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工藝方案是工藝準(zhǔn)備工作的總綱，是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)和關(guān)鍵工藝裝備設(shè)計(jì)的指導(dǎo)文件。正確的工藝方案設(shè)計(jì)，有助于系統(tǒng)地運(yùn)用新的科學(xué)技術(shù)成果和先進(jìn)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，提高工藝技術(shù)和工藝管理水平。 2.1 工藝方案設(shè)計(jì)的原則 設(shè)計(jì)工藝方案應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，充分考慮生產(chǎn)周期、成本和環(huán)境保護(hù)；根據(jù)本企業(yè)能力，積極采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的工藝技術(shù)和裝備，不斷提高企業(yè)工藝水平。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則: (1) 加工設(shè)備選型原則 加工設(shè)備選型采用剛?cè)峤Y(jié)合的原則，加工設(shè)各以臥式加工中心為主，少量工序采用立式加工中心，關(guān)鍵工序一曲軸孔、缸孔、平衡軸孔加工采用高精度高速臥式加工中心，非關(guān)鍵工藝一上下前后四個(gè)平面的粗銑采用高效并有一定調(diào)整范圍的專用機(jī)床加工； (2) 集中工序原則 關(guān)鍵工序一機(jī)體缸孔、曲軸孔、平衡軸孔的精加工及缸蓋結(jié)合面的精銑，采用集中在一道工序一次裝夾完成全部加工內(nèi)容的方案，以確保產(chǎn)品精度滿足缸體關(guān)鍵品質(zhì)的工藝能力和有關(guān)技術(shù)要求； (3) 全部夾具均采用液壓夾具，夾緊元件、液壓泵及液壓控制元件采用德國(guó)或美國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)可靠元器件； (4) 整線全部采用濕式加工，采用單機(jī)獨(dú)立排屑，高精度關(guān)鍵加工工序的臥式加工中心采用恒溫冷卻并加裝高精度高壓雙回路帶旁通精過(guò)濾系統(tǒng)，加工中心全部帶有高壓內(nèi)冷。 根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的工藝特點(diǎn)和生產(chǎn)任務(wù)要求，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)械加工自動(dòng)生產(chǎn)線由臥式加工中心CWK500和CWK500D加工中心、專用銑/鏜床、立式加工中心matec-30L等設(shè)備組成。 (1) 頂?shù)酌婕巴呱w止口面粗銑組合機(jī)床 本機(jī)床為雙面臥式專用銑床，采用移動(dòng)工作臺(tái)帶動(dòng)工件，機(jī)床采用進(jìn)口西門子S7-200PLC系統(tǒng)控制，機(jī)床設(shè)獨(dú)立電控柜，切削過(guò)程自動(dòng)化完成，有自動(dòng)和調(diào)整兩種狀態(tài)； (2) 高速臥式加工中心CWK500 該加工中心可實(shí)現(xiàn)最大流量的濕加工，但由于設(shè)備自動(dòng)排屑處理系統(tǒng)是通過(guò)位于托盤下的內(nèi)置寬式排屑器而完成，該加工中心可以進(jìn)行干加工；機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速6000r/min，快速進(jìn)給速度38m/min； (3) 前后端面粗銑組合機(jī)床 機(jī)床采用液壓傳動(dòng)；控制系統(tǒng)采用進(jìn)口西門子S7-200PLC系統(tǒng)控制，機(jī)床具有一定的柔性； (4) 專用機(jī)床TXK1500 本機(jī)床由立式加工中心改造而成型，具備立式加工中心的特點(diǎn)及性能，該機(jī)床具有高強(qiáng)度、高耐磨度、高穩(wěn)定性、高精度、高配置等優(yōu)點(diǎn)； (5) 高速立式加工中心matec-30L 該加工中心主軸最高轉(zhuǎn)速9000r/min?？