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本科學生畢業(yè)設計
進氣歧管工藝編制與典型工序夾具設計
院系名稱： 汽車與交通工程學院
專業(yè)班級： 車輛工程B07-2班
學生姓名： 尚福亮
指導教師： 張德生
職 稱： 副教授
黑 龍 江 工 程 學 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Intake Manifold Technology Preparation and Typical Procedure Fixture Design
Candidate：Shang Fuliang
Specialty：Vehicle Engineering
Class：B07-2
Supervisor：Associate professor. Zhang Dengsheng
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
摘 要
汽車發(fā)動機屬于汽車的核心部件，而進氣歧管又屬于發(fā)動機的主要部件，影響著汽車性能參數(shù)中的功率、耗油量、轉(zhuǎn)矩等。因此，進氣歧管性能質(zhì)量的好壞，直接關系到發(fā)動機乃至整車性能，正因為這樣，進氣歧管質(zhì)量的提高，對發(fā)動機和汽車整體質(zhì)量的提高有著積極的意義。
本文設計研究了進氣歧管的建模及夾具設計，其目的主要是基于對工藝分析、工藝規(guī)程設計、工藝路線設計、夾具設計、機械設計、AutoCAD、ProE等知識的熟練運用和掌握，同時運用材料力學、金屬切削等學科知識，對進氣歧管夾具進行設計，并利用ProE建立進氣歧管及夾具的三維模型，使用AutoCAD繪制裝配圖和零件圖等內(nèi)容。首先，本文將概述進氣歧管的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹進氣歧管領域的最新發(fā)展狀況。其次，對進氣歧管的建模的目的及意義做了簡要的闡述。再次，對進氣歧管的加工工序的加工做了詳細的設計及計算。最后，本文將闡述進氣歧管夾具的設計過程。
關鍵詞：進氣歧管；三維建模；夾具；工藝規(guī)程；設計
ABSTRACT
Automobile engine belongs to the core components of automobile , however, the intake manifold belongs to the major part of engine, it can affect the automobile performance parameters such as the power, fuel consumption, torque and so on. Therefore, the intake manifold performance quality is good or bad,it relates directly to the engine and vehicle performance, and because of that improving the quality of the intake manifold has a positive meaning to the engine and automobile performance parameters.
This article studied the intake manifold design modeling and fixture design, its purpose is mainly based on process analysis, Process planning design ,process route planning,fixture design,autocad, proe and so on using and mastering, and use the mechanics of materials, metal cutting discipline knowledge designed the intake manifold fixture, and use proe establishing intake manifold and fixture 3d model, autocad software drawing assembling drawings and parts drawings, etc. First, this article will outline the intake manifold current situation and trend of development , introduces the latest development. Secondly, the modeling of the intake manifold of purpose and meaning makes some brief elaboration. Again, for the intake manifold processes of processing do a detailed design and calculation. Finally, this article describes the intake manifold fixture design process.
Key words: The intake manifold; 3d modeling; Fixture; Technical schedule ; Design;
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1進氣歧管的概述 1
