發(fā)動機缸體夾具設計

SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ畢業(yè)論文WD615發(fā)動機缸體前后端面及右側面加工夾具設計學院：專業(yè)：姓名：學號：指導教師：2013年6月中文摘要目錄TOC\o"1-3"\h\u26541摘要 I4342Abstract II22410目錄 16448第一章引言 3158821.1汽車發(fā)動機缸體生產歷史 3215791.2汽車發(fā)動機缸體生產的現(xiàn)狀 4318821.3我國發(fā)動機現(xiàn)狀及趨勢 457521.4WD615發(fā)動機型號參數(shù) 5219121.5此次缸體加工設計的主要內容 625257第二章技術要求及加工要求 7185812.1加工工序安排 7271732.2技術要求 723404第三章加工中心的選取 9219873.1加工中心的基本概念和工作原理 9192083.2加工中心的分類 940133.3加工缸體時需要考慮的問題 1083013.4加工中心的選擇 1112628第四章刀具的選擇 13224284.1刀具材料要求及各種類刀具特點 13129214.2加工中心刀具的選用 14283414.3設備加工生產工藝可行性分析 1529115第五章定位基準的選擇 1899605.1基準概念 18236325.2基準的分類 18200265.3基準分析 18202985.4定位基準的選擇 1924616第六章夾具的選擇 22266446.1夾具概述 22319176.2夾緊裝置要求與選擇 23261056.3夾緊裝置方案 23287326.4切削力及夾緊力的計算 253244第七章結論 287330第八章參考文獻 2914368第九章謝辭 30

第一章引言1.1汽車發(fā)動機缸體生產歷史隨世界汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車發(fā)動機缸體的生產也經歷了從傳統(tǒng)機械制造自動化到現(xiàn)代機械制造自動化的發(fā)展歷程，具體可以分為以下幾個階段：（1）從單件、小批量到流水線生產階段。1904年，在部分發(fā)達國家，生產流水線開始在汽車發(fā)動機缸體生產中應用，由斷續(xù)生產中發(fā)展到連續(xù)方式組織生產，取得了良好的經濟效益。（2）剛性自動線生產階段。從20世紀初開始，國外汽車發(fā)動機缸體生產由機械化、半自動化發(fā)展至單機自動化，從流水線發(fā)展到自動線，基本上解決了大批量生產的自動化問題。1924年，英國Morris汽車公司對單機自動化和流水線的改進，建成世界上第一條剛性機械加工自動生產線。1935年，原蘇聯(lián)研制出第一條比較完整的汽車發(fā)動機加工自動線。二戰(zhàn)后，美國福特汽車公司大批量采用自動化生產線，讓汽車生產的生產率成倍提升，而制造的成本大大降低。我國第一條加工汽車發(fā)動機汽缸體端面孔的機床自動線在1956年投入使用。剛性自動生產線具有以下特點：一方面生產過程的連續(xù)性、比例性、節(jié)奏性都很好，具有可以提高加工設備專業(yè)化水平、提高勞動生產率、增加產量、降低產品成本、提高生產的自動化水平的優(yōu)點；不過由于設備高度專用化，缺乏對產品變化的適應力，容易因為某處發(fā)生設備故障而導致全線停車，帶來較大損失。其次生產率的提高幅度也不可能很大而且改造困難較大。（3）數(shù)控機床(單工序)、加工中心(多工序)生產階段。進入20世紀50年代，隨著國外汽車工業(yè)的發(fā)展、生產系統(tǒng)的復雜性和自動化程度都有所增加，現(xiàn)代控制理論開始出現(xiàn)和發(fā)展?，F(xiàn)代控制理論的應用以及計算機技術的發(fā)展都為汽車工業(yè)和發(fā)動機生產的多品種、中小批量生產提供了新的途徑，汽車工業(yè)自動化水平迅速得到提高。（4）柔性制造系統(tǒng)以及柔性生產線階段。20世紀70年代前后，汽車發(fā)動機缸體的生產進入了一個新的發(fā)展階段。