毕业设计（论文）-机车气缸缸盖数控加工工艺和夹具的设计.doc

i 摘要摘要 本文主要研究机车气缸缸盖数控加工工艺和夹具的设计，机车气缸缸盖是 机车气缸的重要的组成部分，它在气缸体上部封闭的燃烧室，并与活塞顶部一 起形成燃烧室。随着发动机技术的飞速发展现代气缸盖的结构也越来越复杂， 加工难度越来越大，精度要求越来越高。而且先进的内燃机越来越多地倾向于 采用多气门机构这使得气缸盖加工变得越来越困难，气缸缸盖的加工工艺以及 夹具设计一直以来是国内外加工的重点，难点。 本课题主要研究机车气缸缸盖加工工艺以及专用夹具的设计，夹具设计旨 在能够达到快速装夹，定位。结合实际，确保加工质量的前提下，达到提高生 产速率，降低生产成本 关键词：气缸盖关键词：气缸盖 加工工艺加工工艺 专用夹具专用夹具 ii abstract this paper studies motorcycle cylinder head machining process and fixture design， motorcycle cylinder head is an important part of the cylinder。it closed in the upper part of the cylinder combustion chamber, and together form a combustion chamber and piston top。with the rapid development of modern engine technology structure of the cylinder head more and more complex, more and more difficult process, more and more high precision。and advanced internal combustion engines tend to use more and more multi-valve cylinder head body which makes it increasingly difficult, and the cylinder head of the fixture design process has always been the focus of domestic processing and difficult the main topic of motorcycle cylinder head processing technology and a dedicated fixture design, fixture design to be able to achieve rapid clamping, positioning. reality, the premise of ensuring the quality of processing, to increase production rates, lower production costs keywords: cylinder head ;processing ;special fixture iii 目录目录 摘要.i abstract ii 第 1 章绪论4 1.1 气缸缸盖简介 4 1.2 气缸缸盖国内外发展的现状 1 1.3 本次论文研究的内容和意义1 第 2 章气缸缸盖的工艺设计2 2.1 机车气缸缸盖的三维建模2 2.2 零件的工艺分析 3 2.3 确定毛坯的铸造形式 3 2.4 基面的选择 4 2.4.1 粗基准的选择4 2.4.2 精基准的选择5 2.5 制定工艺路线 5 2.5.1 工艺路线方案一5 2.5.2 工艺方案二6 2.5.3.工艺方案的比较与分析6 2.6 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 6 2.7 确定切削用量及基本工时 7 2.7.1 粗铣气缸缸盖的接触面.7 2.7.2 钻 扩 铰两个定位销孔7 2.7.3 铣气缸缸盖的底面8 2.7.4 钻缸该底面的孔11 2.7.5 铣气缸缸盖的左侧面.12 2.7.6 铣气缸缸盖的右侧面13 2.7.7 铣气缸缸盖的一个端面13 2.7.8 精铣气缸缸盖的接触面15 第 3 章 专用夹具的设计15 3.1 问题的提出16 3.2 夹具设计 16 3.2.1 定位基准的选择16 3.2.2 定位夹紧原件的介绍16 iv 3.3 切削力及夹紧力计算 18 3.3.1 计算钻直径为 15.75 的孔的切削力.18 3.3.2 法兰式转角缸的选择18 3.4 误差分析 21 第 4 章 气缸缸盖数控加工仿真 .22 4.1 气缸缸盖数控加工 23 4.2 生成 g 代码及刀具路径后处理 .25 总结28 参考文献29 致谢30 1 第第 1 章绪论章绪论 1.1 气缸缸盖简介气缸缸盖简介 缸盖安装在缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高 压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部 制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来 冷却燃烧室等高温部分，因此缸盖的性能与缸体的安全系数息息相关，对于现 代化安全和高效生产缸盖的性能起着至关重要的作用。 气缸盖处在内燃机的心脏是内燃机的核心部件，它在气缸体上部封闭燃烧 室并与活塞顶部一起形成燃烧室，气缸盖体上一般铸有冷却水腔气道等其上有 安装燃油系统及配气机构的座孔，结构复杂，孔系繁多是气缸盖加工的特点， 尤其是其阀座孔与导管孔的加工因其尺寸精度和形位公差要求严格，长期以来 都是国内外内燃机制造行业研究的重点难点。