1.2進氣歧管材料研究狀況、發(fā)展趨勢及成果 1
1.3進氣歧管工藝編制與夾具設計目的和意義 2
1.4進氣歧管工藝編制與夾具設計的內(nèi)容 2
第2章 零件的分析和工藝編制 3
2.1零件的生產(chǎn)綱領及類型 3
2.2 零件的功能 3
2.3 零件的工藝性分析 3
2.4 確定毛坯制造形式 4
2.5 基準面的選擇 4
2.2.1粗基準的選擇 4
2.2.2精基準的選擇 5
2.6 制定工藝路線 5
2.7典型工序機械加工余量確定 6
2.8 選擇加工設備 7
2.9 典型工序的切削用量和工時的確定 8
2.9.1 工序10,30切削用量和工時 8
2.9.2 工序50，60切削用量和工時 11
2.9.3 工序20切削用量和工時 12
2.9.4 工序70切削用量和工時 13
2.9.5 工序100 切削用量和工時 14
2.10 本章小結 18
第3章 二維夾具體的設計 19
3.1 機床夾具及其設計理論 19
3.1.1 機床夾具 19
3.1.2 夾具設計的基礎理論 19
3.1.3 定位原理 19
3.1.4 夾緊原理 20
3.2 銑削零件上平面的夾具設計 21
3.2.1 問題的提出及定位方案的確定 21
3.2.2 夾具體的組成 21
3.2.3 夾緊力的確定 22
3.2.4 定位誤差分析 22
3.2.5 繪制夾具體 23
3.3 鉆削頂孔的夾具設計 23
3.3.1 問題的提出及定位方案的確定 23
3.3.2 夾具體的組成 23
3.3.3 夾具力的確定 24
3.3.4 定位誤差分析 24
3.3.5 繪制夾具體 24
3.4 本章小結 24
第4章 三維ProE進氣歧管及夾具體設計 25
4.1 ProE的優(yōu)勢及特點 25
4.2 進氣歧管三維建模 26
4.3 進氣歧管夾具的三維建模 27
4.3.1 銑削平面三維夾具設計 27
4.3.2 鉆削頂孔三維夾具設計 27
4.4 本章小結 28
結論 29
參考文獻 30
致謝 31
附錄 32
第1章 緒 論
1.1 進氣歧管的概述
進氣歧管位于節(jié)氣門與引擎進氣門之間，之所以稱為歧管，是因為空氣進入節(jié)氣門后，經(jīng)過歧管緩沖后，空氣流道就在此分歧了，對應引擎汽缸的數(shù)量，如四缸引擎就有四道，五缸引擎則有五道，將空氣分別導入各汽缸中。進氣歧管是發(fā)動機進氣系統(tǒng)最重要的部件，進氣系統(tǒng)決定著發(fā)動機的進氣效率和各缸充氣均勻性，對整機性能均有非常大的影響。進氣歧管是形狀復雜的中空制品。它承受氣缸蓋燃燒室燃料燃燒傳遞的熱和振動。進氣歧管的設計也是大有學問的，為了引擎每一汽缸的燃燒狀況相同，每一缸的歧管長度和彎曲度都要盡可能的相同。由于引擎是由四個行程來完成運轉(zhuǎn)程序，所以引擎每一缸會以脈沖方式進氣，依據(jù)經(jīng)驗，較長的歧管適合低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，而較短的歧管則適合高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。所以有些車型會采用可變長度進氣歧管，或連續(xù)可變長度進氣歧管，使引擎在各轉(zhuǎn)速域都能發(fā)揮較佳的性能。
1.2 進氣歧管材料研究狀況、發(fā)展趨勢及成果
由于進氣歧管性能質(zhì)量的好壞，直接關系到發(fā)動機乃至整車性能，正因為這樣，進氣歧管質(zhì)量的提高，對發(fā)動機和汽車整體質(zhì)量的提高有著積極的意義。同時汽車的價格競爭很激烈，物美價量的汽車更能夠滿足用戶的要求。為了達到這些多元化的要求，發(fā)動機系統(tǒng)零部件的小型、輕量化、低成本就勢在必行。
目前，大量應用于進氣歧管的輕質(zhì)材料主要為鋁﹑鎂，其加工方法和工藝也比較成熟。而近年來，在輕量化技術的發(fā)展過程中，塑料也越來越受青睞，其用于進氣歧管已經(jīng)成為當今研究的熱點，并將成為未來的發(fā)展趨勢。國外在上個世紀80年代就已經(jīng)開始應用塑料制造進氣歧管，因此在這方面的技術十分成熟，并早已大量使用塑料進氣歧管取代傳統(tǒng)的合金進氣歧管。國內(nèi)僅有少數(shù)公司雖在研制塑料進氣歧管，但到目前為止尚不能進行大批量的生產(chǎn)，遠遠不能滿足國內(nèi)汽車生產(chǎn)廠的需要，因此國內(nèi)目前仍大量使用鋁﹑鎂合金進氣歧管，并不斷對其生產(chǎn)加工工藝不斷進行技術改進。國內(nèi)目前對進氣歧管工藝的研究多為它的鑄造工藝，對進氣歧管的機械加工工藝少有研究。
1.3 進氣歧管工藝編制與夾具設計的目的和意義
由于發(fā)動機進氣歧管的工藝編制與夾具設計的不透明性，所以本設計要依據(jù)車輛上其他相似零件的工藝規(guī)程，選擇相似的夾具對其進行改進，計算相關參數(shù)，確定夾緊裝置﹑夾緊力。
微型及普及型汽車在我國有很大市場，從0.9L到1.6L，價格適合我國國情,適合正在發(fā)展的中國的現(xiàn)況。進氣歧管是發(fā)動機重要零件之一，隨著現(xiàn)在設計加工制造技術的發(fā)展，進氣歧管的材料及加工手段等也在不斷發(fā)展，確定加工工藝與裝夾方案及設計，從而設計專門的夾具，提高定位準確度從而達到對進氣歧管加工工藝進一步更深了解。
該畢業(yè)設計可以加強常用工具AutoCAD和國內(nèi)外流行三維PRO/E軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產(chǎn)工藝設計、制造及應用的過程。
1.4 進氣歧管工藝編制與夾具設計的內(nèi)容
