柴油机气缸机械加工及夹具设计

为未来奋斗

   
摘  要

箱体是机器和部件的基础零件，它将机器和部件中所有零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，完成必需的运动。因此，箱体的加工质量直接影响着机器的性能，精度和寿命。箱体类零件尽管形状各异，尺寸不一，但是它们均有空腔，结构复杂，壁厚不均等共同特点，在箱壁上既有许多精度较高的轴承支撑孔和平面需要加工，又有许多精度较低的紧固孔需要加工。因此，箱体不仅需要加工的部位多，而且加工的难度也较大。而且汽缸体的产量在我国生产过程中占有很大一部分，精度要求尤为重要。
本设计以柴油机汽缸箱体为例，对箱体镗孔的夹紧和定位装置进行工艺分析和夹具的设计。在对此箱体的工艺规程采用两销一面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。
详细阐述了该汽缸箱体的加工工艺过程，对加工过程中进行的各道工序进行了详尽的说明，并附有零件图，加工工艺过程卡等资料加以说明，使箱体的加工过程一目了然。
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关键词：箱体；工艺规程；夹具




















目      录

第1章.前言……………………………………………………………………………(1)
第2章.零件的分析………………………………………………………………（1）
   2.1零件的作用…………………………………………………………………（1）
   2.2零件的工艺分析………………………………………………………………（1）
第3章.确定生产类型和确定毛坯…………………………………………………(2)
   3.1确定生产类型…………………………………………………………………（2）
   3.2确定毛坯种类………………………………………………………………（2）
   3.3确定铸件加工余量及形状…………………………………………………（2）
   3.4有多次加工表面的加工余量 ……………………………………………(2)
   3.5绘制零件图…………………………………………………………………（3）
第4章.工艺规程设计…………………………………………………………………（4）
4.1选择定位基准…………………………………………………………………(4)
   4.2粗基准的选择原则 ………………………………………………………（5）
   4.3表面加工方法的选择……………………………………………………(5)
   4.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定…………………………………（9）
第5章.夹具设计…………………………………………………………………（21）
   5.1夹具概述…………………………………………………………………(21)
   5.2 定位支承系统概述………………………………………………………(22)
   5.3方案提出…………………………………………………………………（24）
5.4问题的提出……………………………………………………………………(24)
5.5夹具设计………………………………………………………………………(24)
   5.6钻床夹具的装配图………………………………………………………（25）
结束语……………………………………………………………………(26)
致谢………………………………………………………………(27)
参考文献……………………………………………………………………(28)

第1章  前言
毕业设计是完成工程技术人员基本训练的最后一个重要环节，目的是培养学生的综合运用所学专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，在设计方案的选定、设计资料的收集，手册和国家标准、规范的运用，设计方案的应用，零部件图及总装图的绘制等方面有定较全面的段练，并使每个学生树立起正确的设计思想和良好的工作作风。
一个零件往往有多个面要加工，如果没有合理的工艺规程和专用夹具加工，通常要一个面一个面的加工，生产效率低，同时，各加工孔的形状和位置公差以及尺寸精度都难以保证，工人劳动强度大，特别是大批大批量生产的工艺，更是大大地增加了生产周期，而且成本也很高。
为了克服多面零件加工效率低不利的一面，行之有效的方案就是设计合理的工艺规程和专用夹具是最佳方案。
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

第2章 零件的分析

2.1零件的作用
题目所给的零件是柴油机的汽缸体。它位于柴油机变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ22孔与操纵机构相连，二下方的φ55半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。

2.2零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，适合磨削，为此以下是汽缸体需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求。
小头孔 以及与此孔相通的 的锥孔、 螺纹孔。大头半圆孔 Ф 。箱体底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。

由上面分析可知，可以粗加工箱体底面，然后以此作为精基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此箱体零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。


第3章确定生产类型确定毛坯
3.1确定生产类型
由摘要知缸体零件的生产类型为中批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。   
3.2 确定毛坯种类
考虑气缸体零件结构复杂,采用铸造成型,材料为HT200。柴油机活塞运行过程中所受冲击较大，零件机械性能要求较高，生产类型为中批生产。查《机械制造及设备指导手册》选用铸件尺寸公差等级IT8级。

3.3确定铸件加工余量及形状
在《机械制造工艺学课程设计指导书及习题》查找中，选用加工余量为MA-G级，各表表面加工余量按经验选取。
3.4  有多次加工表面的加工余量  
   材料去除法制造机器零件时，一般都要从毛坯切除一层层材料之后最后才能得到符合图纸规定要求的零件。坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。加工余量又有总余量和工序余量之分。某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量，以t表示。该表面加工相邻两工序尺寸之差称为工序余量t1,总余量t与工序余量t1的关系可用下式表示。
式中：n—某一表面所经历的工序数。  

