毕 业 论 文
发动机缸套加工工艺及夹具设计
The Fixture Design and Manufacturing
Process of Engine cylinder
系 别： 机械与汽车工程系
专
学业生名姓称： 机械设计制造及其自动化 名： 钟灵
学 号： 06101221
指导教师姓名、职称： 李国发 副教授
完成日期 2014 年 4月 15 日
摘要
气缸套是发动机的重要组成部分，其性能直接影响发动机的整体性能，甚至影响到机器的性能。气缸套是发动机的重要组成部分，其性能直接影响到发动机的整体性能，甚至影响到机器的性能。因此，气缸套生产制造是非常重要的内容。
气缸套制造工程是一个系统工程，必须满足机器性能的要求，同时必须满足生产纲领的实际需要。缸套的加工工艺过程必须合理，满足实际需要。通过分析气缸套的结构原理，设计气缸套的加工工艺。由于气缸套加工精度要求高，设计粗加工和精加工的加工工艺必须合理并且满足要求。朝着加工的气缸套符合机器性能要求，对缸套夹具零件加工和并且设计一套加工工艺路线，来达到工件制造质量和装配精度的需求。根据发动机缸套零件形状及加工特点，所设计该零件机床加工夹具要考虑缸套孔的精确度，能否夹紧，夹紧后能否自锁以及夹紧力的调节。夹具必须能够保证零件加工精度，可以提高生产率、使用方便、良好的工艺性同时还能减少加工成本。
关键词：气缸套，加工工艺，夹具
Abstract
The engine is the core parts of the machine, the machine is powered. The cylinder is an important part of the engine, its performance directly affects the overall performance of the engine, and even affect the working performance of the machine. Therefore, the cylinder sleeve manufacturing is very important content.
Cylinder sleeve manufacturing engineering is system engineering, must meet the actual needs of machine performance requirements, and must also meet the production program. Machining process of cylinder must be reasonable, to meet the actual needs. By analyzing the structure and principle of cylinder liner, cylinder sleeve design process. Since the cylinder sleeve with high precision machining, machining process design of rough machining and finish machining must be reasonable and meet the requirements. In order to meet the processing cylinder machine performance requirements, formulate cylinder clamp parts processing and adjusting the process, ensure the fixture parts manufacturing quality and assembly precision. According to the shape of cylinder engine parts and processing characteristics, the design of the machine tool fixture parts to consider whether the accuracy of cylinder hole, clamping, clamping adjustment can self locking and clamping force. Meet the fixture should be to ensure that the work piece machining precision, can improve the productivity , better technology , use of the good, the economy is better.
Key Words：Cylinder liner，Processing technology，Fixture
目录
1 绪论 . ......................................................................................................................................... 1
1.1
1.2
1.3
2 课题的目标及意义 . .......................................................................................................... 1 缸套概述 . .......................................................................................................................... 1 设计要求 . .......................................................................................................................... 1 零件的工艺分析 . ..................................................................................................................... 2
2.1
2.2
2.3 零件的概述 . ...................................................................................................................... 2 零件的技术要求 . .............................................................................................................. 3 零件的作用 . ...................................................................................................................... 3 3 工艺规程设计 . ......................................................................................................................... 3
3.1
3.2
3.3
3.4 基准面的选择 . .................................................................................................................. 4 制定工艺路线 . .................................................................................................................. 4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . .............................................................. 8 确定切削用量及基本工时 . .............................................................................................. 9 4 夹具设计 . ............................................................................................................................... 12
4.1
4.2
