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含10张CAD高清图纸、文档终稿 4125 柴油机 缸体 机械 加工 工艺 夹具 设计 10 CAD 图纸 文档

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湖南农业大学东方科技学院湖南农业大学东方科技学院全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业设设计计41254125 型柴油机气缸体的机械加工工艺及夹具设计型柴油机气缸体的机械加工工艺及夹具设计MECHANICAL PROCESSING TECHNOLOGY AND FIXTURE DESIGN OF 4125 DIESEL ENGINE CYLINDER BLOCK 学生姓名学生姓名：李李 健健学学 号：号：200841914309200841914309年级专业及班级：年级专业及班级：20082008 级机械设计制造及其自动级机械设计制造及其自动化（化（3 3）班）班指导老师及职称：指导老师及职称：全腊珍全腊珍 教授教授 学学 部：部：理工学部理工学部湖南长沙 提交日期：20 年 月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计）是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 前言22 零件的分析32.1 零件结构分析32.2 零件工艺分析42.3 零件主要技术要求43 机械加工工艺规程设计53.1 计算零件生产纲领、确定生产类型53.1.1 计算生产纲领5 3.1.2 确定生产类型、分析工艺特点53.2 毛坯及机械加工余量的确定5 3.2.1 毛坯的确定5 3.2.2 铸件的机械加工余量确定63.3 气缸体的工艺规程设计7 3.3.1 定位基准的选择7 3.3.2 表面加工方法的选择7 3.3.3 工艺路线的制定94 专用夹具的设计234.1 夹具设计概述234.1.1 夹具的基本组成234.2 粗铣气缸体平面夹具的设计234.2.1 零件本工序的加工要求分析23 4.2.2 夹具的类型的确定24 4.2.3 拟定定位方案和选择定位元件24 4.2.4 确定夹紧方案25 4.2.5 确定对刀装置26 4.2.6 夹紧力的分析计算265 总结28参考文献29致谢29附录30141254125 型柴油机气缸体的机械加工工艺及夹具设计型柴油机气缸体的机械加工工艺及夹具设计学 生：李 健指导老师：全腊珍(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：本课题是对 4125 型柴油机气缸体进行工艺设计和夹具的设计。对气缸体的主要加工表面、气缸体顶面、主轴承座侧面、气缸孔、主轴承孔及凸轮轴承孔等的工艺规程进行了详细的分析，填写了工艺过程卡片及工序卡片，设计了粗铣气缸体平面专用机床夹具。在对此气缸体的工艺设计中为减少箱体在加工过程中的误差，我们考虑基准的重合原则，统一原则，互为基准原则以及粗基准的选择原则，为使定位稳定夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能不重复使用原则。夹具的设计，保证了零件的加工精度，同时提高了生产效率，降低了工人的劳动强度。关键词：气缸体；机械加工工艺规程；工序卡；专用机床夹具； Mechanical Processing Technology and Fixture Design of 4125 Diesel Engine Cylinder BlockAuthor:Li Jian Tutor:Quan La-zhen(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128 )Abstract: This topic is for 4125 diesel engine cylinder block process design and fixture design. The main processing of the cylinder block surface, the cylinder block end face, Lord side, cylinder bearing holes, the main