随着内燃机发动机技术的飞速发 展现代气缸盖的结构也越来越复杂而且先进的内燃机越来越多地倾向于采用多 气门机构这使得气缸盖加工变得越来越困难 气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高 压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多 1.2 气缸缸盖国内外发展的现状气缸缸盖国内外发展的现状 近年来国内外内燃机行业发展的新趋势和工作实践，对结构复杂的气缸盖 机械加工提出了进、排气门座圈锥面与导管孔的加工是其工艺技术关键，从定 位方式、基准选择、气门座底孔与导管孔底孔的加工，气门座圈锥面加工方式 和导管孔的加工方式等方面进行了探讨和分析 气缸盖的机械加工工艺技术关键和整体工艺水平正在随着高技术含量内燃 机的发展而日趋提高和完善，国外工艺水平已与产品开发水平呈现同步水平， 国内工艺水平随着与国际接轨和科技发展将由落后变为逐步接近产品开发水平， 解决好加工工艺技术关键是工艺设计的核心和前提。但是工艺的设计编制，受 到诸多因素的影响，如产品的精度高低，产品的工艺性好坏，生产纲领的大小， 投资力度的强弱，企业现状等等。因此，合理的最佳的工艺方案不仅需要对某 一关键部位或某一关键工序认真论证、合理配置，更必须整线统盘考虑，最终 是否取得最佳效果必须经过实践检验. 1.3 本次论文研究的内容和意义本次论文研究的内容和意义 针对机车的气缸缸盖利用三维软件进行建模，2 对机车气缸缸盖进行可靠 的工艺设计，3 通过机车气缸缸盖的三维模型对机车气缸缸盖设计某一步的夹 具，夹具设计要求能够快速安装 定位 夹紧，夹具要求是气动夹。 本次课程设计的主要意义熟悉箱体零件的加工工艺路线，并能正确的设计 2 出机车气缸缸盖的加工路线，夹具设计能够实现快速定位 夹紧，能够投入大规 模的技术生产，给企业带来效益。 近年来随着发动机的快速发展，使得机车对气缸缸盖的要求也越来越高， 气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩 比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多，本次课题旨在能够完善气缸 缸盖的加工工艺，并能更好的提高机车气缸缸盖的夹具设计。 3 第第 2 章气缸缸盖的工艺设计章气缸缸盖的工艺设计 2.1 机车气缸缸盖的三维建模机车气缸缸盖的三维建模 利用三维建模软件对机车气缸缸盖建模 机车缸盖三维图如（图 1-1）所示 图 1-1 机车气缸缸盖 2.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 机车气缸缸盖是机车气缸部件的基础件，机车气缸缸盖主要加工面是平面 和孔，气缸缸盖毛坯是铸造出来的，缸盖的接触面作为主轴孔的设计基准，缸 盖的接触面与接触面上的两个通孔作为定位基准 “一面双销定位” ，上下两面 的平行度要求为 0.1mm/300mm,箱体腔内的孔不仅本身有较高的尺寸精度要求， 而且有较高的位置精度要求，缸盖加工中的定位基准的选择可以先加工它的一 个端面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加 4 工表面以及孔的加工。 2.3 确定毛坯的铸造形式确定毛坯的铸造形式 基于成本和力学性能方面约综分考虑，扩大铝合金的应用是目前乘用车轻 量化，降低油耗的主要手段，如机车气缸缸盖已经实现铝合金化制造。尽管铝 合金缸盖的生产方法有多种，但主流的制造工艺则是金属型铸造和低压铸造， 其中欧洲和中国以金属型为主，而日本、美国则更多采用低压铸造 相对于金属 型铸造，低压铸造由于是在压力下充型和结晶凝固，因而具有成形质量好、工 艺出品率高等优点，但对于形状复杂、性能要求高的缸盖铸件，则存在着工艺 复杂，控制要求高等技术难关。因此采用了铝合金缸盖的低压铸造技术，用以 充分发挥低压铸造工艺的技术，低压铸造工艺技术应用多个浇口即多权分流的 形式。缸盖，具有代表性的两种浇注系统即在燃烧室侧是设置 2 个或 4 个浇口， 铸造后再进行机械加工。这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的 2.4 基面的选择基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可 以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出， 更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 2.4.1粗基准的选择粗基准的选择 选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加 工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。 粗基准选择应当满足以下要求： 1.粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工 面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选 择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、 外形对称、少装夹等。 2.选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面 是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床 身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的 余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 3.应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加 工余量。 