单边余量与双边余量  
被包容面加工工序余量及公差  
  工序余量有单边余量和双边余量之分。对于非对称表面，其加工余量用单边余量zb表示：  
zb＝la-lb 式中：zb—本工序的工序余量； lb—本工序的基本尺寸； la—上工序的基本尺寸。  
对于外圆与内圆这样的对称表面，其加工余量用双边余量2zb表示，  
对于外圆表面有：2zb＝da-db；对于内圆表面有：2zb＝db－da  
由于工序尺寸有偏差，故各工序实际切除的余量值式变化的，因此工序余量有公称余量（简称余量）、最大余量zmax、最小余量zmin之分，对于上图所示被包容面加工情况，本工序加工的公称余量：zb＝la-lb  
公称余量的变动范围：tz＝zmax—zmin＝tb＋ta 式中：tb—本工序工序尺寸公差； ta—上工序工序尺寸公差。  
工序尺寸公差一般按“入体原则”标注。对被包容尺寸(轴径)，上偏差为0，其最大尺寸就是基本                                                        q尺寸；对包容尺寸（孔径、键槽）、下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。  
3.4绘制零件图（见附图一、二）


      汽缸体零件1

                                          

汽缸体零件2



第4章.工艺规程设计
4.1选择定位基准精基准的选择原则  

（1）基准重合原则  
应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。
（2）统一基准原则  
应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的加工表面，以保证各加工表面之间的相对位置关系。 例如，加工汽缸体时大多数工序以底面及底面销孔定位，就可以保证加工面的相对位置关系误差减小到最低。
（3）互为基准原则  
当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。例如在精铣汽缸体前，后面时为保证其平面度公差为0.05及二者平行度公差0.08，以他们本身为基准加工测量。  
自为基准原则  
一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准


4.2粗基准的选择原则  

保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则被加工零件上如有不加工表面应选不加工面作粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。
（1）合理分配加工余量的原则  
从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。 在床身零件中，导轨面是最重要的表面，它不仅精度要求高，而且要求导轨面具有均匀的金相组织和较高的耐磨性。由于在铸造床身时，导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸成型的，导轨面材料质地致密，砂眼、气孔相对较少，因此要求加工床身时，导轨面的实际切除量要尽可能地小而均匀，故应选导轨面作粗基准加工床身底面，然后再以加工过的床身底面作精基准加工导轨面，此时从导轨面上去除的加工余量可较小而均匀。??  
（2）汽缸加工粗基准选择  
便于装夹的原则  
为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其它缺陷，并有足够的支承面积。
粗基准一般不得重复使用的原则  
在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。
所以加工的时候选择先粗基准后精基准原则
4.3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。 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  
粗加工阶段 将零件的加工过程划分为加工阶段的主要目的是：  
(1)保证零件加工质量；  
(2)有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理；  
(3)有利于合理利用机床设备。  
此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏。半精加工阶段  
精加工阶段  
光整加工阶段  
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。 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。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，需在下列场合安排检验工序：1)粗加工全部结束之后；2)送往外车间加工的前后；3)工时较长和重要工序的前后；4)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。所以此设计选择通用工艺设备。  
4.4选择各工序定位基准：
工序        工序内容        定位基准        工序        工序内容        定位基准
010        粗铣缸盖结合面及底平面        缸套外圆柱面， 12.5孔端面
130        钻汽缸体顶面各螺纹底孔        底面及底面圆柱销孔
020        钻，铰底面各孔        底面，右侧面及通气孔外圆柱面        140        汽缸体顶面各孔扩孔        底面及底面圆柱销孔
030        粗铣前，后面        底面及底面定位销孔        150        顶面各缸盖螺纹孔攻丝        底面及底面圆柱销孔
040        精铣前，后面        底面及底面定位销孔        160        钻前后面各孔        底面及底面圆柱销孔
050        精铣上，下面        底面，前侧面        170        钻两侧面各螺纹底孔        后侧面，底面
060        铣窗口面，油泵平面及水管安装面        底面，油泵平面，前侧面        180        镗前后面各定位孔        底面及底面圆柱销孔
070        铣调速器安装面        主轴孔端面，底面        190        钻攻调速螺套孔及底面回油孔        主轴孔端面及底面
080        粗镗主轴孔及凸轮轴孔        底面，底面圆柱销孔        200        钻摆动臂螺孔及各回油孔        主轴孔端面及底面
090        粗镗缸套孔        底面及底面圆柱销孔        210        底面各螺孔攻丝        主轴孔端面及底面
100        半精镗缸套孔        底面及底面圆柱销孔        220        前后面各螺孔攻丝        底面及底面圆柱销孔
110        精镗主轴孔及凸轮轴孔        底面及底面圆柱销孔        230        左右两侧面各螺孔攻丝        底面及底面圆柱销孔
120        精镗缸套孔及止口        底面及底面圆柱销孔        240        刻线       
表 1

