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沈陽理工大學學士學位論文 1 摘 要 活塞是汽車發(fā)動機中的一個主要零件 承受著交變的機械負荷和熱負荷 發(fā)動機中工作 條件最惡劣的關鍵零部件之一 隨著汽車整車對發(fā)動機動力性 經(jīng)濟性和可靠性的要求越來 越嚴格 活塞也就更加需要具備良好的耐熱性 耐磨性 導向性和密封性 為滿足零件的功 能 其加工質(zhì)量尤為關鍵 基于活塞特有的機械加工工藝特點 單靠一般的通用機床很難滿足活塞的高精度要求 因此專用的設備及工藝裝備在活塞切削加工中使用廣泛 其功能和精度也直接影響了最終產(chǎn) 品關鍵的質(zhì)量指標 本論文主要是針對活塞加工的工藝規(guī)程及加工中所使用的典型專用夾具 刀具和量具的設計進行詳細說明 根據(jù)活塞工作條件 結(jié)構(gòu)特點以及技術要求等因素 編制 了兩套工藝方案 擇優(yōu)制定了活塞加工的工藝規(guī)程 并設計了兩套關鍵工序中 專用設備所 使用的專用夾具以及專用的刀具和檢具各一套 關鍵詞 活塞 工藝 夾具 刀具 檢具 沈陽理工大學學士學位論文 2 Abstract Piston is a main section of automotive engine which endure cross changing mechanical load and heat load It is also one of the key parts which have the worst working environment in the engine Piston need to have well nature of heat resistant wearable oriented and airproof along with the whole auto required more and stricter about the engine s charter of momentum economy and reliability the quality of processing are so important for satisfied the parts function Based on the technologic characters of mechanical working which belong to piston it is difficult to satisfy the high precision demand of piston only relaying on a general common machine tool So the special equipment and technological outfit are extensive use in piston cutting processing The quality of the final products is also directly influenced by function and accuracy This paper is primary aimed at technological procedure of the piston and give a detail illustration about typical special fixture cutter and measuring implement in processing According to piston working condition structural trait technological request and some factors people weave two technological proposals The better proposal will selected to make technological procedure of the piston and design a special fixture a special cutter and a test tool respectively in processing of special equipment in two key procedures Key words piston technology fixture cutter test tool 沈陽理工大學學士學位論文 3 目 錄 緒 論 1 1 活塞的工藝分析 2 1 1 活塞的作用 2 1 2 活塞的特點 2 1 3 活塞的主要技術條件分析 3 2 活塞的工藝規(guī)程的設計 4 2 1 活塞的材料和毛坯的制造 4 2 2 定位基面的選擇 4 2 3 制定工藝路線 5 2 4 機械加工余量 工序尺寸和毛坯尺寸的確定 9 2 5 確定切削用量及基本工時 10 2 6 重點工序的加工說明 12 3 專用夾具的設計 14 3 1 車削外圓夾具的設計 15 3 1 1 工序加工要求及工藝分析 15 3 1 2 夾具定位方案的確定 定位基準 定位元件的選擇 15 3 1 3 夾具夾緊機構(gòu)的設計 16 3 1 4 夾具體的設計 17 3 2 沈陽理工大學學士學位論文 4 精鏜銷孔夾具的設計 17 3 2 1 工序加工要求及工藝分析 17 3 2 2 夾具定位方案的確定 定位基準 定位元件的選擇 17 3 2 3 夾具的工作原理 18 3 2 4 夾緊液壓系統(tǒng)設計 18 4 專用量具的設計 20 5 專用刀具的設計 22 5 1 