畢業設計-發動機缸體機加工工藝夾具設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 面的能力，加工 對象可在一定范圍內變化，甚至可以同時加工幾種不同的類似零件，可分階段投產達到目標產量。具有以下特點： 第一章 4 (1) 重用性 構成柔性加工線的各種資源在制造環境發生變化時不改變或少量改變即可成為新系統的組成部分。 (2) 重構性 在制造環境發生重大變化時能夠根據任務的性質及一定的原則重新選取原有設備構成新的制造系統。 (3) 自適應性 柔性加工線能夠進行局部調整，在線地適應加工設備的故障，增減及加工任務的一定變化。 高速柔性加工的優點 (1) 隨切削速度提高，進給速度也相應提高，單位時間內材料切除率 (切削速度、進給量和切削深度的乘積 )增加，切削加工時間減少，大幅度提高加工效率，降低加工成本。 (2) 在高速切削加工范圍，隨切削速度提高，切削力隨之減少，根據切削速度提高的幅度，切削力平均減少 30%以上，有利于對剛性較差和薄壁零件的切削加工。 (3) 高速切削加工時，切削以很高的速度排出，帶走大量的切削熱，切削速度提高愈大，帶走的熱量愈多，大致在 90%以上，傳給工件的熱量大幅度減少，有利于減少加工零件的內應力和熱變形，提高加工精度。 (4) 從動力學的角度，高速切削加工過程中，隨切削速度的提高，切削力降低，而切削力正是切削過程中產生振動的主要激勵源；轉速的提高，使切削系統的工作頻率遠離機床的低階固有頻率，而工件的加工表面粗糙度對低階固有頻率最敏感，因此高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度。 5）經濟性好加工效率高穩定性好。 高速柔性加工存在的一些缺點 （ 1）對機床要素要求高 機床要有較高的技術性、動態性、隨動性，精度要求高、剛度要求高和高性能 CNC 控制系統。 選用 CNC 系統除了標準的特點外，還必須具有高速加工所要求的一些專門功能： 1) 至少能預處理 100 個程序段。 2) 通過 位置環的前饋減少跟蹤誤差。 3) 跟蹤誤差要少于 。 第一章 5 4) 能根據被跟蹤的輪廓和加速度參數控制進給。 5) 具有最短的程序處理時間 (最大允許時間為每段 4ms)。 （ 2）對刀具要素要求高 刀具的材料和夾持安裝都有較高的要求。 （ 3）對夾具要素的要求高 夾具在系統中往往也是最薄弱的環節。如果夾具剛性不足以防止切削過程中的顫振，即使是剛度和動態性能最好的機床，裝上了強有力的主軸和合適的刀具，也是無價值的。 （ 4）整體加工系統結構復雜對操作人員要求高。 （ 5）系統投資大回收期長。 本次設計的主要內容 定位基準選擇 缸體的缸孔壁厚是否均勻是影響發動機工作正常與否最重要的參數，因此選擇毛坯定位時首先考慮的是缸孔壁厚的保證。其次，曲軸孔也是要求極高的重要參數，因此在選取 OP10 定位時使用缸壁及曲軸孔為定位基準。 在 OP10 加工出缸體左側面精定位基準，作為后序的主要加工定位基準使用。 缸體的缸孔、頂面，前后面、油泵安裝面等重要特性與曲軸孔相互關系極其重要，因此最后兩個工序選取定位基準應當選取曲軸孔為定位基準。 夾具的設計方案選取 按照選取好的定位基準進行夾具的 最終設計。考慮到缸體各個加工特性非常重要，為保持加工精度以及質量一致性。選取液壓夾具。各個夾具設計方案見說明。 要加工出合格的產品夾具設計非常重要，在定位基準點、孔確定好的前提下，還需要考慮輔助支撐點、夾緊點位置選取，還要結合工件具體尺寸要求選擇合適大小的夾緊力。這也是選取加工設備需要考慮的參數。 刀具的選取 發動機作為制造行業質量要求最高的產品，它對刀具的要求也是非常苛刻的，需要考慮各種實際的狀況，僅僅局限在書本知識上是遠遠不夠的。按照產品圖紙的要求加工出合格的產品對刀具知識的要求是 非常廣闊的。 刀具選取要綜合考慮被加工件質量特性，工件材料，機床各運動參數，節拍要求，還有如何選取采用干濕切削等等。要加工出合格的缸體成品，在加工中需第一章 6 要使用當今世界最昂貴的刀片，需要高精度的復合刀具，有些刀具是國內刀具廠家的產品都無法提供的，需要選取世界頂級刀具制造商提供技術支持。 刀具的加工參數，也是設備選取的重要依據。 刀具選取方案參照說明。 