基于PROE平臺的柴油機機體工藝及三面精鏜夾具設計.doc

本科生畢業(yè)設計說明書200811前言1.1課題內(nèi)容設計ZH1105W柴油機氣缸體的工藝設計和三面精鏜夾具的專用夾具設計1.2課題來由課題來源于鹽城市江動集團。1.2.1課題背景我國柴油機產(chǎn)業(yè)自20世紀80年代以來有了較快的發(fā)展，隨著一批先進機型和技術的引進，我國柴油機總體技術水平已經(jīng)達到國外80年代末90年代初水平，一些國外柴油機近幾年開始采用的排放控制技術在少數(shù)國產(chǎn)柴油機上也有應用。最新開發(fā)投產(chǎn)的柴油機產(chǎn)品的排放水平已經(jīng)達到歐1排放限值要求，一些甚至可以達到歐2排放限值要求。但我國柴油機產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展仍然面臨著許多問題。箱體是機器和部件的基礎零件，它將機器和部件中所有零件連接成一個整體，并使之保持正確的相互位置，完成必需的運動。因此，箱體的加工質量直接影響著機器的性能，精度和壽命。箱體類零件盡管形狀各異，尺寸不一，但是它們均有空腔，結構復雜，壁厚不均等共同特點，在箱壁上既有許多精度較高的軸承支撐孔和平面需要加工，又有許多精度較低的緊固孔需要加工。因此，箱體不僅需要加工的部位多，而且加工的難度也較大。夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。組合夾具可以縮短生產(chǎn)準備周期，保證產(chǎn)品質量和提高經(jīng)濟效益，非常適合多品種，小批量的生產(chǎn)類型。隨著近年來柔性化設備和加工系統(tǒng)的迅速發(fā)展，具有元件全部標準化的高柔性組合夾具已成為制造系統(tǒng)的必備輔助工具。1.2.2課題要求氣缸體加工工藝合理，在工廠生產(chǎn)設備條件下能達到加工技術要求，并且加工過程合理，生產(chǎn)率高，經(jīng)濟效益好。夾具工作可靠，結構簡單，裝卸方便，便于維修，調整，易操作。夾具設計符合大批大量生產(chǎn)要求。1.2.3組合機床國內(nèi)外發(fā)展概況我國加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存。組合機床行業(yè)企業(yè)適時調整戰(zhàn)略，采取了積極的應對策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2002年9月份，組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床產(chǎn)品一項，據(jù)不完全統(tǒng)計產(chǎn)量已達800余臺，產(chǎn)值達3個億以上，較2001年同比增長了10%以上,另外組合機床行業(yè)工業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經(jīng)濟指標均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術較去年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機、農(nóng)機、工程機械、化工機械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設備，隨著我國加入WTO后與世界機床行基于ProE平臺的柴油機機體工藝及三面精鏜夾具設計2業(yè)進一步接軌，組合機床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉變。從近兩年的企業(yè)生產(chǎn)情況看，數(shù)控機床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機床則有下降趨勢，中國機床工具工業(yè)學會的機床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟指標報表的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個全國大型重點企業(yè)的生產(chǎn)情況看，2000年生產(chǎn)數(shù)控機床590臺，產(chǎn)值10731萬元，生產(chǎn)加工中心118臺，產(chǎn)值4601萬元；2001年生產(chǎn)數(shù)控機床685臺，產(chǎn)值17969萬元，生產(chǎn)加工中心129臺，產(chǎn)值5760萬元；而2002年，截至9月份，數(shù)控機床、加工中心產(chǎn)量、產(chǎn)值已接近2001年全年水平，故市場在向數(shù)控、高精制造技術和成套工藝裝備方面發(fā)展?！