1、青岛农业大学毕 业 论 文（设计）题 目： KM173 机体钻扩挺柱孔机床 工件工序图和夹具设计 姓 名： xxxxxx 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 200x.xx 学 号： 200xxxxx 指导教师： wwww 20xx 年 06 月 18 日毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何
2、贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文(设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日目 录摘 要 .IAb
3、stract .II1 绪论 .11.1 本课题的来源、意义、目的 .11.2 本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求 .11.3 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 .22 工序图的设计 .32.1 机体的工艺性分析 .32.2 方案的分析与论证 .32.3 加工余量和工序尺寸的确定 .52.4 确定切削用量及基本工时 .72.5 切削力和切削功率的计算 .93 夹具的设计 .113.1 机床夹具应满足的基本要求 .113.2 定位装置的设计 .113.3 定位误差的计算分析 .133.4 夹紧装置的设计 .143.5 引导装置的设计 .213.6 其它元件的设计 .224 结论 .24参
4、考文献 .25致 谢 .26I KM173 机体钻扩挺柱孔机床工件工序图和夹具设计摘 要本文介绍了 KM173 机体钻扩挺柱孔机床工件工序图和夹具设计。根据零件结构特点，确定该机床为卧式两工位移动工作台式组合机床。机体挺柱孔的加工采用钻扩铰挤压工艺方案，在两道工序分别完成钻扩和铰挤压加工，用导向套导向进行加工。夹具的设计确定“三基面”组合定位方式，用垫铁、支承板等实现工件的六点定位，采用液压夹紧方式，用液压油缸带动压板夹紧工件。该设计方案通过一次装夹，完成机体挺柱孔钻扩或铰挤压加工，具有加工精度高而稳定，设计制造周期短，生产率高，工人劳动强度低的特点。经过分析和计算表明该设计方案能够满足 KM
5、173 机体挺柱孔的加工精度要求和生产纲领要求。关键词：组合机床；夹紧；夹具；液压油缸II The Picture Sheet of Workpiece Process and Fixture Design of The Machine Tool That Is Used To Drill and Broaden Pretty Column Hole of The KM173 Diesel Engine BlockAbstractThis paper introduces the picture sheet of workpiece process and fixture design of
6、the machine tool that is used to drill and broaden the tappet hole of KM173 diesel engine block.According to the characteristics of machine tool institutions.This machine is designed to two worktables combination horizontal machine tools with mobile work desktop.The processing plan of the tappet hol
7、e of engine block is drilling-expansion-hinge-extrusion. We finish drilling-expansion and respectively reaming-squeeze in the two process using orientation guiding set of processing. In the content of fixture design we take the way of combination localization of “three datum plane” by using sizing b
8、lock and bearing plate to realize positioning at six points.We take the way of hydraulic tightening with the hydraulic cylinder pressure drive powder tight workpiece. The design , clamping just one time, completes the drilling-expanding or hinge-extrusion processing of the block of the tappet hole,
