柴油機排氣管接頭地實用工藝及夾具設計

1、畢業(yè)設計（論文）（2013 屆）設計（論文）題目：柴油機排氣管接頭的工藝及夾具設計目錄摘 要 II一、排氣管接頭的毛坯和工藝分析 11、分析排氣管接頭零件圖 . 3（ 1） 柴油機排氣管接頭零件成形 3（ 2） 柴油機排氣管接頭零件加工成本 4（ 3）柴油機排氣管接頭零件加工生產率 42、排氣管接頭體的材料、毛坯及熱處理. 4（ 1） 毛坯的種類 4（ 2） 毛坯的形狀及尺寸確定 4（ 3） 毛坯的材料熱處理 43、排氣管接頭加工的主要問題和加工工藝過程設計所應采取的相應措施. 5（ 1） 平面和孔的加工順序 5（ 2） 孔系加工方案選擇 54、排氣管接頭加工定位基準的選擇 . 5（ 1） 粗

2、基準的選擇 5（ 2） 精基準的選擇 6二、排氣管接頭的加工工藝過程 61、分析零件圖的尺寸公差和技術要求 . 62、排氣管接頭的加工工序安排 . 7（ 1） 柴油機排氣管接頭加工主要工序安排 7（ 2） 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 7（ 3） 確定切削用量及基本工時（機動時間） 7（ 4） 時間定額計算及生產安排 9三、夾具設計 101、鉆孔夾具設計 . 10（ 1） 定位基準的選擇 10（ 2） 切削力及夾緊力的計算 11（ 3） 誤差分析及計算 12（ 4） 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用 13（ 5） 夾具設計及操作的簡要說明 152、銑端面夾具設計 . 16（ 1） 定位方

3、案的分析和定位基準的選擇 16（ 2） 定位誤差分析 16（ 3） 夾緊裝置及夾具體設計 17（ 4） 銑削力與夾緊力計算 17結束語 19致 20參考文獻 21柴油機排氣管接頭的工藝及夾具設計英凡摘要：制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國家或地區(qū)的經濟實力、科技水平、生活水準和國防實力。而制造業(yè)的生產能力主要取決于制造裝備機床的先進程度。本文對發(fā)動機排氣管接頭的加工工藝進行了詳細的分析， 就其孔的加工提出了 “一次裝夾， 多工位加 工，達到產品圖樣的精度要求”的思路。根據(jù)這一思路設計了鉆孔組合機床設計。該組合機床由立柱、立 柱底座、中間底座、左惻底座、右側底座、液壓

4、滑臺、動力箱、多軸箱等組成。本文對各部分的設計進行 了詳細的計算和論證。本設計是發(fā)動機排氣管接頭零件的加工工藝規(guī)程及一些設計。 發(fā)動機排氣管接頭零件的主要加工表面 是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，本設計遵循先面后 孔的原則。整個加工過程均選用組合機床。夾具選用專用夾具，夾緊方式多選用氣動夾緊，夾緊可靠，機 構可以不必自鎖。因此生產效率較高。適用于大批量、流水線上加工。能夠滿足設計要求。關鍵詞:排氣管接頭 ;加工工藝 ;組合機床。排氣管接頭零件的工藝分析1、分析柴油機排氣管接頭的零件圖圖 1.1首先我們要對柴油機排氣管接頭進行合理的分析以及如何解決柴油

5、機排氣管接頭中的加 工表面之間的加工工藝關系， 并且要認真核對柴油機排氣管接頭零件的視圖是不是相當完備， 是不是標注的尺寸與零件技術要求的有空缺或者是有其它不嚴謹?shù)牡胤剑慵庸さ木珳识?是不是與零件的表面的粗糙度、材料、技術要求等關系符合，最后零件的材料、批量、零件 的結構外形、零件的標注尺寸是不是都符合我們所制造的工藝要求。1） 柴油機排氣管接頭零件的成形柴油機排氣管接頭零件的材料與加工工藝方式的形成性能和每個公司生產 車間的生產條件有關。例如柴油機排氣管接頭所有的材料一般選擇為 HT200, 所以我們都是進行鑄造的方式來生產。 柴油機排氣管接頭加工工藝由零件的材料和結構形 狀以及機床的效