4.3
4.4 夹具概述 . ........................................................................................................................ 12 定位元件 . ........................................................................................................................ 12 夹紧装置 . ........................................................................................................................ 13 镗Φ150的孔 . ................................................................................................................. 13
参考文献 . ...................................................................................................................................... 19
致谢 . .............................................................................................................................................. 20
1 绪论
1.1 课题的目标及意义
制造业是国家经济的发展的支柱产业，直接影响这个国家创新能力和综合国力，以致不被全球化的经济发展所淘汰。它不仅为现代工业的发展奠定了物质条件基础，为当代信息社会提供先进装备和技术平台，也是为军事方面的变革和国防安全保障的基石。
发动机是机器的核心部件，它直接影响整台机器的性能。气缸套是发动机的重要零件，内孔与活塞直接接触并且往复摩擦，产生高压和高温。这就要求气缸套要有较高的尺寸精度和位置精度，同时还要有较高的表面粗糙度。气缸套内孔、气缸盖底平面和活塞三者共同组成燃烧室。
由于缸套属于难加工零件，耐磨性和硬度要求较高，加工精度直接影响其配合精度，也直接影响发动机的使用效率。气缸套主要材料为硼铸铁，钢铬铸铁及粉末冶金泥浆泵缸套材料，因此采用离心铸造生产毛坯，两端的冷硬层的硬度较高，加工难度比较大。在对其进行粗车外圆，切两端时，会出现卡爪破裂或夹紧偏斜的现象，所以必须对其夹具方案进行设计改进。针对缸套工件的某一工序设计专用夹具，能够保证该工件的质量和精度，同时还有高生产效率，低成本等优点。
机械加工工艺和夹具设计运用相关的专业理论和实践知识，要求我们必须充分熟悉机械制造技术基础的课本知识，才能很好的完成工艺设计和夹具设计。通过毕业设计，更加深刻了解工件在加工中的定位，合理制定工艺规程等问题，提高了加工工艺规程编写和夹具设计的能力，并且培养了分析和解决问题的思维。
1.2 缸套概述
缸套的分类依据背面是否接触冷却水进行分类。干式缸套背面不与冷却水接触，反之则为湿试缸套。干式缸套壁厚较薄，一般厚度为4毫米，而湿式缸套厚壁稍微大一点，在5至8毫米范围。干式缸套相对来说结构较为简单，加工方便，但是与缸体是过盈配合，拆卸不方便。湿式的缸套背面接触冷却水，散热好，拆卸也容易，但是刚度、强度都不如干式缸套，容易漏水。湿式缸套多应用在柴油机。
1.3 设计要求
工艺设计部分：定位基准的选择；工艺路线的拟定；加工余量和工序尺寸的确定。 夹具设计部分：夹具结构设计；装配图绘制。
设计方法与措施拟定如下：
（1）分析零件图纸，通过查询图书资料以及相关文献、文档，了解发动机缸套的零件特点技术要求。
（2）零件的工艺分析，设计工艺规程，编写工艺过程综合卡。确定零件各个表面的加工方法，制定缸套的加工工艺路线。分析已有的加工工艺与加工方式的优点与不足，确定合理的加工工艺
（3）设计夹具，绘制夹具装配图、零件图。 发动机缸套零件的定位分析，定位误差的计算。所设计的夹具必须考虑缸套内孔的精度要求。
（4）编写设计论文说明书，阐述设计依据和思路。根据已经得到的设计结果，整理成文，按照学院的规定统一规范化要求撰写毕业设计说明书。
2 零件的工艺分析
2.1 零件的概述
该气缸套这类零件是属于套筒类，通常在机器中起到支撑或者导向作用。套筒的应用范围比较广，比如支撑回转轴上的各种形式的定位套和轴承，模具的导套，夹具上导向套和钻套，液压系统中液压缸等。由于在不同的功能，不同的应用，套筒的结构尺寸也存在较大的差异，但它们的共同点都是：零件壁的厚度较薄易变形，零件的主要表面同轴度要求较高的内外圆表面，零件的长度一般大于直径等。（外圆直径D 小于其长度L ，长径比小于5）。
2.2 零件的技术要求
套筒类零件外圆表面主要是以过盈配合或过渡配合与机架箱体孔配合，起支承作用。内孔起到导向作用或者支承作用，常与传动轴、主轴、活塞、滑阀相配合。
（1） 孔的技术要求
内孔的尺寸精度为IT7~IT6。为了保证内孔零件的功能和提高其耐磨性，其表面粗糙度要求Ra2.5~0.16μm ，要求表面粗糙度Ra 值达到0.04μm 。
（2） 外圆表面的技术要求
外圆是套筒的支撑面，通常以过盈配合或过渡配合与机架箱体孔相连接。外径的尺寸精度也一般是IT7~IT6，表面粗糙度Ra5~0.63μm 。
（3） 孔与外圆轴线同轴度要求
内外圆表面之间的同轴度公差根据零件的装配要求而定。同轴度一般为0.01~0.05㎜。
（4） 孔轴线与端面的垂直度要求
如果套的端面在工作中承受载荷或者加工中作为定位面，端面与外圆或者内孔轴线的垂直度要求较高，一般为0.01~0.05㎜。
2.3 零件的作用
该零件是发动机的缸套，而缸套、活塞是气缸部件，缸套主要是限制活塞的运动主要起到连接作用。气缸套是发动机一个重要的部件，它直接影响到发动机的工作状态和使用寿命。
3 工艺规程设计
工艺规程是规定产品或零件制造的工艺过程和操作方法等文件。包括确定零件加工工艺路线，加工方法、切削用量、工时定额，以及工艺装备的选用等。
工工艺规程设计必须遵循以下原则：
⑴设计出来的工艺规程必须保证零件的加工质量和机器的装配质量，满足设计图纸上要求的各项技术。
⑵工艺过程应该有效率高的特点，使产品能够尽可能快投的放入市场。
⑶尽可能减少低制造成本。
⑷注意减轻工人的劳动强度，能够保证工人安全。
工艺规程设计所需要的原始资料：
⑴产品的装配图、零件图、验收质量标准和年生产纲领。
⑵毛坯材料与毛坯生产条件。
⑶工厂的生产技术条件，包括机器设备条件，机床性能和技术支持，工人的操作技术水平，自制工艺设备的能力以及工厂供给电能、供气的能力。
⑷现有的工艺规程设计、工艺设备设计手册相关标准。
⑸国内外有关制造技术资料等。
3.1 基准面的选择
基准包括点、线、面，能够确定加工工件的位置。选择合理的定位基准是工艺规程设计中一个重要的内容，为了确定工件在机床上或夹具中正确位置。定位基准必须选择正确，否则会直接影响到加工工艺路线。定位基准选择包括粗基准选择和精精准选择。
根据缸套零件特点，大部分工序可以选用外圆作为主要基准面，外圆面的面积较大，定位稳定，可以用来精加工内孔；同时内孔可作为另一基准面。 第一道工序，由于各个表面都是未加工的毛坯表面，对整个加工工艺过程有重要影响。选用内孔作为基准粗加工外圆和端面，再利用外圆表面对内孔进行粗精加工。另一种则是与之相反，利用外圆表面，先对内孔进行加工，再以内孔位基面，对外圆表面和端面进行加工。
1. 粗基准选择
粗基准作用是能够保证未加工面和加工面之间的位置精度。应该选用与加工面互相位置精度较高、加工余量小的表面。避免重复使用粗基准。
根据缸套的结构特点和粗基准的选择原则，选用孔作为加工零件的粗基准
2. 精基准选择
缸套零件属于套筒类零件，精度要求较高，根据套筒类零件的结构特点和精基准的选择原则，可以采用互为基准的方法加工零件。根据以上要求，选择缸套外圆作为精基准面。
3.2 制定工艺路线
缸套加工的表面主要是内孔和外圆表面, 保证加工表面（外圆和内孔）之间的位置精度，以及内孔和外圆本身的加工精度和表面粗糙度的要求。
孔的加工路线：
⑴钻-扩-铰
钻孔加工精度要求较低，一般在IT10~IT13, 表面粗糙度也较大，Ra 一般为50~12.5μm 。钻孔一般直径小于80㎜。其中扩孔能够纠正位置误差，而铰孔能保证孔的精度，但不能校正孔轴线的位置精度。该加工路线应用范围较广，适用于除淬硬刚以外
的各种材料。
⑵钻-扩-拉
这条加工路线与第一种大致相同，铰孔加工方法换成拉孔。但是由于拉刀设计制造比较复杂、花费的成本较高，只适用于大批量生产中的小零件。
⑶粗镗-半精镗-精镗
镗孔是在与之孔上用切削刀具使之扩大的加工方法，适用于各种类型零件的生产。根据孔加工精度高低要求，精镗之后还可以安排金刚镗。金刚镗加工质量好，生产效率较高，广泛应用与精密孔的最终加工。
⑷粗镗-半精镗-磨削