bearing hole and CAM bearing hole and techniques procedure are analyzed in detail, and fill out the process card and process card, design the rough milling cylinder block plane special machine tool fixtures. This cylinder block in the process design to reduce the error in the process, we consider the benchmark superposition principle, unified principle, thus the principles and the benchmark crude benchmark the choosing principle, positioning for stable clamping reliable, request chooses not to repeat the benchmark crude as far as possible, use the principle.The fixture design ensure the parts processing precision, While improving production 2efficiency and reduce the labor intensity of the workers.Key words: Cylinder block; Machining processes; Process card; Dedicated fixture 1 前言本课题主要研究 4125 型柴油机气缸体的机械加工工艺规程和的设计粗铣气缸体平面的专用机床夹具，具体进行零件加工工艺设计和夹具设计。机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础，而机床工业是机械制造工业的基础,一个国家工业的技术水平集中体现在制造业,其很大程度上标志着这个国家工业生产的能力和科学技术水平。随着科学技术的迅猛发展,现代制造业中需要精密加工的零件越来越多,加工精度和对工件表面复杂程度要求也越来也高。随着制造技术的不断发展和进步,加工工艺的不断改进和提升,先进工艺的开发、引进和应用,在将来的制造和加工技术中,用先进的加工工艺取代落后的不适应生产要求的加工工艺,使现代制造和加工业技术水平处在不断更新和发展,制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。随着大型工程项目的增多和规模的扩大，工程机械有向大型化发展的趋势。与其配套的柴油机也在向系列化、提高单机功率、降低燃油消耗率和减少排放及噪声污染的方面发展。气缸体作为柴油机的基础体架，是柴油机的重要部件,气缸体内腔复杂，包括气道，水道既油道，外表面安装相关的各种配件。工艺是将产品设计图样和技术要求物化为实际产品的方法和过程，工艺规程制定的原则是优质、高产、低成本。首先，制定几种可能的工艺方案进行分析对比论证，选择合理的方案；其次，分配切削用量；最后，制定每道工序的工序卡片1。在对此气缸体的工艺规程采用一面两销对其进行定位以限制其六个自由度。为减少箱体在加工过程中的误差，我们考虑基准的重合原则，统一原则，互为基准原则以及粗基准的选择原则，为使定位稳定夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能不重复使用原则。夹具设计是按照某一道工序的加工要求，把一些事先制造好的标准件和部件进行组装而成的夹具，夹具通常由使用单位根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产中2。为了保证加工零件的质量、产量和降低成本，首先应该指定合理的工艺方案，然后按照工艺方案的要求，确定机床的配置型式，选择合理的通用部件，设计专用部件和工作循环的控制系统。3零件加工工艺设计必须按照 JB/T9165.21998工艺规程格式规定进行；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；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。