发动机缸体夹具设计概要Word格式.docx

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根据发动机结构复杂、刚度小等特点，定位夹紧方案的选择对缸体的加工精度、加工方式以及加工过程都有很大的影响，因此设计合理的机床夹具以保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面之间的位置精度，是设计中首先要考虑的问题。

刀具、机床和工件是机械加工三要素，缺一不可。

而制造刀具材料的优劣，将直接影响机械加工的质量、效率和成本，所以选用合理的刀具，可以最大限度地发挥机床的性能。

为适应产品更新换代速度越来越快的趋势，在加工过程中缩短工艺流程、增加加工中心的柔性显得越来越重要。

专用机床和夹具尽管在加工效率和批量生产方面有很大的优势，但柔性不够，不利于加工过程的改进，因此，选用合适的加工中心，使其拥有高的主轴转速、进给速度、换刀速度和高质量的刀具，并增加其柔性，对于保证优化加工保证加工质量起到非常重要的作用。

关键词：

发动机缸体，定位基准，夹具，刀具，加工中心

Abstract

Asthelargestenginepartsoftheenginecrank，theenginecylinderlinkmechanismandgasdistributionorganizationstogether,andputtheoil,lubricating,coolingetcconnectionintoawhole.Planeandholemachiningisanimportanttaskoftheenginecylinderblockprocessing,surfaceprocessingismainlycompletedthroughfacemilling,theholeisprocessedmainlybyboringandhoning,drilling,reamingandtappingprocess.Planemainlyincludesfrontandrearendface,floorandroofsurface,holeboresystemmainlyincludesthewaterjacket,pistoncylinder,curvedshafthole,mountingholes,oilhole,theconnectingholeandpinhole,etc.Theuseoftheautomobileengineperformanceandengineblockmachiningqualityhasadirectrelationship,somustensurethattheplaneandholemachiningprecision.ThepurposeofthesubjectofWD615engineblockmachiningprocessdesign,throughtheformulationreasonableprocessflow,selecttheappropriatemachiningcenter,cuttingtool,andspecialfixturedesignaccurateanddurable,toblockprocessingandproductionofhighprecision,highefficiency,highadaptabilityandhighefficiency.

Themainelementsofthisdesignare:

basedoncrankshaftthrustfaceandleftsidehole,forthelocatingdatum,precisionmillingaroundthefaceandrightsideandpumpmountingsurface,drillholehingepinfuelpump.Mymainjobis:

chooseasuitablelocation,reasonabledesignoffixture,theselectionoftheappropriateequipmentandtoolstoensureaccuratepositioning,processoptimization,contentlayoutreasonable,balancedcycletime,workbyprocessingelementsconformitytoproductrequirements.

Accordingtoenginestructurecomplex,andstiffnesssmall,features,infixtureofdesignprocessintheselectwhatofpositioningcliptightprogrammeoncylinderbodyofprocessingprecision,andprocessingwayandprocessingprocessarehasislargeofeffect,thereforedesignreasonableofmachinefixturetoguaranteeprocessingprecision,especiallyguaranteeisprocessingworkpieceofprocessingsurfaceandpositioningsurfaceandisprocessingsurfacemutualZhijianoflocationprecision,isdesigninthefirsttoconsiderofproblem.

Tooling,machinetoolandtheworkpieceisthemostimportantelements.Advantagesanddisadvantagesofthemanufactureofcuttingtools,willdirectlyaffect

theprocessingquality,efficiencyandcost,soreasonableselectiontool,youcanmaximizetheperformanceofthemachine.

Toadapttothetrendofreplacementproductsfasterandfaster,howtoshortentheprocessinprocess,increasedflexiblemachiningcentershasbecomeincreasinglyimportant.Specialmachinetoolandfixturealthoughinprocessingefficiencyandmassproductionhasalotofadvantages,butflexibleenough,notconducivetotheimprovementofprocessingand,therefore,appropriatechoiceofmachiningcenters,sothatithasahighspindlespeed,feedrate,changingspeeds,andhigh-qualityknives,andincreaseitsflexibilitytoensureoptimumprocessingqualityplayaveryimportantrole.