粗镗也可以换成钻孔，该路线主要应用与淬火工件的加工，但不用于有色金属的加工。当孔的加工质量要求较高时，最后一步磨削可分为粗磨和精磨。
外圆表面的加工路线
⑴粗车-半精车-精车
该加工路线应用最为广泛。加工精度等于或低于IT7，表面粗糙度Ra 大于等于0.8μm 的外圆表面都可以使用该加工路线。精车的加工精度可达IT8~IT6级，表面粗糙度Ra 可达1.6~0.8μm 。
⑵粗车-半精车-粗磨-精磨
该加工路线用于对半精车后需要淬火，并且加工精度较高，等于或低于IT6，外圆表面粗糙度Ra 大于等于0.16μm 的钢或铸铁材料。
⑶粗车-半精车-精车-金刚石车
该加工路线适用于有色金属，不宜使用磨削的外圆表面。
⑷粗车-半精车-粗磨-研磨、超精加工、砂带磨或抛光
该加工路线是在第二种加工路线上加上研磨、超精加工的加工工序。超精加工有设备简单，自动化程度高，操作简便，生产效率高等工艺特点，能够减小工件表面的粗糙度（Ra 可达0.1~0.012μm ）。
设计工艺路线
方案一
方案二：
量。
最后珩磨的工序，工序的加工质量和精度较高，能够提高发动机缸套内孔表面的加工质两种方案特点：方案一以内孔为粗基准先选择粗车外圆表面，方案二以外圆表面作为粗基准选择加工内孔。选择方案一为加工工艺路线。
3.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
查找《机械制造工艺设计手册》确定机械加工余量： ①直径150毫米的内孔
+0. 019
精珩磨：工序基本余量为0.08，工序经济精度为H6（0），工序尺寸Φ65.5㎜，最小+0. 010极限尺寸Φ150H6（0），表面粗糙度为0.05μm；
+0. 019粗珩磨：工序基本余量为0.4，工序经济精度为H6（0），工序尺寸Φ65.5㎜，最小+0. 025极限尺寸Φ149.9H6（0），表面粗糙度为0.4μm；
+0. 046精镗：工序基本余量为0.5，工序经济精度为H8（0），工序尺寸Φ65.4㎜，最小极限+0. 046尺寸Φ149.5H8（0），表面粗糙度为0.8μm；
+0. 19半精镗：工序基本余量为1，工序经济精度为H11（0），工序尺寸Φ65㎜，最小极限+0. 19尺寸Φ149.5H8（0），表面粗糙度为1.6μm；
+0. 30二次粗镗：工序基本余量为2，工序经济精度为H12（0），工序尺寸Φ64㎜，最小极+0. 30限尺寸Φ148H12（0），表面粗糙度为6.3μm；
+0. 30一次粗镗：工序基本余量为2，工序经济精度为H12（0），工序尺寸Φ62㎜，最小极+0. 30限尺寸Φ145H12（0），表面粗糙度为12.5μm。
毛坯：工序尺寸为Φ144㎜
②外圆表面
精车：工序基本余量为0.5，工序经济精度为H10（0，工序尺寸Φ170㎜，最小极限-0. 20）尺寸Φ170H10（0，表面粗糙度为1.6μm； -0. 20）
半精车：工序基本余量为2，工序经济精度为H11（0，工序尺寸Φ170.5㎜，最小极0. 35）限尺寸Φ170.5H11（0，表面粗糙度为6.3μm； 0. 35）
粗车：工序基本余量为2.5，工序经济精度为H11（0，工序尺寸Φ172.5㎜，最小极0. 55）限尺寸Φ172.5H11（0，表面粗糙度为12.5μm； -0. 45）
毛坯：工序尺寸为Φ175㎜
3.4 确定切削用量及基本工时
切削用量的选择，直径影响到切削效率，工件的加工质量。粗加工毛坯余量较大，尽可能选择大的切削用量，减少生产成本，提高生产效率。粗加工首先考虑选择一个尽可能大的切削用量，然后选择进给量，最后确定切削深度。精加工切削用量的选择还要考虑到加工精度和表面质量。精加工的切削用量首先必须保证加工质量，然后在此前提下提高生产效率。
①粗镗Φ144的孔
选取取背吃刀量a p =2mm。
选择刀具YG6硬质合金，当车刀刀杆尺寸16×25，选取该工步的每转进给量f=0.6mm/r。 确定切削速度V ，V=
C v T a f
m
x v p
y v
k v ，切削速度V=83.5m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，n=184.6r/min，选择n=200r/min
镗孔的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。 l 1=2mm；
l 2=3mm；而l =275mm；f=0.6mm/r；n=200r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =2.3min。
②半精镗
选取取背吃刀量a p =1mm。 进给量f=0.4mm/r。 确定切削速度V ，V=
C v T a f
m
x v p
y v
k v ，切削速度V=100.5m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，n=219.1r/min，选择n=200r/min
镗孔的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。 l 1=2mm；
l 2=3mm；而l =270mm；f=0.4mm/r；n=200r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =3.43min。 ③精镗
选取取背吃刀量a p =0.5mm。 选取进给量f=0.04mm/r。 确定切削速度V ，V=
C v T a f
m
x v p
y v
k v ，切削速度V=176.8m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，n=377.7r/min，选择n=400r/min
镗孔的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。 l 1=2mm；
l 2=3mm；而l =268mm；f=0.04mm/r；n=400r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =17.06min。 ④粗车
选取取背吃刀量a p =2.5mm。
选取进给量f=0.6mm/r。选用YG6硬质合金车到车削。 确定切削速度V ，选取切削速度V=71m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，d=175mm，主轴转速n=129.1r/min，选择CA6140卧式车床主轴转速n=125r/min
粗车外圆的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。
l 1=2mm；l 2=3mm；而l =288mm；f=0.6mm/r；n=125r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =3.91min。 ⑤半精车
选取取背吃刀量a p =2mm。
选取进给量f=0.3mm/r。选用YG6硬质合金车到车削
确定切削速度V ，选取切削速度V=80m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，d=172.5mm，主轴转速n=147.6r/min，选择CA6140卧式车床主轴转速n=160r/min
半精车外圆表面的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。 k r =90︒。
l 1=2mm；l 2=3mm；而l =275mm；f=0.3mm/r；n=160r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =5.83min。 ⑥精车
选取取背吃刀量a p =0.5mm。 选取进给量f=0.15mm/r。
确定切削速度V ，切削速度V=114m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，d=170.5mm，主轴转速n=212.8r/min，选择CA6140卧式车床主轴转速n=200r/min
精车外圆表面的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。
l 1=2mm；l 2=3mm；而l =270mm；f=0.15mm/r；n=200r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =9.17min。
4 夹具设计
4.1 夹具概述
自上个世纪末以来，现代制造技术和机械制造工艺自动化都有了迅速的发展。所以工具包括夹具、刀具、量具和辅具等，在不断的发展革新中，其功能性越来越重要。机床夹具对加工质量、生产率和生产成本都有着直接的影响，因此，无论在传统制造业或是现代制造系统中，夹具都是一个重要的工艺工具。
夹具的作用是：确保工件加工精度。有合理的定位方案、夹紧方案、正确的刀具导向方案，有足够强度、刚度，确保满足工件的加工精度要求；提高加工效率；减轻劳动强度；扩大机床的工艺性能。
根据现代机床夹具的发展特点，可以分为以下几个方面：
a) 功能柔性化。夹具依靠自身结构的灵活性进行组装、调整，适用于不同形状及
尺寸的工件，又能适用于不同生产类型的机床加工。
