浅谈气缸体加工工艺及夹具设计

1、论文 浅谈气缸体加工及夹具设计三处机厂贾亚玲摘要浅谈论述了气缸体零件从毛坯的选择到工艺过程拟定再到各加工步骤计算的全部过程，此外，对于用到的镗床及钻床夹具也做了简要说明。 首先对于零件上的一些主要加工表面，结合查阅大量专业资料确定其加工工艺，确保达到零件的精度要求，对于所涉及的尺寸公差也是通过各种查阅机械设计手册而得来。为了给加工零件提供完整的资料，还对气缸体的作用及工作环境做了详细的介绍。最后，对于在加工过程中所用到的夹具设计原则进行阐述，并给出了一套镗夹具的设计方案。关键词：气缸体 工艺过程 镗床 目录绪论5（1）课题背景及发展趋势5（2）夹具的基本结构及夹具设计的内容5第一章 零件的分析

2、71.1零件的作用71.2零件的工艺分析8第二章 确定毛坯9第三章 工艺规程设计113.1 定位基准的选择113.2 制定工艺路线113.3选择加工设备及刀,夹，量具143.4 加工工序设计153.4.1 切削用量的确定153.4.2 基本时间的确定19第五章 夹具设计205.1 夹具的基本要求与设计步骤205.2 定位机构的确定215.3 定位方案的论证21总 结23参考文献25感 谢26 绪论机械制造中过程中，机床夹具已成为机械加工的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中设计

3、使用中具有重要作用。（1）发展趋势材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械

4、生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。（2）夹具的基本结构及夹具设计的内容按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类:(1)定位元件及定位装置；(2)夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)； (3)夹具体；(4)对刀,引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)；(5)动力装置；(6)分度,对定装置；(7)其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等)；每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之,按照加工

5、等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计：（1）定位装置的设计；（2）夹紧装置的设计；（3）对刀-引导装置的设计；（4）夹具体的设计；（5）其他元件及装置的设计。5 第一章 零件的分析 1.1零件的作用气缸体是发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，是安装活塞、曲轴以及其他零件和附件的支承骨架。 气缸体的工作条件十分恶劣。它要承受燃烧过程中压力和温度的急剧变化以及活塞运动的强烈摩擦。因此，它应具有以下性能： 有足够的强度和刚度，变形小，保证各运动零件位置正确，运转正常，振动噪声小。 有良好的冷却性能

6、，在缸筒的四周有冷却水套，以便让冷却水带走热量。 耐磨，以保证气缸体有足够的使用寿命。 气缸体上部是并列的气缸筒，目前多镶有气缸套。气缸体的下部是曲轴箱，用来安装曲轴，其外部还可安装发电机、发动机支架等各种附件。气缸体大多用铸铁或铝合金铸造而成，铝合金缸体成本较高，但重量轻、冷却性能好，得到越来越广泛的应用。 机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。 1.2零件的工艺分析 图 1.2 - 1 零件图由零件图得知，其材料为HT250.

7、该材料具有较高的强度、耐磨度、耐热性及减震性 ，适用于承受较大的应力、要求耐磨的零件。 该零件上的主要加工面为A面、B面，及气缸体的孔系。为确保镗削的内孔系与车削外圆的同轴度要求，在镗削孔系时一定要以260圆心为定位基准且应采用一次镗削完成。对于加工精度及表面粗糙度要求不高的内孔如254和233采用粗镗- 半精镗即可。对于加工精度及表面粗糙度要求都很高的孔如233（RA=1.6）、229H8（RA=1.6）应采用粗镗半精镗精镗的加工工艺。对于A面上的各孔因为与缸体内孔系圆心的位置度都有要求，所以在加工这些孔时一定要以缸内孔圆心为定位基准，又因为这些孔对A面的垂直度要求也很高，所以在加工这些孔时

8、应放在铣床上洗完A面后即开始钻销加工。第二章 确定毛坯 图 2.1 毛培图根据零件材料确定毛坯为铸件。又由零件的生产纲领知零件的生产类型为大批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。又由于箱体零件的内腔及各孔均需铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。参考机械制造工艺设计简明手册表2.24，用查表法确定各表面的总余量如表2 - 1所示。 表 2 - 1 各加工表面总余量 加工表面基本尺寸（mm）加工余量数值（mm）说明A面1404顶面，双侧加工B面1403底面，单侧加工C面644侧面，双侧加工D面3105侧面，双侧加工E面3105侧面，单侧加工F面4226.5双侧加工2