刂葡到y(tǒng)采用西門子公司SINUMERIK840D控制系統(tǒng)； (6) 高速臥式加工中心CWK500D 主軸最高轉(zhuǎn)速15000r/min。 2.2 工藝方案設(shè)計(jì)的依據(jù) 影響發(fā)動(dòng)機(jī)缸體零件的工藝方案設(shè)計(jì)因素是多方面的。具體地說(shuō)，可以從以下幾個(gè)方面理解。 (1) 產(chǎn)品對(duì)象、產(chǎn)品圖樣和有關(guān)技術(shù)文件根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的復(fù)雜程度、精度要求等采取相應(yīng)的工藝措施。生產(chǎn)對(duì)象為四缸汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體； (2) 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)性質(zhì)和生產(chǎn)類型該發(fā)動(dòng)機(jī)缸體年生產(chǎn)綱領(lǐng)為40000萬(wàn)件； (3) 工作制度設(shè)備年有效工作日為320天，平均設(shè)備負(fù)荷率為80%,兩班制，16小時(shí)/天。 3．發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，尺寸較大，是薄壁零件，有若干精度要求較高的平面和孔。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)械加工的工藝特點(diǎn)是:主要是平面和孔的加工，加工平面一般采用刨、銑削等方法加工，加工孔主要采用鏜削，加工小孔多用鉆削。由于缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此如何保證各表面的相互位置精度是加工中的一個(gè)重要問(wèn)題。 3.1 毛坯的選擇 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體采用的材料一般是灰鑄鐵HT150、HT200、HT250，也有采用鑄鋁或鋼板的，此發(fā)動(dòng)機(jī)缸體采用高強(qiáng)度合金鑄鐵。缸體在加工前進(jìn)行時(shí)效處理，以消除鑄件內(nèi)應(yīng)力和改善毛坯的力學(xué)性能。 提高毛坯精度，減少加工余量，是提高自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)生產(chǎn)率及加工質(zhì)量的重要措施。由于國(guó)外箱體類零件毛坯質(zhì)量和精度較高，其生產(chǎn)線系統(tǒng)己實(shí)現(xiàn)了毛坯直接上線，既省去了毛坯檢查裝置，也節(jié)省了由于毛坯質(zhì)量問(wèn)題而浪費(fèi)的加工工時(shí)，提高了綜合效益。因此，精化毛坯是提高生產(chǎn)率最有潛力的出路。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體生產(chǎn)線，可在零件上線前粗銑六個(gè)面，去除大部分余量，便于零件直接上線。 3.2 機(jī)械加工工藝基準(zhǔn)的選擇與加工 選擇合理的加工工藝基準(zhǔn)，直接關(guān)系到能否保證零件的加工質(zhì)量。一般地說(shuō)，工藝基準(zhǔn)可分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。 (1) 粗基準(zhǔn)對(duì)于上線的毛坯，其粗基準(zhǔn)的選擇尤為重要，如果粗基準(zhǔn)選擇不合理，會(huì)使加工余量分布不均勻，加工面偏移，造成廢品。在缸體生產(chǎn)線中，我們采用側(cè)面為粗基準(zhǔn)； (2) 精基準(zhǔn)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體這種箱體零件來(lái)說(shuō)，一般采用“一面兩銷”為全線的統(tǒng)一基準(zhǔn)。對(duì)于較長(zhǎng)的自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)，由于定位銷孔在使用過(guò)程中的磨損造成定位不準(zhǔn)確，因此，將定位銷孔分為2-3段使用。在缸體定位銷孔的加工中，我們采用了以側(cè)面、底面和主軸孔定位，在加工中心上加工。 3.3 機(jī)械加工加工階段的劃分和工序的安排 一個(gè)零件往往有許多表面需要加工，當(dāng)然表面的加工精度是不同的。