CAD／CAM集成系統(tǒng)、微型機CNC系統(tǒng)、柔性生產系統(tǒng)、多級計算機控制系統(tǒng)以及計算機網絡結構系統(tǒng)等的應用，都使生產規(guī)模和綜合自動化水平有了比較大的提升。多品種中小批量生產多采用這種方式，但具有一次性投資大、成本較高等缺點。1.2汽車發(fā)動機缸體生產的現(xiàn)狀由于缸體的加工質量直接影響發(fā)動機的質量，并進而影響到汽車的質量，因而發(fā)動機缸體的加工一直都受到國內生產廠家的高度重視。1、發(fā)動機缸體生產的常見形式。從國內外的資料來看，汽車發(fā)動機缸體目前的生產大致有以下形式：(1)在傳統(tǒng)組合機床自動線基礎上的柔性化改造。這種技術改造，以提高傳統(tǒng)的組合機床自動化程度為目的，已取得了相當?shù)倪M展，當傳統(tǒng)的組合機床移植了計算機數(shù)控技術之后，其柔性化程度就會得到很大提高；(2)主體為加工中心的準柔性生產線。這里提出的是以加工中心為主體，以普通機床以及組合機為輔的準柔性生產線方案；(3)對多品種、大批量生產比較適用的柔性傳輸生產線和柔性制造系統(tǒng)。2、發(fā)動機缸體加工技術的發(fā)展。發(fā)動機缸體的加工技術大致經歷了由剛性自動化到數(shù)控加工中心加工再到柔性制造生產線、柔性制造系統(tǒng)和敏捷柔性生產線制造。20世紀90年代初，隨著技術的進步，臥式加工中心等先進機床開始出現(xiàn)，敏捷柔性自動線開始產生。這種自動線大大增強了汽車發(fā)動機廠推行的“中品種、大批量、低成本”的新生產方式，大大提高了適應市場的能力，因而得到廣泛的應用。敏捷柔性自動線適應市場能力強、投資適度，因而被工業(yè)發(fā)達國家廣泛應用。如德國HUELLER_HILLE機床公司，它提供的加工V6、V8以及V10型發(fā)動機鑄鐵缸體的敏捷柔性自動線，生產節(jié)拍僅為90秒。缸體敏捷柔性自動線柔性好、投資效益好和設備利用率高，得到了廣泛應用。1.3我國發(fā)動機現(xiàn)狀及趨勢近年來，隨著我國經濟的高速發(fā)展，汽車的需求量持續(xù)增長，與汽車相關的制造業(yè)也取得了很大的發(fā)展。作為汽車的心臟，發(fā)動機的制造工藝水平普遍高于其它汽車零件，因此發(fā)動機的加工制造也成了汽車行業(yè)里最基本也最重要的環(huán)節(jié)。目前我國的發(fā)動機加工水平還比較底，在技術水平、生產工藝和制造設備等方面與國外同行相比還存在較大差距。而且我國的很多缸體生產線都是從國外引進的，沒有完全的自主產權，另外先進國家還會對一些非常關鍵的技術進行技術保密，中國僅僅進行了比較低端外圍的加工，對于缸體加工的核心技術的掌握和應用還遠遠不夠。目前，歐美及日本等國不僅掌握了發(fā)動機制造的專用技術，而且都非常重視發(fā)動機尤其是發(fā)動機缸體工藝流程的開發(fā)，他們擁有自己的系統(tǒng)開發(fā)能力，機床可靠性指標極其先進，國家整體工業(yè)化水平較高，發(fā)動機的生產制造大都采用高速中心組成的敏捷生產系統(tǒng)，無論是原材料還是加工都能保持較高的質量，制造成本低，新產品投放周期短。未來，發(fā)動機的加工將向著高速化、柔性化和高效率的方向發(fā)展，使用能實現(xiàn)高速運轉的機床主軸，采用帶強力夾頭的高精度、高剛性HSK刀柄、采用涂層硬質合金、金屬陶瓷、陶瓷、CBN、PCD等先進刀具，提高效率，縮短交貨時間，降低生產成本，提高市場競爭力。1.4WD615發(fā)動機型號參數(shù)WD615里面，W代表水冷，D代表柴油發(fā)動機，6指6缸，15指單缸排量1.5L。WD615發(fā)動機直列6缸，缸徑126mm，行程130mm，單缸排量1.5L，發(fā)動機排量9.726L。有自然吸氣、增壓、增壓中冷機型，基本型轉速2200r/min，功率范圍176kW—280kW，最低燃油消耗率達194g/kW.h。具有體積小、重量輕、功率大、油耗低、排放指標先進、噪聲低、通用性強等優(yōu)點。