气缸盖螺钉孔加工专机设计

YD480气缸盖螺钉孔加工专机说明书

产品结构的分析

YD480柴油机由下列机构和系统组成：

①机体和气缸盖；②曲柄连杆机构；③供给系；④配气机构 ⑤；点火系；⑥冷却系；⑦润滑系；⑧起动装置。

气缸盖是柴油机重要大件之一，装在气缸体上部，用于密封气缸的上平面。它与活塞顶共同形成燃烧室空间。气缸盖上通常装有喷油器，进、排气门，进、排气管和摇臂轴总成等，以及进、排气道，冷却水套和油道布置在上面。

气缸盖的作用是密封气缸，与活塞顶部一起组成燃烧室，因此承受很大的机械负荷和热负荷。气缸盖中有进、排气门及其气道、火花塞或喷油器，对于非直喷柴油机来说还有涡流室或预燃室，对顶置凸轮内燃机来说还有凸轮轴及其轴承等。为了保证燃烧室的可靠密封，气缸盖上螺栓孔的位置的布置应合理，螺栓孔的加工精度要求应高，否则无法密封气缸，气缸表面尚未工作就发生很大的变形，这样，活塞环不能很好地工作，漏气增加，气缸磨损加剧，机油消耗大增。

气缸盖受到燃气的加热和气体的作用，会产生较大的热应力和弯曲应力，如刚度不足或使用不当，就会产生变形甚至于开裂，引起漏气和冲破气缸垫的故障。

气缸盖与机体的连接是通过气缸盖螺栓孔用气缸盖螺栓连接的。气缸盖螺栓孔总共有10个，其中有两个孔兼作位孔定，两个定位孔在加工中心加工。另八个孔在此专机上加工。

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组合机床方案的制定

1、根据被加工零件的：精度要求、加工工序内容

由于所加工的孔直径φ15，深90属于深长孔，组合机床采用卧式，左右主轴箱先后从两面加工。采用钻削就可以达到所需要求。八个孔在一次钻削中完成，这样符合工序集中原则。

2、根据被加工零件的特点

根据被加工零件的形状、结构特点，以及近代机械加工主要发展方向中工序集中的原则，考虑设计组合机床，运用多刀(相同或不同刀具)集中在一台机床上同时完成8个孔的加工，从而提高生产率。而且，提高了工序集中程度，减少机床台数、占地面积、节省人力，取得理想的效益。本机床属于同类型工序集中，简化了循环和结构这8个孔间有相对位置要求，工序集中，以获得较高的位置精度，便于装配。

3、根据零件的生产批量，确定机床的复杂程度、通用化程度；零件的结构工艺性、加工精度、机床调整的可能性及经济性对配置都有不同的影响。为使工件在流水线上运输方便，采用侧面朝下的安装方法，手动插销、液压夹紧工件的固定式夹具型式，不仅缩短安装时间，而且提高了定位精度。这样机床就选用卧式，夹具设计相对容易，切屑易排出，不影响加工精度。根据经验及类比，将刀具导向靠近工件，减少刀具与导向的间隙，提高主轴与导向的同轴度，能达到产品图纸及工艺文件提出的工艺要求。

4、确定组合机床的配置型式 在确定机床配置型式时首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精度。影响加工精度的因素有夹具误差和加工误差两方面。 2

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夹具误差：一般精加工的夹具公差为零件公差的1/3～1/5；粗加工时，夹具精度可略低，但不能太低。夹具型式也有影响。

由于YD480气缸盖的连接螺孔的加工属于深孔加工，存在以下主要问题： （1） 排屑困难 因切屑易阻塞使扭矩增大，造成个别钻头经常折断。

（2） 刀具冷却困难 冷却液不易进入加工空间，钻头严重发热，使用寿命降低。 （3） 钻孔轴线歪斜面 由于钻头细长，刚性差，特别是刃磨不对称时，钻孔更易偏

斜。

针对YD480气缸盖的连接螺孔的具体情况，可采取从两边加工，既提高了效率，又解决了深长孔的加工问题。但存在加工直线性的误差，解决此误差的办法是将夹具体导向孔的中心距公差提高到±0.008mm，同时工件定位孔之间公差达到±0.04；在钻套、衬套加工时严格控制内孔与外圆的同轴度，并之工件加工达到公差要求。 通过比较，确定选用卧式双面加工的组合机床。选HY50A-Ⅰ液压滑台 多轴箱功率P=P切削+P空转+P损失 P

