汽車活塞加工工藝規(guī)程及夾具設計【銑頂部16槽+鏜孔】【含CAD圖紙+PDF圖】

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日負責人： 年 月 日年 月 日備注：1、本任務書一式三份，由指導教師填寫相關欄目，經二級學院審核同意后，二級學院、指導教師和學生各執(zhí)一份。2、本任務書須裝入學生的畢業(yè)論文（設計）檔案袋存檔。 廣東技術師范學院天河學院本科畢業(yè)設計開題報告題 目：汽車活塞加工工藝規(guī)程及夾具設計院 別：機電工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 姓 名： 蔡贊強 學 號： 2012020643202 指導教師： 李俊武 年 月 日- 16 -本科畢業(yè)設計開題報告二級學院機電工程學院專業(yè)機械設計制造及其自動化班級機制122姓名蔡贊強學號2012020643202聯系方式13751764123題目 汽車活塞加工工藝規(guī)程及夾具設計一、 選題背景活塞是曲柄連桿機構的重要零件煤氣主要功用是承受燃燒氣體壓力和慣性力，并將燃燒氣體壓力通過活塞銷傳給連桿，推動曲軸旋轉對外作功。此外，活塞又是燃燒室的組成部分。活塞是內燃機中工作條件最嚴酷的零件。作用于活塞上的氣體壓力和慣性力都是周期變化的，燃燒瞬時作用于活塞上的氣體壓力很高，如增壓內燃機的最高燃燒壓力可達1416MPa。而且活塞還要承受在連桿傾斜位置時側壓力的周期性沖擊作用，在氣體壓力、往復慣性力和側壓力的共同作用下，可能引起活塞變形，活塞銷座開裂，活塞側部磨損等。由此可見，活塞應有足夠的強度和剛度，而且質量要輕?；钊敳恐苯优c高溫燃氣接觸，活塞頂部的溫度很高，各部的溫差很大，柴油機活塞頂部常布置有凹坑狀燃燒室，使頂部實際受熱面積加大，熱負荷更加嚴重。高溫必然會引起活塞材料的強度下降，活塞的熱膨脹量增加，破壞活塞與氣缸壁的正常間隙。另外，由于冷熱不均勻所產生的熱應力容易使活塞頂部出現疲勞熱裂現象。所以要求活塞應有足夠的耐熱性和良好的導熱性，小的線膨脹系數。同時在結構上采取適當的措施，防止過大的熱變形?；钊\動速度和工作溫度高，潤滑條件差，因此摩擦損失大，磨損嚴重。要求應具良好的減摩性或采取特殊的表面處理。由于于柴油的物理化學特性，所以柴油機的構造是一個非常復雜的系統。而活塞就是這個系統中一個很關鍵的部位，對整個動力系統起著決定性影響，在某種意義來說它是柴油機里面的“心臟”。而活塞則是柴油機機里“心臟中的心臟”?；钊挥诎l(fā)動機汽缸內,作往復運動,當燃燒室里的混合氣體(空氣和燃料)點燃并膨脹時,活塞受到氣體的壓力,并經過活塞銷及連桿將壓力傳送給曲柄。氣體的吸入,壓縮,廢氣的排除,也都由活塞的運動來完成.因此活塞工作的主要特點是在高溫高壓下作長時間的連續(xù)變負荷往復運動。本課題就是研究活塞這個汽車當中的一個重要零件的加工。改革開放以來，隨著中國與世界的接軌，中國不斷的引進了西方先進的加工技術，而且隨著世界科技的飛速發(fā)展，數控機床，加工中心，柔性制造單元，柔性制造系統等一系列高端設備得以廣泛的運用，使得我國的加工精度和加工方法也發(fā)生了革命性的改變。產品更新換代的加快，產品需求的多樣化，是制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)。夾具方面人們也從過去傳統的夾具的裝夾，定位，刀具的引導定位為夾具的裝夾和定位，隨著數字化加工設備的擴大化，已經將夾具的引導刀具功能完全替代，給今后的夾具的快速裝夾與定位提出了更高的要求。隨著汽車整車對發(fā)動機的動力性、經濟性、環(huán)保性及可靠性的要求越來越嚴格，活塞已發(fā)展成為集輕質高強度新材料、異型外圓復合型面、異型銷孔等多項新技術于一體的高技術含量的產品，以保證活塞的耐熱性、耐磨性、平穩(wěn)的導向性和良好的密封功能，減少發(fā)動機的摩擦功損失，降低油耗、噪聲和排放。為滿足以上的功能要求，通常將活塞的外圓設計成異型外圓(中凸變橢圓)，即垂直于活塞軸線的橫剖面為橢圓或修正橢圓，且橢圓度沿軸線方向按一定的規(guī)律變化(如圖1所示)，橢圓度精度達0.005mm；活塞縱剖面的外輪廓為高次函數的擬合曲線，輪廓精度為0.0050.01mm；為提高活塞的承載能力，以提高發(fā)動機的升功率，通常將高負荷活塞的銷孔設計成微內錐型或正應力曲面型(異型銷孔),銷孔尺寸精度達IT4級，輪廓精度為0.003mm。 二、課題設計2.1課題的內容學習研究制定汽車活塞零件工藝規(guī)程和夾具設計，制定零件的機械加工工藝規(guī)程作為生產的指導性技術文件，使工件能按照零件圖的技術要求加工。通過仔細了解零件結構，認真分析零件圖,培養(yǎng)我們獨立識圖能力,增強我們對零件圖的認識和了解,通過對零件圖的繪制,不僅能增強我們的繪圖能力和運用Auto CAD等軟件的能力。制訂工藝規(guī)程、確定加工余量、工藝尺寸計算、工時定額計算、定位誤差分析等。在整個設計中也是非常重要的,通過這些設計,不僅讓我們更為全面地了解零件的加工過程、加工尺寸的確定,而且讓我們知道工藝路線和加工余量的確定,必須與工廠實際的機床相適應?；钊鳛榈湫偷钠囮P鍵零部件，在切削加工方面具有很強的工藝特點。目前，國內活塞制造行業(yè)通常是由通用機床和結合活塞工藝特點的專用設備組成機加工生產線，因此，專用設備就成為活塞切削加工的關鍵設備，其功能和精度將直接影響最終產品的關鍵特性的質量指標。本文根據活塞加工的特殊工序來對其夾具的設計，使其加工過程得以順利進行，保證活塞銷孔的位置及精度的準確性，同時也借助這個夾具的設計，來提高活塞加工的效率，解決活塞的定位、夾緊問題，為活塞的加工提供一個更方便的路徑。2.2課題的目的隨著世界經濟的迅猛發(fā)展和科學技術的騰飛，市場不斷國際化全球化，各行各業(yè)的競爭日益激烈。企業(yè)要想在殘酷的競爭中生存下來謀求發(fā)展，就要想方設法提高競爭力?？s短新產品的研發(fā)和開發(fā)時間，提高產品的設計質量，降低研發(fā)成本，進行創(chuàng)新性設計，只有這樣，才能滿足市場不斷變化的需求。在現代企業(yè)的機械生產中，如何保證零件加工質量，提高生產效率，降低生產成本，是企業(yè)不斷追求的目標。隨著市場競爭的日趨激烈，對機械零件的技術性和經濟性提出了更高的要求，而良好的技術經濟性很大程度取決于機械加工工藝的制定。汽車活塞零件是機械產品中最常見的一種零件，其生產工藝比較特殊，改造后的汽車活塞零件可達到較高的精度，同時夾具結構簡單，操作方便快捷，能重復使用，降低了成本。汽車活塞的加工工藝及夾具設計為本課題的研究內容，對此研究查閱的大量的資料，首先明白機械加工工藝過程就是用切削的方法改變毛坯的形狀、尺寸和材料的物理機械性質成為具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。為了能具體確切的說明過程，使工件能按照零件圖的技術要求加工出來，就得制定復雜的機械加工工藝規(guī)程來作為生產的指導性技術文件，學習研究制定機械加工工藝規(guī)程的意義與作用就是本課題研究目的。2.3課題的意義 活塞頂部有燃燒室,混合氣體在里面進行燃燒,它的容積大小就決定著里面能夠容納混合氣體多少,也就決定了燃燒后所產生的壓強大小。 近頂部的環(huán)槽分為氣環(huán)槽和油環(huán)槽，為放置活塞環(huán)用,在氣環(huán)槽內放置的活塞環(huán)使活塞頭部與氣缸不接觸,并用以密封活塞的頂部,防止漏氣。遠離頂部的環(huán)槽鉆有油孔,它把飛濺到氣缸套內壁上的多余潤滑油刮去,并通過油孔流回,使之不致進入燃燒室?；钊娜共吭诨钊墓ぷ鬟^程中起導向的作用,底部有精加工的止口,它是為加工活塞而設置的輔助精基面,在結構和功能上沒有起到直接的作用。 由于燃料燃燒會產生很大壓力，所以在工作過程中活塞將產生受力變形和熱變形,由于活塞裙部在圓周方向剛度不同,在活塞的軸線方向的彈性變形比垂直于該方向的彈性變形大,使活塞裙部在受力后變成橢圓,另一方面,在高溫的工作環(huán)境下也要產生熱變形。銷孔軸線方向的金屬層比較厚,熱鼓脹比垂直于該方向上的大,也將使活塞裙部變形后成為橢圓,這樣的話將必然使活塞與氣缸套的間隙不均勻的減少甚至消失,以至產生強烈的摩擦甚至咬住。為了補償上述的變形,所以把活塞的裙部設計制造成橢圓形,橢圓的長軸在垂直于活塞銷孔軸心線的方向上。 此外，活塞在工作時頂部是直接和高溫氣體接觸的,而裙部是間接傳來的熱量,故而頭部的熱鼓脹量要比裙部的大,為了補償這種不均勻的變形,故把活塞頭部的外徑設計得比裙部小,同時頭部也設計成上小下大的錐形。 同時在活塞裙部的銷孔附近加工出凹坑,用來增加裙部與氣缸套內壁的間隙?；钊闹饕夹g條件分析活塞裙部外圓與氣缸的配合 活塞裙部外圓與氣缸要求是一種精密地配合,因而裙部外圓一般要求公差等級IT6,為減少機械加工的困難,將活塞裙部和氣缸套孔徑的制造公差均放大二倍,裝配時按裙部的尺寸分成二組對應裝配,以保證大致要求的間隙。要求裙部外圓的粗糙度Ra1.6m 。活塞銷的要求為了使活塞銷在工作過程中能在孔中自由轉動,銷孔的公差等級大小要求IT6級,同時為了減少機加工工作量,活塞和活塞孔的裝配也采用分組裝配法,要求銷孔內圓的粗糙度Ra0.2m。銷孔(活塞的)的位置公差的要求銷孔(活塞的)的位置公差也應有嚴格要求，銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比,也就影響著發(fā)動機的效率銷孔軸心線對裙部軸心的垂直度影響著活塞銷,銷孔和連桿的受力情況過大將使活塞銷、銷孔、連桿單側受力?；钊跉飧滋字袃A斜,加劇磨損,因此這里垂直度在100mm長度上公差為0.03mm。銷孔軸心線對裙部軸心線的對稱度誤差也會引起不均勻摩損,故而應該限制。活塞重量的要求為了保證發(fā)動機運轉平穩(wěn),在同一發(fā)動機上各活塞的重量不應相差太大,對于活塞,同級活塞的重量差不能超過20克,即活塞的重量差不得大于活塞名義重量的2.5%.活塞在裝配的時候應按重量進行分組.零件的加工工藝編制，在機械加工中占有非常重要的地位，零件工藝編制得合不合理，這直接關系到零件最終能否達到質量要求；夾具設計也是不可缺少的一部分，它關系到能否提高其加工效率的問題。因此這兩者在機械加工行業(yè)中是至關重要的環(huán)節(jié)。機械加工工藝過程是指用機械加工方法改變毛坯的形狀，尺寸，相對位置和性質使其成為零件的全過程。機械加工工藝過程的基本單位是工序，工序又由安裝，工位，工步及走刀組成。規(guī)定產品或零件制造過程和操作方法的工藝文件，稱為工藝規(guī)程。機械加工工藝規(guī)程的主要作用如下：1. 機械加工工藝規(guī)程是生產準備工作的主要依據，根據它來組織原料和毛坯的供應，進行機床調整，專用工藝裝備的設計與制造，編制生產作業(yè)計劃，調配勞動力，以及進行生產成本核算等。2. 機械加工工藝規(guī)程也是組織生產，進行計劃調度的依據，有了它就可以指定進度計劃，實現優(yōu)質高產和低消耗。