9、with the characteristics of high processing precision and stability, brief design cycle, high productivity and low labor strength . After analysis and calculation shows that the design scheme can meet the machining accuracy requirements and production program requirements of the tappet hole of KM173
10、 diesel engine.Keywords: combined machine tool; clamp; fixture; hydraulic cylinder青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）11 绪论毕业设计是完成教学计划达到本科生教学培养目标的最后一环节，是教学计划中综合性最强的实践性环节，在大学的教学中占有重要地位。它对培养学生的发散思想、严谨的工作作风及实际动手能力、提高毕业生素质具有重要的意义。1.1 本课题的来源、意义、目的此课题涉及的内容是 KM173 机体钻扩挺柱孔机床工件工序图和夹具设计。机体是发动机最重要的机件之一，是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统
11、的安装基础 1。而机体挺柱孔是其关键部位，是进、排气门挺柱与机体结合的装配基准，因此其加工质量好坏直接影响发动机的进、排气等使用性能 2。生产中机体挺柱孔加工主要采用钻扩粗铰精铰或钻扩铰挤压工艺方案，大批量生产可采用 2 台两工位组合机床、四台组合机床或五工位组合机床等多种方案完成机体挺柱孔的加工，采用四台组合机床工序的质量稳定性差，特别是位置精度。随着现在制造技术的发展，数控机床和加工中心已在生产线中获得广泛使用，使用数控机床或加工中心，有利于保证工件的加工精度，但生产效率低，大大增加了设备投资。采用两台两工位组合机床，一台用于钻扩挺柱孔，另一台用于粗铰精铰或铰挤压挺柱孔。该方案设备投资少，
12、生产效率高，有利于保证工件的加工精度，是大批量生产较为理想的方案。因此合理设计机体钻扩挺柱孔机床，对保证机体挺柱孔加工质量和提高生产效率具有十分重要的意义。1.2 本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求本课题主要解决 KM173 机体钻扩挺柱孔机床工件工序内容以及夹具的设计，研究过程中应根据机体图纸及五万台的生产纲领着重解决好以下两方面的问题：（1）工件工序图的设计：正确确定加工方法、工序内容，并按要求绘制工件工序图；（2）设计钻扩挺柱孔机床的机床夹具：正确确定定位、导向以及夹紧方案，保证孔的加工精度和表面质量。应达到的技术要求：（1）挺柱孔为通孔，尺寸为 两挺柱孔为长度 38mm 孔表面
13、。0.276H8 m8.0Ra（2）挺柱孔圆柱度公差是 0.008mm。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）2（3）挺柱孔轴线相对于凸轮轴孔轴线的垂直度公差为 0.025mm。1.3 本课题在国内外的研究状况及发展趋势随着科学技术的发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工的自动化已经渐渐成为机械加工的发展趋势。机械加工的自动化可以提高工件的加工精度、提到生产效率、降低废品率，还能减轻工人的劳动强度，只需要简单地工装就可以加工比较复杂的零件，有利于管理的现代化和降低生产成本。所以利用数控机床和加工中心已经成为国外加工柴油机孔系（包括挺柱孔）主要方式。国外柴油机机体挺柱
14、孔的加工工艺一般是钻一倒角一抢铰一浮动铰。国内一般把挺柱孔的加工分为粗加工和精加工两个阶段。粗加工阶段主要采用钻或者扩的工艺；精加工挺柱孔是在粗加工工序完成之后，再用铰刀进行精铰磨销加工，或者是进行挤压加工 3。还有的生产厂家采用钻倒角扩粗铰精铰的工序，这一加工虽然能保证挺柱孔的尺寸精度、位置精度及表面粗糙度的要求，但是孔表面的圆柱度误差和强度、耐磨性等机械性能达不到要求，这样会大大影响挺柱孔的工作性能，挺柱孔在短时间磨损，降低整个柴油柴油机的使用寿命。还有的厂家采用新型套式铰挤复合刀具进行加工。该刀具对挺柱孔加工后，其表面粗糙度、表面硬度、尺寸精度和位置精度都有明显提高。但相应的成本，包括研