b) 精密化。随着机械产品加工精度日益提高，为了适应其高精度的加工需要，高
精度机床大量出现，夹具精度也相应提高。
c) 结构标准化、模块化。夹具标准化是生产专业化、柔性化的基础，是促进夹具
发展一项重要的技术措施。
d) 高效、自动化。为了实习机械加工的自动化过程，必须配备相对应的机床夹具。
高效的夹具除了可以适应高效的加工夹紧需求外，还满足工件安装自动化的准确性和灵活性的要求。
夹具设计一般步骤：首先要明确设计的任务，包括工件的技术要求和工件图样，再去熟悉其工艺文件，然后才进行夹具的设计。确定好夹具类型，比如车床夹具有圆盘式、角铁式，必须根据工件的形状特点和加工要求确定合适的夹具类型。确定夹具类型后，工件必须在夹具上正确定位。内孔定位可以选用心轴、定位销，外圆柱面的定位则可以选择V 形块、定位套。最后是需要夹紧工件，这部分需要用到夹紧装置。夹紧装置除了保证工件不会移动外，而且不能破坏工件的定位和工件表面的精度和粗糙度。
4.2 定位元件
工件定位的实质是在夹具中确定某个位置。任何一个工件在空间坐标有六个自由度，沿三个坐标轴的转动和移动。工件在空间六个自由度，合理布置六个支承点限制工件位置，即为六点定位原理。
夹具设计，根据工件的加工要求和定位基准面，以此来选择定位方法和定位元件。被加
工工件定位基面包括平面、圆柱面、圆锥面、成形面或是其中几种的组合。定位元件的选择，包括定位元件的形状、结构和尺寸，同时还有其布置形式。
（1） 工件以平面定位主要的形式是支承等位。固定支承（支承钉和支承板）、可
调支承、自卫支承、辅助支承。可调支承可在一个范围内调整，自位支承只限制一个自由度，而辅助支承不起定位作用
（2） 定位销，心轴都是工件以内孔定位的定位元件。圆柱销的长短限制的自由度
不同。
（3） V 形块可以用于外圆表面的支承定位，其最大的特点能够保证对中性能好，
常用于工件对称度要求较高的场合。以外圆定位的定位元件还有定位套、半圆孔等。
综合各种定位元件的特点，选择定位V 形块作为夹具的定位元件
4.3 夹紧装置
工件经过正确定位之后，由夹紧装置将工件夹紧。夹紧元件、动力装置、中间机构都是夹具装置的构成。夹紧装置是可以把工件牢固压紧的机构，它与定位元件密不可分，为了保证加工过程中工件不会因为其他的力的作用而产生移动或振动。
夹紧力的作用方向应该垂直工件的主要定位基准，保证加工精度；同时应有利于减少所需要的夹紧力的大小。设计夹紧装置，必须保证夹紧过程中不会改变工件的位置。夹紧力要适当，不能使工件产生变形或损失。夹紧装置结构要简单、可靠，并且有足够强度，适应工件的生产批量。
4.4 镗Φ150的孔
缸套加工关键工序是镗孔，决定镗孔质量的关键是镗孔夹具。镗孔工序夹具设计的特点是：以外径定位夹紧；夹具要校正缸套自由状态下的变形使缸套外圆为正圆；定位、夹紧元件在范围149.5~149.546内定位准确。
镗床夹具也被称为镗模，具有钻模的特点，被加工孔的精度由镗模保证。镗模由定位元件、夹紧装置、导向装置（镗套和镗模支架）和镗模底座所组成。按照导向支架的布置形式不同，镗模分为单面导向和双面导向两大类的结构形式。镗模支架与镗套相配合，引导镗杆对工件进行加工。
镗杆的尺寸的选取要保证其刚性，镗杆直径受到工件孔径的限制，尽可能大些，一般为被加工孔径0.6~0.8倍。粗镗选最小值，精镗选取最大值。选取镗杆直径为120㎜。 镗模支架除了安装镗套外，还必须承受切削力，所以要求镗模支架刚性要好，不变形。同时夹紧机构不能安装在镗模支架上，以免受到夹紧力使支架变形。
初步构想，镗模采用双面导向机构形式。
图1 镗模结构形式
①镗套设计：
内径d 为120㎜，外径为145㎜，最大外圆直径为165㎜，配合GB2269——1980M16×8的螺钉。镗套与镗杆公差配合H6/g5（H6/h5）。
图2 镗套
②镗模支架配合：
内径配合镗套，支架内孔支架为145㎜，内孔中心到底面的高度取决于工件高度，此高度为260㎜。宽度为工件高度的1/2到3/5，厚度为1/3到3/5倍。镗模支架在夹具底座用两个圆柱销定位，用开槽螺钉拧紧。
图3 镗模支架
③底座设计：
底座的长度L 和宽度B 按工件大小而定, 高度为1/6L，取高度为110㎜。b 和h 值的范围20~30，都取为30㎜。E 的值为高度H 的1到1.5倍，取H 值为160㎜。d 值取8㎜（5~8），a 值取20㎜（10~20）。
④工件靠一个V 形长块定位，限制X 轴的转动和移动与Y 轴的移动和转动。V 形块在夹具体靠两个直径10毫米开槽螺钉固定在夹具体上。
图4 V 形块
⑤夹紧元件使用U 形压板对缸套进行夹紧。
图5 U 形压板
该U 形压板为A 型压板。查找机床夹具设计手册，U 形压板长度L 取320㎜，宽度B 取84㎜，高度则为42㎜，公称直径为24㎜配合的螺纹直径为24㎜。b 和b 1的尺寸都为28㎜。
U 形板与直径24㎜的双头螺柱销配合，夹紧工件。双头螺柱采用螺纹直径M24，b m 2d 的B 型双头螺柱，与螺纹直径M24的螺母上下锁紧U 形压板。
图6 U形压板与双头螺柱
图7 夹具体
图8 总体结构
切削力的计算：
镗孔时切削力计算：F f =3. 84d zF f yF 0. 75 其中直接d=150㎜ f=0.4㎜/r Z F =1.0 Òb
Y F =0.7 Òb =450Mpa
得F f =29633N 夹紧力的计算：W =2QL Q=160N L=268㎜ D=170㎜ a=2.850 δDtg (a +Ä)
=6.34° 代入公式得W=3118.14N
考虑安全系数K =K 1K 2K 3K 4 取基本安全系数K 1=1.5；加工性质系数K 2=1.1；刀具钝化系数K 3=1.1；断线切削系数K 4=1.1；
则F =K x F f =59162N。
V 形块定位误差的计算：ΔDH 1=
1
a sin 2
D ÄD ÄÄ11×；ΔDH 2=D ×（-1）；ΔDH 3=D ×a a 222sin sin 22D （+1），V 形块两面夹角α有60度，90度和120度。当α=60°，ΔDH 1=δ；当α=90°，ΔDH 1=0.71δ
D ，ΔDH 2=0.5；当δ，ΔDH 3=1.5δD D ，ΔDH 2=0.21δD D ，ΔDH 3=1.21δD α=120°，ΔDH 1=0.58δ
×0.20=0.242㎜ ，ΔDH 2=0.08δD ，ΔDH 3=1.08δ。 故夹角α=90°时，ΔDH 1=0.71×0.20=0.142㎜，ΔDH 2,0.21×0.20=0.042㎜，ΔDH 3=1.21
参考文献
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［14］. rials. New York: John Wiley &Sons Inc. , 1987
致谢
经过了历时4个月的写作设计，终于完成了毕业设计。期间遇到许多障碍和困惑，通过指导老师耐心指导，加上其他同学的帮助，才得以完成毕业设计。要感谢同学的帮助，更要感谢李国发老师细心指导。
毕业论文的完成，意味着大学四年学业即将步入尾声。需要感谢父母亲对我学业支持，感谢同学四年难忘求学记忆。即将步入社会，需要学习的技能太多，希望能够保持好学求知的态度。
毕 业 论 文
发动机缸套加工工艺及夹具设计
The Fixture Design and Manufacturing
Process of Engine cylinder
系 别： 机械与汽车工程系
专
学业生名姓称： 机械设计制造及其自动化 名： 钟灵
学 号： 06101221
指导教师姓名、职称： 李国发 副教授
完成日期 2014 年 4月 15 日
摘要
气缸套是发动机的重要组成部分，其性能直接影响发动机的整体性能，甚至影响到机器的性能。气缸套是发动机的重要组成部分，其性能直接影响到发动机的整体性能，甚至影响到机器的性能。因此，气缸套生产制造是非常重要的内容。
气缸套制造工程是一个系统工程，必须满足机器性能的要求，同时必须满足生产纲领的实际需要。缸套的加工工艺过程必须合理，满足实际需要。通过分析气缸套的结构原理，设计气缸套的加工工艺。由于气缸套加工精度要求高，设计粗加工和精加工的加工工艺必须合理并且满足要求。朝着加工的气缸套符合机器性能要求，对缸套夹具零件加工和并且设计一套加工工艺路线，来达到工件制造质量和装配精度的需求。根据发动机缸套零件形状及加工特点，所设计该零件机床加工夹具要考虑缸套孔的精确度，能否夹紧，夹紧后能否自锁以及夹紧力的调节。夹具必须能够保证零件加工精度，可以提高生产率、使用方便、良好的工艺性同时还能减少加工成本。
关键词：气缸套，加工工艺，夹具
Abstract
The engine is the core parts of the machine, the machine is powered. The cylinder is an important part of the engine, its performance directly affects the overall performance of the engine, and even affect the working performance of the machine. Therefore, the cylinder sleeve manufacturing is very important content.
