【正文】 1 緒論 課題背景及目的隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)對汽車的需求迅速增長，如何提高汽車產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，對汽車行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。發(fā)動機(jī)缸體是汽車五大部件之一，其生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量直接關(guān)系到汽車的生產(chǎn)效率和性能。因此，在汽車行業(yè)中，如何提高發(fā)動機(jī)缸體生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量是一項(xiàng)重要的研究課題。通過對汽車發(fā)動機(jī)缸體機(jī)械加工工藝規(guī)程和機(jī)械加工工藝裝備設(shè)計(jì)，掌握機(jī)械工程產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。驗(yàn)證、加深、鞏固和擴(kuò)大已學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)理論和部分專業(yè)知識，了解和掌握本專業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)知識，為以后的工作打下基礎(chǔ)?？疾煜冗M(jìn)制造技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，掌握本專業(yè)的發(fā)展動態(tài)。 國內(nèi)外研究狀況 汽車發(fā)動機(jī)缸體加工的現(xiàn)狀與趨勢 汽車發(fā)動機(jī)缸體加工的現(xiàn)狀 從國內(nèi)外的資料來看，目前，汽車發(fā)動機(jī)缸體的生產(chǎn)大致有以下幾種形式： (1).以傳統(tǒng)的組合機(jī)床自動線為基礎(chǔ)的柔性化改造 這種以提高傳統(tǒng)的組合機(jī)床自動化程度的技術(shù)改造已取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，傳統(tǒng)的組合機(jī)床在移植了計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)之后，組合機(jī)床的柔性化程度得到很大提高； (2).以加工中心為主體的準(zhǔn)柔性生產(chǎn)線 這里提出的是一種以加工中心為主體，以普通機(jī)床和組合機(jī)為輔的“準(zhǔn)柔性生產(chǎn)線”方案； (3).適用于多品種、大批量生產(chǎn)的柔性傳輸生產(chǎn)線(FTL)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)。 汽車發(fā)動機(jī)缸體加工的趨勢國外發(fā)動機(jī)缸體的加工技術(shù)經(jīng)歷了由剛性自動化到數(shù)控或加工中心加工，再發(fā)展到柔性制造生產(chǎn)線、柔性制造系統(tǒng)和敏捷柔性生產(chǎn)線制造。20 世紀(jì) 90 年代初，由于技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了高速加工中心等先進(jìn)機(jī)床，產(chǎn)生了敏捷柔性自動線。這種敏捷柔性自動線大大增強(qiáng)了汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠推行的“中品種、大批量、低、投資適度等優(yōu)點(diǎn)，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用于汽車五大零部件的生產(chǎn)中。如德國 成本”的新生產(chǎn)方式來適應(yīng)市場的能力，因而在汽車工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。敏捷柔性自動線具有適應(yīng)市場能力強(qiáng)HUELLERHILLE 機(jī)床公司提供的加工 VV8 和 V10 型發(fā)動機(jī)鑄鐵缸體的敏捷柔性自動線，其生產(chǎn)節(jié)拍為 90 秒。缸體敏捷柔性自動線具有柔性好、投資效益好和設(shè)備利用率高等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 夾具的現(xiàn)狀與趨勢 國內(nèi)夾具行業(yè)的現(xiàn)狀我國國內(nèi)的夾具始于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)建立了面向機(jī)械行業(yè)的天津組合夾具廠，和面向航空工業(yè)的保定向陽機(jī)械廠，以后又建立了數(shù)個(gè)生產(chǎn)組合夾具元件的工廠。在當(dāng)時(shí)曾達(dá)到全國年產(chǎn)組合夾具元件800萬件的水平。20世紀(jì)80年代以后，兩廠又各自獨(dú)立開發(fā)了適合NC機(jī)床、加工中心的孔系組合夾具系統(tǒng)，不僅滿足了我國國內(nèi)的需求，還出口到美國等國家。當(dāng)前我國每年尚需進(jìn)口不少NC機(jī)床、加工中心，而由國外配套孔系夾具，價(jià)格非常昂貴，現(xiàn)大都由國內(nèi)配套，節(jié)約了大量外匯。 國外夾具行業(yè)的現(xiàn)狀 從國際上看俄國、德國和美國是組合夾具的主要生產(chǎn)國。當(dāng)前國際上的夾具企業(yè)均為中小企業(yè)，專用夾具、可調(diào)整夾具主要接受本地區(qū)和國內(nèi)訂貨，而通用性強(qiáng)的組合夾具已逐步成熟為國際貿(mào)易中的一個(gè)品種。有關(guān)夾具和組合夾具的產(chǎn)值和貿(mào)易額尚缺乏統(tǒng)計(jì)資料，但歐美市場上一套用于加工中心的央具，通常為機(jī)床價(jià)格的11101115，而組合夾具的大型基礎(chǔ)件尤其昂貴。由于我國在組合夾具技術(shù)上有歷史的積累和性能價(jià)格比的優(yōu)勢，隨著我國加入WTO和制造業(yè)全球一體化的趨勢，特別是電子商務(wù)的日益發(fā)展，其中蘊(yùn)藏著很大的商機(jī)，具有進(jìn)一步擴(kuò)大出口良好前景。 