缸套夹具设计毕业说明书

1 绪论. (2)
1.1课题的目的及意义 (2)
1.2设计要求 (3)
2 零件的工艺分析 (5)
2.1零件的分析 (5)
2.1.1 零件的概述 (5)
2.1.2 零件的工艺分析 (5)
2.2.3 零件的作用 (6)
2.2机械加工工艺规程制订 (7)
2.2.1生产过程与机械加工工艺过程 (7)
2.2.2机械加工工艺规程的种类 (8)
2.2.3制订机械加工工艺规程的原始资料 (8)
3工艺规程设计 (9)
3.1基面的选择 (9)
3.1.1粗基准的选择 (9)
3.1.2 精基准的选择 (10)
3.2制定工艺路线 (10)
3.2.1方案一 (11)
3.2.2方案二 (12)
3.2.3 工艺方案的比较与分析 (13)
3.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (14)
3.4确定切削用量及基本工时 (15)
3.5切削液的选择 (18)
4夹具设计 (19)
4.1定位方案和定位元件的设计 (19)
4.2夹具体设计 (21)
4.3镗Φ150孔 (23)
4.3.1 定位基准的选择 (23)
4.3.2 切削力及夹紧力的计算 (24)
致谢 (26)
参考文献 (27)
1 绪论.
1.1课题的目的及意义
制造业是国民经济各部门科学技术进步的基础，机械加工工艺直接制约着机器制造业的发展，机器制造工艺及其组织形式的发展趋势，在很大程度上取决于机器结构的发展方向及其技术应用特性。

机器制造业的科学技术进步又将反过来促进建立在计算机化和生产综合自动化基础上的、操作简单、资源消耗少的新工艺的开发和应用。

夹具是零件在机床上加工时，用以装夹工件的一种工艺装备，其作用是正确确定工件与刀具之间的相对位置，并将工件牢固地夹紧，使用夹具可以有效的保证工件的加工质量，扩大机床的工艺范围，因此，夹具在机械制造中占有重要的地位。

由此看出，机械加工工艺和夹具对机械制造都发挥着重要的作用，因此本毕业设计选题的主要任务：直径150mm坦克发动机缸套夹具的设计及工艺规程的编制。

机械加工工艺与夹具设计是全面地综合运用有关专业课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。

通过该毕业设计，综合所学专业知识，熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，同时培养分析问题和解决问题的能力，加深理论知识的理解，强化生产实习中的感性认识。

设计过程也是理论联系实际的过程，能培养理论联系实际的设计思想，并学会使用手册、查询相关资料等，提高分析和解决工程实际问题的独立工作能力，能巩固、加深和扩展有关机械加工工艺与夹具方面的知识，为以后的实际工作奠定坚实的基础。

如今，企业为了增强市场竞争力和快速响应市场的变化而采用多种新技术的环境下，革新传统的工艺设计手段，采用以计算机为工具的现代化工艺设计和管理方式是企业上水平、上台阶的关键之一，也是企业发展的必由之路。

随着科学技术的发展，特别是计算方法和计算机的迅速发展，大大地推动了机械加工工艺的进步。

计算机辅助工艺过程设计即CAPP，通常指机械产品零件制造工艺过程的计算机辅助设计与文档编制。

它是为了解决手工设计工艺规程中存在的效率低下、工艺质量不稳定、不便于管理、柔性差等问题而提出的。

应用CAPP技术，可以使工艺人员从繁琐重复的事务性工作中解脱
出来，迅速编制出完整而详尽的工艺文件，缩短生产准备周期，提高产品制造质量，进而缩短整个产品的开发周期。

随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，企业迫切需要提高夹具设计的效率。

因此，快速实现夹具设计已成为企业的迫切要求，将计算机辅助设计技术应用到夹具设计的过程是解决这一问题的必然选择。

随着计算机技术的发展和应用，计算机辅助夹具设计即CAFD在理论和应用上都得到了迅速发展，大大提高了夹具的设计效率，对保证产品质量，提高生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等都具有重要意义。