4.5制定工艺路线
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查《指导手册》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
       
4.6选择加工设备和工艺设备

4.7机械加工余量、工序尺寸及公差的确定

5.7.1确定切削用量及时间定额：
工序10 ：粗铣缸盖结合面及底面
5.7.2. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=170~241,铸造。
加工要求：表面粗糙度达到Ra12.5，加工长度l=650
机床：11KW双面铣床
刀具：W18Co4硬质合金钢机夹铣刀盘,牌号YG6。铣削宽度ae=223,深度ap<=4,齿数z=10,故据《切削用量简明手册》（后简称《简明手册》）取刀具直径do=300mm。选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。

4.7.3 切削用量

4.7.3.1铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=4，一次走刀即可完成所需长度。

4.7.3.2计算切削速度 按《机械加工工艺手册》，（北京出版社，李洪主编以后简称《工艺手册》）
V c=
式 为铣刀直径等于300，T为刀具耐用度T=10800s，ap为背吃刀量ap=4,
Af每齿为进给量af=0.23mm/z
Kv为相关系数， =0.675
与工件材料相关的系数， =0.88
与铣刀耐用度相关的系数，  =1
与毛坯性质相关的系数， =1
与铣刀材料相关的系数， =1.2
与加工性质相关的系数， =0.8
与加切削液相关的系数， =0.8
算得 Vc＝60m/min，  =63r/min
据双面铣床参数，选择nc=71r/min,则实际切削速度V c=67m/min,
5.7.4校验机床功率 查《简明手册》Pcc=9kw,而机床所能提供功率为Pcm=11kw>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=4mm，nc=71r/min,，V c=67m/min，f z=0.23mm/z。

4.8.工序20：钻铰底面各孔
4.8.1工步 1：钻  各孔
加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=170~241,铸造。
加工要求：保证A，B四螺孔对工件毛坯中心距125和93为主，螺孔外型尺寸15仅供参考。
机床：2工位组合钻
刀具：直柄麻花钻 ,加工长度l=37,加工余量t=10.2,ap=t/2=5.1,一次加工成型。故据《简明手册》选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，
刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。
切削用量
查《工艺手册》表10.4-2进给量f=0.2-0.35mm/r,取f=0.2mm/r
   =10.98m/min
  查机床说明书取ns=361r/min,
所以实际切削速度v=11.56m/min
计算机动工时

4.8.2工步 2 ：钻 孔
查《工艺手册》表10.4-2 f取0.2mm/r,ap=d/2=4.25mm,走刀长度l=18mm,机床转速和工步1相同。机动工时t= =0.38min

4.8.3工步3：扩 各孔
查《工艺手册》表10.4-6，取f=0.5mm/r,ap=   = mm
走刀长度l=4-10mm
查《工艺手册》10.4-9  。T为刀具耐用度T=35min
Kv为相关系数的乘积kv=1*0.75*1*0.84*1.0.87=0.54
代入相关数据得v=8.58m/min   =198r/min,按机床说明书取ns=235
所以实际钻削速度v=9.43m/min
4.8.4工步4：铰 孔
刀具 硬质合金锥柄机铰刀
加工长度l=8mm,加工余量t=D-d=13-12.75=0.25mm,ap=t/2=0.125mm
查《工艺手册》10.4-7取f=1mm/r
= m/min
=55.3,按机床说明书，取ns=57.5r/min,实际v=2.348m/min
4.9工序30粗铣前后端面
4.9.1选择刀具
由于加工面积大，采用铣刀盘铣削，刀具材料YG6，刀盘直径D=400mm，
加工计算长度l=460mm,加工余量t=4-6mm(由毛坯定)，ap=t=4-6mm,一次走刀完成
查《工艺手册》表2.4-73取进给量af=0.23mm/z,铣削宽度ae=250mm
查表2.4-96切削速度
V= =

