135G柴油机汽缸盖加工工艺及装备设计（粗铣顶面）

135G柴油机汽缸盖加工工艺及装备设计（粗铣顶面）

摘要

铣削加工专用机床是相对于通用机床而言，其主要零件为标准件，根据所需加工零件的外形和尺寸再设计制造一些关键机床部件，两者组合起来即是专用加工机床。

本次毕业设计的题目是柴油机气缸盖顶面铣削加工专机设计，之所以设计该专机，目的是减少加工所需成本和提高工件的生产效率。专机总体机构设计和铣削专用铣夹具设计是本次设计的主要任务。专机总体结构设计主要包括确定机床零件配置、机床机构的合理性设计，本次设计的专机决定采用卧式导轨，这样机床精度容易到达，工件的装夹也比较方便。在夹具设计过程中，选外圆柱面为定位基准面，用定位块与顶面接触，进行定位。专机的主要目的是使加工变得更容易操作，步骤更少更加简单，加工的成品容易达到精度同时降低工人的劳动强度，这些特点是本次专机所必备的。

关键词：铣削专机；柴油机汽缸盖；夹具；定位

摘要 I

Abstract II

目录 III

1 绪论 1

1．1 135G柴油发动机的发展简史 1

1．2 柴油发动机的工作行程 2

1.3 专用机床概述 2

1.2.1 专用机床工厂制度的转变及产品结构变化 2

1.2.2 专用机床技术装备现状与发展趋势 3

1.2.3设计机床的基本要求有以下几点： 5

2 总体方案论证 7

2.1设计要求： 7

2.2 被加工零件分析 7

2.3 工艺方案的制定 7

2.4 加工设备方案选择 12

2.5 确定机床总体布局 13

3 切削用量案的选择 14

3.1 切削刀具的选择 14

3.2 切削用量的选择 14

3.3 切削力、切削转矩、切削功率的确定 14

4 专用机床总体设计 17

4.1 被加工零件工序图 17

4.2 加工示意图 18

4.3 机床联系尺寸图 19

4.3.1 动力部件的选择 19

4.3.2 滑台及相配底座的选择 20

4.3.3 确定机床的装料高度H 20

4.4 机床生产率计算卡 20

4.4.1 理想生产率Q 20

4.4.2 实际生产率Q1 21

4.4.3 机床负荷率ŋ负 22

4.4.4 编写机床生产率计算卡 23

5 主轴箱设计 24

5.1 主轴及传动轴结构设计 24

5.2 主轴箱传动计算 25

5.2.1 传动比分配 25

5.2.2 传动系统设计及齿轮的排布 25

5.3 轴的计算与校核 27

6 夹具设计 30

6.1 机床夹具的概述 30

6.1.1机床夹具的组成 30

6.1.2机床夹具的类型 30

6.2工件结构特点分析 30

6.3工件定位方案和定位元件的设计 30

6.4夹紧方案和夹紧元件的设计 30

6.5夹具的性能及优点 31

6.6夹具体的设计 31

6.7误差的分析与计算 32

6.8 夹紧力的计算 32

6.9 夹具零部件的设计 33

6.9.1 夹具体的设计 33

6.9.2 压板的设计 34

致谢 36

参考文献 37

1 绪论

1．1 135G柴油发动机的发展简史

新中国七十年代的135G柴油发动机是国家明星产品，该款柴油发动机的自主研发生产成功向全世界昭告了我们国家的科研实力，135G发动机包含了多少我们科研人员的汗水与泪水恐怕只有参与设计的人才知道，作为中国历史第一款自主研发设计的柴油发动机他必将永远镌刻在中国历史之中。

在上个世纪六十年代，我国农业基本靠人工，这样的效率是很低的，跟西方发达国家的机械化农业更是天壤之别，为了加快我国农业的发展，党和国家领导人号召全国科研人员投身发动机的研制当中，加快我国农业的发展。之前我国也曾引进国外柴油发动机技术，但是都是一些落后技术，根本不能适应我国农业的发展，典型的缺陷就是当前国内发动机的功率太小，根部不足以带动大型拖拉机等农业机器，我们的科研人员大胆创新、大胆设计，将原来发动机的单平衡轴大胆改为双平衡轴，完美的解决了发动机由于功率大而带来的震动等缺陷，最终研制制造完成135G柴油发动机。