4.应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位 准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需 经初加工。 5.粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多 次使用难以保证表面间的位置精度。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面 5 之间的位置。 但对于一般箱体零件来说，以接触面作为粗基准是完全合理的。对本零件 而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选加工余 量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则） ，即综上所述 选择加工底面为粗基准。 2.4.2精基准的选择精基准的选择 1.基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定 位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 2.基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证 各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具 比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为 定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书 表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。 3.互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反 复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准 磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。 自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择 加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此 外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。 此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳 固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，适于作精基准使用。 选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹 准。 2.5 制定工艺路线制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度 等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以 考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除 此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降 2.5.1工艺路线方案一工艺路线方案一 工序 1 粗铣气缸缸盖的接触面。 工序 2 钻 扩 铰缸盖接触面的两个定位销的孔。 工序 3 粗 精 铣气缸缸盖的底面。 工序 4 加工气缸缸盖底面的孔。 6 工序 5 粗 精铣气缸缸盖的一个侧面。 工序 6 粗 精铣气缸缸盖的另一个侧面。 工序 7 粗 精铣气缸缸盖的一个端面。 工序 8 粗 精铣气缸缸盖的另一个端面。 工序 9 精铣气缸缸盖的接触面。 工序 10 加工气缸缸盖的接触面，加工接触面上一些孔，并且加工气缸缸 盖内部的一些孔。 工序 11 加工气缸缸盖侧面一些孔。 工序 12 加工气缸缸盖另一侧面的一些孔。 工序 13 加工气缸缸盖端面的一些孔。 工序 14 加工气缸缸盖端面的一些孔。 工序 15 清洗。 工序 16 去毛刺。 2.5.2工艺方案二工艺方案二 工序 1 粗铣气缸缸盖的接触面 工序 2 钻 扩 铰缸盖接触面的两个定位销的孔 工序 3 粗 精 铣气缸缸盖的底面 工序 4 加工气缸缸盖底面的孔 工序 5 精铣气缸缸盖的一个侧面。 工序 6 粗 精铣气缸缸盖的另一个侧面 工序 7 粗 精铣气缸缸盖的一个端面。 工序 8 粗 精铣气缸缸盖的另一个端面 工序 9 加工气缸缸盖的接触面，加工接触面上一些孔，并且加工气缸缸盖 内部的一些孔 工序 10 精铣气缸缸盖的接触面。 工序 11 加工气缸缸盖侧面一些孔。 工序 12 加工气缸缸盖端面的一些孔。 工序 13 加工气缸缸盖端面的一些孔 工序 14 加工气缸缸盖端面的一些孔。 工序 15 清洗 工序 16 去毛刺 2.5.3.工艺方案的比较与分析工艺方案的比较与分析 在大批大量生产中，毛坯的质量较高，各个孔的镗孔的余量较小，为使镗 孔的余量均匀，最好是粗镗 半精镗 精镗和金刚镗都统一采用精加工过的精基 准面定位一次进行，这就要在粗镗空之前安排精加工基准面。这种违反先粗后 精原则的工序安排有一个前提条件，箱体毛坯制造质量较高 7 综上所述我选择第一种的工艺安排作为加工工艺，以上工艺过程详见“机 械加工工艺过程综合卡片” 。 