3. 機械加工工藝規(guī)程是新建工廠的基本技術文件，根據它和生產綱領，才能確定所需機床的種類和數量，工廠的面積，機床的平面布置，各部門的安排。 機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片是兩個主要的工藝文件，對于檢驗工序還有檢驗工序卡片，自動，半自動機床完成的工序，還有機床調整卡片。機械加工工藝過程卡片是說明零件加工工藝過程的工藝文件。機械加工工序卡片是每個工序制定時，用于直接指導生產，用于大批量生產的零件和成批生產中的重要零件。汽車活塞零件是一種常用零件，研究汽車活塞零件的加工工藝和夾具生產技術，可以改進汽車活塞零件的生產方法，提高工廠的生產效率，降低生產成本，提高零件精度，對實際生產具有重要意義。2.4 文獻綜述機械的加工工藝及夾具設計是在完成了大學的全部課程之后，進行的一次理論聯系實際的綜合運用，使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術的工作打下基礎。機械加工工藝是實現產品設計，保證產品質量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，是企業(yè)進行生產準備，計劃調度、加工操作、生產安全、技術檢測和健全勞動組織的重要依據，也是企業(yè)上品種、上質量、上水平，加速產品更新，提高經濟效益的技術保證。然而夾具又是制造系統的重要組成部分，不論是傳統制造，還是現代制造系統，夾具都是十分重要的。因此，好的夾具設計可以提高產品勞動生產率，保證和提高加工精度，降低生產成本等，還可以擴大機床的使用范圍，從而使產品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設計及制造提出了更高的要求。從1949年以來，我國機械工業(yè)有了很大的發(fā)展，已經成為工業(yè)中產品門類比較齊全、具有相當規(guī)模和一定技術基礎的產業(yè)部門之一，其機械加工和夾具也有很大的發(fā)展，但是與工業(yè)發(fā)達國家相比，我們這方面的水平還存在著階段性的差距，主要表現在機械產品質量和水平不夠高，加工工藝過程不合理，夾具應用也比較少，使其加工工人勞動強度大，加工出來的產品也不理想。夾具從產生到現在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現在夾具與人的結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現為夾具與機床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工緊。人們越來越認識到中不可缺少的工藝裝備。國際生產研究協會的統計表明，目前中、小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數的85左右?，F代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新換代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統的專用夾具，一般在具有中等生產能力的工廠里，約擁有數千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，每隔34年就要更新5080左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為1020左右。特別是近年來，數控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本；2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；4）能適用于各種現代化制造技術的新型機床夾具；5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產率；6）提高機床夾具的標準化程度。隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，對產品的品種和生產率提出了愈來愈高的要求，使多品種，中小批生產作為機械生產的主流，為了適應機械生產的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出更高的要求。特別像后鋼板彈簧吊耳類不規(guī)則零件的加工還處于落后階段。在今后的發(fā)展過程中，應大力推廣使用組合夾具、半組合夾具、可調夾具，尤其是成組夾具。在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精高效模塊組合通用經濟方向發(fā)展。（1）特種加工 它是指一些物理的、化學的加工方法，如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、離子束加工等。特種加工方法的主要對象是難加工材料的加工，如金剛石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可達分子級加工單位或原子級加工單位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。特種加工與傳統加工相結合的復合加工有較大的發(fā)展前途。（2）快速成形 利用離散、堆積成形概念，可將一個三維實體分解為若干二維實體制造出來，再經堆積而構成三維實體。（3）精密工程 它包括精密加工的超精密加工技術、微細加工和超微細加工技術、微型機械和納米技術等方面。當前，以納米技術為代表的超精密加工技術和以微細加工為手段的微型機械技術有重要意義，它們代表了這一時期精密工程的方向。（4）傳統加工工藝的改造和革新 這一方面的技術潛力很大，如高速切削、超高速切削、強力磨削、超硬材料磨具的出現都對加工理論的發(fā)展、加工質量和效率的提高有重要意義。另一方面，舊設備的改造和挖潛，如普通機床改造成數控機床等，對機械工業(yè)的發(fā)展和提高是不容忽視的。三、課題研究現狀3.1國外研究現狀汽車面世以來。發(fā)動機制造技術已經經歷了兩次變革，現在正醞釀著第三次革命。第一革命發(fā)生在20世紀初，美國FORD汽車公司發(fā)明了大量生產流水線。其主要方式是由組合機床和專用機床組成的自動生產線TL，也稱傳統自動線，最大優(yōu)點是生產效率高和價格低，最大缺點是柔性差，我國汽車行業(yè)從誕生起至上世紀 90年代一直沿用TL，一汽和東風的載貨車發(fā)動機廠都是如此。目前我國轎車行業(yè)大多不采用TL，但國外大量生產穩(wěn)定產品的生產線中，TL仍是最佳選擇。上世紀90年代出現了高轉速、高快移速度、高加速度、快速換刀的高速加工中心，由其組成的高速柔性生產線FTL是發(fā)動機制造技術的第二次革命，其突出特點是一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾，缺點是投資大，效率受局限，目前是轎車的熱點生產線，商用車發(fā)動機生產廠也有局部采用，并采用有簡單柔性的數控專用（可交換多軸頭和夾具）機床組成的TL。為進一步提高高速柔性生產線的生產效率，FTL的最新發(fā)展的敏捷高速柔性生產線AFTL，其目標是對變化的市場需求快速作出反應。滿足汽車發(fā)動機多品種，大中批量、高效率、低成本生產的需要，符合”精益生產“原則。其主要特點：由通用高速加工中心和專用，組合機床組成的混合型柔性生產線 （HSMC+SPM/TM），按照工序流程排列設備并由自動輸送裝置連接，全部生產線上機床，輸送和工件識別均在一個控制系統中；采用敏捷夾具（柔性夾具可控、可調），采用智能刀具為特定工件加工設計的一系列專用高速刀具。這種生產線的優(yōu)點是生產效率高，同時又具有相當的柔性，能夠適應大批量生產和變型產品生產，投資較小。缺點是柔性受局限，不能加工不可預見的任意品種的零件。目前，混合型柔性生產線在國外應用廣泛，國內一些發(fā)動機廠家通過引進國外設備，同時增加部分國產設備組成生產線的應用較多?，F在發(fā)動機制造技術正醞釀著第三次革命。發(fā)動機研發(fā)越來越快，新品開發(fā)周期越來越短（從30個月縮短到13個月），車型數量多，生產批量不確定。目前的柔性生產線價格昂貴、投資風險大，同時產能過剩矛盾越來越突出，尤其在我國更加突出。近年來，人們一直在探討解決多樣性與經濟性日益突出的矛盾，以滿足變品種、變批量的需要，且兼顧高柔性、高效率、低投資的要求和市場快速反應的能力。同時，也在探討通過制造系統的革命來解決產能過剩的矛盾。美國提出了可重構制造RMS，原理是通過對制造系統中機床配置的調整和機床功能模塊的增減，迅速構成適應新品生產和生產批量變化。為此，研制克由標準化模塊組成的可重構機床RMT。RMS的結構和布置可按需要在用戶現場快速重組。RMS的應用基礎之一是柔性夾具。美國GM公司已經開發(fā)出柔性夾具系統，可以快速（在15min內把一種夾具變成第一種夾具配置）更換以生產不同的發(fā)動機缸體或缸蓋。日本MAZAK公司開發(fā)出市場響應型自獨立制造系統MSM，其實質是”單臺套件生產“。目前該項目是國際上熱門話題，我國已列入科技發(fā)展規(guī)劃。RMS和MSM投入發(fā)動機實際使用雖為時尚早，但卻是未來發(fā)動機制造的方向。目前，J.-Y. Jung以及Ferreira等人在進行CAPP方面的研究中對設備規(guī)劃有詳細論述。計算機輔助夾具設計（CAFD）就夾具方面也做了一些工作；Chou YC Chandru V等人提出的自動夾具定位和夾緊的一種方法；de meter EC提出的利用機械杠桿原理進行定位和夾緊位置選擇的一種算法。目前，關于工件夾具的自動化配置方面的工作，自動化結構設計AFCD中很少提及。Cai等提出了一種指導夾具設計的方法，此方案是縮小由于工件表面與夾具安裝誤差所帶來的定位誤差。Hockenberger4與Demter提出的模式是在工件加工期間工件的靜態(tài)分析，這種方法是一種定性分析并且是在抓緊或夾緊物體的最壞的情況下的偏差，這種情況是由于干涉扭矩。3.2國內研究現狀幾十年來，我國汽車制造技術及裝備經歷了曲折過程。上世紀70年代，為裝備第二汽車制造廠（生產載貨車）組織了130多個機床生產科研單位研發(fā)了117條自動線和1004種5500臺高效專用設備，汽車制造國產化率達到96。上世紀80年代，我們汽車工業(yè)重點轉入轎車，國內機床工業(yè)很不適應，產品及制造技術和裝備多數為國外引進。2005年以來，我國汽車行業(yè)每年投資超過1000億元RMB，2007年總產量達888.24萬輛，生產能力超過1000萬輛。動力總成制造工廠中大部分為機械加工設備，主要精加工設備為歐美及日本等國產品，齒輪加工設備國產機床占了大半江山，沈陽機床集團，北京機電院、北京第三機床廠等已經為一些汽車廠提供了立式加工中心生產線，東風汽車有限公司的設備制造廠也為東風本部，東風康明斯、東風本田、神龍汽車公司及其他國內汽車發(fā)動機及總成廠提供了大量的專用機床生產線，中小型加工中心。