=55.58m/min。主轴转速 =44.46，按机床说明书取ns=52r/min,实际切削速度v=65.3r/min。机动时间t= =1.8min 铣削完成后用游标卡尺300x0.05(GB1214-85)检测
4.10工序 40： 精铣前，后面
确定加工余量：
加工前两端面距离尺寸max=233.5,min=233。加工后max=231.72，min=231。
加工余量tmax=233.5-231=1.5,tmin=233-231.72=1.28
现取加工余量t=1.5mm,ap=t=1.5mm(双面)，加工计算长度l=450mm,铣削宽度ae=350mm
选刀具:考虑铣削宽度较大,用 铣刀盘,刀具材料为YG6,铣刀盘耐用度为25200s
采用4.5KW双面铣床。
确定切削用量：查《工艺手册》表2.4-73 f取1.2mm/r
V= = =190.85m/min
=148.5r/min按机床说明书取ns=155r/min, 实际切削速度v=195m/min
4.11 工序50：精铣上，下面
加工要求：1 加工前需检查设备各部位是否正常，并空转5-10min;
2 表面粗糙度达不到要求时需及时修磨刀具；
确定加工余量：
加工前两平面的距离尺寸Lmax=488.4,Lmin=488.2;加工后Lmax=487.3,Lmin=487.24
所以加工余量tmax=488.4-487.24=1.16mm,tmin=488.2-487.3=0.9mm，取t=1mm,ap=t=1mm
选刀：采用 铣刀盘，刀具材料为YG6
确定切削用量：同工步40，取f=0.85mm/r, V= 代入相关数据v=135.8m/min
Ns=116.8m/min
4.12工序60：铣窗口平面，油泵平面及水管安装面
与前两道铣削工序一样，首先确定加工余量t=3-5mm(由毛坯定)，切削深度       a p=3-5mm,加工计算长度l=270mm，分别用  铣刀盘加工各平面，刀具材料为YG3，机床主轴转速及进给量与工序50相同，铣削完成后检验油泵平面对A面的垂直度公差0.05，窗口平面对A面的垂直度公差为0.08
4.13工序70：铣调速器安装平面
硬质合金锥柄立铣刀，保证主轴孔端面与调速器安装平面间尺寸为
4.14工序80：粗镗主轴孔及凸轮轴孔
刀具：主轴孔粗镗刀（ 孔）刀具材料YG6，刀具尺寸 ， 是刀头外圆直径，80是刀头长度；
主轴孔半精镗刀 ，YG6加工 孔；
主轴孔（ ）镗刀 ，YG6
主轴孔倒角刀（ 孔） ，YG6
凸轮轴孔镗刀（ ） ，YG6
凸轮轴孔倒角刀，YG6
考虑到孔加工长度和加工余量都比较小，切削用量按经验选取。
4.15工序90：粗镗缸套孔
加工余量由毛坯定为6mm；
工步1：粗镗  孔。
刀具选取：汽缸套孔粗镗刀 ，YG6；
切削用量：加工计算长度l=39mm，加工余量t=6mm,ap=t/2=3mm,查《工艺手册》11.4-1
v=30-60m/min,f=0.3-0.8mm/r.v取36.5m/min,f取0.5mm/r,ns=110r/min
机动工时t= min
检验：用125*0.02（GB1214-85）型游标卡尺检验其公差。

工步2：粗镗
刀具：汽缸套孔粗镗刀 ，YG6；
切削用量：加工计算长度l=45mm，加工余量t=6mm,ap=t/2=3mm,查《工艺手册》 11.4-1
V取38.5m/min,f取0.5mm/r,ns=110r/min
加工工时t= =0.81min
4.16 工序100：半精镗缸套孔
确定加工余量：镗   
加工长度45mm,加工前Dmax=105.66,Dmin=105.5;加工后Dmax=106.5,Dmin=106.4
所以加工余量tmax=1mm,tmin=0.74,ap=0.37-0.5mm
查表《工艺手册》11.4-1切削用量v=36.7m/min,f=0.4mm/r,ns=110r/min;
刀具选  YG6
机动工时t=  1min
同理加工 ，切削用量见工序卡
4.17工序110-120均为镗削，加工余量和切削用量的计算可参考以上镗削工序，计算后数值见工序卡。
4.18工序130：钻汽缸体顶面各孔
钻 各孔；
钻孔深34，加工计算长度l=39，加工余量即为孔径d=12mm, 背吃刀量ap=d/2=6mm
查《机械加工工艺手册2》，机械工业出版社（后简称《2》）10.4-1确定进给量f=0.2mm/r

