程是在总结广大工人和技术人员的实践经验基础上，依据工艺理论和必要的工艺试验，又结合具体的生产条件制定的，并在实践过程中不断地加以改进和完善。按照工艺规程进行生产，可以稳定地保证产品质量和获得较高的生产效率和经济效益。因此，生产中用严格地执行既定的工艺规程。但是，工艺规程也不是固定不变的，他可根据生产实际情况进行修改，但必须要有严格的审批手续。（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据从工艺规程涉及的内容可以看出，在生产组织和管理中，产品投产前原材料及毛坯的供应、通用工艺装备的准备、机床负荷的调整、专用工艺装备的设计和制造、生产计划的制定、劳动力的组织以及生产成本的核算等，都是以工艺规程作为基本依据的。（3）工艺规程是新建、扩建或改建工厂及车间的基本资料在新建、扩建或改建工厂及车间时，只有根据工艺规程和生产纲领，才能正确地确定生产所需的机床和其他设备的种类、规格和数量，车间的面积，机床的布置，生产工人的工种、技术等级及数量，以及辅助部门的安排等。2.2工艺规程的设计原则工艺规程的设计原则是：优质、高效、低成本。即在保证产品质量的前提下，以最少的劳动量和最低的成本，在规定的时间内，可靠地加工出符合图样及技术要求的零件。在设计工艺规程时，应注意以下问题：（1）技术上的先进性 在进行工艺规程设计时，要全面了解国内外本行业工艺技术的发展水平，积极采用适用的先进工艺和装备，使所设计的工艺规程在一定时间内保持相对的稳定性和先进性，而不至于经常做大的修改。（2）经济上的合理性 在采用高生产率的设备与工艺装备时要注意与生产纲领相适应。对于在一定条件下可能会出现的几中能够保证零件技术要求的工艺方案，应进行经济性分析和对比，从中选出最经济合理的方案。（3）良好的劳动条件 设计工艺规程时要注意保证生产安全，尽量减轻工人的劳动强度，避免环境污染。在工艺方案上可注意采用机械化或自动化措施，将工人从某些繁重的体力劳动中解放出来2。2.3工艺规程设计所需的原始资料设计工艺规程通常需要下列原始资料： 产品的全套装配图和零件工作图。产品验收的质量标准。 产品的生产纲领。 毛坯资料，包括各种毛坯制造方法的技术经济特征，各种钢型材的品种和规格，毛坯图等；在无毛坯图的情况下，需实地了解毛坯的形状、尺寸及机械性能等。 现场的生产条件，要了解毛坯的生产能力及技术水平，加工设备和工艺装备的规格及性能，工人的技术水平以及专用设备和工艺装备的制造能力等。 工艺规程设计时应尽可能多地了解国内外相应生产技术的发展情况，同时还要结合本厂实际，合理地引进、采用新技术、新工艺。 有关的工艺手册及图册。设计工艺规程时，首先应分析产品的零件图和所在部件的装配图，熟悉产品的用途、性能及工作条件，并找出其主要的技术要求和规定它的依据，然后对零件图进行工艺分析。工艺分析主要有以下两方面内容：2.3.1零件技术要求分析零件的技术要求包括下列几个方面： 加工表面的尺寸精度； 主要加工表面的形状精度； 主要加工表面之间的相互位置精度； 各加工表面粗糙度以及表面质量方面的其他要求； 热处理要求及其他技术要求（如动平衡等）。对零件图具体的技术要求分析内容有：（1）零件的视图、尺寸、公差和技术要求等是否齐全，了解零件的各项技术要求，找出主要技术要求和加工关键，以便制订相应的加工工艺。（2）零件图所规定的加工要求是否合理。（3）零件的选材是否恰当，热处理要求是否合理。2.3.2零件结构及其工艺性分析对零件的结构分析主要注意以下问题：（1）机械零件的结构，由于使用要求不同而具有各种形状和尺寸。但是，如果从形体上加以分析，各种零件都是由一些基本的表面和成形表面组成的。基本表面有内外圆柱表面、圆锥表面和平面等；成形表面主要有螺旋面、渐开线齿形表面及其他一些成形表面等。在研究具体零件的结构特点时，首先要分析该零件是由哪些表面组成的，因为表面形状是选择加工方法的基本因素。例如，外圆表面一般是由车削和磨削加工出来；内孔则多通过钻、扩、拉、镗和磨削等加工方法获得。