目前數千臺國產數控車床在汽車行業(yè)應用并獲好評，大連機床集團并購INGERSOLL公司后，近幾年為汽車發(fā)動機工廠提供了上百臺高速加工中心組成的自動線，這些汽車廠家與機床廠家聯手開發(fā)制造工藝及裝備，其生產線的工藝技術及裝備部分接近同期世界先進水平。但大部分機械加工設備的刀具（高精度的磨具）及數控元器件依賴進口。 總體來說，我國機械加工設備與世界先進水平還有不少差距，主要表現在以下方面。（1）硬件：主要是數控機床無法滿足汽車對精度、精度保持性、可靠性、壽命的需要。（2）軟件：缺乏將工藝系統、物流系統、信息系統集成為制造單元或流水生產線的技術。（3）自主創(chuàng)新：我們基本沒有制造技術自主創(chuàng)新體系，在現代發(fā)動機制造技術，高速加工技術中，由高級復合化機床組成的制造單元等方面差距很大，對現代汽車制造裝備特別強調。解決方案“方面差距更大。 我國于80 年代末開始對組合夾具元件的設計與管理進行了研究和開發(fā),在總結和吸取我國應用和發(fā)展槽系夾具經驗的基礎上,根據現代機械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢,研制了新一代孔系組合夾具系統。此系統發(fā)揮了槽系平移可調性和孔的旋轉可調性的優(yōu)勢,可直接組裝獲得任何直線尺寸和角度尺寸。此系統把大中小三個系列的元件有機融為一體,可在一塊多夾具基礎板上,既能組裝單個大工件夾具,又能組裝多個中小零件夾具,有利于裝夾具基礎板長期固定在機床工作臺上,此系統還設有孔系和槽系過渡元件,便于實現孔、槽系夾具元件混合使用。北京工商大學麻建東和劉璇開發(fā)的組合夾具元件庫,元件庫模塊的核心程序用ObjectARX SDK2. 02工具包開發(fā),界面程序用AU TOCAD 提供的對話框控制語言DCL (Dialog Cont rol Language) 語言開發(fā),在VC + + 6. 0 下編譯和聯接,生成的ARX 可執(zhí)行程序在AU TOCADR14 下直接加載運行。元件庫可為使用者提供7 類組合夾具元件三維圖形的瀏覽以及交互設計功能,并生成三維組合夾具構形圖,在CAD 環(huán)境中可進行修改或刪除山東工業(yè)大學的徐志剛在“廣義映射原理”的指導下,開發(fā)了支持“top - down”風范的夾具設計軟件自動化系統。吳玉光博士在這個領域取得了較大的突破。提出孔系基礎板組合夾具設計的系統方法。該方法利用汽車活塞機構原理自動確定由直線和圓弧組成定位邊界的零件的全部候選定位方案。并提出定位銷可見概念和定位銷轉動支點的概念,進行定位方案的裝卸方便性分析。進一步提出瞬心三角形和同向邊的概念,對工件進行可夾緊性分析,確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國內外相關領域內開拓了新的局面。四、課題設計方案4.1設計方案選型與分析 工藝路線方案一工序號內 容1粗車止口2粗外切槽及頂部3鉆斜面油孔4鉆環(huán)槽油孔5鉆銷座油孔6滑銷座油孔7粗鏜銷孔8精車止口及頂錐9精切細外環(huán)岸及倒角10精鏜銷孔（順鏜）11挖銷孔卡簧12切小槽13靠模車裙部14車凹部15車燃燒室16精車頂部及導角17鉆R7凹坑18車燃燒室口19銑噴油道曲線20清洗21滾壓工藝路線方案二工序號 內 容1粗車止口2粗鏜銷孔3粗切外槽及頂部4鉆斜面油孔5鉆環(huán)槽油孔6鉆銷座油孔7滑銷座油孔8精車止口及頂錐9精切梯形槽10精鏜銷孔（順鏜）11挖卡簧槽12切小槽13靠模車裙部14車凹部及去毛刺15滑油池底16車燃燒室17精車頂部及倒角18鉆R7凹坑19車燃燒室口20銑噴油道曲線21去毛刺銳邊22清洗23滾壓銷孔 汽車活塞主要零件車、銑、鉆等工序使用的專用夾具，此類夾具的特點是針對性強、結構緊湊、操作簡便、生產率高。夾具設計最關鍵是要求對工件定位正確，且滿足定位精度要求。為了解決此問題，首先得了解影響定位精度的因素。然后采取措施解決具體的問題。如定位基準與定位元件的配合狀況和影響定位精度，那么可以提高夾具的制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度。4.2方案的確定(1)通過比較可以發(fā)現在方案一中，將粗鏜銷孔放在第七道工序，而在方案二中第二道工序就是粗鏜銷孔,在實際工廠的生產中,活塞的毛坯一般都是鑄造出錐形銷孔(便于拔模),而銷孔是許多工序加夾緊力的部位,故應在粗鏜止口之后即對銷孔進行粗鏜,以便在以后的工序中夾緊力能較均勻的分布,而不至于壓壞銷孔所在的搭子。(2) 在方案一中,所有環(huán)槽的粗、精加工都是一次一起加工的,而在方案二中將梯形槽單獨的精加工,而環(huán)槽加工是活塞加工中重要的工序之一,它的精度要求高,而切削力又較大,故應采用方案二中的方法,來加工環(huán)槽,才能保證其精度的要求。(3) 在方案一中,加工燃燒室打算一次加工成功,用成形車刀。而燃燒室的形狀為一般球形,成形車刀是一種半圓形的,由于成形車刀有進給運動,是很難加工出球形燃燒室和保證燃燒室的容積的。故應按照方案二那樣,光滑油池底,在燃燒室底部鉆一個孔后再用成形車刀加工。(4) 另外,精鏜銷孔是活塞加工中保證精度的關鍵性的工序,在這里將著重分析一下它的工藝。由于銷孔的尺寸、形狀和位置精度以及粗糙度的要求都很高,因此要采用高精度的鏜刀和金剛鏜床,同時對精鏜銷孔工序定位基準的選擇也必須予以充分的重視。上述的兩種方案采用的是順鏜鏜銷孔,它用止口及端面來定位,消除了五個自由度。.但銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比,在零件圖中有109.550.5的要求,即設計基準是頂面,而定位基準是止口及其端面,產生了基準不重合的誤差。這種情況下要對工序尺寸進行換算,提高某些尺寸精度,這種就會使成本提高。為了使工藝基準和設計基準重合,可以用頂面代替端面作為基面,即倒鏜銷孔,。同時在零件圖中由于活塞的軸心線和銷孔的軸心線也有較高的精度要求,故倒鏜時采用外圓和頂面來定位的話,就能很好保證其精度要求。則采用外圓定位時應采用V形塊,而一般形狀下是用兩V形塊夾緊,但這里活塞是薄壁零件,這樣的夾緊方法將會產生變形,故是采用一個V形塊的內部夾緊。這樣才能有利于保證加工質量,但夾具的結構復雜,同時也應適當的施加夾緊力。工序的安排為：先加工階段的劃分,劃分加工階段應將粗精加工分開,才能使變形所引起的誤差減小到最小。分析上面活塞加工的工藝過程,可分為粗、精加工兩個階段。工序6以前為粗加工階段,包括對各主要表面如止口、外圓、環(huán)槽等進行的粗加工,同時將一些要求不高的又要切除的較多金屬余量的表面如油孔等加工出來。從工序7開始為精加工階段。工序7為轉折點,在此工序中對精基準進行修整,以保證以后精加工工序的定位精度。此外,為了避免精加工后的表面受到損傷,主要表面的精加工應盡量放在最后進行。如精磨裙部外圓和滾壓銷孔都放在最后加工。其次是工序的集中與分散,上述活塞的加工工藝過程屬于大量生產,它的特點是按工序集中原則,采用了較多的高效率的專用機床和專用工夾量具,組成生產流水線。如在第三道工序的多刀車床,在一次安裝下同時加工出外圓、環(huán)槽和頂面;第四第五道工序在專用多軸鉆床上同時鉆六個和八個孔,大多數工序都由復合工步組成。由于工序集中減少了機床的數量,相應地操作工人數和生產面積,由于工序集中,而且采用自動化程度較高的專用機床和工夾量具,大大提高了生產效率,又由于工序集中,在一次安裝中加工盡量多的表面,不但減少了輔助時間,而且有利于保證各表面的相互位置精度。綜上所述,在方案一和方案二中的基礎上加以綜合修改后,確定的加工路線最后如下:工序號工 序 內 容設 備1外圓定位粗車端面及其止口在C620-1上加工2止口定位粗鏜銷孔雙頭鏜床3止口定位粗切外圓、槽及頂部多刀半自動車床C7304鉆斜面油孔Z5125鉆環(huán)槽油孔Z5126鉆、滑銷座孔轉塔鉆床7精車止口及頂錐（外圓定位）專用立鏜8止口定位精切細外環(huán)岸、倒角多刀自動車床9止口定位切小槽及精切梯形槽C620車床10靠模車裙部靠模車床11車凹部普通車床12車頂面及倒角C62013外圓定位 以頂面為基準倒鏜（精）銷孔金剛鏜14挖卡環(huán)槽車床15滑油池底Z53516車燃燒室C62017鉆R7凹坑Z53518車燃燒室口車床19銑頂部R16槽 VMC85020去毛刺、銳邊手鉆、砂紙21清洗22滾壓銷孔鉆臂鉆床本課題是汽車活塞加工工藝及其夾具的設計，因此本課題設計重點是機械加工工藝規(guī)程和夾具的設計、定位等問題。首先，確定零件的毛坯及毛坯圖的繪制。 其次，選擇加工方法、制定工藝路線及工藝卡片；它一般包括：1.根據零件的類別和技術要求，對每個加工面選擇合理的加工方法。2.安排加工順序：（1）工件的精基準表面應先進行加工；（2）先加工主要表面再加工次要表面；（3）先粗加工后精加工；（4）先加工平面，后加工內孔。3.工藝的檢驗項目及檢驗方法、切削用量、時間定額等。4.填寫加工工藝卡片。另外，夾具是保證零件加工精度的重要工具。夾具設計的內容主要包括：1.明確設計要求，收集和研究有關資料：了解零件作用、結構特點、技術要求；充分研究并了解工藝規(guī)程，及某一工序的加工要求。分析夾具設計任務書上選用的定位基準和工序尺寸。2.確定夾具的結構方案：（1）確定定位方案，選擇定位元件，計算定位誤差。（2）確定對刀或導向方式，選擇對刀塊或導向元件。（3）確定夾緊方案，選擇夾緊機構。（4）確定夾具體的形式和夾具的總體結構等等。3.繪制夾具零件的裝配圖及夾具零件圖。4.3方案的特點及創(chuàng)新通過進行本次畢業(yè)設計，全面系統地對學生進行設計方法和研究方法的基本訓練。要求學生樹立正確的設計思想，培養(yǎng)學生進行科學的研究。學生能獨立進行資料的收集、加工與整理，能綜合運用科學的理論、知識和技能，鍛煉獨立解決設計問題的能力，圖紙繪制規(guī)范，符合國家標準，編寫符合要求的設計說明書并答辯，從而使學生樹立嚴謹、實事求是的科學態(tài)度，并掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。創(chuàng)新之處：CAD/CAE/CAM的實施使設計人員不用在復雜用手工畫圖，能將更多的精力用于其他創(chuàng)造性的設計上，設計制造效率大大提高。五、預期結果(1)畢業(yè)設計（論文）的工作量要求：不少于15000字；(2)圖紙（幅面和張數）：A0圖紙2張（折合），工藝卡片1份(3)其他要求：參考文獻不少于15篇（其中外文文獻不少于3篇），外文文獻翻譯漢字3000字以上六、設計主要步驟摘 要第1章 緒論第2章 加工工藝規(guī)程設計2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用2.1.2 零件的工藝分析2.2 汽車活塞加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施2.2.1 孔和平面的加工順序2.2.2 孔系加工方案選擇2.3 汽車活塞加工定位基準的選擇2.3.1 粗基準的選擇2.3.2 精基準的選擇2.4 汽車活塞加工主要工序安排2.