汽车制造工艺课件07典型零件的加工工艺.ppt

第七章第七章 典型零件的加工工艺典型零件的加工工艺 汽车零件的种类很多，由于其结构、功能及所用材料的不同，加工方法亦各不相同要想在有限的篇幅内对汽车所有零件的加工工艺一一进行介绍，既不可能又不现实鉴于在学习本课程之前，同学们已具有相关专业基础，在此仅以几个最具代表的典型零件为例介绍汽车零部件的加工工艺第一节第一节 箱体零件的加工箱体零件的加工 箱体类零件是机械设备和许多总成的安装基体，汽车上用到了多种不同的箱体，如发动机缸体、变速器壳体、驱动桥壳、转向器壳等基于轻量化和便于总体布置的原因，汽车上箱体件的结构、形状都十分复杂，如图7-1和图7-2所示尽管发动机缸体与变速器壳体的结构相差十分悬殊，但二者的加工工艺却有许多相似之处，主要表现在二者的主要加工内容都是平面和孔如此，了解了其中一种零件的加工工艺，也就知道如何去完成其他箱体的加工下面就以发动机缸体为例介绍箱体类零件的加工工艺图7-1 发动机缸体 图7-2 变速器壳体一、发动机缸体的加工工艺模式一、发动机缸体的加工工艺模式 发动机缸体加工工艺有三种不同的模式：专机流水生产、专机与加工中心相结合的自动生产、加工中心柔性生产此三种生产模式分别是汽车发动机加工工艺技术发展过程中三个不同时期的典型代表。

早期的发动机生产采用专机流水生产线，现代最先进的发动机生产采用加工中心柔性生产线；专机与加工中心相结合的生产方式处在早期和现代二种生产模式之间我国现阶段，上述三种生产模式在汽车产业中并行存在1 1、专机流水生产专机流水生产 专机流水生产线的特点是，生产过程缺少柔性，一条生产线生产一种产品或生产同一种结构型式不同规格型号的少数23种产品；每一个工位只完成一项或有限几项内容的加工，工序分散、生产线很长；任何一个工位出了故障，全线都停止生产；其优点是设备投资少、生产成本低这是目前我国大、中型汽车发动机大多采用专机流水生产线的主要原因之一2 2、加工中心柔性生产加工中心柔性生产 加工中心柔性生产与前述专机流水生产刚好相反，其主要特点是：可以多车型多品种发动机共线生产，具有很好的柔性；工序高度集中，少数几个工位就组成一条完整的生产线，任何一个工位出现故障只会影响产量而不会停产，扩能扩产十分方便；加工中心的技术先进、切削速度高，生产效率高；其缺点是设备投资大，生产成本相对较高3 3、专机与加工中心相结合的生产专机与加工中心相结合的生产 专机与加工中心相结合的生产，其特点是：前二种生产模式的优点和缺点均兼而有之，它具有一定的柔性和一个适当的生产成本，因此在我国较老的轿车生产车间仍在大量使用。

4 4、三种生产模式三种生产模式的异同点的异同点 由于此三种生产模式从生产组织到工序内容都存在本质的不同，因此其加工工艺的设计原则及加工工艺过程均存在很大的差异如：对于专机流水生产模式，发动机缸体加工工艺的设计原则是大面的加工优先、易发现缺陷及深孔的加工工序靠前、先面后孔（先加工面后加工孔）、粗精分开（粗加工与精加工分开加工）；但加工中心柔性生产线加工发动机缸体的工艺设计原则却是工序最大限度的集中、粗精一起（相对较早的加工中心，粗加工和精加工在一个工位上进行，先粗加工后精加工；近几年出产的加工中心已经有将粗加工和精加工放在一起同步进行）、先近后远、先面后孔、刀具调用次数最少、走刀路径最短二、发动机缸体加工工艺二、发动机缸体加工工艺 尽管专机流水生产模式在我国大中型车辆发动机生产企业仍在使用，但由于：专机流水生产线的相关内容在先期的课程金属工艺学中已经涉及；在汽车产业，此生产模式已经逐渐被其他二种生产模式所取代所以，在此以某发动机为例，简要介绍发动机缸体的专机与加工中心相结合的生产模式和加工中心柔性生产模式1 1、专机与加工中心相结合、专机与加工中心相结合 的发动机缸体加工工艺的发动机缸体加工工艺 某发动机缸体在专机与加工中心相结合的生产线上的主要加工工艺过程与各工位的加工内容见表7-1。

发动机缸体加工工艺 表7-1序序号号设备类型型定位基准定位基准工序内容工序内容备 注注1专机（龙门式铣床）毛坯基准定位基准(底平面及2 个定位销孔)毛坯基准的精度差，为了达到要求的定位精度，采用龙门铣床粗铣床和精铣床底平面2加工中心底平面二个定位销孔缸体各凸台面精铣的底平面作为定位基准,面大且精度较高各凸台面的加工采用高速加工中心加工3专机（2工位4 根主轴镗床）底平面二个定位销孔缸孔粗加工、起动机安装面及机油标尺孔缸孔粗镗加工、对于加工中心难于加工的起动机安装面和机油标尺孔也在此工序加工4加工中心几多轴箱单机设备底平面二个定位销孔缸体半精加工用10 台加工中心和2台多轴箱设备完成缸体的半精加工采用搬送托盘输送缸体5中间自动清洗机底平面二个定位销孔清洗、干燥缸体采用喷淋和浪涌相结合的清洗方式,保证良好的清洗效果发动机缸体加工工艺 续表7-1序序号号设备类型型定位基准定位基准工序内容工序内容备 注注6 中间试漏机底平面二个定位销孔测试水道、油孔和曲轴箱是否泄漏采用差压式检测仪,重复测量精度保证在10%以内7 含浸设备上下前后四面限位对小泄漏工件渗补采用含浸液和带有2次真空与加工含浸的特殊工艺,确保一次含浸合格率在99.9%以上。

