發(fā)動機箱體結構設計及加工路線擬定

發(fā)動機箱體結構設計及加工路線擬定,發(fā)動機,箱體,結構設計,加工,路線,線路,擬定 沈陽化工大學科亞學院 本科畢業(yè)設計 題 目：基于UG發(fā)動機箱體結構設計及加工路線擬定 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機制1202班 學生姓名： 王延慧 指導教師： 英 璐 論文提交日期： 2016年 5 月 30日 論文答辯日期： 2016年 6 月 6 日 畢業(yè)設計任務書 機械設計制造及其自動化專業(yè) 1202班 學生：王延慧 畢業(yè)設計題目：基于UG發(fā)動機箱體結構設計及加工路線擬定 畢業(yè)設計內容： （1） 確定生產類型，選擇毛坯種類對零件進行工藝分析 （2） 擬訂發(fā)動機箱體的工藝規(guī)程 （3） 設計指定工序的專用夾具，繪制裝配圖和主要零件圖 畢業(yè)設計專題部分： 1、 發(fā)動機箱體結構設計加工工藝規(guī)程及對專用夾具設計 2、 實用UG軟件進行發(fā)動機箱體三維實體建模 起止時間： 2016年3月1日至 2016年6月4日 指導教師： 2016年 月 日 摘要 本設計是汽車變速箱箱體零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專用夾具設計。汽車變速箱箱體零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，本設計遵循先面后孔的原則。并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度?；鶞蔬x擇以變速箱箱體的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準，以頂面與兩個工藝孔作為精基準。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出頂平面，再以頂平面與支承孔系定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個別工序外均用頂平面和工藝孔定位加工其他孔系與平面。支承孔系的加工采用的是坐標法鏜孔。整個加工過程均選用組合機床。夾具選用專用夾具，夾緊方式多選用氣動夾緊，夾緊可靠，機構可以不必自鎖。因此生產效率較高。適用于大批量、流水線上加工。能夠滿足設計要求。 關鍵詞：變速箱；加工工藝；專用夾具 Abstract The design is about the special-purpose clamping apparatus of the machining technology process and some working procedures of the car gearbox parts. The main machining surface of the car gearbox parts is the plane and a series of hole. Generally speaking, to guarantee the working accuracy of the plane is easier than to guarantee the hole’s. So the design follows the principle of plane first and hole second. And in order to guarantee the working accuracy of the series of hole, the machining of the hole and the plane is clearly divided into rough machining stage and finish machining stage. The supporting hole of the input bearing and output bearing is as the rough datum. And the top area and two technological holes are as the finish datum. The main process of machining technology is that first, the series of supporting hole fix and machine the top plane, and then the top plane and the series of supporting hole fix and machine technological hole. In the follow-up working procedure, all working procedures except several special ones fix and machine other series of hole and plane by using the top plane and technological hole. The machining way of the series of supporting hole is to bore hole by coordinate. The combination machine tool and special-purpose clamping apparatus are used in the whole machining