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定2.6確定切削用量及基本工時（機動時間）第3章 銑夾具設計3.1 研究原始質料3.2 定位、夾緊方案的選擇3.3切削力及夾緊力的計算3.4 誤差分析與計算3.5 確定夾具體結構尺寸和總體結構3.6 夾具設計及操作的簡要說明第4章 鏜夾具設計總 結參考文獻致 謝七、進度計劃序號任務名稱開始時間結束時間1選題2查閱中、外文獻資料，外文資料翻譯，確定系統設計方案3開題4進行畢業(yè)設計5中期檢查6上交畢業(yè)設計正稿打印版及電子材料，畢業(yè)設計及設計說明書光盤，完成畢業(yè)答辯ppt7畢業(yè)答辯八、參考文獻1孫麗媛，機械制造工藝及專用夾具設計指導，北京：冶金工業(yè)出版社，2002。2 東北重型機械學院等，機床夾具設計手冊，上海：上?？茖W技術出版社，1979。3劉守勇等，機械制造工藝與機床夾具.北京:機械工業(yè)出版社，1994.74王啟平，機床夾具設計M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1988.5林文煥.陳本通，機床夾具設計M.北京:國防工業(yè)出版社，1987.6徐發(fā)仁，機床夾具設計M.重慶:重慶大學出版社，1996.77王昆等，機械設計課程設計M.武漢:高等教育出版社，19958邱宣懷，機械設計M.第四版.北京:高等教育出版社，19979柯明揚，機械制造工藝學M.北京:北京航天航空大學出版社，199510 孟少龍，機械加工工藝手冊第1卷，北京：機械工業(yè)出版社，1991。11金屬機械加工工藝人員手冊修訂組，金屬機械加工工藝人員手冊，上海：上?？茖W技術出版社，1979。12 Haffman E G. Jig and Fixture Design.America, VNR Co.,1980.13 Boyes W E. Jigs and Fixture .America,SME,1982.指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日教研室審核意見： 教研室主任簽名： 年 月 日備注：本開題報告須裝入學生的畢業(yè)設計（論文）檔案袋存檔。I 廣東技術師范學院天河學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目：汽車活塞加工工藝規(guī)程及夾具設計 系 別 ： 專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 ： 學 號： 起 迄 日 期 : 設 計 (論 文 )地 點 : 指 導 教 師 : 專 業(yè) 教 研 室 負 責 人 : 日期: 2015 年 月 日 II 摘 要 本文是在汽車活塞的圖樣分析后進行汽車活塞的機械加工工藝路線的設計，同 時按照其中的加工工序的要求設計夾具。 汽車活塞的主要加工內容是表面和孔。其加工路線長，加工時間多，加工成本 高，零件的加工精度要求也高。按照機械加工工藝要求，遵循先面后孔的原則，并 將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證加工精度。基準選擇以底 面作為粗基準，以底面與工藝孔作為精基準，確定了其加工的工藝路線和加工中所 需要的各種工藝參數。 在零件的夾具設計中，主要是根據零件加工工序要求，分析應限的自由度數， 進而根據零件的表面特征選定定位元件，再分析所選定位元件能否限定應限自由度。 確定了定位元件后還需要選擇夾緊元件，最后就是確定專用夾具的結構形式。 關鍵詞:汽車活塞；加工工藝；工序；專用夾具 III Abstract This is the case in the headstock pattern analysis cabinet after machining process route design, while manufacturing processes in accordance with one of the requirements of the design fixture. The main spindle box casing surface and hole machining content. Processing route, processing time, higher processing costs, machining accuracy requirements are also higher. In accordance with the machining process requirements, and follow the principles of the first surface after hole, and the hole with a flat-screen processing is clearly divided into roughing and finishing stages to ensure accuracy. Reference selection to the bottom as a crude benchmark, the bottom two technical hole as a fine basis, determine the route of its processing technology and processing needs of the various process parameters. In the parts fixture design, parts processing operations requirements, analysis should be limited to the number of degrees of freedom, and then selected according to the parts of the surface characteristics of the positioning element, and then analysis whether the selected positioning element should be limited degrees of freedom. Positioning element also need to choose the clamping element, the final step is to determine the structure of the special fixture. Key words: Headstock; processing; process; special fixtures 1 目 錄 摘 要 .II ABSTRACT .III 目 錄 .1 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究內容和意義 .1 1.2 國內外的發(fā)展概況 .2 1.3 本課題應達到的要求 .3 2 汽車活塞的圖樣分析 .4 2.1 汽車活塞的作用 .4 2.2 汽車活塞的圖樣分析 .7 2.3 工藝分析 .7 3 工藝規(guī)程設計 .9 3.1 確定毛坯的制造形式 .9 3.2 定位基準的選擇 .10 3.2.1 粗基準的選擇 .11 3.2.2 精基準的選擇 .12 3.3 擬定工藝路線 .13 3.3.1 劃分加工階段 .13 3.3.2 安排加工順序 .14 3.3.3 擬定加工工藝路線 .15 工藝路線方案二 .17 2.3.3 工藝方案的比較與分析 .17 3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 .19 2.4.1 止口的加工余量 .19 2.4.2 端面及頂面的加工余量 .19 2.4.3 銷孔的加工余量 .19 2.4.4 外圓的加工余量 .20 3.5 切削用量及工時定額的確定 .20 4 粗鏜銷孔夾具設計 .33 4.1 研究原始質料 .33 4.2 定位、夾緊方案的選擇 .33 4.3 切削力及夾緊力的計算.33 2 4.4 誤差分析與計算 .34 4.5 夾具設計及操作的簡要說明 .35 5 銑頂部 R16 槽夾具設計.36 5.1 研究原始質料.36 5.2 定位基準的選擇.36 5.3 切削力及夾緊力的計算.36 5.4 定向鍵與對刀裝置設計.37 5.5 誤差分析與計算.38 5.6 夾緊裝置的選用.39 5.7 夾具設計及操作的簡要說明.40 6 結論與展望.41 5.1 結論.41 5.2 不足之處及未來展望.41 致謝.43 參考文獻.44 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內容和意義 工裝工藝及夾具畢業(yè)設計是對所學專業(yè)課知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之 前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是理論聯系實際的訓練。機床夾具 已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設計和使用是促進生產發(fā)展的重要工藝措 施之一。 機械加工工藝規(guī)程是生產準備工作的主要依據。根據它來組織原材料和毛坯的供 應，進行機床調整，專用工藝裝備的設計與制造，編制生產作業(yè)計劃，調配勞動力， 以及進行生產成本核算等。 機械加工工藝規(guī)程也是組織生產、進行計劃調度的依據。有了它就可以制定生產 產品的進度計劃和相應的調度計劃，并能做到各工序科學地銜接，使生產均衡、順利， 實現優(yōu)質、高產和低消耗。 機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片，是兩個主要的工藝文件。機械加工 工藝過程卡片，是說明零件加工工藝過程的工藝文件。在單件、小批量生產中，以機 械加工工藝過程卡片指導生產，過程卡的各個項目編制較為詳細。機械加工工序卡片 是為每個工序詳細制定的，用于直接指導工人進行生產，多用于大批量生產的零件和 成批生產中的重要零件。 在機械行業(yè)中，如何去保證工件的高精度、加工的成本等實質性問題，一直是從 事于機械行業(yè)人員研究的問題，其中在設計夾具的時候就要考慮以上問題，高效的夾 具是工件高精度的保證，如何讓夾具更高效、更經濟，這是行業(yè)人急需要解決的。 