通过我们科研人员的努力终于研制成功135G柴油发动机，柴油机给我们国家带来的经济效益不言而喻，同时柴油机厂家也大批量生产新型柴油机，借助这个机会大力发展扩大，为我们的员工带来很多机遇。

1．2 柴油发动机的工作行程

汽油与柴油发动机所经历的过程大致相同，进气、压缩、做功、排气是柴油机的一个工作循环，但是柴油与汽油的着火点、挥发点、熔点等等都不一样，所以柴油发动机和汽油发动机的点火过程不尽相同。

柴油发动机每个工作循环吸进的是天然空气，压缩冲程中，当油缸内的空气即将消耗完时，压缩泵将柴油的压力增加到10MPa，柴油被以雾状的形式喷进油缸，并在油缸内与残余空气迅速混合称为可以燃烧的混合气体，由于柴油机的压缩能力相当强大，可以将空气以较大的比例进行压缩，我们知道空气压缩会导致其温度升高，而且这个温度远远超过柴油的着火点，所以一旦柴油被以雾状喷进油缸中，混合可燃气体便会自行点火燃烧，燃烧所产生的热量使气缸内的气压和温度在短时间内迅速上升，导致活塞被高压气体推动，活塞带动曲轴，从而将动力转化到外部。

1.3 专用机床概述

1.2.1 专用机床工厂制度的转变及产品结构变化

“95”后期专用机床厂的50多名专业从事机床分会成员，只有两公司采取了股份制改造，国家出口为私营独资企业，其余都是国有企业。自2001以来，已经有十几家公司实施股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有民营，现在还计划在一些国家国有企业股份制改革的关键状态，重组已势不可挡，“民营经济在经历了从被歧视，被人瞧不起没有忽视现在高度重视经过4个阶段，充满活力。

专用机床工厂主要用于汽车，摩托车，内燃机，农业机械，工程机械，化工机械，军工，能源，轻工，家电行业专用设备，随着中国加入WTO后与世界机床行业标准，专用机床厂数控，柔性产品开始改变。从近两年的生产，市场需求的数控机床和加工中心的兴起，传统的钻，铣，铣呈下降趋势市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。

1.2.2 专机的国内现状与发展机遇

专用机床（Modular machine）是基于系列化和通用零件标准化，伴随着少量的专用部件的机器。它适用于大量的类似的部分，一个或一个以上的一个或几个工序加工批量生产。这种机器的专用机床结构简单、自动化程度高的特点和生产力，也有一定的调整以适应工件的变化所需要的能力。专用机床工件可面，多轴加工，一般是半自动的。

专用机床具有以下特点：

专机是由很大部分的标准零件外加很少的专用零件组合而成，所以专机的设计周期和制造成本、周期都比较短。

专机一般有多把刀具同时加工，可以大大提高零件的生产效率。

专机所采用的通用部件都是经过实践实验总结得到的，运行安全可靠，维修方便。

专机加工零件所采用的刀具、量具包括工装都是专门设计的，所以加工时机器非常稳定，比较容易达到所要求的精度。

专机加工产品可以多元化，因为专机的大部分零件为标准件，加工工件改变了，这些标准件不会改变，降低了机床成本。

（6）在大批量生产的情况下，非常适宜采用专机加工。

专机往往自带多把刀具、多个工作台、多个进程，所以专机的加工效率比一般机床要高很多，而且专机主要是采用通用的标准件较多，所及机床的制造、维修等等都比普通机床节约成本。因此，专用机综合成本低和效率高的优点，被广泛应用于大规模，大批量生产，可形成线。

专用机床一般是用在一个框或特殊形状的零件。加工工件一般不旋转的旋转工具的相对进给运动和刀具和工件，使钻孔，扩孔，锪孔，铰孔，孔，铣，铣，切削内外螺纹和加工外圆、端面。专用机床车削头夹持工件使其旋转，通过移动工具进行喂养，也具有一定的旋转部件（如车轮，后桥，等）的外圆及端面加工。

汽车行业的不断兴起带动专机市场的活跃。在一个特殊的机复用部分，逐渐发展成通用的部件，导致在一个特殊的机器。

在美国的汽车零部件在1911个专用机。最初，所有的机床制造商都有自己的通用标准。汽车上产企业考虑到汽车今后的维修等售后服务，一些大的汽车制造厂家颁布了专用机床的主要标准件，确定的通用标准，专用机的原则是，每个组件的大小之间严格的环节，但部分结构未指定。