process. The clamping way is to clamp by pneumatic and is very helpful. The instruction does not have to lock by itself. So the product efficiency is high. It is applicable for mass working and machining in assembly line. It can meet the design requirements. Key words: Gearbox; Machining technology; Special-purpose clamping apparatus 目 錄 第一章 緒論 1 1.1當前發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2 論文主要研究內容 2 第二章 發(fā)動機箱體工藝設計 3 2.1箱體的分析 3 2.1.1箱體的功用分析 3 2.1.2箱體結構和功用的分析 4 2.1.4箱體的技術分析 5 2.1.5箱體的材料分析 5 2.2發(fā)動機箱體毛坯的設計 7 2.2.1確定毛坯種類及加工方法的選擇 7 2.2.2毛坯的工藝分析及要求 8 2.2.3毛坯余量和公差的確定 9 2.3工藝路線設計 11 2.3.1加工方法的選擇 11 2.3.2箱體的材料及熱處理 12 2.3.3階段的劃分 12 2.3.4工序的集中與分散 13 2.3.5基準的選擇 14 2.3.6 擬定發(fā)動機箱體的工藝路線 14 2.4 加工設備及工藝裝備的選擇 16 2.5 加工工序設計 18 第三章 鉆床專用夾具設計 23 3.1夾具的設計內容 23 3.1.1定位基準的選擇 23 3.1.2工件的夾緊及夾緊裝置 23 3.1.3夾具材料的選擇 24 3.1.4夾具精度分析 24 3.2削邊銷 27 3.3支承板 27 3.4 壓板 27 3.5 夾具體中間支架 28 3.6齒輪齒條偏心輪部分的設計 29 3.7 鍵的選取 30 第四章 基于UG軟件進行的建模及裝配 32 4.1 UG軟件建模與裝配概述 32 4.2 運用UG軟件進行零件設計 32 4.3運用UG軟件進行零件裝配 35 第五章 結 論 37 參考文獻 38 致謝 39 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論 第一章緒論 1.1當前發(fā)展現(xiàn)狀 機械加工工藝是實現(xiàn)產品設計，保證產品質量，節(jié)約能源，降低消耗的重要方式，是企業(yè)進行生產準備，計劃調度，加工操作，安全生產，技術檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，提高經濟效益的技術保證。 在實際生產中，由于零件的生產類型、材料、結構、尺寸、形狀和技術要求等不同，針對某一零件，通常不是單獨在一種機床上，用某一種加工方法就能完成的，而是要經過一定的工藝過程才能完成對它的加工。因此，不僅要根據(jù)零件的具體要求，對零件的各組成表面選擇合適的加工方法，還要合理地安排加工順序，逐步地把零件加工出來。 對于某個具體零件，可采用幾種不同的工藝方案進行加工。雖然這些方案都可以加工出來合格的零件，但從生產和經濟效益來看，可能其中有更加合理且切實可行的方案。因此，必須根據(jù)零件的具體要求和可能的加工條件等，擬訂較為合理的工藝過程。 在整個加工過程中，夾具不僅是為了夾緊、固定被加工零件的，設計合理的夾具，還要求保證加工零件的位置精度、提高加工生產率。各種專用夾具的設計質量，將直接影響被加工零件的精度要求，在機械加工工藝過程中起到重要的作用。 機械制造業(yè)歷來是應用科學技術的主要領域，是應用最新科技推動社會經濟發(fā)展的主導產業(yè)。制造離不了機床，機床自然離不了夾具。 夾具是組合機床的重要組成部分，它用于實現(xiàn)被加工零件的準確定位，夾壓，刀具的導向以及裝卸工件時的限位等等作用的。本次設計計算量中等，但是制圖量比較大。需要查閱大量的書籍充分運用所學知識。 2 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論 1.2 論文主要研究內容 本次論文的主要內容有： （1）確定生產類型，對零件進行工藝分析 （2）選擇毛坯種類及制造方法，繪制零件-毛坯綜合圖 （3）擬訂零件的機械加工工藝規(guī)程，選擇各工序的加工設備和工藝裝備，確定各工序切削用量和工序尺寸。 （4）填寫工藝文件：工藝過程卡片（或工藝卡片）、工序卡片（可視工作量大小只填部分主要工序的工序卡片）。 （5）設計指定工序的專用夾具，繪制裝配總圖和主要零件圖。 （6）撰寫畢業(yè)設計說明書。 在教師指導下，獨立完成設計任務書，培養(yǎng)較強創(chuàng)新意識和學習能力，獲得機械工程的基本訓練。使整個設計上是先進的，在經濟上是合理的，在生產上時可行的。工藝規(guī)程設計應滿足加工質量、生產率、經濟性要求，機床夾具設計方案應合理，有一定的特色和見解。計算步驟清晰，計算結果正確；設計制圖符合國家標準；使用計算機進行設計、計算和繪圖；撰寫說明書時要文字通順、語言簡練、圖示清晰。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 發(fā)動機箱體工藝設計 第二章發(fā)動機箱體工藝設計 2.1箱體的分析 2.1.1箱體的功用分析 箱體是構造發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機各結構和系統(tǒng)的安裝的基礎。