本课题是对坦克发动机缸套的研究，缸套就是气缸套的简称，它镶在缸体的缸筒内，与活塞和缸盖共同组成燃烧室。

缸套分为干缸套和湿缸套两大类。

背面不接触冷却水的气缸套叫干缸套，背面和冷却水接触的气缸套是湿缸套。

干缸套厚度较薄、结构简单、加工方便。

湿缸套直接接触冷却水，所以有利于发动机的冷却，有利于发动机的小型轻量化。

加工坦克发动机缸套的最后一道工序——珩磨，工序的质量和精度要求较高，为提高发动机缸套内表面加工质量，选定了先进的加工工艺—珩研使缸套内表面加工质量达到国际先进水平，改善了发动机缸体、缸套的使用寿命和可靠性，从而满足提高发动机功率和可靠性的要求。

本人在大学期间系统的学习了机械制造工程学、机械课程设计等相关专业课程和金工实习、生产实习等相应实习课程。

在硬件方面，工业中心和图书馆提供了良好的学习、设计环境，工业中心快速成型机的使用，制造出实物模型，可以使我更加直观的进行设计，同时图书馆拥有大量丰富的文献和资料，能够使用相关指导书、技术手册、图册等专业书籍，相信在指导老师的引导和帮助下，一定能够顺利按时完成设计。

1.2设计要求
工艺设计部分的重点：（1）定位基准的选择，（2）工艺路线的拟定，（3）加工余量和工序尺寸的确定。

夹具设计部分的重点：（1）夹具结构方案的设计，（2）装配图的绘制。

设计方法与措施拟定如下：
（1）分析研究零件图纸，熟悉设计对象。

由视图想象零件的几何形状，重温《机械制造工程学》，通读指导书的一般步骤和设计实例；浏览手册目录，了解手册的大致内容，做到设计前心中有数。

（2）设计工艺规程，形成工艺过程综合卡。

首先要确定各个表面的加工方法，表面加工方法的选择，要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。

根据工艺设计资料，确定各尺寸的公差等级，将需要加工的表面分类，列出各加工表面的所有几何精度要求，然后确定需要加工的各表面可采用的加工方法。

根据各加工表面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等级，经比较后，找出加工要求较高的表面作为主要加工表面。