9、60 mm外圆面2705双侧加工254 mm孔2445双侧加工233 mm孔2254双侧加工233 mm孔2254双侧加工229 mm孔2214双侧加工由公差配合与技术测量表22 可得铸件主要尺寸及公差，如表 2-2所示 表 2-2 主要毛坯尺寸及公差零件尺寸（mm）总余量（mm）毛坯尺寸（mm）公差CT25410244015522982210.155260102700.21 第三章 工艺规程设计 3.1 定位基准的选择精基准的选择： 气缸体的B面和 260 mm外圆既是装配基准，又是设计基准，用他们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则。粗基准的选择： 因为该零件

10、首先要保证缸套部分壁厚均匀，所以应选择 229H8 +00.072mm 孔心作为粗基准。3.2 制定工艺路线根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：A.D.E.F面：粗铣半精铣；B面：粗车半精车精车；C面：粗车半精车；凹槽：粗铣半精铣；254 mm. 233 mm孔：粗镗半精镗；233，229mm孔：粗镗半精镗精镗；7级9级精度的未铸出孔：钻扩铰；螺纹孔：钻孔攻螺纹。因为缸体内各镗孔都有较高的同轴度要求，故他们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将所有内孔都镗削出来，除此以外A面上的各孔也有较高的位置度要求，所以也要在同一个钻夹具中加工完成。 根据

11、先面后孔，先主要面后次要面和先粗加工后精加工的原则，将A面，B面，D面，E面，F面及缸体内各孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又首先加工A面，后再镗缸体内孔。A面及下面上的孔及M10.M12螺纹孔等次要表面放在最后加工。初步拟定加工工艺路线如下： 工 序内 容10铸造20时效30漆底漆4050（1）车端面C保持尺寸62mm (2)车外圆260 mm至263 m（3）车B面保持尺寸63.5 mm60（1）以B面为定位基准粗铣端面A,保持尺寸141.5 mm（2）粗铣凹槽保证2 mm尺寸9×2 mm70（1）以E面为粗基准，铣另一侧面D保证尺寸316 mm（2）以加工好的侧面

12、D为基准铣E面，保证尺寸312 mm80以G面为定位基准铣F面，保证尺寸423 mm90以260 mm 圆心为定位基准（1）镗229 mm 至227 mm（2）镗233 至231 mm（3）镗233 mm至231 mm（4）镗254 mm至252 mm100（1）车端面C保证尺寸62 .5 mm（2）车外圆（3）车B面保证尺寸63.5 mm260 mm至260.4 mm110（1）以B面为定位基准铣A面至图样要求（2）铣凹槽至图样要求120（1）以E面为定位基准铣D面至图样要求（2）铣另一侧面E至图样要求130以G面为定位基准铣F面至图样要求140以260圆心为定位基准（1）镗229 mm至2

13、28.5 mm（2）镗233 mm至图样要求（3）镗233 mm至232,5 mm（4）镗254 mm至图样要求，孔口倒角1.5×45 mm150（1）车外圆260 mm至图样要求，车倒角7×30 mm（2）车B面至图样要求160以260圆心为定位基准（1）（2）镗233 mm至图样要求镗229 mm至图样要求170以平面B及孔254 mm为定位基准（1）钻4-30 mm通孔，扩4-32 mm通孔（2）钻4-14 mm通孔，扩4-15.85 mm.深14 mm，孔口倒角1×45 mm，粗铰4-15.95 mm.深14 mm，精铰4-16H7 mm，深14 mm（3

14、）钻11 mm通孔，扩11.85 mm通孔，孔口倒角1×45,粗铰11.95 mm通孔，精铰两端12H7×15 mm（4）钻2-8.5 mm.深30 mm，攻螺纹2- M10-6H,深24 mm180以G面为定位基准（1）钻10.2 mm通孔，攻螺纹M12-6H.深18 mm，锪孔22 mm（2）钻螺纹底孔8.5mm，攻螺纹M10×1，刮平20 mm深1 mm190 3.3选择加工设备及刀夹，量具由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传

15、送均有人工完成。（1）粗车端面C，B及外圆面。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用CA6140卧式车床（参考机械制造工艺设计简明手册表 4.27）。车刀选用90°外圆车刀YT15（参考金属切削手册表 513）专用夹具和游标卡尺。（2）粗铣。铣床X52K,采用直径为80 mm的面铣刀（参考金属切削手册表97）专用夹具，游标卡尺。（3）粗镗，半精镗及精镗内孔都采用卧式镗床T612（参考机械制造工艺设计简明手册表4.219），选择双刃镗刀，专用夹具，专用检具。（4）工序170中钻4- 30 mm,4-14 mm,11 mm ,2- 8.5 mm 孔时选用摇臂钻床Z35，钻各孔

