【正文】 ，其核心技術(shù)一直掌握在歐美日等國(guó)手中，尤其是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)與制造，我國(guó)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)技術(shù)主要來(lái)源于美國(guó)、德國(guó)、意大利、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造是我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為了提高我國(guó)汽車(chē)制造能力，相關(guān)理論研究和技術(shù)改進(jìn)亟待開(kāi)展。 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體屬于箱體類(lèi)零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁薄多孔，加工易變形，因此加工 精度要求高。本論文主要在缸體加工過(guò)程進(jìn)行定位基準(zhǔn)選擇、刀具選取、夾具的設(shè)計(jì)和夾緊力的計(jì)算，采用合理的夾緊結(jié)構(gòu)極大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)效率和加工精度，為我國(guó)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的發(fā)展有一定的借鑒，同時(shí)有助于我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的形成。本文主要對(duì)缸體后端面與底面的平面加工進(jìn)行研究， 缸體后端面與底面。從整個(gè)加工工序定位基準(zhǔn)選擇來(lái)看，缸體底面和后端面的加工精度直接影響后續(xù)加工工序的精度。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的 加工技術(shù)要求有：主要孔的尺寸公差、形狀公差和表面粗糙度；主要孔與孔、孔與平面的位置公差，孔與孔間的尺寸公差、平行度、同軸度、垂直度以及孔與平面的垂直度等；主要平面的尺寸第一章 3 公差、平面度和表面粗糙度；主要平面與平面的垂直度等。要振興民族重卡，產(chǎn)品品質(zhì)的提升勢(shì)在必行。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體傳統(tǒng)的提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量的途徑是盡量縮短輔助時(shí)間和采用剛性生產(chǎn)線(xiàn)，這種途徑在今天已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展。為我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。具有以下特點(diǎn)： 第一章 4 (1) 重用性 構(gòu)成柔性加工線(xiàn)的各種資源在制造環(huán)境發(fā)生變化時(shí)不改變或少量改變即可成為新系統(tǒng)的組成部分。 (2) 在高速切削加工范圍，隨切削速度提高，切削力隨之減少，根據(jù)切削速度提高的幅度，切削力平均減少 30%以上，有利于對(duì)剛性較差和薄壁零件的切削加工。 高速柔性加工存在的一些缺點(diǎn) （ 1）對(duì)機(jī)床要素要求高 機(jī)床要有較高的技術(shù)性、動(dòng)態(tài)性、隨動(dòng)性，精度要求高、剛度要求高和高性能 CNC 控制系統(tǒng)。 第一章 5 4) 能根據(jù)被跟蹤的輪廓和加速度參數(shù)控制進(jìn)給。如果夾具剛性不足以防止切削過(guò)程中的顫振，即使是剛度和動(dòng)態(tài)性能最好的機(jī)床，裝上了強(qiáng)有力的主軸和合適的刀具，也是無(wú)價(jià)值的。其次，曲軸孔也是要求極高的重要參數(shù)，因此在選取 OP10 定位時(shí)使用缸壁及曲軸孔為定位基準(zhǔn)?？紤]到缸體各個(gè)加工特性非常重要，為保持加工精度以及質(zhì)量一致性。這也是選取加工設(shè)備需要考慮的參數(shù)。要加工出合格的缸體成品，在加工中需第一章 6 要使用當(dāng)今世界最昂貴的刀片，需要高精度的復(fù)合刀具，有些刀具是國(guó)內(nèi)刀具廠(chǎng)家的產(chǎn)品都無(wú)法提供的，需要選取世界頂級(jí)刀具制造商提供技術(shù)支持。 如 MAG HPC800 臥式加工中心，該機(jī)床 各重要參數(shù)如下： 工作臺(tái)尺寸： 1000 800（ mm） 主軸直徑：Φ 100mm 移動(dòng)速度： X、 Y： 80m/min， Z： 60m/min 精度：定位精度， 該機(jī)床加工能力滿(mǎn)足缸體加工要求，故可選取該加工中心作為工藝布置設(shè)備。 