除表面形状外尺寸对工艺也有重要的影响。以内孔为例，大孔与小孔、深孔与浅孔在工艺上均有不同的特点。（2）在分析零件的结构时，不仅要注意零件的各个构成表面本身的特征，而且还要注意这些表面的不同组合，正是这些不同的组合才形成零件结构上的特点。例如以内外圆为主的表面，既可组成轴类、盘类零件，也可组成套筒类零件。对于套筒类零件，既可是一般的轴套，也可以是形状复杂或刚性很差的薄壁套筒。显然，上述不同结构的零件在工艺上往往有着较大的差异。在机械制造中，通常按照零件结构和加工工艺过程的相似性，将各种零件大致分为轴类零件、套筒类零件、盘环类零件、叉架类零件以及箱体等。另外，特别要注意分析零件的刚度情况，对刚度特别薄弱的部位，在加工时要注意采取相应的工艺措施以防止受力变形。同时还要注意分析零件刚的的方向，例如套筒类零件的轴向刚度大于径向刚度，所以夹紧时经常将径向夹紧改为轴向夹紧。（3）在研究零件的结构时，还要注意审查零件的结构工艺性。零件的结构工艺性是指零件的结构在保证使用要求的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地制造出来的特性。使用性能相同而结构不同的两个零件，它们的加工方法和制造成本可能有很大的差别。在进行零件的结构分析时应考虑到加工时的装夹、对刀、测量、切削效率等。结构工艺性不好会使加工困难，浪费工时，浪费材料，甚至无法加工。2.4分析缸盖零件图箱体零件是机器及部件的基础件，它将机器及部件中的轴、轴承和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定传动关系协调其运动。箱体的种类很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中功用的不同有着较大的差异。但从工艺上分析它们仍有许多共同之处，其结构特点是：（1）外形基本是由六个或五个平面组成的封闭式多面体，又分成整体式和组合式两种；（2）结构形状比较复杂，内部常为空腔形，某些部位有“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均；（3）箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系；（4）箱体上的加工面，主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔。缸盖与发动机缸体组成发动机箱体，是影响发动机性能的关键件之一。本缸盖是与缸体合成球形燃烧室，缸盖上有同轴的凸轮轴孔，进、排气阀座与导杆孔，火花塞孔等，故其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响发动机的性能与工作寿命，是一个关键件。气缸盖的机械加工工艺技术关键和整体工艺水平正在随着高技术含量内燃机的发展而日趋提高和完善，解决好加工工艺技术关键是工艺设计的核心和前提。审核零件视图是否完备，各尺寸与技术要求是否齐全，加工精度与表面粗糙度关系和材料与技术要求关系是否合理，以及材料、批量、结构形状与尺寸是否符合制造工艺要求（即结构工艺性）等3。图1 加工定位基准面图（a）图2 加工定位基准面图（b）2.5机械加工工艺过程设计在机械加工工艺过程中，根据被加工零件的结构特点和技术要求，常需要采用各种不同的加工方法和设备，并通过一系列加工步骤，才能将毛坯变成零件。因此，机械加工工艺过程是有一个或若干个顺次排列的工序组成的，而工序又可细分为若干个工步、装夹和进给，工序是指一个工人在一台机床上，对一个工件所连续完成的那部分工艺过程，工序是工艺过程的基本单元。工步是指加工表面、切削工具和切削用量中的转速与进给量均不变条件下所完成的那部分工艺过程。装夹是将工件在机床或夹具中定位、夹紧的过程称为装夹，工件加工中应尽量减少装夹次数，因为多次装夹会增加装夹误差，而且还增加了装夹工件的辅助时间。