Cylinder sleeve manufacturing engineering is system engineering, must meet the actual needs of machine performance requirements, and must also meet the production program. Machining process of cylinder must be reasonable, to meet the actual needs. By analyzing the structure and principle of cylinder liner, cylinder sleeve design process. Since the cylinder sleeve with high precision machining, machining process design of rough machining and finish machining must be reasonable and meet the requirements. In order to meet the processing cylinder machine performance requirements, formulate cylinder clamp parts processing and adjusting the process, ensure the fixture parts manufacturing quality and assembly precision. According to the shape of cylinder engine parts and processing characteristics, the design of the machine tool fixture parts to consider whether the accuracy of cylinder hole, clamping, clamping adjustment can self locking and clamping force. Meet the fixture should be to ensure that the work piece machining precision, can improve the productivity , better technology , use of the good, the economy is better.
Key Words：Cylinder liner，Processing technology，Fixture
目录
1 绪论 . ......................................................................................................................................... 1
1.1
1.2
1.3
2 课题的目标及意义 . .......................................................................................................... 1 缸套概述 . .......................................................................................................................... 1 设计要求 . .......................................................................................................................... 1 零件的工艺分析 . ..................................................................................................................... 2
2.1
2.2
2.3 零件的概述 . ...................................................................................................................... 2 零件的技术要求 . .............................................................................................................. 3 零件的作用 . ...................................................................................................................... 3 3 工艺规程设计 . ......................................................................................................................... 3
3.1
3.2
3.3
3.4 基准面的选择 . .................................................................................................................. 4 制定工艺路线 . .................................................................................................................. 4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . .............................................................. 8 确定切削用量及基本工时 . .............................................................................................. 9 4 夹具设计 . ............................................................................................................................... 12
4.1
4.2
4.3
4.4 夹具概述 . ........................................................................................................................ 12 定位元件 . ........................................................................................................................ 12 夹紧装置 . ........................................................................................................................ 13 镗Φ150的孔 . ................................................................................................................. 13
