初稿-GG950汽缸体加工工艺及专用设备设计说明书

GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计1GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计2摘要随着我国经济的发展，国内汽车工业的迅速发展，提高汽车产品零部件的生产效率和加工质量对整个汽车行业的发展至关重要。发动机汽缸体是汽车重要部件之一，其生产效率和加工质量直接关系到汽车的生产效率和性能。因此，研究汽缸体的加工工艺具有重要意义。本文在参考了国家内外大量文献资料的基础上，对 GG950 汽缸体零件的机械加工工艺过程进行了深入的分析和研究，并提出了一种加工 GG950汽缸体零件专用机床的设计方案,专用机床方案设计的主要依据是工件分析和工艺分析。专用机床结构设计是在“移植” 和简作通用机床结构的墓础上创造特殊机构。本文对汽缸体机械加工工艺方案的研究兼顾了工序集中与工序发散的原则，既具有较高的柔性，又提高了生产效率。实践表明，该工艺方案的设备利用率高，生产能力稳定，可靠性较号，对同类产品的加工及工艺设计具有一定的参考价值。关键词：专用机床，钻床，汽缸体；GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计3目录摘要 .2目录 .31 绪论 .41.1 金属切削机床发展概况 .41.2 国内外金属切削机床研究现状 .61.2.1 国内金属切削机床研究现状 .61.2.2 国外金属切削机床研究现状 .61.3 汽车汽缸体生产的发展过程 .71.4 汽车汽缸体生产的现状 .81.5 本文研究目的 .82 GG950 汽缸体机械加工工艺设计 .112.1 GG950 汽缸体加工要求 .112.2 汽缸体工艺方案设计原则和依据 .122.3 汽缸体机械加工工艺设计的主要内容 .132.4 确定汽缸体机械加工工艺流程 .173 多轴钻床设计 .193.1 多轴加工的应用和优势 .193.2 设计前的准备 .213.3 传动系统的设计计算 .233.4 多轴箱的结构设计与零部件的绘制 .28结论 .50致谢 .51参考文献 .52GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计41 绪论1.1 金属切削机床发展概况一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部” 、 “总工艺师” ，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在 18 世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770 年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至 19 世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50 年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计5入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在 1949 年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和 19 世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949 年全国机床产量仅 1000 多台，品种不到 10 个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过 50 多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产 5000 多种机床通用品种，数控机床 1500 多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。某些零件的加工，通用机床不能满足，或者不能很好地满足要求，必须设计专用机床。如：某些形状奇怪的零件，通用机床不能加工；有些虽然能加工，但某项精度要求很高，达不到要求，有些虽然能加工，也能保证精度，但是生产率太低，或者经济效果不好，或者操作劳动繁重等，这类情况必须设计专用机床。专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计6专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。