滾壓加工的介紹 22 5 2 專用刀具 滾壓頭 的結(jié)構(gòu) 22 5 3 滾壓頭的工作原理 23 結(jié) 論 24 致 謝 25 參考文獻 26 附錄 A 英文原文 27 附錄 B 漢語翻譯 36 緒 論 隨著人類社會機械化 自動化程度的日益提高 內(nèi)燃機作為一種可移動的動力源已廣泛 應用于生產(chǎn)和生活的各個領域 活塞是內(nèi)燃機的關鍵零件 其結(jié)構(gòu)復雜 加工工序多 目前 國內(nèi)活塞行業(yè)所用加工機床除引進外 大多為國產(chǎn)通用機床或在此基礎上進行較為簡易改造 的設備 一條生產(chǎn)線一般由 17 20 臺設備組成 采用粗放型生產(chǎn)方式 設備精度低 工件需 多次裝夾定位 加工過程累積誤差大 工件精度低 穩(wěn)定性差 廢品率高 勞動生產(chǎn)率低 生產(chǎn)現(xiàn)狀和設備遠遠不能滿足市場競爭的需要 國內(nèi)機床行業(yè)雖然也為活塞行業(yè)提供了一定 數(shù)量的活塞專用機床 但由于對活塞加工工藝缺乏深入的了解 也未能擺脫活塞行業(yè)原有的 生產(chǎn)加工方式 在國外工業(yè)發(fā)達國家的一些實力較強的活塞制造公司 如德國 MAHLE 公司 KS 公司 英國 AE 公司 日本 AR7 等 其活塞加工己實現(xiàn)了工序優(yōu)化組合 一人多機數(shù)控 化生產(chǎn) 機加工過程中周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)少 工藝條件穩(wěn)定 產(chǎn)品尺寸精度高 對于批量大的活塞品 種 他們將其加工設備連成數(shù)控全自動生產(chǎn)線 設備基本上全是自行設計制造 由于國外機 床行業(yè)雄厚的基礎 他們采用了一定數(shù)量的機床通用零部件 專業(yè)性較強的零部件仍靠自主 開發(fā)設計 設計過程中 他們充分利用國外機床行業(yè)的先進設計及制造技術對機床進行優(yōu)化 沈陽理工大學學士學位論文 5 如有限元法等動 靜態(tài)設計分析 使其能夠滿足活塞高精加工的要求 1 活塞的工藝分析 1 1 活塞的作用 活塞位于發(fā)動機汽缸內(nèi) 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(jīng)過活塞銷及連桿將壓力送給曲柄 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 為了提高活塞的工作性能和壽命 它必須具有如下的要求 1 在高溫高壓下具有足夠的強度和剛度 2 較輕的結(jié)構(gòu)重量 3 良好的耐磨性和耐蝕性 4 良好的導熱性 熱膨脹系數(shù)小 5 保證氣缸內(nèi)部空間密封 1 2 活塞的結(jié)構(gòu)特點 6102 活塞頂部為燃燒室 混合氣體在里面燃燒 它的容積大小決定著里面能夠容納多少混 合氣體 也就決定了燃燒后所產(chǎn)生的壓強大小 靠近頂部的環(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(nèi)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 沈陽理工大學學士學位論文 6 缸套內(nèi)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 活塞的裙部在活塞的工 作過程中起導向的作用 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(jié)構(gòu)和 功能上沒有作用 在工作過程中將產(chǎn)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(chǎn)生熱變形 銷孔軸線方向的金屬厚 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 不均勻的減少乃至 消失 以至產(chǎn)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 圓開 橢圓的長軸在垂直于活塞銷孔軸心線的方向上 1 活塞在工作時頂部在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(nèi)壁的間隙 1 3 活塞的主要技術條件分析 1 3 1 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 裙部外圓的粗糙度 Ra 1 6 m 1 1 3 2 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(zhuǎn)動 銷孔的大小要求 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 銷孔內(nèi)圓的粗糙度 Ra 0 2 m 1 3 4 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 也就影響發(fā)動機的效率 因此控制在 53 3 0 05 mm 內(nèi) 銷孔軸心線對裙部軸心的垂直度影響活塞銷 銷孔和連桿的受力情況過大將使活塞銷 銷 孔 連桿單側(cè)受力 活塞在氣缸套中傾斜 加劇磨損 因此這一垂直度在 100mm 長度上公差為 0 035mm 銷孔軸心線對裙部軸心線的對稱度也會不均勻摩損 故而限制 沈陽理工大學學士學位論文 7 1 3 5 活塞重量的要求 