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摘 要
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是：2110型柴油機(jī)氣缸蓋加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì)。
氣缸蓋是柴油機(jī)的重要零部件之一，屬于典型的箱體類零件。他的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其加工質(zhì)量的好壞將直接影響到柴油機(jī)的整體性能。
通過對零件圖的分析可知：氣缸蓋的底面、氣道孔及底面座孔的技術(shù)要求加高，是重要的平面，因此需要精細(xì)加工。
由零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)可以確定該零件為大批量生產(chǎn)。毛坯采用HT20—40的鑄鐵由機(jī)器進(jìn)行砂模鑄造。
粗加工時(shí)，選取氣缸蓋的上下底面互為基準(zhǔn)；精加工時(shí)，選取加工過的氣缸蓋底面為基準(zhǔn)。以底面及底面上的兩個(gè)銷進(jìn)行定位，即“一面兩銷”式定位。
在查閱了一些相關(guān)的資料，并仔細(xì)地分析了大連柴油機(jī)廠的氣缸蓋加工工藝路線和其它一些同類產(chǎn)品的生產(chǎn)線狀況后，才具體地制定了這次設(shè)計(jì)的工藝方案。實(shí)際的機(jī)械加工工序安排，遵循著：先主要、后次要，先粗后精，先面后孔等原則。
根據(jù)生產(chǎn)批量和生產(chǎn)實(shí)際情況，工序的安排采用了工序集中和工序分散相結(jié)合的辦法，并且設(shè)計(jì)了一條自動化生產(chǎn)線DX33.當(dāng)按工序集中原則組織過程時(shí)，還普遍的采用了自動化程度較高的高效機(jī)床和工藝裝備。這樣，大大地提高了生產(chǎn)率。
工藝方案中的工序310，采用了專用機(jī)床，在自動線上進(jìn)行加工。因此，需要設(shè)計(jì)“一面兩銷”式專用夾具。其中一銷為短圓柱銷，另一銷為削邊銷，分別限制2個(gè)和1個(gè)自由度。
Abstract
The topic of this graduation project is: 2110 type diesel engine air cylinders build processing technology design by rules and the clamping apparatus is designed.
It is one of the important spare part of a diesel engine that the air cylinder is covered, belong to the typical case body type part. It relatively complicated structure, its the qualities of quality influence globality can diesel engine directly.
Can know through the analysis to the picture of part: Bottom surface who air cylinder build, Kong bottom surface seat the specification requirements of hole increase angry ones, It is the important plane, so need retrofit
Can be confirmed this part as and produced in enormous quantities by producing the guiding principle annually of the part. Blank adopt HT go on sand mould's casting by machine by casting iron as much as 20-40.
At the rough machining, choose about bottom surface who air cylinder stamp interact as the datum; At the finish machining, choose air cylinder that process leave datum on bottom surface. At bottom surface and eaches on the bottom surface sell and go on and make a reservation, namely" each sell at two" the type make a reservation.
It consults relevant materialses analyse diesel engine of Dalian the air cylinders of factory build route and similar the production lines of productses after the state processing technology carefully, Have made this technology scheme designed concretly . The real machining process is arranged, is following : It is neither first main, afterwards less important nor first after being thick precise, the hole waits for the principle after one first.
At production lot and reality of producing, the arrangements of process adopt in collecting and process disperse way that combine together process, Design one a piece of automatic production line DX 33s. When concentrate the principle on organizing the course according to the process, also relatively and technology equip high high-efficient lathes general adoption automatic degrees. So, have boosted productivity greatly .
Technology 310 processes of the scheme, it adopts special-purpose lathe process at the transfer machine. However, need and design " each sell at two" type special-purpose clamping apparatus. Sell and sell for short cylinders among them and sell and for paring and sell, limit each and 1 a piece of degree of freedoms respectively at another.
目 錄
第一章 前言………………………………………………1
一、 柴油機(jī)的工作原理………………………………1
二、 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)…………………………………1
第二章 零件的分析………………………………………1
一、 零件的作用及性能………………………………1
二、 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)…………………………………2
三、 氣缸蓋的主要技術(shù)條件及其分析………………2
第三章 零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)……………………………3
一、 確定毛坯的鑄造形式…………………………….3
二、 制定工藝路線…………………………………….3
三、 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定….13
四、 確定切削用量和基本工時(shí)………………………13
五 、工藝裝備及重點(diǎn)工序分析………………………18
第四章 夾具設(shè)計(jì)……………………………………20
一、 問題的提出………………………………………20
二、 夾具設(shè)計(jì)…………………………………………21
第五章 附錄………………………………………………25
內(nèi)計(jì):
說明書25頁
插 圖4 幅
表 格2 張
設(shè)計(jì)圖 張
第一章 前 言
一、柴油機(jī)的工作原理
內(nèi)燃機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置,由燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒進(jìn)而將能量釋放出來做功.其主要組成部分有:機(jī)體、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及起動裝置等.
它是以柴油為燃料的內(nèi)燃機(jī)，其工作原理是：往氣缸內(nèi)按一定比例和一定的時(shí)間與規(guī)律送進(jìn)空氣，使柴油和空氣混合被壓縮到一定的壓力和溫度而進(jìn)行自燃，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，利用燃?xì)獾牟粩嗯蛎?，推動活塞運(yùn)動，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這樣將柴油的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱動能，對外做機(jī)械功，輸出動力。
二、本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的是2110型柴油機(jī)氣缸蓋的機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)及其中一道重點(diǎn)工序的夾具設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)為夾具設(shè)計(jì)。
氣缸蓋是柴油機(jī)的重要零部件之一，屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體類零件，它的加工精度對柴油機(jī)的綜合性能指標(biāo)高低有著很重要的影響。因此，氣缸蓋的機(jī)械加工工藝有較高的技術(shù)要求。在設(shè)計(jì)過程中，要使零件的質(zhì)量達(dá)到圖紙上的要求，同時(shí)又要盡可能的降低生產(chǎn)成本。這就要求在安排加工工藝方案時(shí)，要兼顧多方面的要求，盡可能選取最佳方案。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我查閱了一些和本次設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的資料，參照和仔細(xì)分析了大連柴油機(jī)廠的氣缸蓋加工工藝規(guī)程，并結(jié)合其它同類產(chǎn)品的生產(chǎn)線狀況，進(jìn)而制定了本次的設(shè)計(jì)方案。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，得到指導(dǎo)教師吳雪松老師的悉心指導(dǎo)，特此表示深深的謝意.