本课题盘丝零件加工专用机床即用于盘丝零件端面车削加工。1.2 国内外金属切削机床研究现状1.2.1国内金属切削机床研究现状各种机床分类中，金属切削机床是使用最广泛、数量最多的机床类别，因此通常狭义的机床仅指金属切削机床类产品。金属切削机床分类方法很多，最常用的分类方法是按机床的加工性质和所用刀具来分类；此外还可以根据车床万能性程度、机床工作精度、重量和尺寸、机床主要器官数目、自动化程度不同等进行分类。2.金属切削机床机床行业子行业分类机床行业根据制造产品可划分为如下几个子行业：机床行业子行业规模比重对比由2008年统计数据来看，金属切削机床制造业是机床行业的主要子行业，其资产比重占机床行业的54.14%，收入比重和利润比重也几乎占据整个机床行业一一半的份额；其次是金属成形机床制造业、铸造机械制造业、其他金属加工机械制造，收入比重均在10%以上。3.金属切削机床行业发展分析行业规模金属切削机床行业资产规模在机床各子行业中居第一位，远高于其他各类子行业。截止2008年底，中国金属切削机床制造业拥有646家企业，比2007年增加133家；资产总额978.72亿元，比2007年增长了17.66%。产量2008年中国金属切削机床和数控机床产量较2007年有所下滑，全年金属切削机床总产量61.69万台，其中数控机床12.2万台，同比分别降低2.4%和3.3%。销售收入2008年，金属切削机床制造业实现销售收入783.19亿元，增长18.32%，但增速比2007年下滑9.92个百分点。发展趋势目前中国处于工业化中期，即从解决短缺为主的阶段逐步向建设经济强国转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲。中国目前是世界第一大机床消费国，其中数控机床逐渐成为机床消费的主流。2010年，中国金切机床行业会有更大的需求，尤其是中高档数控机床产品。预计2010年中，中国数控机床消费有望超过60亿美元，台数超过10万台，中高档数控机床比例大幅增加。作者介绍：梁煜，工业品事业部研究员，通用机械、水处理领域研究方向。河南理工大学工学学士，拥有5年市场研究经验。服务过众多产品的内外资企业，如通用机械、水务、医药、化工等行业的几十家客户。客户包括欧姆龙、KSB、西门子、东芝、辉瑞制药等。GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计71.2.2国外金属切削机床研究现状中国机床行业经过近几年技术改造和产品开发锻炼，无论是生产能力还是产品技术水平都有长足进步，但是与国外产品相比还有很大不足。最大的差别是核心余兴部件的技术水平和运行速度、产品精度保持性、机床可靠性，以及整体机床制造工艺水平与质量几个方面。国产数控机床的几何精度和工作精度在试制期间可以达到高于设计标准，但是批量产品中却无法达到每台高精度的要求。而国外企业通过先进的生产制造工艺控制，可实现数控机床的批量高精度出产。国产数控机床从样品到商品还有一段距离。美国企业通过网络企业对企业的服务有效整合供应商与客户的采购和存货系统；大型汽车公司，如通用、福特、戴姆勒和航天航空公司都通过网络在全球范围内与相关体系同步设计开发。机床业的制程管理，远端监控、故障排除和售后服务日渐普及。铣床主轴采用液压轴成模具，运用非接触式取代滚珠轴承；线性马达摆脱应用限制，进入商品化。精密测量的应用，如扫描设备附加于加工设备，可短时间收集大量信息，加以分析、解读、可使使用者快速调整步伐。可见，电子化、高速化、精密化已明显成为美国机床业发展的主轴。1.3汽车汽缸体生产的发展过程从世界汽车工业的发展历程来看，汽车发动机缸体的生产大致经历了传统机械制造自动化和现代机械制造自动化两个发展阶段，具体可以分为以下几个阶段：1、从单件、小批量生产到流水线生产阶段，1904年，国外在汽车发动机缸体生产中开始应用生产流水线，从而开辟了在断续生产中用连续方式组织生产的道路，取得了良好的经济效益。2、刚性自动线生产阶段，从20世纪初开始，国外汽车发动机缸体生产由机械化、半自动化发展到单机自动化，由流水线发展到自动线，基本解决了大批量生产的加工过程的自动化问题。1924年，英国Morris汽车公司通过对单机自动化和流水线的大量改进，建成了世界上第一条刚性的机械加工自动生产线。1935年，原苏联研制成功第一条比较完整的汽车发动机汽缸体加工自动线。二战后，美国福特汽车公司大量采用自动化生产线，汽车生产的生产率成倍增加，汽车制造的成本大大降低。3、数控机床(单工序)、加工中心(多工序)生产阶段进入20世纪50年GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计8代，国外汽车工业的发展和生产系统的复杂性和自动化程度的增加，出现和发展了现代控制理论。