它內、外安裝著發(fā)動機的主要零件和部件，承受各種載荷及沖擊。因此，發(fā)動機的箱體必須具有一定的強度和剛度。 機體主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸墊和氣缸蓋等零件組成。其中氣缸體是發(fā)動機機體最重要的組成部分。 氣缸體和上曲軸箱一般都鑄成一體，稱為氣缸體——曲軸箱。氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形的空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內腔是曲軸運動的空間?，F(xiàn)在汽車發(fā)動機常用缸數(shù)有3、4、5、6、8、10、12缸。排量1升以下的發(fā)動機常用三缸，1～2.5升一般為四缸發(fā)動機，3升左右的發(fā)動機一般為6缸，4升左右為8缸，5.5升以上用12缸發(fā)動機。一般來說，在同等缸徑下，缸數(shù)越多，排量越大，且功率越大；同等排量下，缸數(shù)越多，缸徑越小，轉速越高，從而獲得較大的提升功率。 本次畢業(yè)設計的任務是設計3缸發(fā)動機箱體的工藝路線及規(guī)程。如圖2-1 圖2-1 三缸發(fā)動機氣缸體示意圖 2.1.2箱體結構和功用的分析 發(fā)動機約占全車質量的15%，是機器的核心部件之一，它為機器的運行提供了動力。發(fā)動機箱體類零件也是機器或者部件的基本，它把機器或部件中的軸、齒輪、套等相關零件組在一起，并讓它們保持相對正確的位置，按照一定的傳動關系傳遞動力。 發(fā)動機根據(jù)氣缸數(shù)目的不同，分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機，有兩個以上氣缸的發(fā)動機都稱為多缸發(fā)動機。又因為多缸發(fā)動機氣缸排列的方式不同，分為單列式和雙列式。 箱體結構形式雖然種類繁多，但仍有共同的特點：形狀復雜、壁薄且不均勻，內部呈腔形，加工部分多難度大，既有精度要求較高的孔隙和平面，也有精度要求較低的緊固孔。所以，一般中型機床制造廠用于箱體類零件的機械加工勞動量約占整個產品的15%～20%。 按照氣缸的排列形式不同，氣缸體還可以分為單列式，V型和對置式三種。 (1) 直列式 發(fā)動機的各氣缸排成一列，一般都是垂直分布。單列式氣缸體結構簡單，但發(fā)動機高度和長度較大。一般情況下六缸以下發(fā)動機多采用單列式。有的汽車為了降低發(fā)動機高度，會把發(fā)動機傾斜一定的角度。 (2) V型 V型發(fā)動機氣缸排成兩列，左右兩列氣缸中心線的夾角γ＜180°，V型發(fā)動機與直列式發(fā)動機相比，機體長度和高度縮短了，而且增加了氣缸體的強度，減輕了機體的重量，但增大了寬度，且形狀較復雜，加工較困難，一般用于8缸以上的發(fā)動機。 (3) 對置式 氣缸排列成兩列，且兩列氣缸在同一水平面上，即左右兩列氣缸中心線的夾角為γ＝180°，稱為對置式。它的特點是高度低，總體布置簡便明了，有利于風冷。這種氣缸應用較少。 綜合考慮三種排列形式的氣缸體，在本次設計中采用直列式。 2.1.4箱體的技術分析 箱體的加工質量會直接影響機器的性能、精度和壽命，所以箱體零件的加工精度對于機器的加工精度很重要。箱體零件的技術要求主要歸納如下： (1) 主要平面的形狀精度及表面粗糙度 箱體的主要平面是裝配基準，并且大都是加工時的定位基準，所以，應有較大的平面度和較小的粗糙度，不然，會影響箱體加工時的定位精度。 一般箱體的主要平面的平面度在0.1～0.03mm之間，表面粗糙度Ra2.5～0.63μm，各主要平面對裝配基準面垂直度為0.1/300。 (2) 孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度 箱體上的軸承支撐孔本身的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度要求都較高，不然，會影響軸承與箱體孔的配合精度，降低軸的回轉精度。一般箱體的主軸支撐孔的尺寸精度為IT6，圓度、圓柱度公差不超過孔徑公差的一半，表面粗糙度值為Ra0.63～0.32μm。其余尺寸精度為IT7～IT6，表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm。 (3) 主要孔和平面的相互位置精度 同一軸線的孔應有一定的同軸度要求，各支撐孔之間也應有一定的孔距尺寸精度及平行度要求，不然裝配會有困難，使軸的運轉狀況變惡劣，溫度升高，從而加劇軸承的磨損，使齒輪嚙合度下降，降低齒輪壽命。支撐孔之間的孔距公差為0.12～0.05mm，平行度公差應該小于孔距公差，一般在全長取0.1～0.04mm。同一軸線上主要平面間及主要平面之間垂直度公差為0.1～0.04mm。 2.1.5箱體的材料分析 一、選材的一般原則： 1.材料的機械性能 在設計零件并進行選材時，應根據(jù)零件的工作條件和損壞形式找出所選材料的主要機械性能指標，這是零件經久耐用的首要條件。 2.材料的工藝性能 金屬材料的基本加工方式有鑄造、鍛壓、沖壓、焊接、切削加工和熱處理等。各種加工工藝均有其工藝性能要求。材料工藝性能的好壞對零件加工生產有著直接影響。 依據(jù)所設計的零件的制造方法，應選用其工藝性能優(yōu)良的材料，以減少制造成本，降低廢品的產生。 3.材料的經濟性能 在滿足使用性能的前提下，選用零件還應注意降低零件的成本。一般來說，應優(yōu)先選用價格低廉的材料。