加工精度較高的表面，往往要經(jīng)過(guò)多次加工；而對(duì)于加工精度低的表面，只需要經(jīng)過(guò)一兩次就行了。因此，擬訂工藝順序時(shí)，要抓住“加工精度高的表面”這個(gè)矛盾，合理安排工序和合理劃分加工階段。安排工藝順序的原則是:先粗后精，先面后孔，先基準(zhǔn)后其它。在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的機(jī)械加工中，同樣應(yīng)遵循這一原則。 (1) 粗加工階段 在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的機(jī)械加工過(guò)程中，安排粗加工工序，對(duì)毛坯全面進(jìn)行粗加工，切去大部分余量，以保證生產(chǎn)效率； (2) 半精加工階段 在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的機(jī)械加工中，為了保證一些重要表面的加工精度，安排一些半精加工工序，將精度和表面粗糙度要求中等的一些表面加工完成，而對(duì)要求高的表面進(jìn)行半精加工，為以后的精加工做準(zhǔn)備； (3) 精加工階段 對(duì)精度和表面粗糙度要求高的表面進(jìn)行加工； (4) 次要小表面的加工 如螺紋孔，可以在精加工主要表面后進(jìn)行，一方面加工時(shí)對(duì)工件變形影響不大，同時(shí)廢品率也降低；另外，如果主要表面出廢品后，這些小表面就不必再加工了，從而避免浪費(fèi)工時(shí)。但是，如果小表面的加工很容易碰傷主要表面時(shí)，就應(yīng)該把小表面加工放在主要表面的精加工之前； (5) 輔助工序也要妥善安排 如檢驗(yàn)工序，在零件粗加工階段之后，關(guān)鍵工序加工前后，零件全部加工完畢后，都要適當(dāng)安排。 對(duì)加工階段進(jìn)行劃分，具有以下好處:首先，可以在粗加工后采取措施消除工件內(nèi)應(yīng)力，保證精度；其次，精加工放在后面，不至于在運(yùn)輸過(guò)程中損壞工件己加工表面；再次，先粗加工各面，可以及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并及時(shí)處理，不會(huì)浪費(fèi)工時(shí)。不過(guò)對(duì)于一般小工件就不要分得很細(xì)。 3.4 缸體的主要加工表面和輔助工序 缸體主要加工表面和輔助工序有: (1) 平面加工 目前，銑削是發(fā)動(dòng)機(jī)缸體平面加工的主要手段，國(guó)內(nèi)銑削進(jìn)給量一般為300-400mm/min，與國(guó)外銑削進(jìn)給量2000-4000mm/min相比，相差甚遠(yuǎn)，有待于提高，因此，提高銑削進(jìn)給量，縮短輔助時(shí)間，是提高生產(chǎn)效率的主要途徑，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體精加工一些平面時(shí)的銑削進(jìn)給量達(dá)到2399 mm /min，大大提高了效率； 頂面的銑削是缸體加工中的一個(gè)關(guān)鍵工序，其平面度要求為0.02/145mm，表面粗糙度為Ra1.6um。在缸體的加工中，采用側(cè)面和主軸軸承孔定位，頂面、底面和中間瓦蓋止口面同時(shí)加工，在加工中采用線外對(duì)刀裝置，能較好地滿足發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工精度要求； (2) 一般孔系的加工 一般孔系的加工仍采用傳統(tǒng)的鉆、擴(kuò)、鏜、鉸、攻絲等工藝方法。課題在設(shè)計(jì)具體的工藝方案時(shí)，采用涂層刀具、內(nèi)冷卻刀具等先進(jìn)刀具，并采用大流量冷卻系統(tǒng)，大大提高了切削速度，提高了生產(chǎn)率； (3) 深油孔加工 傳統(tǒng)的加工方法是采用麻花鉆進(jìn)行分級(jí)進(jìn)給，其生產(chǎn)效率低，加工質(zhì)量差。在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體深油孔的加工中，采用槍鉆工藝； (4) 三軸孔的加工 三軸孔的加工為缸體孔系加工中精度要求高，工時(shí)長(zhǎng)的限制性工序。因此，工序安排、加工方法、刀具等都應(yīng)特別注意。