S295柴油機(jī)氣缸體工藝與工裝設(shè)計說明書

1、. . . . 1.前言1.1 本課題的意義S295柴油機(jī)以其設(shè)計緊湊,啟動輕便,維修簡便,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn),能為手扶拖拉機(jī)、水泵、電站、運輸與多種農(nóng)副業(yè)加工機(jī)械和設(shè)備作配套動力,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)體是柴油機(jī)的一個重要零件, 首先要對柴油機(jī)氣缸體進(jìn)行工藝設(shè)計。要對柴油機(jī)氣缸體零件進(jìn)行工藝性審查，確定零件的結(jié)構(gòu)特點，加工材料，加工表面與其要求等。本設(shè)計的柴油機(jī)氣缸體主要包括兩個部分：工藝設(shè)計部分和工裝設(shè)計部分。工藝設(shè)計主要是對柴油機(jī)氣缸體的加工工藝路線進(jìn)行設(shè)計，工裝設(shè)計部分則是對鉆夾具進(jìn)行設(shè)計。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)水平的飛速提高，設(shè)計新產(chǎn)品、新加工工藝路線，實現(xiàn)現(xiàn)代化，提高生產(chǎn)率，是當(dāng)

2、前生產(chǎn)中的迫在眉捷的任務(wù)。在設(shè)計工作開始之前，老師帶領(lǐng)我們參觀了機(jī)床廠生產(chǎn)流水線，讓我首先對生產(chǎn)柴油機(jī)氣缸體有了感性認(rèn)識。在參觀的過程中，老師認(rèn)真地給我講解了其加工過程和生產(chǎn)方式，分析了各部件的功能特性，避免了我在以后的畢業(yè)設(shè)計過程中的盲目性。1.2 國（外）發(fā)展概況與現(xiàn)狀柴油機(jī)的開發(fā)焦點已由傳統(tǒng)的優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性和耐久性逐步轉(zhuǎn)為目前的優(yōu)先考慮環(huán)保的要求，即以優(yōu)先保護(hù)好人類賴以生存的地球環(huán)境為出發(fā)點去考慮采用何種技術(shù)，去評價其先進(jìn)性。 優(yōu)先考慮柴油機(jī)排放、噪聲對環(huán)境的影響問題，與過去相比也有不同，就是在滿足目前對排氣污染物、顆粒排放與噪聲的限制要求時，不再以犧牲經(jīng)濟(jì)性、動力性和

3、比質(zhì)量等為代價，而是在達(dá)到上述目標(biāo)的同時使產(chǎn)品具有可競爭的商業(yè)價格。歐洲一些公司近年或稍后將繼續(xù)推出能滿足環(huán)境要求的百公里油耗為3L的柴油機(jī)。當(dāng)前和將來一個時期車用柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢突出表現(xiàn)在如下幾個方面： A.進(jìn)一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，特別重視開發(fā)和選擇噴射系統(tǒng)  Perkins公司的Ouadram燃燒室、日野公司的HMMS燃燒室，小松公司的MTEC燃燒室與五十鈴公司的四角形燃燒室等，都在試驗開發(fā)階段，其基本特點是由一個中央渦流與四周的微渦流使空氣燃料快速而充分地混合，并配合以合適的燃油噴射系統(tǒng)。 目前，噴射系統(tǒng)已進(jìn)入一個較快的發(fā)展時期，現(xiàn)正在研究開發(fā)lm

4、s完成一次噴射，并在有限時間正確控制噴射量的方法。噴射壓力已提高到160180MPa，實驗室已到200 MPa。如共軌式噴射系統(tǒng)與分段預(yù)噴射系統(tǒng)等，可根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷與轉(zhuǎn)速自動控制合理的噴射規(guī)律和噴油壓力。 B.增壓與可變氣門配氣定時 當(dāng)今柴油機(jī)增壓和增壓中冷已成為標(biāo)準(zhǔn)特點，隨著發(fā)動機(jī)的輕量化與小型化，為了降低車輛油耗，提高車輛裝載效率，必須繼續(xù)提高增壓比與增壓器效率。在進(jìn)一步提高大負(fù)荷區(qū)的過量空氣系數(shù)a時可以減少顆粒排放，同時通過稀燃化，減少熱損失，提高循環(huán)效率，進(jìn)而同時降低油耗，隨著高增壓和高a化，組裝有多個增壓器的復(fù)合系統(tǒng)已成為可能。另外，增壓器固定的渦輪幾何形狀也將

5、由可用于多用途的電控可變幾何形狀所取代。 目前，在小缸徑柴油機(jī)上4氣門和噴油嘴垂直中置技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，為了減少換氣損失，使混合氣的形成進(jìn)一步優(yōu)化，現(xiàn)正在研究采用可變氣門配氣定時，從而使發(fā)動機(jī)在整個轉(zhuǎn)速圍的氣門升程和定時得到最佳優(yōu)化。 C.全電子優(yōu)化控制 如前所述，目前對燃油噴射時間、噴射量、慣性增壓、增壓器、進(jìn)氣渦流與廢氣再循環(huán)(EGR)等都能實現(xiàn)電子優(yōu)化的可變控制，從而對降低排放、減少油耗、提高輸出功率和啟動性能等有很大作用；但是，這些控制中的多半容，如EGR、自動診斷等，還有很多技術(shù)不夠完善，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)，今后還將繼續(xù)開發(fā)其它方面的電子可變控制機(jī)構(gòu)