现代控制理论的应用和计算机技术的发展，为汽车工业和汽车发动机生产的多品种、中小批量生产方式提供了新的自动化途径，汽车工业的自动化水平得到了迅速的提高。4、柔性制造系统和柔性生产线阶段从20世纪70年代前后开始，汽车发动机缸体的生产进入一个新的发展阶段。一些国家发展了CADCAM集成系统、微型机CNC系统、柔性生产系统、多级计算机控制系统和计算机网络结构系统等，生产规模达到了车间和工厂的综合自动化。这种形式适合于多品种中小批量生产，但具有一次性投资大、成本较高等缺点。1.4汽车汽缸体生产的现状汽缸体是汽车发动机乃至汽车中最重要的零件之一，它的加工质量直接影响发动机的质量品位，并进而影响到汽车的质量和品位，因而发动机缸体的加工长期以来一直受到国内外有关生产厂家的高度重视。发动机缸体生产的常见形式从国内外的资料来看，目前，汽车发动机缸体的生产大致有以下几种形式：(1)以传统的组合机床自动线为基础的柔性化改造这种以提高传统的组合机床自动化程度的技术改造已取得了相当的进展，传统的组合机床在移植了计算机数控技术之后，组合机床的柔性化程度得到很大提高：(2)以加工中心为主体的准柔性生产线这里提出的是一种以加工中心为主体，以普通机床和组合机为辅的“准柔性生产线”方案；(3)适用于多品种、大批量生产的柔性传输生产线(FTL)和柔性制造系统(FMS)。1.5 本文研究目的从历史上看, 机床经历了由专用机床到通用机床, 又由通用机床到专用机床的发展过程。最早出现的原始机床是专用机床。后来, 专用机床的工艺范围扩大并定型化, 机床的布局和结构也定型化, 于是在专用机床的基础上演变出通用机床。再往后, 一方面通用机床的结构和性能不断改善, 另一方面在通用机床结构的基础上又发展出各种高生产率的机床, 包括 专用机床、组合机床、数控机床和自动线等。由于专用机床的工艺、布局、结构以及性能等都是针对特定的被加工零件设计的, GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计9因此易使机床结构简单、自动化和多刀加工, 从而提高了生产率。专用机床的任务是使机床和生产要求之间的矛盾得到统一，因此, 设计专机时, 必须针对矛盾的特点, 采取相应的措施。在一定程度上矛盾的特点即决定了专机的特点。世界上第一台组合机床于 1908 年在美国问世，30 年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ,完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控器( PLC) 、数字控制(NC) 等，能任意改变工作循环控制和驱动系统, 并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线) 等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装滚筒、托盘自动识别计算机生产调度等技术,可实现被输送零部件的定向、定位、升降、回转,通过编码识别及计算机的生产调度实现无序混流输送等。上述组合机床代表了目前我国组合机床装备较高的技术水平,但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业,因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面,加强数控技术的应用,提高组合机床产品数控化率;另一方面 ,进一步发展新型部件,尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化,适应可调可变、多品种加工的市场需 。1求组合机床是工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计10种高效专用机床。组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展而来的。大家都知道，多少年来机械产品加工广泛地采用万能机床。但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，如汽车行业的汽缸体、汽缸盖、变速箱、导块等零件，采用万能机床加工就不能很好的满足要求。因为在某一台机床上总是加工一种工件，使万能机床的很多部件和机构变得作用不大，工人整天忙于装夹工件、启动机床、起刀退刀、停车及卸工件等，不仅工人劳动强度很大，而且生产效率也不高，不利于保证产品加工精度。专用机床的创造，就是为了解决这个矛盾的。