2 隨著社會的發(fā)展，科技的不斷提高，各種高科技技術逐漸滲透到各個行業(yè)，如何 利用這些高科技為人類服務，如何充分利用這些高科技在機械行業(yè)中，這還需要機械 行業(yè)人員不斷的努力，開拓創(chuàng)新。 隨著科學技術的發(fā)展，和社會市場需要，夾具的設計在逐步的超向柔性制造系統 方向發(fā)展。迄今為止,夾具仍是機電產品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已 高度標準化,用戶只需要按品種、規(guī)格選用采購。而模具和夾具則和產品息息相關,產 品一有變化就需重新制作,通常是屬于專用性質的工具,模具已發(fā)展成為獨立的行業(yè);夾 具在國內外也正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。 組合夾具不僅具有標 準化、模塊化、組合化等當代先進設計思想,又符合節(jié)約資源的原則,更適合綠色制造 的環(huán)境保護原理。所以是今后夾具技術的一個重要發(fā)展方向單位 。 機床夾具通常是指裝夾工件用的裝置:至于裝夾各種刀具用的裝置,則一般稱為 “輔助工具” 。輔助工具有時也廣義地包括在機床夾具的范圍內。按照機床夾具的應用 范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調整式夾具等。 通過這次畢業(yè)設計，對自己所學的理論知識進行一次綜合運用，也是對四年的學 習深度的一個檢驗。在這次設計過程中，充分挖掘自己分析問題，解決問題的潛力。 并希望通過畢業(yè)設計能養(yǎng)成一種嚴謹，認真的態(tài)度，為以后參加工作打下一個良好的 基礎。 1.2 國內外的發(fā)展概況 工裝的全稱是工藝裝備，工裝是指加工機床外而需保證零件加工質量的工藝裝備， 是制造過程中所用的各種工具的總稱。它是各企業(yè)內除生產設備和工具外的為配合生 產設備和人完成工藝制作要求的部分，大多工裝都是針對各自產品特點的。機械加工 過程中用來固定和定位要加工的零件或毛坯件的裝置，即工裝的主要作用有：固定， 3 定位，防止變形。 夾具屬于工裝，工裝包含夾具，屬于從屬關系。不僅僅是焊裝用，在機加工方面 也有用，許多時候，需要裝配幾個部件并保證其定位準確的時候就需要。設計工裝夾 具要緊扣產品，因為工裝夾具是專門為某些產品特定的，要保證生產時無干涉現象、 定位準確、操作工操作便捷等。簡單的說，就是用于工件裝夾的工具。 夾具從產生到現在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現在夾具與人的 結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第 二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定 位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切 的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現為夾具與機床的結合，夾具作為機床 的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。 由于現代加工的高速發(fā)展，對傳統的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全 等。要想達到這樣的生產要求，就必須計算加工工序零件在加工過程中由于切削力、 重力、慣性力等所產生的切削力及切削力矩，按照夾具設計中所確定的夾緊方式進行 夾緊力的計算，為了減小夾具的具體尺寸，就需要增大夾具的定位區(qū)間，增大由夾緊 力而產生的摩擦力矩、正壓力及由此而產生的摩擦力，以達到夾具小巧而精用的目的。 同時為了減少工人的勞動強度，提高工件裝夾效率，還需要對夾具的夾緊機構的行程 進行設計，以期以最短的夾緊行程，達到最佳的夾緊效果。 1.3 本課題應達到的要求 通過實際調研和采集相應的設計數據、閱讀相關資料相結合，對汽車活塞的基本 結構及作用有個大致的了解，在此基礎上，經過對金屬切削加工、金屬切削機床、機 械設計與理論等相關知識充分掌握后，分析汽車活塞的加工工藝，確定汽車活塞各加 4 工表面的加工方法，進而形成汽車活塞的機械加工工藝路線。并能根據汽車活塞的加 工工序要求，分析汽車活塞的定位方式、金屬切削加工過程中的機床工作臺驅動、工 件夾緊等方面的相關數據，結合機械機構設計的相關理論知識，完成工件的有效定位 及夾緊，從而使整個汽車活塞的加工工藝路線經濟，工件定位方案合理，來達到產品 的最優(yōu)化設計。 針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數確定及 計算問題，綜合所學的機械理論設計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的 知識，設計出一套適合于實際的汽車活塞加工工藝路線，從而實現適合于現代加工制 造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設計。為提高鉆床夾具在機床上安裝的穩(wěn)固性，減輕其斷續(xù)切 削可能引起的振動，夾具體不僅要有足夠的剛度和強度，其高度和寬度比也應恰當， 一般有 H/B11.25，以降低夾具重心，使工件加工表面盡量靠近工作臺面。 2 汽車活塞的圖樣分析 2.1 汽車活塞的作用 汽車活塞,如圖 2.1 及圖 2.2 所示，其主要作用是：活塞位于發(fā)動機汽缸內,作往復運動,當 燃燒室里的混合氣體(空氣和燃料)點燃并膨脹時,活塞受到氣體的壓力,并經過活塞銷及連桿將壓 力傳送給曲柄。氣體的吸入,壓縮,廢氣的排除,也都由活塞的運動來完成.因此活塞工作的主要特 點是在高溫高壓下作長時間的連續(xù)變負荷往復運動。因而汽車活塞是主傳動系中的關鍵零件。 5 因此，汽車活塞的加工質量將直接影響機器或部件的精度、性能和壽命。 6 圖 2.1 汽車活塞 7 2.2 汽車活塞的圖樣分析 在編制汽車活塞機械加工工藝規(guī)程之前，首先應研究汽車活塞的工作圖樣和產品 裝備圖樣，熟悉該產品的用途、性能及工作條件，明確該汽車活塞在產品中的位置和 作用；了解并研究各項技術條件制定的依據，找出其主要技術要求和技術關鍵，以便 在擬定工藝規(guī)程時采用適當的措施加以保證。 汽車活塞的材料為硅鋁合金，硅鋁合金生產工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，減震性能 良好。傳動汽車活塞需要加工表面以及加工表面的位置要求?，F分析如下： 1）該零件為機床汽車活塞，主要加工部位為平面和孔系，其結構復雜，精度要求 又高，加工時應注意選擇定位基準及夾緊力。 2）材料硅鋁合金。 3）鑄件人工時效處理。 2.3 工藝分析 工藝分析的目的主要有兩個： 一是審查零件的結構形狀及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及熱處 理等的技術要求是否合理，是否便于加工與裝配； 二是通過工藝分析，對零件的工藝要求有進一步的了解，以便制定出合理的工藝 規(guī)程。 鑄件必須進行時效處理，以消除應力。有條件時應在露天存放一年以上再加工。 為了保證加工精度應使定位基準統一，該零件主要定位基準，集中在底面和頂 面上。 8 鏜孔時，在可能的條件下盡量采用“支承鏜削”方法，以增加鏜桿的剛性，提 高加工精度。對直徑較小的孔、應采用鉆、擴、鉸加工方法。 為保證在同一軸上各孔的同軸度，可采用在已加工孔上，安裝導向套再加工其他 孔的方法。 為提高孔的加工精度，應將粗鏜、半精鏜和精鏜分開進行。 鑄造時一般 50mm 以下孔不鑄出。 孔的尺寸精度檢驗，使用內徑千分尺或內徑百分表進行測量。軸內孔之間距離 的測量可以通過孔與孔之間壁厚進行間接測量。 同一軸線上各孔的同軸度，可采用檢驗心軸進行檢驗。 各軸孔的軸線之間的平行度，以及軸孔的軸線與基準面的平行度，均應通過檢 驗心軸進行測量。 汽車活塞作為主傳動系的支承零件，各傳動軸間要求一定的位置精度，因此，加 工此汽車活塞的主要任務是保證各孔系間的相互位置精度。在此汽車活塞的加工中保 證各孔正確位置是靠 T68 坐標鏜床手動控制坐標來完成的，為更好地保證加工質量， 單件小批量生產也可采用組合夾具、專用鏜模進行加工，批量較大時，應采用專用鏜 模進行加工。 根據汽車活塞零件圖可知，其主要加工面是進行導軌面的加工、表面加工、孔加 工、鉆孔、攻絲，孔的精度要求高。該零件年生產屬小批量生產，設計加工零件所需 要的專用夾具是為了提高勞動效率、降低成本。 9 3 工藝規(guī)程設計 3.1 確定毛坯的制造形式 毛坯的選擇不僅影響毛坯的制造工藝及費用、零件生產率和經濟性，而且也與零 件的機械加工工藝和質量密切相關。故正確選擇毛坯具有重大的技術經濟意義。 毛坯選擇時，應全面考慮以下因素： 1）零件的材料及機械性能要求； 2）零件的結構形狀與外形尺寸； 3）生產類型，它在很大程度上決定采用毛坯制造方法的經濟性； 4）現有生產條件； 5）充分考慮利用新工藝、新材料、新技術的可能性。 長期使用經驗證明，由于灰口鑄鐵有一系列的技術上（如耐磨性好，有一定程度 10 的吸震能力、良好的鑄造性能等）和經濟上的優(yōu)點，通常汽車活塞材料采用灰口鑄鐵。 最常用的是硅鋁合金400，當載荷較大時，采用 HT300540 高強鑄鐵。 汽車活塞的毛坯大部分采用整體鑄鐵件或鑄鋼件。當零件尺寸和重量很大無法采 用整體鑄件（受鑄造能力的限制）時，可以采用焊接結構件，它是由多塊金屬經粗加 工后用焊接的方法連成一整體毛坯。焊接結構有鑄焊、鑄煅焊、煅焊等。采 用焊接結構可以用小的鑄造設備制造出大型毛坯，解決鑄造生產能力不足的問題。焊 前對各種組合件進行粗加工，可以部分地減輕大型機床的負荷。 毛坯未進入機械加工車間之前，為不消除毛坯的內應力，對毛坯應進行人工實效 處理，對某些大型的毛坯和易變形的零件粗加工后要再進行時效處理。 毛坯鑄造時，應防止沙眼、氣孔、縮孔、非金屬夾雜物等缺陷出現。特別是主要 加工面要求更高。重要的汽車活塞毛坯還應該達到規(guī)定的化學成分和機械性能要求。 該零件為汽車活塞類，且外型尺寸較大，材料為硅鋁合金，零件的形狀較復雜， 因此不能用鍛造，只能用鑄件，采用砂型鑄造毛坯，如圖 3.1 汽車活塞毛坯圖所示。 采用小批量造型生產。根據零件主要的加工表面的粗糙度查參考文獻機械制造工藝 簡明手冊確定各表面加工余量。 毛坯鑄造時，應防止砂眼和氣孔的產生。為了減少毛坯制造時產生殘余應力，應 使汽車活塞壁厚盡量均勻，汽車活塞澆鑄后應安排時效或退火工序。 該汽車活塞的材料是硅鋁合金，單件小批生產，由于結構復雜，所以毛坯采用鑄 件。為了提高汽車活塞加工精度的穩(wěn)定性，采用時效處理以消除內應力。 3.2 定位基準的選擇 定位基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。