6、，尤其是與整車相協(xié)調(diào)統(tǒng)一的綜合化的全電子控制系統(tǒng)。 D.排氣后處理技術(shù) 柴油機(jī)能否像氣油機(jī)那樣使用催化劑大幅度減少排放，尤其是NOx，這是柴油機(jī)研制者一直追求的目標(biāo)。日美歐現(xiàn)都在對此進(jìn)行研究，日本有關(guān)大學(xué)、研究所和廠家正在對沸石鎂與氧化鋁的催化劑上用還原劑進(jìn)行NOx還原試驗，美國福特等公司也正在對催化還原系統(tǒng)(SCR)與DeNOx，催化器兩種NOx還原系統(tǒng)進(jìn)行研究。 SCR技術(shù)是利用氮氧化物有選擇地與存在于廢氣中的或噴入的反應(yīng)劑反應(yīng)，利用一個催化器降低NOx排放，排出生成的氧氣。還原反應(yīng)劑可以是在柴油機(jī)廢氣中的HC化合物或是由附加油箱直接噴入廢氣流中的物質(zhì)，如氨等

7、。 與SCR技術(shù)相比，DeNOx催化技術(shù)系統(tǒng)簡單，無有害生成物，目前認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿?。DeNOx催化技術(shù)主要是將NOx催化熱裂變?yōu)镹2和O2,目前的問題是廢氣在催化器中停留時，催化器效率不高，因此帶來轉(zhuǎn)化還原效率也受到很大限制。 為減少顆粒排放而研制的各種“柴油機(jī)顆粒收集器或稱過濾器(DEF)”，雖然不少產(chǎn)品已在歐洲轎車柴油機(jī)上裝車使用，但由于DEF的耐久性差且過濾器的再生問題也沒有徹底解決，因此，該項技術(shù)也正在進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展中。E.改進(jìn)燃料 燃料性能的改進(jìn)，對減少排放起到很大作用，日本繼美歐之后，從1997年開始把輕油中的硫含量降到0.05%以下，以此大幅度減

8、少排放顆粒中的硫酸鹽，同時減少EGR造成的發(fā)動機(jī)部的腐蝕磨耗與催化劑中毒；進(jìn)一步減少硫含量，提高十六烷值，可進(jìn)一步降低NOx。減少芳香烴，尤其是減少3環(huán)以上的芳香族成分，可減少排放顆粒中的硫化物、降低90%的蒸餾溫度、改進(jìn)點火性能；通過使用含氧燃料或添加劑，可降低黑煙顆粒。為了適應(yīng)低硫化與噴射壓力的大大增加，確保燃油噴射裝置的潤滑性，人們對燃料的改進(jìn)開發(fā)寄予了很大期望。 F.代用燃料 隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，尋找一種更清潔的替代石油的原料已勢在必行。經(jīng)過多年的研究試驗，目前公認(rèn)天然氣是21世紀(jì)的首選替代燃料。日本研究表明，天然氣氣車在環(huán)境保護(hù)、石油燃料替代

9、與實用性等方面有著無可比擬的優(yōu)點。近年來，天然氣發(fā)動機(jī)、包括柴油與天然氣的雙燃料發(fā)動機(jī)發(fā)展很快，目前，全世界有幾百萬輛天然氣或雙燃料氣車在運行，預(yù)計到2010年，全球?qū)⒂?/3的國家使用天然氣氣車。正如人類本世紀(jì)初從固體燃料向液體燃料過渡一樣，如今已開始從液體燃料向氣體燃料過渡，從而將提高整個能源系統(tǒng)的效率和清潔性。1.3 課題由來與基本條件課題來源于市江動集團(tuán)。設(shè)計S295柴油機(jī)氣缸體的機(jī)械加工工藝規(guī)程和某道工序的專用機(jī)床夾具，具體進(jìn)行零件加工工藝設(shè)計和夾具設(shè)計。課題的基本條件：課題研究的主要容是A.氣缸體零件的工藝方案分析；B.按照/Z187.388工藝規(guī)程格式規(guī)定，完成機(jī)械加工工藝過程設(shè)

10、計與工序卡片設(shè)計；C.夾具裝配圖；D.夾具的主要零件圖（若干）。1.4 課題設(shè)計思路本畢業(yè)是：S295柴油機(jī)氣缸體工藝與工裝設(shè)計。需要解決的問題主要是:設(shè)計S295柴油機(jī)氣缸體的機(jī)械加工工藝規(guī)程和某道工序的專用機(jī)床夾具，具體進(jìn)行零件加工工藝設(shè)計和夾具設(shè)計。設(shè)計思路：A按照/T9165.21998工藝規(guī)程格式規(guī)定，進(jìn)行零件加工工藝設(shè)計；B夾具設(shè)計要求定位合理，夾緊可靠，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，調(diào)試與維修便利，提高生產(chǎn)效率；C應(yīng)盡量保證以最低的加工成本達(dá)到符合零件圖要求的加工精度；D設(shè)計圖樣總量：折合成A0幅面在3以上；裝配圖需提供手工草圖。1.5 預(yù)期成果與實際價值設(shè)計的預(yù)期效果是：畢業(yè)設(shè)計說明書滿