6、率和零件的尺寸大小， 精確度的高與低有關系。 從排氣管接頭的零件圖上 能夠明顯的看出零件既有孔又有端面，所以要注意機床的選擇。零件為排氣管接頭。（ 2） 柴油機排氣管接頭零件的加工成本在對零件的加工工藝的設計的時候， 一定要考慮到生產和加工的能力。 盡量在對柴油機排 氣管接頭零件的加工過程，在達到技術要求的同時，盡量使能源以及人力投入到最小話。（ 3） 柴油機排氣管接頭零件的加工生產率在進行加工工藝的設計過程中，柴油機排氣管接頭零件的設計一定要采用加工工序的集 中制的原則；一定要做到各個加工工序的所用的額定時間是不是和生產節(jié)拍符合，是不是符 合高生產率和我們所學的工藝方法。2、柴油機排氣管接頭

7、的材料以及熱處理（1）毛坯的種類柴油機排氣管接頭是大批大量的生產， 因為對零件部性能要求不是特別細致， 考慮到加工 效率以及經濟性我們一般用 HT200的材料。（2） 零件形狀以及尺寸的確定因為柴油機排氣管接頭是在柴油機的部要求體積不能太大，也不能太小，太小了起不 到接頭作用，太大又不經濟，也多占用空間，所以我們一定要制定合理設計方案。在確定零 件的外形時，為了便于生產和加工，我們還應該思考以下問題：（1）一定要要便于裝夾和加工。（2）一定要考慮加工效率和經濟性。3）如果零件結構確實麻煩那我也要考慮多工序制作（ 3） 毛坯的材料熱處理實際使用證明，因為灰鑄鐵有很多的技術上和經濟上的優(yōu)點， 排氣

8、管接頭材料采用灰鑄鐵， 排氣管接頭的毛坯都用整體鑄鐵件。在我們制造的零件毛坯還沒有拿到加工車間進行加工之前，我們一定不能減少零件部的 作用力。對一些很容易變形的大型零件毛坯，在我們把零件進行粗加工后再進行一次有必要的熱處理。我們的零件毛坯在進行鑄造成形的時候，一定要進行防治非金屬夾雜物、沙眼、縮孔、 氣泡等不足。特別要注意的是那些要求比較高的加工面。還有一些箱體毛坯必須符合我們所 查到的各種性能的要求。3、零件加工的主要問題和工藝過程設計所采取的相應措施（ 1） 平面和孔的加工順序排序根據(jù)我們所學的知識對柴油機排氣管接頭零件的加工工藝進行排序， 首先要遵循先面后 孔的順序。其次柴油機排氣管接頭

9、零件也必須遵循先面后空的基本原則，所以被加工面的面 積相對較大，我們必須考慮用精度較高的面定位，這樣我們就可以確位的可靠性，用我們設 計的夾具夾緊牢固，這樣就很容易確?？椎募庸ぞ?。其它的一定要先將加工面上的不平的 地方切去，我們這樣做目的，是為了進一步提高孔的加工精度，也更便于刀具的調整。（ 2） 孔系的加工方案選擇首先我們對于排氣管接頭零件孔系進行加工方法的進行安排， 我們必須要考慮選擇能夠 符合孔系加工精度要求的加工方案以及精度相對較高的設備。除次之外，我們還要從零件的 加工精度和零件的加工效率以及零件制作的經濟性因素來考慮，在制作零件時符合精度要求 以及生產率的條件下，我們還要選用價格