2.6 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “机车气缸缸盖”零件材料为铝制合金，硬度 200hb，生产类型为大批生 产，采用铸造毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工 序尺寸及毛坯尺寸下： 1.参照机械加工工艺手册表 2.3-6 查得压力铸造及壳型的尺寸公差等级 zj1。 2.选用压力铸造查机械加工工艺手册得，在实际生产中，有的工厂根 据工厂的生产技术条件和生产经验来确定铸件的加工余量，在这里初步定铸件 的加工单边的加工余量为 1。 3.精铣的单边余量为 0.2 4.粗铣的单边余量为 1-0.8=0.2 2.7 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 2.7.1 粗铣气缸缸盖的接触面粗铣气缸缸盖的接触面 1.粗铣气缸缸盖的接触面 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册表 4.4-5 及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀， 直径 50mm, ,l=0.8mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.8mm p a （3）由机械加工工艺手册表 2.4-79 =15 采用硬质合金材料加工铝合 e a 金取=0.10.2mm/r,取=0.2mm/r f a f a （4）确定切削速度 vc 由机械加工工艺手册表 2.4-90,当取 v=6m/s n 查=（1000x6）/3,14x50=38r/s w d 1000 c v （1-1） 根据机床说明书(见机械加工工艺手册表. 取主轴转速 n 机=38r/s 则实 际切削速度为 v = 10m/s 当 n =38r/s 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 v=fm=fzzn 机 =0.2x10x38=76mm/s （5）计算基本工时 l=645 l2=5 8 t=（645+5）/76=9s （1- m 321 l f lll 2） 即 横向每次走刀是 9s. 2.7.2 钻钻 扩扩 铰两个定位销孔铰两个定位销孔 1.钻两个定位销孔 （1）刀具选择：查机械制造工艺设计简明手册选用 15.75 高速钢直柄 标准麻花钻。 （2）切削用量选择： 查机械加工工艺手册得：f=0.31mm/r0.37mm/r,根据所选机床定 f=0.35mm/r 查机械加工工艺手册取 v =1.25m/s 由公式（1-1）n =1000 v /3.14x d=10001.25/3.1415.75=25r/s 按机床选取 n =1000r/min （3）计算基本工时 由公式（1-2）t=(91+11+0)/(0.76322)=0.42min。 fn l w 321 lll 2.扩 16.75 孔 （1）刀具选择：选用 16 高速钢直柄扩孔钻。 （2）确定切削用量： 查机械制造工艺手册得：f=0.901.1mm/r,再由所选的机床确定进给量 取 f =0.9mm/r。扩孔时的切削速度，由机械制造工艺手册得公式： v=0.4m/s 由公式（1-1）n=1000 v/ 3.14xd=10000.4/(3.1416)=8r/s=480r/min 按机床选取 n =480r/min 机床扩孔时的切削速度为 0.4m/s （3）计算基本工时： 由公式（1-2）t=(91+14+2)/(0.92136)=0.86min。 fn l w 321 lll 3.铰 17 的孔 （1）刀具选择： 17 高速钢直柄机用铰刀 （2）确定切削用量： 背吃刀量 ap=0.25。切削速度与粗铰，故 n =200r/min。 由机械制造工艺手册f=1.0mm/r,取 f=1mm/r v= d n /1000=17x200 /1000=3.4mm/min （1-3） （3）计算基本工时： 9 由公式（1-2）t= =(91+14+2)/(1.24x132) =0.65min fn l w 321 lll 其中 l=91,l1=14,l2=2 2.7.3 铣气缸缸盖的底面铣气缸缸盖的底面 1.粗铣气缸缸盖的底面 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册 及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径 50mm, ,l=0.8mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.8mm p a （3）由机械加工工艺手册 =15 采用硬质合金材料加工铝合金取 e a =0.10.2mm/r,取=0.2mm/ f a f a （4）确定切削速度 v 由机械加工工艺手册表 2.4-90,当取 v=6m/s 由公式（1-1）n 查=（1000x6）/3,14x50=38r/s w d 1000 c v 根据机床说明书(见机械加工工艺手册表. 取主轴转速 n 机=38r/s 则实 际切削速度为 v= 10m/s 当 n =38r/s 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 v=fm=fzzn 机 =0.2x10x38=76mm/s （5）计算基本工时 l=610 l2=5 由公式（1-2）t=（610+5）/76=8s 即 横向每次走刀是 8s m 321 l f lll 2.