设计合理的加工方法，工序数量和顺序，应考虑以下关系：（1）零件成形的内在关系。零件材料与工艺手段的成形属性，以及工厂的生产条件，如缸盖零件材料为，故采用压铸件；机械加工中的安排原则与零件的材料、种类、结构形状、尺寸大小、精度高低相关联。（2）零件加工质量的内在联系。在加工阶段划分中，粗精加工阶段顺序分开，其目的在于对主要表面能及时发现毛坯的气孔、缩孔、疏松等缺陷，避免不必要的后续工序加工的浪费；粗、精加工由于其加工目的不同，切削用量选取的原则各异，其切削力、切削热和切削功率也不同，由此可合理选取机床（其精度和功率等）；为保证加工质量，粗精加工应分阶段和工序，以减小或消除由切削力、热所引起的内应力；有些零件由于结构形状的原因，采用互为基准加工时，也应把加工分为阶段和工序，以利于保证各表面间的相互位置精度；对于零件中的主要表面和次要表面，为保证主要表面的加工精度和表面粗糙度不受加工中的影响，也应分加工阶段和工序4。（3）零件加工成本的内在联系。机械加工工艺过程的设计要考虑工厂的优势，即设备、人员和财力的实际情况，是否发挥工厂原有设备的潜力、技术人员和工人的特长，机械加工工艺过程设计使工艺投入最小、物力消耗最低。（4）零件加工生产率的内在联系。机械加工工艺过程设计中采用工序集中还是工序分散原则；各工序的工时定额是否符合生产节拍；是否合理的采用了高生产率的工艺方法等。 根据成形内在联系、质量内在联系、成本内在联系和生产率的内在联系原则，设计程序大体如下：（1）根据零件的生产纲领决定生产类型，定出生产批量和计算出生产节拍，并作为划分工序的依据之一。（2）由零件的结构形状、尺寸大小、材料与技术要求、生产纲领与生产节拍，以及工厂的具体条件等选择毛坯的种类和制造方法。缸盖零件的材料为 ，其结构形状复杂，孔与面多，属多孔箱体类，而其尺寸又不大，故采用压铸制造方法，它既满足了毛坯的技术要求，又提高了材料的利用率，又有较高的生产效率。各种毛坯的制造方法所获得的毛坯形状一般都比较粗糙，尺寸精度和表面质量低于零件的要求，因此必须经过一系列的机械加工才能获得合乎技术要求的零件。零件制造过程中需规定合理的加工余量，以减小加工时的能量、刀具和加工时间的消耗，提高材料的利用率。零件上的一个表面往往是由多个工序或多个工步加工而获得的，由工序余量计算出总余量，即毛坯余量，然后绘制出毛坯图3。如缸盖零件的底平面（加工定位基准面），需经两次铣削加工加工而成，即第3工序，其工序尺寸 ,平面度要求，加工余量为；第24工序，其加工余量为，则该加工表面总余量为。图3 加工定位基准图图4 精铣底平面图（3）选择各表面加工方法和加工方案。第一，先面后孔的加工顺序 箱体主要是由平面和孔组成，这也是它的主要表面。先加工平面，后加工孔，是箱体加工的一般规律。因为主要平面是箱体往机器上的装配基准，先加工主要平面后加工支承孔，使定位基准与设计基准和装配基准重合，从而消除因基准不重合而引起的误差。另外，先以孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工孔，这样，可为孔的加工提供稳定可靠的定位基准，并且加工平面时切去了铸件的硬皮和凹凸不平，对后序孔的加工有利，可减少钻头引偏和崩刃现象，对刀调整也比较方便。第二，粗精加工分阶段进行 粗、精加工分开的原则：对于刚性差、批量较大、要求精度较高的箱体，一般要粗、精加工分开进行，即在主要平面和各支承孔的粗加工之后再进行主要平面和各支承孔的精加工。这样，可以消除由粗加工所造成的内应力、切削力、切削热、夹紧力对加工精度的影响，并且有利于合理地选用设备等。粗、精加工分开进行，会使机床，夹具的数量及工件安装次数增加，而使成本提高，所以对单件、小批生产、精度要求不高的箱体，常常将粗、精加工合并在一道工序进行，但必须采取相应措施，以减少加工过程中的变形。例如粗加工后松开工件，让工件充分冷却，然后用较小的夹紧力、以较小的切削用量，多次走刀进行精加工。