熬盼濉焙笃冢诮M合機床行業(yè)企業(yè)的50余家組合機床分會會員中，僅有兩家企業(yè)實行了股份制改造，一家企業(yè)退出國有轉為民營，其余都是國有企業(yè)。而從2001年至今，不到兩年的時間里，就先后有十幾家企業(yè)實行股份制改造，一些小廠幾乎全部退出國有轉為民營，現(xiàn)在一些國家重點國有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉制已勢不可擋，“民營經(jīng)濟在經(jīng)歷了從被歧視、被藐視到不可小視和現(xiàn)在的高度重視4個階段后，煥發(fā)勃勃生機?！苯M合機床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營化等多種形式快速發(fā)展。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等；隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛柔兼?zhèn)涞淖詣踊b備。1.2.4本課題主要解決的問題和總體設計思路在柴油機氣缸體工藝設計中，主要要制定合理的工藝過程，選擇合適的加工本科生畢業(yè)設計說明書20083機床，選擇合適的切削用量。在柴油機氣缸體加工三面精鏜夾具設計中，首先要按照工序圖來確定夾具的夾緊力方式和夾緊力的受力點，確定夾緊方式后要確定夾具的配置形式，然后進行總體的設計，本人設計的是專用夾具，但夾具的設計也要盡量選用通用部件，以節(jié)約成本和縮短產(chǎn)品的制造周期。氣缸體加工工藝的設計思路如下：在看懂零件圖的基礎上，對氣缸體有個大概的了解。氣缸體工藝的設計主要就是在滿足加工要求的基礎上工藝過程的合理性和經(jīng)濟性和加工效率問題。由于本人水平有限，經(jīng)驗不足，在查閱相關資料的基礎上，盡可能的把工藝過程制定的合理。氣缸體的加工決定先銑上下面，然后以上下做定位基準，銑前后面和左右面。在精銑完上下左右前后面的基礎上，根據(jù)零件圖上的設計基準做基準，鏜各面上的孔，然后根據(jù)零件圖上的設計基準鉆定位孔，定位孔鉆好之后就可以以定位孔做基準鉆個面上的螺紋孔。氣缸體加工工藝的設計思路如下：在三面精鏜工序圖的基礎上，確定要加工的孔，和孔之間的相互位置關系，然后選擇夾緊方式，由于三面精鏜組合機床有液壓傳動部分，而又由于液壓傳動的諸多優(yōu)點，如，液壓氣動元件的布置不受嚴格的空間位置關系，液壓傳動的平穩(wěn)性等。所以選擇夾具的夾緊方式可以用液壓力夾緊。此外，用液壓夾緊異域實現(xiàn)自動化，液壓傳動具有過載保護功能，可以調節(jié)液壓閥的調定值輕易實現(xiàn)夾緊力的調節(jié)。由于精鏜工序在六面面精銑之后，所以可以用各個面用來定位，所以夾具選擇三面定位。夾緊力的受力點選擇柴油機前后面的底座搭子，選擇底座搭子做為夾緊了的受力點，這樣可以減少夾緊變形，提高加工精度。畢業(yè)設計是完成工程技術人員基本訓練的最后一個重要環(huán)節(jié)，目的是培養(yǎng)學生的綜合運用所學專業(yè)和基礎理論知識，獨立解決本專業(yè)一般工程技術問題的能力，在設計方案的選定、設計資料的收集，手冊和國家標準、規(guī)范的運用，設計方案的應用，零部件圖及總裝圖的繪制等方面有定較全面的段練，并使每個學生樹立起正確的設計思想和良好的工作作風。由于水平有限，經(jīng)驗不足，第一次全面的系統(tǒng)的設計本次設計難免有許多不妥和錯誤之處，懇請指導老師和讀者批評指正錯誤，以便及時改正2氣缸體加工工藝設計2.1確定生產(chǎn)類型已知此缸體零件的生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以專用設備為主，大量采用專用工裝。2.2確定毛坯2.2.1確定毛坯種類：考慮氣缸體零件結構復雜,采用鑄造成型,材料為HT250。柴油機活塞運行過程中所受沖擊較大，零件機械性能要求較高，生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn)。查機械制造工藝及設備設計指導手冊選用鑄件尺寸公差等級IT8級?；赑roE平臺的柴油機機體工藝及三面精鏜夾具設計42.2.2確定鑄件加工余量及形狀機械制造工藝及設備設計指導手冊325頁表15-7，選用加工余量為MA-G級，各表表面加工余量按經(jīng)驗選取。2.2.3有多次加工表面的加工余量用材料去除法制造機器零件時，一般都要從毛坯切除一層層材料之后最后才能得到符合圖紙規(guī)定要求的零件。坯上留作加工用的材料層，稱為加工余量。加工余量又有總余量和工序余量之分。某一表面毛坯尺寸與零件設計尺寸之差稱為總余量，以t表示。該表面加工相鄰兩工序尺寸之差稱為工序余量t1,總余量t與工序余量t1的關系可用下式表示。