是重型汽車、各類工程機械、客車、發(fā)電設備、船舶等理想動力。第二章技術要求及加工要求1.5此次缸體加工設計的主要內容發(fā)動機缸體工藝設計工作比較復雜，涉及的方面比較廣，對即將踏入社會工作的我來說是一個很好的鍛煉機會。我此次設計的主要內容是：以曲軸孔、止推面及左側面一點為定位基準，精銑前后面、右側面及油泵安裝面，鉆鉸燃油泵定位銷孔。我做的主要工作是：選擇合適的定位面，設計合理的夾具，選取合適的加工設備和刀具，保證定位準確、工序內容布置合理、節(jié)拍平衡、工時優(yōu)化、各加工要素符合產品圖要求。

第二章技術要求及加工要求2.1加工工序安排各詳細公布內容如下表（參考圖紙）：工步號工步內容：所用刀具編號1精銑后面904.006-0072精銑前面904.006-0073精銑右側面下部904.004-0144(2)鉆燃油泵銷孔(#311和312)、并倒角904.006-0165(2)鉸燃油泵銷孔(#311和312)904.006-0106(4)鉆燃油泵安裝孔(#306到309)904.004-0187(4)燃油泵安裝孔(#306到309)攻絲904.002-0138(1)鉆孔(#522)904.006-0219(1)锪孔(#522)沉孔、并倒角904.004-01010(2)精鏜碗形塞孔(#500和501)、并倒角904.001-01211(1)鏜進水孔(#502)、并銑凹槽(A-A剖視)904.004-0082.2技術要求1、底面要求：公差為IT=9，粗糙度Ra=6.3；2、曲軸孔要求：IT=6，表面粗糙度Ra=6.3；3、頂面要求：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、曲軸連接面要求IT=7，Ra=0.8.6、所有螺紋孔要求IT=7，Ra=0.8.其他技術要求詳見圖紙。

第三章加工中心的選取3.1加工中心的基本概念和工作原理數(shù)控加工中心是由機械設備和數(shù)控系統(tǒng)組成的、適用于加工復雜零件的、高效率的自動化機床。它是目前世界上產量最高、應用最廣泛的數(shù)控機床之一。數(shù)控加工中心綜合加工能力強，一次裝夾能完成較多的加工內容，加工精度較高，加工中等加工難度的批量工件效率是普通設備的5～10倍，而且它能完成很多普通設備不能完成的加工，尤其對形狀較復雜，精度要求高的單件加工或者中小批量多品種產品的生產更為適用。數(shù)控加工中心把銑削、鉆削、鏜削、切削螺紋和攻螺紋等功能集中在一臺設備上，從而使其具有多種工藝手段。加工中心中設有刀庫，存放著不同數(shù)量的各種刀具或檢具，加工過程中可由程序自動選用和更換。對于必需采用工裝和專機設備保證產品質量和效率的工件，如果采用加工中心加工，就可以省去工裝和專機，這就為新產品的研制和改型換代節(jié)省了時間和費用，從而使企業(yè)具有更大的競爭力。3.2加工中心的分類1、按加工工序分，分為車銑和鏜銑兩大類。2、按控制軸數(shù)分，分為三軸、四軸、五軸加工中心。3、按主軸與工作臺相對位置分，可分為立式、臥式、龍門式加工中心。（1）立式加工中心。立式加工中心指主軸為垂直狀態(tài)的加工中心，它的結構多為固定立柱，工作臺多為長方形，沒有分度回轉功能，比較適合加工盤、套、板類零件。一般它具有三個直線運動坐標軸，還可在工作臺上安裝一個可沿水平軸旋轉的回轉臺，用于加工螺旋線類零件。立式加工中心方便裝卡，便于操作，容易觀察加工情況，調試程序簡單，應用廣泛。但由于受到立柱高度及換刀裝置的限制，太高的零件不能加工，在加工型腔或下凹的型面時，也容易引起切削不易排出，嚴重時還會損壞刀具，造成已加工表面的破壞，影響加工順利進行。（2）臥式加工中心。臥式加工中心是指主軸為水平狀態(tài)的加工中心。常臥式加工中心通常都帶有自動分度的回轉工作臺，一般具有3-5個運動坐標。工件在一次裝夾后，可以完成除安裝面和頂面以外其余四個表面的加工，比較適合加工箱體類零件。相比于立式加工中心，臥式加工中心排屑容易，不過結構復雜，價格較高。（3）龍門式加工中心。