选择精基准和粗基准来确定定位基准，按规定的符号绘制工序定位和夹紧示意图。

（3）设计夹具，绘制夹具装配图、零件图。

在设计前，应对工件有关工艺和加工关键作详细的了解分析，尽量做到心中有数，然后按程序步骤逐一进行。

根据查阅和参考机床夹具设计手册上的实例确定总体结构方案，依据选择的基准，进行定位元件的选用或设计。

因定位与夹紧元件均有设计标准或结构规范，在定位与夹紧的设计中应先查阅夹具手册上的应用实例。

设计装配图时，需要考虑主视图和视图的数量，尽量采用1：1的比例来绘制。

夹具零部件要查阅手册，按标准与规范进行设计。

（4）撰写设计论文，阐述设计依据，说明设计内涵。

根据已经得到的设计结果，阐述其中设计的方法和依据，整理成文。

2 零件的工艺分析
2.1 零件的分析
2.1.1 零件的概述
缸套就是气缸套的简称，它镶在缸体的缸筒内，与活塞和缸盖共同组成燃烧室。

缸套分为干缸套和湿缸套两大类。

背面不接触冷却水的气缸套叫干缸套，背面和冷却水接触的气缸套是湿缸套。

干缸套厚度较薄、结构简单、加工方便。

湿缸套直接接触冷却水，所以有利于发动机的冷却，有利于发动机的小型轻量化。

干式气缸套:由于缸筒四周有供冷却水通过的水道，所以对铸造要求非常高，如果缸筒与水道之间的壁厚合适，则缸筒经过珩磨后可直接作为汽缸工作室。

如果筒壁出现穿漏或沙孔，为了回用缸体，就把缸筒镗大加一个缸套来恢复其功能。

在设计时就考虑百分之百加缸套的方法，就可以大大减少缸体加工后的废品率，也便于后期更换缸套的大修方式。

由于这种缸套外壁是与缸体接触，所以称为干式缸套。

湿式缸套: 如果设计时就使水道与缸筒大面积连通，完全通过缸套隔离冷却水和汽缸工作室，缸套外壁接触冷却水，这种缸套就称为湿式缸套。

与干式缸套相比，这种缸套壁厚稍大，但散热能力更强。

功能:
1、气体密封：防止压缩气体、燃烧气体压力向外泄漏。

2、热传递：通过活塞、活塞环接受燃烧热量，传递到冷却水。

3、形成滑动面：作为发动机的内壁，形成和活塞、活塞环的滑动面。

2.1.2 零件的工艺分析
题目所给的零件是直径150mm坦克发动机缸套（图2.1），所有表已加工。

、
图2.1
技术要求：1工件表面直线度0.01mm
2圆度0.05mm
3表面粗糙度Ra0.05
原始数据：1某型号发动机内径150mm，长度268mm。

2超声波发生器振动频率20kHz，功率500w
缸套加工主要的工艺问题是如何保证其主要加工表面（内孔和外圆）之间的相互位置精度，以及内孔本身的加工精度和表面粗糙度要求。

2.2.3零件的作用
缸套就是气缸套的简称，它镶在缸体的缸筒内，与活塞和缸盖共同组成燃烧室。

缸套分为干缸套和湿缸套两大类。

背面不接触冷却水的气缸套叫干缸套，背面和冷却水接触的气缸套是湿缸套。

干缸套厚度较薄、结构简单、加工方便。

湿缸套直接接触冷却水，所以有利于发动机的冷却，有利于发动机的小型轻量化。

1.与气阀组，活塞组一起组成制冷压缩机的可变工容积，并且对活塞起导向作用；
2.缸套上的转动环和小顶杆等是能量调节装置的执行机构；
3缸套上部的两条阀兼作吸气阀的阀座。

2.2机械加工工艺规程制订
机械制造业是国民经济的支柱产业，现代制造业正在改变着人们的生产方式、生活方式、经营管理模式乃至社会的组织结构和文化。

生产的发展和产品更新换代速度的加快，对生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，也就对机械加工工艺等提出了要求。

在实际生产中，由于零件的生产类型、形状、尺寸和技术要求等条件不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上用某一种加工方法就能完成的，而是需要经过一定的工艺过程。

因此，我们不仅要根据零件具体要求，选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序和夹具，一步一步地把零件加工出来。

2.2.1生产过程与机械加工工艺过程
生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。

它包括原材料的运输、保管于准备，产品的技术、生产准备、毛坯的制造、零件的机械加工及热处理，部件及产品的装配、检验调试、油漆包装、以及产品的销售和售后服务等。

机械工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为零件的全过程。

机械加工工艺过程的基本单元是工序。

工序又由安装、工位、工步及走刀组成。

规定产品或零件制造过程和操作方法等工艺文件，称为工艺规程。

机械加工工艺规程的主要作用如下：
1.机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。

根据它来组织原料和毛坯的供应，进行机床调整、专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。

2.机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。

有了它就可以制定进度计划，实现优质高产和低消耗。

3.机械加工工艺规程是新建工厂的基本技术文件。

根据它和生产纲领，才能确定所须机床的种类和数量，工厂的面积，机床的平面布置，各部门的安排。

2.2.2机械加工工艺规程的种类
机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。

对于检验工序还有检验工序卡片；自动、半自动机床完成的工序，还有机床调整卡片。

机械加工工艺过程卡片是说明零件加工工艺过程的工艺文件。

机械加工工序卡片是每个工序详细制订时，用于直接指导生产，用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。