如盡可能選用碳素鋼和灰鑄鐵，在難以滿足要求時再選用高價格的其它材料。 二、零件材料的選擇 由于零件的工作狀態(tài)，工作條件的要求，因此零件的材料必須具有綜合機械性能，耐高溫、抗氧化性和組織穩(wěn)定性等。根據(jù)查閱相關資料，箱體材料通常選用鑄鐵，其詳細介紹如下： 灰鑄鐵的顯微鏡組織由金屬機體和片狀石墨所組成，相當于在純鐵或鋼的基礎上嵌入了大量石墨片。 因其中的碳主要從游離石墨形式存在，并成片段狀，斷口為灰色。由于片狀石墨的存在破壞了基本的連續(xù)性，石墨尖端容易造成應力集中，所以灰鑄鐵的抗拉強度低，塑性和韌性差，屬于脆性材料，不能鍛造和沖壓，并且焊接性能材料很差，不過其抗壓強度受石墨的影響較小，但是灰鑄鐵鑄造性能和切削性能優(yōu)良。石墨的存在使其有如下優(yōu)越性能：優(yōu)良的減震性，耐磨性好，缺口敏感性小。 1.灰鑄鐵的化學成分包括C、Si、Mn、P、S以及一些其他合金元素，各成分所占比重見下表2-1（以HT250為例）。 表2-1 灰鑄鐵HT250的主要化學成分及所占比重（%） C Si Mn P S 3.0～3.3 1.4～1.7 0.8～1.0 ＜0.15 ≤0.12 2.各元素對灰鑄鐵的性能都有重要的影響，詳見《機械加工工藝手冊》。 3.灰鑄鐵的牌號有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350等6種，牌號右邊的數(shù)字表示該牌號灰鑄鐵的抗拉強度最低值。 4.灰鑄鐵的機械性能與鑄件壁厚有關，同一牌號的灰鑄鐵因鑄件壁厚不同具有不同的抗拉強度。各種牌號不同壁厚的灰鑄鐵性能達到強度參考值見《機械加工工藝手冊》。機械性能見下表2-2（以HT250為例）。 表2-2 灰鑄鐵HT250的各種機械性能 牌號 抗拉強度 σbc（Mpa） 抗切強度 σb（MPa） 彈性模量 E(MPa) 疲勞極限 σ-1（MPa） 硬度HB HT250 785～981 277 108～127 98～127 143～269 2.2發(fā)動機箱體毛坯的設計 2.2.1確定毛坯種類及加工方法的選擇 一、確定毛坯種類 機械加工的加工質量、經濟效益和生產效益，在一定程度上取決于所選擇的工件毛坯。常用毛坯的種類有型材、鑄件、沖壓件等。毛坯的選擇要從被加工零件的材料、結構形狀、幾何尺寸、制造精度，以及各方面的生產條件這五個方面來考慮。合理的選擇毛坯種類對隨后價格中確保產品質量、縮短生產周期與降低成本有重要的影響。 材料方面，是選擇毛坯所要考慮的首要問題，一般根據(jù)零件的工作情況以及工作時所起的作用來選擇毛坯的種類。根據(jù)箱體在工作中的作用及要求選用材料切削性好、耐腐蝕性好、耐磨性好、減震性好等，選用HT250確定毛坯為鑄件，其技術要求如下： 1.鑄件應消除內力。 2.未注明鑄造圓角為R3～R5，未注明壁厚為5mm。 3.鑄件表面不得有粘砂、多肉、裂紋等缺陷。 4.允許有非聚集的孔眼存在，其直徑不大于6mm，深度不大于1.5mm，相距不小于20mm，整個鑄件上孔眼數(shù)不多于5個。 5.未注明倒角為0.5×45°。 6.去毛刺，銳角倒鈍。 7.同一加工平面上允許有直徑不大于3mm，深度不大于1.5mm，總數(shù)不超過5個孔眼，兩空之間不小于30mm。 8.涂漆按NJ226-31執(zhí)行。 二、毛坯加工方法（鑄造）的選擇 鑄造方法分為砂型鑄造和特種鑄造兩類。 1.砂型鑄造 砂型鑄造可根據(jù)造型的不同分為手工造型、高壓造型和一般機器造型三類，其類特點、應用范圍以及鑄造類別詳見《機械加工工藝手冊》相關的內容介紹。也可根據(jù)砂型類別的不同分為干型、濕型、自硬性型，其特點和應用范圍詳見《機械加工工藝手冊》相關章節(jié)。 2.特種鑄造 特種鑄造是指與普通砂型鑄造有顯著區(qū)別的一些方法。如壓力鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、等等，每個特種鑄造方法都有其優(yōu)越之處和應用場合。近年來，特種鑄造在我國得到了飛速發(fā)展，其地位和作用得到提高。特種鑄造方法的類別特點和應用范圍見《機械加工工藝手冊》相關章節(jié)。 鑄造方法的經濟合理性與零件尺寸形狀以及選擇的鑄造方法有關，其關系詳見《機械加工工藝手冊》。 各種鑄造方法均有其優(yōu)缺點及應用范圍，不能認為某種方法最為完善。因此，必須依據(jù)鑄件的形狀、大小、質量要求、成產批量、合金的品種記憶鑄造條件等具體情況。結合各鑄造方法的特點及適用范圍，未來獲得較好的機械性能和使用壽命，節(jié)約材料和切削加工時，提高生產效率，降低成本，可選用砂型造型。 2.2.2毛坯的工藝分析及要求 毛坯鑄造時，應防止砂眼和氣孔的產生。減少毛坯制造時產生的殘余應力，應使箱體壁厚盡量均勻，箱體澆注后應安排時效或者退火工序。 一、鑄件澆注位置的選擇原則 1.鑄件的重要加工面或者主要工作面一般處于底面或者側面，避免氣孔、砂眼、縮松、縮孔等缺陷出現(xiàn)在工作面上。如果這些加工面難以朝下，應盡量使其位于側面。當鑄件的重要加工面有個數(shù)時，則應將大的朝下。 2.鑄件大平面盡可能朝下或采用傾斜澆注，避免夾砂和夾渣缺陷。 3.將逐漸的薄壁部分放在鑄型的下部或側面，以免產生澆注不足、冷隔等。 4.對于容易產生縮孔的鑄件，應使厚的部分放在鑄件的上部或者側部，以便在鑄件厚壁處直接安置冒口，使之實現(xiàn)在上而下的定向凝固。 二、分型面的選擇原則 1.鑄件盡可能在一個沙箱內或者加工面和加工基準面放在同一個沙箱內，一保證鑄件的尺寸精度。 2.盡量減少分型面的數(shù)量。 3.盡量減少型芯或者活塊的數(shù)量，并盡量降低沙箱的高度，以便起模和修型。 