由于水平有限，经验不足，第一次全面的系统的设计本次设计难免有许多不妥和错误之处，恳请指导老师和读者批评指正错误，以便及时改正。2 零件分析2.1 零件结构分析该零件是 4125A 型柴油发动机的气缸体。气缸体为一整体铸造结构，其上部有四个缸套安装孔，它的左侧是八个挺杆安装孔和通过缸盖的冷却水孔，并加工有 21 个缸盖紧固螺栓孔和向缸盖输送润滑油的垂直深油孔。如图 2-1 为4125 柴油机气缸体零件结构图。图 1 4125 柴油机气缸体零件图Fig.1 Cylinder block of 4125 diesel engine parts diagram气缸体的水平隔板将缸体分成上下两部分，上段为缸体水套，下段为曲轴箱。在隔板上四个缸套安装孔壁的环形槽内装有橡胶密封圈，防止水套中的水4漏入曲轴箱，垂直隔板将缸体水套和挺杆室分开。曲轴箱有五个安装曲轴的主轴承座和两个定位侧面。气缸体的前端面从前到后排列有三个同轴线的凸轮轴安装孔和惰轮轴孔。在三个凸轮轴孔的下方，沿气缸体的全长有一长主油道孔，其两端用螺栓堵住。从主油道到各主轴承、凸轮轴承和惰轮轴承都有油道相通，使从机油滤清器来的压力油能对各轴颈和惰轮等进行润滑。气缸体的左侧有工艺孔，加油管安装法兰，减压机构轴孔，机油滤清器安装平面，机油泵出油孔，油标尺座孔和机油泵安装平面。气缸体的右上方有铸成的分水管，将水泵流出的水分流到缸体的各缸水套，达到冷却的目的。气缸体的后端面有飞轮壳的安装面。气缸体的下平面用以安装油底壳，其内储存润滑油。2.2 零件工艺分析气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准零件。发动机的各机构和系统的零部件都安装在它的内部或外部3。气缸体的作用是支承和保证活塞、连杆、曲轴等各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（其上有气道、水道和油道） ；提供各种辅助系统、部件及发动机的安装基面。发动机工作时，气缸体承受着各种大小、方向呈周期性变化的气体压力、惯性力及力矩的作用，因此要求气缸体具有合适的材料，合理的结构、尺寸及重量，足够的刚度，加工性能好，使用、安装和维护方便，且密封性、抗震性和抗腐蚀性能良好。它的工艺特点是：结构的形状复杂；加工的平面、孔多，内部成空腔，壁厚不均，刚度不好；加工的精度要求高，是典型的箱体类加工零件。其主要加工表面有气缸体顶面、主轴承座侧面、气缸孔、主轴承孔及凸轮轴孔等，它们的加工精度将直接影响发动机的装配精度和工作性能3。为此，我们主要靠设备精度、工夹具可靠性和加工工艺的正确合理来保证。2.3 零件的主要技术要求1）主轴承孔的精度为95(+0.03 0)，表面质量为 Ra=1.6m。2）主轴承孔的圆度为 0.02 mm。3）气缸孔的精度为144（+0.08 0） ，底孔的表面粗糙度 Ra=6.3m。4）气缸孔中心线对曲轴中心线的对称度为 0.05 mm。55）第二、三、四主轴承孔对第一、五主轴承孔的同轴度为 0.02 mm。6）各凸轮轴承孔的同轴度为 0.03 mm。7）曲轴中心线对凸轮轴中心平行度为 0.1 mm。8）顶面的表面粗糙度为 Ra=3.2m。3 机械加工工艺规程设计3.1 计算零件生产纲领，确定生产类型生产纲领和生产类型与工艺过程的关系十分密切，生产纲领不同，生产类型也不同，工艺过程也就具有不同的特点。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。生产类型是指生产专业化程度的分类，分为大量生产、成批生产和单件生产 3 种类型。3.1.1 计算生产纲领生产纲领是指企业在计划内应生产的产品产量和进度计划。此设计中，生产纲领已给定：N=20000 件。3.1.2 确定生产类型、分析工艺特点根据生产纲领和生产类型的关系，由 N=20000 件，可确定生产属于大量生产。大量生产类型的工艺特点：1）全部互换，个别高精度配合件可分组选配和配制；2）广泛采用金属模机器造型、模锻及其他高效方法，毛坯精度高，加工余量小；3）广泛采用高效专用机床及自动机床，按流水线排列或采用自动线；4）广泛采用高效夹具，靠夹具及定程进给保证尺寸；5）广泛采用高效专用刀具和量具；6）对操作人员要求一般，对调整工人技术水平要求较高；7）工序较多，详细划分工步；8）工艺规程及各种工艺文件；9）生产率高、加工成本低、工人劳动条件较好。