結合實物及簡圖對進氣歧管的進行三維建模，進行零件的常規(guī)工藝分析與確定加工藝方案；通過工藝方案的確定后進行、根據(jù)現(xiàn)有條件或當今流行加工機床技術進行機床選擇、制定加工方法、基準確定（包括粗基準、精加工基準等）和加工路線進行三維實體的工藝規(guī)程編制，同時根據(jù)國內(nèi)外先進加工技術進行對自己所編制的工藝進行改進分析、典型加工夾具的定位夾緊方案選擇及設計裝配圖。
第2章 零件的分析和工藝編制
2.1 零件的生產(chǎn)綱領及生產(chǎn)類型
生產(chǎn)綱領是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應當生產(chǎn)的汽車產(chǎn)品的產(chǎn)量和進度計劃。汽車產(chǎn)品和汽車零件的生產(chǎn)類型劃分為：單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)三種。汽車零件因零件結構特征、質(zhì)量及年產(chǎn)量不同，具有不同的生產(chǎn)類型。進氣歧管生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)，所以在制度工藝路線的時候應充分考慮其生產(chǎn)特點，制度合理的工業(yè)路線，選擇合理的機床，刀具，量具，檢具，以提高生產(chǎn)率，降低成本。
2.2 零件的功用
進氣歧管是發(fā)動機進氣系統(tǒng)最重要的部件，進氣系統(tǒng)決定著發(fā)動機的進氣效率和各缸充氣均勻性，對整機性能均有非常大的影響?？諝膺M入節(jié)氣門后，經(jīng)過進氣歧管緩沖后進入發(fā)動機。它承受氣缸蓋燃燒室燃料燃燒傳遞的熱和振動。
2.3 零件的工藝分析
進氣歧管的零件圖如圖2.1所示中規(guī)定了一系列技術要求：
1.以進氣歧管上下表面，及進氣歧管上表面附近的凸臺為加工表面。
包括：進氣歧管上下表面粗糙度為Ra=3.2,上下表面平面度為0.05，在進氣歧管上表面鉆孔4-M6深15孔深19，保證位置度0.4，鏜φ35的孔表面粗糙度為Ra=6.3，在進氣歧管上表面附近的凸臺上鉆φ4的通孔，在進氣歧管下表面鉆通3個φ8.5的孔5個φ9的孔，在其左右兩側分別攻螺紋分別是M8，和M6 ，在與進氣歧管下表面相接的凸臺上鉆孔并攻螺紋M6。
2.以進氣歧管主視圖上的凸臺為加工表面，加工各個凸臺表面對粗糙度有要求的凸臺Ra=3.2，在各個凸臺上鉆孔并攻螺紋分別為2個M8，2個M6，點的位置度為0.4，一個φ9的孔。
3. 加工進氣歧管零件左視圖左側各個凸臺，加工各個孔對其中的兩個攻螺紋M6，鉆一個φ10的孔。
圖2.1 進氣歧管結構
2.4 確定毛坯制造的形式
零件材料為ZL105，考慮到零件材料的綜合性能及材料成本和加工成本,保證零件工作的可靠,采用鑄造，鑄件內(nèi)表面的粗糙度可達6.3，滿足加工要求。由于屬于大批生產(chǎn)的水平，而且零件輪廓尺寸不大，故可以采用鑄造成型，這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮，也是應該的。
2.5 基準面的選擇
1、粗基準的選擇
粗基準的選擇有兩個出發(fā)點：一是保證各加工表面有足夠且均勻的加工余量；二是保證不同加工表面與加工表面間的相對尺寸和位置符合設計要求。粗基準的選擇可按照如下原則進行。
（1）盡可能選用精度要求高的主要表面作粗基準，這樣選擇粗基準可保證以后加工主要表面時有足夠且均勻的加工余量。
（2）用非加工表面作粗基準，這樣選擇粗基準可使非加工表面與加工表面間的位置誤差最小。
（3）選作為粗基準的表面，應盡量平整光潔，有一定面積，不能有飛邊、澆口、冒口或其他的缺陷，以使工件定位可靠、夾緊方便。
（4）粗基準在同一尺寸方向上應盡量避免重復使用。粗基準是毛坯表面，表面粗糙度值大、尺寸和形位誤差大。如果在同一尺寸方向上重復使用，就不能保證重復裝夾時的定位位置一致，定位誤差大。因此，粗基準在同一尺寸方向上一般只允許使用一次。
基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。
對于本零件而言，進氣歧管下平面是直接與發(fā)動機表面相接觸的部分，所以在鑄造時精度就相對會高于其他表面，由此以進氣歧管底面作為粗基準是完全合理的，符合粗基準的選擇原則。
2、精基準的選擇
選擇精基準時，考慮的重點是有利于保證工件的加工精度并使裝夾準確、牢固、方便。其選擇的原則有：
（1）基準重合原則：應盡可能選用設計基準或工序基準作為定位基準，這樣可避免基準不重合而產(chǎn)生的基準不重合誤差，即應遵循“基準重合”原則。如果加工的是最終工序，所選擇的定位基準應與設計基準重合；若是中間工序，應盡可能采用工序基準作為定位基準。
（2）互為基準原則：對于兩個有位置公差要求的表面，可以認為彼此互為設計基準。當加工位置公差要求很小的表面時，常采用此方法進行反復加工。
（3）基準統(tǒng)一原則：應盡可能采用同一組基準定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準統(tǒng)一的原則。遵循該原則有利于保證各表面間的位置公差，而且也減少了專用夾具種類。
（4）應保證工件的裝夾穩(wěn)定可靠，使夾具結構簡單、操作方便。
在這主要考慮基準重合問題，也要考慮經(jīng)濟性等。對于本零件，由于設計基準是以下表面孔的軸線與下表面的交點為基準，考慮到本零件所需加工的孔及平面大都分別位于進氣歧管左右兩側，而且若以進氣歧管下表面為精基準能夠使定位夾緊機構相對變得簡單，能夠大大的節(jié)約成本，所以以進氣歧管下表面為精基準能夠很好的符合精基準的選擇原則。