第二章 零件的分析
一、零件的作用及性能
氣缸蓋位于封閉氣缸上部，與氣缸上部及活塞頂構(gòu)成燃燒室，他用螺栓固定于機(jī)體上。氣缸蓋上根據(jù)不同情況裝有排氣門，氣門搖臂和噴油器和火化塞等零部件，并布置有排氣道。燃燒室位于氣缸之上，氣缸蓋承受著高溫氣體的壓力和熱負(fù)荷，還承受著氣缸蓋螺栓的預(yù)緊力。其熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力都比較嚴(yán)重，因此鑒于它的工作方式和惡劣的工作條件，要求氣缸蓋必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，以便能承受各種形式負(fù)載，同時(shí)氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式也要力求簡單，布置要盡可能對稱，厚薄要盡可能均勻，內(nèi)部鑄管冷卻水套要盡可能使高溫部分得到冷卻。
氣缸蓋應(yīng)該用抗熱疲勞性能好的材料鑄造，材料導(dǎo)熱性越好，線膨脹系數(shù)越小，高溫疲勞強(qiáng)度越高，越能承受熱負(fù)荷的反復(fù)作用。綜合起來看，高強(qiáng)度鑄鐵優(yōu)于鋁合金，因此絕大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋多用高等級的灰口鑄鐵鑄造而成。鑒于此，本次設(shè)計(jì)中選用的氣缸蓋材料為灰口鑄鐵HT20-40。
氣缸蓋的外形尺寸為：274*198*100，重量為4.5kg。
二、 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)
由設(shè)計(jì)任務(wù)書知：產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)為1.5萬臺/年。產(chǎn)品的某零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)（N0）除規(guī)定的產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)外，還必須包括備品率α及平均廢品率β，零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)N0為：
N0=N*n*(1+α)*(1+β)
式中：N-產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng) N=15000
n-每一產(chǎn)品中包含該零件的數(shù)量 n=1
α-備品率 取α=10%
β-平均廢品率 取β=5%
N0=15000*1*(1+10%)*(1+5%)
≈17500
故零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為17500個(gè)/年，屬于大批生產(chǎn)。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定后，根據(jù)生產(chǎn)車間的具體情況，零件在一年中分批投產(chǎn)，每批投產(chǎn)的數(shù)量為批量，按月分批的投產(chǎn)，則：
批量= N0/12
=17500/12
≈1500
即每月的生產(chǎn)批量為1500件。
考慮到零件的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，以我國目前的機(jī)械工業(yè)的發(fā)展水平，為取得很好的經(jīng)濟(jì)效益，選用萬能設(shè)備與專用設(shè)備共同的形成的流水線生產(chǎn)加工方式。
生產(chǎn)節(jié)拍t的確定
t=60tc/ N0(分)
式中：tc=300*8*班次*η
300-全年工作日
班次為一班
η-自動線效率：從300天中扣除一天缺勤時(shí)間，通常工人工作時(shí)間損失率均為8%，維護(hù)設(shè)備的停工維修時(shí)間取
tc=2150
則t=（60*2150）/17500
≈7.5（分鐘）
三、氣缸蓋的主要技術(shù)條件極其分析
1、尺寸精度
氣缸蓋是以底平面與缸體連接的，其他平面用來安裝有關(guān)零部件，為既能保證裝配技術(shù)要求，又能滿足組裝后柴油機(jī)的總體尺寸，故對氣缸蓋的外形尺寸有一定的技術(shù)要求，長：274±0。34；寬：198；高：100±0.23。
在諸多的孔中，重要的是導(dǎo)管孔、氣門孔及工藝孔、這些孔分別咬壓裝導(dǎo)管，座墊及定位安裝用，故要求很高，導(dǎo)管孔直徑：Φ15±0.027進(jìn)氣門座孔直徑Φ44±0.027，排氣門座孔直徑Φ44±0.027，兩孔中心距為50±0.05。
2、幾何精度
2110型柴油機(jī)氣缸蓋是采用整體式結(jié)構(gòu),與單體式結(jié)構(gòu)相比較,據(jù)有以下特點(diǎn):零件數(shù)少、縮短氣缸中心距和發(fā)動機(jī)的總長、結(jié)構(gòu)緊湊.
但同時(shí)存在著剛性差,受熱受力后易變形而影響密封,因底面與缸體接觸面積較大,密封性能差等缺點(diǎn).所以對零件的幾何加工精度要求較高,其表面不平度不大于0.05mm,同時(shí),剛蓋頂面安裝蓋罩,同樣需要保證密μ封性能,因而表面不平度要求為0.1 mm,前后兩端面積及左側(cè)面的不平度要求為0.1 mm.
3、位置精度
為了壓裝氣門座墊,進(jìn)、排氣門座孔的加工深度有一定的位置精度要求為8±0.1,燃燒室的深度精度要求為36±0.1,缸蓋上有一些多軸線孔系,如緊固螺栓孔,其本身精度不高,但它們是用來連接缸蓋和缸體的,保證其密封性能要求,故要求螺栓要盡可能的均勻分布,以減少氣缸蓋承受負(fù)載時(shí)的變形,因此其位置精度要求較高,公差為±0.20.