精铣气缸缸盖的底面 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册表 4.4-5 及铣刀样本手册，选柄立铣刀，外径 50mm, ,l=0.2mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.2mm p a （3）由机械加工工艺手册表 2.4-75，由数控铣床的功率在 10kw 以上， =0.1mm/z0.2mm/z,取=0.2mm/z f a f a （4）选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据机械加工工艺手册表 2.4-71,铣刀齿后刀面最大磨损限度为 1.5mm, 由机械加工工艺手册表 2.4-72,铣刀直径 d0=50mm,则硬质合金铣刀 10 t=200min （5）确定切削速度 v 由机械加工工艺手册,当取 v=2m/s 由公式（1-1）n 查=（1000x2）/3.14x50=12r/s w d 1000 c v 根据数控机床的实际情况，取主轴转速 n=500r/min.则实际切削速度为 vc = 78.5r/min 当 n 机=500r/min 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 vf=fm=fzzn 机 =0.2x10x12=24mm/s 根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为 24mm/s （6）计算基本工时 l=610 l2=5 由公式（1-2）t=(610+5)/24=26s 即机床走刀一次的时间是 m 321 l f lll 24s 3.粗铣气缸缸盖底面 1 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册表 4.4-5 及铣刀样本手册，选普通直柄立 铣刀，直径 50mm, ,l=0.8mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.8mm p a （3）由机械加工工艺手册表 2.4-79 =15 采用硬质合金材料加工铝合 e a 金取=0.10.2mm/r,取=0.2mm/ f a f a （4）确定切削速度 vc 由机械加工工艺手册表 2.4-90,当取 vc=6m/s 由公式（1-1）n 查=（1000x6）/3,14x50=38r/s w d 1000 c v 根据机床说明书(见机械加工工艺手册表. 取主轴转速 n 机=38r/s 则实 际切削速度为 vc = 10m/s 当 n =38r/s 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 vf=fm=fzzn 机 =0.2x10x38=76mm/s （5）计算基本工时 l=610 l2=5 由公式（1-2）t=（507+5）/76=6.7s 即 横向每次走刀是 m 321 l f lll 6.7s 4.精铣气缸缸盖的底面 1 11 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册表 4.4-5 及铣刀样本手册，选柄立铣刀，外径 50mm,l=0.2mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.2mm p a （3）由机械加工工艺手册表 2.4-75，由数控铣床的功率在 10kw 以上， =0.1mm/z0.2mm/z,取=0.2mm/z f a f a （4）选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据机械加工工艺手册,铣刀齿后刀面最大磨损限度为 1.5mm,由机械 加工工艺手册,铣刀直径 d0=50mm,则硬质合金铣刀 t=200min （5）确定切削速度 v 由机械加工工艺手册,当取 v=2m/s 由公式（1-1）n 查=（1000x2）/3.14x50=12r/s w d 1000 c v 根据数控机床的实际情况，取主轴转速 n=500r/min.则实际切削速度为 vc = 78.5r/min 当 n 机=500r/min 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 vf=fm=fzzn 机 =0.2x10x12=24mm/s 根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为 24mm/s （6）计算基本工时 l=610 l2=5 由公式（1-2）t=(507+5)/24=22 即机床走刀一次的时间是 m 321 l f lll 22s 2.7.4 钻缸该底面的孔钻缸该底面的孔 由于气缸缸盖地面的孔很多在这里不一一说明，每类孔只说明一次，其他 详见气缸缸盖的加工工艺卡。 1.钻 18 个 15.75 通孔 （1）刀具选择：查机械制造工艺设计简明手册选用 15.75 高速钢直柄 标准麻花钻。 （2）切削用量选择： 查机械加工工艺手册得：f=0.31mm/r0.37mm/r,根据所选机床定 f=0.35mm/r 查机械加工工艺手册取 v =1.25m/s 由公式（3-1）n =1000 v /3.14x d=10001.25/3.1415.75=25r/s 按机床选取 n =1000r/min 12 （3）计算基本工时 由公式（1-2）t=(91+11+0)/(0.76322)=0.42min。 fn l w 321 lll t1=18 t=18x0.42=7.56 2.半精镗 16.25 的内孔 （1）刀具选择：选用 16.25 的镗刀。 （2）确定切削用量： 查机械制造工艺手册得：f=0.8mm/r0.15mm/r,再由所选的机床确定进 给量取 f =0.9mm/r。镗孔时的切削速度，由机械制造工艺手册得 0.5m/s0.83m/s：v=0.5m/s 由公式（1-3）n=1000 v/ 3.14xd=10000.5/(3.1416.25)=10r/s 按机床选取 n =600r/min 机床扩孔时的切削速度为 0.5m/s 3.精镗 16.75 的内孔 （1）刀具选择：选用 16.75 的镗刀 （2）确定切削用量： 查机械制造工艺手册得：f=0.8mm/r0.15mm/r,再由所选的机床确定进 给量取 f =0.8mm/r。