2.6 制定工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已經(jīng)確定為大批生產(chǎn)的條件下，考慮采用普通機床以及部分高效專用機床，配以專用夾具，多用通用刀具，萬能量具。部分采用專用刀具和專一量具。并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。進氣歧管機械加工工藝目錄如表2.1所示。
表2.1 進氣歧管工藝目錄
工序號
工序內(nèi)容
設備
10
粗銑進氣歧管上部平面
X53K立式銑床
20
鉆鉸進氣歧管上部平面上的兩個孔
Z535立式鉆床
30
粗銑進氣歧管下部平面
X53K立式銑床
40
鉸進氣歧管下部平面上的兩個孔
Z535立式鉆床
50
半精銑進氣歧管上部平面
X53K立式銑床
60
半精銑進氣歧管下部平面
X53K立式銑床
70
鏜削上部平面的孔
T618臥式鏜床
80
鉆上部另兩個孔，對四個孔鉸削攻螺紋
Z535立式鉆床
90
鉆通進氣歧管上部平面附近的凸臺
Z535立式鉆床
100
鉆鉸進氣歧管頂部的孔，攻螺紋
Z535立式鉆床
110
鉆鉸下部平面上的孔，攻螺紋
Z535立式鉆床
120
鉆進氣歧管個通道上的階梯孔
Z535立式鉆床
130
鉆鉸與下平面相接凸臺的孔并攻螺紋
Z535立式鉆床
140
粗銑進氣歧管零件圖主視圖上的凸臺
X53K立式銑床
150
鉆削主視圖上各凸臺的孔并攻螺紋
Z535立式鉆床
160
粗鏜半精鏜左視圖上的孔
T618臥式鏜床
170
銑進氣歧管零件左視圖左側凸臺
X53K立式銑床
180
對零件左視圖左側凸臺鉆孔并攻螺紋
Z535立式鉆床
190
最終檢驗
2.7 典型工序機械加工余量確定
1、加工余量的確定
加工余量的確定方法有分析計算法、查表—修正法、經(jīng)驗估計法，此設計采用查表—修正法，確定加工余量時查《機械加工手冊》，然后再結合實際加工情況修正其加工余量數(shù)值。
2、公差的確定
根據(jù)公式：
(2.1)
式中 —工序余量公差；
—最大工序余量；
—最小工序余量。
（1） 粗銑進氣歧管上部平面
表2.2 工序尺寸表
工序名稱
工序余量（mm）
公差等級
粗糙度（μm）
尺寸公差（mm）
粗銑上平面
2
IT8
（2） 半精銑進氣歧管上部平面
表2.3 工序尺寸表
工序名稱
工序余量（mm）
公差等級
粗糙度（μm）
尺寸公差（mm）
半精銑上平面
1
IT7
（3） 鉆削、鉸削進氣歧管上平面上2-φ5.2的孔
表2.4 工序尺寸表
工序名稱
工序余量（mm）
公差等級
粗糙度（μm）
尺寸公差（mm）
鉆上平面的孔
0.1
IT8
鉸上平面的孔
0.1
IT7
（4） 粗銑進氣歧管下部平面
表2.5 工序尺寸表
工序名稱
工序余量（mm）
公差等級
粗糙度（μm）
尺寸公差（mm）
粗銑下平面
2
IT8
（5） 半精銑進氣歧管下部平面
表2.6 工序尺寸表
工序名稱
工序余量（mm）
公差等級
粗糙度（μm）
尺寸公差（mm）
半精銑下平面
1
IT7
（6） 鉆削歧管上φ10﹑φ16﹑φ18的孔
表2.7 工序尺寸表
工序名稱
工序余量（mm）
公差等級
粗糙度（μm）
尺寸公差（mm）
鉆φ10
10
IT12
鉆φ16
16
IT12
鉆φ18
18
IT12
（7） 粗鏜半精鏜進氣歧管左視圖上的兩個孔
表2.8 工序尺寸表
工序名稱
工序余量（mm）
公差等級
粗糙度（μm）
尺寸公差（mm）
粗鏜兩個孔
2.5
IT12
半精鏜兩個孔
1.5
IT8
2.8 選擇加工設備
2.8.1選擇機床
專用夾具是為零件的某一道工序加工而設計制造的，在產(chǎn)品相對穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中使用；專用夾具可以保證加工精度，提高生產(chǎn)率，減輕工人勞動強度，擴大機床的工藝范圍，本次設計為了突顯以上幾點，所以選用的機床比較單一。
⑴ 工序10、工序30、工序50、工序60、工序140、工序170是銑削平面，所以選擇X52K型銑床加工。
⑵ 工序20、工序40 、工序80、工序90、工序100、工序110、工序120、工序130、工序150、工序180包含鉆削孔及攻螺紋，所以選擇Z535型鉆床。
⑶ 工序70、工序160 是鏜孔，所以選用臥式T618型鏜床。
2.8.2選擇刀具
刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學惰性，良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等)，并不易變形。刀具選擇的合理與否會直接影響到加工質(zhì)量，所以選擇刀具要謹慎。
⑴在銑床上和鏜床上，選用硬質(zhì)合金刀，選用YT類硬質(zhì)合金，選用YT15，YT5。
⑵ 鉆床上，可以選擇麻花鉆加工。
2.8.3選擇夾具
本零件由銑平面、鏜孔、攻螺紋等工序組成，由于零件的較復雜，所以每道工序均需要采用專用夾具，我針對典型的兩道工序在設計過程中設計兩套專用夾具，以滿足加工過程中加工的要求，其它工序的夾具可在此基礎上作少量改動，便可應對工序的加工。
2.9典型工序的切削用量和基本工時
2.9.1工序10、30切削用量和基本時間
工序10、30粗銑進氣歧管上下部平面
機床： X53K立式銑床。
刀具 硬質(zhì)合金直齒三面刃盤銑刀 材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2 mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻《切削用量簡明手冊》表3.3取銑削速度：參照參考文獻《機械加工工藝師手冊》表30—34，取。
機床主軸轉(zhuǎn)速： （2.2）
式中 V—銑削速度；
d—刀具直徑。
由式2.1機床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-36 n=475 r/min