4、表面粗糙度
氣缸蓋底面是與氣缸體的接觸面,有密封性能要求,而且其受高溫、高壓燃?xì)馇治g,承受較大的負(fù)載,易產(chǎn)生疲勞斷裂裂紋,因此要求其表面粗糙度Ra=1.6μm,同樣上頂面要求也較高Ra=3.2μm.左右兩個(gè)側(cè)面同上頂面一樣,要求Ra=3.2μm,而其前后兩個(gè)面要求較低,前面Ra=6.3μm,后面Ra=12.5μm.導(dǎo)管孔及氣門座孔因與導(dǎo)管及座墊有配合要求,表面粗糙度要求較高,導(dǎo)管孔為Ra=1.6μm, 進(jìn)、排氣門座孔為Ra=1.6μm.而其它孔Ra=12.5μm即可.而凸臺面的表面粗糙度為Ra=3.2μm.
第三章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
一 、 確定毛坯制造形式
由于氣缸蓋的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,屬箱體類零件,故可以采用鑄造毛坯.材料采用灰口鑄鐵HT20--40,其剛度較好,使用時(shí)不易產(chǎn)生變形,機(jī)械加工性能良好.但與鑄鋁合金比較,導(dǎo)熱性能較差,壓縮比較低,但有良好的經(jīng)濟(jì)效益,所以材料選用灰口鑄鐵.
由于零件年產(chǎn)量為17500件,屬于大批量生產(chǎn),因而鑄造采用砂模鑄造,機(jī)器造型.這樣生產(chǎn)率高,毛坯尺寸準(zhǔn)確、精度較高,并可以有效的減少機(jī)械加工時(shí)的余量.
二 、 制定工藝路線
(一) 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
1、 零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指該零件被加工的難以程度,是評價(jià)零件結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一.所謂工藝性良好是說所設(shè)計(jì)的零件在保證產(chǎn)品的使用性能前提下,能用生產(chǎn)率高,勞動量小,材料消耗少和生產(chǎn)成本低的經(jīng)濟(jì)加工方法制造出來.
氣缸蓋是一種箱體類零件,有較大的平面,因而便于定位和夾緊,零件的主要加工內(nèi)容為平面加工和孔加工.
(1)平面加工
氣缸蓋外表面有五個(gè)大平面需要加工.在機(jī)械加工中,平面的加工方式很多.車削、銑削、刨削、鏜削、磨削和拉削都可以對平面進(jìn)行加工.但是,由于缸蓋工件較大,又為箱體類零件,所以不宜采用車削和鏜削加工;其次,磨削加工屬于高精度加工,且其效率較低,故在其他加工方式下,可以達(dá)到精度要求的情況下，就不宜采用磨削加工;刨削加工,效率較低,且加工精度不高;而拉削加工,在我國現(xiàn)階段還不宜采用.由以上分析,可以看出,就本零件所加工的平面而言,采用銑削加工為最佳.而且隨著刀具的發(fā)展,端銑刀的大進(jìn)給,可大大提高生產(chǎn)率,降低成本.所以本次設(shè)計(jì),所需加工平面主要以銑削加工為主.只是,對于上下底面,由于表面粗糙度要求較高,在最后采用磨削加工.
(2)孔系的加工
氣缸蓋上分布著各種孔幾十個(gè),比較復(fù)雜,且都有不同的尺寸精度和位置精度要求.加工時(shí),可以根據(jù)孔的內(nèi)表面的粗糙度高、低要求不同,通過鉆、擴(kuò)、鉸、锪、鏜等加工方法來實(shí)現(xiàn).具體的孔采用的加工方法,在后面的加工方案中具體說明.
(二)工藝路線的擬定
擬定工藝路線的出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)使零件的尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能夠得到妥善的保證.在生產(chǎn)綱領(lǐng)中,已經(jīng)確定該零件為大批量生產(chǎn)的條件下,可以考慮選用萬能性設(shè)備和專用設(shè)備共同形成流水線的生產(chǎn)方式,配以專用夾具,并盡可能的使工序集中來提高生產(chǎn)效率.除此之外,還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果,以便使生產(chǎn)成本下降.
該零件為大批生產(chǎn),因此應(yīng)采用高效率的自動化程度高的機(jī)床,專用夾具和刀具.采用自動加工生產(chǎn)線來進(jìn)行生產(chǎn),這樣可以大大提高產(chǎn)品的制造精度.生產(chǎn)中,采用自動線和流水線相結(jié)合的方式,其中以自動線加工為主.
1、基準(zhǔn)的選擇
基準(zhǔn)是指機(jī)器零件上用來確定各有關(guān)表面相互位置的幾何元素.合理的選擇定位基準(zhǔn),盡量使基準(zhǔn)重合,可以在加工過程中減少加工誤差,提高加工精度.
1)粗基準(zhǔn)
雖然氣缸蓋有五個(gè)外表面需要加工,但各表面的技術(shù)要求不盡相同,其中要求最高的是下底面,最好使其余量均勻,故選底面為粗基準(zhǔn)來加工頂面,然后再以加工后的頂面為基準(zhǔn)加工底面,這樣可以保證底面的加工要求.另外,粗加工時(shí),由于加工余量較大,切削力較大.各表面中,只有底面面積較大,且較平整,才能保證裝夾時(shí)的穩(wěn)定與可靠.
2)精基準(zhǔn)
選擇精基準(zhǔn),主要從保證工件的位置精度和裝夾方便,即盡可能使基準(zhǔn)重合、統(tǒng)一來考慮.本設(shè)計(jì)采用氣缸蓋底面及底面上的兩個(gè)直徑為14的工藝孔作為精基準(zhǔn),即"一面兩銷"定位.這樣做的好處有:
(1)各加工表面基本上都是以一面兩銷作為精基準(zhǔn),減少了由于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換而引起的定位誤差,且兩孔位于底面兩邊,距離長,定位精度高.