2.2.3制订机械加工工艺规程的原始资料
制订机械加工工艺规程时，必须具备下列原始资料：
1、产品的全套技术文件，包括产品的全套图纸、产品的验收质量标准以及产品的生产纲领。

2、毛坯图及毛坯制造方法。

工艺人员应研究毛坯图，了解毛坯余量，结构工艺性，以及铸件分型面，浇口、冒口的位置，以及正确的确定零件的加工装夹部位及方法。

3、车间的生产条件。

即了解工厂的设备、刀具、夹具、量具的性能、规格及精度状况；生产面积；工人的技术水平；专用设备；工艺装备的制造性能等。

4、各种技术资料。

包括有关的手册、标准、以及国内外先进的工艺技术等。

3工艺规程设计
3.1基面的选择
在缸套机械加工工艺过程中，大部分工序选用缸套的外圆面作为主要基面，并用内孔作为另一基面。

这是由于：外圆面的面积大，定位比较稳定，可以精加工内孔，使其达到精度要求。

这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。

为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：即在粗镗内孔前，粗车外圆面，精镗内孔前，精车外圆面。

由于用外圆面作基面，所以这些表面的加工安排得比较早。

在外圆面作为定位基面前的加工工序是粗车和精车，这些工序对于内孔的垂直度和圆度保证有重要作用。

在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。

因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。

缸套的加工就是这样，在加工缸套的加工工艺路线中，在精加工内孔开始前，现粗车外圆面和两端面。

其中粗车外圆面时又是以毛坯的内孔作为定位。

为了能够达到精度要求，我们选用互为精准，先加工外圆面，以内孔为基准，再加工内孔以外圆面为基准。

以后的半精加工和精加工也是如此。

3.1.1粗基准的选择
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）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。

为了满足上述要求，选着缸套内孔面为粗基准面。

3.1.2 精基准的选择
选择精基准一般应遵循以下几项原则：
（1）基准重合原则:应尽可能选择被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。

（2）统一基准原则:应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证各加工表面之间的相对位置精度。

（3）互为基准原则：当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。

（4）自为基准原则：一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身作为精基准。

为了满足上述要求，选着缸套外圆面为精基准面
具体各工序基准参见工序卡。

3.2 制定工艺路线
制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已经确定为小批生产的条件下，考虑采用普通机床配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。

部分采用专用刀具和专一量具。

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。

3.2.1方案一
表3-1 工艺路线方案一3.2.2方案二
表3-2 工艺路线方案二
3.2.3 工艺方案的比较与分析
以上两工艺方案的特点在于：方案一先用外圆面作为粗基准加工内孔，方案二则先用内孔作为粗基准，加工外圆面。

加工面与不加工面的互换位置关系精度。

高精度作为150mm大炮发动机缸套正常工作的一个因素。

3.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
用查表法确定机械加工余量：
（1）（根据《机械制造工艺设计手册》下简称《工艺手册》表3.2-11，表3.2-14）内孔直径150mm
表3-3
（2）（根据《工艺手册》表8-9）
表3-4车外圆面
3.4确定切削用量及基本工时
1.正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。

粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。

因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。

金属切除率可以用下式计算：
Zw ≈V.f.ap.1000
式中：Zw单位时间内的金属切除量（mm3/s）
V切削速度（m/s）
f 进给量（mm/r）
ap切削深度（mm）
提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。

但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。

所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度ap,其次选择一个较大的进给量度f，最后确定一个合适的切削速度V.
选用较大的ap和f以后，刀具耐用度t 显然也会下降，但要比V对t的影响小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到规定的合理数值，因此，能使V、f、ap的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。

此外，增大ap可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。

因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。

1）切削深度的选择：
粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺
系统的刚性来确定。

在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。

只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。

2）进给量的选择：
粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。

因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。

选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。

在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。

3）切削速度的选择：
粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。

切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。

如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。

精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。

因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。

1）切削深度的选择：
精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。

通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。

2）进给量的选择：
精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。

进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。

3）切削速度的选择：
切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。

一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。

只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。

由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度ap和进给量f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率
的要求。

