WP12D250蓝擎发动机缸盖铣侧面专用夹具设计和加工工艺设计要点

目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要 (Ⅱ)前言 (2)1 零件工艺分析 (4)1.1气缸盖 (4)1.2本工序待加工处的技术要求 (5)1.3审查气缸盖本次加工的工艺性 (5)1.4气缸盖的生产类型 (5)2 铣床夹具设计 (6)2.1铣床专用夹具的设计要点 (6)2.2定位方案的选取 (6)2.3夹具机构设计 (8)2.4夹具机构的夹具工作过程和锁紧机构要求 (9)3 刀具结构的选择 (13)4 缸盖的加工工艺过程 (14)结束语 (15)参考文献 (16)致谢 (17)前言夹具最早出现在18世纪后期。

随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

1．机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。

现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。

然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20％左右。

特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：（1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；（2）能装夹一组具有相似性特征的工件；（3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；（4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；（5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；（6）提高机床夹具的标准化程度。

2．现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。

（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。

目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148~T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。

机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。

精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。

（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。

常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。

例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。

目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。

（4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。

工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。

具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。

为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。

在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工或检测的装置，都可统称为夹具。

机床夹具是制造业中机床工艺装备的重要组成部分。

机床夹具种类繁多，其结构型式通常受使用的机床类型、被加工工件的外形尺寸、工艺要求及生产性质等多种因素的影响而千变万化。

由于现代加工技术的发展，需要从不同的角度将机床夹具进行分类，以便于管理并在技术上深化。

1 零件工艺分析1.1气缸盖（1）气缸盖的功用及工作条件气缸盖的功用是密封汽缸并形成燃烧室的顶面。

其用螺栓紧固在汽缸体上。

汽缸盖与高温燃气直接接触，还要承受很高的气体压力和缸盖螺栓预紧力，故其所受热应力和机械应力均较严重。

因此，气缸盖应具有足够的刚度、强度和良好的铸造性，并应保证冷却可靠，密封良好。

图1.1气缸盖（2）气缸盖材料气缸盖一般采用优质灰铸铁或合金铸铁制造，也有的采用铝合金铸造。

（3）气缸盖结构气缸盖的结构形状极其复杂，其上面设有进、排气门及火花塞或喷油器等，而缸盖内部还铸有进、排气道、冷却水道、冷却水套、润滑油道等。

气缸盖的整体结构可分为单体式、分块式和整体式三种。

单体式气缸盖的每一个汽缸均有一个气缸盖。

其优点是刚度大，通用性强，加工简便，但在缩短气缸中心距离方面受到一定限制。

目前常应用于风冷式内燃机中。

分块式气缸盖的每两缸或三缸共用一个气缸盖。

其优点是铸造容易，加工精度要求较低，刚度较高，通用性好，但气缸的中心距离较大，使内燃机的质量和长度增加。

目前多应用于缸径较大的柴油机中。

整体式气缸盖的所有气缸共用一个气缸盖。

其优点是结构简单，气缸的中心距离小，可减小内燃机的质量和长度。

但其铸造工艺和加工精度要求较高。

多应用在气缸数不超过六个的内燃机中。

1.2本工序待加工处的技术要求表 1-1气缸盖零件结构复杂，孔加工较多。

本次加工中对气缸盖侧面的加工精度要求较低，且无形位精度要求。