镗孔时的切削速度，为了保证精镗的质量定切削速度 v=0.4mm/s 由公式（1-1） n=1000 v/ 3.14xd=10000.4/(3.1416.25)=8r/s 按机床选取 n =480r/min 机床扩孔时的切削速度为 0.4mm/s 4.金刚镗 17 的内孔 （1）刀具选择：选用 16.75 的镗刀 （2）确定切削用量： 查机械制造工艺手册得：f=0.05mm/r0.10mm/r,再由所选的机床确定进 给量取 f =0.08mm/r。镗孔时的切削速度，为了保证金刚镗的质量定切削速度 v=0.3mm/s 由公式（1-1） n=1000 v/ 3.14xd=10000.3/(3.1416.25)=6r/s 按机床选取 n =400r/min 机床扩孔时的切削速度为 0.35mm/ 2.7.5 铣气缸缸盖的左侧面铣气缸缸盖的左侧面 1.粗铣气缸缸盖的一个侧面 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册表 及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径 50mm, ,l=0.8mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.8mm p a （3）由机械加工工艺手册表 =15 采用硬质合金材料加工铝合金取 e a 13 =0.10.2mm/r,取=0.2mm/ f a f a （4）确定切削速度 v 由机械加工工艺手册表 ,当取 vc=6m/s 由公式（1-1）n 查=（1000x6）/3,14x50=38r/s w d 1000 c v 根据机床说明书(见机械加工工艺手册表. 取主轴转速 n 机=38r/s 则实 际切削速度为 vc = 8m/s 当 n =38r/s 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 v=fm=fzzn 机 =0.2x8x38=61mm/s （5）计算基本工时 l=153 l2=56 t=（153+5）/61=2.6 即 横向每次走刀是 2.6. m 321 l f lll 2.精铣气缸缸盖的这个侧面 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册 ，及铣刀样本手册，选柄立铣刀，外径 50mm, ,l=0.2mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.2mm p a （3）由机械加工工艺手册 ，由数控铣床的功率在 10kw 以上， =0.1mm/z0.2mm/z,取=0.2mm/z f a f a （4）选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据机械加工工艺手册 铣刀齿后刀面最大磨损限度为 1.5mm,由机 械加工工艺手册表 2.4-72,铣刀直径 d0=50mm,则硬质合金铣刀 t=200min （5）确定切削速度 vc 由机械加工工艺手册,当取 vc=2m/s 由公式（1-1） n 查=（1000x2）/3.14x50=12r/s w d 1000 c v 根据数控机床的实际情况，取主轴转速 n=500r/min.则实际切削速度为 v= 78.5r/min 当 n 机=500r/min 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 vf=fm=fzzn 机 =0.2x10x12=24mm/s 根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为 24mm/s （6）计算基本工时 l=153 l2=5 由公式（1-2） t=(153+5)/24=6.5s 即机床横向走刀一次的时 m 321 l f lll 14 间是 6.5s 2.7.6 铣气缸缸盖的右侧面铣气缸缸盖的右侧面 虽然气缸缸盖的两个侧面不是对称结构，但加工气缸缸盖的两个侧面的方 法都是一样的，即都是”先粗后精”,由于气缸缸盖的毛坯单面的加工余量都是 1 即它们的切削用量 以及他们的切削参数基本相同。相同的计算方法在这里就不 再重复，详见加工工艺卡。 2.7.7 铣气缸缸盖的一个端面铣气缸缸盖的一个端面 1.粗铣气缸缸盖的前端面 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册表 及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径 50mm, ,l=0.8mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.8mm p a （3）由机械加工工艺手册表 =15 采用硬质合金材料加工铝合金取 e a =0.10.2mm/r,取=0.2mm/ f a f a （4）确定切削速度 v 由机械加工工艺手册表 ,当取 v=3.5m/s 由公式（1-1） n 查=（1000x3.5）/3,14x50=23r/s w d 1000 c v 根据机床说明书(见机械加工工艺手册表. 取主轴转速 n 机=38r/s 则实 际切削速度为 v = 8m/s 当 n =23r/s 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 v=fm=fzzn 机 =0.2x10x23=46mm/s （5）计算基本工时 l=55 l2=5 由公式（1-2） t=（55+5）/46=2 即 横向每次走刀是 2s. m 321 l f lll 2.