Keywords:

cylinderblock,locatingdatum,fixtures,cuttingtools,machiningcenter

第一章　引言

1.1汽车发动机缸体生产历史

随世界汽车工业的发展，汽车发动机缸体的生产也经历了从传统机械制造自动化到现代机械制造自动化的发展历程，具体可以分为以下几个阶段：

（1）从单件、小批量到流水线生产阶段。

1904年，在部分发达国家，生产流水线开始在汽车发动机缸体生产中应用，由断续生产中发展到连续方式组织生产，取得了良好的经济效益。

（2）刚性自动线生产阶段。

从20世纪初开始，国外汽车发动机缸体生产由机械化、半自动化发展至单机自动化，从流水线发展到自动线，基本上解决了大批量生产的自动化问题。

1924年，英国Morris汽车公司对单机自动化和流水线的改进，建成世界上第一条刚性机械加工自动生产线。

1935年，原苏联研制出第一条比较完整的汽车发动机加工自动线。

二战后，美国福特汽车公司大批量采用自动化生产线，让汽车生产的生产率成倍提升，而制造的成本大大降低。

我国第一条加工汽车发动机汽缸体端面孔的机床自动线在1956年投入使用。

刚性自动生产线具有以下特点：

一方面生产过程的连续性、比例性、节奏性都很好，具有可以提高加工设备专业化水平、提高劳动生产率、增加产量、降低产品成本、提高生产的自动化水平的优点；

不过由于设备高度专用化，缺乏对产品变化的适应力，容易因为某处发生设备故障而导致全线停车，带来较大损失。

其次生产率的提高幅度也不可能很大而且改造困难较大。

（3）数控机床（单工序）、加工中心（多工序）生产阶段。

进入20世纪50年代，随着国外汽车工业的发展、生产系统的复杂性和自动化程度都有所增加，现代控制理论开始出现和发展。

现代控制理论的应用以及计算机技术的发展都为汽车工业和发动机生产的多品种、中小批量生产提供了新的途径，汽车工业自动化水平迅速得到提高。

（4）柔性制造系统以及柔性生产线阶段。

20世纪70年代前后，汽车发动机缸体的生产进入了一个新的发展阶段。

CAD／CAM集成系统、微型机CNC系统、柔性生产系统、多级计算机控制系统以及计算机网络结构系统等的应用，都使生产规模和综合自动化水平有了比较大的提升。

多品种中小批量生产多采用这种方式，但具有一次性投资大、成本较高等缺点。

1.2汽车发动机缸体生产的现状

由于缸体的加工质量直接影响发动机的质量，并进而影响到汽车的质量，因而发动机缸体的加工一直都受到国内生产厂家的高度重视。

1、发动机缸体生产的常见形式。

从国内外的资料来看，汽车发动机缸体目前的生产大致有以下形式：

（1）在传统组合机床自动线基础上的柔性化改造。

这种技术改造，以提高传统的组合机床自动化程度为目的，已取得了相当的进展，当传统的组合机床移植了计算机数控技术之后，其柔性化程度就会得到很大提高；

（2）主体为加工中心的准柔性生产线。

这里提出的是以加工中心为主体，以普通机床以及组合机为辅的准柔性生产线方案；

（3）对多品种、大批量生产比较适用的柔性传输生产线和柔性制造系统。

2、发动机缸体加工技术的发展。

发动机缸体的加工技术大致经历了由刚性自动化到数控加工中心加工再到柔性制造生产线、柔性制造系统和敏捷柔性生产线制造。

20世纪90年代初，随着技术的进步，卧式加工中心等先进机床开始出现，敏捷柔性自动线开始产生。

这种自动线大大增强了汽车发动机厂推行的“中品种、大批量、低成本”的新生产方式，大大提高了适应市场的能力，因而得到广泛的应用。

敏捷柔性自动线适应市场能力强、投资适度，因而被工业发达国家广泛应用。

如德国HUELLER_HILLE机床公司，它提供的加工V6、V8以及V10型发动机铸铁缸体的敏捷柔性自动线，生产节拍仅为90秒。

缸体敏捷柔性自动线柔性好、投资效益好和设备利用率高，得到了广泛应用。

1.3我国发动机现状及趋势

近年来，随着我国经济的高速发展，汽车的需求量持续增长，与汽车相关的制造业也取得了很大的发展。

作为汽车的心脏，发动机的制造工艺水平普遍高于其它汽车零件，因此发动机的加工制造也成了汽车行业里最基本也最重要的环节。

目前我国的发动机加工水平还比较底，在技术水平、生产工艺和制造设备等方面与国外同行相比还存在较大差距。

而且我国的很多缸体生产线都是从国外引进的，没有完全的自主产权，另外先进国家还会对一些非常关键的技术进行技术保密，中国仅仅进行了比较低端外围的加工，对于缸体加工的核心技术的掌握和应用还远远不够。

目前，欧美及日本等国不仅掌握了发动机制造的专用技术，而且都非常重视发动机尤其是发动机缸体工艺流程的开发，他们拥有自己的系统开发能力，机床可靠性指标极其先进，国家整体工业化水平较高，发动机的生产制造大都采用高速中心组成的敏捷生产系统，无论是原材料还是加工都能保持较高的质量，制造成本低，新产品投放周期短。