8 瓦盖拧紧机底平面二个定位销孔曲轴瓦盖拧紧瓦盖及螺栓的安装人工完成,用拧紧机自动拧紧9 专机自动线底平面二个定位销孔曲轴孔精加工2个工位完成粗镗、3个工位完成曲轴孔的半精镗和精镗,4个工位自动测量、刻印各档曲轴孔等级,并将测量结果反馈给前面的3个半精镗和精镗工位,一边实现半精镗和精镗工位刀具的自动补偿10 数控铣床#1、#5 档曲轴孔及止推面缸体前、后表面及上表面精的加工采用3 轴联动式NC单元加工,并采用工件定位系统确保加工精度11 自动拧紧机底平面二个定位销孔工艺缸盖安装采用电动拧紧机12专机精加工自动线底平面二个定位销孔缸孔精加工3个工位完成缸孔的半精镗和精镗、5个工位粗珩、7个工位精珩和平台珩,在4工位和8工位有气动检测系统,并将检测结果反馈给前面各加工工位，以便实现自动调整刀具的进给值13 自动拧紧机底平面二个定位销孔工艺缸盖拆卸、清洗 拆下工艺缸盖,将缸体送入自动清洗机进行清洗14 自动清洗机底平面二个定位销孔最终清洗采用喷淋和浪泳相结合的清洗方式,保证良好的清洗效果2 2、加工中心柔性生产线、加工中心柔性生产线 发动机缸体加工工艺发动机缸体加工工艺 加工中心的英文名是machining center，简称CNC，别名自动换刀数控机床，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。

加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速与进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果加工中心的诞生与发展加工中心的诞生与发展 加工中心最初是从数控铣床发展而来，第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工这是制造技术发展过程中的一个重大突破数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工加工中心的种类加工中心的种类 加工中心的种类很多，分类方法各异。

按控制轴数量分，加工中心有三轴加工中心、四轴加工中心和五轴加工中心三类；按主轴与工作台相对位置分类，加工中心可分为卧式加工中心和立式加工中心、带立卧两个主轴的复合式加工中心、主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心和万能加工中心（又称多轴联动型加工中心）五类；按加工工件类型分，加工中心可分为镗铣加工中心、车削加工中心、五面加工中心、车铣复合加工中心四类在众多的分类方法中按控制轴数量分类的方法最为常见，因为控制轴数的多少，反映了加工中心功能的强弱1 1）三轴加工中心）三轴加工中心 三轴加工中心有三个控制轴，分别是X、Y和Z三轴，其中X、Y两轴组成工件的工作平台对于立式加工中心，工件可以在XY平面内联续运动，Z轴是立轴，控制加工深度，因此其有效的加工面仅为工件的顶面2 2）四轴加工中心）四轴加工中心 四轴加工中心，除X、Y和Z三个控制轴外，还有一个旋转轴即第四轴卧式加工中心的第四轴是B轴；立式加工中心的第四轴是A轴或者是C轴A轴是指旋转轴的轴线与X轴平行的旋转轴；B轴是指旋转轴的轴线与Y轴平行的旋转轴；C轴是指旋转轴的轴线与Z轴平行的旋转轴3）五轴加工中心 五轴加工中心有五个控制轴，配上五轴联动的高档数控系统，可以对任意复杂的空间曲面进行高精度加工。

五轴加工中心有二种，即：五轴立式加工中心五轴立式加工中心五轴卧式加工中心五轴卧式加工中心五轴立式加工中心 五轴立式加工中心的回转轴有两种方式，即：工作台回转轴方式工作台回转轴方式主轴头回转轴方式主轴头回转轴方式工作台回转轴方式 设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度工作台的中间还设有一个回转台，绕Z轴回转，定义为C轴，可回转360度通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余五个面都可以由立式主轴进行加工A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，即加工任意角度的倾斜面和倾斜孔A轴和C轴与XYZ三直线轴实现联动，就可加工任意复杂的空间曲面这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩主轴头回转轴方式主轴头回转轴方式 主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达90度以上，实现上述同样的功能这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。

这种设计的优点是：使用球面铣刀加工曲面，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量；主轴头回转轴方式立式加工中心的主轴重力向下，轴承高速空运转的径向受力是均等的，回转特性很好，因此可提高转速，以提高加工效率目前，这类加工中心的实用最高转速已达到40000r/min五轴卧式加工中心五轴卧式加工中心 五轴卧式加工中心的回转轴也有两种方式，即：主轴回转轴方式主轴回转轴方式工作台回转轴方式工作台回转轴方式主轴回转轴方式 卧式主轴的摆动作为一个回转轴，再加上工作台的一个回转轴，实现五轴联动加工这种设置方式简便灵活，如需要主轴立、卧转换，工作台只需分度定位，即可简单地配置为立、卧转换的三轴加工中心由主轴立、卧转换配合工作台分度，对工件实现五面体加工，制造成本降低，非常实用也可对工作台设置数控轴，最小分度值0.001度，但不作联动，成为立、卧转换的四轴加工中心工作台回转轴方式 设置在床身上的工作台A轴一般工作范围+20度至-100度工作台的中间也设有一个回转台 B轴，B轴可双向360度回转。

这种卧式五轴加工中心的联动特性比上一种方式好，常用于加工大型叶轮的复杂曲面回转轴也可配置圆光栅尺反馈，分度精度达到几秒，当然这种回转轴结构比较复杂，价格也昂贵加工中心组成加工中心组成的的加工模块加工模块。