精铣气缸缸盖的后端面 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册表 4.4-5 及铣刀样本手册，选柄立铣刀，外径 50mm, ,l=0.2mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.2mm p a （3）由机械加工工艺手册表 2.4-75，由数控铣床的功率在 10kw 以上， =0.1mm/z0.2mm/z,取=0.2mm/z f a f a （4）选择铣刀磨钝标准及耐用度 15 根据机械加工工艺手册表，铣刀齿后刀面最大磨损限度为 1.5mm,由 机械加工工艺手册表,铣刀直径 d0=50mm,则硬质合金铣刀 t=200min （5）确定切削速度 vc 由机械加工工艺手册,当取 vc=1.5m/s 由公式（1-1） n 查=（1000x1.5）/3.14x50=10r/s w d 1000 c v 根据数控机床的实际情况，取主轴转速 n=500r/min.则实际切削速度为 vc = 78.5r/min 当 n 机=500r/min 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 vf=fm=fzzn 机 =0.2x10x10=20mm/s 根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为 24mm/s （6）计算基本工时 l=55 l2=5 由公式（1-2） t=(55+5)/20=3s 即机床横向走刀一次的时间 m 321 l f lll 是 3s 2.7.8 精铣气缸缸盖的接触面精铣气缸缸盖的接触面 1.精铣气缸缸盖的接触面 （1）刀具选择 根据机械加工工艺手册表 4.4-5 及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀， 直径 50mm, ,l=0.2mm,z=10 （2）切削用量 =l=0.2mm p a （3）由机械加工工艺手册表 2.4-79 =15 采用硬质合金材料加工铝合 e a 金取=0.10.2mm/r,取=0.2mm/r f a f a （4）确定切削速度 vc 由机械加工工艺手册表 2.4-90,当取 vc=6m/s 由公式（1-1） n 查=（1000x6）/3,14x50=38r/s w d 1000 c v 根据机床说明书(见机械加工工艺手册表. 取主轴转速 n 机=38r/s 则实 际切削速度为 v= 10m/s 当 n =38r/s 时,工作台为每分钟进给量是进给速度 v=fm=fzzn 机 =0.2x10x38=76mm/s （5）计算基本工时 l=645 l2=5 16 由公式（1-2） t=（645+5）/76=9s 即 横向每次走刀是 9s. m 321 l f lll 本次加工工序大部分主要是铣削平面和加工孔为主，重复的加工方法在这 里就不一一介绍。详细的见加工工序卡。 第第 3 章章 专用夹具的设计专用夹具的设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 专业夹具应该满足能够快速夹紧，有良好的定位。满足企业能够大批大量 生产的要求。 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用来加工气缸缸盖的底面，此平面的形位公差和表面要求一般， 无特殊要求，且加工此平面时机车气缸缸盖的接触面和两个定位销孔都已经都 已加工出来，可用来作为此工序的定位基准面。因此在本道工序，在保证提高 劳动生产率，降低劳动强度的同时可以设计选用比较简单的夹具 3.2 夹具设计夹具设计 3.2.1 定位基准的选择定位基准的选择 当加工机车气缸缸盖底面的这些孔时，机车气缸缸盖的接触面已经被粗加 工，并且机车气缸缸盖接触面上定位销孔已经被精加工，所以定位基准选择是 机车气缸缸盖的接触面和两个定位销的孔 3.2.2 定位夹紧原件的介绍定位夹紧原件的介绍 1.定位销的介绍 该夹具属于利用一面双销来定位，所选用的销是阶梯销，如图 3-1 所示 17 图 3-1 阶梯销 利用两个销来完成机车气缸缸盖与地板的连接与定位，阶梯销的下部直径 为 40，上部直径为 17。 2.法兰式转角缸的介绍 利用三维制图软件对法兰盘转角进行建模，三维模型图 3-2 所示. 图 3-2 法兰式转角缸 18 3.法兰盘转角缸的工作原理 法兰盘转角缸中气缸的活塞做往复的运动，加压时从气缸缸体的上气孔进 入，推动活塞向下，带动压臂同时完成两个工作行程，转角形成和压紧形成， 两者之和叫做总行程 在转角行程中，活塞连同压臂一起，同时向下作直线运动和按设定的角度 转动，使压臂对正被压工件的位置，在压紧过程中，活塞导杆连同压臂一起， 同时向下继续做直线运动，直至使压臂把工件压紧为止 卸压时，气压从缸体的下气孔进入，推动活塞杆向上，带动压臂同时完成 与述两个工作行程相反的工作行程，压臂首先向上直线运动离开被压工件，然 后按原设定的角度转回原来的位置 4.法兰盘转角缸的功能 转角缸能按设定的自动化控制气路，将压臂自动转到被压工件上并随之将 其压紧，工件加工完成后，压臂能自动卸压并能自动的转回原位。 工作速度敏捷，一个工作行程使用的时间仅在 0.5 秒到几秒以下 工作安全可靠， （5）法兰盘转角缸的应用场合 气压转角缸夹具，广泛应用于产品的批量加工和装配，自动化的程度高， 夹具空间小以及要求装卸快速省时的工作场合也适用于各种自动快速锁定压紧 和解锁打开的工作场合。 