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
粗銑上平面的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為2
機動時間：
根據(jù)參考文獻《機械加工工藝師手冊》表2.5-45可查得銑削的輔助
總工時為t=1.42min
粗銑下平面的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為2
機動時間：
根據(jù)參考文獻《機械加工工藝師手冊》表2.5-45可查得銑削的輔助時間
銑下平面的總工時為：t=2.28 min
2.9.2工序50 、60 切削用量和工時
工序50、60 半精銑進氣歧管上下部平面
機床： X53K立式銑床。
刀具 硬質(zhì)合金直齒三面刃盤銑刀 材料：，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻《切削用量簡明手冊》表3.3取取
銑削速度：參照參考文獻《機械加工工藝師手冊》表30—31，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.2）有：
按照參考文獻《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-36 n=600 r/min
實際銑削速度：
進給量有：
工作臺每分進給量：
半精銑上平面的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為2
機動時間：
根據(jù)參考文獻《機械加工工藝師手冊》表2.5-45可查得銑削的輔助時間
半銑上平面的總工時為：t=1.64min
半精銑下平面的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知mm
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為2
機動時間： min
根據(jù)參考文獻《機械加工工藝師手冊》表2.5-45可查得銑削的輔助時間
半銑下平面的總工時為：t=2.34 min
2.9.3工序20 切削用量和工時
工序20 鉆鉸進氣歧管上部平面上的兩個孔Φ5.2，孔深19
機床：Z535立式鉆床
孔的直徑為4mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ5.1，選用Φ5.1的高速鋼麻花鉆頭。
進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7進給量取切削速度：參照參考文獻《切削用量簡明手冊》表2.15，取機床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-15，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻《機械加工工藝師手冊》表2.5-41，可查得鉆削的輔助時間min
總工時為：t=2+=2.63min
鉸Φ5.2孔
⑴ 選擇刀具和機床
查閱《切削用量簡明手冊》，選擇d=5.2mm
的H10級高速鋼錐柄機用鉸刀，GB1133-84。機床選擇立式鉆床Z535。
⑵ 選擇切削用量
①進給量f
查閱《切削用量簡明手冊》表2.11及表2.24，并根據(jù)機床說明書取f=0.4~0.5/r，所以取f=0.5/r
②切削速度v
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.25，取v=1.6m/min。
根據(jù)立式鉆床Z535機床說明書選取：n=68r/min，所以，
④計算基本工時
，式中，L=l+y+△，l=19，查《切削用量簡明手冊》表2.29，y+△=2，所以，L=19+2=21。
2.9.4工序70 切削用量和工時
粗鏜Φ32孔
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度： ，孔徑。
進給量：根據(jù)參考文獻，切削深度為。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻《機械加工工藝師手冊》表2.4-9取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻取in
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
查參考文獻輔助時間為：2.61min
半精鏜下端孔Φ35
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻，切削深度為=1.5mm。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取in
實際切削速度，：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
該工序總機動工時
根據(jù)參考文獻《機械加工工藝師手冊》，表2.5-37工步輔助時間為：1.86min
該工序總機動工時 t=4.62min
2.9.5工序100 切削用量和工時
工序100 鉆進氣歧管頂部的孔，并對其攻螺紋M6深15孔19
機床：Z535立式鉆床
孔的直徑為4mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ5.1，選用Φ5.1的高速鋼麻花鉆頭。
進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7進給量取切削速度：參照參考文獻《切削用量簡明手冊》表2.15，取機床主軸轉(zhuǎn)速：