10、比便宜的機械設備進行加工。四、排氣管接頭加工 定位基準的選擇4、零件加工定位基準的選擇（1）粗基準的選擇粗基準的選擇一定要符合下面的幾個要求：（1）、確保每個重要配合孔的加工剩余的均勻；（2）、保證裝配時的零件與螺栓有一定的間隙。為了符合上面幾點的要求，一定要選擇排氣管接頭的不重要加工平面作為主要基準。就是以柴油機排氣管接頭的底面作為粗基準。也就是以與下底面的接近的非加 工平面作為主要基準面以限制工件的 3 個自由度，再用與另一個底面近的非加工平面上的一 點限制第四個自由度。因為是不太重要的平面作為零件加工的粗基準加工。所以，不重要加 工的平面的剩余量均勻也可以隨之保證了孔與面的相對位置。（

11、2） 精基準的選擇從確保排氣管接頭的孔與孔、孔與面、面與面之間的相對位置 。精基準的選擇一定要確 保排氣管接頭在整個加工過程中都能用一個的基準定位。由于柴油機排氣管接頭是非重要部 件，因此，對零件的加工精度及相對位置精度要求不高，又考慮到生產效率等一系列影響因 素，選擇零件“一次裝夾，多次加工”則可以滿足要求。至于兩底面，雖然它是已粗加工適 合作為基準來加工孔，但因為這樣會使生產率大大降低，所以不予采用。排氣管接頭的加工工藝過程1分析零件圖的尺寸公差和技術要求首先排氣管的底面和上頂面以及側面的粗糙度要求為6.3其要求不高，可以考慮只進行一次粗銑。端面的粗糙度要求1.6，必須進行一次精銑加工。底

12、面及底孔以圖中端面和側面為基準面。排氣管的上頂面和上頂孔以排氣管的底面為基準。側面及側面孔端面為基準。排氣 管的端面以它的底面為基準。對孔粗糙度要求不高。其它的平面要求零件的粗糙度為12.5，對于要求不是太高的平面一般都能滿足。|I6.3圖1.22、排氣管接頭的加工工序安排（1）柴油機排氣管接頭加工主要工序安排對于大批量生產的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準，而柴油機排氣管接頭加工精 度要求不高，且需要考慮生產效率的因素，因此只需遵循先面后孔的原則既可達到所需要的 精度位置度要求。根據(jù)以上分析過程，下面我們就把柴油機排氣管接頭加工工藝路線確定如下工序：工序1:鑄造。工序2:熱處理。工序3:涂

13、漆。工序4:粗銑零件的底面。工序 5：粗銑零件的上頂面。工序 6：粗銑零件的側面。工序 7：粗銑零件的端面。工序 8：粗鏜端面孔。工序 9：粗鏜底面孔。工序 10：鉆端面孔。工序 11：鉆底面孔。工序 12：鉆上頂面的孔。工序 13：鉆側面的孔。工序 14：精銑底面。工序 15：精銑端面。工序16:攻頂面M5的絲。工序17:攻側面M5的絲。工序 18:去除零件的毛刺。工序 19:終檢。工序 20:入庫。 以上工藝過程詳見機械加工工藝過程綜合卡片（附表 1）。（2）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定“柴油機排氣管接頭”零件材料采用灰鑄鐵制造。硬度HB為200 250,生產類型為大批量生產，采

14、用鑄造毛坯。（1）、排氣管接頭端面加工的余量。精銑:參照機械加工工藝手冊表 2.0-55 ,其零件余量值規(guī)定為 0.55mm。鑄造零件的毛坯的基本尺寸為 130+3.5+1.5=135mm依靠我們所學的機械加工工藝手 冊表 2.3-9, 鑄件尺寸公差等級選用 IT7 ,然后查表 2.3-7 可得鑄件尺寸公差為 1.2mm。毛坯的名義尺寸為: 130+3.5+1.5=135mm毛坯最小尺寸為: 135-0.6=134.4mm毛坯最大尺寸為: 135+0.6=135.6mm粗銑后最大尺寸為: 135+1.5=136.5mm粗銑后最小尺寸為：135-0.28=132.2mm 精銑后零件尺寸與零件圖尺