属于非重要面加工 1.3审查气缸盖本次加工的工艺性本次加工的精度要求较低，考虑到经济性可以分为粗精加工两个工序进行。

并且可由采用滑台驱动轴向进给，以挡铁和行程开关保证其尺寸精度。

本次铣削加工的加工面较大，加工时的切削力和振动较大，产生的切削热也较多。

因此粗精加工应有一定时间间隔，以防工件热变形影响加工的精度。

并且应保证夹具能提供足够的压紧力，以免工件在加工过程中发生活动。

造成定位失效。

平面铣削属于间断切削，在铣削时，切削厚度的改变和切削刀齿交替变化，都会使切削力产生急剧的变化,从而导致机床产生振动，其振幅值的大小，取决于机床系统刚性的强弱。

1.4气缸盖的生产类型已知 Q=8000台/年，m=1件/台；结合生产实际备品率和废品率分别取3%和0.5%代如公式得N=50000台/年* m=1件/台*(1+3%)*(1+0.5%)=8281.2件/年可知该零件为重型零件，生产类型为大批生产加工面 尺寸及偏差 公差及精度等级 表面粗糙度 形位公差 侧面 00.115 IT10 Ra3.2μm2 铣床夹具设计本次设计中的机床夹具为直线送进的专用铣床夹具，这类夹具安装在机床工作台上，加工中工作台是按直线进给方式运动的。

在铣削工序中，为了提高夹具的工作效率，对于这类铣削夹具，可采用联动夹紧机构和气动、液动传动装置；亦可采用多工件夹具使加工的机动时间和装卸工件事件重合等项措施。

本次设计中，考虑到生产任务等因素决定采用液压夹紧方式。

2.1铣床专用夹具的结构特点（1）铣削加工的切削用量和切削力一般较大，切削力的大小和方向也是变化的而且又是断续切削，因而，加工时的冲击和振动也较严重。

所以设计这类夹具时，要特别注意工件定位稳定性和夹紧可靠性；夹紧装置要能产生足够的夹紧力，手动夹紧时要有良好的自锁性能；夹具上各组成元件的强度和刚度要高。

为此，要求铣床夹具的结构比较粗壮低矮，以降低夹具重心，增加刚度、强度，夹具体的高度H和宽度B之比取H/B=1—1.25为宜，并应合理布置加强筋和耳槽。

夹具体较宽时，可在同一侧布置两个耳槽，这两个耳槽的距离要与所选择床工作台两T型槽之间的距离相同，耳槽的大小要与T型槽宽度一致。

（2）铣削的切屑较多，夹具上应有足够的排屑空间，应尽量避免切削堆积在定位支承面上，因此，定位支承面应高出周围的平面，而且在夹具体内尽可能做出便于清除切屑和排出冷却液的出口。

（3）粗铣时振动较大，不宜采用偏心夹紧，因振动时偏心夹紧易松开。

（4）在侧面夹紧工件时，压板的着力点应低于工件侧面的定位支承点，并使夹紧力有一垂直分力，将工件压向主要定位支承面，以免工件向上抬起；对于毛坯件，压板与工件接触处应开有尖齿纹，以增大摩擦系数。

2.2定位方案的选取2.2.1.定位基准的选择（1）粗基准的选择原则选择粗基准时，主要考虑的问题是如何使各道工序均有足够的加工余量以及工件安装的稳定性。

选择原则为：①为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准；若工件上有几个不需加工的表面，应选其中与加工表面间的位置精度要求较高者为粗基准。

②合理分配各加工表面的余量考虑两点：第一，为了保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准第二，为了保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面为粗基准。

（2）精基准的选择原则选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠。

选择原则为：①基准重合原则。

即选择设计基准作为定位基准，以避免基准不重合误差。

②基准统一原则即尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各表面间的位置精度。

③自为基准原则当精加工某些重要表面时，常用其加工表面本身为定位基准。

可以提高加工面本身的尺寸和形状精度，但不能提高加工面的位置精度。

尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。

④互为基准对于有位置精度要求较高的表面，采用互为基准反复加工，更有利于精度的保证。

⑤保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。

粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次由零件分析可知，气缸盖的外形轮廓规则，故夹紧定位方便，可采用一面两销方式定位。

为得到足够的压紧力定位销采用固定定位销。

压紧部位设在上下面的边沿和孔腔之间，压紧则依靠液压缸驱动压块压紧。

由于铣床的切削力和震动均较大，因此需要压紧机构提供足够大的压紧力。

考虑采用斜楔夹紧机构锁紧主压紧机构，同时设置辅助压紧机构以防止零件在加工过程中发生轴向窜动。

辅助加紧力的方向在铣刀的轴向方向2.2.2.定位方式定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。

工件的定位原理：自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。

要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。

工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。

在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。

在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。