11、足相關(guān)要求。應(yīng)用計算機(jī)軟件繪圖，并滿足要求。25 / 262柴油機(jī)氣缸體的工藝設(shè)計21 零件的工藝性審查2.1.1 零件的結(jié)構(gòu)特點柴油機(jī)氣缸體為箱體類零件 ，多個表面需要經(jīng)過銑削，保證表面粗糙度與位置度公差。表面上還有多個孔要經(jīng)過鏜，鉆，達(dá)到裝配精度要求。2.1.2 零件材料材料為HT250，其硬度為HB 200-270。2.1.3 零件的主要技術(shù)要求A.鑄件應(yīng)經(jīng)退火處理，消除應(yīng)力 B.顯微組織應(yīng)為細(xì)片狀或中等片狀珠光體，允許有少量（不大于5%）的鐵素體和孤立分布的磷共晶體存在，石墨呈鉸均勻分布的細(xì)小或中等片狀或菊花狀C.鑄件不允許存在的鑄造缺陷：a.鑄件不允許有裂紋，澆不足嚴(yán)重粘砂，與其其他

12、降低鑄件結(jié)構(gòu)強度或影響切削加工和鑄件定位夾緊的鑄造缺陷；b.機(jī)體與氣缸套的接合的表面主軸承孔和螺紋孔不允許有任何加工不掉的鑄件缺陷；c.鑄件的所有通水道不允許有嚴(yán)重影響水流狀態(tài)的披縫與其他夾雜物存在。D.鑄件允許存在的鑄造缺陷：a.非加工表面在離邊緣20處允許有單個氣孔，總數(shù)不多于5個直徑小于5，深度小于1/4壁厚；b.加工表面上不應(yīng)在邊緣與螺孔周圍10的圍有氣孔存在，其余部分允許有單個氣孔，總數(shù)不多于5個，直徑小于3，深度小于1相鄰氣體間距大于30；c.鑄件存在的披縫和澆冒口殘根高度特定部位外，非加工面小于2,待加工面小于3；d.所有加工表面允許有因石墨破裂而形成的點狀針孔；e.去尖角毛刺；

13、f.螺紋光潔無凹陷裂紋；g.油道應(yīng)徹底清除金屬屑并在490kPa的油壓下進(jìn)行試驗，歷時1min不應(yīng)有滲漏現(xiàn)象；h.應(yīng)清除型砂、粘砂、毛刺與金屬屑，不加工表面應(yīng)涂以鐵紅環(huán)氧底漆。2.1.4 加工表面與其要求A.加工表面上不應(yīng)在邊緣與螺孔周圍10的圍有氣孔存在，其余部分允許有單個氣孔，總數(shù)不多于5個，直徑小于3，深度小于1相鄰氣體間距大于30。B.所有加工表面允許有因石墨破裂而形成的點狀針孔。C.加工表面粗糙度與位置度公差都已在工藝卡中標(biāo)出，按其標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行加工。詳細(xì)結(jié)構(gòu)與尺寸與加工要求見S295柴油機(jī)機(jī)體零件圖。2.2工藝規(guī)程的設(shè)計2.2.1 確定毛坯的制造形式零件的材料HT250。大批生產(chǎn)，而且

14、零件的輪廓尺寸較大，鑄造表面質(zhì)量的要求高，且為箱體類零件。故可采用鑄造質(zhì)量穩(wěn)定的，適合大批生產(chǎn)的金屬模鑄造。便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產(chǎn)率。2.2.2 基準(zhǔn)的選擇A.粗基準(zhǔn)的選擇：對于本零件而言，按照互為基準(zhǔn)的選擇原則，選擇本零件的下表面作為加工的粗基準(zhǔn)，可用裝夾對肩臺進(jìn)行夾緊，利用底面定位塊支撐和底面作為主要定位基準(zhǔn)，以限制z、z、y、y、五個自由度。再以一面定位消除x、向自由度，達(dá)到定位的目的。B.精基準(zhǔn)的選擇：主要考慮到基準(zhǔn)重回的問題，和便于裝夾，采用已加工結(jié)束的上、下平面作為精基準(zhǔn)。2.2.3 制訂工藝路線A.制定原則：工藝路線的制定原則是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、成本低，即在保證產(chǎn)品

15、質(zhì)量的前提下，爭取最好的經(jīng)濟(jì)效益。必須可靠地保證零件圖樣上所有技術(shù)要求的實現(xiàn)在規(guī)定的生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)批量下，應(yīng)通過對幾種可能的工藝方案的分析對比，選擇經(jīng)濟(jì)上最合理的方案，使產(chǎn)品的能源、材料消耗和生產(chǎn)成本最低。充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，少花錢，多辦事。在工藝方案上要注意采用機(jī)械化或自動化措施，盡量減輕工人的勞動強度，保證生產(chǎn)安全，創(chuàng)造文明的勞動條件。要了解國外本行業(yè)工藝技術(shù)的發(fā)展水平，通過必要的工藝試驗，積極采用適用的先進(jìn)工藝和工藝裝備。B.零件工藝性分析：零件的材料為HT250，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，減震性良好。傳動箱體需要加工表面以與加工表面的位置要求。現(xiàn)分析如下：a.主要加工面：粗