15、寸相同，即 135 (+-0.11 ) mm(2)五個工藝孔8x8mm零件毛坯為孔心，不進行沖孔。兩孔精度無要求，選擇 IT8精度加工即可滿足要求，零 件表面的粗糙度無沒有任何要求。依靠我們所學的機械加工工藝手冊表2.2-41，表2.1-40 那么我們確定了工序尺寸及加工余量為：鉆孔：8x8mm(3) 確定切削用量及基本工時(機動時間)工序1 ：精銑端面機床：臥式銑床X62刀具：硬質合金端銑刀(面銑刀)(2)、精銑銑削深度ap : ap 1.5mm每齒進給量af :根據(jù)機械加工工藝手冊表 2.4-73，取af 0.15mm/Z銑削速度V :參照機械加工工藝手冊表 2.4-81，取V 6m/s機

16、床主軸轉速n : n1000Vd°1000 6 603.14 400288r / min，取 n 300r / min實際銑削速度 V : V3.14 400 300 6.28m/s1000 1000 60進給量 Vf : Vf afZn 0.15 14 300/6010.5mm/s工作臺每分進給量 fm :fm Vf 10.5mm/s 630mm/ min被切削層長度I :由毛坯尺寸可知I 341mm刀具切入長度h :精銑時h D 400mm刀具切出長度l2 :取l2 2mm走刀次數(shù)為1tj2l l134140026301.18 min本工序機動時間 tj tji tj2 0.55

17、 1.181.73min工序2:鉆底面的八個孔機床：組合鉆床刀具：錐柄麻花鉆、(1) 、鉆底面孔8x8mm切削深度ap : ap 3.25mm進給量f :根據(jù)機械加工工藝手冊表 2.4-39，取f 0.24mm/r切削速度V :參照機械加工工藝手冊表 2.4-41 ,取V 16m/min機床主軸轉速n : n1000Vd°1000 163.14 6.5783r / min，取 n640r/mind0n 3.14 6.5 640實際切削速度V : V 00.22m/ s1000 1000 60被切削層長度I : I 6mm刀具切入長度l1：h=510取h =8 mm刀具切出長度丨2:

18、l2=1/3d+ （38）取l2=8mm走刀次數(shù)為1機動時間 tj : tj-6 8_ 0.14minj j fn 0.24 640(4) 時間定額計算及生產安排根據(jù)零件設計的要求，本系列的柴油機排氣管接頭的年產量為 50萬件。我們一年以300 個工作日計算，每天的生產產量應一般不低于 900件。那么設每天的產量為950件。再以每 天9小時工作時間計算，則每個零件的生產時間應不大于 0.46min。依靠我們所學的機械加工工藝手冊表 2.3-2，機械加工零件的方式(生產類型：大批大量)運算時間的計算公式為：td (tj tf)(1 k%) tzz/N(大量生產時 tzz/N 0)因此在大批量生產

19、時單件時間定額計算公式為:td (tj tf)(1k%)tj 基本時間(機動時間)其中：td 單件時間定額tf 輔助時間。用于某工序加工每個工件時都要進行的各種輔助動作所消耗的時間，包括裝卸工件時間和有關工步輔助時間k布置工作地、休息和生理需要時間占操作時間的百分比值工序1：精銑頂面機動時間tj : tj 1.73min輔助時間tf :依靠我們所學的機械加工工藝手冊表 2.3-40，取得加工工步的輔助時 間為0.15min。因為我們加工零件在生產線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為0.1min。則 tf 0.150.10.25mink :依靠我們所學的機械加工工藝手冊表 2.4-45，k

20、 13單間時間定額td :td (tj tf )(1 k%) (1.73 0.25)(1 13%) 2.24min1.14min所以我們應該布置幾臺機床同時完成本工序的加工。當布置兩臺機床時，t 2 24td 1.12min1.14min2 2即能滿足生產要求工序2:鉆底面孔最大的一個機動時間tj: tj 0.14min輔助時間tf :依靠我們所學的機械加工工藝手冊表 2.2-45，取得加工工步輔助的時 間為0.44min。因為在生產線上的裝卸工件非常時間短，所以取裝卸工件時間為0.1min。則tf 0.440.10.54 mink :依靠我們所學的機械加工工藝手冊表 2.5-43，k 12.