专用机床是专门用于加工一种工件或一种工件的一定工序的机床，它可以同时用许多刀具进行切削，机床的辅助动作部分地实现了自动化，结构也比万能机床简单，生产效率提高了。但专用机床有一个最大的弱点：就是当被加工工件稍有一点变动，它就用不上了，需要另造新的机床，不能适应现代机械工业技术迅速发展、产品经常革新的需要，而且这种机床设计制造周期长，造价也高。在总结生产实践的基础上，提出创造这样的高效率机床：它既有专用机床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件的加工特点。为此，将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等设计制造成通用的独立部件，称为“通用部件” 。根据工件加工的需要，用这些通用部件配以部分专用部件就可以组成机床，这就是组合机床。当工件改变了，还是用这些通用部件，只将部分专用部件改装，又可以组成加工新工件的机床。GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计112 GG950 汽缸体机械加工工艺设计2.1 GG950汽缸体加工要求发动机缸体是发动机零件中结构较为复杂的箱体零件，其精度要求高，加工工艺复杂，且加工质量的好坏直接影响发动机整机性能，因此，它成为各发动机生产厂家所关注的重点零件之一。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准零件。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。缸体机械加工生产线生产纲领为：4，0000件年。加工对象：汽车发动机缸体。设备要求：生产设备以卧式加工中心为主，少量工序允许采用立式加工中心。工作制度：251日年，2班制生产H，损失时间9，设备负荷率85。生产节拍：25116O.91O.8560/40000=4.66分/件。缸体是一个整体铸造结构，其上部有4个缸套安装孔；缸体的水平隔板将缸体分成上下两部分；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。缸体的工艺特点是：结构、形状复杂；加工的平面、孔多；壁厚不均，刚度低；加工精度要求高，属于典型的箱体类加工零件。缸体的主要加工表面有顶面、主轴承座侧面、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，主要依靠设备精度、夹具的可靠性和加工工艺的合理性来保证。GG950汽缸体的主要技术要求如下：主轴承孔的精度与粗糙度 8.0862.0Ra，主轴承孔的圆柱度 0.010缸孔的精度与表面粗糙度 .102.，GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计12缸孔中心线对曲轴中心线的对称度 0.05第2、3、4主轴承孔对第1、5主轴承孔的同轴度 0.015各凸轮轴孔同轴度 0.025曲轴中心线对凸轮轴中心线平行度 0.06顶面的平面度和表面粗糙度 0.04，Ra1.62.2汽缸体工艺方案设计原则和依据工艺方案是工艺准备工作的总纲，是工艺规程设计的指导文件。正确的工艺方案设计，有助于系统地运用新的科学技术成果和先进的生产经验，保证产品质量，改善劳动条件，提高工艺技术和工艺管理水平。设计工艺方案应在保证产品质量的同时，充分考虑生产周期、成本和环境保护；根据本企业能力，积极采用国内外先进的工艺技术和装备，不断提高企业工艺水平。发动机缸体机械加工工艺设计应遵循以下基本原则：(1)加工设备选型原则加工设备选型采用刚柔结合的原则，加工设备以卧式加工中心为主，少量工序采用立式加工中心，关键工序一曲轴孔、缸孔、平衡轴孔加工采用高精度高速卧式加工中心，非关键工艺一上下前后四个平面的粗铣采用高效并有一定调整范围的专用机床加工；(2)集中工序原则关键工序一机体缸孔、曲轴孔、平衡轴孔的精加工及缸盖结合面的精铣，采用集中在一道工序一次装夹完成全部加工内容的方案，以确保产品精度满足缸体关键品质的工艺能力和有关技术要求：(3)全部夹具均采用液压夹具，夹紧元件、液压泵及液压控制元件采用德国或美国产优质可靠元器件；(4)整线全部采用湿式加工，采用单机独立排屑，高精度关键加工工序的卧式加工中心采用恒温冷却并加装高精度高压双回路带旁通精过滤系统，加工中心全部带有高压内冷。根据汽车发动机缸体的工艺特点和生产任务要求，发动机缸体机械加工自动生产线由卧式加工中心CWK500和CWK500D加工中心、专用铣/镗床、立式加工中心matec30L等设备组成。