設備選取 依據產品尺寸參數、重量參數以及各加工特性應選擇工作臺為 1000mm800mm 臥式加工中心。 如 MAG HPC800 臥式加工中心，該機床 各重要參數如下： 工作臺尺寸： 1000 800（ mm） 主軸直徑：Φ 100mm 移動速度： X、 Y： 80m/min， Z： 60m/min 精度：定位精度， 該機床加工能力滿足缸體加工要求，故可選取該加工中心作為工藝布置設備。 設備工藝布置設計 按照合理的工藝對設備進行合理的布置，以使得工件物流順暢，保證物流過程工件盡量不會收到磕碰。 本次設計的目的及要求 本次設計的目的 1）進一步鞏固并運用所學的知識。 2）培養分析問題、解決問題的能。 3）全面了解并掌握發汽車柴油動機缸體的加工工藝 本次設計的要求 1）須熟悉發動機缸體產品特性，掌握發動機各重要特性的相互關系，掌握鑄件定位基準選擇原理以及精基準定位選擇原理。 2）共分八個工序完成 WD615 發動機缸體機加工部分的工藝設計，達到缸體的產品圖要求； 第一章 7 3)全部工序加工設備應選擇加工中心，按照工件的工藝特性選擇適當規格的加工中心； 4）要求完成各工序內容合理布置，達到節拍平衡，工時優化，節拍要求1015min； 5）要求完成每個工序夾具的基本設計原理，定位方式選擇合理，按照工序加工完成 的工件可以達到產品圖要求； 6）對每個工序的加工刀具合理選型。 7）工件大致尺寸： 970*500*400（ mm） 第二章 加工設備選取 8 第二章 加工設備的選取 加工中心的基本概念和分類 加工中心的基本概念 加工中心（ Machining Center）簡稱 MC，是由機械設備與數控系統組成的，適用于復雜零件加工的高效自動化機床。這種機床可裝若干把刀具，能自動更換刀具，在一次裝夾中完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、锪、攻螺紋、內槽加工等。它用于加工各種箱體類、板類復雜零件。第一臺加工中心是 1958 年由美國卡尼 特雷克公司首先研制成功的。二十世紀 70 年代以來，加工中心得到迅速發展，出現了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。 加工中心的分類 ：（ 1）鏜銑加工中心 （ 2）車銑加工中心 （ 3）鉆削加工中心 （ 4）復合加工中心 ：（ 1）三軸加工中心 （ 2）四軸加工中心（ 3）五軸加工中心 ：（ 1）臥式加工中心 （ 2）立式加工中心（ 3）萬能加工中心 加工中心的結構和工作原 理 加工中心的結構 加工中心雖然有各種類型，結構各異，但總體上主要由以下四部分構成。 數控系統 是加工中心執行順序控制和控制加工過程的中心。 伺服系統 是把來自數控裝置的信號轉換為機床移動部件的運動。 機械本體 是加工和中心結構中的基礎部件，由床身、立柱和工作臺等大件組成。 主軸部件 是切削加工的功率輸出部件，由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。加工中心結構如圖 21 第二章 加工設備選取 9 圖 21 加工中心結構圖 加工中心的工作原理 加工中心根據工件圖樣制定工藝方案，采用手工或 計算機自動編程，把工件所需的機床各種動作及全部工藝參數變成機床數控裝置能接受的信息代碼，并把這些代碼存儲在信息載體上（穿孔帶、磁盤等）、將信息載體送到輸入裝置，讀出信息并送入數控裝置。進入數控裝置的信息，經過一系列處理和運算轉變成脈沖信號。有的信號送到機床的伺服系統，通過伺服系統對其進行轉換盒和放大，再經過傳動機構，驅動機床有關部件，使刀具和工件嚴格執行程序所規定的相應運動。有的信號送到可編程序控制器中，用以順序控制機床的其他輔助動作，如實現刀具自動更換等。加工中心的工作原理見圖 22。 圖 22 加工 中心原理圖 第二章 加工設備選取 10 加工中心工藝特點分析 ： （ 1） 工藝范圍寬，能加工復雜曲面。 （ 2） 具有高度柔性，便于研制、開發新產品。 （ 3） 加工精度高，表面質量好。 （ 4） 生產效率高 （ 5） 減輕工人體力勞動強度 （ 6） 便于實現計算機輔助制造 (1)粗加工時，金屬切除量大，工件溫升很快，工件是在熱狀態下進行精加工，因此在工件冷卻后后造成精度下降。 (2)有毛坯加工成成品的過程中，工件不能時效，內應力難以消除。 (3)多工序集中加工要使用各種各樣刀具，在臥式加工中心上要對工件四周進行加工，在機床上工件 安裝區域周圍大部分空間都被切削刀具運動軌跡所占去，而固定工件所需的夾具和壓緊塊安裝空間小。工件的夾具必須能適應零件粗加工時切削力大、高剛度、夾緊力打大的要求，又需適應精加工時定位精度要求高、工件夾緊變形盡可能小的要求。 (4)加工中心的機床精度是按高精度加工要求制定的，若要穩定加工出Ｈ 7 級孔，機床定位精度須達到177。 ／全長，主軸振擺、軸向跳動須達到 ～ 以內，另一方面，又須使用加工中心銑鑄件黑皮、鉆銷孔距要求177。 的連接孔等。 (5)多工序集中加工，要及時處理切屑。在加工過程 中，切屑不斷屑、切屑堆積、切屑纏繞等會影響加工順利進行。 (6)工件每個工序的加工內容、切削用量、工藝參數都可以編織到程序中去，以軟件的形式出現。軟件適應性很好，可以及時修改，這樣給新產品試制，實行新的工藝流程和試驗均提供了方便。 加工中心的合理選擇 每一種加工中心都有一定的規格，一定的功能范圍，也有最佳的適用范圍。臥式加工中心適于加工箱體類零件、泵體、閥體和殼體等。立式加工中心適于加工板類工件，如箱蓋、蓋板、殼體、平面凸輪等。規格相近的（指工作臺寬度）臥式加工中心比立式的價格要高５０％～１００％， 臥式加工中心比立式的加工工時也多５０％～１００％，因此，完成同樣工藝內容，采用立式加工中心要比第二章 加工設備選取 11 臥式加工中心經濟。但臥式加工中心的工藝性廣泛，一般一個機械加工車間中臥式加工中心與立式加工中心數量之比大約為 2:1。 機床規格選擇 按已定的工件來選擇機床的規格 機床的主要規格由：工作臺尺寸、坐標位置、坐標行程等。 這里我們要加工的 WD615 發動機缸體尺寸 大致為： 970*500*400（ mm） 因此，我們依據產品尺寸參數、重量參數以及各加工特性應選擇工作臺為1000mm 800mm 臥式加工中心。 選取機床工作臺面稍大于零件尺寸是為了給安裝夾具留出空間。另外工件和夾具的總重量不能大于工作臺的額定負載，工件的移動軌跡不能與機床防護罩干涉，交換刀具時，不得與工件相碰等。 機床精度的選擇 機床精度的選擇包括：機床定位精度和重復定位精度、銑圓精度、定位進度分析等。 機床定位精度和重復定位精度 機床定位精度和重復定位精度反映了該軸向格運動部件的綜合精度，尤其是重復定位精度，它反映了該軸向在有效行程內任意定位點的定位穩定性，這是衡量該數控軸能否穩定可靠工作的基本指 標。 銑圓精度 銑圓精度綜合反映了機床兩軸聯動時，伺服運動特性和數控系統的插補功能。 定位進度分析 加工中心每個控制軸的定位精度是指在該軸行程內任意定位點的定位誤差，在這項誤差反映了伺服執行機構的運動精度。任意定位點的誤差均存在隨機誤差，從整個行程來看，定位誤差包絡線是全行程的精度范圍。 自動換刀裝置是加工中心進行多工序集中加工的基本條件。它的任務是在每個工序變換前，做好刀具準備，所以它的工作質量與整機質量直接有關。自動換刀裝置的投資占整機的 30%～ 50%。在加工中心使用中， 50%的故障都出自自動換刀裝置，因此，在選擇自動換刀裝置時，應盡量選擇結構簡單，可靠性好的自動換刀裝置。 在刀庫中，刀柄的存儲容量有 10 60、 80、 100、 120 等多種規格，一些柔性加工單元配有中央刀庫，可存儲上千把道具。若所選加工中心作為單機使用，不準備用于柔性加工單元或柔性制造系統，刀庫容量不宜選的太大。因為大容量刀庫成本高、結構復雜、故障率高，刀柄管理也相應復雜化。 一般來說，選用立式加工中心是刀庫容量 20 把較合適。選用臥式加工中心時，刀庫容量 40把較合適。根據缸體第一加工工序，本次設計需要 24個工步，共需 24 把刀具。因此確定刀庫容量為 40 把也是合理的。 第二章 加工設備選取 12 選購加工中心前必須做可行性分析，即一年內加工多少工件，有幾種典型零件。對每個典型零件進行工藝分許，確定工藝路線，制定出準備在加工中心上加工的內容。根據機床配置的刀具情況來確定切削用量，計算每道工序的切削時間t1 及相應的輔助時間 t2，對大型加工中心每次交換道具時間約為 46 秒，因此單工序時間為 t=t1+t2+5s 發動機下缸體機加工