定位基準選擇正確、合理， 11 可以保證零件的加工質量，提高生產率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，使生 產無法進行。 汽車活塞定位基準的選擇，直接關系到汽車活塞上各個平面與平面之間、孔與平 面之間、孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證。在選擇基準時，首先 要遵守“基準統一”和“基準重合”的原則，同時必須考慮生產批量的大小、生產設 備、特別是夾具的選用等因素。 該汽車活塞的結構復雜，壁厚不均，剛性不好，而加工精度要求又高，故汽車活 塞重要加工表面都要劃分粗、精加工兩個階段，這樣可以避免粗加工造成的內應力、 切削力、夾緊力和切削熱對加工精度的影響，有利于保證汽車活塞的加工精度。 3.2.1 粗基準的選擇 選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖 樣要求，并特別注意要盡快獲得精基面。具體選擇時應考慮下列原則： 重要表面原則 為保證工件上重要表面的加工余量小而均勻，則應選擇該表面為粗基準。 不加工表面原則 為了保證加工面與不加工面間的位置要求，一般應選擇不加工面為粗基準。 余量最小原則 如果零件上每個表面都要加工，則應選擇其中加工余量最小的表面為粗基準，以 避免該表面在加工時因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件廢品。 使用一次原則 因為粗基準本身都是未經機械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重復使用 12 將產生較大的誤差。 平整光潔原則 以便工件定位可靠、夾緊方便。 根據生產類型不同，實現以主軸孔為粗基準的工件安裝方式也不一樣。大批大量 生產時，由于毛坯精度高，可以直接用汽車活塞上的重要孔在專用夾具上定位，工件 安裝迅速，生產率高。在單件、小批及中批生產時，一般毛坯精度較低，按上述辦法 選擇粗基準，往往會造成汽車活塞外形偏斜，甚至局部加工余量不夠，因此通常采用 劃線找正的辦法進行第一道的工序加工，即以主軸孔及中心線為粗基準對毛坯進行劃 線和檢查，必要時予以糾正，糾正后孔的余量應足夠，但不應定均勻。 該汽車活塞為單件小批量生產，在單件小批量生產時，由于毛坯精度低，所以以 劃線找正法安裝。劃線時先找正主軸孔中心，然后以主軸孔為基準找出其他需加工平 面的位置。加工該汽車活塞時，按所劃的線找正安裝工件，則體現的是以主軸孔作為 粗基準。 3.2.2 精基準的選擇 選擇精基準時，主要考慮保證加工精度和工件裝夾方便可靠。一般應考慮以下原 則： 1) 基準重合原則 即選用設計基準作為定位基準，以避免定位基準與設計基準不重合而引起的基準 不重合誤差。 2) 基準統一原則 應采用同一組基準定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準統一原則。 13 3) 自為基準原則 某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準，稱 為自為基準原則。 4) 互為基準原則 5) 便于裝夾原則 所選精基準應保證工件安裝可靠，夾具設計簡單、操作方便。 為了保證汽車活塞零件孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的相互位置和距離尺 寸精度，汽車活塞類零件精基準選擇常用兩種原則：基準統一原則、基準重合原則。 小批生產時一般采用基準重合原則，即以裝配基準作為定位基準，避免了基準不重合 誤差，有利于提高汽車活塞上各表面間的相互位置精度。大批生產時常采用基準統一 原則，即一面兩孔定位，可避免由于基準變換而帶來的累積誤差。 該零件以三面定位，汽車活塞上的裝配基準為平面，而它們又是汽車活塞上其他 要素的設計基準，因此以這些裝配基準平面作為定位基準，避免了基準不重合誤差， 有利于提高汽車活塞各主要表面的相互位置精度。有零件圖可知：D 面、W 面為精基 準。 3.3 擬定工藝路線 3.3.1 劃分加工階段 零件的技術要求較高時，零件在進行加工時都應劃分加工階段，按工序性質不同， 可劃分如下幾個階段： 粗加工階段 此階段的主要任務是提高生產率，切除零件被加工面上的大部分余量，使毛坯形 14 狀和尺寸接近與成品，所能達到的加工精度和表面質量都比較低。 半精加工階段 此階段要減少主要表面粗加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度并留有一 定的加工余量，并完成次要表面的加工（鉆、攻絲、銑鍵槽等） ，為精加工做好準備。 精加工階段 切除少量加工余量，保證各主要表面達到圖紙要求，所得精度與表面質量都比較 高。所以此階段主要目的是全面保證加工質量。 光整加工階段 此階段主要針對要進一步提高尺寸精度、降低粗糙度（IT6 級以上）的表面。一 般不用于提高形狀、位置精度。 根據加工階段劃分的要求及零件的批量，該汽車活塞的加工劃分為 3 個階段：粗 加工階段（粗銑各個平面、孔端面及各主軸孔粗鏜） 、半精加工階段（半精鏜各主軸孔， 完成各次要孔等）和精加工階段（磨各平面、精鏜各主軸孔） 。 3.3.2 安排加工順序 復雜工件的機械加工工藝路線中要經過切削加工、熱處理和輔助工序，如何將這 些工序安排在一個合理的加工順序中，生產中已總結出一些指導性的原則，先述如下。 切屑加工工序順序的安排原則 1）先粗后精 各表面加工順序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的順序進行，目的是 逐步提高零件加工表面的精度和表面質量。 15 2）先主后次 零件的主要加工表面（一般是指設計基準面、主要工作面、裝配基面等）應先加 工，而次要表面（鍵槽、螺孔等）可在主要表面加工到一定精度之后、最終精度加工 之前進行加工。 3）先面后孔原則 對于汽車活塞類、支架類、機體類等零件，平面輪廓尺寸較大，用平面定位比較 穩(wěn)定可靠，故應先加工平面，后加工孔。這樣，不僅使后續(xù)的加工有一個穩(wěn)定可靠的 平面作為定位基準面，而且在平整的表面上加工孔，加工變得容易一些，也有利于提 高孔的加工精度。 4）先基準后其他 作為精基準的表面要首先加工出來。 該汽車活塞的加工和裝配大多以平面為基準，按照加工順序安排的原則，采用先 面后孔的加工順序。先加工平面，可以為加工精度較高的支承孔提供穩(wěn)定可靠的精基 準，有利于提高加工精度。另外，先加工平面可以將鑄件不平表面切除，可減少鉆孔 時鉆頭引偏和刀具崩刃等現象的發(fā)生，對刀和調整也較為方便。加工孔系時應遵循先 主后次的原則，即先加工主要平面或孔系，這也符合切削加工順序的安排原則。 根據各面各孔的精度要求，加工順序如下： 平面的加工：查零件制造工藝與裝備表 3-9 平面加工方法可知，通過粗銑 精銑的加工順序可以滿足要求。 銷軸孔的加工：查機械制造工藝與裝備表 3-8 可知，通過粗鏜半精鏜 精鏜的加工順序可以滿足要求；其余各孔：通過鉆擴鉸的加工順序可以滿足要求。 16 3.3.3 擬定加工工藝路線 擬定工藝路線的出發(fā)點：應當使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要 求能得到合理的保證。還要考慮經濟效果，以便降低生產成本。 綜合以上加工階段和加工順序的分析，可以初步得出汽車活塞的加工藝路線。 初擬汽車活塞加工工藝路線方案一如表 3-1 所示。 表 3-1 工藝路線方案一 工序號 內 容 1 粗車止口 2 粗外切槽及頂部 3 鉆斜面油孔 4 鉆環(huán)槽油孔 5 鉆銷座油孔 6 滑銷座油孔 7 粗鏜銷孔 8 精車止口及頂錐 9 精切細外環(huán)岸及倒角 10 精鏜銷孔（順鏜） 11 挖銷孔卡簧 12 切小槽 13 靠模車裙部 14 車凹部 15 車燃燒室 16 精車頂部及導角 17 鉆 R7 凹坑 18 車燃燒室口 19 銑噴油道曲線 20 清洗 21 滾壓 17 工藝路線方案二 2.3.3 工藝方案的比較與分析 (1)通過比較可以發(fā)現在方案一中，將粗鏜銷孔放在第七道工序，而在方案二中第二道工序 就是粗鏜銷孔,在實際工廠的生產中,活塞的毛坯一般都是鑄造出錐形銷孔(便于拔模),而銷孔是許 多工序加夾緊力的部位,故應在粗鏜止口之后即對銷孔進行粗鏜,以便在以后的工序中夾緊力能較 均勻的分布,而不至于壓壞銷孔所在的搭子。 (2) 在方案一中,所有環(huán)槽的粗、精加工都是一次一起加工的,而在方案二中將梯形槽單獨的 精加工,而環(huán)槽加工是活塞加工中重要的工序之一,它的精度要求高,而切削力又較大,故應采用方 案二中的方法,來加工環(huán)槽,才能保證其精度的要求。 (3) 在方案一中,加工燃燒室打算一次加工成功,用成形車刀。而燃燒室的形狀為一般球形, 成形車刀是一種半圓形的,由于成形車刀有進給運動,是很難加工出球形燃燒室和保證燃燒室的容 積的。故應按照方案二那樣,光滑油池底,在燃燒室底部鉆一個孔后再用成形車刀加工。 工序號 內 容 1 粗車止口 2 粗鏜銷孔 3 粗切外槽及頂部 4 鉆斜面油孔 5 鉆環(huán)槽油孔 6 鉆銷座油孔 7 滑銷座油孔 8 精車止口及頂錐 9 精切梯形槽 10 精鏜銷孔（順鏜） 11 挖卡簧槽 12 切小槽 13 靠模車裙部 14 車凹部及去毛刺 15 滑油池底 16 車燃燒室 17 精車頂部及倒角 18 鉆 R7 凹坑 19 車燃燒室口 20 銑噴油道曲線 21 去毛刺銳邊 22 清洗 23 滾壓銷孔 18 (4) 另外,精鏜銷孔是活塞加工中保證精度的關鍵性的工序,在這里將著重分析一下它的工藝。 由于銷孔的尺寸、形狀和位置精度以及粗糙度的要求都很高,因此要采用高精度的鏜刀和金剛鏜床,同 時對精鏜銷孔工序定位基準的選擇也必須予以充分的重視。 上述的兩種方案采用的是順鏜鏜銷孔,它用止口及端面來定位,消除了五個自由度。剩下的轉 動自由度用一根裝在尾座套筒中的菱形銷插入銷孔中來定位,從而保證精鏜的加工余量均勻,當活 塞被壓緊后,再將菱形銷退出即可加工.但銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比,在零件圖中 有 109.550.5 的要求,即設計基準是頂面,而定位基準是止口及其端面,產生了基準不重合的誤差。 這種情況下要對工序尺寸進行換算,提高某些尺寸精度,這種就會使成本提高。為了使工藝基準和 設計基準重合,可以用頂面代替端面作為基面,即倒鏜銷孔,。同時在零件圖中由于活塞的軸心線和 銷孔的軸心線也有較高的精度要求,故倒鏜時采用外圓和頂面來定位的話,就能很好保證其精度要 求。則采用外圓定位時應采用 V 形塊,而一般形狀下是用兩 V 形塊夾緊,但這里活塞是薄壁零件,這 樣的夾緊方法將會產生變形,故是采用一個 V 形塊的內部夾緊。這樣才能有利于保證加工質量,但 夾具的結構復雜,同時也應適當的施加夾緊力。 