ZH1105W柴油机气缸体工艺及工装设计

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H1105W柴油机气缸体工艺及工装设计

摘 要：柴油机气缸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。气缸体的加工质量直接影响着机器的性能，精度和寿命。该零件是典型的箱体类零件，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，气缸体不仅需要加工的部位多，而且加工的难度也较大。

本课题是对柴油机气缸体进行工艺设计和夹具的设计。在对此气缸体的工艺设计中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。在夹具设计中，设计的主要思路是把原有的多道工序的单孔加工改为多孔同时加工，这样设计主要是为了解决由多次装夹引起的定位误差问题，保证了孔的位置精度，同时提高了生产效率，降低了工人的劳动强度。



关键词：气缸体；工艺；夹具



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ZH1105W cylinder diesel engine of Technology and Equipment Design Abstract: The diesel engine cylinder block is the basis of machinery parts and components, machinery and components will all parts connected as a whole, and maintaining the correct location of each other, to complete the necessary movement. Cylinder-processing machines direct impact on the quality of the performance, precision and life. The parts is a typical box parts, tank parts despite various shapes, different sizes, but they are hollow, complex structures, such as uneven thickness of common characteristics, both in the box walls of many high precision Bearing the hole and the plane need to support the processing, there are many precision fastening the lower-processing needs. Therefore, the cylinder of the need not only the processing site, but also the difficulty of processing larger. The design of the diesel engine cylinder of a process analysis and design of the fixture. In this cylinder of a side order of two of its sales target to limit its six degrees of freedom. Cabinet in order to reduce processing error in the process, we consider the benchmark coincidence principle, the principle of unity, the principle of mutual benchmark crude benchmark, as well as the choice of principle, in order for the positioning and stability clamping reliable, requested by the selection of benchmark crude, as far as possible not to repeat The use of principles. In fixture design, the design of the main ideas is to the original multi-processing operations into the porous single hole at the same time processing, such design is to solve the fixture by repeatedly targeting error caused the problem and ensure accuracy of the location of the hole , While improving production efficiency and reduce the labor intensity of the workers.

Key words: cylinder; process of order; Fixture










目录

1前言 …………………………………………………………………………………1 2柴油机气缸体的工艺设计………………………………………………………2 2.1 零件的分析……………………………………………………………………2 2.1.1零件的作用及结构分析………………………………………………………2 2.2工艺方案的拟定……………………………………………………………2 2.2.1 工艺方案分析…………………………………………………………………3 2.3工艺规程的设计………………………………………………………………4 2.3.1 选择定位基准………………………………………………………………4 2.3.2粗基准的选择原则……………………………………………………………4 2.3.3 表面加工方法的选择………………………………………………………5 2.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定………………………………………6 2.4.1 确定切削用量及时间定额……………………………………………………6 3夹具设计 ………………………………………………………………………… 11 3.1 夹具设计的基本要求和步骤 ………………………………………………11 3.1.1夹具设计的基本要求………………………………………………………11 3.1.2 夹具设计的步骤 …………………………………………………………11 3.2定位方案的确定……………………………………………………………12 3.2.1定位方案的论证……………………………………………………………12 3.2.2误差分析……………………………………………………………………12 3.2.3保证加工精度………………………………………………………………15 3.2.4导向装置……………………………………………………………………15 3.3夹紧方案的确定………………………………………………………………17 3.3.1夹紧装置的确定……………………………………………………………17 3.3.2夹紧力的确定………………………………………………………………18 3.4夹具体的设计……………………………………………………………19 4结论………………………………………………………………………………20 参考文献 ……………………………………………………………………………22 致谢 …………………………………………………………………………………23 附录 …………………………………………………………………………………24










1前言

本课题主要研究柴油机气缸体的机械加工工艺规程和某道工序的专用机床夹具，具体进行零件加工工艺设计和夹具设计。

机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础，而机床工业是机械制造工业的基础,一个国家工业的技术水平集中体现在制造业,其很大程度上标志着这个国家工业生产的能力和科学技术水平。随着科学技术的迅猛发展,现代制造业中需要精密加工的零件越来越多,加工精度和对工件表面复杂程度要求也越来也高。随着制造技术的不断发展和进步,加工工艺的不断改进和提升,先进工艺的开发、引进和应用,在将来的制造和加工技术中,用先进的加工工艺取代落后的不适应生产要求的加工工艺,使现代制造和加工业技术水平处在不断更新和发展,制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。