参考文献 . ...................................................................................................................................... 19
致谢 . .............................................................................................................................................. 20
1 绪论
1.1 课题的目标及意义
制造业是国家经济的发展的支柱产业，直接影响这个国家创新能力和综合国力，以致不被全球化的经济发展所淘汰。它不仅为现代工业的发展奠定了物质条件基础，为当代信息社会提供先进装备和技术平台，也是为军事方面的变革和国防安全保障的基石。
发动机是机器的核心部件，它直接影响整台机器的性能。气缸套是发动机的重要零件，内孔与活塞直接接触并且往复摩擦，产生高压和高温。这就要求气缸套要有较高的尺寸精度和位置精度，同时还要有较高的表面粗糙度。气缸套内孔、气缸盖底平面和活塞三者共同组成燃烧室。
由于缸套属于难加工零件，耐磨性和硬度要求较高，加工精度直接影响其配合精度，也直接影响发动机的使用效率。气缸套主要材料为硼铸铁，钢铬铸铁及粉末冶金泥浆泵缸套材料，因此采用离心铸造生产毛坯，两端的冷硬层的硬度较高，加工难度比较大。在对其进行粗车外圆，切两端时，会出现卡爪破裂或夹紧偏斜的现象，所以必须对其夹具方案进行设计改进。针对缸套工件的某一工序设计专用夹具，能够保证该工件的质量和精度，同时还有高生产效率，低成本等优点。
机械加工工艺和夹具设计运用相关的专业理论和实践知识，要求我们必须充分熟悉机械制造技术基础的课本知识，才能很好的完成工艺设计和夹具设计。通过毕业设计，更加深刻了解工件在加工中的定位，合理制定工艺规程等问题，提高了加工工艺规程编写和夹具设计的能力，并且培养了分析和解决问题的思维。
1.2 缸套概述
缸套的分类依据背面是否接触冷却水进行分类。干式缸套背面不与冷却水接触，反之则为湿试缸套。干式缸套壁厚较薄，一般厚度为4毫米，而湿式缸套厚壁稍微大一点，在5至8毫米范围。干式缸套相对来说结构较为简单，加工方便，但是与缸体是过盈配合，拆卸不方便。湿式的缸套背面接触冷却水，散热好，拆卸也容易，但是刚度、强度都不如干式缸套，容易漏水。湿式缸套多应用在柴油机。
1.3 设计要求
工艺设计部分：定位基准的选择；工艺路线的拟定；加工余量和工序尺寸的确定。 夹具设计部分：夹具结构设计；装配图绘制。
设计方法与措施拟定如下：
（1）分析零件图纸，通过查询图书资料以及相关文献、文档，了解发动机缸套的零件特点技术要求。
（2）零件的工艺分析，设计工艺规程，编写工艺过程综合卡。确定零件各个表面的加工方法，制定缸套的加工工艺路线。分析已有的加工工艺与加工方式的优点与不足，确定合理的加工工艺
（3）设计夹具，绘制夹具装配图、零件图。 发动机缸套零件的定位分析，定位误差的计算。所设计的夹具必须考虑缸套内孔的精度要求。
（4）编写设计论文说明书，阐述设计依据和思路。根据已经得到的设计结果，整理成文，按照学院的规定统一规范化要求撰写毕业设计说明书。
2 零件的工艺分析
2.1 零件的概述
该气缸套这类零件是属于套筒类，通常在机器中起到支撑或者导向作用。套筒的应用范围比较广，比如支撑回转轴上的各种形式的定位套和轴承，模具的导套，夹具上导向套和钻套，液压系统中液压缸等。由于在不同的功能，不同的应用，套筒的结构尺寸也存在较大的差异，但它们的共同点都是：零件壁的厚度较薄易变形，零件的主要表面同轴度要求较高的内外圆表面，零件的长度一般大于直径等。（外圆直径D 小于其长度L ，长径比小于5）。
2.2 零件的技术要求
套筒类零件外圆表面主要是以过盈配合或过渡配合与机架箱体孔配合，起支承作用。内孔起到导向作用或者支承作用，常与传动轴、主轴、活塞、滑阀相配合。
（1） 孔的技术要求
内孔的尺寸精度为IT7~IT6。为了保证内孔零件的功能和提高其耐磨性，其表面粗糙度要求Ra2.5~0.16μm ，要求表面粗糙度Ra 值达到0.04μm 。
（2） 外圆表面的技术要求
外圆是套筒的支撑面，通常以过盈配合或过渡配合与机架箱体孔相连接。外径的尺寸精度也一般是IT7~IT6，表面粗糙度Ra5~0.63μm 。
（3） 孔与外圆轴线同轴度要求
内外圆表面之间的同轴度公差根据零件的装配要求而定。同轴度一般为0.01~0.05㎜。
（4） 孔轴线与端面的垂直度要求
如果套的端面在工作中承受载荷或者加工中作为定位面，端面与外圆或者内孔轴线的垂直度要求较高，一般为0.01~0.05㎜。
2.3 零件的作用
该零件是发动机的缸套，而缸套、活塞是气缸部件，缸套主要是限制活塞的运动主要起到连接作用。气缸套是发动机一个重要的部件，它直接影响到发动机的工作状态和使用寿命。
3 工艺规程设计
工艺规程是规定产品或零件制造的工艺过程和操作方法等文件。包括确定零件加工工艺路线，加工方法、切削用量、工时定额，以及工艺装备的选用等。
工工艺规程设计必须遵循以下原则：
⑴设计出来的工艺规程必须保证零件的加工质量和机器的装配质量，满足设计图纸上要求的各项技术。
⑵工艺过程应该有效率高的特点，使产品能够尽可能快投的放入市场。
⑶尽可能减少低制造成本。
⑷注意减轻工人的劳动强度，能够保证工人安全。
工艺规程设计所需要的原始资料：
⑴产品的装配图、零件图、验收质量标准和年生产纲领。
⑵毛坯材料与毛坯生产条件。
⑶工厂的生产技术条件，包括机器设备条件，机床性能和技术支持，工人的操作技术水平，自制工艺设备的能力以及工厂供给电能、供气的能力。
⑷现有的工艺规程设计、工艺设备设计手册相关标准。
⑸国内外有关制造技术资料等。
3.1 基准面的选择
基准包括点、线、面，能够确定加工工件的位置。选择合理的定位基准是工艺规程设计中一个重要的内容，为了确定工件在机床上或夹具中正确位置。定位基准必须选择正确，否则会直接影响到加工工艺路线。定位基准选择包括粗基准选择和精精准选择。
根据缸套零件特点，大部分工序可以选用外圆作为主要基准面，外圆面的面积较大，定位稳定，可以用来精加工内孔；同时内孔可作为另一基准面。 第一道工序，由于各个表面都是未加工的毛坯表面，对整个加工工艺过程有重要影响。选用内孔作为基准粗加工外圆和端面，再利用外圆表面对内孔进行粗精加工。另一种则是与之相反，利用外圆表面，先对内孔进行加工，再以内孔位基面，对外圆表面和端面进行加工。
1. 粗基准选择
粗基准作用是能够保证未加工面和加工面之间的位置精度。应该选用与加工面互相位置精度较高、加工余量小的表面。避免重复使用粗基准。
根据缸套的结构特点和粗基准的选择原则，选用孔作为加工零件的粗基准
2. 精基准选择
缸套零件属于套筒类零件，精度要求较高，根据套筒类零件的结构特点和精基准的选择原则，可以采用互为基准的方法加工零件。根据以上要求，选择缸套外圆作为精基准面。
3.2 制定工艺路线
缸套加工的表面主要是内孔和外圆表面, 保证加工表面（外圆和内孔）之间的位置精度，以及内孔和外圆本身的加工精度和表面粗糙度的要求。
孔的加工路线：
⑴钻-扩-铰
钻孔加工精度要求较低，一般在IT10~IT13, 表面粗糙度也较大，Ra 一般为50~12.5μm 。钻孔一般直径小于80㎜。其中扩孔能够纠正位置误差，而铰孔能保证孔的精度，但不能校正孔轴线的位置精度。该加工路线应用范围较广，适用于除淬硬刚以外
的各种材料。
⑵钻-扩-拉
这条加工路线与第一种大致相同，铰孔加工方法换成拉孔。但是由于拉刀设计制造比较复杂、花费的成本较高，只适用于大批量生产中的小零件。
⑶粗镗-半精镗-精镗
镗孔是在与之孔上用切削刀具使之扩大的加工方法，适用于各种类型零件的生产。根据孔加工精度高低要求，精镗之后还可以安排金刚镗。金刚镗加工质量好，生产效率较高，广泛应用与精密孔的最终加工。