合蓋前加工，即缸體半圓孔和主軸承蓋的荒加工，其主要目的是去除毛坯余量、釋放應(yīng)力，為后序加工做準(zhǔn)備；在加工中心上加工曲軸孔時(shí)，采用雙面鏜孔，先在曲軸孔一端鏜孔到1/2長(zhǎng)度時(shí)，然后工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180度，從另外一端再鏜另一1/2長(zhǎng)。 (5) 缸孔的加工 缸孔的加工是缸體機(jī)械加工中的關(guān)鍵工序之一，一般情況下，其加工工藝過(guò)程為粗鏜、半精鏜、精鏜和珩磨。為及早發(fā)現(xiàn)缸孔內(nèi)壁的鑄造缺陷，消除應(yīng)力，應(yīng)盡量提前粗鏜缸孔；由于缸孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，需采用珩磨工藝，以提高缸孔表面質(zhì)量。在大批量生產(chǎn)中，缸孔的珩磨一般采用多軸珩磨機(jī)或珩磨自動(dòng)線。在此我們采用珩磨自動(dòng)線，由粗珩.精珩和檢測(cè)三臺(tái)設(shè)備組成； (6) 清洗 清洗分為濕式清洗和干式清洗。缸體機(jī)械加工自動(dòng)生產(chǎn)線采用大流量濕式清洗； (7) 檢測(cè) 檢測(cè)分在線檢測(cè)和線外檢測(cè)兩種。在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的質(zhì)量檢測(cè)中，根據(jù)實(shí)際情況采用線外檢測(cè)，主要采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)缸體進(jìn)行綜合測(cè)量，每200件抽查1-5件，每班抽查一件。 3.5 缸體加工切削用量的選擇 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體切削用量的選擇包括切削速度、進(jìn)給量和進(jìn)給速度的選擇。由于加工中所使用的設(shè)備都是具有較高精度和剛度的機(jī)床和高速加工中心，為保證切削加工的效率，可以適當(dāng)選擇較大的切削用量。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的主要加工表面為平面和軸承孔、缸孔等孔的加工，而平面和軸承孔、缸孔的加工方式主要是銑削和鏜削，因此這里討論的切削用量的選擇主要是銑削和鏜削切削用量的選擇。 (1) 銑削量的選擇 銑削用量的選擇直接關(guān)系到銑削效果的好壞。一般地說(shuō)，銑削用量的選擇原則是:端面銑刀銑削時(shí)首先應(yīng)盡可能取較大的銑削深度和銑削寬度，然后盡可能選取較大的銑削速度。在具體選擇銑削用量時(shí)所涉及的因素很多，但總的來(lái)說(shuō)，粗銑時(shí)工件余量大，加工要求低，主要考慮銑刀的耐用度；精銑時(shí)余量小，加工精度要求高，主要考慮加工質(zhì)量的提高； 在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的銑削加工中，選用的機(jī)床為具有高剛度的高速機(jī)床，功率大，剛性好，因而選擇了比較大的切削用量。 (2) 鏜削用量的選擇 鏜削用量的選擇根據(jù)粗、精加工工藝的不同而不同。粗加工時(shí)，選用較大的切削深度，精加工時(shí)，選用較小的切削深度。切削深度確定以后，盡可能選用較大的切削用量。在切削深度和進(jìn)給量選定以后，可在保證刀具合理耐用度的條件下，用計(jì)算或查表的方法來(lái)確定切削速度。一般地，粗加工時(shí)，選擇較低的切削速度，精加工時(shí)，選用較高的切削速度。 在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的鏜削加工中，選用的機(jī)床為具有高剛度的高速機(jī)床，功率大，剛性好；刀具為國(guó)外先進(jìn)的刀具，質(zhì)量高，剛性好，因而選擇了比較大的切削用量。 4．小結(jié) 通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析，論述了發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)械加工工藝方案設(shè)計(jì)的原則和依據(jù)以及切削用量的選擇，并以高速銑削和調(diào)頭鏜孔為例，設(shè)計(jì)、分析了發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的高速銑削和調(diào)頭鏜孔工藝過(guò)程，及在加工中需要注意的問(wèn)題。