r∕min，
取實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻《機械加工工藝師手冊》表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
總工時為：t=+=1.91min
鉸Φ5.2孔
⑴ 選擇刀具和機床
查閱《切削用量簡明手冊》，選擇d=5.2mm
的H10級高速鋼錐柄機用鉸刀，GB1133-84。機床選擇立式鉆床Z535。
⑵ 選擇切削用量
①進給量f
查閱《切削用量簡明手冊》表2.11及表2.24，并根據(jù)機床說明書取f=0.4~0.5/r，所以取f=0.5/r
②切削速度v
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.25，取v=1.6m/min。
根據(jù)立式鉆床Z535機床說明書選取：n=68r/min，所以，
④計算基本工時
t=，式中，L=l+y+△，l=19，查《切削用量簡明手冊》表2.29，y+△=2，所以，L=19+2=21。
機床：Z535立式鉆床
刀具：細柄機用絲錐（）
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-105，取
由式（2.2）機床主軸轉(zhuǎn)速：
錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得攻螺紋的輔助時間
總工時為：t=++=2.04min
2.10 本章小結
本章對零件的工藝性作了分析，確定了毛坯的的制造形式，選擇了基準面，制定了零件機械加工的工藝路線，選擇了加工設備，計算了典型工序的切削用量和工時，為后續(xù)夾具設計做了準備。
第3章 二維夾具的設計
3.1機床夾具及其設計理論
3.1.1機床夾具
夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。在金屬切削機床上使用的夾具統(tǒng)稱為機床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，故機床夾具設計在企業(yè)的產(chǎn)品設計和制造以及生產(chǎn)技術準備中占有極其重要的地位。機床夾具設計是一項重要的技術工作。
3.1.2夾具設計的基礎理論
一個好的機床夾具，首先要保證能加工出合格的產(chǎn)品。為此，所設計的夾具首先應滿足以下兩項要求：
(1)在未受外力作用時，加工件對刀具和機床應保持正確的位置，即加工件應有正確的定位。(2)在加工過程中，作用于加工件上的各種外力，不應當破壞加工件原有的正確定位即對加工件應有正確的夾緊。
3.13定位原理
在機械加工中，我們要求加工出來的表面．對加工件的其它表面保持規(guī)定的位置尺寸。因為加工表面是由切削刀具和機床的綜合運動所造成，所以在加工時，必須使加工件上的規(guī)定表面(線、點)對刀具和機床保持正確的位置才能加工出合格的產(chǎn)品。
⑴ 定位原理
把加工件上的規(guī)定表面(線、點)與夾具上的規(guī)定表面(線、點)相互靠住的這一措施，叫做夾工件在夾具中的定位。該加工件上的這種規(guī)定表面(線、點)稱為定位基準。
⑵ 定位基本原理在夾具設計中的應用
自由物體定位的基本原理：自由的物體，它對三個互相垂直的坐標面來說，有六種活動的可能性，其中三種是移動，三種是轉(zhuǎn)動，習慣上，我們把這種活動的可能性稱為自由度。當物體的六個自由度被完全限制后，該物體在空間的位置也就完全確定了，所以定位就是限制自由度；在夾具中限制加工件的自由度在夾具中，使加工件的規(guī)定表面與定位元件接觸，就能限制自由度。定位元件所能限制的自由度數(shù)與定位元件的形式、數(shù)量及布置情況有關；夾具中的超定位如果兩種定位元件均能限制加工件的同一個自由度時，就發(fā)生了超定位，超定位能產(chǎn)生一些不良后果。如使定位不穩(wěn)定，降低了定位精度；因加工件定位基準間的誤差，使加工件裝不進夾具等。在設計中應盡量避免超定位。
3.1.4 夾緊原理
在生產(chǎn)實踐中，盡管定位方式是合理的，但由于夾緊狀態(tài)不良(即夾緊力的大小、方向、作用點和支承的位置選擇不當)可能出現(xiàn)如下問題：①加工件飛出夾具，打壞刀具，造成安全事故；②加工出來的位置尺寸不準確；③ 加工表面產(chǎn)生形位公差(如不平度、不垂直度)；① 加工表面粗糙度高等。因此，當加工件正確定位后．還需要獲得良好的夾緊狀態(tài)。使加工件獲得良好的夾緊狀態(tài)的措施，叫做正確的夾緊。
加工件的正確夾緊原則
1.在夾緊過程中，如何克服重力的影響，把加工件壓回正確位置，是正確夾緊原則之一。所以在考慮定位方案及設置定位支承時，應盡可能使支承反力與重力不構成力偶，使加工件重心位于支承范圍內(nèi)。
2.在夾緊過程中，如何使已獲得正確定位的加工件不脫離正確位置，是正確夾緊原則之二。所以，在制定夾緊方案時，應盡可能避免夾緊力與支承反力構成力偶。
3.在夾緊過程中，如何使加工件不產(chǎn)生超出允許范圍的變形，是正確夾緊原則之三。所以在制定夾緊方案時，對于剛性較差的加工件，應盡可能避免產(chǎn)生或應盡可能減小由夾緊力產(chǎn)生的彎曲力矩。
4.在切削過程中，如何避免加工件發(fā)生不能允許的振動，是正確夾緊原則之四。所以，在制定夾緊方案時，對于剛性較差的加工件，應盡可能避免產(chǎn)生或應盡可能減小由切削力產(chǎn)生并作用于加工件上的彎曲力矩。
5.如何使平衡切削力所需要的夾緊力最小，是正確夾緊原則之五。所以，在制定夾緊方案時，切削力最好由支承反力平衡，而盡可能避免用夾緊力及由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力平衡。