16、銑頂面尺寸保證尺寸286.8mm。平行度誤差為0.03。鏜上、下面各孔至所要求尺寸，并保證各位置度誤差要求。鉆底面孔至所要求尺寸，并保證各位置度誤差要求。鉆孔攻絲側(cè)平面各孔。b.主要基準(zhǔn)面：以下平面為基準(zhǔn)的加工表面：這一組加工表面包括：傳動箱上表面各孔、傳動箱上表面。以下平面為基準(zhǔn)的加工表面：這一組加工表面包括：主要是下平面各孔與螺紋孔。c.工藝路線制定：方案一：分三個階段進(jìn)行加工。粗加工階段,半精加工階段，精加工階段。先粗銑、粗鏜各所需加工的表面與各孔，然后對其進(jìn)行半精加工，最后精加工，最后檢驗入庫。方案二：粗銑各所需加工的表面，再精銑表面，粗鏜各孔，再半精鏜各孔。鉆孔。最后檢驗入庫。方案一

17、是按照工序集中原則進(jìn)行生產(chǎn)的。優(yōu)點：采用高效專用機(jī)床設(shè)備生產(chǎn)效率高。工件裝夾次數(shù)減少，易于保證表面間位置精度，還能減少工序間運輸量，縮短生產(chǎn)周期。工序數(shù)目少，可減少機(jī)床數(shù)量、操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，還可簡化生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)組織工作。缺點：因采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專用設(shè)備與工藝裝備，使投資大，調(diào)整和維修復(fù)雜，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大，轉(zhuǎn)換新產(chǎn)品比較費時。方案二是按照工序分散原則進(jìn)行生產(chǎn)的。優(yōu)點：設(shè)備與工藝裝備比較簡單，調(diào)整比較簡單，調(diào)整和維修方便，工人容易掌握，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量少，易于平衡工序時間，易于產(chǎn)品更換。可采用最合理的切削用量，減少基本時間。缺點：設(shè)備數(shù)量多，操作工人多，占用生產(chǎn)面積大。綜合比較衡量加工質(zhì)量，

18、成本，與經(jīng)濟(jì)性等各方面因素，決定采用第二套方案來進(jìn)行加工。2.3 詳細(xì)設(shè)計計算2.3.1 刀具的選擇根據(jù)工藝的要求與加工精度不同，組合機(jī)床采用的刀具一般有簡單刀具（標(biāo)準(zhǔn)刀具）、復(fù)合刀具與特種刀具。選擇刀具的原則：A.只要條件允許，為使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單、刃磨容易，應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)刀具和簡單刀具。B.為使工序集中或保證加工精度，可采用先后加工或同時加工兩個或兩個以上表面的復(fù)合刀具。C.選擇刀具結(jié)構(gòu)時，還須認(rèn)真分析被加工零件材料特點。根據(jù)工藝要求與加工精度的要求，查參考文獻(xiàn)1,加工孔的刀具均采用標(biāo)準(zhǔn)錐柄麻花鉆。刀具材料為高速鋼，標(biāo)準(zhǔn)號：GB/T 1438-1985。2.3.2.銑室蓋面和飛輪面組合機(jī)

19、床多軸箱上所有刀具共用一個進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺。工作時，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量一樣，且等于動力滑臺的每分鐘進(jìn)給量。這個每分鐘進(jìn)給量（毫米/分）應(yīng)是適合于所有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計成不同轉(zhuǎn)速和選擇不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）與其相適應(yīng)，以滿足不同直徑工件的加工需要,查參考文獻(xiàn)2即 （2-1）式中：,各主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；,各主軸進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）；動力滑臺每分鐘進(jìn)給量（毫米/分）。在選擇了轉(zhuǎn)速后就可以根據(jù)公式： （2-2）選擇合理的切削速度。粗銑室蓋面和飛輪面，保證小耳朵的厚度為26.5±0.1，大耳朵的厚度為25.5±0.1。查參考文獻(xiàn)

20、3表3.12，采用2x400硬質(zhì)合金不重磨套式面銑刀，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，保證厚度為286.5±0.05。采用專用磨具將上下平面磨至所需要求，保證厚度。2.3.4鉆孔查參考文獻(xiàn)2表6-11，得高速鋼鉆頭切削用量如表2-1表2-1高速鋼鉆頭切削用量加工材料加工直徑（mm）切削速度(m/min)進(jìn)給量(mm/r)鑄鐵200241HBS1610180.050.1>612>0.10.18鉆2x6.7孔 ，通選擇500r/min的轉(zhuǎn)速，進(jìn)給量選擇=0.16mm/r由公式（2-1）

21、得=80mm/min由公式（2-2）得切削速度=10.519m/min根據(jù)已選定的切削用量（主要指切削速度v與進(jìn)給量f），確定進(jìn)給力，作為選擇動力滑臺與設(shè)計夾具的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸與其他傳動件（齒輪、傳動軸）的尺寸；確定切削功率，用作選擇主傳動電機(jī)（一般指動力箱電機(jī)）功率；確定刀具耐用度，用以驗證所選用的刀具是否合理。根據(jù)文獻(xiàn)14 ： （2-3） （2-4） （2-5）（2-6）式中：切削軸向力(N)；鉆頭直徑(mm)；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)；切削扭矩(N·mm)；切削功率(kw)；刀具耐用度(min)；切削速度(m/min)，通常根據(jù)鉆孔深度L考慮修正系數(shù)，查參考文獻(xiàn)