*1tnt式中：n某一表面所經(jīng)歷的工序數(shù)。工序余量有單邊余量和雙邊余量之分。對于非對稱表面，其加工余量用單邊余量zb表示：zbla-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。對于外圓與內(nèi)圓這樣的對稱表面，其加工余量用雙邊余量2zb表示，對于外圓表面有：2zbda-db；對于內(nèi)圓表面有：2zbdbda由于工序尺寸有偏差，故各工序實際切除的余量值式變化的，因此工序余量有公稱余量（簡稱余量）、最大余量zmax、最小余量zmin之分，對于上圖所示被包容面加工情況，本工序加工的公稱余量：zbla-lb公稱余量的變動范圍：tzzmaxzmintbta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“入體原則”標注。對被包容尺寸(軸徑)，上偏差為0，其最大尺寸就是基本尺寸；對包容尺寸（孔徑、鍵槽）、下偏差為0，其最小尺寸就是基本尺寸。2.3工藝規(guī)程設計2.3.1基準基準：基準是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素之間的幾何關系的所依據(jù)的那些點、線或面。從設計和工藝兩方面看基準，可以把基準分為兩打類：設計基準和工藝基準。設計基準：設計者在設計零件時，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，確定標注尺寸的其實位置。工藝基準：零件在加工和裝配過程中所采用的基準稱為工藝基準。工藝基準又進一步分為：工序基準、定位基準、測量基準、和裝配基準。本科生畢業(yè)設計說明書200852.3.2定位基準的選擇各工序定位基準的選擇，應先根據(jù)工件定位來確定所需定位基準的個數(shù)，再按基準選擇原則來選定每個定位基準。為使所選定的定位基準能保證整個機械加工工藝過程順利進行，通常應先考慮如何選擇精基準來加工各個表面，然后考慮如何選擇粗基準把作為精基準的表面先加工出來。1、精基準的選擇原則（1）基準重合原則應盡可能選擇被加工表面的設計基準為精基準，這樣可以避免由于基準不重合引起的定位誤差。（2）統(tǒng)一基準原則應盡可能選擇用同一組精基準加工工件上盡可能多的加工表面，以保證各加工表面之間的相對位置關系。例如，加工汽缸體時大多數(shù)工序以底面及底面銷孔定位，就可以保證加工面的相對位置關系誤差減小到最低。（3）互為基準原則當工件上兩個加工表面之間的位置精度要求比較高時，可以采用兩個加工表面互為基準反復加工的方法。例如在精銑汽缸體前，后面時為保證其平面度公差為0.05及二者平行度公差0.08，以他們本身為基準加工測量。（4）自為基準原則一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均勻，常以加工表面自身為基準。（5）可靠方便原則應選定位可靠，裝夾方便的表面作基準。2、粗基準的選擇原則保證零件加工表面相對于不加工表面具有一定位置精度的原則被加工零件上如有不加工表面應選不加工面作粗基準，這樣可以保證不加工表面相對于加工表面具有較為精確的相對位置。（1）合理分配加工余量的原則從保證重要表面加工余量均勻考慮，應選擇重要表面作粗基準。在床身零件中，導軌面是最重要的表面，它不僅精度要求高，而且要求導軌面具有均勻的金相組織和較高的耐磨性。由于在鑄造床身時，導軌面是倒扣在砂箱的最底部澆鑄成型的，導軌面材料質地致密，砂眼、氣孔相對較少，因此要求加工床身時，導軌面的實際切除量要盡可能地小而均勻，故應選導軌面作粗基準加工床身底面，然后再以加工過的床身底面作精基準加工導軌面，此時從導軌面上去除的加（2）汽缸加工粗基準選擇便于裝夾的原則為使工件定位穩(wěn)定，夾緊可靠，要求所選用的粗基準盡可能平整、光潔，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆冒口切痕或其它缺陷，并有足夠的支承面積?；赑roE平臺的柴油機機體工藝及三面精鏜夾具設計6粗基準一般不得重復使用的原則在同一尺寸方向上粗基準通常只允許使用一次，這是因為粗基準一般都很粗糙，重復使用同一粗基準所加工的兩組表面之間位置誤差會相當大，因此，粗基一般不得重復使用。2.3.3表面加工方法的選擇選擇加工方法時，首先根據(jù)零件主要表面的技術要求和工廠具體條件，先選定它的最終工序方法，然后再逐一選定該表面各有關前導工序的加工方法。同一種表面可以選用各種不同的加工方法加工，但每種加工方法所能獲得的加工質量、加工時間和所花費的費用卻是各不相同的，工程技術人員的任務，就是要根據(jù)具體加工條件(生產(chǎn)類型、設備狀況、工人的技術水平等)選用最適當?shù)募庸し椒?，加工出合乎圖紙要求的機器零件。具有一定技術要求的加工表面，一般都是只通過一次加工就能達到圖紙要求的，對于精密零件的主要表面，往往要通過多次加工才能逐步達到加工質量要求。