(1)顶底面及瓦盖止口面粗铣组合机床本机床为双面卧式专用铣床，采用移动工作台带动工件，机床采用进13西门子s7200PLC系统控制，机GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计13床设独立电控柜，切削过程自动化完成，有自动和调整两种状态：(2)高速卧式加工中心CWK500该加工中心可实现最大流量的湿加工，但由于设备自动排屑处理系统是通过位于托盘下的内置宽式排屑器而完成，该加工中心可以进行干加工；机床主轴转速6000rmin，快速进给速度38mmin：(3)前后端面粗铣组合机床机床采用液压传动；控制系统采用进口西门子s7200PLC系统控制，机床具有一定的柔性；(4)专用机床TXKl500本机床由立式加工中心改造而成型，具备立式加工中心的特点及性能，该机床具有高强度、高耐磨度、高稳定性、高精度、高配置等优点；(5)高速立式加工中心matec30L 该加工中心主轴最高转速9000r/min。控制系统采用西门子公司SINUMEK840D控制系统；(6)高速卧式加工中心CWK500D主轴最高转速15000r/min。影响发动机缸体零件的工艺方案设计因素是多方面的。具体地说，可以从以下几个方面理解。(1)产品对象、产品图样和有关技术文件根据发动机缸体的复杂程度、精度要求等采取相应的工艺措施。生产对象为四缸汽车发动机缸体；(2)产品的生产纲领、生产性质和生产类型该发动机缸体年生产纲领为40000万件；(3)工作制度，设备年有效工作日为320天，平均设备负荷率为80，两班制，16小时/天。2.3汽缸体机械加工工艺设计的主要内容发动机缸体结构复杂，精度要求高，尺寸较大，是薄壁零件，有若干精度要求较高的平面和孔。发动机缸体机械加工的工艺特点是：主要是平面和孔的加工，加工平面一般采用刨、铣削等方法加工，加工孔主要采用镗削，加工小孔多用钻削。由于缸体结构复杂，因此如何保证各表面的相互位置精度是加工中的一个重要问题。1、毛坯的选择发动机缸体采用的材料一般是灰铸铁HTl50、HT200、HT250，也有采用铸铝或钢板的。图5-1所示的发动机缸体采用高强度合金铸铁。缸体在GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计14加工前进行时效处理，以消除铸件内应力和改善毛坯的力学性能。提高毛坯精度，减少加工余量，是提高自动生产线系统生产率及加工质量的重要措旌。由于国外箱体类零件毛坯质量和精度较高，其生产线系统已实现了毛坯直接上线，既省去了毛坯检查装置，也节省了由于毛坯质量问题而浪费的加工工时，提高了综合效益。因此，精化毛坯是提高生产率最有潜力的出路。对于发动机缸体生产线，可在零件上线前粗铣六个面，去除大部分余量，便于零件直接上线。2、机械加工工艺基准的选择与加工选择合理的加工工艺基准，直接关系到能否保证零件的加工质量。一般地说，工艺基准可分为粗基准和精基准。(1)粗基准：对于上线的毛坯，其粗基准的选择尤为重要，如果粗基准选择不合理，会使加工余量分布不均匀，加工面偏移，造成废品。在缸体生产线中，我们采用侧面为粗基准；(2)精基准：对于发动机缸体这种箱体零件来说，一般采用一面两销为全线的统一基准。对于较长的自动生产线系统，由于定位销孔在使用过程中的磨损造成定位不准确，因此，将定位销孔分为23段使用。在缸体定位销孔的加工中，我们采用了以侧面、底面和主轴孔定位，在加工中心上加工。3、机械加工加工阶段的划分和工序的安排一个零件往往有许多表面需要加工，当然表面的加工精度是不同的。加工精度较高的表面，往往要经过多次加工；而对于加工精度低的表面，只需要经过一两次就行了。因此，拟订工艺顺序时，要抓住“加工精度高的表面”这个矛盾，合理安排工序和合理划分加工阶段。安排工艺顺序的原则是：先粗后精，先面后孔，先基准后其它。在发动机缸体的机械加工中，同样应遵循这一原则。(1)粗加工阶段在发动机缸体的机械加工过程中，安排粗加工工序，对毛坯全面进行粗加工，切去大部分余量，以保证生产效率；(2)半精加工阶段在发动机缸体的机械加工中，为了保证一些重要表面的加工精度，安排一些半精加工工序，将精度和表面粗糙度要求中等的一些表面加工完成，而对要求高的表面进行半精加工，为以后的精加工做GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计15准备：(3)精加工阶段对精度和表面粗糙度要求高的表面进行加工：(4)次要小表面的加工如螺纹孔，可以在精加工主要表面后进行，一方面加工时对工件变形影响不大，同时废品率也降低；另外，如果主要表面出废品后，这些小表面就不必再加工了，从而避免浪费工时。但是，如果小表面的加工很容易碰伤主要表面时，就应该把小表面加工放在主要表面的精加工之前；(5)辅助工序也要妥善安排如检验工序，在零件粗加工阶段之后，关键工序加工前后，零件全部加工完毕后，都要适当安排。