3.2 毛坯及机械加工余量的确定3.2.1 毛坯的确定气缸体彩的材料一般是灰铸铁，但也有时候也采用铸铝或钢板。在此，我们选用 HT150 作为我们气缸体的毛坯材料，如下图所示（各主要加工表面余量用细交叉线在图上表示出来） 。它采用金属模机器造型，分型面选在主轴承孔的6对称平面上，造型位置为卧式4。主轴承孔、凸轮轴轴承孔和缸套孔均铸出来，而螺栓底孔、主油道孔和工艺孔均不铸出。另外，气缸体在加工前还得进行时效处理，以消除铸件在铸造时所产生的内应力和改善毛坯的力学性能。毛坯的技术要求：1）毛坯的材料为 HT150；2）毛坯的铸造方法为金属机器造型；3）铸造的精度等级为 CT10 级；4）未注明的铸造斜角为 3 度，圆角半径为 R5；5）铸造后要进行预备热处理人工时效；6）毛坯上的浇冒孔要磨平；3.2.2 铸件的机械加工余量确定1）铸件的尺寸公差铸件尺寸公差为 16 级，上面我们已经确定了毛坯的的制造方法是用金属机器造型，由工艺人员手册查得，铸件的尺寸公差等级为 CT10 级，并选取取错箱值为 1.5mm5。2）铸件的机械加工余量对于气缸体加工面的铸件加工余量确定，由工艺人员手册查得选取 MA为 G 级，各表面的总余量见下表，再根据总余量及气缸零件的尺寸，确定毛坯的总尺寸来。如下表 3-1表 1 主要尺寸面工序尺寸Table 1 Main size face procedure sizes主要尺寸面基本尺寸总加工余量毛坯尺寸1.气缸体的顶面及底面;650（-0.4 -0.6）6.5+6661.5 mm2.轴承座的分开面及其侧面1480.08185(+0.045 0)55153 mm174 mm3.主轴承孔94.98(+0.021 0)6.582 mm4.左侧面四块基准平面及三个凸台面1900.51500.544194 mm154 mm75.气缸体四个气缸套孔152（+0.26 0）144(+0.03 0)55142 mm134 mm3.3 气缸体的工艺规程设计3.3.1 定位基准的选择基面的选择是工艺规程中的重要工作之一。基面的选择正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺工程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。1）粗基准的选择：粗基准的选择原则一般是：保证各加工面均有足够的余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；并且要注意的是，粗基准一般只应用在首道工序中，且只能用一次6。对于箱体类零件，一般选择重要孔（四个气缸套孔）的毛坯孔与气缸体的内腔（对口面）作为粗基准。另外，粗基准的选择还要考滤能否保证定位准确，夹紧可靠；气缸体内是否有足够的空间，即内装零件与箱壁是否有足够的间隙。2）精基准的选择：精基准一般是加工出来的表面，在工艺的第二道工序开始使是精基准。在选择精基准时，一般应遵循：基准重合、基准统一、互为基准的原则7。并且尽量使选择面积较大，定位比较稳定，夹紧方案比效简单、可靠，且操作方便。以第 10 道工序（粗铣气缸体顶面、底面和右侧放水阀平面）为例，在其前一道工序中，已将气缸体右侧面四块基准平面和三个凸台面加工出来，目的就是为本道工序准备定位基准。夹具的定位分别为两对支承板和两个支承钉。3.3.2 表面加工方法的选择选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方法所能获得的加工质量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的，工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件(生产类型、设备状况、工人的技术水平等)选用最适当的加工方法，加工出合乎图纸要求的机器零件。具有一定技术要求的加工表面，一般都是只通过一次加工就能达到图纸要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐步达到加工质量要求8。例如，加工一个精度等级为IT7 的螺纹孔，其最终工序选用丝锥攻丝，则其前导工序可分别选为钻孔，扩8孔，铰孔。主要表面的加工方案和加工工序选定之后，再选定次要表面的加工方案和加工工序。1）加工阶段的划分：可以分为粗加工阶段；半精加工阶段；精加工阶段和光整加工阶段。