未来，发动机的加工将向着高速化、柔性化和高效率的方向发展，使用能实现高速运转的机床主轴，采用带强力夹头的高精度、高刚性HSK刀柄、采用涂层硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD等先进刀具，提高效率，缩短交货时间，降低生产成本，提高市场竞争力。

1.4WD615发动机型号参数

WD615里面，W代表水冷，D代表柴油发动机，6指6缸，15指单缸排量1.5L。

WD615发动机直列6缸，缸径126mm，行程130mm，单缸排量1.5L，发动机排量9.726L。

有自然吸气、增压、增压中冷机型，基本型转速2200r/min，功率范围176kW—280kW，最低燃油消耗率达194g/kW.h。

具有体积小、重量轻、功率大、油耗低、排放指标先进、噪声低、通用性强等优点。

是重型汽车、各类工程机械、客车、发电设备、船舶等理想动力。

1.5此次缸体加工设计的主要内容

发动机缸体工艺设计工作比较复杂，涉及的方面比较广，对即将踏入社会工作的我来说是一个很好的锻炼机会。

以曲轴孔、止推面及左侧面一点为定位基准，精铣前后面、右侧面及油泵安装面，钻铰燃油泵定位销孔。

第二章　技术要求及加工要求

2.1加工工序安排

各详细公布内容如下表（参考图纸）：

工步号

工步内容：

所用刀具编号

1

精铣后面

904.006-007

2

精铣前面

3

精铣右侧面下部

904.004-014

4

（2）钻燃油泵销孔（#311和312）、并倒角

904.006-016

5

（2）铰燃油泵销孔（#311和312）

904.006-010

6

（4）钻燃油泵安装孔（#306到309）

904.004-018

7

（4）燃油泵安装孔（#306到309）攻丝

904.002-013

8

（1）钻孔（#522）

904.006-021

9

（1）锪孔（#522）沉孔、并倒角

904.004-010

10

（2）精镗碗形塞孔（#500和501）、并倒角

904.001-012

11

（1）镗进水孔（#502）、并铣凹槽（A-A剖视）

904.004-008

2.2技术要求

1、底面要求：

公差为IT=9，粗糙度Ra=6.3；

2、曲轴孔要求：

IT=6，表面粗糙度Ra=6.3；

3、顶面要求：

IT=7，Ra=0.8，，缸孔IT=6，缸孔Ra=0.2.

4、前、后端面要求IT=7，Ra=0.8.

5、曲轴连接面要求IT=7，Ra=0.8.

6、所有螺纹孔要求IT=7，Ra=0.8.

其他技术要求详见图纸。

第三章　加工中心的选取

3.1加工中心的基本概念和工作原理

数控加工中心是由机械设备和数控系统组成的、适用于加工复杂零件的、高效率的自动化机床。

它是目前世界上产量最高、　应用最广泛的数控机床之一。

数控加工中心综合加工能力强，一次装夹能完成较多的加工内容，加工精度较高，加工中等加工难度的批量工件效率是普通设备的5～10倍，而且它能完成很多普通设备不能完成的加工，尤其对形状较复杂，精度要求高的单件加工或者中小批量多品种产品的生产更为适用。

数控加工中心把铣削、钻削、镗削、切削螺纹和攻螺纹等功能集中在一台设备上，从而使其具有多种工艺手段。

加工中心中设有刀库，存放着不同数量的各种刀具或检具，加工过程中可由程序自动选用和更换。

对于必需采用工装和专机设备保证产品质量和效率的工件，如果采用加工中心加工，就可以省去工装和专机，这就为新产品的研制和改型换代节省了时间和费用，从而使企业具有更大的竞争力。

3.2加工中心的分类

1、按加工工序分，分为车铣和镗铣两大类。

2、按控制轴数分，分为三轴、四轴、五轴加工中心。

3、按主轴与工作台相对位置分，可分为立式、卧式、龙门式加工中心。

（1）立式加工中心。

立式加工中心指主轴为垂直状态的加工中心，它的结构多为固定立柱，工作台多为长方形，没有分度回转功能，比较适合加工盘、套、板类零件。

一般它具有三个直线运动坐标轴，还可在工作台上安装一个可沿水平轴旋转的回转台，用于加工螺旋线类零件。

立式加工中心方便装卡，便于操作，容易观察加工情况，调试程序简单，应用广泛。

但由于受到立柱高度及换刀装置的限制，太高的零件不能加工，在加工型腔或下凹的型面时，也容易引起切削不易排出，严重时还会损坏刀具，造成已加工表面的破坏，影响加工顺利进行。