3.2銑削零件上平面的夾具設計
3.2.1問題的提出及定位方案的確定
本夾具用來銑削進氣歧管上平面，我們要滿足一些基本要求：應有足夠的強度和剛度，結構簡單具有良好的工藝性，尺寸穩(wěn)定和便于排屑等。
本套夾具采用一面兩銷式定位，其中兩銷一個為圓柱銷，另一個為菱形銷，這樣選擇是為了避免過定位的發(fā)生。
3.2.2 夾具體的組成
銑床夾具用對刀塊引導刀具進行加工，有利于保證被加工平面對其定位基準尺寸精度和位置精度，并可顯著提高勞動生產(chǎn)率。本套夾具的對刀塊是在直角對刀塊的基礎做的改進。
銑床夾具的主要由對刀塊、底板、螺旋夾緊機構、定位板、輔助支撐等組成。
在加工頂部平面時，由于零件較長，剛性就會相對較差，故需采用輔助支撐，保證平面的加工精度。由于零件距底板的距離較小，且考慮到工時的問題，本套夾具的輔助支撐選擇彈簧式自動調(diào)整式輔助支撐，且其中各零件均采用采用非標準件。輔助支撐的結構如圖3.1。
1—支撐；2—襯套；3—擋塊；4—彈簧；5—螺塞
圖3.1 輔助支撐裝置
鎖止機構：鎖止機構是本套銑床夾具的特殊元件，其作用是使翻版機構位置固定，以保證加工精度，考慮到本套夾具要經(jīng)常的反轉(zhuǎn)，所以本套夾具的鎖止機構采用手拉式定位器。定位銷與導套之間的配合采用間隙配合，襯套與定位銷的配合采用過盈配合。鎖止機構的結構簡圖如圖3. 2示。
1—襯套；2—定位銷；3—導套；4—螺釘；5—彈簧；6—定位銷；5—把手
圖3.2 鎖止機構
3.2.3夾緊力的確定
計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。本工序在銑削加工過程中切削力主要考慮圓周切削力。為保證夾緊可靠，應將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時所需要的夾緊力。圓周力的計算式為查《切削用量簡明手冊》表3.28得,該公式在銑削鋁合金時，圓周力乘系數(shù)0.25，夾緊力在此基礎上乘安全系數(shù)K，查《機床夾具設計手冊》表1-2-1得K=2.691，因此實際夾緊力F=475×2.691=1278.225N
用扳手的六角螺母的夾緊力：M=12mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=70N，夾緊力：W=5380N，遠大于理論計算夾緊力，所以夾緊機構合理。
3.2.4定位誤差分析
對于進氣歧管距底面的距離107.80.04的要求，以底面及其上的孔為定位基準，雖屬“基準重合”，無基準不重合誤差，但由于定位面與定位間存在間隙，故存在基準位移誤差，其值為：
ΔDw=δD+δd+Δmin
=0.005+0.008+0
=0.013mm
ΔDw－－剖分面的定位誤差
δD――工件的公差
δd――定位銷的直徑公差
Δmin――孔和銷的最小保證間隙
3.2.5 繪制夾具體
當上述各種元件的結構和布置確定之后，也就基本上決定了夾具體和夾具整體結構的型式。
繪圖時先用雙點劃線（細線）繪出工件，然后在各個定位面繪制出定位元件和夾緊機構，就形成了夾具體。并按要求標注夾具有關的尺寸、公差和技術要求
3.3鉆削頂孔的夾具設計
3.3.1 問題的提出及定位方案的確定
本夾具用來加工進氣歧管頂部的孔，我們要滿足一些基本要求：應有足夠的強度和剛度，結構簡單具有良好的工藝性，尺寸穩(wěn)定和便于排屑等。
本套夾具是在銑削夾具的基礎上做的改進，因此定位方案不變，仍采用一面兩銷式定位，其中兩銷一個為圓柱銷，另一個為菱形銷，這樣選擇是為了避免過定位的發(fā)生。
3.3.2 夾具體的組成
鉆床夾具的主要由鉆套、底板、螺旋夾緊機構、襯套、輔助支撐等組成。
本套夾具為了節(jié)約成本，所以選用可換鉆套，鉆完小孔后，可將螺釘旋出取下鉆套換上大一點的鉆套。零件如圖3.3
1—螺釘；2—鉆套；3—襯套；
圖3.3.鎖止機構
3.3.3夾緊力的確定
計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。本工序在銑削加工過程中切削力主要考慮軸向力。為保證夾緊可靠，應將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時所需要的夾緊力。圓周力的計算式為查《機械加工工藝師手冊》表28-6得,夾緊力在此基礎上乘安全系數(shù)K，查《機床夾具設計手冊》表1-2-1得K=2.215，因此實際夾緊力F=1235.32×2.215=2736.23N
用扳手的六角螺母的夾緊力：M=12mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=70N，夾緊力：W=5380N，遠大于理論計算夾緊力，所以夾緊機構合理。
3.3.4定位誤差分析
由于本套夾具是在銑削夾具的基礎上做的改進，定位關系沒有改變，屬于“基準重合”，無基準不重合誤差，但由于定位面與定位間存在間隙，故存在基準位移誤差，其值為：
ΔDw=δD+δd+Δmin
=0.005+0.08+0
=0.013mm
ΔDw－－定位誤差
δD――工件的公差
δd――定位銷的直徑公差
Δmin――孔和銷的最小保證間隙
3.3.5 繪制夾具體
當上述各種元件的結構和布置確定之后，也就基本上決定了夾具體和夾具整體結構的型式。
繪圖時先用雙點劃線（細線）繪出工件，然后在各個定位面繪制出定位元件和夾緊機構，就形成了夾具體。并按要求標注夾具有關的尺寸、公差和技術要求。
3.4 本章小結
本章介紹了機床夾具及其設計理論，計算了相關夾具的夾緊力，對定位誤差作了簡要的分析。
第4章 三維ProE進氣歧管及夾具體設計
4.1 ProE的特點及優(yōu)勢