空转

——空转功率 （按《组合机床设计筒明手册》中表4-6选取P

空转

=8*0.045KW=0.36KW）

P损失——与负荷成正比的功率损失，一般可取传递功率的1/% P损失=1/%* P切削=1/%*2.536=0.025KW

P==P切削+P空转+P损失=2.536+0.36+0.025=2.921KW 故选YD50AY动力头 电动机型号Y132M2-6 电动机功率5.5KW 电动机转速n=960r/min

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输出轴转速n=480r/m 5、切削用量的确定

由气缸盖零件图可知：材料HT200，HB=170～240HBS或HT250, HB=187～255HBS加工孔径D=15,采用高速钢钻头进行加工,根据高速钢钻头切削用量表可选取切削速度v=13m/s,f=0.22mm/r根据组合机床切削力、切削转矩、切削转矩的计算公式可计算每根主轴的切削力F、切削转矩T及切削功率P F=26Df0.8HB0.6

公式中HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=255-1/3(255-187)=232 F=26Df0.8HB0.6 =26*15*0.220.8*2320.6=3049N T=10D1.9f0.8HB0.6=10*151.9*0.220.8*2320.6=13352N·m P=TV/9740πD=13352*13/9740*3.14*15=0.436kw 8根主轴的总进给力8F=8*3049=24392N 8根主轴的切削功率8P=8*0.436=3.488KW 对功率进行正P总/0。8=3.488/0.8=4.36 6、动力部件的选用

HY50A-Ⅰ滑台的最大进给力F=32000N

多轴箱

工艺方案的制定

一、被加工零件的分析：

根据被加工零件的精度要求、加工部位尺寸8-φ15、形状、结构特点、详见气缸盖零件图YD480-03101a。

材料：HT200 硬度：170～240 （或材料：HT250 硬度 ：187～255）

生产批量：大批量。

所加工的孔直径φ15，深90属于深长孔，其位置度为φ0.4,表面粗糙度Ra12.5,一次切削较难加工，也给排屑 带动困难。所以此孔分两个工步分别从两面钻削，使之接通。

二、对机床夹具的本要基求：

1、 稳定地保证工件的加工精度； 2、 提高机械加工的劳动生产率；

3、 结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件； 4、 应能降低工件的制造成本。

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本专机用于加工八个气缸盖螺栓连接孔

三、工件的定位方案和夹紧部位选择

工件上的八个孔为通孔,沿孔方向的自由度可不予.但实际上以工件底面定位时,必须该方向的自由度,故应按完全定位设计夹具,并力求遵循基准重合原则,以减少定位误差对加工精度的影响. 定位方式着重考虑两种方案.

方案一、

从考虑定位方便的观点出发，以底面、一侧面、一端面定位，其优点是工件安装方便，但违背了基准重合和统一原则，不利于保证加工要求。

方案二、

从遵守基准重合和统一原则的观点出发，以底面、及底面上两孔定位，其优点是工件定位精度高，符合基准重合和统一原则，有利于保证加工要求。但夹具结构相对方案一要复杂些。。

根据YD480-03101a气缸盖机械加工工艺过程卡，可知机体气缸盖的加工情况,再考虑加工工艺基准的一致性，决定工件侧面朝下，以底面、底面上两定位孔为基准，夹紧顶面。保证基面与加工部位间的位置关系，使其利于加工精度，且工件不宜变形。

气缸盖上有许多孔需要加工，而且有些孔要求有较高的精度，它们分别在不同的工序中加工，又要在几次安装下进行。因此采用一面双孔定位；采用一面双孔定位具有以下特点：

a） 可以简便地消除六个自基准带来的由度，使工件获得稳定可靠的定位； b） 有同时加工零件五个表面化的可能性，既能高度集中工序，又有利于提高各表面的位置精度。

c） “一面双孔”可做为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各工序的许多部件（如夹具）实现通用化，有利于缩短设计制造周期，降低成本。

d） 易于实现自动化定位、夹紧并有利于防止切屑落于定位基面上。

总之,采用一面两孔定位,符合定位基准与设计基准重合原则;这样减少基准不符的误差,保证加工精度.同时能保证工件稳定定位,采用已加工的大平面作为定位平面尤为重要;又符合基准统一原则,在各台机床上采用共同的基准面来加工零件不同表面上的孔.

从保证加工要求和夹具的结构复杂程度两方面进行综合分析比较，按方案二设计夹具比较合理。

为了保证加工精度及技术要求，作为定位基准的平面和销孔必须规定相应的尺

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0.12寸精度、表面粗糙度及位置精度要求。工件二定位销孔2-φ18中心距400±0.015。0.10，

定位孔的位置度φ0.08, 表面粗糙度Ra1.6, 保证规定加工精度实现的条件: (1)

夹具的有关制造误差(制造)

这个误差主要包括夹具制造时的两项误差:确定刀具位置的元件和引导刀具的元件与定位元件间的位置误差;定位元件与夹具安装到机床上的安装基面间的位置误差. (2) (3)

夹具的安装误差(安装) 加工误差(加工)

即是夹具在机床上定位误差.