龍門式加工中心主軸多設置為垂直狀態(tài)，不僅帶有自動換刀裝置，還帶有可更換的主軸頭附件，而且數(shù)控裝置的功能也比較齊全，可一機多用，比較適用于加工大型工件以及形狀復雜的工件。3.3加工缸體時需要考慮的問題（1）粗加工時，金屬切除量大，工件溫升很快，工件是在熱狀態(tài)下進行精加工，因此在工件冷卻后后造成精度下降。（2）有毛坯加工成成品的過程中，工件不能時效，內應力難以消除。（3）多工序集中加工要使用各種各樣刀具，在臥式加工中心上要對工件四周進行加工，在機床上工件安裝區(qū)域周圍大部分空間都被切削刀具運動軌跡所占去，而固定工件所需的夾具和壓緊塊安裝空間小。工件的夾具必須能適應零件粗加工時切削力大、高剛度、夾緊力打大的要求，又需適應精加工時定位精度要求高、工件夾緊變形盡可能小的要求。（4）加工中心的機床精度是按高精度加工要求制定的，若要穩(wěn)定加工出Ｈ7級孔，機床定位精度須達到±0.01mm／全長，主軸振擺、軸向跳動須達到0.005～0.01mm以內，另一方面，又須使用加工中心銑鑄件黑皮、鉆銷孔距要求±0.5mm的連接孔等。（5）多工序集中加工，要及時處理切屑。在加工過程中，切屑不斷屑、切屑堆積、切屑纏繞等會影響加工順利進行。（6）工件每個工序的加工內容、工藝參數(shù)、切削用量均可以編到程序中去，以軟件的形式呈現(xiàn)。而且軟件適應性好，可及時修改，這樣給新產品的試制、實行新工藝流程和試驗都提供了方便。3.4加工中心的選擇各種加工中心都有一定的規(guī)格、功能范圍以及最佳適用范圍。臥式加工中心適于加工箱體類、閥體、泵體和殼體等。立式加工中心適于加工板類零件，如箱蓋、殼體、蓋板、平面凸輪等。規(guī)格（工作臺寬度）相近的臥式加工中心比立式的價格要高50％～100％，臥式比立式的加工工時也多50％～100％，因此，完成同樣工藝內容，采用立式更加經濟。但臥式加工中心的工藝性更加廣泛。定位精度指該軸行程內任意一點的定位誤差，該誤差反映了伺服執(zhí)行機構的運動精度。衡量該數(shù)控軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標是定位精度。定位精度基本上就反映了加工精度。兩孔的孔距精度一般是單軸定位精度的1.5～2倍。這是在將幾何精度誤差以及工藝上的誤差因素都計入影響的結果，這些誤差在部分情況下會抵消一些定位誤差，從而提高零件加工精度。因此，加工中心應選擇精密性加工中心，定位精度要求≦0.01mm。加工中心進行多工序集中加工的基本條件之一就是自動換刀裝置。它的任務是在工序變換前做好刀具準備，因此它的工作質量直接影著整機質量。自動換刀裝置的投資一般占整機的30%～50%。而且在加工中心使用中，一般50%的故障都出自自動換刀裝置。因此，應盡量選擇結構簡單的可靠性好的自動換刀裝置。綜上條件要求，此次加工采用HPC-800作為加工中心。HPC-800HPXT臥式加工中心采用“T型”布局的整體床身，對稱的箱中箱結構，其X、Y、Z軸均采用雙絲杠驅動，提高了機床的抗振性、運動平穩(wěn)性和精度，X、Z軸的快速行程速度和切削進給速度可達80m／min，主軸轉速8000rpm，主軸功率25KW，加速度為1.5g，換刀時間0.8s(T-T)，X、Y、Z軸采用光柵尺全閉環(huán)控制，定位精度0.008mm，重復定位精度0.004mm。另外，HPC-800HP附加工作臺旋轉軸和刀具自動交換軸。刀庫可以裝備40，80，120把刀。最大裝備刀具直徑300mm，長度690mm，30kg重。各部分和CNC連接使得機床可以進行自動加工。該加工中心的各項參數(shù)均滿足發(fā)動機缸體的加工需求，高的主軸轉速、進給速度、換刀速度加上高質量的刀具都大大提高了缸體加工效率。且采用此加工中心使得缸體加工線的柔性大大增加，適應性也大大提高。