21、14單間時間定額td :td (tj tf )(1 k%) (0.14 0.54)(1 12.14%) 0.61 min 0.56min因此我們需要布置幾臺機床才能符合生產要求。三、夾具設計為了增加生產率，確保零件的加工質量，降低零件的勞動強度。在加工柴油機排氣管接 頭時，需要設計專用夾具。依靠零件設計任務要求中的設計容，需要進行設計加工端面的夾具和孔夾具各一套。加 工孔的夾具將用于鉆床加工，刀具為硬質合金車刀。加工端面的夾具將用于銑床，刀具為硬 質合金端銑刀。1、鉆孔夾具設計(1)定位基準的選擇因為孔的加工的位置公差要求較低，位置公差的孔加工，由零件圖可知：加工，在 端面，端面上定位銷和菱形

22、銷定位夾具，夾緊機構。所以根據(jù)零件技術要求，以保證加 工精度要求，合理選擇定位基準。定位基準選取已經加工好的加工面。(2) 切削力及夾緊力的計算鉆孔選用高速鋼鉆頭。由參考文獻可得：切削力公式：Ff 667D1.2f0.7KP式中 D=8mm f 0.22mm/ r查表得：Kp ( -)0.75p 736其中：b 0.6Kp 0.0048即：Ff 955.08(N)夾緊力由文獻得:有：0.7, 20.16零件的安全系數(shù) K 可以按照下列計算方式：KK0K1K2K3K4K5K6式中：K0 K6因素安全系數(shù)可得：K1.2 1.0 1.01.0 1.3 1.0 1.0 1.56所以 WKK F f95

23、5.08 1.561489.92(N )通過計算實際夾緊力不大，夾具構造簡易操作方便，采用的結構是螺旋夾緊機構。取 K 1.56， 1 0.7 ， 2 0.16根據(jù)切削力，夾緊力的影響因素，在夾緊不利狀態(tài)過程，該夾緊力的計算應該根據(jù)機械 平衡原理來設計。最后，為了確?？煽繆A緊，用零件的數(shù)值乘以它的安全系數(shù)就得它的實際 所需夾緊力。即：WKK F安全系數(shù) K 可按下式計算有：K K0K1K2K3K4K5K 61.56式中：Ko K6因素安全系數(shù)，查文獻可得：Kc 1.2 1.0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.0KP1.21.21.05 1.2 1.3 1.0 1.02.36Kf1.21.2

24、1.01.2 1.3 1.01.02.25所以有：WKKCFC1193.08( N)WKKPFP766.37( N)WKKfFf1359.90( N)螺旋夾緊夾緊力按公式有：W1ztg(2)6.22 rz 2.761 9029 50229'螺旋夾緊力： Wo 4748.2( N )該夾具采用螺旋夾緊機構L 1原動力計算公式 Wo Wkl 0即：WK W°L 0l 4748.2 33 0.98 仃 9032.75( N)由上述計算易得：WkWk手動螺旋夾緊通過計算實際所需夾緊力不大，結構很容易，操作很簡易，選取的結構機構。(3) 誤差分析與計算由參考文獻可得:1個側面定位銷和1

25、個端面定位銷的定位誤差D?WD1d?2minD1d11min D2J.Warctg -y2L其中：D1 0.052mm， d2 0mmd1 0.011mm， d2 0.023mm1min 0mm， 2min 0.034mmD?W 0.063mmj.w 0.0032mm 夾緊誤差：j?j (ymaxymin)COS其中接觸變形位移值:kuRN z ny嘰驗g（琵1）0.412, n 0.7。查 表 1 2 15 有 KRaz 0.004,Khb 0.0016,Gj?j y cos 0.0028mm磨損加工誤差：j?M不超過0.005mm 夾具相對刀具位置誤差：d?a取0.01mm誤差總和：j w