22、3,=；零件的布氏硬度值。通常給出一個圍，如HB180220。對于公式(2-3)、(2-4)、(2-5)取最大值，對公式（2-6）取最大硬度值減去偏差值的三分之一。L/D=20/6.7=3.0 查參考文獻(xiàn)3表3-14得=1=10.519×1=10.519m/min由公式（2-3）得：=26×6.5×0.160.8×2850.6=1194.68N由公式（2-4）得： =10×6.51.9×0.160.8×2850.6 =2545.34 N·mm由公式（2-5）得： = =0.13066 kw由公式（2-6）得： =5

23、117.395min2.3.5擴(kuò)孔擴(kuò)2x12U8至11.6,深z為15查參考文獻(xiàn)2表2.17 f取0.8, , ap=0.5mm,取n=270r/min查參考文獻(xiàn)3表3.4-7 T=30min 查參考文獻(xiàn)3表3.4-8 68.2 0.15 0.45 0.4由公式（2-2)得： =9.83m/min2.3.6鉸孔鉸2x12U8至尺寸，深為12選用鉸刀，查參考文獻(xiàn)3，n=530r/min，f=1.5mm/r，ap= 0.2mm。由公式（2-2)得：=19.97m/min2.3.7攻絲攻整體主軸承蓋4xM12-7H深20選用細(xì)柄機(jī)用絲錐，查參考文獻(xiàn)3表7.2-4 f=p=1.75，表7.2-12 T

24、=250min 140 0.4 0.3 0.33根據(jù)查參考文獻(xiàn)3表7.2-13 V取12通孔2.3.8鏜孔精鏜117 H900.087孔，半精鏜117 H9，粗鏜117 H9 由,又d=117mm,初選 n=230r/min,f=0.15mm/r。由公式（2-2)得： =84.5m/min根據(jù)參考文獻(xiàn)3表6-20中公式：（2-7）（2-8） （2-9）(2-10)式中： 圓周力（）；軸向切削力（）；T切削轉(zhuǎn)矩（N）；P切削功率（kW）； v切削速度（m/min）； f進(jìn)給量（mm/r）；D加工直徑（mm）；HB布氏硬度。在本設(shè)計中，由公式（2-7）得：由公式（2-8）得：由公式（2-9）得：由

25、公式（2-10）得：3夾具設(shè)計3.1 夾具設(shè)計的基本要求和步驟3.1.1 夾具設(shè)計的基本要求A.保證工件的加工精度保證工件的加工精度是夾具設(shè)計的最基本要求。其關(guān)鍵在于，正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導(dǎo)向方式，合理地設(shè)計夾具的尺寸、公差和技術(shù)要求，必要時應(yīng)進(jìn)行誤差的分析和計算。B.提高生產(chǎn)效率、減低制造成本夾具設(shè)計的總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)時，應(yīng)盡量采用各種快速、高效的結(jié)構(gòu)、自動裝置和先進(jìn)的控制方法，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率；在中小批量生產(chǎn)中，則要求在滿足夾具功能的前提下，盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，以降低夾具的制造成本。C.操作方便、省力和安全夾具的操作要盡量做到方便、

26、省力，如有條件，盡可能采用氣動、液壓與其他機(jī)械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動強度。并可較好地控制夾緊力。夾具操作位置應(yīng)符合操作工人的習(xí)慣，必要時應(yīng)有安全保護(hù)裝置，以確保使用安全。D.便于排屑夾具的排屑是一個容易忽視的問題，如果排屑功能不好，切屑積集在夾具中，會破壞工件正確的定位；切屑帶來的大量熱量會引起夾具和工件的熱變形，影響加工質(zhì)量；切屑的的清掃又會增加輔助時間，降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴(yán)重時，還會損傷刀具以致造成設(shè)備事故或工傷事故。因此，排屑問題在夾具設(shè)計時必須給予充分的注意，在設(shè)計高效組合機(jī)床夾具時尤為重要。E.有良好的結(jié)構(gòu)工藝性夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、合理，便于加工、裝配、檢驗和維修，應(yīng)盡可能選用

27、標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。夾具設(shè)計是一種相互關(guān)聯(lián)的工作，通常是在參閱有關(guān)資料的情況下，按加工要求構(gòu)思出設(shè)計方案，繪制出圖樣，經(jīng)修改后確定夾具的結(jié)構(gòu)。3.1.2 夾具設(shè)計的步驟A.設(shè)計前的準(zhǔn)備分析產(chǎn)品零件圖與裝配圖，分析零件的作用、形狀、結(jié)構(gòu)特點、材料和技術(shù)要求；分析零件的加工工藝規(guī)程，工藝裝備設(shè)計任務(wù)書，對任務(wù)書所提出的要求進(jìn)行可行性研究；了解所用機(jī)床的規(guī)格、性能、精度以與與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸；了解所用刀具、量具的規(guī)格；了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)組織等有關(guān)問題；收集有關(guān)設(shè)計資料。B.方案設(shè)計在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，確定夾具的類型、定位設(shè)計、夾緊方式、導(dǎo)向方案 、連接方式、總體布局和夾具的結(jié)