（2）卧式加工中心。

卧式加工中心是指主轴为水平状态的加工中心。

常卧式加工中心通常都带有自动分度的回转工作台，一般具有3-5个运动坐标。

工件在一次装夹后，可以完成除安装面和顶面以外其余四个表面的加工，比较适合加工箱体类零件。

相比于立式加工中心，卧式加工中心排屑容易，不过结构复杂，价格较高。

（3）龙门式加工中心。

龙门式加工中心主轴多设置为垂直状态，不仅带有自动换刀装置，还带有可更换的主轴头附件，而且数控装置的功能也比较齐全，可一机多用，比较适用于加工大型工件以及形状复杂的工件。

3.3加工缸体时需要考虑的问题

（1）粗加工时，金属切除量大，工件温升很快，工件是在热状态下进行精加工，因此在工件冷却后后造成精度下降。

（2）有毛坯加工成成品的过程中，工件不能时效，内应力难以消除。

（3）多工序集中加工要使用各种各样刀具，在卧式加工中心上要对工件四周进行加工，在机床上工件安装区域周围大部分空间都被切削刀具运动轨迹所占去，而固定工件所需的夹具和压紧块安装空间小。

工件的夹具必须能适应零件粗加工时切削力大、高刚度、夹紧力打大的要求，又需适应精加工时定位精度要求高、工件夹紧变形尽可能小的要求。

（4）加工中心的机床精度是按高精度加工要求制定的，若要稳定加工出Ｈ7级孔，机床定位精度须达到±

0.01mm／全长，主轴振摆、轴向跳动须达到0.005～0.01mm以内，另一方面，又须使用加工中心铣铸件黑皮、钻销孔距要求±

0.5mm的连接孔等。

（5）多工序集中加工，要及时处理切屑。

在加工过程中，切屑不断屑、切屑堆积、切屑缠绕等会影响加工顺利进行。

（6）工件每个工序的加工内容、工艺参数、切削用量均可以编到程序中去，以软件的形式呈现。

而且软件适应性好，可及时修改，这样给新产品的试制、实行新工艺流程和试验都提供了方便。

3.4加工中心的选择

各种加工中心都有一定的规格、功能范围以及最佳适用范围。

卧式加工中心适于加工箱体类、阀体、泵体和壳体等。

立式加工中心适于加工板类零件，如箱盖、壳体、盖板、平面凸轮等。

规格（工作台宽度）相近的卧式加工中心比立式的价格要高50％～100％，卧式比立式的加工工时也多50％～100％，因此，完成同样工艺内容，采用立式更加经济。

但卧式加工中心的工艺性更加广泛。

定位精度指该轴行程内任意一点的定位误差，该误差反映了伺服执行机构的运动精度。

衡量该数控轴能否稳定可靠工作的基本指标是定位精度。

定位精度基本上就反映了加工精度。

两孔的孔距精度一般是单轴定位精度的1.5～2倍。

这是在将几何精度误差以及工艺上的误差因素都计入影响的结果，这些误差在部分情况下会抵消一些定位误差，从而提高零件加工精度。

因此，加工中心应选择精密性加工中心，定位精度要求≦0.01mm。

加工中心进行多工序集中加工的基本条件之一就是自动换刀装置。

它的任务是在工序变换前做好刀具准备，因此它的工作质量直接影着整机质量。

自动换刀装置的投资一般占整机的30%～50%。

而且在加工中心使用中，一般50%的故障都出自自动换刀装置。

因此，应尽量选择结构简单的可靠性好的自动换刀装置。

综上条件要求，此次加工采用HPC-800作为加工中心。

HPC-800HPXT卧式加工中心采用“T型”布局的整体床身，对称的箱中箱结构，其X、Y、Z轴均采用双丝杠驱动，提高了机床的抗振性、运动平稳性和精度，X、Z轴的快速行程速度和切削进给速度可达80m／min，主轴转速8000rpm，主轴功率25KW，加速度为1.5g，换刀时间0.8s（T-T），X、Y、Z轴采用光栅尺全闭环控制，定位精度0.008mm，重复定位精度0.004mm。

另外，HPC-800HP附加工作台旋转轴和刀具自动交换轴。

刀库可以装备40，80，120把刀。

最大装备刀具直径300mm，长度690mm，30kg重。

各部分和CNC连接使得机床可以进行自动加工。

该加工中心的各项参数均满足发动机缸体的加工需求，高的主轴转速、进给速度、换刀速度加上高质量的刀具都大大提高了缸体加工效率。

且采用此加工中心使得缸体加工线的柔性大大增加，适应性也大大提高。

第四章　刀具的选择

4.1刀具材料要求及各种类刀具特点

刀具材料对刀具寿命、加工质量、加工效率和加工成本等的影响很大。

在刀具切削时还要承受高压、摩擦、高温、振动和冲击等作用。

因此，刀具材料应具备以下功能：

（1）硬度和耐磨性。

刀具材料硬度必须高于工件材料硬度，通常要求在60HRC以上。

硬度越高，耐磨性就越好。

（2）强度和韧性。

刀具材料