指工件在切削过程中所产生的误差.如机床的工作精度,刀具的磨损和跳动,刀具相对工件加工位置的调整误差,以及工艺系统在加工过程中的弹性变形.

为了保证工件的加工精度,必须使上述所有误差对工件的综合影响,控制在工件所允许的公差δ工范围之内,即:

=制造+安装+加工≤δ

工

为了使δ工合理分配到机械加工中产生的各个环节,,通常在夹具设计时夹具上定位元件之间,定位元件与引导元件之间,以及其它相关尺寸和相互位置的公差,

1111一般取工件上相应公差的～,最常用的是～.因粗加工的δ工大,夹具上相应

5232的公差取小的比例.

制造≤δ

13工

如图工件采用一面两孔定位，若采用两个圆柱销定位时，常会产生过定位现象，即左销套上工件后右销很难同时套上。为了避免这种定位干涉，应该将两销之一在联线的垂直方向上削去两边。

1、 确定圆柱销的定位直径和偏差

0.12 定位孔的直径2-φ18并考虑到定位销制造时可能0.10,为了减少工件的移动误差，0.094达到的精度，取圆柱销的定位直径与偏差为φ180.080（mm）

2、确定菱形销的结构的尺寸和偏差 菱形销必须满足中心偏差的补偿量为:

2△Lg+2△Lx-△1=2×0.04+2×0.015- 0.006=0.104

0.094 根据算得销的直径为φ18右边削边销的宽度和直径可计算，同时也可以采0.080；

用查表法：根据华东地区大专院校试用教材《机械制造工艺学》表2-2,查得直径为18的菱形销的圆锥销柱部分宽度b为4mm.

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为了达到上面要求的0.104mmm的中心距的补偿量,b和△2之间必须满足下列关系:

△ 2 =

=b(2Lx2Lg1)

D24(20.01520.040.006)=0。011 18 求得△2以后,确定菱形销圆柱部分直径的尺寸及偏差,一般有两种方法:

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D2 b B 从3~6 ＞6~8 ＞8~20 ＞20~25 ＞25~32 32~40＞ ＞40~50 2 D2-0。5 3 D2-1 4 D2-2 5 D2-3 7 D2-4 7 D2-5 8 根据△2求出菱形销圆柱部分定位直径的最大极限尺寸为:

d2=D2-△2=18-0。011=17。9mm,此时算出的销为最小尺寸即dmax=17。9，通常削边销的一般制造精度,取其直径公差带h6,则菱形销圆柱部分定位直径及其偏差为:

0.011

φ17.900.011mm,或φ180.022

四、定位误差

a)

移位定位误差

0.120.094 分析左端圆柱销定位情况。孔径φ180.10，公差δD1=0.02； 销径φ180.085，公

差为δd1=0。009，最小间隙△1=0.10-0.094=0.006,这时销与孔的最大间隙为:

11 1=△1+δD1+δd1=0.006+0.02+0.009=0.035<δ工=×0.4=0.1333;将使1将

33使一批工件孔的中心偏离销的中心,其中心偏听偏离误差范围,是以1为直径的圆,圆心即为销的中心。 b)转角误差

0.011 按菱形销圆柱部分定位直径尺寸为φ180.022mm来计算,

△θ=tg1 (

=tg1 (

d1D11d2D22)

2L0.0090.020.0060.0110.020.011)

2400 =tg1 0.00009625

△ θ=19.85″此时转角误差较小能满足定位要求.

五、工件的夹紧：

工件在定位后，因加工中还要受到切削力、及工件自重等影响，将使工件产生移动或振动，破坏工件的正确定位，故必须用夹紧机构，将工件固定在定元件上。为了改善劳动条件各提高生产率，在大批量生产中采用液压动力装置来代替人力夹紧。 1、夹紧方案通常需满足以下要求：

⑴夹得稳——夹紧时不能破坏工件稳定的正确定位；夹紧机构的动作应平 稳，有足够的刚度和强度。夹紧力由顶面指向定位底面，符合夹得稳要求。 ⑵夹得牢——夹紧力要合适，过小易使工件离动或振动，过大易使工件变形或损

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伤，影响加工精度。此外，夹紧机构要有自锁作用，即原始力去除后工件仍能保证夹紧状态而不松开。