工序的安排為：先加工階段的劃分,劃分加工階段應將粗精加工分開,才能使變形所引起的誤 差減小到最小。分析上面活塞加工的工藝過程,可分為粗、精加工兩個階段。工序 6 以前為粗加工 階段,包括對各主要表面如止口、外圓、環(huán)槽等進行的粗加工,同時將一些要求不高的又要切除的 較多金屬余量的表面如油孔等加工出來。從工序 7 開始為精加工階段。工序 7 為轉折點,在此工序 中對精基準進行修整,以保證以后精加工工序的定位精度。此外,為了避免精加工后的表面受到損 傷,主要表面的精加工應盡量放在最后進行。如精磨裙部外圓和滾壓銷孔都放在最后加工。其次是 工序的集中與分散,上述活塞的加工工藝過程屬于大量生產,它的特點是按工序集中原則,采用了較 多的高效率的專用機床和專用工夾量具,組成生產流水線。如在第三道工序的多刀車床,在一次安 裝下同時加工出外圓、環(huán)槽和頂面;第四第五道工序在專用多軸鉆床上同時鉆六個和八個孔,大多 數工序都由復合工步組成。由于工序集中減少了機床的數量,相應地操作工人數和生產面積,由于 工序集中,而且采用自動化程度較高的專用機床和工夾量具,大大提高了生產效率,又由于工序集中,在 一次安裝中加工盡量多的表面,不但減少了輔助時間,而且有利于保證各表面的相互位置精度。 綜上所述,在方案一和方案二中的基礎上加以綜合修改后,確定的加工路線最后如下: 工序號 工 序 內 容 設 備 1 外圓定位粗車端面及其止口 在 C620-1 上加工 2 止口定位粗鏜銷孔 雙頭鏜床 3 止口定位粗切外圓、槽及頂部 多刀半自動車床 C730 4 鉆斜面油孔 Z512 5 鉆環(huán)槽油孔 Z512 6 鉆、滑銷座孔 轉塔鉆床 7 精車止口及頂錐（外圓定位） 專用立鏜 8 止口定位精切細外環(huán)岸、倒角 多刀自動車床 9 止口定位切小槽及精切梯形槽 C620 車床 10 靠模車裙部 靠模車床 11 車凹部 普通車床 12 車頂面及倒角 C620 19 13 外圓定位 以頂面為基準倒鏜（精）銷孔 金剛鏜 14 挖卡環(huán)槽 車床 15 滑油池底 Z535 16 車燃燒室 C620 17 鉆 R7 凹坑 Z535 18 車燃燒室口 車床 19 銑頂部 R16 槽 VMC850 20 去毛刺、銳邊 手鉆、砂紙 21 清洗 22 滾壓銷孔 鉆臂鉆床 3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 汽車活塞體的材料是硅鋁合金，批量生產，由于結構復雜，所以毛坯采用鑄件。 根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸 與毛坯尺寸如下： 2.4.1 止口的加工余量 總余量為:3mm 粗車余量為:2.6mm 精車余量為:0.4mm 2.4.2 端面及頂面的加工余量 端面的總余量為： 4mm 粗車余量為：3.8mm 精車余量為： 0.2mm 頂面的總余量為： 5mm 粗車的加工余量為： 3.5mm 半粗車的加工余量為： 1.37mm 精車的加工余量為： 0.13mm 2.4.3 銷孔的加工余量 滾壓的加工余量: 0.15mm 精鏜的加工余量為: 0.30 mm 粗鏜的加工余量為: 3.55 mm 20 則總的加工余量為: 4 mm 2.4.4 外圓的加工余量 毛坯的總加工余量為:3 mm 精車之后細車加工余量為: 0.25 mm 粗車之后精車的加工余量為: 0.6 mm 粗車的加工余量為: 2.15 mm 3.5 切削用量及工時定額的確定 受論文篇幅所限，只選取部分工序及加工內容進行工藝計算，還請諒解。 工 序 40 粗車止口 由于零件整體加工為外圓端面，故所有軸頸可以一次車削加工，所有軸頸加工余量相同。說明所 有軸頸的加工余量。 （參考機械制造工藝設計簡明手冊表 2.3-9） ， 確定工序尺寸及余量： 具體工序尺寸見表 3。 已知工件材料： 20CrMnTi，有外皮，機床 CA6140 普通車床，工件用卡盤固定。 所選刀具為 YG6 硬質合金可轉位車刀。根據切削用量簡明手冊 表 1.1，由于 CA6140 機 床的中心高為 200 （表 1.30） ，故選刀桿尺寸 = ，刀片厚度為 。mHBm2516m5.4 選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角 = ，后角 = ，主偏角 = ，副0V0vK09 偏角 = ，刃傾角 = ，刀尖圓弧半徑 = 。vK01s0sr8. .確定切削深度 pa 由于單邊余量為 ，可在一次走刀內完成m2 .確定進給量 f 根據切削加工簡明實用手冊可知：表 1.4 21 刀桿尺寸為 ， ，工件直徑 400 之間時，m1625pam410 進給量 =0.51.0fr 按 CA6140 機床進給量（表 4.29）在機械制造工藝設計手冊可知： =0.7fr 確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據表 130，CA6140 機床 進給機構允許進給力 =3530 。maxFN 根據表 1.21，當強度在 174207 時， ， ， = 時，徑HBSpam4f75.0rK045 向進給力： =950 。R 切削時 的修正系數為 =1.0， =1.0， =1.17（表 1.292） ，故實際進給力為：fFroFfKsFfkrFfK =950 =1111.5 （1-2）f17.N 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選 = 可用。frm7.0 .選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據切削用量簡明使用手冊表 1.9，車刀后刀面最大磨損量取為 ，車刀壽命 =5.1T 。min60 .確定切削速度 0V 切削速度可根據公式計算，也可直接有表中查出。 根據切削用量簡明使用手冊表 1.11，當 硬質合金刀加工硬度 200219 的鑄件，6YGHBS ， ，切削速度 = 。pam4fr75.0Vmin3 切削速度的修正系數為 =1.0， =0.92， 0.8， =1.0， =1.0（見表 1.28） ，故：tvKvsvKTvKv = tVv=63 （1-3 ）00.184.920.1 min = = =120 （1-4）nDc1127480ir 22 根據 CA6140 車床說明書選擇 =1250nmir 這時實際切削速度 為：cV = = （1-5 ）c10cDn01257min .校驗機床功率 切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。 由切削用量簡明使用手冊表 1.25， = ， ， ，HBS160245pa3frm75.0 切削速度 時，min50V =CPKW7.1 切削功率的修正系數 =0.73， =0.9，故實際切削時間的功率為：krcPcr0 =1.7 =1.2 （1-6）C3. 根據表 1.30，當 = 時，機床主軸允許功率為 = ， ，故所選切nmi125r EPKW9.5CEP 削用量可在 C6201 機床上進行，最后決定的切削用量為： =3.75 ， = ， = = ， =pafr7.0ni125rsr08.Vmin0 工序 5 粗鏜粗鏜銷孔切削用量及基本時間的確定 本工序為粗鏜。已知加工材料為硅鋁合金鑄鐵，鑄件；機床為 T740 型臥式鏜床， 工件裝在組合夾具中。 刀具：硬質合金金剛鏜鏜刀。 確定背吃刀量 ：pa )(5.2單 邊 余 量bZm 確定進給量 f： 23 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.3-14，可查得 f=0.31.0mm/r。 按 T740 機床進給量，選擇 f=0.74mm/r。 確定切削速度 v： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.3-14，可查得 =4080m/min,選擇cv 。min/65vc min/01.85610min/10rrdvnws 按 T740 機床的轉速，選擇 ，所以實際切削速度 v：i/2 in/2.710nvw 工額定時的計算 ：jT min39.01274.0521ifnlwj 式中： ， =3mm， =5mm，ml501l2l =0.74mm/r， ， =1。f i/0r 3.6.2 工序 5 粗切外圓,環(huán)槽及頂部 所選刀具為 YG6 硬質合金可轉位車槽刀。根據切削用量簡明手冊表 1.1，由于 CA6140 機 床的中心高為 200 （表 1.30） ，故選刀桿尺寸 = ，刀片厚度為 。mHBm2516m5.4 選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角 = ，后角 = ，主偏角 = ，副偏0V0vK09 角 = ，刃傾角 = ，刀尖圓弧半徑 = 。vK01s0sr8. .確定切削深度 pa 由于單邊余量為 ，可在一次走刀內完成，故5.2 = = p.m251 .確定進給量 f 根據切削加工簡明實用手冊可知：表 1.4 24 刀桿尺寸為 ， ，工件直徑 400 之間時，m1625pam410 進給量 =0.51.0fr 按 CA6140 機床進給量（表 4.29）在機械制造工藝設計手冊可知： =0.7f 確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據表 130，CA6140 機床 進給機構允許進給力 =3530 。maxFN 根據表 1.21，當強度在 174207 時， ， ， = 時，徑HBSpam4f75.0rK045 向進給力： =950 。R 切削時 的修正系數為 =1.0， =1.0， =1.17（表 1.292） ，故實際進給力f roFfKsFfkrFfK 為： =950 =1111.5 由于切削時f17.N 進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選 = 可用。frm7.0 .選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據切削用量簡明使用手冊表 1.9，車刀后刀面最大磨損量取為 ，車刀壽命 =m5.1T 。min60 .確定切削速度 0V 切削速度可根據公式計算，也可直接有表中查出。 根據切削用量簡明使用手冊表 1.11，當 硬質合金刀加工硬度 200219 的鑄件，15YTHBS ， ，切削速度 = 。pa4frm75. Vmin63 切削速度的修正系數為 =1.0， =0.92， 0.8， =1.0， =1.0（見表 1.28） ，tvKvsvKTvKv 故： = tv=63 （3-12）0V0.184.920.1 in48 = = =120 （3-13）nDc127mir 根據 CA6140 車床說明書選擇 =1250ir 這時實際切削速度 為：cV = = （3-14）1cDn01257min .