第四章刀具的選擇4.1刀具材料要求及各種類刀具特點刀具材料對刀具壽命、加工質量、加工效率和加工成本等的影響很大。在刀具切削時還要承受高壓、摩擦、高溫、振動和沖擊等作用。因此，刀具材料應具備以下功能：（1）硬度和耐磨性。刀具材料硬度必須高于工件材料硬度，通常要求在60HRC以上。硬度越高，耐磨性就越好。（2）強度和韌性。刀具材料應有較高的強度和韌性，以承受切削力、振動和沖擊，避免刀具脆性斷裂和崩刃。（3）耐熱性。刀具材料的耐熱性要好，便于承受高的切削溫度，同時應具備良好的抗氧化能力。（4）工藝性能和經濟性。刀具材料要有好的鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、磨削加工性能等，并且要有高的性能價格比。目前，國內外用于數(shù)控加工的刀具材料的主要有立方氮化硼刀具、金剛石刀具、陶瓷刀具、硬質合金刀具、涂層刀具和高速鋼刀具等。金剛石刀具：1.極高的硬度和耐磨性。2.具有很低的摩擦系數(shù)。3.各向異性。4.切削刃非常鋒利。5.具有較低的熱膨脹系數(shù)。6.具有很高的導熱性能。立方氮化硼刀具：1.高的硬度和耐磨性。2.優(yōu)良的化學穩(wěn)定性。3.具有很高的熱穩(wěn)定性。4.具有較低的摩擦系數(shù)。5.具有較好的熱導性。陶瓷刀具：1.硬度高，耐磨性能好。2.化學穩(wěn)定性好。3.摩擦系數(shù)低。4.耐高溫、耐熱性好。5.原料豐富。涂層刀具：1.力學和切削性能好。2.通用性強。3.刀具壽命與涂層厚度有關。4.刀片重磨性差，刀具成本較高。5.涂層材料決定涂層性能。硬質合金刀具：1.高硬度。2.導熱系數(shù)隨TiC含量的增加而下降。3.抗彎強度高，韌性強。4.抗冷焊性強。5.熱膨脹系數(shù)比高速鋼小得多。4.2加工中心刀具的選用（1）銑削類刀具加工中心多用于復雜曲面的銑削，因此銑刀的選擇也是非常重要的。銑刀種類繁多，功能也各不相同。平面銑刀（盤銑刀）適合加工大面積的平面類零件；面銑刀（圓柱銑刀、立銑刀）既適合加工平面，也可以加工側面，因此它既能端刃銑削還可用于側刃銑削。球頭銑刀和成型刀具一般適合于曲面類零件的加工。其他特殊銑刀如專用成型銑刀多適用于特殊形狀的孔和臺。鼓型銑刀，多用于對變斜角類零件中變斜角面的近似加工?？紤]到缸體平面面積較大，因此選擇平面銑刀。（2）孔加工類刀具加工中心上進行鉆孔、擴孔和鏜孔的刀具分別被稱為淺孔鉆、擴孔鉆（粗鏜刀）和精鏜刀。淺孔鉆多用于實體工件上打孔，加工的長徑比一般在4：1以內。這種鉆頭剛性好，能夠保證鉆孔的精度，而且有易于排屑的容屑槽，加工效率也很高。擴孔鉆（粗鏜刀）多用于加工鑄造孔和預加工孔，又由于刀體上的容屑空間能夠通暢的排屑，所以可以擴不通孔，部分擴孔刀的直徑可以進行調整，因此可滿足一定范圍內不同孔徑的要求。精鏜刀多用于孔的精加工，加工中心用的精鏜刀多采用模塊式結構，通過高精度調整裝置調節(jié)鏜刀的徑向尺寸，因此可加工出高精度的孔。而且精鏜刀還采用平衡塊調整其動平衡，從而減少振動保證孔的表面粗糙度和尺寸精度。（3）刀柄的選用刀柄的選擇直接影響機床的開動率以及成套設備投資的大小。只有數(shù)百套刀柄的加工中心一般很難滿足投入生產使用的要求，因此設計時必須注意刀柄的選用。在選用模塊式刀柄和復合刀柄時，需要綜合各種因素。模塊式刀柄經濟，方便，簡單而且具有較大的靈活性。例如鏜碗形塞孔是，配一把普通鏜刀桿需要400元左右，而一個鏜刀頭按現(xiàn)有的價格已達到1000元左右，加工中心刀庫容量是40把，需要配置一百套普通刀柄才能滿足使用要求。若采用模塊式刀柄，就只需要配40個柄部、60個左右接桿，70到80個頭部便可滿足要求，因此，選用模塊式刀柄是非常經濟方便的。對批量較大又反復生產的典型工件，應考慮采用復合刀具。雖然復合刀具價格高（訂購一把三到五個刀頭的復合刀柄要2000元左右），但采用復合刀具后使多道工序用一把刀完成，大大節(jié)省了機加工工時，若每個工件的加工時間節(jié)省5-10min，工件批量為日120件，則可節(jié)省機加工時間為10-20個小時。這樣也會具有較大的經濟效益。對于缸體屬于批量且又是反復生產的典型工件，我們選擇復合刀具。另外一些特殊道具，例如增速頭刀柄可以安裝一些小孔加工刀具，轉速可提高3—7倍。多軸動頭刀具可同時加工若干小孔。（4）材料的選擇加工的缸體材料為灰鐵250，硬度大約在HBS180～240之間，換算成HRA大約為69.6～76.9之間。