将零件的加工过程划分为加工阶段的主要目的是： 保证零件加工质量； 有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理； 有利于合理利用机床设备。 工序的集中与分散工序集中原则：按工序集中原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，将许多工序组成一个集中工序，最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工9。传统的流水线、自动线生产基本是按工序分散原则组织工艺过程的，这种组织方式可以实现高生产率生产，但对产品改型的适应性较差，转产比较困难。 工序分散原则：按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些，最大限度的工序分散就是每个工序只包括一个简单工步。采用数控机床、加工中心按工序集中原则组织工艺过程，生产适应性反而好，转产相对容易，虽然设备的一次性投资较高，但由于有足够的柔性，仍然受到愈来愈多的重视。工序顺序的安排机械加工工序的安排：先加工定位基准面，再加工其它表面先加工主要表面，后加工次要表面；先安排粗加工工序，后安排精加工工序；先加工平面，后加工孔。 热处理工序及表面处理工序的安排:为改善工件材料切削性能安排的热处理工序，例如，退火、正火、调质等，应在切削加工之前进行10。为消除工件内应力安排的热处理工序，例如，人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后进行。为了减少运输工作量，对于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前进行。对于机床床身、立柱等结构较为复杂的铸件，在粗加工前后都要进行时效处理(人工时效或自然时效)，使材料组织稳定，日后不再有较大的变形产生。为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行。 其它工序的安排:为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排9检验工序粗加工全部结束之后；送往外车间加工的前后；工时较长和重要工序的前后；最终加工之后。除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。 零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夹紧工件的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。 2）机床设备与工艺装备的选择 所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应，精度等级应与本工序加工要求相适应，电机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备(包括夹具、刀具、量具和辅具)；在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。机床设备和工艺装备的选择不仅要考虑设备投资的当前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有足够的柔性。3.3.3 工艺路线的制定根据上述分析，可以拟定气缸体的机械加工工艺路线，如下表 3-2。表 2 4125 气缸体机械加工工艺过程Table 2 The 4125 cylinder block mechanical processing process technolog工序号工序名工 序 简 图10续表 2工序号工序名工 序 简 图5铣气缸体左侧面四块基平面和三个凸台面10粗铣气缸体顶面、底面和右侧放水阀平面15在气缸体底面钻、铰两定位孔11续表 2工序号工序名工 序 简 图20精铣气缸体底面25粗、精铣气缸体前后端面、固定水泵法兰和起动机进水管的法兰30粗镗气缸体五个半圆主轴承孔、三个凸轮轴孔、钻一个惰轮轴孔12工序号工序名工 序 简 图35粗镗气缸体四个气缸套孔40铣气缸体燃油精滤器安装面和两个水管平面45铣气缸体主轴承座的分开面续表 213工序号工序名工 序 简 图50铣气缸体主轴承座端面和轴瓦固定槽 