对加工阶段进行划分，具有以下好处：首先，可以在粗加工后采取措施消除工件内应力保证精度；其次，精加工放在后面，不至于在运输过程中损坏工件已加工表面；再次，先粗加工各面，可以及早发现毛坯缺陷并及时处理，不会浪费工时。不过对于一般小工件就不要分得很细。缸体主要加工表面和辅助工序有：(1)平面加工目前，铣削是发动机缸体平面加工的主要手段，国内铣削进给量一般为300-400mm/min，与国外铣削进给量2000-4000mmmin相比，相差甚远，有待于提高，因此，提高铣削进给量，缩短辅助时间，是提高生产效率的主要途径，发动机缸体精加工一些平面时的铣削进给量达到2399mmmin，大大提高了效率；顶面的铣削是缸体加工中的一个关键工序，其平面度要求为0.02/145mm，表面粗糙度为Ral.6pm。在缸体的加工中，采用侧面和主轴轴承孔定位，顶面、底面和中间瓦盖止口面同时加工，在加工中采用线外对刀装置，能较好地满足发动机缸体加工精度要求：（2)一般孔系的加工一般孔系的加工仍采用传统的钻、扩、镗、铰、攻丝等工艺方法。课题在设计具体的工艺方案时，采用涂层刀具、内冷却刀具等先进刀具，并采用大流量冷却系统，大大提高了切削速度，提高了生产率；（3)深油孔加工传统的加工方法是采用麻花钻进行分级进给，其生产效率低，加工质量差。在发动机缸体深油孔的加工中，采用枪钻工艺；（4)-轴孔的加工三轴孔的加工为缸体孔系加工中精度要求高，工时GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计16长的限制性工序。因此，工序安排、加工方法、刀具等都应特别注意。合盖前加工，即缸体半圆孔和主轴承盖的荒加工，其主要目的是去除毛坯余量、释放应力，为后序加工做准备；在加工中心上加工曲轴孔时，采用双面镗孔，先在曲轴孔一端镗孔到12长度时，然后工作台回转1800，从另外一端再镗另一12长。(5)缸孔的加工缸孔的加工是缸体机械加工中的关键工序之一，一般情况下，其加工工艺过程为粗镗、半精镗、精镗和珩磨。为及早发现缸孔内壁的铸造缺陷，消除应力，应尽量提前粗镗缸孔；由于缸孔的结构特点不同，需采用珩磨工艺，以提高缸孔表面质量。在大批量生产中，缸孔的珩磨一般采用多轴珩磨机或珩磨自动线。在此我们采用珩磨自动线，由粗珩、精珩和检测三台设备组成：(6)清洗清洗分为湿式清洗和干式清洗。缸体机械加工自动生产线采用大流量湿式清洗；(7)检测检测分在线检测和线外检测两种。在发动机缸体的质量检测中，根据实际情况采用线外检测，主要采用三坐标测量机对缸体进行综合测量，每200件抽查15件，每班抽查一件。发动机缸体切削用量的选择包括切削速度、进给量和进给速度的选择。由于加工中所使用的设备都是具有较高精度和刚度的机床和高速加工中心，为保证切削加工的效率，可以适当选择较大的切削用量。发动机缸体的主要加工表面为平面和轴承孔、缸孔等孔的加工，而平面和轴承孔、缸孔的加工方式主要是铣削和镗削，因此这里讨论的切削用量的选择主要是铣削和镗削切削用量的选择。(1)铣削用量的选择铣削用量的选择直接关系到铣削效果的好坏。一般地说，铣削用量的选择原则是：端面铣刀铣削时首先应尽可能取较大的铣削深度和铣削宽度，然后尽可能选取较大的铣削速度。在具体选择铣削用量时所涉及的因素很多，但总的来说，粗铣时工件余量大，加工要求低，主要考虑铣刀的耐用度；精铣时余量小，加工精度要求高，主要考虑加工质量的提高；在发动机缸体的铣削加工中，选用的机床为具有高刚度的高速机床，功率大，刚性好，因而选择了比较大的切削用量；GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计17(2)镗削用量的选择镗削用量的选择根据粗、精加工工艺的不同而不同。粗加工时，选用较大的切削深度，精加工时，选用较小的切削深度。切削深度确定以后，尽可能选用较大的切削用量。在切削深度和进给量选定以后，可在保证刀具合理耐用度的条件下，用计算或查表的方法来确定切削速度。一般地，粗加工时，选择较低的切削速度，精加工时，选用较高的切削速度。在发动机缸体的镗削加工中，选用的机床为具有高刚度的高速机床，功率大，刚性好：刀具为国外先进的刀具，质量高，刚性好，因而选择了比较大的切削用量。