(2)底面輪廓尺寸大,時(shí)的工件安裝穩(wěn)定可靠.
(3)大部分工序夾具結(jié)構(gòu)相同,且夾緊方便.夾具設(shè)計(jì)、制造及維修簡單,縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,降低了成本.
(4)便于實(shí)現(xiàn)自動化定位,有同時(shí)加工多個(gè)工作面,提高了生產(chǎn)效率.
2、加工方法的選擇
加工方法的選擇應(yīng)該符合產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)性的要求.達(dá)到同樣的精度要求采用的加工方法是多種多樣的.問題的關(guān)鍵在于如何通過分析、比較,在這些方法中選擇出一種能在滿足零件的技術(shù)條件和完成生產(chǎn)批量的前提下,最簡單、生產(chǎn)效率最高、消耗原料最少、動力最少、成本最低的加工方法來.
本著上述原則,氣缸蓋的各加工表面加工方法選擇如下:
(1)上下底面
粗銑--半精銑--精銑--磨削
(2)其他平面
粗銑--精銑
(3)導(dǎo)管孔
鉆孔--擴(kuò)孔--粗鏜--精鏜--精鉸
(4)氣道孔
粗锪--精锪
(5)座孔
擴(kuò)孔--鏜孔--精鉸
(6)工藝孔
鉆孔--鉸孔
(7)一般的孔
鉆孔--擴(kuò)孔
另外,需要注意一點(diǎn):在孔加工中,有一些屬于深孔加工.如直徑為5.8的孔,鉆深74,長徑比達(dá)到13;又如直徑為15的斜孔,鉆深79.98,長徑比為5.4.同一般的孔加工相比,深孔加工中存在著下列問題:
(1)排削困難、切屑阻塞、扭矩較大、易造成鉆頭折斷.
(2)刀具冷卻困難.處于半封閉狀態(tài)下的鉆頭發(fā)熱嚴(yán)重,降低了鉆頭的使用壽命.
(3)由于鉆頭細(xì)長,強(qiáng)度和剛度較差,特別是當(dāng)鉆頭刃磨不對稱時(shí),鉆頭很容易引偏,并引起刀頭的振動.
為了解決上述問題,應(yīng)適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速,降低走刀量,并提高鉆頭切削力的對稱性和采用較長的導(dǎo)向,縮小導(dǎo)向距工件的距離等措施,改善排屑條件.
為保證孔的加工精度,特別是孔的位置精度,在生產(chǎn)線上廣泛使用專用夾具.其上設(shè)有導(dǎo)向的鉆模,以作為刀具的支撐,確保其位置精度,以減少刀具變形.同時(shí),各種專用組合機(jī)床及許多復(fù)合刀具都大大減少了工件的安裝次數(shù)和傳送時(shí)間,既保證了加工精度,又提高了勞動成產(chǎn)率.
3、加工階段的劃分
當(dāng)工件的加工質(zhì)量要求較高時(shí),常把工藝路線分成幾個(gè)階段,一般可分為:粗加工階段、半精加工階段、精加工階段.這樣分:
(1)能保證零件的加工質(zhì)量.粗加工階段,主要是切除較大余量,精度要求不高,切削用量比較大,切削力大,切削時(shí)發(fā)熱振動大.此外,工件的內(nèi)應(yīng)力,因表面去掉一層金屬而從新分布,產(chǎn)生新的變形,若將粗、精加工混在一起勢必會破壞了精加工的表面精度.
(2)使設(shè)備得到了合理的使用.粗加工應(yīng)安排在功率大、精度底的機(jī)床上進(jìn)行,充分發(fā)揮設(shè)備潛力,提高生產(chǎn)率.而精加工應(yīng)安排在精度較高的機(jī)床上進(jìn)行,既有利于長期保持設(shè)備的精度,又有利于加工精度的穩(wěn)定,并可以合理的配備操作工等級.
(3)在粗加工階段,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛皮缺陷, 便于及時(shí)確定后續(xù)工序是否可以進(jìn)行,以免浪費(fèi).同時(shí),將精加工安排在最后,可減少精加工后的表面受碰撞的機(jī)會.
(4)粗、精加工要求不同的夾緊力,將粗、精加工分開, 就可以在精加工采用較小的夾緊力,以減少夾緊變形保證加工精度.
(5)氣缸蓋是箱體類零件,在加工中,應(yīng)遵循著"粗精分開""先粗后精""先面后孔",及"先主要表面,次要表面插入其中"的原則,使面與孔的粗、精加工交替進(jìn)行,有利于提高零件加工時(shí)的定位精度和加工精度.
總上說述,氣缸蓋的加工過程可大致分為以下幾個(gè)階段:
第一階段:主要完成氣缸蓋頂面、底面、兩端面及側(cè)面的粗銑、半精銑和頂面、底面的精銑.使零件有一較準(zhǔn)確的毛坯尺寸,為工件上自動線提供保證.還要完成鉆、鉸工藝孔的加工,為以下工序提供定位基準(zhǔn).
第二階段:主要完成火花塞孔的鉆、锪、攻絲、锪氣門彈簧座孔平面、锪進(jìn)排氣門孔及導(dǎo)管孔.
第三階段:完成頂面、底面、兩端面及側(cè)面上的鉆孔、倒角、擴(kuò)孔、鉸孔和攻絲等工序.
第四階段:完成壓氣門座、導(dǎo)管、滾壓氣門孔的加工及磨削頂面、底面和清洗、試漏、鉗工等后續(xù)工序.
為保證產(chǎn)品質(zhì)量,在整個(gè)工藝過程中安排了幾道檢查工序.這樣做,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)零件的質(zhì)量問題,馬上解決,避免不合格零件進(jìn)入下一道工序.