d为钻头直径d=12;
T为刀具耐用度T=60min;
kv= =0.703
与刀具耐用度相关的系数；
与工件材料相关的系数；
与工件材料状态相关的系数；
=420r/min,按机床说明书，取ns=396r/min,则v=14.9m/min
切削工时 t= =0.5min
同理可算出加工  孔时的切削用量，具体数值见工序卡。
4.19 工序140：汽缸体顶面各孔扩孔
扩孔
加工余量t=12.5-12=0.5,ap=t/2=0.25
进给量f查《2》表10.4-6 f=0.5-0.6 mm/r,由于该孔扩孔之后还需攻丝f要乘以0.7的系数，
最后取0.3mm/r
= =20.32m/min
=398r/min,按机床说明书取ns=366r/min,则v=16.67m/min
同理可计算出扩 孔时的加工余量和切削用量，具体数值见工序卡。
4.20工序150：顶面各缸盖螺孔攻丝
4.20.1四缸盖螺孔(M14x1.5)攻丝
加工螺纹长度等于28mm，钻削深度l=28+3=31mm,加工余量t=14-12.5=1.5mm,ap=t/2=0.75mm
选择刀具：机用丝锥 底锥M14x1.5
进给量f=螺距p=1.5mm/r
《2》10.4-9         
Ns=325r/min
式中kv=  
与工件材料相关的系数；
与刀具材料相关的系数；
螺纹精度等级相关系数；
扭矩修正系数。
机动工时 min
L螺纹长度； 丝锥切削锥长度；n主轴转速， 丝锥退出时转速，p为螺距。
4.20.2两M10螺孔攻丝。
参照上一步切削用量的计算方法可得出M10螺孔攻丝的切削用量，具体数值见工序表。



4.21工序160和工序170分别为钻前，后面各孔与钻两侧面两螺纹底孔。
切削用量的计算与工序130的计算方法相同，钻螺纹孔时以 定位，压后轴承孔端面，
各螺纹底孔位移度允差0.2mm。切削用量具体数值见对应工序卡。