3）全面了解并掌握發(fā)汽車(chē)柴油動(dòng)機(jī)缸體的加工工藝 本次設(shè)計(jì)的要求 1）須熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)缸體產(chǎn)品特性，掌握發(fā)動(dòng)機(jī)各重要特性的相互關(guān)系，掌握鑄件定位基準(zhǔn)選擇原理以及精基準(zhǔn)定位選擇原理。它用于加工各種箱體類(lèi)、板類(lèi)復(fù)雜零件。 數(shù)控系統(tǒng) 是加工中心執(zhí)行順序控制和控制加工過(guò)程的中心。加工中心結(jié)構(gòu)如圖 21 第二章 加工設(shè)備選取 9 圖 21 加工中心結(jié)構(gòu)圖 加工中心的工作原理 加工中心根據(jù)工件圖樣制定工藝方案，采用手工或 計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程，把工件所需的機(jī)床各種動(dòng)作及全部工藝參數(shù)變成機(jī)床數(shù)控裝置能接受的信息代碼，并把這些代碼存儲(chǔ)在信息載體上（穿孔帶、磁盤(pán)等）、將信息載體送到輸入裝置，讀出信息并送入數(shù)控裝置。加工中心的工作原理見(jiàn)圖 22。 （ 4） 生產(chǎn)效率高 （ 5） 減輕工人體力勞動(dòng)強(qiáng)度 （ 6） 便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造 (1)粗加工時(shí)，金屬切除量大，工件溫升很快，工件是在熱狀態(tài)下進(jìn)行精加工，因此在工件冷卻后后造成精度下降。 (4)加工中心的機(jī)床精度是按高精度加工要求制定的，若要穩(wěn)定加工出Ｈ 7 級(jí)孔，機(jī)床定位精度須達(dá)到177。在加工過(guò)程 中，切屑不斷屑、切屑堆積、切屑纏繞等會(huì)影響加工順利進(jìn)行。臥式加工中心適于加工箱體類(lèi)零件、泵體、閥體和殼體等。 機(jī)床規(guī)格選擇 按已定的工件來(lái)選擇機(jī)床的規(guī)格 機(jī)床的主要規(guī)格由：工作臺(tái)尺寸、坐標(biāo)位置、坐標(biāo)行程等。 機(jī)床精度的選擇 機(jī)床精度的選擇包括：機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度、銑圓精度、定位進(jìn)度分析等。任意定位點(diǎn)的誤差均存在隨機(jī)誤差，從整個(gè)行程來(lái)看，定位誤差包絡(luò)線(xiàn)是全行程的精度范圍。在加工中心使用中， 50%的故障都出自自動(dòng)換刀裝置，因此，在選擇自動(dòng)換刀裝置時(shí)，應(yīng)盡量選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好的自動(dòng)換刀裝置。 一般來(lái)說(shuō)，選用立式加工中心是刀庫(kù)容量 20 把較合適。 第二章 加工設(shè)備選取 12 選購(gòu)加工中心前必須做可行性分析，即一年內(nèi)加工多少工件，有幾種典型零件。 日生產(chǎn)量： c=16*60*60/720=80 件 年生產(chǎn)量： C=c*300=24000 件 因此選用加工中心 MAG HPC800 臥式加工中心 MAG HPC800 臥式加工中心，該機(jī)床各重要參數(shù)如下： 工作臺(tái)尺寸： 1000 800（ mm） 主軸直徑：Φ 100mm 移動(dòng)速度： X、 Y： 80m/min， Z： 60m/min 精度：定位精度， 刀庫(kù)容量： 40 把 加工中心的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （ 1） X、 Y、 Z 軸均采用雙絲杠傳 動(dòng)技術(shù)； （ 2） 采用對(duì)稱(chēng)的框中框結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)達(dá)到最大的穩(wěn)定性； （ 3） 整體式床身，采用三點(diǎn)式調(diào)平，安裝快捷； （ 4） 可選配高扭矩 XT 系列或高轉(zhuǎn)速 AP系列； 第三章 夾具的選取 13 第三章 刀具的選取 刀具的材料要求及特點(diǎn) 刀具的材料及其要求 刀具、機(jī)床和工件組成切削加工工藝系統(tǒng)。刀具切削時(shí)要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動(dòng)等作用 。因此，刀具材料應(yīng)具備較高的強(qiáng)度和韌性，以便承受切削力、沖擊和振動(dòng)，防止刀具脆性斷裂和崩刃。 （ 1）金剛石刀具： 。 。 的化學(xué)穩(wěn) 定性。 、耐熱性好。 第三章 夾具的選取 14 （ 4）涂層刀具： 。 。 。銑刀的種類(lèi)繁多，功能也不盡相同。鼓型銑刀，主要用于對(duì)變斜角類(lèi)零件中變斜角面的近似加工。這種鉆頭的剛性很好，可保證鉆孔的精度，有易于排屑的容屑槽，其加工效率很高。 本次設(shè)計(jì)需要鏜孔和鉆孔，因此淺鉆孔刀具，粗鏜刀，精鏜刀都要選擇。模塊式刀柄主要是經(jīng)濟(jì)，方便，簡(jiǎn)單具有較大的靈活性。