（1）车外圆面 选用CA6140床
根据《切削手册》表3.1，《工艺手册》表4.2-33选取数据 切削速度V=16m/s 切削深度a p =1mm 进给速度f z =0.30mm/r 加工长度L1=288mm; L2=288mm;L3=288mm 按机床选取n=750r/min
T1=n f L z 1
=288/0.30*750=1.28min ； T2=n f L z 2
=288/0.30*750=1.28min ； T3=n f L z 3
=288/0.30*750=1.28min;
T=T1+T2+T3=3.84min (2)车端面
选用 车床CA6140
根据《切削手册》表2.1，《工艺手册》表4.2-35选取数据 切削速度V =16m/s
切削深度ap = 1mm 进给量f = 0.30mm/r 按机床选取n = 750r/min
L = 175mm L1 = 172.5mm L2 =170.5mm t1=175/(0.3x750)=0.8min t2=172.5/(0.3x750)=0.76min
t3=170.5/(0.3x750)=0.74min
基本时间t= L/fn =t1+t2+t3 =2.30min
(4)镗孔
选用镗床TX7220
根据《切削手册》表2.5，《工艺手册》表4.2-35选取数据
切削速度V =10mm/s
切削深度ap = 0.45mm 进给量 f =0.60mm/r
按机床选取n =100 r/min
则实际切削速度V = Dn/（1000×60） =2.72m/s
扩削工时为： L1= 275mm;L2=270mm;L2=268mm
基本时间tj=L/fn=(275+270+268)/(0.60×100)=13.55 min
3.5 切削液的选择
切削液的选用必须满足切削性能和使用性能的要求。

查参考文献[13]知，粗加工时，由于加工余量和切削用量均较大，因此在切削过程中产生大量的切削热，易使刀具迅速磨损，这时应降低切削区域温度，所以应选用以冷却作用为主并具有一定清洗、润滑和防锈性能的金属切削液，故应选用质量分数低的乳化液(如质量分数为3%～5%的乳化液)，也可以选用合成切削液。

精加工时，主要是在加工过程中能满足工艺要求，减少刀具的损耗，降低加工表面粗糙度值，降低功率消耗，提高生产效率，故一般选用润滑作用较好的切削液，如高浓度的乳化液或切削油（主要是矿物油，其润滑性能好，但冷却性能差）。

4夹具设计
镗床夹具主要用于加工精密孔或孔系。

它主要由镗模底座、镗查勘支架、镗套、镗杆以及必需的定位、夹紧装置组成。

镗床夹具的种类按导向支架的布置形式分为双支承镗模、单支承镗模和无支承镗模三类。

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。

经过与指导老师协商，决定设计镗孔的夹具。

这个夹具将用于镗床T2115，刀具为硬质合金钢，完成对工件的镗削加工。

4.1定位方案和定位元件的设计
定位元件的结构、形状必须与工件定位基准面形状想适应。

定位基准面的形状通常有平面、外圆柱面、内孔、锥孔和成型表面等。

因此，常用的定位元件按基准面的不同，分为一下几种：
(1)平面定位的定位元件
工件以平面为定位基准时，常常是把工件支承在定位元件上，所以这类定位元件称为支承。

按其结构和用途不同，可分为以下几种：
支承钉：一个支承钉限制工件的一个自由度。

支承板：一个支承板限制三个自由度，其中一个位置自由度，两个角度自由度。

可调支承：可调支承限制一个自由度。

自位支承：称为自动定位支承或多点浮动支承，只限制元件的一个自由度。

(2)外圆表面定位的定位元件
以外圆表面为定位基准时，定位元件有V形架、半圆形定位架、定位套筒和圆锥套筒等。

(3)孔定位的定位元件
以孔为定位基准时，定位元件主要有圆柱定位销、圆锥定位销、定位心轴。