26、 0.096mm 0.5mm從以上、所設計的夾具滿足零件加工精度要求。(4) 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用為了減少輔助時間采用可換鉆套，以來滿足達到孔的加工的要求圖3.1可換鉆套dHDD1D2hhimCr公稱尺寸允差82015+0.028+0.013181820390.5180.5鉆套結構如下表4表3.4鉆套襯套選用固定襯套:圖3.2固定襯套其結構參數(shù)如下表3.5 :表3.5固定襯套DDHCG公稱尺寸允差公稱尺寸允差+0.034+0.0231212180.52+0.016+0.012(5) 夾具設計及操作的簡要說明本夾具用在鉆床上加工8- © 8mm孔。如前所述，夾具的設計，要符合夾

27、具結構很簡單，很谷 易操作，成本低。為了提高夾具的價格。加工過程余量小切削力小，手動夾緊可以達到工藝 要求，而不會出問題的。2、銑端面夾具設計(1) 定位方案的分析和定位基準的選擇在進行排氣管接頭端面銑加工工序時，底面為基準面。排氣管的底面和底面工藝孔組合 成基準定位，工藝孔為第一定位基準限制工件的三個自由度，底面接觸，限制六個自由度， 零件以底面工藝孔及底面為定位基準，在銑夾具上實現(xiàn)完全定位。夾緊時，由螺母夾緊底面, 再用壓板固定于銑床工作臺面。為防止加工誤差在零件后面加一個輔助支撐。圖2.1(2) 定位誤差分析這次工序選用的工件以零件的圓孔在定位銷上定位，定位銷垂直放置在夾具體上，由于定位

28、銷的定位副間存在徑向間隙，所以必定將引起徑向基準位移的誤差。在排氣管接頭零件的重力作用下定位副只能存在單邊間隙，就是工件始終以孔壁與心軸上母線接觸，故此時的徑向基準位移誤差僅存在Z軸方向，且向下，見下圖Yz式中Td2Td0.0120.023 0.0320.067定位副間的最小配合間隙（mr）TD 工件的圓孔直徑公差（mr）Td定位銷的外圓直徑公差（mmA<TdDn(XXTd2圖3.2定位銷水平放置時定位分析圖（3）夾緊裝置及夾具體設計銑床夾具在工作過程中要受到各種切削力的作用，它們力的大小與方向對于工件的定位 基準又是變化的，所以夾緊裝置要求夾緊裝置要有足夠的夾緊力和良好的自鎖性，以保證

29、夾 緊安全可靠。本夾具是以連動壓板組成的。（4）銑削力與夾緊力計算根據(jù)機械加工工藝手冊可查得：銑削力計算公式為圓周分力 Fz 9.81 96.7ap.0a；75a°.88Zd00.87kFz式（3-1）查表可得：d0 50mm Z 6ae 92mmaf 0.08mm/ zap 1.5mmk，z 1.06代入公式（3-1 ）得0.750.87Fz 9.81 96.7 1.5 0.0892 6 501.06=3929.51N0.4根據(jù)表格可以得到銑削方向的比值為：Fl/Fe 0.8Fv/Fe 0.75Fx/FeFl 0.8Fe 0.8 3929.513144NFv 0.75Fe 0.75

30、 3929.512947.5NFx 0.53Fe 0.53 3333.341766.7N銑削加工產生的水平分力應由夾緊力產生的摩擦力平衡即:FlF（0.3查表可得）Fl31440.310480N計算出的理論夾緊力F再乘以安全系數(shù)k既為實際所需夾緊力F'即： F' kF 取 k=2F' 2 10480 20960N夾具體的設計主要考慮零件的外形及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體。這些主要元件設計好后即可畫出夾具的設計裝配草圖銑夾具裝配圖結束語通過對柴油機排氣管接頭的機械加工工藝及對孔和外端面加工夾具的設計，使我學到了 許多有關機械加工的知識，主要歸納為以下兩個方面：第一方面：排氣管接頭的結構不是很復雜，而剛性較差。且其技術要求不高，所以適當 的選擇機械加工中的定位基準，是能否保證排氣管接頭技術要求的重要問題之一。 在排氣管接 頭的實際加工過程中，選用加工的端面為主要加工基準。對于加