夾具的趨勢夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。 (1)高 精 隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達(dá)177。5μm。德國demmeler(戴美樂)公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為177。；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá)177。5μm；瑞士EROWA柔性夾具的重復(fù)定位精度高達(dá)2~5μm。機(jī)床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。誠然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。 (2) 高 效 為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時(shí)間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1~2秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)床上安裝與調(diào)整夾具的時(shí)間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機(jī)床夾具的安裝與校正。采用美國Jergens(杰金斯)公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機(jī)床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具，起到縮短停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率的作用。 (3) 模塊、組合 夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時(shí)，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶三維實(shí)體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗(yàn)，了解市場需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。 (4) 通用、經(jīng)濟(jì)夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國demmeler(戴美樂)公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價(jià)值。專家們建議組合夾具行業(yè)加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)作的力度，加快用高新技術(shù)改造和提升夾具技術(shù)水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與時(shí)俱進(jìn)地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術(shù)。主動與國外夾具廠商聯(lián)系，爭取合資與合作，引進(jìn)技術(shù)，這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。2 缸體工藝性分析 零件結(jié)構(gòu)分析 發(fā)動機(jī)工作原理 汽油發(fā)動機(jī)的工作過程是通過汽油在燃燒室(氣缸)中燃燒，將其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成為熱能，使空氣膨脹做功，推動曲柄活塞機(jī)構(gòu)把能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程。根據(jù)活塞的方式可分為往復(fù)式活塞發(fā)動機(jī)和旋轉(zhuǎn)式活塞發(fā)動機(jī)，CS492Q汽油機(jī)即是四沖程往復(fù)式活塞發(fā)動機(jī)。它的工作過程為：進(jìn)氣→壓縮→點(diǎn)火燃燒→膨脹→排氣→進(jìn)氣。[14] 缸體的功用及其構(gòu)成 作為汽油發(fā)動機(jī)的主體，氣缸體是安裝其它零部件和附件的骨架，是發(fā)動機(jī)總裝配時(shí)的基本零件，各總成和各部件的正確位置，主要由汽缸體來保證。汽缸體加工的好壞，直接影響發(fā)動機(jī)的裝配精度及其工作性能和壽命。 汽缸體可以分為龍門式、隧道式和一般的機(jī)體等三種結(jié)構(gòu)。CS492Q的缸體采用的是一般的機(jī)體結(jié)構(gòu)，但其曲軸軸承座平面比底面略低，從整體上來看是一個(gè)典型的箱體類零件，主要由各零部件、附件的安裝面和結(jié)合面以及水、油、氣孔、活塞孔、曲軸孔、凸輪軸孔和螺孔組成。 (1) 底面是缸體制造與裝配基準(zhǔn)，是保證缸體與油底殼結(jié)合處不漏油的重要加工面。 (2) 頂面是缸蓋的安裝面，與缸蓋構(gòu)成燃燒室，并且缸體的水套通過在頂面的開口與的水套相通。為防止漏水、漏氣，頂面精度要求較高。 (3) 后面是飛輪殼的安裝面。 (4) 側(cè)面上的各安裝凸臺決定了發(fā)動機(jī)各附件相對于缸體位置是否正確合理，工藝凸臺則是缸體加工工藝的粗基準(zhǔn)。 (5) 492Q發(fā)動機(jī)采用的是濕式缸套，因此氣缸孔是防止汽缸漏水的重要保證。 (6) 主軸孔是曲軸的支承面，它的加工直接影響發(fā)動機(jī)的性能。 (7) 凸輪軸孔是系統(tǒng)的安裝與工作基準(zhǔn)，各孔的同軸度決定著各缸的協(xié)調(diào)性。 (8) 分電器孔對凸輪軸的垂直度直接影響分電器工作的準(zhǔn)確性。 (9) 頂桿孔作為氣門的活動通道，與頂桿裝配后不能漏氣。 (10) 工藝孔是缸體加工的重要精基準(zhǔn)。 缸體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CS492汽油機(jī)缸體結(jié)構(gòu)在如下幾方面特點(diǎn):(1) 表面平整光潔，能耐一定的沖擊，且有較高的耐壓、防漏要求；(2) 外觀形狀復(fù)雜。缸體橫截面呈不規(guī)則梯形，前、后面上有高度不一的各種零部件、