气缸体作为柴油机的基础体架，使柴油机的重要部件,气缸体内腔复杂，包括气道，水道既油道，外表面安装相关的各种配件。工艺是将产品设计图样和技术要求物化为实际产品的方法和过程，工艺规程制定的原则是优质、高产、低成本。首先，制定几种可能的工艺方案进行分析对比论证，选择合理的方案；其次，分配切削用量；最后，制定每道工序的工序卡片。在对此气缸体的工艺规程采用一面两销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。

夹具设计是按照某一道工序的加工要求，把一些事先制造好的标准件和部件进行组装而成的夹具，夹具通常由使用单位根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产中。为了保证加工零件的质量、产量和降低成本，在设计该立式组合钻床时，首先应该指定合理的工艺方案，然后按照工艺方案的要求，确定机床的配置型式，选择合理的通用部件，设计专用部件和工作循环的控制系统。

零件加工工艺设计必须按照JB/T9165.2—1998《工艺规程格式》规定进行；夹具设计要求定位合理，夹紧可靠，结构简单，操作简便，调试及维修便利，提高 生产效率；应尽量保证以最低的加工成本达到符合零件图要求的加工精度。 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。










2柴油机气缸体的工艺设计

2.1零件的分析

2.1.1零件的作用及结构分析

气缸体作为柴油机的基础体架，是柴油机的重要部件,气缸体内腔复杂，包括气道，水道既油道，外表面安装相关的各种配件。该气缸体属于箱体零件，零件的材料为HT250，硬度为HB170～241,灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高。 2.2工艺方案的拟定

毛坯的分析另付用HT250铸铁、毛坯的生产采用金属模造型，2级铸造精度，精度高技术分析箱体的使用条件及对其提出的技术要求在二部分已分析。箱体的加工主要是平面和孔，平面加工中特别是保证精度的是合口面和侧面，侧面加工中两侧切削面积不相等。加工中难免产生切削力不等并且受会引起振动侧面，合口面的加工都是断续切削会引起弹性变形。这两方面的原因都会影响平面度精度。在机床的布置和选择切削用量时都会影响平面度。孔系加工主要是保证各轴线的相互位置精度，对机床和夹具必须提出高的要求。

根据零件图对零件进行分析后，对零件的加工过程列出下列两种工艺方案： 第一种方案：

工序号 工序内容 定位基准 设备 10 粗铣水箱面及油壳底面 25mm、50mm 凸缘 双面铣床 20 粗铣主轴承盖面及齿轮室盖面 顶面（或底面） 双面铣床 30 粗铣气缸盖面及后盖板面 顶面（或底面） 双面铣床 40 精铣水箱面及油壳底面 25mm、50mm 凸缘 双面铣床 50 精铣主轴承盖面及齿轮室盖面 顶面（或底面） 双面铣床 60 精铣气缸盖面及后盖板面 顶面（或底面 双面铣床 70 钻定位孔 顶面（或底面） 台钻 80 铰定位孔 顶面（或底面） 台钻 90 三面粗镗 一面两销孔 三面粗镗床 100 三面半精镗 一面两销孔 三面半精镗床 110 三面精镗 一面两销孔 三面精镗床 120 钻三面孔 一面两销孔 多孔钻 130 钻上下面孔 一面两销孔 多孔钻 140 攻三面及上下面螺纹孔 一面两销孔 攻丝机 150 钻扩铰两挺杆孔 一面两销孔 多工位 160 钻主轴承面上下平衡轴盖板孔 一面两销孔 台钻






170 钻油缸头螺柱孔 一面两销孔 台钻 180 钻油底壳面深轴孔 一面两销孔 台钻 190 攻齿轮室盖螺孔 一面两销孔 台钻 200 钻后面孔φ8油口至φ7.6 一面两销孔 台钻 210攻气缸盖面螺柱孔 一面两销孔 攻丝机 220 检验入库