根據(jù)3.1所介紹的各類刀具特點，在這里選用硬質合金刀具。根據(jù)缸體硬度，選擇（氮化）鎢基硬質合金，刀頭選擇鎢鈷類（YG）。硬度為HRA89～91.5，抗彎強度為1100～1500MPa。綜上并考慮到圖紙尺寸精度等對刀具的要求，按照工步的不同我選取刀具如下表：序號編號規(guī)格名稱1904.006-007φ160×22N端面銑刀2904.004-014φ80×10N端面銑刀3904.006-016φ11-12L復合鉆頭4904.006-010φ12H7-10L直柄鉸刀5904.004-018φ10.2-24L復合鉆頭6904.002-013M12×1.75-15L機用絲錐7904.006-021φ6.0-15L直柄鉆頭8904.004-010φ16-1.92L復合鉸刀9904.001-012φ45H8-15L復合鏜刀10904.004-008φ50-16.3L復合鏜刀4.3設備加工生產工藝可行性分析依照工步流程安排生產線，首先要按照每個工步的難易程度，計算出各工步所需的工作位數(shù)目，務必使各工步每小時的總工作量大致相同，才能得到一條平衡的生產線，一般以機器作計算單元的，流水線的負荷率不應低于75%；以操作工人作計算單位的，其流水線的負荷率應在85%－90%以上。本次設計以加工中心作為計算單位，因此負荷率應不低于75%。根據(jù)所作要求生產節(jié)拍為10～15min，這里直接取生產節(jié)拍為12min。一年工作日定位300天、三班制、一天有效工作時間為24小時。則日生產能力:Q=H／Pt=24×60／12=120件.各工步名稱及所設計日生產能力如下：工步號工步內容日生產能力計算時間計算工位數(shù)實際工位數(shù)1精銑后面12511.520.9612精銑前面12511.520.9613精銑右側面下部12511.520.9614鉆燃油泵銷孔并倒角12811.250.9415鉸燃油泵銷孔12811.250.9416鉆燃油泵安裝孔12012.001.0017燃油泵安裝孔攻絲13011.080.9218鉆孔12012.001.0019锪孔沉孔、并倒角12511.520.96110精鏜碗形塞孔、并倒角12811.250.94111鏜進水孔、并銑凹槽12511.520.961①生產線生產節(jié)拍為Pt=12min②每個工步所需的標準作業(yè)時間為工步一：t1=24×60／125=11.52min，同理可得其他工步所需作業(yè)時間，見表格一.總時間T=126.43min③每個工步理論上所需工位數(shù)為工步一：N=11.52／12=0.96，同理可得其他工步理論所需工位，見表格一④理論上該生產線所需的最小工位數(shù)：N=10.54≈11⑤由于所取數(shù)值經過計算后標準作業(yè)時間與節(jié)拍差距不大，因為認為本次所設計的該流水線是平衡的。該生產線平衡后的平均負荷率為：η=T／（N×Pt）×100%=126.43／（11×12）×100%=95.8%>75%。因此選用此加工中心加工生產是可行的。

第五章定位基準的選擇5.1基準概念基準就是用來確定生產對象上幾何關系所依據(jù)的點，線或面?；鶞蔬x擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。正確與合理的選擇基準，可以保證加工質量，提高生產效率，否則，則會造成很多問題，造成產品的返修甚至造成零件大批報廢，造成生產無法正常進行。5.2基準的分類按作用不同，基準可分為設計基準和工藝基準。設計基準是指零件設計圖上用來確定其他點，線，面位置關系所采用的基準。工藝基準是指在加工或裝配過程中所使用的基準。工藝基準有根據(jù)使用場合的不同分為工序基準、定位基準、測量基準以及裝配基準四種。(1)工序基準在工序圖上，用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸，形狀，位置的基準，及工序圖上的基準。(2)定位基準加工時用作定位點基準，是工件上與夾具定位元件直接接觸的點，線，面。