第三，合理地安排热处理工序为了消除铸造后铸件中的内应力，在毛坯铸造后安排一次人工时效处理，有时甚至在半精加工之后还要安排一次时效处理，以便消除残留的铸造内应力和切削加工时产生的内应力。对于特别精密的箱体，在机械加工过程中还应安排较长时间的自然时效。箱体人工时效的方法，除加热保温外，也可采用振动时效。在分析零件的技术要求基础上，根据零件各组成表面的结构性质、技术条件及生产类型决定加工方法，以及所需的粗、精加工工序；根据工厂的具体条件，决定零件加工工序数目的多少，以采用工序集中还是分散原则。缸盖零件的加工，由于阀座孔、导杆孔、凸轮轴孔和底平面间精度要求高，充分利用加工中心，一次加工多个表面，尽管生产效率不高，但可利用机床的精度一次装夹加工多个表面，以保证零件各主要表面的位置精度，这是一种局部的工序集中原则的体现。至于其它表面，如进排气孔侧面的联接螺纹孔、缸盖联接孔等采用普通机床加专用夹具，工序加工内容较简单，属分散原则。（4）选择定位基准。在分析零件各个加工表面的设计基准之后，应考虑选择其加工时的定位基准，在零件表面的加工方法和工序集中或分散原则确定之后，就大致决定了加工工序的数目及其内容，而后应进一步考虑工序的先后顺序和保证各加工表面的位置精度，这就是正确选择各加工表面加工时的定位基准。缸盖零件的粗基准选择应保证球形燃烧室的空间位置与容积，它是影响发动机性能的关键因素，它又是不加工表面，故采用它作为粗基准来加工精基准表面，精基准选用一面两孔，以符合同一基准加工，保证各表面间的相互位置精度。（5）拟定机械加工工艺路线决定了各表面的加工方法、工序数目和各工序所用的基准之后，便可具体编排各工序的顺序，包括机械加工工序，热处理、表面处理、检验，以及各种辅助性工序（如清洗、去毛刺），安排工艺路线必须合理，符合客观规律5。缸盖零件主要表面加工方法：1 底平面用端面铣刀分两次铣削；2 顶端开档平面用端面铣刀铣削；3 开档平面用端面铣刀铣削；4 裙部表面用立铣刀铣四周；5 进、排气侧面用高速钢端面铣刀铣削；6 阀座、导杆孔用钻、扩、镗削（压套前）；7 凸轮轴孔分粗精两次镗削；8 摆杆轴孔用枪钻、枪铰加工；9 火花塞孔用钻、扩、锪 、攻螺纹加工；10 联接孔用钻削加工。机械加工工艺路线如下：1 编号上线；2 粗铣裙部表面；3 加工定位基准表面；4 定位基准孔检验；5 铣顶部平面；6 铣进、排气孔侧平面；7 铣开档面；8 精铣裙部表面；9 中检；10 钻底面各孔；11 钻顶面油孔；12 锪联接孔；13 进气孔侧面钻螺纹底孔；14 排气孔侧面钻螺纹底孔；15 钻凸台螺纹底孔；16 扩、铰铸造孔；17 钻、锪火花塞孔；18 攻火花塞螺纹；19 攻凸台螺纹；20 攻进、排气孔侧面钻螺纹；21 攻底面M6-7H螺纹；22 清洗；23 锪、倒导杆孔端面；24 精铣底面；25 钻摆杆轴孔；26 钻、镗阀座和导杆孔；27 精铣凸轮轴孔；28 清洗；29 终检。（6）机床加工工序的设计，包括：机床和工艺装备的选择和设计，工序余量及工序尺寸的计算，切削用量的选择，以及工时定额的制定等。 机床的设计与选择零件加工的精度和生产率在很大程度上是由使用的机床决定的。在设计工艺规程选择机床时主要确定机床的种类和型号（包括规格尺寸）。选择机床时要考虑生产的经济性，还要考虑机床的工艺可能性、机床的精度和零件的加工精度相适应、机床的加工尺寸范围需与毛坯的外型尺寸相适应、机床的主轴转速范围、走刀量、机床动力等应基本上符合切削用量要求。在选择机床时应尽可能利用工厂的现有设备，或对现有机床进行改装。本设计采用通用机床加专用夹具，充分利用工厂现有的立式铣床、卧式铣床、摇臂钻床、立钻和卧式与立式加工中心，以及台式攻螺纹机床等。 工艺装备的选择与设计由于缸盖零件机械加工中采用了通用机床，而零件的精度又高，故采用专用机床夹具来保证其位置精度。如工序26，钻、镗阀座和导杆孔，导杆孔，进气阀座孔、排气阀座孔，孔中心线与对称中心线夹角为，两孔同轴度公差为，与基准面垂直度为0.03，四孔间位置度公差为。