4 .22工序180：镗前后面各定位孔。
切削用量和加工余量的计算与前面镗削工序相同。
镗削过程中，正确选择工件的加紧部位，加紧力加紧机构，对于保持工件稳定可靠，防止产生加紧力变形，保证工件加工精度都有很大影响，为此工件的加紧必须遵守下列基本要求：
加紧力应该垂直于主要定位基准面，并尽可能和切削力和工件重力同向；
加紧力应该落在支承元件上或落在几个支承元件所形成的平面内，以保持工件定位稳固，不致使工件产生位移。
加紧力落在工件刚性较好的部位，以使工件加紧变形减至最小。
加紧力应适当可靠，加紧点尽量靠近工件加工表面，以防止工件表面损伤和工件在加工过程中产生振动。
加紧机构应操作安全，方便，省力，其繁简程度应与工件生产批量相适应。
该工序以底面和底面定位销孔定位，符合基准统一原则，压上端面夹紧。加紧力垂直于定位基准面，符合上述要求。       
加工完成后用孔用塞规检验各孔的尺寸是否达到要求。
4.23工序190：钻攻调速螺套孔及底面回油孔。
     本工序主要介绍钻 深103回油孔时的注意事项。
1.深孔钻削方法：
1.1当用标准麻花钻，特长麻花钻钻削深孔时，一般分几级进给的加工方法，即在钻削过程中，使钻头加工一定时间或一定深度后，退出工件，借以排除切屑，并冷却刀具，然后重复进刀或退刀，直至加工完成。
分级进给除了手动控制外还有自动控制，还有自动循环控制：
时间控制：钻削过程中每隔一段时间返回一次，采用时间继电器或液压定时器。
行程控制：钻削过程中达到预定深度返回一次，每次钻深是固定的，适用于在动力
头或动力滑台上进行深孔钻削。
负荷控制：钻削过程中当负荷（钻头扭矩或轴向力）超过规定直时立即自动返回,每次钻深是不固定的,随负荷变化而不同,适用于钻削较小直径的深孔。
2.当采用各种类型的深孔钻头时，配备相应的钻杆，传动器，导向系统，切削液输入器等。
3.深孔钻削的工作要点
     在加工前和加工时应检查和注意的事项：
3.1 机床主轴，刀具导向套，刀杆支承套，工件支承套等中心线的同轴度一般不大于0.02mm
3.2 切削液系统是否畅通，工作压力和流量是否达到额定值
3.3 工件加工端面上不应有中心孔，端面不可歪斜，并避免在斜面上钻孔，必要时应有引导孔。
3.4 加工中排除切屑是否正常，发现异常应应及时退刀停机检验。
3.5 若用较高转速钻孔时，当即将钻通时，应退刀，降速，降低1/2进给量，然后钻通，以防止损坏钻头及工件出口处。
3.6应尽量避免在加工过程中停车，如必须停车，应先停止进给，并将刀具退回一段距离，然后停止油泵，以防止刀具在孔中产生咬住现象。
4.24工序200：钻摆动臂螺孔各回油孔
所有平面的平面度为0.05mm
调速支座安装面应在同一平面内，其允差为0.04。
1.钻摆动臂螺孔
选直柄长麻花钻，加工长度l=26mm,加工余量z即为孔径d=8.5,则背吃刀量ap=z/2=4.25mm,
一次加工完成，查《2》表10.4-1取f=0.2mm/r,
查出相关系数计算出v=12.1m/min, =510r/min,按Z35机床说明书取相近的转速ns=530r/min,则实际的切削速度v =14.15m/min
机动工时t= = =0.24min
同理可计算出其他螺孔加工的切削用量，具体数值见工序卡。
4.25工序210：底面各螺孔攻丝。
以主轴孔端面和底面为定位基准。压后端面 凸台加紧。计算方法与前述攻丝工序中的计算方法相同，这里主要介绍一下机用丝锥攻螺纹中常见的问题，产生原因与解决方法。
  1.
序号        发生问题        产生原因        解决方法
1        丝锥折段        1.螺纹底孔选择偏小2.排屑不好，切屑堵塞。3.攻盲孔螺纹钻孔深度不够。4.攻螺纹切削速度太高。5.攻螺纹丝锥与底孔不同轴。6.丝锥刃磨参数选择不合适。7.工件硬度不稳定。8.丝锥过度磨损。        1.尽可能加大底孔直径。2.刃磨刃倾角或选用螺旋槽丝锥。3.加大钻孔深度。4.适当降低切削速度。5.校正夹具选用浮动攻丝夹头。6.增大丝锥前角，缩短切削锥长度。7.控制工件硬度，选用保险卡头
8.及时更换丝锥。
2        丝锥崩齿        1.丝锥前角选择过大。2.丝锥每齿切削厚度太大。3.丝锥硬度过高，丝锥磨损。        1.适当减小前角。2.适当增加切削锥长度
3.适当降低丝锥硬度，及时更换丝锥
3        丝锥磨损太快        1.攻丝切削速度太高。2.丝锥刃磨参数选择不合适。3.切削液选择不合适。4.工件材料硬度太高。5.丝锥刃磨时烧伤。        1.适当降低切削速度，2.适当减小前角，加长切削锥长度。3.选择润滑性好的切削液4.工件进行适当热处理5.正确刃磨丝锥
4        螺纹中径过小        1.丝锥精度选择不当2.丝锥刃磨参数选择不合适3.切削液选择不合适        1.选择适度精度的丝锥，2.适当加大丝锥前角与切削锥角3.选择润滑性能好的切削液
5        螺纹表面不光滑，有波纹        1.丝锥刃磨参数选择不合适2.工件材料太软3.丝锥刃磨不良4.切削液选择不合适5.攻螺纹切削速度太高6.丝锥磨损        1.适当加大丝锥前角减小切削锥角2.进行热处理，适当提高工件硬度3.保证丝锥前刀面有较细的粗糙度4.选择润滑性能好的切削液5.适当降低切削速度6.更换已磨损的丝锥

4.26工序220：前，后面各螺孔攻丝
加工余量和切削用量见工序卡，计算方法与前述攻丝工序中的计算方法相同，这里主要介绍一下螺纹检验的注意事项。
螺纹加工质量包括：大径、中径、螺距、小径、牙形角、螺纹粗糙度等，外螺纹大径或内螺纹小径可用卡尺等直接测量。中径、螺距靠螺纹环规或螺纹塞规检验保证，这是综合测量法。通常就这样，实际加工中，其它一些要求是由加工条件保证的，如底径r是靠刀具保证的。
螺纹丝套专用底孔塞规用于在安装螺纹丝套前检查螺纹丝套专用内螺纹精度，对最终螺纹精度有要求或大批量安装时，为确保最终螺纹精度，推荐为塞规检查。
      对攻丝后螺纹孔检查时，螺纹孔应当已被清理干净，塞规进行适当的润滑后方可进行检查，要求塞规通端应当通过，止端旋入应不大于二扣。
      螺纹丝套专用底孔塞规的精度等级与安装螺纹丝套后最终螺纹精度等级相配。
螺纹检测的误区
1）螺纹检验的公差带原则：在螺纹标准中，有沿螺纹牙型分布的公差带图和各直径公差数值表。中国绝大多数的技术人员认为螺纹量规检验合格的产品，其螺纹牙型应该落在螺纹标准所规定的公差带范围内，螺纹质量应该没有问题。当发现合格产品的螺纹质量非常差时，他们不知所措，不知道问题出在那里。实际上，螺纹是一个复杂的几何体，它有许多技术参数。如果要完全控制螺纹在质量（采用公差带原则），则需要对螺纹的所有参数进行测量，这要花费大量的时间和高额的检测成本，这样做在实际生产中是行不通的。而且在不同的场合，螺纹的各个参数作用不同，要求也不同，某些参数可以利用生产工艺进行保障，而无须单独检验。目前，我国使用的螺纹通、止量规来源于1905年英国发明的泰勒原则。它的优点是经济性好、可以保证装配；缺点是螺纹的质量保证水平偏低，存在许多技术漏洞。中国应该认真地研究和借鉴美国的螺纹检验体系技术（标准），提高我国螺纹的制造水平。