4、工藝路線的擬定(列表)
-------------------------------------------------------方案一 工序 主要加工內(nèi)容
10 鑄造
20 檢查
30 粗銑上頂面
40 粗銑下低面
50 擴(kuò)定位氣道飛刺
60 銑側(cè)面飛刺
70 銑前后面飛刺
80 檢查
90 自動線上料
100 半精銑上平面
110 半精銑下平面
120 精銑上平面
130 精銑下平面
140 鉆鉸工藝孔及頂面鉆孔
150 檢查
160 加工后面(銑平面,鉆孔,攻絲)
170 加工前面(銑平面,鉆孔,攻絲)
180 檢查
190 翻轉(zhuǎn)90度
200 銑側(cè)面
210 銑進(jìn)排氣側(cè)面
220 鉆側(cè)面孔
230 攻側(cè)面孔絲
240 翻轉(zhuǎn)90度
250 锪導(dǎo)管孔平面,鉆螺紋孔
260 鉆導(dǎo)管孔
270 粗锪氣道孔,劃平面
280 精锪氣道孔,劃平面
290 鉆深油孔,劃平面
300 擴(kuò)導(dǎo)管孔,座孔,鉆油嘴子大孔
310 擴(kuò)導(dǎo)管孔,座孔,鉆油嘴子小孔
320 鏜導(dǎo)管孔,座孔,鉆油嘴子螺孔
330 鏜導(dǎo)管孔,座孔,劃油嘴子平面,擴(kuò)小孔
340 精鉸導(dǎo)管孔,座孔,攻油嘴絲孔
350 精鉸導(dǎo)管孔,座孔,攻上面絲
360 下料
370 檢查
380 清洗
390 壓悶頭
400 水壓試驗(yàn)
410 去飛刺 ,清理鐵屑
420 磨上平面
430 磨下平面
440 全面檢查
450 檢查入庫,上防銹油
-------------------------------------------------------方案二 工序 主要加工內(nèi)容
10 鑄造
20 檢查
30 粗銑上頂面
40 粗銑下低面
50 檢查
60 上料
70 半精銑上平面
80 半精銑下平面
90 精銑上平面
100 精銑下平面
110 鉆鉸工藝孔及頂面鉆孔
120 檢查
130 銑后面
140 銑前面
150 銑兩側(cè)面
160 后面鉆孔攻絲
170 前面鉆孔攻絲
180 檢查
190 翻轉(zhuǎn)90度
200 鉆側(cè)面孔
210 攻側(cè)面孔絲
220 翻轉(zhuǎn)90度
230 锪導(dǎo)管孔平面,鉆螺孔
240 鉆導(dǎo)管孔,鉆孔
250 粗锪氣道孔,劃平面
260 精锪氣道孔,劃平面
270 鉆深油孔,劃平面
280 擴(kuò)導(dǎo)管孔,座孔,鉆油嘴子大孔
290 擴(kuò)導(dǎo)管孔,座孔,鉆油嘴子小孔
300 鏜導(dǎo)管孔,座孔,鉆油嘴子螺孔
310 鏜導(dǎo)管孔,座孔,劃油嘴子平面,擴(kuò)小孔
320 精鉸導(dǎo)管孔,座孔,攻油嘴絲孔
330 精鉸導(dǎo)管孔,座孔,攻上面絲
340 下料
350 檢查
360 清洗
370 壓悶頭
380 水壓試驗(yàn)
390 去飛刺 ,清理鐵屑
400 磨上平面
410 磨下平面
420 全面檢查
430 檢查入庫,上防銹油
5、工藝路線方案的比較
上述方案1,為大連柴油機(jī)廠缸蓋加工工藝路線.方案2,以北京內(nèi)燃機(jī)總廠缸蓋加工工藝路線為參考而擬定的.同方案1相比,方案2少了兩道工序,但通過分析發(fā)現(xiàn)方案2有一定的缺陷.
首先,方案2在工序50(檢查)前較方案1省略了三道工序,分別為擴(kuò)定位氣道飛刺,銑側(cè)面飛刺,銑前、后面飛刺.在方案1中擴(kuò)定位氣道飛刺是按工藝孔找正加工的.并把氣道作為下面幾道工序的基準(zhǔn).使得工藝孔的加工有了互為基準(zhǔn),提高了工藝孔的位置精度.又在正式加工側(cè)面及前、后面之前加了去飛刺一道工序,有利于提高零件毛坯的尺寸精度.可見,在生產(chǎn)條件允許的條件下,確實(shí)這三道工序不應(yīng)該被省略.
其次,在方案2中,工序130至工序210,為先將各表面加工完畢,后接著分別加工各面的孔,體現(xiàn)了"先面后孔"的加工原則,但同方案1中,工序160至工序230,加工內(nèi)容完全一樣,只是加工順序不一樣.二者作比較,發(fā)現(xiàn)方案1中,將銑后平面、鉆孔、攻絲變成一道工序的幾個(gè)工步,雖然使一道工序中出現(xiàn)了多工位,但是由于是用一臺組合機(jī)床來完成的,減少了安裝的次數(shù),提高了加工精度.同時(shí),也提高了勞動生產(chǎn)率.
綜上所述,由于方案2中存在著一些不完備的地方,所以這次設(shè)計(jì)的工藝過程取方案1即大連柴油機(jī)廠的氣缸蓋生產(chǎn)的加工工藝過程.在對多孔系的加工中,廣泛采用了工序集中的方式,如工序160和170,將銑平面、鉆孔、攻螺紋絲等集中在一道工序中.這樣,既縮短了工藝路線,又減少了機(jī)床的占地面積,使生產(chǎn)周期變短.而在粗加工階段,工序30至工序70,主要采取了工序分散的方式.這樣做是因?yàn)?這幾道工序的加工精度要求不高,且容易安裝,可采用較簡單的專用或通用機(jī)床.另外,使得機(jī)床的調(diào)整更容易了,從而降低了生產(chǎn)成本.