校驗機床功率 25 切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。 由切削用量簡明使用手冊表 1.25， = ， ， ，HBS160245pam3fr75.0 切削速度 時，min50V =CPkw7.1 切削功率的修正系數 =0.73， =0.9，故實際切削時間的功率為：rcPcrK0 =1.7 =1.2 3. 根據表 1.30，當 = 時，機床主軸允許功率為 = ， ，故所選切削ni125EPkw9.5CEP 用量可在 CA6140 機床上進行，最后決定的切削用量為： =1.25 ， = ， = = ， =pamfr7.0nmi125rsr08.Vmin0 .計算基本工時 flt = =m7.0125i4 工序 16 精鏜銷孔切削用量及基本時間的確定 本工序為精鏜。已知加工材料為硅鋁合金鑄鐵，鑄件；機床為 T740 型臥式鏜床， 工件裝在組合夾具中。 刀具：硬質合金金剛鏜鏜刀。 1、確定背吃刀量 ：pa m9.0 2、確定進給量 f： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.3-14，可查得 f=0.20.8mm/r。 按 T740 機床進給量，選擇 f=0.52mm/r。 3、確定切削速度 v： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.3-14，可查得 =60100m/min,選擇cv 26 =85m/min。cv min/41.298510rdvnwcs 按 T740 機床的轉速，選擇 =250r/min，所以實際切削速度 v： in/63.92105nvw 4、工額定時的計算 ：jT min45.0125.021ifnlwj 式中： =50mm， =3mm， =5mm，l1l2l =0.74mm/r， =250r/min， =1。 f i 工序 22 銑頂部 R16 槽 （1）粗銑頂部 R16 槽 加工條件： 工件材料： 硅鋁合金，鑄造。 機床：VMC850 銑床。 查機械加工工藝師手冊表 30-34 選擇工藝裝備及確定切削用量。 刀具：硬質合金三面刃圓盤銑刀（面銑刀） ，材料： ， ，齒數15YTmD0 ，此為粗齒銑刀。8Z 因其單邊余量：Z=2mm。 所以銑削深度 ： 。pam2 27 每齒進給量 ：根據機械加工工藝師手冊表 2.4-75，取 。fa Zmaf/10. 取銑削速度 ：參照機械加工工藝師手冊表 30-34，取 。V sv2 由式 3-1 得機床主軸轉速 ：n1014.36210dV 按照機械加工工藝師手冊表 3.1-74 可以查得機床與之接近的轉速為 。30/minr 實際銑削速度 ：v smdn/73.16014.30 進給量 ： 。 fZaff /8. 工作臺每分進給量 ： 。 m in/28.4svf 銑削寬度 ：根據 機械加工工藝師手冊 表 2.4-81，取 。 ma60 被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 。l 60lm 刀具切入長度 ：1 (3.2)210.5()(13lDa2.60m 刀具切出長度 ：取 。2lm 走刀次數為 1 （2）精銑頂部 R16 槽 加工條件： 工件材料： 硅鋁合金，鑄造。 機床：VMC850 銑床。 查機械加工工藝師手冊表 30-34 選擇工藝裝備及確定切削用量。 刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）： ，齒數 12，此為細齒銑刀。15YT 28 精銑該平面的單邊余量：Z=1mm 。 銑削深度 ： 。pam0.1 每齒進給量 ：根據機械加工工藝師手冊表 3031，取 。f Zmaf/08. 銑削速度 ：參照機械加工工藝師手冊表 3031，取 。v sv32. 機床主軸轉速 ，由式（3.1）有：n100.3261/in14Vrd 按照機械加工工藝師手冊表 3.1-74 可以查得機床與之接近的轉速為 。75/minr 實際銑削速度 ：v smdn/4.061754.30 進給量 ，由式（ 2.3）有： 。fV sZnavff /25.612. 工作臺每分進給量 ： 。mf in/35/2.sf 被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 。l ml0 刀具切入長度 ：精銑時 。1Dl1 刀具切出長度 ：取 。2l 走刀次數為 1 根據機械加工工藝師手冊： =249/(37.53)=2.21min。1t 根據機械加工工藝師手冊表 2.5-45 可查得銑削的輔助時間 。41.0ft 精銑寬度為 20mm 的下平臺 根據機械加工工藝師手冊切削工時： =249/(37.53)=2.21min。2t 根據機械加工工藝師手冊表 2.5-45 可查得銑削的輔助時間 。41.02ft 粗精銑寬度為 30mm 的下平臺的總工時： 2121fftt min42.510. 29 工序 7 鉆斜面孔切削用量及基本時間的確定 本工序為鉆孔。已知加工材料為硅鋁合金鑄鐵，鑄件；機床為 Z525 型搖臂鉆床， 工件裝在組合夾具中。由于內孔直徑較小，查機械制造工藝設計簡明手冊可知毛 坯上不預留孔，為實心件。 刀具：高速鋼麻花鉆 1、確定背吃刀量 ：pa m6 2、確定進給量 f： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.2-13，可查得 f=0.32mm/r。 3、確定切削速度 v： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.2-13，可查得 =2434m/min，選擇cv =30m/min。cv min/40.152310rdvnwcs 按 Z525 機床的轉速，選擇 ，所以實際切削速度 v：in/4r in/89.10vw 4、工額定時的計算 ：jT min29.01432.0521ifnlwj 式中： =30mm， 取 =5mm， =14mm 取 =2mm，l 21rctgKdl 1l2l2l =0.32mm/r， =400r/min， =1。f i 工序 8 鉆環(huán)油槽孔，保證尺寸公差要求切削用量及基本時間的確定 本工序為鉆孔。已知加工材料為硅鋁合金鑄鐵，鑄件；機床為 Z525 型搖臂鉆床， 30 工件裝在組合夾具中。由于內孔直徑較小，查機械制造工藝設計簡明手冊可知毛 坯上不預留孔，為實心件。 刀具：高速鋼麻花鉆 1、確定背吃刀量 ：pa m7 2、確定進給量 f： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.2-13，可查得 f=0.32mm/r。 3、確定切削速度 v： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.2-13，可查得 =2434m/min，選擇cv =30m/min。cv min/40.15301rdvnwcs 按 Z525 機床的轉速，選擇 ，所以實際切削速度 v：min/4r in/89.210vw 4、工額定時的計算 ：jT min29.01432.0521 ifnlwj 式中： =30mm， 取 =5mm， =14mm 取 =2mm，l 21rctgKdl 1l2l2l =0.32mm/r， =400r/min， =1。f i 工序 9 鉆滑銷座油孔，保證尺寸公差要求切削用量及基本時間的確定 本工序為鉆滑銷座油孔。已知加工材料為硅鋁合金鑄鐵，鑄件；機床為 Z525 型 搖臂鉆床，工件裝在組合夾具中。 31 刀具：高速鋼鉆頭 1、確定背吃刀量 ：pa m8 2、確定進給量 f： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.2-32，可查得 f=1.01.2mm/r。按 Z525 機床進給量，選擇 f=1.0mm/r。 3、確定切削速度 v： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.2-34，可查得 =2030m/min,選擇cv =25m/min。cv min/04.321510rdvnwcs 按 Z525 機床的轉速，選擇 ，所以實際切削速度 v：in/3r in/53.2410vw 4、工額定時的計算 ：jT min1.035.121ifnlwj 式中： =30mm， 取 =3mm， =14mm 取 =3mm，l 1rctgKdDl l2l2l =1.0mm/r， =315r/min， =1。f i 工序 8 鉆環(huán)油槽孔，保證尺寸公差要求切削用量及基本時間的確定 已知加工材料為硅鋁合金鑄鐵，鑄件；機床為鉆床，工件裝在組合夾具中。 刀具：高速鋼鉆頭 1、確定背吃刀量 ：pa 32 map4.3 2、確定進給量 f： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.2-43，可查得 f=0.150.25mm/r。按 Z525 機床進給量，選擇 f=0.16mm/r。 3、確定切削速度 v： 根據機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.2-43，可查得 =815m/min,選擇cv 。min/10vc min/38.1275010rdvwcs 按 Z525 機床的轉速，選擇 ，所以實際切削速度 v：in/2rn in/27.101vw 4、工額定時的計算 ：jT min31.2016.321ifnlwj 式中： =30mm， 取 =3mm， =13mm，l 1rctgKdDl l2l =0.16mm/r， =200r/min， =1。f i 33 4 粗鏜銷孔夾具設計 4.1 研究原始質料 利用本夾具主要用來加工粗鏜銷孔，加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間 公差要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降 低勞動強度。 4.2 定位、夾緊方案的選擇 由零件圖可知：在對鏜孔粗鏜銷孔行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，底面孔進行了加 工。因此，定位、夾緊方案有： 粗鏜銷孔為了使定位誤差達到要求的范圍之內，采用一面一銷的定位方式，這種定位在結構 上簡單易操作。一面即底平面。 4.3 切削力及夾緊力的計算 鏜刀材料： （硬質合金鏜刀）5YT 刀具的幾何參數： 60粗K9精10s80 由參考文獻5查表 可得：321 圓周切削分力公式： 0.75.14CpcPFafvK 式中 0.4pam./fr rpsopkKK 查5表 得： 查5表 取 421()736nmb1250.6b.75n 由表 可得參數： 694.0pk 0.opspK1rp 即： 7.8()CFN 同理：徑向切削分力公式 ： 0.9750.3238PpcPFafv 式中參數： .0p