为实现这一加工精度采用了专用夹具机床，保证了加工精度，提高了劳动生产率，减轻了工人的劳动强度6。在选择刀具时应考虑工序的种类、生产率、工件材料、加工精度、所用机床性能等。由于缸盖零件的材料为，其硬度为，切削性能较好，几乎均采用高速钢通用刀具，进、排气阀座孔加工采用高速钢成形刀具。测量工具尽量采用通用量具，并设计专用量具，如塞规、 、量规等。 切削用量的选择和工时定额的制定切削用量根据粗加工和精加工选择原则进行，查阅机械加工工艺人员手册或机械加工工艺手册。根据加工表面的尺寸大小计算出基本时间，至于单件工时定额由工厂的生产经验并参照其它先进工厂同类零件的工时来制定7。 确定机床加工工序的其它一些问题确定工序余量、工序尺寸及公差、加工表面的粗糙度等由机械加工工艺手册中查阅。确定工序尺寸应考虑工序基准与定位基准是否重合，若不重合时需进行工序尺寸的换算，并计算在定位夹紧后的定位误差值是否满足工序尺寸公差的要求。在有些工序中，测量基准与工序基准不重合，也需进行工艺尺寸换算，并注意假废品问题。（7）填制工艺文件。根据工厂的需要和习惯，填写机械加工工艺路线卡和机械加工工序卡，以及中检与终检的检验卡。第3章 机械加工工艺装备的设计机械加工工艺装备设计包括机床专用的夹具、专用刀具、专用量具和专用辅具的设计。工艺装备是保证零件的加工精度、提高劳动生产率、降低成本和减轻工人劳动强度的有效措施，设计的合理与否是这些设备性能发挥的关键。3.1夹具的设计机床夹具是在机床上加工使用的一种工艺装备，用来确定工件与刀具的相对位置，将工件定位并夹紧。专用夹具是为某一零件的某一道工序而专门设计制造的夹具，没有通用性，但可用在通用机床或专用机床上。缸盖零件机械加工工艺中采用了许多专用夹具，现就缸盖零件工艺路线中第3工序，即加工定位基准面工序所用夹具作具体的剖析。3.1.1 定位基准和定位方案的确定箱体定位基准的选择，直接关系到箱体上各个平面与平面之间，孔与平面之间，孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基准重合”和“基准统一”的原则，同时必须考虑生产批量的大小，生产设备、特别是夹具的选用等因素。粗基准的选择。在选择粗基准时，通常应满足以下几点要求：第一，在保证各加工面均有余量的前提下，应使重要孔的加工余量均匀,孔壁的厚薄尽量均匀，其余部位均有适当的壁厚；第二，装入箱体内的回转零件(如齿轮、轴套等)应与箱壁有足够的间隙；第三，注意保持箱体必要的外形尺寸。此外，还应保证定位稳定，夹紧可靠。粗基准的作用主要是决定不加工面与加工面的位置关系，以及保证加工面的余量均匀。箱体零件上一般有一个（或几个）主要的大孔，为了保证孔的加工余量均匀，应以该毛坯孔为粗基准（如主轴箱上的主轴孔）。箱体零件上的不加工面主要考虑内腔表面，它和加工面之间的距离尺寸有一定的要求，因为箱体中往往装有齿轮等传动件，它们与不加工的内壁之间的间隙较小，如果加工出的轴承孔端面与箱体内壁之间的距离尺寸相差太大，就有可能使齿轮安装时与箱体内壁相碰。从这一要求出发，应选内壁为粗基准。但这将使夹具结构十分复杂，甚至不能实现。考虑到铸造时内壁与主要孔都是同一个泥心浇注的，因此实际生产中常以孔为主要粗基准，限制四个自由度，而辅之以内腔或其它毛坯孔为次要基准面，以达到完全定位目的。精基准的选择。为了保证箱体零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和距离尺寸精度，箱体类零件精基准选择常用两种原则：基准统一原则、基准重合原则。第一，一面两孔(基准统一原则)在多数工序中，箱体利用底面(或顶面)及其上的两孔作定位基准，加工其它的平面和孔系，以避免由于基准转换而带来的累积误差。第二，三面定位(基准重合原则)箱体上的装配基准一般为平面，而它们又往往是箱体上其它要素的设计基准，因此以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高箱体各主要表面的相互位置精度。