⑷粗镗-半精镗-磨削
粗镗也可以换成钻孔，该路线主要应用与淬火工件的加工，但不用于有色金属的加工。当孔的加工质量要求较高时，最后一步磨削可分为粗磨和精磨。
外圆表面的加工路线
⑴粗车-半精车-精车
该加工路线应用最为广泛。加工精度等于或低于IT7，表面粗糙度Ra 大于等于0.8μm 的外圆表面都可以使用该加工路线。精车的加工精度可达IT8~IT6级，表面粗糙度Ra 可达1.6~0.8μm 。
⑵粗车-半精车-粗磨-精磨
该加工路线用于对半精车后需要淬火，并且加工精度较高，等于或低于IT6，外圆表面粗糙度Ra 大于等于0.16μm 的钢或铸铁材料。
⑶粗车-半精车-精车-金刚石车
该加工路线适用于有色金属，不宜使用磨削的外圆表面。
⑷粗车-半精车-粗磨-研磨、超精加工、砂带磨或抛光
该加工路线是在第二种加工路线上加上研磨、超精加工的加工工序。超精加工有设备简单，自动化程度高，操作简便，生产效率高等工艺特点，能够减小工件表面的粗糙度（Ra 可达0.1~0.012μm ）。
设计工艺路线
方案一
方案二：
量。
最后珩磨的工序，工序的加工质量和精度较高，能够提高发动机缸套内孔表面的加工质两种方案特点：方案一以内孔为粗基准先选择粗车外圆表面，方案二以外圆表面作为粗基准选择加工内孔。选择方案一为加工工艺路线。
3.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
查找《机械制造工艺设计手册》确定机械加工余量： ①直径150毫米的内孔
+0. 019
精珩磨：工序基本余量为0.08，工序经济精度为H6（0），工序尺寸Φ65.5㎜，最小+0. 010极限尺寸Φ150H6（0），表面粗糙度为0.05μm；
+0. 019粗珩磨：工序基本余量为0.4，工序经济精度为H6（0），工序尺寸Φ65.5㎜，最小+0. 025极限尺寸Φ149.9H6（0），表面粗糙度为0.4μm；
+0. 046精镗：工序基本余量为0.5，工序经济精度为H8（0），工序尺寸Φ65.4㎜，最小极限+0. 046尺寸Φ149.5H8（0），表面粗糙度为0.8μm；
+0. 19半精镗：工序基本余量为1，工序经济精度为H11（0），工序尺寸Φ65㎜，最小极限+0. 19尺寸Φ149.5H8（0），表面粗糙度为1.6μm；
+0. 30二次粗镗：工序基本余量为2，工序经济精度为H12（0），工序尺寸Φ64㎜，最小极+0. 30限尺寸Φ148H12（0），表面粗糙度为6.3μm；
+0. 30一次粗镗：工序基本余量为2，工序经济精度为H12（0），工序尺寸Φ62㎜，最小极+0. 30限尺寸Φ145H12（0），表面粗糙度为12.5μm。
毛坯：工序尺寸为Φ144㎜
②外圆表面
精车：工序基本余量为0.5，工序经济精度为H10（0，工序尺寸Φ170㎜，最小极限-0. 20）尺寸Φ170H10（0，表面粗糙度为1.6μm； -0. 20）
半精车：工序基本余量为2，工序经济精度为H11（0，工序尺寸Φ170.5㎜，最小极0. 35）限尺寸Φ170.5H11（0，表面粗糙度为6.3μm； 0. 35）
粗车：工序基本余量为2.5，工序经济精度为H11（0，工序尺寸Φ172.5㎜，最小极0. 55）限尺寸Φ172.5H11（0，表面粗糙度为12.5μm； -0. 45）
毛坯：工序尺寸为Φ175㎜
3.4 确定切削用量及基本工时
切削用量的选择，直径影响到切削效率，工件的加工质量。粗加工毛坯余量较大，尽可能选择大的切削用量，减少生产成本，提高生产效率。粗加工首先考虑选择一个尽可能大的切削用量，然后选择进给量，最后确定切削深度。精加工切削用量的选择还要考虑到加工精度和表面质量。精加工的切削用量首先必须保证加工质量，然后在此前提下提高生产效率。
①粗镗Φ144的孔
选取取背吃刀量a p =2mm。
选择刀具YG6硬质合金，当车刀刀杆尺寸16×25，选取该工步的每转进给量f=0.6mm/r。 确定切削速度V ，V=
C v T a f
m
x v p
y v
k v ，切削速度V=83.5m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，n=184.6r/min，选择n=200r/min
镗孔的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。 l 1=2mm；
l 2=3mm；而l =275mm；f=0.6mm/r；n=200r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =2.3min。
②半精镗
选取取背吃刀量a p =1mm。 进给量f=0.4mm/r。 确定切削速度V ，V=
C v T a f
m
x v p
y v
k v ，切削速度V=100.5m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，n=219.1r/min，选择n=200r/min
镗孔的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。 l 1=2mm；
l 2=3mm；而l =270mm；f=0.4mm/r；n=200r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =3.43min。 ③精镗
选取取背吃刀量a p =0.5mm。 选取进给量f=0.04mm/r。 确定切削速度V ，V=
C v T a f
m
x v p
y v
k v ，切削速度V=176.8m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，n=377.7r/min，选择n=400r/min
镗孔的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。 l 1=2mm；
l 2=3mm；而l =268mm；f=0.04mm/r；n=400r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =17.06min。 ④粗车
选取取背吃刀量a p =2.5mm。
选取进给量f=0.6mm/r。选用YG6硬质合金车到车削。 确定切削速度V ，选取切削速度V=71m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，d=175mm，主轴转速n=129.1r/min，选择CA6140卧式车床主轴转速n=125r/min
粗车外圆的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。
l 1=2mm；l 2=3mm；而l =288mm；f=0.6mm/r；n=125r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =3.91min。 ⑤半精车
选取取背吃刀量a p =2mm。
选取进给量f=0.3mm/r。选用YG6硬质合金车到车削
确定切削速度V ，选取切削速度V=80m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，d=172.5mm，主轴转速n=147.6r/min，选择CA6140卧式车床主轴转速n=160r/min
半精车外圆表面的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。 k r =90︒。
l 1=2mm；l 2=3mm；而l =275mm；f=0.3mm/r；n=160r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =5.83min。 ⑥精车
选取取背吃刀量a p =0.5mm。 选取进给量f=0.15mm/r。
确定切削速度V ，切削速度V=114m/min。
再代入公式n=1000v/ πd ，d=170.5mm，主轴转速n=212.8r/min，选择CA6140卧式车床主轴转速n=200r/min