6、定位誤差分析
下面著重分析一下這套設(shè)計(jì)方案的定位誤差:
如附圖所示,工作以孔1、2定位加工孔3時(shí),此時(shí),兩銷在X方向上的誤差為δx,將引起孔1、3中心距l(xiāng)=0.03的誤差δl,一般認(rèn)為:
δl≈δ1=Δ1+δxl+δy1
轉(zhuǎn)角誤差δα,將引起中心連線0.03與X軸夾角α的誤差.孔3的中心線將在扇形區(qū)域abed中變動,其誤差域最大的坐標(biāo)誤差為δx、δy有下面的公式:
δx=δ1x/√(x2+y2)+y/L*(δ1+δ2)
δy=δ1y/√(x2+y2)+x/L*(δ1+δ2)
附圖No.1 兩銷定位誤差對加工誤差的影響
由上面的估算可以看出,一面兩銷定位時(shí),因間隙引起的定位誤差是不容忽視的.
三、機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
(一)確定機(jī)械加工余量
機(jī)械加工中毛坯尺寸同完成零件尺寸之差稱為毛坯的機(jī)械加工余量.加工余量的大小,取決于加工過程中各個(gè)工步切除的金屬層的總和,以及毛坯尺寸與規(guī)定的公稱尺寸間的偏差數(shù)值.加工余量過大浪費(fèi)材料,增加切削工時(shí),加快刀具的磨損;余量過小時(shí),則不能修正前一工序的誤差,造成局部切不到的毛病,影響加工質(zhì)量,甚至?xí)斐蓮U品.因此,通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),并結(jié)合實(shí)際的加工情況,合理的選擇加工余量.總的原則是:在保證加工質(zhì)量的前提下,盡可能地使加工余量減小.
氣缸蓋毛坯為鑄件，零件材料為鑄鐵HT20-40,鑄造精度為二級，鑄件在最大尺寸260-500mm之間，查表可知六個(gè)面的加工余量為：上、下面可取4.5-6.0mm；兩側(cè)面、前、后面可取為3.0-5.0mm;鑄造尺寸偏差，可取0.5mm。
在機(jī)械加工的各個(gè)工步中，所切除的金屬厚度用Zm來代表。如不考慮其他因素，則總的余量大小將為ΣZm，如用符號Z1,Z2,Z3…Zm…來代替各個(gè)工步或工序的加工余量大小，則有：
ΣZm=Z1+Z2+Z3+……+Zm
綜上所述：
上、下面的加工精度高，要求Ra=1.6μm，加工過程為粗銑→半精銑→精銑→磨削，則有：
粗銑余量為Z1,取Z1=2mm
半精銑余量為Z2,取Z2=1.5mm
精銑余量為Z3,取Z3=0.5mm
磨削余量為Z4,取Z4=0.05mm
總的余量為ΣZm=Z1+Z2+Z3+Z4
=4.0mm
同時(shí)，前后面的加工過程為銑飛刺→精銑，故：
銑飛刺的余量，Z1=2mm
精銑余量Z2,Z2=2mm
總的加工余量 ΣZ=Z1+Z2
=4mm
同理，兩側(cè)面的加工余量分別為4mm和2mm.
(二)確定零件毛坯尺寸
長=零件的長度+前面加工余量+后面加工余量±尺寸偏差
=274+4+4±0.5
=282±0.5mm
寬=零件寬度+左側(cè)面加工余量+右側(cè)面加工余量±尺寸偏差
=198+4+2±0.5
=204±0.5mm
高=零件高度+上面余量+下面余量±尺寸偏差
=100+4+4±0.5
=108+0.5mm
故,毛坯的尺寸為282*204*108
四、確定切削用量和基本工時(shí)
(一)切削用量的確定
切削用量是指切削速度v，進(jìn)給量s和切削深度t.確定切削用量時(shí)，應(yīng)考慮生產(chǎn)率，加工質(zhì)量及切削力引起的工藝系統(tǒng)的彈性變形，工藝系統(tǒng)的振動，刀具的耐用度，機(jī)床的功率等綜合因素的影響。
在一般的情況下，應(yīng)盡量選取大的切削深度t,其次，盡量取大的進(jìn)給量s，在選擇進(jìn)給量s時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)問題：一是因切學(xué)力而引起的系統(tǒng)的彈性變形，不能使工件的尺寸超出誤差范圍；而應(yīng)保證零件表面的粗糙度要求，具體來說，就是粗加工時(shí)，切削力、進(jìn)給量主要按照工件材料、工藝系統(tǒng)的剛性來選取。精加工時(shí)，按照表面粗糙度來選取。最后，選取合適的切削速度v。合適的切削速度，能滿足充分的發(fā)揮刀具的切削條件的能力。即刀具的磨損量控制在最小，機(jī)床的利用率最高，并能保證零件的加工質(zhì)量。
以上所述是就普通機(jī)床而言的，在本次設(shè)計(jì)中，零件的大部分工序是在組合機(jī)床自動線上進(jìn)行的，故其切削用量有自己的特點(diǎn)。
組合機(jī)床采用多把刀具同時(shí)加工，受生產(chǎn)節(jié)拍的限制，為使機(jī)床不經(jīng)常停車換刀，從而達(dá)到較高的生產(chǎn)率，他的切削用量比一般的機(jī)床的切削用量要小30%；其次，缸蓋生產(chǎn)線多采用復(fù)合刀具，而復(fù)合刀具的進(jìn)給量，應(yīng)按其最小直徑來選取，切削速度應(yīng)按其最大直徑來選取，即“就高不就低”；再著，組合機(jī)床有一特點(diǎn)，就是動力頭工作時(shí)，每分鐘僅給只有一種，這樣就使所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，而這一進(jìn)給量并不是每一刀具的合理進(jìn)給量，為兼顧多方面，只有采用互相遷就的辦法解決，即首先選出各刀具獨(dú)立合理的選定結(jié)果，再造一中間值，以此為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整多刀具的切削用量，靠近適合本身的需要為止。在選擇切削用量時(shí)，還應(yīng)使每分鐘進(jìn)給量高于動力頭所允許的最小值。因受溫度等其他因素的影響，若選得太低則不能夠穩(wěn)定的進(jìn)給，以至于影響了加工精度。