⑶夹得快——夹紧机构应尽量简单、紧凑、操作时安全省力，迅速方便，以减轻工人劳动强度，缩短辅助时间，提高生产效率。 2、夹紧力的方向的确定：

⑴夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性，即夹紧力的方向朝向定位其准，保证工件与定位元件可靠地接触。故此方案夹紧力由顶面指向定位底面，符合夹得稳要求。没有破坏工件稳定的正确定位。 ⑵夹紧力方向应使工件变形尽可能小。 ⑶夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小。

此方案采用双面加工，左边切削力向右，与夹紧力方向一致，这时所需的夹紧力最小，所以，左边切削工件的深度可以适当放大一点，右边切削力向左，与夹紧力方向相反，右边切削工件的深度可以适当放小一点。 3、夹紧力的作用点的选择

⑴ 夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内。 ⑵夹紧力应落在工件刚度较好的部位上。 ⑶夹紧力应尽量靠近加工面.

以上三点详见具总图，夹紧力落在支承元件上或几个支承元件所形成的支夹承面内。夹紧力应落在工件刚度较好的部位上。夹紧力应尽量靠近加工面，这三点基本满足要求。

液压夹紧用高压油产生动力，工作原理及结构与气动夹紧相似。其共同的优点是：操作简单省力，动力迅速，使辅助时间大为减少。而液压夹紧还另有一些优点是： ⑴油压可达600N/cm2以上，比气压高十几倍。故油缸比汽缸尺寸小得多。 ⑵油压不可压缩，故夹紧刚愎自用 性大，工作平稳，夹紧木可靠。 ⑶噪声小，劳动条件好。

液压夹紧特别适用于强力切削及加工大型工件时的多处夹紧 4、夹紧力大小确定： F=26×D×f0。8×HB0。6 T=10×D1。9×f0。8×HB0。6

HB=187～255（HT250） 或 HB=170～240（HT200） D=15

1 取HB= HBmax-（HBmax- HBmin）

31 HB=255-（255-187）=232

3 取V=13m/min f=0.22mm/r F=26×D×f0。8×HB0.6

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=26×15×0.220。8×2320。6=3049(N)

T=10×151。9×0.220。8×2320。6=13352(N.mm) F总= F×8=3049×8=24392(N) P=

TV1335215==0.436(KW)

9740D97403.1415 对功率进行修正

P0.436==0.545 0.80.8 加工孔数8个直径都是15 P总=0.545×8=4.3

本工序采用T5057Ⅱ油缸提供压力，然后再通过斜楔-滚柱增力机构，如夹具总图采用斜楔滚子的摩擦系数比平面之间的磨擦系数D/d倍，因而夹紧机构获得较大的夹紧力。

参照李庆涛主编的机械工业出版社出版《机床夹具设计》P83页 W总=ip总Q总 W总= F总=24392(N)=2393.2Kg W=K×W总

根据机床和夹具的某些特殊情况,还要乘以必须的的修正系数

K.在通常情况下,取

K=1.5～2.5,

对夹紧力和切削力方向相反的情况下,取 K=2.5～3 此时,取K=3 W=K×W总=3×2393.2=7179.2

斜楔-滚柱增力机构查表3-8ip1=2.9 然后还有一个杠杆机构ip2=70/109=0.2 W= ip1。ip2.Q 总

由于此夹紧采用两个油缸,所以Q总=2×Q Ld1K行程D1d24-d3L2

d1dD10

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W= ip1。ip2.Q 总 7179.6=2.9×0.2×2×Q Q=1928(Kg)

即活塞杆的作用力。参照下列油缸参数表：

L1D3D22-d4锥销 根所需的油缸活塞杆作用力选取油缸为T5037ⅡA工作压力为40(公斤力/平方厘米),I活塞杆的作用力是2012Kg力：

六、钻套、钻模板结构及总体设计：

为了适应此钻孔，采用可换钻套，外带衬套，其孔尺寸和公差查阅相关手册；八个加工孔两边相距较远，故采用固定式钻模板，钻模板上两个定位销导向孔之间以及

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各个钻套之间的距离应按工件的公差缩小，在设计夹具时还要保左钻模板上的支承块在同一平面上，带肩套的端面应与定位面平行，钻套的轴线与定位面垂直。各加工孔的钻套与定位孔之间应有足够的精度等。左右钻模板对应孔要有足够的同轴度，在两钻模板之间用一个框架式的顶板在上面固定，两个油缸安装在顶板上. 综上分析,本夹具能够满足生产要求,和精度要求.

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