2.4确定汽缸体机械加工工艺流程根据以上原则，可初步确定GG950汽缸体机械加工工艺流程如下：工序一：毛坯上线工序二：粗铣上下平面工序三：精铣底面、安装面工序四：钻、铰11孔，钻10-M101.25螺纹底孔，攻螺纹10-M10，钻、铰16孔工序五：粗铣前唇端面工序六：铣缸体两侧面开档工序七：半精镗缸孔，缸孔倒角工序八：去毛刺，检验工序九：精铣顶面，钻10-M14孔，锪2-14.5孔，铰2-18孔，攻螺纹M14工序十：钻孔4-9，7-6.5，8，8-18，8-22，钻螺纹孔18-M14，攻螺纹孔18-M14工序十一：去毛刺、清洗工序十二：粗镗曲轴孔3-84，65，35，30，12，10等，铣瓦槽，钻螺纹孔24-M8及攻螺纹工序十三：粗铣107尺寸平面工序十四：钻18深孔，2-10孔，14-M8，6-M10孔,2-8孔，2-10孔等GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计18工序十五：铣床凸平面工序十六：去毛刺，清洗工序十七：钻5-M10，4-M8，M16，5-6，4-M10等孔工序十八：清洗工序十九：精镗3-86，4-108，4-112等孔工序二十：精铣分离面，钻孔：10-16.5，22-M8，M6，M8等孔工序二十一：空气吹净工序二十二：各面的轴孔去毛刺，清洗工序二十三：检验工序二十四：成品下线GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计193 多轴钻床设计3.1多轴加工的应用和优势根据以上对汽缸体加工工艺的设计，由于汽缸体各表面的孔系比较多，为完成大批量生产任务的需求，需要使用多轴钻床加工。据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，多轴加工是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的多轴加工更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 个 20 孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要 842.5 小时，另外还要划线工时151.1 小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要 171.6 小时，划线也简单，只要 1.9 小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合多轴加工不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的 2000 多个钻孔操作中，有40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。1975 年法国巴黎机床展览会也反映了多轴加工的使用愈来愈多这一趋势。多轴加工是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计20轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。从传动方式来说主要有齿轮传动与万向联轴节传动二种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它主要装在有万向.二种。 （1）万向轴式也有二种:具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的 T 形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圆柱形主轴套。主轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上） 。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种多轴加工方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。也象多轴头那样作为标准部件生产。美国 Secto 公司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有 32 种规格，加工面积从 300300 毫米到 6001050 毫米，工作轴达 60 根，动力达 22.5 千瓦。Romai 工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的孔距。根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。（2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。（3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。