由分析可知，这两种定位方式各有优缺点，应根据实际生产条件合理确定。在中、小批量生产时，尽可能使定位基准与设计基准重合，以设计基准作为统一的定位基准。而大批量生产时，优先考虑的是如何稳定加工质量和提高生产率，由此而产生的基准不重合误差通过工艺措施解决，如提高工件定位面精度和夹具精度等。由于该零件结构形状较复杂，为保证缸盖零件各表面间的位置精度，采用同一基准加工，即采用一面两孔作为后续工序的定位基准，故底平面加工采用二次铣削，第一次铣削作为基准用，经后续多工序加工后，为保证平面的平整与光洁，在第24工序再精铣底平面，其加工余量为。为保证尺寸、平面度要求；采用裙部两长条定位；为保证两定位孔的尺寸，位置尺寸、，并与球形燃烧室的位置关系，以确保球形燃烧室对发动机功能的影响，采用球形燃烧室短圆柱表面作定位基准（即两孔）。形成了一面两孔的定位。用六点定位原理分析，限制了工件六个自由度，属完全定位8。3.1.2选择定位元件工件在夹具中的定位，主要是通过各种类型的定位元件实现的。在机械加工中，虽然被加工工件的种类繁多，形状各异，但从它们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆柱面、圆锥面及各种成形表面组成。工件在夹具中定位时，可根据各自的结构特点和工序加工精度要求，选取其上的平面、圆柱面、圆锥面和它们之间的组合表面作为定位基准。为此，在工件定位中可根据需要选用不同类型的定位元件进行定位。根据工件的定位基准表面，裙部两长条表面采用板条定位元件，以形成定位平面，限制了工件的三个自由度，保证了平面的尺寸精度与形状精度；球形燃烧室短圆柱表面定位时应采用短圆柱销和短菱形销定位，保证孔的位置精度，如图所示，以确保燃烧室的性能要求。图5 一面两销尺寸图3.1.3定位销尺寸和定位误差计算两定位销孔选取第一与第三燃烧室孔，两者距离较大，则在同样销孔配合精度下能获得最小摆角误差，其中心距为，因是粗基准定位，故选销孔中心距公差的为其公差，即。圆柱销直径的基本尺寸为，与定位孔的配合选取。菱形销宽度,。菱形销圆弧部分与其相配合的工件定位孔间的最小间隙为：=式中为与菱形销相配合的工件定位孔的最小直径，补偿距离由下式计算：式中为夹具圆柱销与其相配合的工件定位孔间的最小间隙，本例为零。结果：，两定位销孔所产生的最大角度定位误差为： ，即最大倾角误差为。3.1.4 夹紧机构设计根据本工序铣削平面和钻、铰定位孔时的切削力估算，为保证加工期间工件的定位可靠性，采用液压或气动杠杆夹紧机构，夹压点位置，即进、排气孔内侧壁，如图所示。图6 气动杠杆夹紧机构示意图由本工序加工情况分析，钻、铰时的主要切削力朝向定位表面，夹紧力的方向与其相同，故对夹紧有利，只是钻、铰扭矩有使工件旋转的趋势，但因均较小可不考虑。本工序只有铣削平面时的三向切削力，又以切向切削力有使工件转动的趋势，切削力估算如下： 式中：铣削宽度，；每分中进给量，；切削深度，；单位切削力，；切削速度，。单位切削力估算力： 式中：切削厚度，；材料强度修正系数，当的硬度为时，取为。当铣刀的 =时,；当铣刀转速为时， =时， 。铣削过程中，采用的是直径、齿数为的面铣刀铣削，故其铣削力为：使工件产生转动，其旋转力矩为： 理论夹紧力为： 由于在实际加工过程中，工件加工表面的余量、硬度不均匀、刀具的磨钝，以及断续切削等因素的影响，所以实际所需要的夹紧力比理论夹紧力要大得多，为了加工安全可靠，保证加工质量，则必须将理论夹紧力乘以安全系数，即：式中： 安全系数，；基本安全系数，一般取 ；加工粗糙度系数，毛面取；刀具钝化系数，一般取；切削特性系数，本例为断续切削，取 ；考虑夹紧力稳定系数，气动夹紧时取；当有力矩企图使工件回转时，考虑支承表面接触情况的系数，本例定位元件是支承板，其与工件定位表面接触面积较大，取；所以：；，考虑到夹紧牢靠、稳定，取两个夹紧作用点，故每个夹紧点作用力为。