2）密封螺纹的量规检验与密封保证间的关系：中国绝大多数的技术人员认为螺纹量规检验合格的螺纹，其螺纹牙型应该落在螺纹标准所规定的公差带范围内，螺纹的密封性应该没有问题。可实际上，用量规所进行的螺纹检验与保障螺纹的密封性基本没有多大关系，螺纹检验仅仅保证了内、外螺纹间的装配位置关系。为保证螺纹的密封性，企业必须采取一定的内控措施。由于我国技术人员没有认识到这点，机械产品经常出现泄露现象，出口产品经常有退货发生，这些严重地影响了我国产品在国际市场的竞争能力。进入二十一世纪，ISO、欧洲和北美洲普遍增加了密封管螺纹的检测量规数量，我国应该跟上国际的最新变化，提高我国密封管螺纹的密封能力。
4.27工序230：底面各螺孔攻丝
加工余量和切削用量见工序卡，计算方法与前述攻丝工序中的计算方法相同。保证各加工表面粗糙度Ra均为12.5。以底面和底面销孔为定位基准,压顶面加紧。各螺孔位移度允差0.2mm
4.28工序240：钳工刻线
第5章 夹具设计
5.1 夹具概述
夹具是机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时限位等等作用的。
机床夹具很一般夹具所起的作用看起来好像很接近，但其结构和设计要求却有 很显著的甚至是根本的区别。组合机床夹具的结构和性能，对加工零件工艺规程配置方案的选择，有很大的影响。下面介绍一下夹具的一些主要特点。
（a）        一般的夹具是作为机床的辅助机构设计的，而夹具是机床的主要组成部分，其设计工作是整个机床设计的重要部分之一。
（b）        夹具和加工零件工艺规程有极其密切的联系：如回转或移动工作台，回转鼓轮，主轴箱，刀具和辅具，钻模板和托架，以及支承部件等等。正确地解决它们之间的关系，是保证组合机床的工作可靠和使用性能良好的重要条件之一。而且夹具的结构也要按这些部件的具体要求来确定。如在液压驱动的立式回转工作台机床上的夹具，其夹压系统就可采用液压作为动力；而在卧式鼓轮机床上的夹具，则多采用电气—机械的夹紧方法。
（c）        由于组合机床常常是多、多面和多工序同时加工，会产生很大的切削力和振动。因此组合机床夹具必须具有很好的刚性和足够的夹压力，以保证在整个加工过程中工件不产生任何位移。同时，也不应使工件产生不容许的变形。
（d）        组合机床夹具是保证加工精度（尺寸精度、几何精度和位置精度等）的关键部件，其实设计、制造和调整都必须有严格的要求，使其能持久地保持精度。
（e）        组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化，并有动作完成的检
查信号；保证切屑从加工空间自动排除；便于观察和检查，以及在不从机床上拆下夹具的情况下，能够更换易损件和维护调整。
组合机床夹具是组合机床的组成部件，其设计应按如下的程序进行：
       （1）认真研究分析所要设计夹具的原始数据和要求   因为在拟订组合机床的工艺和结构方案时，对夹具的结构型式和主要性能已提出了原则要求。
       （2）拟订夹具结构方案和进行必要的计算  根据机床总体设计中确定的工件定位基面、夹压位置、加工方法和刀具导向方式等，制定夹具的总体方案。
       （3）组合机床夹具设计的总图和零件  在已确定的夹具结构方案基础上，设计生产用的夹具总图和零件图。
按照组合机床夹具的主要功能，其结构可以分为三大部分，即定位支承系统，夹紧机构和刀具导向装置。