（4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。（5）尺寸超差时能立即发现。GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计21多轴钻床是一种能满足多轴加工要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。多轴加工生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，多轴加工的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。3.2设计前的准备工件材料：铸钢；年产量：25 万件； 5- 20 孔尺寸精度 IT13.，确定孔同时加工的轴向力，公式： FFFknVYZdC0式中： =365.9, = , =0.661, =1.217, =0.361, =1.1,FC0d31Z=0.35m/s（表 15-37）文献 1V则 N09.4136.0527.6.9.3653 所需电机功率： KWVP94型号技术规格Z525最大钻孔直径（mm） 25主轴端面至工作台距离(mm) 0-700主轴端面至底面距离(mm) 750-110主轴中心至导轨距离(mm) 250主轴行距(mm) 175主轴孔莫氏解锥度 3 号主轴最大扭转力矩(Nm) 245.25主轴进给力(N) 8829主轴转速(r/mm) 97-1360主轴箱行程(mm) 200进给量(mm/r) 0.1-0.8工作台行程(mm) 325工作台工作面积(mm2) 500375主电动机功率(kw) 2.8GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计22根据上面计算所需电机的功率，现选用 Z525 立式钻床改造为多轴钻床，其主要技术参数如上表。（1）大致了解工件上被加工孔为 4 个 10 的孔。毛坯种类为灰铸铁的铸件，由于石墨的润滑及割裂作用，使灰铸铁很易切削加工，屑片易断，刀具磨损少，故可选用硬质合金锥柄麻花钻（GB10946-89）文献 2（2）切削用量的确定切削速度 ,进给量 .min/21Vcrmf/17.0则切削转速 in/98.64320ds根据 Z525 机床说明书，取 0rns故实际切削速度为： min/2.0167.Vwc （3）确定加工时的单件工时图 2 为钻头工作进给长度，一般 为 5-10mm,取 10mm，切 入L文献 3 md2.10837.631切 出 m5加 工加工一个孔所需时间：min15.07.9621 fnLtwm切 出加 工切 入单件时工时： i6.05.4tmGG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计233.3传动系统的设计计算选定齿轮的传动方式：初定为外啮合。齿轮分布方案确定：根据分析零件图，多轴箱齿轮分布初定有以下图 3，图 4 两种形式根据通常采用的经济而又有效的传动是：用一根传动轴带支多根主轴。因此，本设计中采用了图 3 所示的齿轮分布方案。（3）明确主动轴、工作轴和惰轮轴的旋转方向，并计算或选定其轴径大小。因为所选定的 Z535 立式钻床主轴是左旋，所以工作轴也为左旋，而惰轮轴则为右旋。确定工作轴直径，加工孔径与工作轴直径的关系如下：加工孔径 12 1216 1620工作轴直径 15 20 25因为加工孔径为 10mm,所以工作轴直径选 15mm.主动轴和惰轮轴的直径在以后的轴设计中确定。排出齿轮传动的层次，设计各个齿轮。本设计的齿轮传动为单层次的齿轮外啮合传动，传动分布图如图 4 所示。在设计各个齿轮前首先明确已知条件：电机输入功率 ,齿轮KWP8.21转速 , 齿轮转速 ,假设齿轮、的传min/1360rn min/9603rn动比均为 i=0.84,即齿轮比 u=1.2,工作寿命 15 年（每年工作 300 天） ，两班制。GG950 汽缸体加工工艺及专用设备设计24选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数选用直齿轮圆柱齿轮传动；多轴箱为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB10095-88）;材料选择由表 10-1文献 4选择齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，齿轮材料为 45（调质） ，硬度为 240HBS，齿轮材料为 45（常化） ，硬度 210HBS;选齿轮齿数 ,齿轮齿数 ,取 .241Z 8.2.1412