采用气缸无杆腔夹紧时，气缸活塞直径计算为： 式中，压缩空气的压强，取为。设计杠杆夹紧机构的比例为1：1，则根据手册，取气缸活塞直径为。在设计杠杆夹紧机构中，应考虑方便工件的装卸，为使活塞行程较短，采用杠杆在装卸工件时能沿杠杆长度方向移动，但这种结构自动化程度太低，工人操作繁琐，为此采用旋转型钩形压板，结构设计可见如图所示，只需钩形压板旋转即可，由此再计算活塞杆行程值。图7 气缸钩形旋转压板示意图3.1.5 夹具体设计经分析、计算和选择、设计了定位元件和夹紧机构后，再设计其夹具体，它是夹具的一个主体零件，其上安装着定位元件、夹紧机构等，并由联接件与机床联接在一起。夹具体结构形状与加工工件的结构形状、加工方法和制造材料有关，其形状尺寸主要根据工件轮廓尺寸及其上面安装的各元件结构、布局情况来设计9。3.2刀具的选用合理地选用刀具，是保证产品质量和提高切削效率的重要条件，在选择刀具形式和结构时，应考虑以下主要因素：（1）生产类型和生产率单件小批生产时，一般尽量选用标准刀具，大批量生产中广泛采用专用刀具、复合刀具等，以获得高的生产率。（2）工艺方案和机床类型不同的工艺方案，必然要选用不同类型的刀具。例如孔的加工，可以采用钻-扩-铰，也可以采用钻-粗镗-精镗等，显然所选用的刀具类型是不同的。机床的类型、结构和性能，对刀具的选择也有重要影响。如立式铣床加工平面一般选用立铣刀或面铣刀，而不会用圆柱铣刀等。（3）工件的材料、形状、尺寸和加工要求刀具的类型确定后，根据工件的材料和加工性质确定刀具的材料。工件的形状和尺寸有时将影响刀具结构及尺寸，譬如一些特殊表面的加工，就必须选用特殊的刀具。此外，所选用的刀具类型、结构及精度等级必须与工件的加工要求相适应，如粗铣时应选用粗齿铣刀，而精铣时则选用细齿铣刀等。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。由于缸盖零件的材料为，其硬度为，切削性能较好，几乎均采用高速钢通用刀具，进、排气阀座孔加工采用高速钢成形刀具10。3.3量具的选择在选择量具前首先要确定各工序加工要求如何进行检测。工件的形位精度要求一般是依靠机床和夹具的精度而直接获得的，操作工人通常只检测工件的尺寸精度和部分形位精度，而表面粗糙度一般是在该表面的最终加工工序用目测方法来检验。但在专门安排的检验工序中，必须根据检验卡片的规定，借助量仪和其它的检测手段全面检测工件的各项加工要求。选择量具时应使量具的精度和工件加工精度相适应，量具的量程与工件的被测尺寸大小相适应，量具的类型与被测要素的性质（孔或外圆的尺寸值还是形状位置误差值）和生产类型相适应。一般说来，单件小批生产广泛采用游标卡尺、千分尺等通用量具，大批量生产则采用极限量规和高效专用量仪等11。当需要设计专用设备或专用工艺装备时，应依据工艺要求提出专用设备或专用工装设计的任务书。设计任务书是一种指示性文件，其上应包括与加工工序内容有关的必要参数、所要求的生产率、保证产品质量的技术条件等内容，作为设计专用设备或专用工艺装备的依据12。本例中测量工具尽量采用通用量具，并设计专用量具，如、 、量规等。结 论这次的毕业设计使我对箱体类零件的加工工艺有了进一步的理解，通过这段时间的学习，我对箱体类零件的结构和加工顺序了解得更全面。箱体的种类很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中功用的不同有着较大的差异，但从工艺上分析它们仍有许多共同之处，在外形上基本是由五个或六个平面组成的封闭式多面体，而且结构形状比较复杂，内部常为空腔形，某些部位有“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均，在箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系，箱体上的加工面，主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精