5.2 定位支承系统概述
    在组合机床上加工时,必须使用权被加工零件对刀具及其导向体质正确的相对位置,这是靠夹具的定位支承系统来实现的,定位支承系统除用以确定被加工零件的位置外,还要承受被加工零件的生量和夹压力,有时还要取受切削力。
定位支承系统主要由定位支承、辅助支了和一些限位元件组成。定位支承是指在加工过程中维持被子加工零件有一定位置的元件。辅助支承是公用作增加被加工零件在加工过程中的刚度及稳定性的一种活动式支承元件。
由于定位支承元件直接与被加工零件接触，因此其尺寸、结构、精度和布置都直接影响被子加工零件的精度。为了避免产生废品以及经常修理定位支承元件的麻烦，设计时必须注意以下的问题：
（a）合理布置支承元件，力求使其组成较大的定位支承平面。最好使夹压力的位置对准定位支承元件。当受工件结构限制不能实现时，也应使定位支承元件尽量接近夹压力的作用线，并使夹压力的合力中心处于定位支承平面内。
（b）提高刚性，减少定位支承系统的变形。应力求使定位元件（如定位销）不要受力。
（c）提高定位支承系统的精度及其元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度。
（d）可靠地热电厂除定位支承部位的切屑。使用权切屑不堵塞和粘创刊在定位支承系统上，对保证定位的准确性和工作可靠性有很大的影响。因此设计时应尽可能不使用权切屑落到定位支承系统上。当切屑有可能落在其上时，必须采取有效的热电厂屑和清理措施。

5.2.1定位支承系统
定位支承系统主要由定位支承，辅助支承和一些限位元件组成。
1． 定位支承元件及其布置
机床常用的定位支承元件有：支承板，支承块，支承销。下图（a）支承板是本设计中采用的支承件。
在组合机床夹具上采用支承板定位时，工件通常用四个或理多一些的支承板定位，这样可增加定位系统的刚度，心防止当夹紧力和切削力不是对支承板时瑞士引起工件的变形。为了减小支承板的不共面度的误差，可装配后合磨。通常不共面度误差为0。01~0。03mm。
对于采用毛坯面定位夹具，从理论上讲是应当采用三点支承的，并采用带圆头的支承销定位，但当采用三个以上的压板而不能确保同时动作时（实际上是达不到同时动作），常常会把工件夹歪，因此需要采用四点支承的方法。
在布置支承点时，应按工件定位而后情况，使支承点之间的距离尽量远一些，以增加定位的稳定性。支承板应该放在切屑不易落到的地方。当工件在夹具上以侧面及其上面的定位孔定位时，定位块就放在加工部位的上方或是切屑易落到的地方，且在布置上应保证支承块之间有较大的距离，不应连续排列。
2定位销
在组合机床及其自动线上加工箱体类零件时，多采用“一面两销”的定位方法，以消除工件在空间的六个自由度，实现工件在夹具中的准确定位。为了能以最简单的运动形式装卸工件（如单机夹具上的推进和拉出，流水线和自动线上工件在夹具上的送进和推出），多采用伸缩式定位销。除此以外，还可采用固定式定位销。
1） 固定式定位销
当要求被加工孔与定位销孔之间的位置精度高与+0。05或是-0。05mm。或是受结构的限制不能采用伸缩式定位销，以及加工装卸比较容易的轻小零件时，为了简化夹具的结构均采用固定式定位销。
采用固定式定位销时，为了使工件的定位基面能很好地与支承元件相接触，除采用圆柱销和削边销相结合的定位方法以补偿孔间距的误差外，定位销还必须有适当的高度，以补偿定位孔与定位基面的垂直度误差。对于削边销，要采用可靠的防转措施，对于定位销，还应考虑拆装方便。定位销与安装孔的配合，定位销的尺寸及公差等，详见《机床夹具设计手册》。



5．3方案提出

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。并设计工序130钻汽缸顶面中的法兰盘上孔。本夹具将用于组合机床，刀具为麻花钻。

5.4问题的提出

本夹具是用来钻多个不等大小的小头孔,零件图中大小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心线为三个侧平面的设计基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题.



5.5夹具设计

5.5.1定位基准选择
       底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以地面为主要定位基准..由于铸件的公差要求较大,利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零件的大小孔的中心距的公差要求.为了提高加工效率,现决定采用多个麻花钻加工出多个不等大小的通孔.

5.5.2切削力及夹紧力计算
由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个V型块适当夹紧后本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算.

5.5.3定位误差分析
       根据零件图规定.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块\螺杆以及滑块的制造误差.同时,对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为
                 0.08+0.05=0.13 0.2mm
所以能满足精度要求.

5.5.4该夹具用于加工位置在同一中心线上的非回转零件上半径R=5~20㎜的孔，被加工孔中心距可达123㎜。
使用时，只需按被加工零件的要求，配置专门的钻模板，通过手柄，使丝杆带动V  型块做自定心式移动，以便夹紧或松开零件。

5.6钻床夹具的装配图（如下图）