4.把主要的型芯放在下半沙箱中，以利于下芯，合箱和便于檢查型腔尺寸。 為使砂芯方便從砂型中取出，凡垂直于分型面的立壁在制造模樣時必須留有起模斜度，起模斜度的大小取決于與立壁的高度，造型方法，模樣的材料等因素，通常為15°～3°，為使型砂便于從內腔中脫出，以形成自帶型芯，內壁的起模斜度要比外壁大，通常為3°～10°。 由于合金的線收縮，鑄件冷卻后的尺寸將比行腔尺寸略小，為保證鑄件應有的尺寸，模樣尺寸必須比鑄件放大一個該金屬的收縮量。鑄件的實際線收縮量除隨合金的種類而變外，還和鑄件的形狀，尺寸有關。通常鑄鐵為0.7%～1.0%。 結合發(fā)動機箱體的結構，形狀及尺寸，分型面選在箱體零件圖---俯視圖零線位置。澆注口位置分別選在位于中間缸孔的兩側，選取起模斜度為3°，灰鑄鐵的線收縮率設為1.0%。 2.2.3毛坯余量和公差的確定 一、確定毛坯的余量 毛坯余量的確定：根據(jù)機械加工去除量，從后往前推。同時考慮毛坯制造時存在的氧化皮層裂紋、雜質等各種缺陷，并也根據(jù)工人的操作水平按直徑10～12mm，厚度11mm，平均每面在5mm左右。 1.機械加工余量 砂型鑄造（采用手工造型或機器造型）所生產的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐蝕鑄鐵等鑄件的加工余量見《機械加工工藝手冊》，表3.1-26和表3.1-27。 鑄鐵件的加工余量共分9個等級——5～13級。又按零件圖的基本尺寸量分為10個尺寸組。由于機械加工和鑄造工藝上的要求，可以挑選其它等級的加工余量，但是應在有關圖樣和技術文件上標明。鑄孔的機械加工余量一般按澆鑄時的位置處于頂面的機械加工余量選擇。 對成批和大量生產的鑄件的加工余量由《工藝人員手冊》查得，各表面的余量見表2-3。 表2-3 發(fā)動機箱體各表面總加工余量/mm 加工表面 基本尺寸 加工余量等級 加工余量數(shù)值 上表面 330 10 6 下表面 330 10 6 兩側面 305.6 10 6 兩側面 330 10 6 缸孔3-?89.4 89.4 9 3.5 主軸孔?69 69 9 3.5 凸輪軸孔?49 49 10 2.75 2.鑄造工藝余量 鑄造工藝余量是為了確保鑄件的質量，滿足鑄造工藝和機械加工工藝要求而多加在鑄造毛坯上的金屬。應在零件加工完畢時將其去掉。如果不影響零件的使用性能，并經設計部分的允許，也可保留在零件上。 鑄造工藝余量的大小、形狀及位置取決于工藝需要及零件結構，它在鑄件圖上的表示方法與加工余量一樣，常見的工藝余量形式有工藝凸臺、增強剛度的支撐、補縮余量、等。 二、毛坯的尺寸公差 鑄件的尺寸公差代號為IT，公差等級為16級，各級公差值列于《機械加工工藝手冊》表3.1-21和表3.1-22。壁厚尺寸公差可以比一般尺寸的公差低一級，例如：圖樣上規(guī)定一般的公差為IT10，則壁厚尺寸公差為IT11。公差帶應對稱于鑄件基本尺寸設置，有特殊要求時，可采用非對稱設置，但要在圖樣上說明。鑄件得基本尺寸是鑄件圖樣上給定的尺寸，包括機械加工余量。 由于鑄件大量生產，毛坯制造方法采用砂型機器造型，由表3.1-24，鑄件尺寸公差等級為IT10級，表3.1-23選取錯箱值為1.0mm。 又見表3.1-27，得鑄鐵件加工余量等級為7級，表3.1-26選加工余量為6mm，所以可確定主要加工面的總余量見下表2-4。 表2-4 主要表面的毛坯尺寸及公差/mm 主要面尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 公差 上表面 330 6+6 342 0.046 下表面 330 6+6 342 0.052 兩側面 305.6 6+6 317.6 0.052 兩端面 330 6+6 342 0.052 缸孔3-?89.4 89.4 3.5+3.5 82.4 0.011 主軸孔?69 69 3.5+3.5 62 0.022 凸輪軸孔?49 49 2.75+2.75 44.5 0.025 2.3工藝路線設計 2.3.1加工方法的選擇 零件表面加工方法的選擇，不但影響加工質量，而且還會影響生產效率和制造成本，所以，在選擇加工方法前，應先考慮每個加工方法的加工精度；材料的性質和可加工性；工件的結構和尺寸；生產率的要求。 零件表面的加工方法，首先取決于加工表面的技術要求。這些技術要求還包括由于基準不重合而提高對某表面的加工要求，首先選擇能保證該要求的最終方法，然后確定各工序、工步的加工方法。 加工同一類型表面，由于條件不同，有著不同的加工方法。影響表面加工精度的因素有表面的形狀、尺寸、粗糙度和精度，及零件的整體的形狀、重量、材料和熱處理等。 結合以上要求，由于零件生產類型為大量生產，所以在對發(fā)動機箱體各表面加工時采用粗銑-精銑；對主要孔進行加工時，例如主軸孔及缸孔，采用粗鏜-半精鏜-精鏜，對挺桿孔加工時，采用鉆-擴-鉸-擠的加工路線；對螺紋孔加工時采用鉆-攻。 2.3.2箱體的材料及熱處理 工件材料與熱處理對加工方法的選擇有著很大的影響。前面已經分析過，發(fā)動機箱體的材料選為HT250，選擇砂型鑄造。熱處理后的變形，特別是熱處理厚材料的硬度，對選擇加工方法有很大的影響。所以，在制定加工路線時，需合理安排熱處理的位置。例如，為了消除箱體鑄造內應力，防止加工后變形，使加工精度保證穩(wěn)定性，要進行時效處理。對于那些尺寸大、結構復雜的鑄件，在粗加工前、后各安排一次時效處理；對于一般鑄件在鑄造后或加工前安排一次時效處理；而對精度高、剛度差的零件，在粗車、粗磨、半精磨后各安排一次時效處理。在人工時效處理的工藝規(guī)范為加熱到530℃～560℃，保溫6～8h，冷卻速度≤300℃/h，出爐溫度≤200℃。 