總之，要對上面提到的各種因素綜合考慮，并加以細(xì)致地分析，選出經(jīng)濟(jì)的、合理的切削用量。
下面，就本次設(shè)計(jì)的具體實(shí)際，列舉幾個(gè)工序切削用量的切削過程。
(一) 切削用量選擇
1、 工序30的切削用量選擇
（1） 加工內(nèi)容：粗銑上平面
（2） 加工條件
工件材料：鑄鐵HT20-40
加工要求：粗銑上平面至距下平面106處，要求Ra=12.5μm
機(jī)床：X5120立式銑床
刀具：Q/R B320 φ320銑刀盤 材料：YG8
(3)計(jì)算切削用量
加工余量為2mm
走刀次數(shù)為1次
①切削深度t=2mm
查手冊初取v=83m/s
n=1000v/πd=82.5r/min
根據(jù)機(jī)床轉(zhuǎn)數(shù)系列取n=85 r/min
②所以，v=πdn/1000=85.5m/s
又每齒進(jìn)給量Sz=0.4mm
則每轉(zhuǎn)進(jìn)給量Sn=Z*Sz=4.8mm
③則每分鐘進(jìn)給量=n*Sn=408mm
⑷校驗(yàn)機(jī)床功率
N=1.49*
=
=4.2Kw
又有式N≤N電*η
式中N電-機(jī)床主電機(jī)功率 N電=13Kw
n-機(jī)床的傳動效率 取η=0.85
N電*η=13*0.85
=11.05〉N
所以，機(jī)床功率滿足要求。
2、 工序50的切削用量的選擇
⑴加工內(nèi)容：擴(kuò)定位氣道飛刺
⑵加工條件：
工件材料：HT20-40
加工要求：將兩個(gè)ф13孔擴(kuò)至ф15
刀具：氣道擴(kuò)孔鉆
刀具材料：硬質(zhì)合金
⑶計(jì)算切削用量
加工余量為2mm
走到次數(shù)位一次
① 故切削深度等于t=1mm
② 查表初取 v=41.6m/s
n=883r/min
每轉(zhuǎn)進(jìn)給量Sn=0.2mm
③ 每分鐘進(jìn)給量 S=n*Sn
=883*0.2
=176mm
⑷校驗(yàn)機(jī)床的功率
N=Mn/(716200*1.36)=2.5Kw
功率較小，滿足要求。
3、 工序120的切削用量的選擇
⑴加工內(nèi)容：精銑上平面
⑵加工條件：
工件材料：HT20-40
加工要求：精銑上平面，距底面的距離為100.5±0.30，Ra=3.2μm
機(jī)床：專用銑床
刀具：JR/TO端銑刀，刀片材料：YG8
⑶計(jì)算切削用量
加工余量為0.5mm
走刀次數(shù)為一次
① 故切削深度t=0.5mm
查表初取速度v=186m/s
n=1000v/πd=1000*186/200π=295r/min
取主軸轉(zhuǎn)數(shù)=300/min
② 則v=πdn/1000=300*200π/1000
=189m/s
取Sz=0.1mm
則每轉(zhuǎn)進(jìn)給量Sn=Z*Sz=0.8mm
③ 則每分鐘進(jìn)給量S=n*Sn=240mm
⑷校核功率
N=1.49
=1.49
=5.5Kw
又 N電=7.5Kw 取η=0.85
N電η=6.375Kw>N
因此，機(jī)床主電動機(jī)的功率滿足要求。
以上，通過幾道工序，對切削用量作了舉例，其他各道工序的切削用量具體選取見工藝卡。下面接著分析工藝過程中另一比較重要的問題，即基本工時(shí)的確定。
(二)基本工時(shí)的確定
1、 工時(shí)的定額就是完成某一工序所規(guī)定的工時(shí)，合理的工時(shí)定額能促進(jìn)工人的生產(chǎn)技能和技術(shù)熟練程度的不斷提高，調(diào)動工人的勞動積極性，從而提高生產(chǎn)率。主要有以下幾部分組成：
1) ⑴基本時(shí)間t基
直接用于改變工件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量所需要的時(shí)間。
⑵輔助時(shí)間t輔
每個(gè)工件加工要求進(jìn)行的裝、卸工件，啟動、停止機(jī)床，改變切削用量，測量工件等工作所消耗的時(shí)間。
⑶工作點(diǎn)服務(wù)及身體需要時(shí)間t服
在工作時(shí)間內(nèi)，為保證自己正常工作所進(jìn)行的刀具調(diào)整、修磨砂輪、清理切削、擦拭機(jī)床等項(xiàng)工作消耗的時(shí)間，即在工作時(shí)間內(nèi)必要的休息時(shí)間和自然需要時(shí)間。
⑷準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間t終結(jié)
一批零件開始加工前熟悉工藝文件，領(lǐng)取毛坯、夾具，調(diào)整機(jī)床及一批工件終結(jié)完工后所需拆下和歸還工藝裝備，發(fā)送成品所需要的時(shí)間。
2)各項(xiàng)時(shí)間的計(jì)算
t基=(計(jì)算長度/S)*I
其中i為走刀次數(shù)
t輔=（13-17）% t基 取15%
t服=（13-17）% t基 取15%
t終結(jié)=（3-5）% t基 取15%
又有：t單件= t基+ t輔+t服
≈1.30 t基
t單件核算= t基+ t輔+t服+t終結(jié)
≈1.35 t基 、
2、 下面以工序30和工序50為例說明時(shí)間定額的計(jì)算方法
⑴工序30的時(shí)間定額的計(jì)算
t基=（計(jì)算長度/8）*I=[(L+L1+L2)/8]*I
式中：L-工件長度
i-走刀次數(shù)
L1,L2—切入和超出長度
對工序30：
L=230 L1=12..5 L2=5 I=1 S=408
t基=(230+12.5+5)/408=0.60(分)