55拉气缸体主轴承座的分开面60精铣气缸体顶面和左侧面两个长方块续表 214续表 2工序号工序名工 序 简 图65在气缸体顶面和前后端面上钻孔和倒角70在气缸体顶面和前后端面上攻螺纹75钻气缸体润滑主油道孔15续表 2工序号工序名工 序 简 图80在气缸体顶面和右侧面上钻孔85在气缸体底面和左侧面上钻孔 与上述类似90钻十个润滑支油道孔16续表 2工序号工序名工 序 简 图95钻十个固定主轴承盖的螺栓底孔和一个油孔，并在左侧面钻油标尺孔底孔100在气缸体第一主轴承座上钻斜油孔105攻气缸体固定主轴承盖的十个螺栓孔和一个油标尺螺孔17续表 2工序号工序名工 序 简 图110在气缸体底面和左右侧面上攻螺纹115钻气缸体八个挺杆导管底孔120扩、铰气缸体八个挺杆导管底孔18续表 2工序号工序名工 序 简 图125精镗气缸体四个气缸套孔130精锪气缸体四个气缸套筒座的端面135在气缸体四个气缸套孔内镗阻水阀槽19续表 2工序号工序名工 序 简 图140清洗和吹净气缸体在热水中清洗零件 3 到 4 分钟，水温不低于 80 度，用压缩空气吹净零件145去毛刺、清除切削、倒角等在气缸体底面和分开面上去毛刺、检查裂纹、捅掉主润滑油道内的铁屑，用压缩空气吹150检验检查铸造的缺陷；检查机械加工的缺陷，并作出标记155在气缸体上装十个双头螺栓螺栓和螺栓孔分组装配，保证中径过盈量在 0.03 到 0.14 mm之间160安装气缸体主轴承盖无165在气缸体前后端面主油道孔上扩孔、攻螺纹、并在前端面上钻孔20续表 2工序号工序名工 序 简 图170半精镗气缸体五个曲轴主轴承孔、三个凸轮轴轴孔和一个惰轮轴孔175在气缸体第五曲轴主轴承座的两端镗端面21续表 2工序号工序名工 序 简 图180精镗气缸体五个曲轴主轴承孔、三个凸轮轴孔和一个惰轮轴孔185压入气缸体八个挺杆导管从气缸体底面压入，并使导管高出挺杆室隔板面 12 mm190在气缸体底在的后端面和左右侧面上钻孔22续表 2工序号工序名工 序 简 图195在气缸体后端面和左右侧面上铰孔和攻螺纹，并铰八个挺杆导管孔200珩磨气缸体五个曲轴主轴承孔205清洗并吹净气缸体在热水中清洗零件（水温不低于 80 度）用压缩空气吹净零件210清洗并吹净气缸体全部油道孔用热水清洗气缸体全总油道孔，用压缩空气吹净气缸体油道孔23工序号工序名工 序 简 图215压入气缸体三个凸轮轴衬套无220铰气缸体三个凸轮轴衬套孔，并铰惰轮轴孔225准备移交检验清除铸件内的切屑，用压缩空气吹尽零件，按主轴承痤顺序在螺栓和螺母上打顺序号230检验检验各主要孔的尺寸、形状和位置精度，检查机械加工缺陷，并作标记235清洗并吹净气缸体在热水中清洗零件，清洗机的水温应在 75 到 85 度，用压缩空气吹净零件4 专用夹具的设计4.1 夹具设计概述在发动机气缸体零件的机械加工过程中，为了完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，首先要将工件固定，使之占有确定的位置。为了保证工件占有确定位置，就需要专用的装置。箱体零件结构复杂、不易定位；尺寸公差、形状公差、和位置公差要求很严，内孔的粗糙度要求很高，这就需要设计箱体专用的夹具来满足加工要求11。专用的夹具对保证零件的质量、提高加工效率、降低生产成本、改善劳动条件、保证生产安全、扩大机床的使用范围、缩短产品的使用周期等方面有着极明显的经济效益。244.1.1 夹具的基本组成1）定位元件：它与工件的定位基准相接触，是确定工件在夹具中正确位置的主要元件12。定位元件的结构与所定位工件的基准面有关。本次设计中的支承板、支撑钉、预定位板、摆动压板。2）夹紧机构：它是夹紧工件用的，其结构与所夹紧工件的部位和作用有关。夹紧机构通过原始力产生夹紧力将工件夹紧，保持工件定位所取得的正确位置在受到切削力的作用时不产生位移和变形。本次设计中的摆动压板。3）夹具体：它是将定位元件、夹紧机构等联接成一体的主体件，并与机床相联接。4）引导元件：为了预先调正刀具的位置，在夹具中设有确定刀具位置或导引刀具方向。本次设计中的对刀块。5）连接元件：它是设有供夹具本身在机床上定位和夹紧用的连接元件，也可以承受铣削时的切削扭转力矩，加强夹具在工作过程中的稳定性。本次设计中的定位键。6）其他辅助元件4.2 粗铣气缸体平面夹具的设计4.2.1 零件本工序的加工要求分析该设计零件是气缸体，它是发动机的基础零件及骨架，同时又是发动机总装配时的基准零件，是一个形状复杂、加工要求较高的薄壁零件。