2.3.3階段的劃分 工藝路線按工序的不同，可以分為以下幾個階段：粗加工階段、半精加工階段、精加工階段。 1、粗加工階段，此階段的任務是去除大部分余量，特點是切削用量大，因此切削力、切削熱及夾緊力都很大，所以加工精度不高。 2、半精加工階段，該階段的任務是達到一般的技術要求，且各次要平面要達到最重要求，并且為主要精加工做準備。本階段的加工特點是加工余量小，加工精度較高。在箱體的加工過程中，半精鏜缸孔以及兩側的六孔就屬于細加工階段，為后面的精鏜做準備。 3、精加工階段，這個階段的任務是達到所有表面的技術要求。其特點是加工余量小，加工精度很高。在發(fā)動機箱體中，對箱體各面的精銑對缸孔及兩側六孔的精鏜都是該加工階段的內容。這個階段的主要問題是怎樣保證零件的質量。 發(fā)動機箱體的加工大致也分為粗、半精、精三個階段，粗加工階段之后用超聲波進行檢驗。因為超聲波探傷存在死區(qū)，可在細加工后切削掉。在粗加工之后，精加工之前需要一段存放時間，來消除加工的內應力。 2.3.4工序的集中與分散 在設計工藝路線時，在選定了各表面的加工方法和階段劃分后，就可以將同一階段的各加工表面組合成若干工序。組合時各表面可采用集中和分散的原則。工序集中原則是使每個工序包括盡可能多的內容，因而總的工序數(shù)目少；工序分散原則與其相反。工序集中與分散將影響工序的數(shù)目和工序內容的繁簡程度。 工序集中的特點，工序數(shù)目少，工序內容復雜，因而有： 1.簡化了生產組織工作； 2.減少了設備數(shù)目，從而降低了車間面積； 3.減少了安裝次數(shù)，縮短了共建的運輸路線，有利于提高勞動生產率和縮短生產周期； 4.有利于采用高效率的設備，特別是數(shù)控機床和加工中心等設備，可提高產品質量和生產率； 5.設備成本高，調整時生產準備時間長。 工序分散的特點，工序數(shù)目多，加工內容簡單，因而有： 1.設備和工藝裝備簡單，維修，和調整比較簡單； 2.生產準備工作量少，產品變換簡單； 3.設備數(shù)目多，生產面積大，生產工作復雜，生產周期長。 2.3.5基準的選擇 基準是機械制造中應用得十分廣泛的概念，是用來確定生產對象上幾何要素之間的幾何關系所依據(jù)的點、線、面。從設計和工藝兩方面看基準，可把基準分為兩大類，即設計基準和工藝基準。 設計基準：在設計零件時，應根據(jù)零件在裝配結構中的裝配關系以及零件本身結構要素之間的相互位置關系，確定抱住尺寸（或角度）的起始位置。這些尺寸（或角度）的起始位置稱為設計基準。 工藝基準：零件在加工工藝過程中所采用的基準稱為工藝基準。工藝基準可進一步分為：工序基準、定位基準、測量基準和裝配基準。 2.3.6 擬定發(fā)動機箱體的工藝路線 根據(jù)各表面的加工要求和加工方法能達到的經濟精度。查表4.2-1，確定表面的加工方法如下表2-5： 表2-5 發(fā)動機箱體各表面的加工要求和加工方法 加工表面 加工精度（IT） 加工粗糙度Ra（m） 加工方法 上表面 7 3.2 粗銑-精銑 兩端面 7 3.2 粗銑-精銑 兩側面 7 3.2 粗銑-精銑 凸輪軸孔 7 1.6 粗鏜-半精鏜-精鏜 挺桿孔 6 0.8 鉆-擴-鉸-擠 缸孔 6 0.8 粗鏜-半精鏜-精鏜 內腔小凸臺 12 12.5 粗銑 螺紋孔 鉆-攻 根據(jù)先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原則，將上下面、兩端面、兩側面及缸孔和主軸孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，主軸承蓋結合面、后端面以及上下面的螺紋孔放在最后面。制定工藝路線見表2-6至2-7。 表2-6 發(fā)動機箱體各表面的加工工藝過程 工序號 工序 名稱 工序內容 設 備 工藝裝備 05 鑄造 鑄坯、清理、噴丸。消除內應力、涂漆 銑床 10 粗銑 粗銑上、下表面 銑床 專用夾具，量具，銑刀 20 粗銑 粗銑兩側面 銑床 專用夾具，量具，銑刀 30 粗銑 粗銑兩端面 銑床 專用夾具，量具，銑刀 40 精銑 精銑上、下面 銑床 專用夾具，量具，銑刀 50 精銑 精銑兩側面 銑床 專用夾具，量具，銑刀 60 精銑 精銑兩端面 銑床 專用夾具，量具，銑刀 70 粗鏜孔 粗鏜缸孔及主軸孔 鏜床 專用夾具，量具，鏜刀 80 粗鏜孔 粗鏜缸孔及凸輪軸孔 鏜床 專用夾具，量具，鏜刀 90 鉆孔 鉆后端面及上、下面各孔 鉆床 鉆床夾具，量具，鉆頭 95 鉆孔 斜油孔引窩 鉆床 鉆床夾具，量具，鉆頭 100 鉆孔 鉆缸蓋及兩側面各孔 鉆床 鉆床夾具，量具，鉆頭 110 半精鏜孔 半精鏜缸孔及凸輪軸孔 鏜床 專用夾具，量具，鏜刀 120 鏜孔 鏜平衡軸止推槽 鏜床 專用夾具，量具，鏜刀 130 鉆孔 鉆斜油孔 鉆床 鉆床夾具，量具，鉆頭 表2-7 發(fā)動機箱體各表面的加工工藝過程 工序號 工序 名稱 工序內容 設 備 工 藝 裝 備 140 精鏜孔 精鏜缸孔及凸輪軸孔 鏜床 專用夾具，量具，鏜刀 150 鉆孔 鉆主軸承蓋結合面三孔，擴缸蓋六孔 鉆床 專用夾具，量具，鉆頭 160 鉆孔 鉆、擴、鉸、擠挺桿孔 鉆床 專用夾具，量具，鉆頭 170 攻螺紋 攻后端面及上、下面螺孔 鉆床 專用夾具，量具，鉆頭 180 攻螺紋 攻缸蓋及兩側面螺孔 鉆床 專用夾具，量具，鉆頭 190 鉆孔 鉆定位銷孔、鉆水孔 鉆床 專用夾具，量具，鉆頭 200 銑 銑內腔小凸臺平面 銑床 專用夾具，量具，銑刀 210 鉆孔 攻主軸承蓋結合面M14螺紋 鉆床 專用夾具，量具，鉆頭 220 粗鏜孔 鉆孔、攻絲 鉆床 專用夾具，量具，鉆頭 230 鉆孔 鉆斜油孔 鉆床 鉆床夾具，量具，鉆頭 245 檢 檢查 250 清洗 清洗 2.4 加工設備及工藝裝備的選擇 由于生產類型為大批量生產，故加工設備宜以通用機床為主。