(3)測量基準測量零件已加工表面的尺寸和位置時采用的基準。(4)裝配基準裝配時用來確定零部件在產品中的相對位置時所采用的基準。5.3基準分析分析基準時，須注意以下幾點：（1)制訂工藝的依據(jù)是基準，因此基準必須是客觀存在的。當作為基準如平面、圓柱面等的輪廓要素，容易直接接觸也比較直觀。而有些作為基準的是如圓心、球心、對稱軸線等的中心要素時，就無法觸及，但它們卻也是客觀存在的。(2)若作為基準的要素無法觸及時，通?？捎梢恍┚唧w的表面來體現(xiàn)，這些表面被稱為基面。如軸的定位，可以外圓柱面為定位基面，此時定位基準的選擇可轉化為恰當?shù)剡x擇定位基面的問題。(3)基準可以是沒有面積的點、線以及面積極小的面。但是工件上，這種基準的基面總是有一定接觸面。(4)表示尺寸關系的基準問題如上所述，表示位置精度的基準關系也是如此。5.4定位基準的選擇選擇定位基準時應符合兩點要求：一是各加工表面應有足夠的加工余量，而且非加工表面的尺寸、位置符合設計要求。二是定位基準應有足夠大的接觸面積和分布面積，從而保證能承受較大的切削力，保證定位穩(wěn)定可靠?；鶞蔬x擇的一般原則是：(1)粗基準的選擇(a)為保證重要加工表面加工余量的均勻，應選擇重要的加工表面作為粗基準。(b)為保證非加工表面與加工表面之間的相對位置精度要求，應該選擇非加工表面作為粗基準；若零件上同時具有多個加工面，應選擇與加工面位置精度要求最高的非加工表面作為粗基準。(c)有多個表面需要一次加工時，應該選擇精度要求最高，或者加工余量最小的表面作粗基準。(d)在同一尺寸方向上，粗基準通常只允許使用一次。(e)選作粗基準的表面應平整光潔，有一定面積，同時還應保證定位穩(wěn)定、夾緊可靠。對于一般的缸體類零件，選擇缸體孔作為粗基準是完全合理的。按照有關粗基準的選擇原則（即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作為粗基準；若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對應位置精度較高的不加工表面作為粗基準），以缸體孔為粗基準可以保證重要加工表面加工余量均勻。(2)精基準的選擇主要考慮基準重合的問題，若設計基準與工序基準不重合時，則應該進行尺寸換算。此次設計中，以1#和6#曲軸孔、2#曲軸孔止推面以及左側面一點作為定位基準，這樣就限制了缸體的六個自由度，再利用底面、左側面以及左側面上兩個孔的輔助支撐，利用液壓夾緊裝置進行夾緊，就保證了缸體的精確定位。定位基準如下圖（紅框中的三角形定位符號）：

第六章夾具的選擇6.1夾具概述1、夾具主要功能機床夾具的主要功能就是裝夾工件，使工件在夾具中占據(jù)正確的位置并夾緊。（1）定位確定工件在夾具中占據(jù)有正確位置的過程。定位一般是通過工件定位基準面和夾具定位元件的定位面接觸或配合實現(xiàn)，正確的定位可以保證工件加工面的尺寸和位置精度要求。（2）夾緊工件定位后將其固定，使工件在加工過程中保持定位位置不變的操作。若不將工件固定，工件受到各種力的作用，在加工時就會出現(xiàn)會松動、脫落的現(xiàn)象。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。2、夾具的的分類機床夾具的種類很多。主要有通用夾具、可調夾具、專用夾具、自動化生產用夾具和組合夾具五大類。（1）通用夾具通用夾具指已經標準化、不需調整或稍加調整就可以用于裝夾不同工件的夾具。如三爪自定心卡盤、機用平口虎鉗、四爪單動卡盤和萬能分度頭等。這類夾具多數(shù)應用于單件小批量生產。（2）專用夾具指專為某一工件的某一加工工序而設計制造的夾具。這種夾具一般結構緊湊、操作方便，主要應用于固定產品的大批量生產。（3）可調夾具包括通用可調夾具和成組夾具，兼有通用夾具和專用夾具的優(yōu)點。通用可調夾具適用范圍比較寬，加工對象并不是十分明確；成組夾具是根據(jù)一般是成組工藝要求，針對一組形狀及尺寸相似、加工工藝相近的工件加工而設計的，其加工對象和范圍很明確，又稱專用可調夾具。