精车外圆表面的基本时间可以由公式t j =L /fn =(l +l 1+l 2) /fn 求得。k r =90︒。
l 1=2mm；l 2=3mm；而l =270mm；f=0.15mm/r；n=200r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间t j =9.17min。
4 夹具设计
4.1 夹具概述
自上个世纪末以来，现代制造技术和机械制造工艺自动化都有了迅速的发展。所以工具包括夹具、刀具、量具和辅具等，在不断的发展革新中，其功能性越来越重要。机床夹具对加工质量、生产率和生产成本都有着直接的影响，因此，无论在传统制造业或是现代制造系统中，夹具都是一个重要的工艺工具。
夹具的作用是：确保工件加工精度。有合理的定位方案、夹紧方案、正确的刀具导向方案，有足够强度、刚度，确保满足工件的加工精度要求；提高加工效率；减轻劳动强度；扩大机床的工艺性能。
根据现代机床夹具的发展特点，可以分为以下几个方面：
a) 功能柔性化。夹具依靠自身结构的灵活性进行组装、调整，适用于不同形状及
尺寸的工件，又能适用于不同生产类型的机床加工。
b) 精密化。随着机械产品加工精度日益提高，为了适应其高精度的加工需要，高
精度机床大量出现，夹具精度也相应提高。
c) 结构标准化、模块化。夹具标准化是生产专业化、柔性化的基础，是促进夹具
发展一项重要的技术措施。
d) 高效、自动化。为了实习机械加工的自动化过程，必须配备相对应的机床夹具。
高效的夹具除了可以适应高效的加工夹紧需求外，还满足工件安装自动化的准确性和灵活性的要求。
夹具设计一般步骤：首先要明确设计的任务，包括工件的技术要求和工件图样，再去熟悉其工艺文件，然后才进行夹具的设计。确定好夹具类型，比如车床夹具有圆盘式、角铁式，必须根据工件的形状特点和加工要求确定合适的夹具类型。确定夹具类型后，工件必须在夹具上正确定位。内孔定位可以选用心轴、定位销，外圆柱面的定位则可以选择V 形块、定位套。最后是需要夹紧工件，这部分需要用到夹紧装置。夹紧装置除了保证工件不会移动外，而且不能破坏工件的定位和工件表面的精度和粗糙度。
4.2 定位元件
工件定位的实质是在夹具中确定某个位置。任何一个工件在空间坐标有六个自由度，沿三个坐标轴的转动和移动。工件在空间六个自由度，合理布置六个支承点限制工件位置，即为六点定位原理。
夹具设计，根据工件的加工要求和定位基准面，以此来选择定位方法和定位元件。被加
工工件定位基面包括平面、圆柱面、圆锥面、成形面或是其中几种的组合。定位元件的选择，包括定位元件的形状、结构和尺寸，同时还有其布置形式。
（1） 工件以平面定位主要的形式是支承等位。固定支承（支承钉和支承板）、可
调支承、自卫支承、辅助支承。可调支承可在一个范围内调整，自位支承只限制一个自由度，而辅助支承不起定位作用
（2） 定位销，心轴都是工件以内孔定位的定位元件。圆柱销的长短限制的自由度
不同。
（3） V 形块可以用于外圆表面的支承定位，其最大的特点能够保证对中性能好，
常用于工件对称度要求较高的场合。以外圆定位的定位元件还有定位套、半圆孔等。
综合各种定位元件的特点，选择定位V 形块作为夹具的定位元件
4.3 夹紧装置
工件经过正确定位之后，由夹紧装置将工件夹紧。夹紧元件、动力装置、中间机构都是夹具装置的构成。夹紧装置是可以把工件牢固压紧的机构，它与定位元件密不可分，为了保证加工过程中工件不会因为其他的力的作用而产生移动或振动。
夹紧力的作用方向应该垂直工件的主要定位基准，保证加工精度；同时应有利于减少所需要的夹紧力的大小。设计夹紧装置，必须保证夹紧过程中不会改变工件的位置。夹紧力要适当，不能使工件产生变形或损失。夹紧装置结构要简单、可靠，并且有足够强度，适应工件的生产批量。
4.4 镗Φ150的孔
缸套加工关键工序是镗孔，决定镗孔质量的关键是镗孔夹具。镗孔工序夹具设计的特点是：以外径定位夹紧；夹具要校正缸套自由状态下的变形使缸套外圆为正圆；定位、夹紧元件在范围149.5~149.546内定位准确。
镗床夹具也被称为镗模，具有钻模的特点，被加工孔的精度由镗模保证。镗模由定位元件、夹紧装置、导向装置（镗套和镗模支架）和镗模底座所组成。按照导向支架的布置形式不同，镗模分为单面导向和双面导向两大类的结构形式。镗模支架与镗套相配合，引导镗杆对工件进行加工。
镗杆的尺寸的选取要保证其刚性，镗杆直径受到工件孔径的限制，尽可能大些，一般为被加工孔径0.6~0.8倍。粗镗选最小值，精镗选取最大值。选取镗杆直径为120㎜。 镗模支架除了安装镗套外，还必须承受切削力，所以要求镗模支架刚性要好，不变形。同时夹紧机构不能安装在镗模支架上，以免受到夹紧力使支架变形。
初步构想，镗模采用双面导向机构形式。
图1 镗模结构形式
①镗套设计：
内径d 为120㎜，外径为145㎜，最大外圆直径为165㎜，配合GB2269——1980M16×8的螺钉。镗套与镗杆公差配合H6/g5（H6/h5）。
图2 镗套
②镗模支架配合：
内径配合镗套，支架内孔支架为145㎜，内孔中心到底面的高度取决于工件高度，此高度为260㎜。宽度为工件高度的1/2到3/5，厚度为1/3到3/5倍。镗模支架在夹具底座用两个圆柱销定位，用开槽螺钉拧紧。
图3 镗模支架
③底座设计：
底座的长度L 和宽度B 按工件大小而定, 高度为1/6L，取高度为110㎜。b 和h 值的范围20~30，都取为30㎜。E 的值为高度H 的1到1.5倍，取H 值为160㎜。d 值取8㎜（5~8），a 值取20㎜（10~20）。
④工件靠一个V 形长块定位，限制X 轴的转动和移动与Y 轴的移动和转动。V 形块在夹具体靠两个直径10毫米开槽螺钉固定在夹具体上。
图4 V 形块
⑤夹紧元件使用U 形压板对缸套进行夹紧。
图5 U 形压板
该U 形压板为A 型压板。查找机床夹具设计手册，U 形压板长度L 取320㎜，宽度B 取84㎜，高度则为42㎜，公称直径为24㎜配合的螺纹直径为24㎜。b 和b 1的尺寸都为28㎜。
U 形板与直径24㎜的双头螺柱销配合，夹紧工件。双头螺柱采用螺纹直径M24，b m 2d 的B 型双头螺柱，与螺纹直径M24的螺母上下锁紧U 形压板。
图6 U形压板与双头螺柱
图7 夹具体
图8 总体结构
切削力的计算：
镗孔时切削力计算：F f =3. 84d zF f yF 0. 75 其中直接d=150㎜ f=0.4㎜/r Z F =1.0 Òb
Y F =0.7 Òb =450Mpa
得F f =29633N 夹紧力的计算：W =2QL Q=160N L=268㎜ D=170㎜ a=2.850 δDtg (a +Ä)
=6.34° 代入公式得W=3118.14N
考虑安全系数K =K 1K 2K 3K 4 取基本安全系数K 1=1.5；加工性质系数K 2=1.1；刀具钝化系数K 3=1.1；断线切削系数K 4=1.1；
则F =K x F f =59162N。
V 形块定位误差的计算：ΔDH 1=
1
a sin 2
D ÄD ÄÄ11×；ΔDH 2=D ×（-1）；ΔDH 3=D ×a a 222sin sin 22D （+1），V 形块两面夹角α有60度，90度和120度。当α=60°，ΔDH 1=δ；当α=90°，ΔDH 1=0.71δ
D ，ΔDH 2=0.5；当δ，ΔDH 3=1.5δD D ，ΔDH 2=0.21δD D ，ΔDH 3=1.21δD α=120°，ΔDH 1=0.58δ
×0.20=0.242㎜ ，ΔDH 2=0.08δD ，ΔDH 3=1.08δ。 故夹角α=90°时，ΔDH 1=0.71×0.20=0.142㎜，ΔDH 2,0.21×0.20=0.042㎜，ΔDH 3=1.21
参考文献
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致谢
经过了历时4个月的写作设计，终于完成了毕业设计。期间遇到许多障碍和困惑，通过指导老师耐心指导，加上其他同学的帮助，才得以完成毕业设计。要感谢同学的帮助，更要感谢李国发老师细心指导。
毕业论文的完成，意味着大学四年学业即将步入尾声。需要感谢父母亲对我学业支持，感谢同学四年难忘求学记忆。即将步入社会，需要学习的技能太多，希望能够保持好学求知的态度。