16、时采用摇臂钻床Z35，选用锥柄麻花钻，扩铰各孔时采用摇臂钻床Z35，选用扩铰孔专用刀具，攻螺纹专用机用丝锥（金属切削手册表622）及丝锥夹头。采用专用夹具和孔径用游标卡尺测量，螺孔用螺纹塞规检验。 3.4 加工工序设计3.4.1 切削用量的确定3.4.1.1 确定外圆面粗车.半精车.精车的切削用量（1）确定切削深度ap 粗车选两次走刀切完， ap= 1.75 mm ；半精车也选两次走刀完成 ap =0.65 mm；精车选一次走刀 ap = 0.2 （2）确定进给量f 根据金属切削手册表 486，在粗车外圆，倒杆尺寸为16 mm*25 mm，ap<=3 mm,工件直径为100400 mm时

17、，f=0.61.4 mm/r,按CA6140机床的进给量，选择f=0.1 mm/r （3）确定切削速度 v参考机械制造工艺设计简明手册表4.28，取粗车的主轴转速为125r/min,半精车主轴转速为320 r/min，精车主轴转速为500 r/min，故相应的切削速度分别为：V粗= =3.14 ×270 ×125/1000m/min=106m/min V半 = =3.14 ×263×320/1000 m/min= 264.3m/minV精= =3.14×260.4×500 m/min= 408.8m/min由机械制造工艺设计简明手册表

18、4.27得机床功率为7.5KW，若取效率为0.85，则7.5×0.85=6.375KW因为切断厚度Hd=fsinkr=0.64×1=0.64mm材料切除率Q=·n·f ·ap ·(D ap) =3.14×106×0.64×1.75×(270-1.75)=1×10m/min 查金属切削手册图 116，得单位材料切除率的切削功率在（1.52.75）×10KW·min/ m范围内，取PC=2.13×10 KW·min/ m 于是切削功率PC=pc

19、83;Q=2.13×10×1×10=2.13KW因为PC=2.13KW<6.675KW 故机床功率足够3.4.1.2 确定A面粗铣，半精铣的切削用量（1）确定切削深度ap 由于粗铣单边余量仅为2.5 故可一次走刀完成取ap=2.5 半精铣一次走刀完成ap=1.5mm（2）确定进给量f 参考金属切削手册表610，取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/z,每转进给量f=fz·z=0.2×12=2.4mm/r,取半精铣的每齿进给量fz=0.1 mm/z，每转进给量f=fz·z=0.1×12=1.2 mm/r（3）确定切削速度

20、v取粗铣的转速为150r/min,取半精铣的主轴转速为300 r/min，又前面已选定铣刀直径D=80 mm，故相应切削速度分别为V粗= =3.14×80×150/1000 m/min=37.7 m/minV半 = =3.14×80×300/1000 m/min=75.4 m/min则切削功率Pm=167.9×10ap fzaeznk取Z=12个齿，n=150/60=2.5r/s, ae=168mm, ap=2.5mm, fz=0.2mm/z, k=1将它们带入式中得： Pm=167.9×10×2.5×0.2

21、15;168×12×2.5×1=5.96kw 由机械制造工艺设计简明手册表4.210得机床功率为7.5 kw，若取效率为0.85，则7.5×0.85=6.375 kw>5.96 kw故机床功率足够3.4.1.3 确定孔430 mm,4-14 mm，11 mm,2-8.5 mm的切削用量（1）确定切削深度ap 孔430 mm：ap=15 mm:；孔4-14 mm：ap=7 mm；孔11 mm：ap=5.5 mm；孔2-8.5 mm：ap=4.25 mm（2）确定进给量f参考金属切削手册表4.7及表4.8，取钻430 mm孔的进给量f=0.16 mm/

22、r，取钻4-14 mm和11 mm孔的进给量f=0.4 mm/r，取钻2-8.5 mm孔的进给量f=0.3 mm/r（3）确定切削速度 v 查金属切削手册表4.7取钻430 mm孔的切削速度v=0.92m/s=55m/min,由此计算出转速n=1000×55/3.14×30 r/min584 r/min 按机床实际转速取n=530 r/min，则实际切削速度为： v=3.14×30×530/1000 m/min50 m/min 查表取钻4-14 mm孔的切削速度v=0.47m/s=28m/min,由此算出转速n=1000×28/3.14

23、5;14 r/min=637 r/min 按机床实际转速取n=670637 r/min，则实际切削速度为： v=3.14×14×670/1000 m/min29.5 m/min查表取钻11 mm孔的切削速度v=0.47m/s=28m/min，由此算出转速n=1000×28/3.14×11 r/min811 r/min按机床实际转速取n=850 r/min，则实际切削速度为： v=3.14×11×850/1000 m/min29.4 m/min查表取钻2-8.5 mm孔的切削速度v=0.37m/s=22m/min，由此算出转速n=100