其生產方式為通用機床加專用夾具為主，輔以少量專用機床的流水線生產線。工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳送均由人工完成。 1、粗銑上下面、兩側面、兩端面 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計問題，選擇臥式銑床X63.見表9.2-11，選擇刀具為直徑D=100mm、齒數(shù)Z=10的兩把圓柱形銑刀（GB1115-85）, 專用機體粗銑夾具和游標卡尺。 2、精銑上下面、兩側面、兩端面考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計問題，宜采用臥銑，選擇X63銑床，選擇與上相同的，齒數(shù)Z=14的刀具。采用箱體精銑專用夾具及游標卡尺、刀口形直尺。 3、粗鏜缸孔3-?89.4H6 采用臥式組合鏜T68，其主要參數(shù)見表手冊11.1-1.選擇鏜通孔的鏜刀、專用機體粗鏜夾具。 4、粗鏜主軸孔?69H6采用臥式銑鏜床，選用型號為T68，選擇鏜通孔的湯刀、專用粗鏜夾具。 5、粗鏜凸輪軸孔采用臥式鏜床T68，選擇粗鏜專用夾具。 6、半精鏜孔3-?89.4H6 采用臥式組合鏜床T68，刀具選擇與前面工序相同。選擇鏜通孔的鏜刀、專用夾具。 7、半精鏜凸輪軸孔采用臥式組合鏜床，選用專用鏜床夾具。 8、精鏜缸孔及凸輪軸孔所采用的鏜床與前面的相同，選擇精鏜刀、專用夾具、游標卡尺、塞規(guī)檢查孔徑。 9、鉆后端面及上下面各孔選用搖臂鉆床Z3025BX10選用錐柄麻花鉆。專用鉆孔夾具，選用游標卡尺和塞規(guī)檢查孔徑。 10、鉆、鉸斜油孔選擇臺式鉆床，表10.2-5，根據(jù)孔直徑選用直柄麻花鉆及錐柄機用鉸刀。專用箱體斜油孔夾具、塞規(guī)檢查孔徑。 11、鉆主軸承蓋結合面三孔、擴缸蓋六孔選用搖臂鉆床Z3132 選擇錐柄麻花鉆，錐柄擴孔復合鉆。選用專用鉆床夾具、塊換夾頭、游標卡尺及塞規(guī)。 12、鉆、擴、鉸、擠挺桿孔 選用搖臂鉆床Z3025.選用錐柄長麻花鉆，直徑選11.8mm，擴、鉸孔時選用材料為YG8的刀具。選用機體挺桿專用夾具、游標卡尺及塞規(guī)。 13、鉆定位銷孔、水孔選用搖臂鉆加工， 選用直柄麻花鉆。采用專用夾具，使用游標卡尺和塞規(guī)檢查孔徑。 14、銑內腔孔小凸臺面采用立式銑床X53K莫氏錐柄面銑刀、專用銑夾具、專用檢具。 15、攻螺紋選用搖臂鉆Z3025加工。采用機用絲錐、絲錐夾頭、專用夾具和螺紋塞規(guī)。 2.5 加工工序設計 確定工序尺寸的一般方法是，有加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標注。當無基準轉換時，同一表面多次加工的工序尺寸只與工序（或工步）的加工余量有關。有基準轉換時， 工序尺寸應用工序尺寸鏈接算。 1、工序30粗銑兩端面面及60精銑兩端面面 查手冊表3.2-25，平面加工余量表得： 精加工余量Z精1.5mm， 已知兩端面總余量Z總5mm，故粗加工余量可求： Z粗=5-1.5=3.5mm （2-1） 查閱有關手冊表9.4-1，取粗銑的沒齒進給量fZ=0.25mm/r，精銑的每轉進給量fZ=0.5mm/r，粗銑刀走刀一次，ap=3.5mm；精銑走刀一次，ap=1.5mm，取粗銑的主軸轉速為190r/min，取精銑的主軸轉速為300r/min，所選刀具的直徑為100mm，故相應的切削速度分別為： 粗加工： Vc=πDn1000=3.14×100×1901000=59.66mmin （2-2） 精加工： Vc=πDn1000=3.14×100×3001000=94.2mmin （2-3） 校核功率（一般校核粗加工工序）： 查閱有關資料知： 切削功率計算公式為 PM=FZ×V6×104 （2-4） 式中：— 切削力 —切削速度 查有關資料， 表3.4得銑削力可有下面公式求得， Fz=CFapXFafXfawufZd0pFnwFKFZ （2-5） 查機械加工工藝手冊表9.4-10，選銑刀為高速鋼， 可得：CF= 294， XF= 1.0， YF= 0.65，UF= 0.83，wF= 0，qF= 0.83，取 aw= 2.5mm ，af= 0.2mm/z ；又 ap= 3.5mm ， 查表知： 修正系數(shù)KFZ= 1.0, 故有公式（2-6）得： Fz=294×3.510×0.20.65×2.50.83×101000.83×1×1.0=169.19N （2-6） 從而由公式（2-4）可算出銑削功率為： PM=FZV6×104=5.36kw （2-7） 又從機床X63說明書（主要技術參數(shù)）得機床功率為7.5KW ，機床傳動效率一般取0.750.85 ， 若取μm= 0.80 ，則機床電動機所需功率 Pe=PMηm=0.5360.80kw=6.67kw<10kw （2-8） 故機床功率足夠。 2、工序10粗銑上下面及40精銑上下面，工序30粗銑兩側面及60精銑兩側面計算過程同（1），略 3、工序70粗鏜缸孔及主軸孔 查閱有關手冊知：粗鏜加工余量為0.5mm，所以粗鏜缸孔的直為 ?（89.4-0.5） = 88.9mm ，故缸孔的精鏜余量為： Z精=89.4-0.52=0.25mm （2-9） 查有關手冊，取孔加工等級為H級， 即Z總= 3.5mm ，故有 Z粗=3.5-0.25=3.25 （2-10） 表2-8 缸孔的鏜孔余量、工序尺寸公差/mm 加工表面 加工方法 余量 精度等級 工序尺寸及公差 3-?89.4 粗鏜 3.25 H10 ?88.90+0.120 3-?89.4 粗鏜 0.25 H6 ?89.40+0.022 粗鏜缸孔余量為3.25mm ， 故ap=3.25mm 查閱有關資料?。