其毛坯材料为 HT150。从第一部份的工艺路线可看出，该零件的加工工序较多，形状较复杂，任务书中指出，要求我们设计工序十（粗铣气缸体平面）的专用夹具。从工艺表中可知，在此工序前我们已把气缸体左侧面四块基平面和三个凸台面加工完毕，而本工序要求为上下顶底面间距为 650（+1.5 +1.0） ，表面的表面粗糙度为6.3。在定位时以对中面作为基准，使气缸体与对口面的间距为 143.50.5，另外在加工右侧放水阀平面时，保证该平面与与气缸中间平面的定位尺寸 108，并且表面粗糙度为 6.3。本要序可采用三轴龙门铣床配合专用夹具完成那三部份的加工。如图 2 为气缸体零件加工工序 10 的工序图。25图 2 气缸体零件 10 号工序图Fig.2 The cylinder block parts 10 process figure4.2.2 夹具的类型的确定由于零件本工序需加工的三个部份均是平面，故采用铣削加工较为合理，故在设计夹具时，我们就必须选择铣夹具。铣床是用来加工一般平面、沟槽及各种成形面。特别是一些形体复杂的回转体零件上的平面加工，在加工时，铣削用量一般较大，因此产生的切削力也较大13。并且由于加工时铣刀齿的不连续工作，以及切削余量的变化。作用在每个刀齿的切削力的变化所引起的振动亦较大。因此要求铣床夹具的夹紧装置要产生足够大的夹紧力，并且对夹具体及夹具各部份的刚度和强度也较其它夹具为高，夹具上的定位元件的布置因应使元件的加工表面尽可能的靠近工作台，使夹具重心尽量低些。铣床夹具的形式较多，由于铣削加工中多数情况是夹具和工作台一起作送进运动，而夹具的整体结构在很大程度上取决于铣削加工的进给方式，因此通常按进给方式将其分为直线进给式夹具、圆周进给式夹具和靠模夹具等三种14。在此，综合机床零件的结构特性及加工特性选择直线进给式夹具。4.2.3 拟定定位方案和选择定位元件（1）定位方案的拟定要保证加工出来零件的精度要求，使加工出来的零件合格就必须保证定位正确及定位准确。 在粗铣气缸体顶面、底面和右侧放水阀平面工序 10 中，可在其夹具分布支承板 9 和 11 各两个，支承钉 1 两个，让其分别与气缸体上道工序加工完的四26个基平面和对口面接触，实现气缸体零件的完全定位。（2）定位元件的选择在上面我们用来定位的元件有两对支承板 16，以及两个支承钉 1，它们均属于固定支承。选用工件以平面定位的定位元件时，要求定位平面的精度高，若以毛基面或粗基面定位时，可采用支承钉。而以精基面，特别是以大的精基面定位时，可采用支承板。在定位方案中，气缸体只有四个基平面和三个凸台面，已完成了加工操作，有一定的精度，而对口面就没作加工处理，其精度较低。故在选择定位元件时，与四个基平面配合的定位元件用支承板 16 各两个，与对口面配合的定位元件用支承钉 1。支承钉可用基孔制 H7/n6 的过渡配合直接压入夹具体内，若支承钉经常更换，为防止换坏夹具体，可加装一个淬硬的钢质衬套，在支承钉的材料选时，由于 D 大于 12mm，按 YB4-63 规定为 20 号钢或 40Cr 钢，淬后的硬度分别为HRC60-64、HRC48，有必要时还可以对其进行发兰，磷化等防锈处理。支承板最好采用带有排屑槽的，其材料可选用 T7A 或是 20Cr 钢制造，淬硬后的硬度分别为 HRC60-64、HRC59。4.2.4 确定夹紧方案夹紧装置是夹具的重要组成部份，用于防止工件在切削力、自重及惯性力等作用下产生移动或振动，即保持工件定位后的正确位置。夹紧机构的种类有很多，分类方法也不一定完全一样，就其夹紧特性可分为：直接夹紧机构和自锁夹紧机构两种15。在此设计中，我们采用直接夹紧机构用气动夹紧。这样的优点是：（1）无介质费用和供用上的困难，维护简单，介质清洁，管道不易堵塞，亦不存在介质变质、补充和更换等问题；（2）空气的粘度很小，在管道中的阻力小，能够实现远距离控制；（3）压缩空气的工作压力低，因此可降低对换气动元件的材料和制造精度上的要求；（4）空气的流速快，反应灵敏，可缩短辅助时间；（5）夹紧力恒定，能保证夹紧精度，也易调整，同时夹紧力不受，周围环境温度的影响16。4.2.5 确定对刀装置通常在铣床夹具和刨床夹具中采用对刀装置，以保证刀具与夹具定位元件间具有正确的相对位置，这种相互间的位置可以采用三种方法进行调整：试切工件凋整；用已加工好的样件调整；用对刀装置调整。