15、发成本和制造成本，就会增加，另外刀具磨损后，个换道具的成本就会大大增加，与经济性原则相悖。在现代制造加工技术中，数控机床和加工中心应用已经非常广泛，使用数控钻床或者加工中心，一次装夹可以完成柴油机机体孔系的粗加工和精加工，装夹的次数减少，就相应地减小了定位误差，提高了加工精度。国内引进数控技术以来，数控技术在我国获得极大的发展，如我国各大企业和研究机构相继研发出五轴联动加工机床、车铣复合加工机床等中高档数控机床产品。并且完成了技术与应用的对接，许多中高档数控机床产品实现商品化生产 4，但是数控机床或者加工中心的造价昂贵、对刀具的要求较高、维护需要的技术较高、专业技术人员匮乏等诸多缺点也是在实际
16、技术应用的过程中不可忽略的。但是在加工机体挺柱孔的实际生产中我国的自动化程度相对国外来说还是比较差的，很多厂家仍然是采用的多台专用机床加工，经过多次装夹，加工精度难以保证，一些厂家通过提高刀具加工精度和夹具的制造精度来改善机体挺柱孔的加工精度。总的来说，目前柴油机机体孔系的加工趋于高效率、自动化，这就迫切地需要一种青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）3切实可行的加工方案和设计合理的夹具，来保证工件的加工精度和生产率的要求。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）42 工序图的设计2.1 机体的工艺性分析2.1.1 机体挺柱孔的作用机体作用是承载各种零件。机体是柴油机最重要的机件之一
17、，其加工精度对保证汽车性能至关重要。挺柱是凸轮的从动件，它的功用是将来自凸轮的运动和作用力传给推杆，同时还承受凸轮所施加的侧向力并将其传给机体 5。挺柱在挺柱孔中作循环往复运动，由于挺柱孔一般位于机体的中间部位，受到挺柱侧向力的作用比较大，所以对挺柱孔的加工精度和表面质量都有较高的加工工艺要求。2.1.2 机体的工艺性分析机体是一种箱体类零件，材料是 HT250，硬度为 190-241HBW，生产纲领为五万件，属于大批大量生产类型。机体上的六个平面以及主轴、凸轮轴等主要孔系已加工，达到图纸要求。KM173 机体挺柱孔的加工精度要求如下：（1）挺柱孔为通孔，尺寸为 ，两挺柱孔为长度 38mm，孔
18、表面0.2716H8。m8.0Ra（2）挺柱孔圆柱度公差是 0.008mm。（3）挺柱孔轴线相对于凸轮轴孔轴线的垂直度公差为 0.025mm。由上述加工要求可知：考虑到机体的结构和相关加工精度要求，确定“三基面”组合定位方式，以齿轮室面为第一定位基准，以机体底面为第二定位基准，以缸头面为第三定位基准，采用相互垂直的三个平面实现工件的六点定位。2.2 方案的分析与论证在充分分析零件的加工要求的基础上，通过查阅相关资料，结合实际生产的需求，机体挺柱孔的加工可以采用如下三种具体的方案：方案 1：采用多工位立式组合机床，以缸头面为底面定位基准，底座朝上，在回转工作台一次装夹，完成挺柱孔的粗加工和精加工
19、。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）5方案 2：设计多台组合机床，分别在不同的机床上完成粗加工、半精加工、精加工。方案 3：设计组合机床（两工位两台机床） ，采用导向套导向加工，两台机床分别完成对挺柱孔的粗加工和精加工。经过分析对比，采用方案 3。方案 1 采用多工位组合机床，优点是装夹次数少，有利于保证孔的加工精度，工人劳动强度低，加工效率高，适合大批大量生产。缺点是机床结构复杂、制造成本较高。 方案 2 采用多台组合机床，机床数量较多，占地面积较大，多次装夹降低了加工精度，工人数量多，劳动强度大。方案 3 采用两台两工位组合机床，这种方法的加工效率比较高，装夹次数少，加工精度提高
20、，生产率与自动化程度均高，结构简单，多用于成批和大量生产，这和五万台的生产纲领相契合。经分析对比选用方案三，即设计一台两工位卧式移动工作台组合机床进行钻-扩加工，设计合理机床夹具完成 KM173 机体挺柱孔的加工，采用导向套导向可以满足加工精度要求，对所设计的组合机床稍作改进（如更换精密级的液压滑台、动力箱）就可完成挺柱孔的铰- 挤压精加工。对于挺柱孔的粗加工和精加工，初步确定两种工艺路线，方案一：采用钻-扩- 粗铰-精铰的加工工艺路线。方案二：采用钻-扩- 铰 -挤压的加工工艺路线。通过分析可知：比较上述两种加工方法，上述两种方案的不同之处就是，最后一道工步内容不同，方案一用的是精铰，由机械加工工艺手册查得精铰孔后孔径表面粗糙度值一般情况下 ，远远达不到挺柱孔精度要求的 而挤压能获得加工精度为mRa6.1 mR8.0aIT5IT6，表面粗糙度 ，挤压杆的制造也比较容易，成本较低，本加工mR4.08a使用导向套导向，所以能保证加工时刀具的刚度，所以选择方案二更为合理。经过上述分析，确定加工方案：采用卧式两工位移动工作台式组合机床，每次装夹一件，机体挺柱孔的加工采用钻扩铰挤压工艺方案，在两道工序上分别完成钻扩和铰挤压加工，用导向套导向进行加工。