第二种方案：

工序号 工序内容 定位基准 设备 10 粗铣水箱面及油壳底面 25mm、50mm 凸缘 双面铣床 20 粗铣主轴承盖面及齿轮室盖面 顶面（或底面） 双面铣床 30 粗铣气缸盖面及后盖板面 顶面（或底面） 双面铣床 40 精铣水箱面及油壳底面 25mm、50mm 凸缘 双面铣床 50 精铣主轴承盖面及齿轮室盖面 顶面（或底面） 双面铣床 60 精铣气缸盖面及后盖板面 顶面（或底面 双面铣床 70 三面粗镗 顶面（或底面） 三面粗镗床 80 三面半精镗 顶面（或底面） 三面半精镗床 90 三面精镗 顶面（或底面） 三面精镗床 100 钻定位孔 顶面（或底面） 台钻 110 铰定位孔 顶面（或底面） 台钻 120 钻三面孔 一面两销孔 多孔钻 130 钻上下面孔 一面两销孔 多孔钻 140 攻三面及上下面螺纹孔 一面两销孔 攻丝机 150 钻扩铰两挺杆孔 一面两销孔 多工位 160 钻主轴承面上下平衡轴盖板孔 一面两销孔 台钻 170 钻油缸头螺柱孔 一面两销孔 台钻 180 钻油底壳面深轴孔 一面两销孔 台钻 190 攻齿轮室盖螺孔 一面两销孔 台钻 200 钻后面孔φ8油口至φ7.6 一面两销孔 台钻 210攻气缸盖面螺柱孔 一面两销孔 攻丝机 220 检验入库 2.2.1工艺方案分析

两种方案是可行的，但有一定的区别 第一套方案:

整个加工过程中几次交换定位基准。存在基准不重合误差，这是影响加工精度的一个不利因素，在镗孔时用了铰过的螺栓孔定位，是不太好的，因为孔的尺寸精度虽然高，但其位置精度却不能通过铰来提高，这是影响重要加工表面精度






的又一不利因素。每达到另付技术要求。还得作一定的工作。对机床夹具制造精度提出更高的要求。 没有采用统一的基准夹具制造就困难些，它复杂，精度不会提高得很大，夹具的复杂也会给装夹卸工件带来困难，整个工序中有四台摇臂钻。摇臂钻在加工过程中效率低对大批量生产也是个限制因素。整个过程中由于装夹，卸工付和机床效率不是太高造成辅助时间多，工人劳动强度大，影响生产率的提高，对机床、夹具制造要求精度高，则意味着成本制造价格高，投产周期长，尽管可行但并不十分完善。 第二套方案:

由于在加工过程中采用了基准不统一的误差。在合箱后的重要表面加工中就不存在基准不统一的误差了，这样影响加工精度的仅是机床。夹具制造误差，而这些误差会通过提高机床、夹具制造精度来满足来满足加工精度要求的，基准的统一使夹具更为简单，制造方便精度易保证。制造周期缩短成本降低、采用统一基准。装卸工时方便。在加工过程中不需将重达350㎏的大工件过多地翻转，缩短了辅助时间，减轻了工人的劳动强盗，提高了生产效率，对于大批量生产很为适应，相对第一套方案来说，技术要求易达到具备了优质高产。低消耗的基本要求，是一较为完善的方案，因此采用第二套方案要好于第一套方案。 2.3 工艺规程的设计 2.3.1 选择定位基准

a.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。

b.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，加工气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。

c.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。

d.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。 2.3.2 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。

a.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。

b.气缸加工粗基准选择

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。 2.3.3 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。

a.加工阶段的划分：

可以分为粗加工阶段；半精加工阶段；精加工阶段和光整加工阶段 。将零件的加工过程划分为加工阶段的主要目的是：

a)保证零件加工质量；

b)有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理； c)有利于合理利用机床设备。

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

a)粗加工全部结束之后； b)送往外车间加工的前后；

c)工时较长和重要工序的前后； d)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。

b.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。

2.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 2.4.1确定切削用量及时间定额：






工序20 粗铣水箱面及油壳底面 a.加工条件

工件材料：HT250,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=189 机床：双面铣床

b.刀具：φ250的面铣刀盘,牌号YG8。 c.切削用量

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。 d.计算切削速度

按《机械加工工艺手册》（机械工业出版社，王先逵编以后简称《工艺手册》）

CVdov

Vmxvyvuwpkv (2-4)

Tapfzawzv

q

式中

d0

铣刀直径,单位为mm； 背吃刀量，单位为mm

ap

查《工艺手册》表2.1-73 fz0.25mm

z查《工艺手册》表2.1-76 T=240min 工件材料为灰铸铁

查《工艺手册》表2.1-77 CV245 qv

0.2 xv0.15 yv0.35 uv0.2

pv0 m0.32

Kv为相关系数，kvkmvkTvksvktvkvkov=0.675

kmv与工件材料相关的系数，kmv=0.88

kTv与铣刀耐用度相关的系数, kTv=1 ksv与毛坯性质相关的系数，ksv=1 ktv与铣刀材料相关的系数，ktv=1.2 kv与加工性质相关的系数，kv=0.8 kov与加切削液相关的系数，kov=0.8 代入（1）式得:

CVdov2452500.2

Vmxvyvuwpkv0.67562.1m 0.320.150.350.2minv

24040.252001Tapfzawz

q

n

1000v100062.1

79.1r

mind03.14250






t

ll180810.48min vfnf79.10.2520

工序50 精铣水箱面及油壳底面

a.加工条件 加工要求：表面粗糙度达到Ra12.5，加工长度l=189mm b.切削用量 ap=0.5mm

c.计算切削速度

按《机械加工工艺手册》，（机械工业出版社，王先逵编以后简称《工艺手册》） 查表2.1-71 取fz0.1mm

z查表2.1-77 CV245

qv0.2 xv0.15 yv0.35 uv0.2 pv0

m0.32 代入得：

CVdov2452500.2

Vmxvyvuwpkv0.675111.1m 0.320.150.350.2minv

24040.12001Tapfzawz

q

n

1000v1000111.1

141.6rmind03.14250

t

ll18081

0.67min vfnf111.10.120

工序100 三面粗镗 粗镗主轴孔φ195H7至φ1920.3 查《工艺手册》表1.2-33 v=35-60mmin f0.30.8mm

r取v=54.5mmin f0.5mm

r

n

1000v100054.5

89rmind03.14195

t

ll30

0.67min vfnf890.5

半精镗,精镗同上步骤 工序140 钻定位孔

钻定位孔25至4.8,深6mm

a.钻孔深6，则加工计算长度l=10mm；

b.加工余量即为孔径d=4.8mm, 背吃刀量 ap=d/2=2.4mm

查《工艺手册》表3.4-1 确定进给量f=0.2mm/r 查表3.4-7 T=20min 查《工艺手册》表3.4-8 CV22.2 zv0.45 xv0 yv0.3 m0.2






其中kv=kTvkmvksv=0.665

kTv与刀具耐用度相关的系数； kmv与工件材料相关的系数；

ksv与工件材料状态相关的系数； 代入得：

CVdzv22.24.80.45

Vmxvyvkv0.20.66526.3m00.3min202.40.2Tapfz

n

1000v100026.3

1745r mind3.144.8

切削工时t

l10

0.03min nf17450.2

工序150 铰定位孔25，深5

0.2

0.1mm 2

查《工艺手册》表3.4-6 取f=0.5mm/r 查《工艺手册》表3.4-7 取T=20min

刀具 硬质合金锥柄机铰刀，加工余量ap=

查《工艺手册》表3.4-8 CV109 zv0.2 xv0 yv0.5 m0.45 根据

CVdzv10950.2

Vmxvyvkv0.450.66536.6m00.5min200.10.5Tapfz

n

1000v100036.6

2331r

mind3.145

t

l10

0.009min nf23310.5

工序200 攻丝 a.攻水箱面M12-6通

选用细柄机用丝锥 查《工艺手册》表7.2-4 f=p=1.75mmr

查《工艺手册》表7.2-12 T=250min CV140 zv0 xv0.4 yv0.3

m0.33 根据

CVd0v140120

Vmyvkv0.5111.515.04m0.330.33min2501.75Tp

z






查《工艺手册》表7.2-13 V取12m

n

1000v100012

318.5r mind3.1412

min



通孔t

ll11128291.75311

()()0.22min pnn11.75319319

b.攻M8-6H，深14

1000v100012

477.8rV同上 n mind3.148非通孔t

ll111282211()()0.25min pnn11.75478478

工序210 扩孔

扩φ14.7至φ15.1

查《工艺手册》表3.4-5 f取0.5mmr

Dd15.114.7

0.2mm 走刀长度l=4-10mm 22

查《工艺手册》表3.4-7 T=30min ap

查《工艺手册》表3.4-8 CV68.2 zv0.4 xv0.15 yv0.45 m0.4 根据

CVdzv68.215.10.4

Vmxvyvkv0.410.7510.8410.8751.9m0.150.45min300.20.5Tapfz

n

1000v100051.9

1094.6r

min d3.1415.1

t





l100.02min nf1094.60.5

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