IT7的螺紋孔，其最終工序選用絲錐攻絲，則其前導工序可分別選為鉆孔，擴孔，鉸孔。主要表面的加工方案和加工工序選定之后，再選定次要表面的加工方案和加工工序。2.3.4加工階段的劃分1、劃分加工階段的原因是：（1）保證加工質量。（2）有利于合理利用機床設備。（3）便于及時發(fā)現(xiàn)毛胚缺陷。（4）精加工，光整加工安排在后面，課保護精加工和光整加工過的表面少受磕碰損壞。2、零件的加工質量要求較高時，應把整個加工過程劃分為以下幾個階段：（1）粗加工階段其主要任務是切除大部分加工余量，應著重考慮如何提高生產(chǎn)效率（2）半精加工階段完成次要表面的加工，并為主要表面的精加工做好準備。（3）精加工階段使各主要表面達到圖樣規(guī)定的質量要求（4）光整加工階段對于質量要求很高的的表面，需進行光整加工，以進一步提高尺寸精度和減小表面粗糙度。2.3.5確定工序集中及分散1、工序集中原則按工序集中原則組織工藝過程，就是使每個工序所包括的加工內(nèi)容盡量多些，將許多工序組成一個集中工序，最大限度的工序集中，就是在一個工序內(nèi)完本科生畢業(yè)設計說明書20087成工件所有表面的加工。傳統(tǒng)的流水線、自動線生產(chǎn)基本是按工序分散原則組織工藝過程的，這種組織方式可以實現(xiàn)高生產(chǎn)率生產(chǎn)，但對產(chǎn)品改型的適應性較差，轉產(chǎn)比較困難。2、工序分散原則按工序分散原則組織工藝過程，就是使每個工序所包括的加工內(nèi)容盡量少采用數(shù)控機床、加工中心按工序集中原則組織工藝過程，生產(chǎn)適應性反而好，轉產(chǎn)相對容易，雖然設備的一次性投資較高，但由于有足夠的柔性，仍然受到愈來愈多的重視。2.3.6加工順序的安排先加工主要表面，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2.3.7熱處理工序的安排熱處理工序及表面處理工序的安排為改善工件材料切削性能安排的熱處為消除工件內(nèi)應力安排的熱處理工序，例如，人工時效、退火等，最好安排在粗加工階段之后進行。為了減少運輸工作量，對于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前進行。對于機床床身、立柱等結構較為復雜的鑄件，在粗加工前后都要進行時效處理(人工時效或自然時效)，使材料組織穩(wěn)定，日后不再有較大的變形產(chǎn)生。為提高工件表面耐磨性、耐蝕性安排的熱處理工序以及以裝飾為目的而安排的熱處理工序，例如鍍鉻、鍍鋅、發(fā)蘭等，一般都安排在工藝過程最后階段進行。其它工序的安排為保證零件制造質量，防止產(chǎn)生廢品，需在下列場合安排檢驗工序：1)粗加工全部結束之后；2)送往外車間加工的前后；3)工時較長和重要工序的前后；4)最終加工之后。除了安排幾何尺寸檢驗工序之外，有的零件還要安排探傷、密封、稱重、平衡等檢驗工序。零件表層或內(nèi)腔的毛刺對機器裝配質量影響甚大，切削加工之后，應安排去毛刺工序。零件在進入裝配之前，一般都應安排清洗工序。工件內(nèi)孔、箱體內(nèi)腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附著在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夾緊工件的工序之后，要安排去磁工序，不讓帶有剩磁的工件進入裝配線。2.3.8機床設備與工藝裝備的選擇所選機床設備的尺寸規(guī)格應與工件的形體尺寸相適應，精度等級應與本工序加工要求相適應，電機功率應與本工序加工所需功率相適應，機床設備的自動化程度和生產(chǎn)效率應與工件生產(chǎn)類型相適應。工藝裝備的選擇將直接影響工件的加工精度、生產(chǎn)效率和制造成本，應根據(jù)不同情況適當選擇。在中小批生產(chǎn)條件下，應首先考慮選用通用工藝裝備(包括夾具、刀具、量具和輔具)；在大批大量生產(chǎn)要考慮設備投資的當前效益，還要考慮產(chǎn)品改型及轉產(chǎn)的可能性，應使其具有足基于ProE平臺的柴油機機體工藝及三面精鏜夾具設計8夠的柔性。2.4制定工藝過程：1、粗銑水箱面及油底面；2、粗銑主軸支承面及齒輪室；3、粗銑氣缸蓋面及后蓋板面；4、鏨缸面水道孔；5、精銑水箱面及油底殼面；6、去除水箱面及油底殼面上的毛刺；7、精銑主軸承面及齒輪室蓋面；8、去除主軸承蓋面及齒輪室蓋上的毛刺；9、精銑缸頂面急后蓋面；10、去除氣缸蓋面及后蓋板面上的毛刺；11、三面粗鏜；12、鏨油道孔；13、半精鏜；14、精鏜；15、鉆定位孔；16、鉸定位孔；17、鉆水箱面各孔；18、鉆油底殼面后蓋面各孔；19、割鎖圈槽；20、攻絲；21、鉆、擴鉸挺桿孔；22、鉆主軸承面上下平衡軸蓋板孔；23、