24、0×22/3.14×8.5 r/min824 r/min 按机床实际转速取n=850 r/min，则实际切削速度为： v=3.14×8.5×850/1000 m/min22.7 m/min3.4.1.4 确定孔229 mm粗镗，精镗，半精镗的切削用量（1）确定切削深度ap粗镗时ap=（227-221）/2 mm=3 mm 半精镗时ap=（228.5-227）/2 mm=0.75 mm 精镗时ap=（229-228.5）/2 mm=0.25 mm(2) 确定进给量f 根据切削用量在余量打的情况时，宜采用小进给量，大转速 的原则，以及查机械制造工艺设计简明手

25、册表4.221取粗镗进给 量f=0.24 mm/r，半精镗进给量f=0.12 mm/r，精镗进给量f=0.04 mm/r （3）确定切削速度 v根据公式 v=CvKv / Tapf,其中Cv=291，m=0.2，xv=0.15， yv=0.2， T=60 Kv=0.9×0.8×0.65=0.468粗镗时 v=291×0.L468 / 60×3×0.24 m/min=68 m/min n=1000×68/ 3.14×221 r/min=98 r/min按T612机床上的转速，选择n=98 r/min半精镗时 v=291

26、5;0.L468 / 60×3×0.24 m/min=96 m/min n=1000×68/ 3.14×221 r/min=135 r/min 按T612机床上的转速，选择n=128 r/min精镗时 v=291×0.L468 / 60×3×0.24 m/min=141 m/min n=1000×68/ 3.14×221 r/min=197 r/min 按T612机床上的转速，选择n=205 r/min3.4.2 基本时间的确定3.4.2.1车外圆及端面时基本时间的确定根据机械制造工艺设计简明手册表6.2

27、1：粗车外圆时 Tj =(L+L1+L2+L3)i/ f·n=62×2×60/ 0.64×125= 93s粗车端面C时 Tj =Li/ f·n=135×1×60/0.64×125=101s半精车外圆时 Tj =(L+L1+L2+L3)i/ f·n=62×2×60/ 0.64=78 s半精车端面时 Tj =Li/ f·n=135×1×60/0.64×125=82s精车外圆时 Tj =(L+L1+L2+L3)i/ f·n=62×2

28、×60/ 0.64=75s3.4.2.2 铣削面A的基本时间确定(1)粗铣时工作台每分钟进给量为f= f·Z·n=0.2×12×150mm/min=360mm/min根据X52K型铣床工作台进给量表（机械制造工艺设计简明手册表4.237），选择f=316 mm/min则基本时间 Tj=(L+L1+L2)i/ f=428.5/ 316=81 s(2)半精铣时工作台每分钟进给量为 f= f·Z·n=0.2×12×150mm/min=360mm/min同理得 Tj=(L+L1+L2)i/ f=423/ 316=

29、80 s3.4.2.3 镗削孔229 mm的基本时间确定粗镗时 Tj =(L+L1+L2+L3)i/ f·n=49×2×60/ 0.64=250 s半精镗时 Tj =(L+L1+L2+L3)i/ f·n=48×2×60/ 0.64=187.5s精镗时 Tj =(L+L1+L2+L3)i/ f·n=48×2×60/ 0.64=351s3.4.2.4 钻孔的基本时间确定 钻 430 mm 时 Tj =(L+L1+L2) ×4/ f·n=140×4/ 0.16×530=3

30、96s钻 4-14 mm 时 Tj =(L+L1+L2) ×4/ f·n=40×4/ 0.4×670=36s钻 11 mm 时 Tj =(L+L1+L2) ×4/ f·n=140×4/ 0.4×670=25s钻 2-8.5 mm 时 Tj =(L+L1+L2) ×4/ f·n=30×2×60/ 0.4×850=14s第四章 夹具设计4.1 夹具的基本要求与设计步骤机床夹具时在机床上加工零件时所使用的一种工艺装备，用来准确地确定工件与刀具之间的相对位置，即实现工件的定位于夹紧，以完成加工所需要的准确相对运动。 4.1.1 夹具的基本要求 机床夹具必须满足下列基本要求：(1)能稳定保证工件的加工精度；(2)能提高机械加工的劳动生产率，降低工件的制造成本；(3)结构简单，操作方便，安全和省力；(4)便于排屑；(5)有良好的结构工艺性，便于夹具的制造，装配，检验，调整和维修。4.1.2 夹具的设计步骤夹具设计一般按以下步骤进行（1）研究原始资料，明确设计任务（2）确定夹具的结构方案，绘制结构草图（3）确定工件的定位方案，选择或设计相应的定位元件或装置。（4）确定刀具的对刀或引导方案，设计对刀及引导装置。（5）确定工件的