28、構(gòu)形式。繪制方案設(shè)計圖，進(jìn)行工序精度分析，對動力夾緊裝置進(jìn)行夾緊力的計算。C.審核檢查夾具的各項功能是否符合設(shè)計要求。D.總體設(shè)計根據(jù)所定方案繪制夾具裝配圖，應(yīng)將夾具的工作原理、結(jié)構(gòu)和各種元件的裝配關(guān)系表達(dá)清楚。用雙點劃線繪制工件外形輪廓。合理選擇材料，標(biāo)注尺寸、公差和技術(shù)要求。E.夾具零件設(shè)計F.夾具的裝配、調(diào)試和驗證3.2 定位方案的確定3.2.1 零件的工藝性分析S295型柴油機(jī)氣缸體材料為HT250，其硬度為212285HBS，在本工序之前柴油機(jī)氣缸體四個主要表面已加工完畢。本道工序鉆鉆10xM8-7H 至6.5，鉆3xM10-7H 至8.5 通，鉆6xM8-7H 至6.5。被加工零件

29、工序圖如圖3-1所示：圖3-1 加工零件工序圖3.2.2 定位方案論證箱體零件的定位方案一般有兩種，“一面兩銷”和“三平面”定位方法。 A“一面兩銷”的定位方法 它的特點是：a. 可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。b. 有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。c. “一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零件整個工藝過程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件的加工精度。同時，使機(jī)床各個工序（工位）的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計、制造周期，降低成本。d. 易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于

30、防止切削落于定位基面上。B“三平面”定位方法 它的特點是：a. 可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。b. 有同時加工零件兩個表面的可能，能高度集中工序。被加工零件為S295型柴油機(jī)氣缸體屬箱體類零件，本工序加工為雙面加工零件，加工工序集中、精度要求高，故選用“一面兩銷”定位方法，采用“一面兩銷”定位方法，能夠保證工件的位置精度要求，同時便于工件裝夾，又有利于夾具的設(shè)計與制造。該工件采用一面兩銷定位方案。方案一：工件的L面，置于水平面上，作為定位基準(zhǔn)（限制三個自由度）；工件的底面靠于夾具左面（限制兩個自由度）；工件的H面以一水平面上的伸縮式定位銷定位（限制一個自由度）。方案二

31、：定位基準(zhǔn)仍為工件L面，置于水平面上（限制三個自由度）；工件的底面靠于夾具左面（限制兩個自由度）；在夾具后面置一擋釘（限制一個自由度）。方案三：定位基準(zhǔn)仍為工件L面，置于水平面上（限制三個自由度）；工件的底面靠于夾具左面（限制兩個自由度）；在夾具左面上裝一伸縮式定位銷，以工件底面上的氣缸壁靠?。ㄏ拗埔粋€自由度）。方案二的定位元件簡單，但缺點在于，后側(cè)擋釘，擋住的面是工件的未加工毛面，因此不能使工件與鉆模板相對位置準(zhǔn)確定位，影響孔加工的位置精度。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，且與被加工孔有尺寸聯(lián)系，以此定位可以很好的保證孔的位置精度。方案三采用了以氣缸壁靠住定位銷，限制y

32、向自由度，定位也很可靠，且能保證孔加工的位置精度，但問題在于氣缸體壁是已精加工過的表面，要求的加工精度，表面質(zhì)量很高，因此應(yīng)盡量避免與其發(fā)生接觸對其表面造成傷害。并且在夾具左面上安裝伸縮式定位銷，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工時鉆頭在此方向上運動。因此空間有限，為避免干涉，不宜將此機(jī)構(gòu)安裝于此。綜上所述，決定選用方案一為夾具定位方案?！耙幻鎯射N”定位方法的銷采用平行四邊形式的聯(lián)動機(jī)構(gòu)。兩個銷通過聯(lián)動機(jī)構(gòu)來進(jìn)行聯(lián)動，從而帶動運轉(zhuǎn)，如圖3-2所示。圖3-2 聯(lián)動機(jī)構(gòu)3.3導(dǎo)向裝置導(dǎo)向裝置的作用在于保證刀具對于工件的正確位置；保證各刀具相互間的正確位置和提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。S295型柴油機(jī)氣缸體的兩面鉆組合

33、機(jī)床的刀具導(dǎo)向裝置設(shè)計在夾具支架上的，由于是大批生產(chǎn)，所以采用可換式導(dǎo)套，是刀具在鉆套工作的。鉆套的主要參數(shù)包括：鉆套的直徑和公差配合，鉆套的長度，鉆套至工件端面的距離。鉆套的配合間隙對于孔的位置精度有較大的影響。為了提高加工的精度，應(yīng)選擇較緊的配合。S295型柴油機(jī)氣缸體兩面鉆孔是在精密的導(dǎo)套中進(jìn)行的，因此要求較高的位置精度，達(dá)到±0.05mm，而且導(dǎo)套應(yīng)盡量接近被加工表面，力求選用較高的精度和較緊的配合。3.4 夾緊裝置的設(shè)計3.4.1 夾緊的設(shè)計要求A夾緊裝置的組成本設(shè)計中夾緊裝置采用液壓夾緊裝置，由液壓裝置、夾緊元件兩部分組成。其組成部分的相互關(guān)系，如圖3-3所示。液壓夾緊裝

34、置液壓裝置夾緊元件工件圖3-3 夾緊裝置組成的方框圖B夾緊裝置設(shè)計的基本要求a夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。b夾緊力的大小要可靠和適當(dāng)，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產(chǎn)生于過大的夾緊變形。c夾緊裝置的自動化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，在保證生產(chǎn)率的前提下，其結(jié)構(gòu)要力求簡單，以便于制造和維修。d夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。C夾緊裝置的選擇通常應(yīng)用的夾緊裝置有氣壓裝置和液壓裝置兩種，各有其優(yōu)越性，要根據(jù)實際情況來選擇用哪種裝置。a.氣壓裝置氣壓裝置以壓縮空氣為力源，應(yīng)用比較廣泛，與液壓相比有以下優(yōu)點：動作迅速，反應(yīng)快。氣壓為0.5MPa時，氣