雖然復(fù)合刀具價(jià)格高（訂購(gòu)一把三到五個(gè)刀頭的復(fù)合刀柄要 2021 元左右），但采用復(fù)合刀具后使多道工序用一把刀完成，大大節(jié)省了機(jī)加工工時(shí)，若每個(gè)工件的加工時(shí)間節(jié)省510 min，工件批量為日 120 件，則可節(jié)省機(jī)加工時(shí)間為 1020個(gè)小時(shí)。多軸動(dòng)頭刀具可同時(shí)加工若干小孔。硬度為 HRA 89～ ，抗彎強(qiáng)度為 1100～ 1500 MPa。 (2) 精基準(zhǔn)的選擇 主要考慮基準(zhǔn)重合的問(wèn)題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。按其作用的不同，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類(lèi)。 (1) 工序基準(zhǔn) 在工序圖上，用來(lái)確定本工序所加工表面加工后的尺寸，形狀，位置的基準(zhǔn)，及工序圖上的基準(zhǔn) 。 (4) 裝配基準(zhǔn) 裝配時(shí)用來(lái)確定零部件在產(chǎn)品中的相對(duì)位置時(shí)所采用的基準(zhǔn)。 (2) 當(dāng)作為基準(zhǔn)的要素?zé)o法觸及時(shí)，通常由某些具體的表面來(lái)體現(xiàn)，這些表面稱(chēng)為基面。 (4) 表示尺寸關(guān)系的基準(zhǔn)問(wèn)題如上所述，而表示位置精度的基準(zhǔn)關(guān)系也是如此。 （ 1) 精基準(zhǔn)的選擇 此時(shí)主要考慮基準(zhǔn)重合問(wèn)題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)進(jìn)行尺寸計(jì)算，此處不再重復(fù)。 (2) 為了保證非加工表面與加工表面之間的相對(duì)位置精度要求， 應(yīng)選擇非加工表面作為粗基準(zhǔn)；如果零件上同時(shí)具有多個(gè)加工面時(shí)，應(yīng)選擇與加工面位置精度要求最高的非加工表面作為粗基準(zhǔn)。 本論文著重分析一下發(fā)動(dòng)機(jī)下缸體 OP10 加工工序的定位基準(zhǔn)選擇，本工序由于是第一道工序，所以對(duì)定位基準(zhǔn)的選擇尤為重 要，要充分考慮到后續(xù)工序加工基準(zhǔn)的選定，因此，要從整體定位，選擇一個(gè)合適基點(diǎn)作為加工定位的坐標(biāo)中心，并以此坐標(biāo)中心作為基準(zhǔn)中心進(jìn)行加工。 OP10 工序加工的工步內(nèi)容如下表 41 第四章 定位基準(zhǔn)的選擇 20 表 41 第四章 定位基準(zhǔn)的選擇 21 首先選定定位空 439 作為基準(zhǔn)坐標(biāo)中心建立 X/Y/Z 基準(zhǔn)坐標(biāo)系如圖 41，這樣就可以通過(guò)一個(gè)加工定位軟件定位出每一個(gè)加工部位的坐標(biāo)值如圖 42 400，500,600 三個(gè)面加工孔坐標(biāo)位置，各面坐標(biāo)值如表 42。 夾具的功能 ，使工件在夾具中定位和夾緊 （ 1）定位 確定工件在夾具中占有 正確位置的過(guò)程。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 （ 1）通用夾具 通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、無(wú)需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用以裝夾不同工件的夾具。其結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，主要用于固定產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。適用于數(shù)控加工、新產(chǎn)品的試制和中、小批量的生產(chǎn)。定位元件的定位精度直接影響工件的加工精度。 定位精度的分析 定位誤差是工件在夾具或機(jī)床上定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。 工件夾緊裝置的要求和選擇 工件夾緊裝置的要求 夾緊裝置是夾具的重要組成部分，它用來(lái)保持工件定位時(shí)所確定的正確加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力 等作用下發(fā)生移位和振動(dòng)。夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)有自鎖作用。 夾緊力的確定 （ 1）夾緊力的方向應(yīng)有利于工件的準(zhǔn)確定位，而不 能破壞定位。 （ 2）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)處于工件剛性較好的部位，以減小工件夾緊變形，保證加工精度。 現(xiàn)代高效率的夾具，大多數(shù)都是采用機(jī)動(dòng)夾緊方式。 （ 2） 輸出力和速度調(diào)理容易。 氣動(dòng)裝置缺點(diǎn) （ 1） 由 于 空氣具有可樂(lè)縮性 .