t輔=15% t基=15%*0.60=0.09（分）
t服=15% t基=0.09（分）
t終結(jié)=5% t基=0.03（分）
t單件≈1.30 t基=0.78（分）
t單件核算≈1.35t基=0.81（分）
⑵工序50的時(shí)間定額計(jì)算
t基=[(L+L1+L2)/S]*I
=[(103+1.5+1.5)/176]*1
=0.60(分)
t輔=15% t基=15%*0.60=0.09（分）
t服=15% t基=0.09（分）
t終結(jié)=5% t基=0.03（分）
t單件≈1.30 t基=0.78（分）
t單件核算≈1.35t基=0.81（分）
其他的各道工序的計(jì)算方法與上面兩例子相同，在此不再一一舉例，具體數(shù)值見工藝卡。
五 、 工藝裝備及重點(diǎn)工序分析
(一)工藝裝備的選擇及工藝規(guī)程設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1、刀具的選擇
刀具的選擇條件：
⑴刀具材料的硬度應(yīng)高于工件材料的硬度。
⑵刀具材料要有足夠的強(qiáng)度及韌性，以承受較大的切削力。
⑶刀具材料需耐磨，熱硬性好，且刀具有良好的工藝性，便于制造。
因此，在設(shè)計(jì)中，選用合適的刀具，可以提高生產(chǎn)率。各工序所使用的刀具具體的選擇見工藝卡。
2、機(jī)床的選擇
選擇機(jī)床的要求
⑴能達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量
⑵能達(dá)到較高的生產(chǎn)率
⑶能達(dá)到較高的經(jīng)濟(jì)性
因此，在設(shè)計(jì)中，選用的機(jī)床首先要有足夠的精度，其次，機(jī)床的生產(chǎn)率應(yīng)略大于該零件的年生產(chǎn)率，最后，還要考慮機(jī)床的價(jià)格。具體的機(jī)床選擇見工藝卡。
3、量具的選擇
由于是大批量加工，且要求的加工精度較高，在工序中，要采用許多專用量具，具體選擇見工藝卡。
4、夾具的設(shè)計(jì)選擇
在工序的最初幾步，由于是初加工，且在通用機(jī)床上加工，未上生產(chǎn)線，因此可以采用組合加劇進(jìn)行粗加工，當(dāng)上生產(chǎn)線后，工件在專用機(jī)床上加工，且要求精度高，應(yīng)大量采用專用夾具，夾具的設(shè)計(jì)詳見本文第四章。
5、輔助工具的選擇
刀居與機(jī)床之間常要用輔具來連接，如鉆夾頭，鉆套，刀夾等。選擇輔具時(shí)應(yīng)考慮:（1）能達(dá)到較高的生產(chǎn)率
（2）經(jīng)濟(jì)效果良好
因此在設(shè)計(jì)中，選用的輔助工具生產(chǎn)率應(yīng)與零件的年生產(chǎn)率相適應(yīng)，由于是大批量生產(chǎn)，可以采用專用輔具。具體的輔具選擇見工序卡。
6、關(guān)于組合機(jī)床和自動生產(chǎn)線的內(nèi)容
組合機(jī)床也是一種專用機(jī)床，根據(jù)需要把預(yù)先設(shè)計(jì)和制造的各種標(biāo)準(zhǔn)部件進(jìn)行選用，與少量的專用部件，裝配而成。組合機(jī)床具有結(jié)構(gòu)簡單和生產(chǎn)率高的特點(diǎn)。他可以加工一種或幾種工件的一道或幾道工序，實(shí)現(xiàn)半自動化或自動化。一般采用多軸、多刀、多工序、多面、多工位、同時(shí)加工，所以組合機(jī)床是一種工序集中的高效率機(jī)床。
7、本設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的特點(diǎn)
i. 定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，減少了基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差有利于保證加工精度。
ii. 工序安排符合“適當(dāng)集中，合理分散”的原則，便于合理選用加工設(shè)備保證加工質(zhì)量。
iii. 把相關(guān)工序集中于一臺機(jī)床上加工，把一些分散到各相關(guān)工序中，減少了工件安裝次數(shù)，從而保證各加工表面的位置精度，減少了操作工人，使得生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)率高。
(二)重點(diǎn)工序的分析
工序340作為重點(diǎn)工序加以分析。
加工內(nèi)容：精鉸導(dǎo)管孔、座孔；供油嘴螺紋
工序簡圖如下：
附圖NO.2
工序的分析:
氣門座孔和導(dǎo)管孔的同軸度誤差呀要求僅0.05毫米，而導(dǎo)管孔和氣門座孔的平面的垂直度誤差要求為0.1/100毫米，因此可將該工序列為重點(diǎn)工序，重點(diǎn)加工、重點(diǎn)檢查，以保證達(dá)到精度要求。
具體的工藝裝備及切削用量的選擇見工藝卡
第四章 夾具設(shè)計(jì)
本零件為大批生產(chǎn)，且采用專用機(jī)床，為提高生產(chǎn)率，并減輕勞動強(qiáng)度，故要求設(shè)計(jì)專用夾具。
本夾具為工序310的專用夾具，適用臥式雙頭鉆床。
一、 問題的提出
利用本夾具主要用來加工φ25.5的孔。其主要技術(shù)條件為：①保證孔的軸線與底面夾角為65°±30′②鉆孔深度60.5±0.3③孔的內(nèi)表面粗糙度為Ra=12.5um.
二、 夾具設(shè)計(jì)
（一） 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、 定位的確定
有前面的分析，孔的位置精度由夾具和機(jī)