35、缸活塞速度為110m/s，夾具每小時可連續(xù)松夾上千次。工作壓力低（一般為0.4-0.6MPa）。傳動結(jié)構(gòu)簡單，對裝置所用材料與制造精度要求不高，制造成本低?？諝庹扯刃?，在管路中的損失較少，便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送，易于集中操縱或程序控制等。空氣可就地取材，容易保持清潔，管路不易堵塞，也不會污染環(huán)境，具有維護(hù)簡單，使用安全、可靠、方便等特點。主要缺點是空氣壓縮性大，夾具的剛度和穩(wěn)定性較差；在產(chǎn)生一樣原始作用力的條件下，因工作壓力低，其動力裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大。此外，還有較大的排氣噪聲。b.液壓裝置液壓裝置的特點是：液壓油油壓高、傳動力大，在產(chǎn)生同樣原始作用力的情況下，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸比氣壓小了許多。

36、液壓油的不可壓縮性可使夾具剛度高，工作平穩(wěn)、可靠。液壓傳動噪聲小，勞動條件比氣壓的好。但是，油壓高容易漏油，要求液壓元件的材質(zhì)和制造精度高。通過對以上兩種夾緊裝置優(yōu)缺點的比較，結(jié)合加工工件的精度要求、工人的勞動強度和環(huán)境要求、企業(yè)的實際情況，本設(shè)計中夾緊裝置采用液壓夾緊裝置。3.4.2 夾緊方案論證夾緊力確定的基本原則A夾緊力的方向a.夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。b.夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。c.夾緊力的方向應(yīng)是工件剛度較高的方向。B夾緊力的作用點a.夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承圍。b.夾緊力的作用點應(yīng)選在工件剛度較高的部位。c.夾緊力的作用點應(yīng)盡量

37、靠近加工表面。方案一：采用液壓夾緊裝置安裝于夾具頂部，直接夾壓，兩個圓形壓板自頂向下分別夾壓在工件側(cè)面上，利用摩擦力夾緊工件。方案二：采用液壓夾緊裝置安裝于夾具右側(cè)，直接夾壓，一個壓爪，四個夾壓點自由向左壓在工件頂面上。方案三：采用液壓夾緊裝置安裝于夾具頂部，利用楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)，使壓爪自右向左壓在工件頂面上，用自鎖力夾緊工件。在方案二中，液壓夾緊缸需安裝在夾具右側(cè)壁上，而右側(cè)鉆頭間中心距為90mm，根據(jù)切削力計算所需夾緊力得夾緊缸徑就達(dá)到80mm，所以鉆頭間空間不能安裝下夾緊缸，此方案不可行。再改用方案三，液壓缸置于夾具頂上，用楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)，推動壓爪夾壓工件。但同樣由于此機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，空間仍不能滿

38、足不干涉的要求。根據(jù)以上要求與原則，工件屬于箱體類零件，夾緊力的方向應(yīng)垂直于最重要的定位基面是底面，并將工件壓向該面，而不宜與其他方面進(jìn)行夾緊。由于工件形狀輪廓限制，故采用兩點同時壓向工件，均勻分布壓緊力。用推桿將壓力傳遞至壓板，然后由壓板將壓力分散到工件壓緊表面，從而將工件壓緊。因此，方案一最為合適，它也是一種常用的夾壓方式，簡單可靠。3.4.3 夾緊力的確定夾緊力的預(yù)算：根據(jù)工件所受切削力、夾緊力的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài)，來確定夾緊力。根據(jù)參考文獻(xiàn)7查得夾緊力Q的計算公式如下：（3-1）式中: 安全系數(shù)；切削力；壓板和工件表面間的摩擦系數(shù)；工件和定位支承塊間的摩擦系數(shù)。

39、根據(jù)參考文獻(xiàn)7的表2.2-1查得安全系數(shù)按下式計算：（3-2）式中:為各種因素的安全系數(shù)，考慮工件材料與加工余量均勻性的基本安全系數(shù)，取；加工性質(zhì)，?。坏毒哜g化程度，??；切削特點，取；夾緊力的穩(wěn)定性，??；夾緊時的位置 ，??；僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時工件與支承面的接觸情況，取。代人公式3-2得：查參考文獻(xiàn)7表3-34摩擦系數(shù)，均為0.16。由于，右動力箱快進(jìn)距離較左動力箱短，因此，先進(jìn)入工進(jìn)階段。右動力箱的鉆削力方向指向夾具體左面的定位面，鉆削力不影響工件定位。當(dāng)左動力箱也進(jìn)入工進(jìn)時，兩方向的鉆削力相互抵消一部分，左動力箱鉆削力稍大，因此，夾緊力只需要消除這部分力對工件定位的影響即可。根據(jù)切削力的計