籿c= 0.6mm/s = 36mm/min，取進給量為fz= 0.2mm/r ,故有， n=1000vdπ=1000×363.14×88.9≈129rmin （2-11） 精鏜缸孔余量為0.25mm， 故ap= 0.25mm，查有關資料， 取，Vc= 1.3mm/s = 78 m/min 取進給量為fz=0.12mm/r，故有 n=1000vdπ=1000×783.14×89.4≈278rmin （2-12） 查閱有關手冊知：粗鏜加工余量為0.5mm，所以粗鏜缸孔的直徑為?69-0.5=68.5mm，故缸孔的精鏜余量為： Z精=69-68.52=0.25mm （2-13） 查有關手冊，取孔加工等級為H級，即Z總= 3.5mm ，故有 Z粗=3.5-0.25=3.25mm （2-14） 表2-9 缸孔的鏜孔余量、工序尺寸公差 /mm 加工表面 加工方法 余量 精度等級 工序尺寸及公差 3-?69 粗鏜 3.25 H10 ?68.50+0.120 3-?69 粗鏜 0.25 H6 ?690+0.022 粗鏜缸孔余量為3.25mm，故ap= 3.25 mm，查閱有關資料?。籚c= 0.5mm/s = 30mm/min，取進給量為fz= 0.2mm/r，故有， n=1000vdπ=1000×303.14×68.5≈139rmin （2-15） 精鏜缸孔余量為0.25mm， 故ap= 0.25mm，查有關資料，取，vc= 1.2mm/s = 72 m/min取進給量為fz=0.12mm/r，故有 n=1000vdπ=1000×723.14×69≈332rmin （2-16） 4、工序100鉆缸蓋及兩側面各孔螺紋分別為M8、M10、M12. 查表16.2-13得孔尺寸有：?6.7mm，?8.5mm，?11mm，鉆孔因一次鉆出，故其鉆削余量分別為： 鉆孔?6.7mm Z=6.72=3.35mm （2-17） 鉆孔?8.5mm Z=8.52=4.25mm （2-18） 鉆孔?11mm Z=112=5.5mm （2-19） 表2-10 各孔余量和工序尺寸 加工表面 加工方法 加工余量 工序尺寸 ?6.7 鉆孔 3.35 ?6.7 ?8.5 鉆孔 4.2 ?8.5 ?11 鉆孔 5.5 ?11 參考立式鉆床Z3025機床技術參考表，取鉆?11mm進給量為0.2mm/r、取鉆?8.5mm進給量為0.18mm/r、取鉆?6.7mm進給量為0.14mm/r。參考有關資料得：鉆孔?11mm的切削速度，由此得出Vc=29mmin，則轉速 n=1000vπd=839.6rmin （2-20） 按機床實際轉速n=800r/min則實際切削速度為 Vc=3.14×13×8001000=32.61mmin （2-21） 同理參考手冊得：鉆孔?8.5mm的切削速度為，鉆孔?6.7mm的切削速度為Vc=25mmin，故轉速分別為 鉆孔?8.5mm孔： n=1000νπd=988rmin （2-22） 鉆孔?6.7mm孔： n=1000νπd=1188rmin （2-23） 按機床實際轉速取n=1100rmin，則實際切削速度分別為：鉆孔?6.7mm孔實際切削速度為Vc=23.14mmin，鉆孔?8.5mm孔實際切削速度為Vc=31.79mmin 5、工序160鉆、擴、鉸、擠挺桿孔6-?12mm，6-?12mm擴、鉸孔余量經查機械加工工藝手冊得Z擴=1.0mm， Z鉸=0.15mm，而擠孔的加工的余量很小，可忽略不計，由此可算出： Z鉆=122-1-0.15=4.85mm （2-24） 表2-11 各工序余量和精度等級 加工表面 加工方法 余量 精度等級 6-?12 鉆孔 4.85 IT12 6-?12 擴孔 1.0 IT10 6-?12 鉸孔 0.15 IT8 6-?12 擠孔 IT6 參考鉆床Z3025有關技術參數(shù)取鉆孔技術參數(shù)進給量為f=0.3mm/r，由此可以推算出轉速為 n=1000νπd=1000×303.14×12=796.1rmin （2-25） 按機床實際轉速取n=700，則實際擴削速度為 V=3.14×12×7001000=26.37rmin （2-26） 擴孔?6-12mm，參考有關技術參數(shù)取鉆孔技術參數(shù)進給量為f=0.3mm/r，參考有關手冊知：擴孔切削速度為鉆孔時的1/2-1/3，故取擴孔切削速度為12×30=15mmin，由此可以推算出轉速為 n=1000νdπ=1000×153.14×11.7=408rmin （2-27） 按機床實際轉速取n=400rmin，則實際擴削速度為 V=3.14×11.7×4001000=14.70rmin （2-28） 參考有關技術參數(shù)取鉸孔技術參數(shù)進給量為?=0.3m/s=18m/min，f=0.4mm/r，由此可以推算出轉速為 n=1000νdπ=1000×183.14×12=477.7rmin （2-29） 按機床實際轉速取n=500rmin，則實際擴削速度為 V=3.14×12×5001000=19rmin （2-30） 41 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 鉆床專用夾具設計 第三章鉆床專用夾具設計 為了提高機械加工的勞動生產率，保證零件的加工質量，降低工人的勞動強度，需要設計專用夾具。工件的生產類型為大批量生產，為了降低勞動強度，提高生產效率，選用專用工藝裝備是合理的。