Pro/E是美國PTC公司旗下的產(chǎn)品Pro/Engineer軟件的簡稱。Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數(shù)技術公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。
經(jīng)過20多年不斷的創(chuàng)新和完善，pore現(xiàn)在已經(jīng)是三維建模軟件領域的領頭羊之一，它具有如下特點和優(yōu)勢：
參數(shù)化設計和特征功能 Pro/Engineer是采用參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。
單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何 一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。
例如，一旦工程詳圖有改變，NC工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結構與工程設計的完整的結合，使得一件產(chǎn)品的設計結合起來。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。
全相關性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。
基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。
裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領域獨特的特征。通過給這些特征設置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進行多次設計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。
數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨特的全相關性功能，因而使之成為可能。
裝配管理：Pro/ENGINEER的基本結構能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。
易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習和使用。
4.2 進氣歧管三維建模
進氣歧管建模是發(fā)動機各零件建模中，難度僅次于殼體的一類零件，幾乎用到ProE全部的功能，因此此次建模的難度不言而喻 。
進氣歧管結構復雜，其中空間曲面及各處拐點是建模中難度最大的，由于本次采用的零件圖是工廠初稿，出于對產(chǎn)品保密的需要，其中有很多關鍵的尺寸沒有反應到零件圖中，以致各處曲面及管路的交界面無法確定，這就為本次建模增加了難度。為此，此次建模要建立多重基面，因此建模要分層進行，我將此次建模分為三個過程。首先，建立與發(fā)動機相接觸的部分的三維模型，因為該部分是零件的設計基準，所以它的建模很重要。其次，是進氣歧管上部的復雜型腔，該部分由復雜的空間曲面組成，在建模過程中難度一般。最后，建立四個管路的空間模型，該部分雖然看似簡單，但實為進氣歧管建模中難度最大的一部分，由于進氣歧管為控件多義管，在空間上由不同方向的管路相交而成，所以就存在交接處的處理問題，由于進氣歧管在空間上各個截面是存在變化的，做發(fā)動機進氣歧管管道時,怎么控制管道截面積的變化,如何確定一個掃描線和管道截面積的方程,這都是要考慮的。進氣歧管三維零件如圖4.1
圖4.1進氣歧管零件三維圖
4.3 進氣歧管夾具的三維建模
4.3.1 銑削平面三維夾具設計
銑削平面的夾具是翻板式夾具，主要由底板、可翻轉(zhuǎn)式定位板、壓板定位銷等組成。
夾具體的建模：由于本套夾具采用一面兩銷式定位，所以建模時首先建立底板的三維模型，其次是定位板及其附屬件，最后是底板及其附屬的零部件。夾具體三維裝配圖如圖4.2
圖4.2銑削夾具裝配圖
4.3.2 鉆削頂孔三維夾具設計
鉆削夾具是在銑削夾具的基礎上的改進而成的，因為翻板式夾具加工精度要求較高，而且造價相對其它夾具都要高出許多，所以本套夾具去掉了翻版機構，大大降低了生產(chǎn)成本。
夾具體的建模：本套夾具主體全部采用鑄造結構，所以建模相對簡單。首先建立主體三維模型，其次建立定位夾緊機構的三維模型。夾具體三維裝配圖如圖4.3
圖4.3鉆削夾具裝配圖
4.4 本章小結
本章對ProE三維建模的優(yōu)勢及特點作了簡要的介紹，對兩套夾具的特點作了分析，簡要的說明了進氣歧管建模過程和兩套夾具的建模過程。
結 論
在本次畢業(yè)設計中，主要完成了進氣歧管的ProE三維建模，夾具總裝的三維建模，零件機械加工的工藝編制及典型工序的夾具設計。由于本次設計的項目在國內(nèi)外都是成熟的技術，這次設計的目的是為了了解設計的方法、設計過程以及一些設計理念。
本次設計以DA465發(fā)動機的進氣歧管建模及夾具設計為題。在ProE三維建模過程中，應用到了大學所學，并進一步的拓展了知識面，接觸到了軟件更深層次的內(nèi)容。在夾具的設計過程中，體會到了從無到有的喜悅，本次設計的夾具，只需對夾具體做少量改動就可用于金屬類進氣歧管的定位及裝夾，使得它的通用性變強，真正實現(xiàn)了擴大加工范圍，提高生產(chǎn)效率的目的。
但此設計過程仍有許多不足，本設計還可以通過一些仿真軟件進行仿真分析，但是，由于時間有限，還未能實現(xiàn)，另外，在某些方面，做得還不夠仔細，懇請各位老師同學給予批評指正。
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致 謝
在本次四個多月的設計過程中，使我深刻體會