40、算結(jié)果，取得： =2271.875N3.4.4 液壓缸的選擇液壓缸的工作壓力取決于液壓設(shè)備的工作壓力和液壓缸的工作面積。工廠采用同一液壓源，則其壓力也就相對穩(wěn)定，其工作壓力為3.0Mpa。根據(jù)參考文獻(xiàn)5得液壓缸徑：（3-3）式中：p液壓缸工作壓力（Pa）F液壓缸輸出推力（N）D氣缸直徑（m）液壓缸輸出推力應(yīng)大于等于實際所需的加緊力則取 F=2271.875N代入公式(3-3)得：=0.031m本設(shè)計所用液壓缸采用通用件。根據(jù)參考文獻(xiàn)3的274頁的表3-15，選用前法蘭式夾緊油缸T5041，徑取45mm，其工作推力產(chǎn)生的夾緊力滿足要求。3.5 誤差分析3.5.1 定位誤差的分析用夾具裝夾工件進(jìn)行

41、機(jī)械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關(guān)的因素有：A. 定位誤差；B. 對刀誤差；C. 夾具的安裝誤差；D. 夾具誤差；E在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差；F上述各項誤差均導(dǎo)致刀具相對工件的位置不精確而形成總的加工誤差。具體誤差分析如下：A. 定位誤差a) 基準(zhǔn)不重合誤差基準(zhǔn)不重合誤差是由于定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合而引起的工序基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)在加工尺寸上的最大位置變動圍。在本設(shè)計中，由于定位誤差和工序基準(zhǔn)是重合的，所以基準(zhǔn)不重合誤差= 0。b. 基準(zhǔn)位移誤差基準(zhǔn)位移誤差是由于定位元件和定位基面本身的誤差而引起的定位基準(zhǔn)在加工尺寸上的誤差。

42、當(dāng)支承面即工件底面對夾具的安裝基準(zhǔn)（底面）有平行度誤差，被加工孔的定位誤差?。?B.對刀誤差因為刀具相對于對刀或?qū)蛟奈恢貌痪_而造成的加工誤差，稱為對刀誤差。鉆套導(dǎo)向孔尺寸8.7G7（），鉆頭尺寸為8.7h9（）對刀誤差為鉆頭于導(dǎo)向孔的最大的間隙：C.夾具的安裝誤差因夾具在機(jī)床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差。夾具的安裝基面為平面，因而沒有安裝誤差，D.夾具誤差因夾具上定位元件、對刀或?qū)蛟c安裝基面三者之間（包括導(dǎo)向元件與導(dǎo)向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差，夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時的調(diào)整和修配精度。夾具誤差主要包括定位元

43、件相對于安裝基準(zhǔn)的尺寸或位置誤差；定位元件相對于對刀或?qū)蛟ò▽?dǎo)向元件之間）的尺寸或位置誤差；導(dǎo)向元件相對于安裝基準(zhǔn)的尺寸或位置誤差。、與在公差上兼容，只需計算其中較大的一項即可。E.加工方法誤差加工方法誤差是指在切削加工過程中，因機(jī)床、刀具質(zhì)量、工件材質(zhì)以與由于切削力、切削熱的作用而引起的工藝系統(tǒng)彈性變形、熱變形等因素使加工表面位置發(fā)生變化，從而造成的加工尺寸誤差。因該項誤差影響因素很多，又不便于計算，所以常根據(jù)經(jīng)驗為它留出工件公差的1/3。根據(jù)文獻(xiàn)8的第79頁查得計算時可設(shè)：(3-4)式中：工件位置公差取0.30mm3.5.2 校核加工精度工件在夾具中加工時，總加工誤差為上述各項誤差

44、之和。由于上述誤差均為獨立隨機(jī)誤差，應(yīng)用概率法相加，因此，根據(jù)參考文獻(xiàn)8，保證工件加工精度的條件為：(3-5) = 0.118mm< = 0.30mm即工件總加工誤差應(yīng)不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夾具完全可以保證加工精度。為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報廢，在分析計算工件加工精度時需留出一定精度儲備量，因此將上式改為：或（3-6）當(dāng)時夾具能滿足加工要求，根據(jù)以上得：所以夾具完全可以滿足加工所要的要求。3.6 夾具體的設(shè)計夾具體是用來將夾具的各個部分聯(lián)結(jié)成整體的元件，它是夾具上最大的和最復(fù)雜的元件。在它上面要安裝定位元件、夾緊裝置、刀具引導(dǎo)件以與其它各種裝置和

45、元件。此外，在夾具體上還應(yīng)有夾具在機(jī)床上安裝用的定位部分，以保證夾具在機(jī)床上獲得所需的相互位置，夾具體也是承受負(fù)荷最大的元件，承受著工作時的切削力、夾緊力等。夾具體設(shè)計的基本要求有：A.有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性。B.有足夠的強度和剛度。C.結(jié)構(gòu)工藝性好。D.排屑方便。E.保證裝卸工件方便。F.在機(jī)床上安裝穩(wěn)定可靠。本設(shè)計方案中的夾具體是由左右鉆模板與夾具頂板構(gòu)成的框架式夾具體，采用機(jī)械聯(lián)結(jié)，具有良好的剛度，材料為HT250，基本尺寸各安裝面經(jīng)銑削達(dá)到相應(yīng)精度要求，左右鉆模板的平行度不大于0.02。底部設(shè)計排屑裝置，具體見夾具裝配圖。4.結(jié)論本次設(shè)計的課題是對S295柴油機(jī)氣缸體進(jìn)行工藝與工裝設(shè)計，本設(shè)計主要包括兩個部分：工藝設(shè)計部分和工裝設(shè)計部分。工藝設(shè)計主