3.3 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算 3.3.1 计算钻直径为计算钻直径为 15.75 的孔的切削力的孔的切削力 切削力的计算公式 切削扭矩： （3- 8 0 10 m yx m kfdcm mm 1） 轴向力： （3- f yx f kfdcf ff 0 2） 切削工率： （3- 3 0 102 nmpm 3） 经机械加工工艺设计手册铝合金 hb190210 cm=225.63 x m=1.9 y m=0.8 c f=588.6 x f=1y f=0.8 机械手册切削条件变化后，切削力的修正系数 钻头直径 d=15.75，进给量 f=0.35mm/r 转头的转速 n=25r/s 19 由公式（3-1）：=32.159 8 0 10 m yx m kfdcm mm 由公式（3-2）：=4453.52 f yx f kfdcf ff 0 当 hb=210 时，查机械加工工艺手册得 =1.062 （3- .60 190 210 mf kk 料料 4） 实际切削扭矩及轴向力 f 为 由公式（3-1）：m=1.062x32.159=34.152 由公式（3-2）：f=4453.52x1.062=4729.63 由公式（3-2）：切削功率=5.362（kw） 3 0 102 nmpm 求出切削功率后，知道切削速度即可以求出横向的切削力 =5.362/1.25=4260 （3- 切 v m p f 5） 根据切削力在表 3-1 和表 3-2 来选择法兰式转角缸，法兰式转角缸的夹紧 力要大于切削 3.3.2 法兰式转角缸的选择法兰式转角缸的选择 图 3-3 法兰式转角缸二维图 1.最大使用压力 7kg/cm 2 ； 工作压力 4-6kg/cm2； 标准转角 90o；可定制 非标 转角 45o、60o、180o型号标注标准：psfl-40x90o系列标识 转角方向 缸 径 转动角度。 2.双臂请在系列号后加“d“。例如：psfd、masd 20 应用：转角缸是提高机加、装配、焊接等工模夹具自动化程度的重要夹紧 件适于工业各界对夹持自动化的要求。在任何时候都能尽善尽美体现您的设计 思想，表现出动人的夹持功能。 功能：在压力空气的作用下，转角缸将夹具位移和夹持功能和谐的统一体 现，工作时，活塞先行完成旋转行程-压臂下压并旋转至设计的规定位置和 角度，然后完成夹持行程-即直线下压并夹紧工件，退回则反之。 型式：空压转角缸夹具有顺时针和逆时针旋转两种型式，顺为 r、逆为 l， 即右转(顺)代号标“r“、左转(逆)代号标“l“。标准旋转角度 90 度，并可定制 0、45、60 等多种旋转角度型式。 压臂分单臂和双臂两种，夹持型式为旋转角度后向下压紧夹持。 空压转角缸夹具安装型式分为法兰座、外螺牙式、方块型、顶部法兰式及 油路板式。 材质：主体为铝合金，硬膜处理。 注意：加长压臂不能超过原装的 1.5 倍，建议加装空气滤清装置、流量控 制阀。 加长压臂不能超过原装的 1.5 倍，建议加装空气滤清装置、流量控制阀、 并请加注润滑剂，以保证其正常使用寿命。 表 3-1 法兰式转角缸的型号 型号abcdfh o1 o2jkl psf25r/l95.566.52316308m5m6x13140 psf32r/l102.57123195091/8ptm8x1.254454 psf40r/l106752619 509 1/8ptm8x1.254858 psf50r/l1138026 25. 4 7010 1/8ptm8x1.255568 psf63r/l119863025. 7010 1/8ptm8x1.256480 21 4 表 3-2 法兰式转角缸的规格 规格活塞 杆直 径 缸径旋转 行成 夹持 形成 总行 程 夹持 力 压臂 伸出 压臂 撤回 psf25r/l1451214261612.758.76 psf32r/l16321214263020.9015.67 psf40r/l16401215275033.9128.49 psf50r/l20501415298556.9147.80 psf63r/l206314152914090.3581.25 根据切削力的计算选取法兰式转角缸 选取 psf63r/l 型号的法兰式转角缸。 总体的装配图如图 3-5 所示。 22 图 3-5 总装配图 由四个法兰式转角缸来快速定位夹紧机车气缸缸盖，使机车气缸缸盖能够 稳定加工。 3.4 误差分析误差分析 该夹具以一面双销定位 中心线与侧面规定的垂直度偏差 0.08mm，为了满 足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公 差。 （3- gwj 6） 与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： j （3- mjjjwdadzwj 7） 由机床夹具设计手册可得： 23 平面定位心轴定心的定位误差 ：0 wd 夹紧误差 ： （3-cos)( minmax yy jj 8） 其中接触变形位移值： （3-mm l n c hb k rk nzhb azrazy 004 . 0 ) 62.19 )( 1 8） （3-mm yjj 0036 . 0 cos 9） 磨损造成的加工误差：通常不超过 mj mm005. 0 夹具相对刀具位置误差：取 ad mm01 . 0 误差总和：0.05220.11 jw mmmm 24 第第 4 章章 气气缸缸缸缸盖盖数数控控加加工工仿仿真真 利用 ug 进行辅助编程是一个综合的过程。它涉及刀具运动轨迹、加工刀具 类型、切削用量选择、加工参数选择和下刀方式等的选择，所有这些内容都反 映在由加工刀具路径转化而成的数控加工代码中。曲面加工刀具路径生成过程 分为刀具参数设置、加工方式选用、粗精加工参数设置和后处理等步骤，这些 参数设置的正确与否是保证零件尺寸精度、提高工效和降低成本的关键所在。 4.1 气气缸缸缸缸盖盖数数控控加加工工 ug 中有粗加工和精加工两种方式，要根据具体情况和实际加工经验，合 理选用加工方式，然后确定刀具形式、直径和加工材料等。 精加工气缸缸盖的底面选择刀具为立铣刀，加工方式为 跟随工件，精加 工余量为 1mm。用立铣刀及等距环切方式加工，提高加工效率。 1.气缸缸盖加工底面的刀具路径，如图 4-1 图 4-1 刀具路径图 2.气缸缸盖加工底面的效果图，如图 4-2 25 图 4-2 加工路径效果图 3.气缸缸盖加工接触面的刀具路线图，如图 4-3 图 4-3 刀具路径