27对刀装置由对刀块和塞尺组成，在夹具中对刀块做成单独的元件，用定位销和螺丝钉紧固在夹具体上，对刀时为了避免对刀块碰伤刀具刃口并便于控制对刀精度，在刀具和对刀块间塞进一规定厚度的塞尺，当塞尺刚好通过对刀块与刀具间的间障时，即认为刀具的位置已被调整好17。由于零件本工序加工对象均是平面，宜采用高度对刀块，如图所示，高度对刀装置分为两种类型，其 A 型适于加工水平面，B 型适于加工两相互垂直的平面。因此，我们选择 A 型，分别安装在夹具体的三个位置。 （另外，还要在夹具体上增加导向键，实现夹具与机床的定位） 。4.2.6 夹紧力的分析计算根据工件加工要求、定位元件的结构和布置、加工工程中的受力状况等来合理确定夹紧力的三要素方向、作用点和大小18。本设计中采用四个气缸单独驱动的摆动式压板杠杆结构。四个垂直安装的气缸驱动缸体右侧两端的四块摆动压板将气缸体夹紧，另外还设计了勾头压板夹紧气缸体，防止在 Y 轴的窜动。1）夹紧力应朝向主要限制面，根据夹具机构和工件加工形式可知，夹紧力主要方向应在 Z 方向，其次是 Y 轴方向。2）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，在工件刚度高的方向和部位，并应靠近工件的加工表面。3）夹紧力大小的估算:加紧过程中，工件受到切削力、重力、支承力，摩擦力等的作用。理论上，夹紧力的作用应与上述力的作用平衡；而实际上，夹紧力的大小与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等有关，而且切削力的大小在加工工程是变化的，夹紧力主要平衡切削力，夹紧力只能进行粗略的估算。在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数19 K=K0K1K2K3 （1）式中 K0基本安全系数，K0=1.5；K1加工性质系数，K1=1.12；K2刀具钝化系数，K2=1.15；K3切削特点系数，K3=1.1；由前面已知 Fc=4332.5N，所以 Z 轴方向的受力 Fc1=KFc=9207.5N。Y 轴方向的受力 Fv1=KFv= Fc10.52=4788N28X 轴方向的受力 Fe1=KFe= Fc10.5=4604N图 3 杠杆夹紧机构受力图Fig.3 The lever clamping mechanism diagram 考虑 Z 轴方向的夹紧情况，如图 4.2由公式20Ffl=Fl1 （2）式中，r-销轴半径，r=25mm； f-销轴与压板之间的摩擦系数，f=0.20；l1-气缸推杆对销轴的力臂，l1=70mm；l-压板作用点对销轴的力臂，l=155mm；由于选气缸工作压力为 0.4Mpa,根据气缸表 10-33，选气缸推力F=12000N。可以求出 Fj=5419N,于是总夹紧力 F总 j=4Fj=21677N.此时，F总 j已大于所需的 9207.5N 的夹紧力。则 Z 轴方向的夹具设计合理。 考虑 Y 轴方向的夹紧力情况加工气缸体底面时 Fj2l2/2=Fv2l2 Fv2= Fv1=4788N 则 Fj2=9576N12000N加工气缸体顶面时，Y 轴方向的受力 Fv1=KFv= Fc10.52=4788N12000N，则 Y 轴方向的夹具设计合理。 考虑 X 轴方向的夹紧力情况铣削的横向进给为 X 正方向，在夹具的右侧与气缸体之际安装预定位板就行了，没有必要再增加另外的的夹紧机构。29X 轴方向的受力 Fe1=KFe= Fc10.5=4604N12000N经过上面的夹紧力的分析，夹具安全可靠。由此可以选用此夹紧机构，从而最终设计出本道工序的铣床夹具的装配图，如下图 4-3。图 3 铣床夹具图Fig.3 Milling machine fixture figure5 总结毕业设计是大学的最后一堂课了，通过这次毕业设计，我很好的巩固了大学所学的知识同时也学到了很多新的知识，各种学科的综合运用在这次设计中得到了很好的体现。本次设计内容是 4125 型柴油机气缸体的加工工艺和粗铣气缸体平面的夹具设计，设计的主要工作有：了解零件的结构特点和技术要求；根据生产类型和所拟企业的生产条件，对零件进行结构分析和工艺分析；确定毛坯的种类及制造方法；制定零件的机械加工工工艺过程；填写机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片；设计指定工序的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图。气缸体的结构很复杂，为了能够圆满的完成此次毕业设计，我结