（4）組合夾具是指按一定的工藝要求，由一套預先制造好通用標準元件和部件組裝而成的夾具。多適用于數(shù)控加工、新產品的試制和中、小批量的生產。（5）自動化生產用夾具自動化生產用夾具主要分為自動化夾具和數(shù)控機機床用夾具兩大類。3、夾具組成機床夾具的種類雖然很多，但其基本組成是相同的，數(shù)控機床夾具一般是由以下幾部分組成的。（1）定位裝置。定位裝置是由定位元件及其組合而構成，用于確定工件在夾具中的正確位置，常見定位方式是以平面、圓孔和外圓定位。（2）夾緊裝置。夾緊裝置用于保持工件在夾具中的既定位置，保證定位可靠，使其在外力作用下不致產生移動，包括夾緊元件、傳動裝置及動力裝置等。（3）夾具體。用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎件，以保證夾具精度、強度和剛度。（4）其他元件和裝置。如定位鍵、操作件、分度裝置和連接元件等。6.2夾緊裝置要求與選擇在機械加工過程中，為保持工件定位時擁有正確加工位置，防止工件在切削力、離心力、慣性力及重力等作用下發(fā)生移位和振動，機床夾具應該設有夾緊裝置，便于將工件壓緊夾牢。夾緊裝置選擇是否合理、可靠安全，對工件加工的精度、生產率和工人的勞動條件都有著重大的影響，為此提出以下基本要求：1、夾緊過程中，不可改變工件定位后占據(jù)的正確位置。2、夾緊力的大小要適當，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變、振動小，又不能使工件產生過大的夾緊變形。3、夾緊裝置的自動化以及復雜程度應與生產類型相適應，在保證生產效率前提下，其結構要力求簡單，便于制造和維修。4、夾緊裝置的操作應當方便、省力、安全。5、夾緊裝置應具有良好的自鎖性能，用于保證原動力波動或消失后，仍能保持夾緊狀態(tài)。6.3夾緊裝置方案夾緊裝置是產生夾緊作用力的裝置，通常指機動夾緊是指用氣動、液壓、電動、氣液聯(lián)動等動力裝置。對于其力源裝置的選擇，設計了以下幾種方案：方案一：氣動夾緊裝置現(xiàn)代高效率的夾具，大多數(shù)都是采用機動夾緊方式，而其中尤以氣動夾緊裝置為最普遍。它的動力源是壓縮空氣，一般壓縮空氣由壓縮空氣站供應，通常夾具裝置中的壓縮空氣為6-8個大氣壓，而在設計計算時，通常以4個大氣壓為標準。方案二：液壓夾緊裝置由于液壓的不可壓縮性，能傳遞較大的壓力，一般工作壓力可達5000000pa-6500000pa，比氣壓大十多倍。因此在產生同樣作用力的情況下，油缸直徑可以小許多倍。在氣壓傳動中，為了增大夾緊力，須采用增力機構或多活塞氣缸等，采用液壓傳動后，則可免除這些機構，使夾具結構更加緊湊。此外，液壓夾緊吸振能效強，并能維持更好的夾緊剛度，有利于保證加工質量和采用大切削用量來提高生產率。方案三：氣液聯(lián)動夾緊裝置機床夾具中，為了綜合應用氣壓傳動和液壓傳動的優(yōu)點，而又不需增設液壓傳動裝置，可以采用氣液增壓傳動裝置。氣液聯(lián)動夾緊裝置有如下幾點優(yōu)點：(1)可將400000pa-600000pa的低壓空氣的能量很方便地轉換成高油壓的能量，油壓可達8000000pa-15000000pa，從而使機床夾具外形尺寸小、重量輕、結構緊湊、傳遞總力可達（1～8）×10000N。(2)由于一般機床夾具的動作時間短，夾緊工件工作時間長，采用氣液增壓傳動裝置的夾具，在夾緊工作時間內，只需要保持壓力而無虛消耗流量，故理論上是不消耗功率的。(3)油液只在裝卸工件的短時間內流動一次，所以油溫與室溫接近且漏油很少。通過對其優(yōu)缺點進行比照分析，決定采用液壓夾緊裝置。夾具如下圖：6.4切削力及夾緊力的計算刀具材料：YG6（硬質合金刀）刀具有關幾何參數(shù)：由參考文獻《機床夾具設計手冊》表1-2-9可得切削力的計算公式：式（5.1）查參考文獻《機床夾具設計手冊》表1-2-10得：對于灰鑄鐵：式（5.2）取，即所以:由參考文獻《金屬切削刀具》表1-2可得：垂直切削力：式（5.3）背向力：根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算