因而傳送運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性差 . （ 2） 系統(tǒng)工作壓力低 ()又因構(gòu)造尺寸不易過(guò)大，因而氣缸的愉出推力不可能很大。 液壓裝置優(yōu)點(diǎn) （ 1） 易于完成無(wú)級(jí)調(diào)速。液壓傳動(dòng)是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū) 動(dòng)執(zhí)行元件做功的，因系統(tǒng)很容易取得很大的液壓能，因而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件做功的機(jī)械能也大，即承載才能大。液壓傳動(dòng)采取了多種過(guò)載維護(hù)措施，能自動(dòng)避免過(guò)載，防止發(fā)生辜故。 （ 2） 不易完成 遠(yuǎn)間隔傳送動(dòng)力 .當(dāng)采用管路傳輸液壓油而傳送動(dòng)力時(shí)，由于第五章 夾具的設(shè)計(jì) 28 存在較多的能量損失 (走漏損失、摩擦損失 )，故不易遠(yuǎn)間隔保送動(dòng)力。 (6)液壓元件制造精度請(qǐng)求高 。 氣液聯(lián)動(dòng)裝置缺點(diǎn) 有膨脹顫動(dòng)、傳動(dòng)不平穩(wěn)、容易泄漏 ，設(shè)備精度要求高，技術(shù)要求高，不易控制，制造成本高，經(jīng)濟(jì)性差。 （ 2） 液壓油具有不可壓縮性，動(dòng)力傳動(dòng)平穩(wěn)。因此，這里我們選用液壓動(dòng)力裝置來(lái)提供夾緊所需動(dòng)力。不僅可以使各定位點(diǎn)第五章 夾具的設(shè)計(jì) 29 同時(shí)進(jìn)行夾緊，操作簡(jiǎn)單，減少裝夾時(shí)間，簡(jiǎn)化夾緊機(jī)構(gòu)，而且可以保證定位精度。因此，我們選擇刀具 YG6X。 第五章 夾具的設(shè)計(jì) 32
。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。 YG 類(lèi)合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。 因此，我們選擇齒輪和齒條傳動(dòng)的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)如圖 51。 （ 4） 液壓裝置承載能力大。多采用氣動(dòng)或液動(dòng)裝置。 氣液聯(lián)動(dòng)動(dòng)力夾緊裝置 氣液聯(lián)動(dòng)裝置： .氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)力源直接取自主管線(xiàn)的高壓天然氣，經(jīng)過(guò)濾后無(wú)需采取任何減壓措施，直接通過(guò)高壓梭閥和單向閥進(jìn)入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存。 (4)液壓油 可能出現(xiàn)泄漏，造成污染 。 （ 7） 體積小、質(zhì)量輕、構(gòu)造緊湊。因元件在油中工作，光滑條件充沛，可延長(zhǎng)其運(yùn)用壽命?？恳簤河偷倪B續(xù)活動(dòng)傳送運(yùn)動(dòng)，液壓抽簡(jiǎn)直不可緊縮，且具有吸振才能，因而執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 （ 4） 氣壓傳動(dòng)的傳送效率還比擬低。 （ 3） 氣動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、維修便當(dāng)，管路不易梗塞，也不存在介質(zhì)蛻變、補(bǔ)充改換等問(wèn)題 。 第五章 夾具的設(shè)計(jì) 27 氣動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn) （ 1）工作介質(zhì)獲取容易 .工作介質(zhì)為空氣，能夠在大氣中獲取 .同時(shí)用過(guò)的空 氣能夠直接 排放到大氣中去，處置便當(dāng)。 估算夾緊力的一般方法是將工件市委分離體，并分析作用在工件 上的各種力，再根據(jù)力系平衡條件，確定保持工件平衡所需最小夾緊力，最后將最小夾緊力乘以以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，即得到所需夾緊力。 （ 3）夾緊力方向應(yīng)盡量與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力。 （ 4）夾緊裝置的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。 （ 2）夾緊力大小適當(dāng)。 （ 2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起定位誤差，稱(chēng)為基準(zhǔn)不重合誤差。 （ 3）夾具體 夾具體是夾具的基本骨架，通過(guò)它將夾具的所有元件構(gòu)成一個(gè)整體。 夾具的組成 雖然各類(lèi)機(jī)床