通用的功能可分为动力部分，支撑部分，传动部分，五种类型的控制装置和附件。运动和动力部分提供专用机床进给运动部件。主电源箱，动力滑台和切削头。

轴承部件是动力滑台安装，随着切削头或夹具进给机构，等等，与基地，基地，可调支架，支架的一侧，柱与柱基础。

输送机是用于输送工件或主轴箱的加工站组成，有回转台的度，循环往复旋转工作台，分度筒表。

控制单元用于控制机器部件的自动工作循环，液压站、电气柜和控制面板。附件装置，润滑与冷却排屑装置，等等。

为了使专用机床适用于中小批量生产，往往需要应用成组技术，相似的零件集中在结构和过程在一台机器上处理以提高利用率。这种机器有两种常见，更换主轴箱型机和炮塔机。

专用机床的发展在未来将采用调速电动机和滚珠丝杠传动的结构更简化，缩短生产周期时间；主轴箱，夹具采用数字控制系统和自动变速系统来提高工艺可控性；以及柔性制造系统。

1.2.3我们对机床设计提出以下几点要求：

1、一定的工艺范围

任何机器都可以完成加工的零件，零件尺寸的毛坯类型，形式和过程是一系列的过程。在一般情况下，较窄的范围，模块单元可以相对简单，易于实现自动化，生产率高。机床技术太窄，与过程和产品创新的限制，扩大机床工艺范围失明，会使机械的结构越来越复杂，各个零部件的性能得不到充分发挥，主要是使各个零部件的性能得到最大提升。

2、保证精度与光洁度

机床首先应该具有的性能是要保证设计图纸上零件所需达到的尺寸精度和表面粗糙度，并且长期使用以后还可以保持这个尺寸精度。一个零件的加工质量好坏主要取决于加工所先用的机床、刀具、加工条件以及操作人员的素质，机床要能够保证加工精度则机床本身必须具有高的尺寸精度、刚度和好的动态性能。

工件在加工过程中，机床的震动是不可避免的，而机床的震动带来的影响也是不可忽视的，机床的震动厉害与否直接取决于机床的刚度，机床具有越高的刚性，则机床就越不容易震动，对所加工的零件精度也越有帮助。

3、有足够高的生产率和自动化程度

一批零件的生产纲领决定了采用什么生产效率，一台机床在确定的时间内能够加工出多少件产品决定了机床的生产效率。如果想要提高机床的生产效率就必须缩短机床加工一个零件所花费的时间，工件加工之前的准备时间、工件在加工过程中的消耗时间、以及各种加工的辅助时间等等都应该缩短，具体可以采用先进的机床，先进机床功能强大，直接可以缩短工件的加工工序数量，同时采用大的切削深度、大的进给速度等都可以提高生产效率，缩短辅助时间也是比较明显的，例如采用气动卡盘、采用机械手抓取工件等等。

4、专机的维修简单，安全可靠

一台好的机床必须是操作简单易懂，工件的装夹要轻松，机床的维修必须容易查找问题，配件容易买到，不能机床的零部件时单配的，这样更换一个零部件就显得非常麻烦，这是一台好的专机不应该存在的问题。

5、提高三化程度

机床需要形成一系列不同型号的产品，同时相同型号的产品所搭载的零部件应该是可以相互通用的，同时机床的零件应该形成自己的标准。这样对已机床厂家的机床设计是很有帮助的，对于机床的更新换代更是功不可没。

6、噪声小

机床是由电机提供动力，既然有电机就必定存在震动噪声，机床发展到今天的水平，降低噪声已经成为各个机床厂家目前研究优化的项目。

7、成本低

能够达到用户的要求是每台机床第一首要保证的功能。在这个功能达到之后，机床厂家所要研究的便是如何尽可能的降低机床制造所需要的前期成本，这个不仅仅是制造机床的材料成本和加工成本，还包含一个企业的管理经费，机床的研发经费，以及运输，保养，售后等等费用。

参考文献

[1].大连专用机床研究所编．专用机床机械分册．北京：机械工业出版社，1975

[2].谢家瀛主编．专用机床设计简明手册．机械工业出版社，1992

[3].东北重型机械学院等编．机床夹具设计手册．上海科学技术出版社，1990