為了保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)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 6120 柴油機 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 2 活塞工藝規(guī)程的設計 2 1 活塞的材料及毛坯的制造 活塞在發(fā)動機內(nèi)是做高速的往復運動 為了減少其慣性的作用采用的材料為共晶鋁硅合金 它的化學成分為 共晶鋁硅合金 i 11 13 Cu 1 2 Mg 0 4 1 Mn 0 2 0 7 Fe 0 8 其余 l 它比鑄鐵具有以下的優(yōu)點 1 導熱性好 使活塞頂面降溫快 可以提高發(fā)動機的壓縮比 下至于引起混合氣體自燃 可以提高發(fā)動機效率 2 重量輕 慣性力小 3 切銷性能好 4 可以得到精確的毛坯 由于是大批大量的生產(chǎn) 萬件每年 為了提高毛坯的精度 鑄出活塞的銷孔及燃燒室 減少機加工余量 故而毛坯的鑄造是采用金屬模鑄造 毛坯在機械加工前先要去澆冒口 并進行時效處理 消除鑄造時因冷卻不勻而產(chǎn)生的內(nèi) 應力 增加強度及硬度 時效處理是將活塞加熱到 保溫 小時后 沈陽理工大學學士學位論文 8 自然冷卻 2 2 2 定位基面的選擇 定位基準的選擇直接影響零件的加工精度和生產(chǎn)效率 活塞是一種薄壁型零件 在外力作用的情況下是很容易產(chǎn)生變形的 而活塞主要表面的 尺寸精度和位置精度的要求都很高 因此應以一個統(tǒng)一的統(tǒng)一基面定位來加工這些要求高的 表面 如直接采用外圓定位的話 即設計基準 將有可能產(chǎn)生大的變形 故在這里采用活塞 的止口端面來作為統(tǒng)一基準 3 加工活塞通常選擇活塞內(nèi)腔頂部和止口為粗基準 裙部端面和止口為大多數(shù)工序的精基 準 有時還要用外圓表面 銷孔及頂面作為以后各工序的定位基準 由于以內(nèi)腔面作為粗基 準來直接加工內(nèi)止口不方便 故先安排以毛坯內(nèi)腔圓面為粗基準來粗車外圓 再以外圓表 面和內(nèi)腔頂面定位 加工止口和裙部端面 這樣可保證外圓表面和內(nèi)腔之間壁厚的均勻性及 頂厚 并為以后的工序準備好定位基準 經(jīng)驗表明 在活塞定位止口的相對表面出現(xiàn)環(huán)狀磨痕 是由于定位止口配合間隙偏大 精車時余量不均或松動引起的 在精車外圓和精磨外圓這兩工序中用止口處的錐面和頂面上的中心孔定位 其余工序都 采用止口和端面定位 精鏜銷孔則由于精度要求很高 為避免產(chǎn)生基準不重合誤差 而采用 的是設計基準做為定位基準 采用止口和端面作為基面有下列優(yōu)點 1 用這種定位方法可以加工裙部 頭部 頂面 銷孔等主要及其它次要表面 而且在有一 道工序中 一次安裝就可以車削外圓 頂面 環(huán)槽 實現(xiàn)了工序的集中 既可提高生產(chǎn)率 又 能保證這些表面的位置精度 2 活塞裙部在半徑方向的剛性差 利用止口和端面定位可以沿活塞軸向夾緊 就不至引起 嚴重的變形 同時又可以進行多刀切削提高生產(chǎn)效率 當然也有一些缺點 如果加工一些本 來不需要加工的表面 而且是一些精度要求極高的要經(jīng)過兩次加工的表面 止口對裙部外圓 的同軸度誤度將影響環(huán)槽的位置精度 但總的說來 采用止口端面作為統(tǒng)一基準雖然增加了 加工工時和設備 但它有利于保證加工質(zhì)量 故而采用它來定位是可行的 2 3 制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點是使零件的幾何形狀 尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合 沈陽理工大學學士學位論文 9 理的保證 在生產(chǎn)綱領已確定為大量生產(chǎn)和條件 故可以適當?shù)夭捎脤Ｓ脵C床配以專用夾具 除此還應考慮經(jīng)濟效果 使生產(chǎn)成本盡量下降 2 3 1 加工方法的確定 1 裙部外圓 其精度 表面粗糙度要求要求比較高 一般可以采用粗車 半精車 粗磨 精磨或者粗車 半 精車 精細車的加工方案 在粗車 半精車之后 精加工時采用哪種方案 要由具體的生產(chǎn)條 件 工件材料和裙部形狀來確定 對于本次設計的零件 是鋁合金活塞 適合采用精細車是 方案 而不是采用磨削方案 因為磨削時砂輪容易被堵塞而影響加工質(zhì)量 裙部加工時應該注意表面粗車和精車的余量和進刀量均不能太大 否則 粗車刀痕太深 將會導致精車時切削抗力發(fā)生周期性變化 刀痕難以消除從而引起表面臺階 精車余量及進 刀量太大或精車時切屑除不暢 也會使表面存在臺階或各種雜亂痕跡 特別是裙部下方 情 況更加嚴重 精車時 橢圓長軸應與銷孔軸線垂直 長軸數(shù)據(jù)在垂直于銷孔軸線的方向上量取 如果 因為加工而引起橢圓長軸與銷孔不垂直 會出現(xiàn)當長軸值等于圖紙尺寸時 在實際橢圓長軸 方向上的裙部壁厚將增加 如圖2 1 就使這個方向上裙部與缸壁間隙減小 造成在這個 方向上活塞裙部易發(fā)生磨損燒結(jié)等故障 出現(xiàn)長軸偏離的原因主要由于精車活塞時夾具調(diào)整 不良和裝夾活塞時定位不良引起的 因此在精車活塞時注意控制其長軸與銷孔軸線垂直 允 許偏差 53 圖 2 1 長軸橢圓圖 必須指出 橢圓長軸偏移和銷孔偏心有區(qū)別 前者為加工時橢圓長軸離開圖紙橢圓長軸 規(guī)定的位置 是加工不當引起的 后者指銷孔軸線偏離活塞軸線 是改善活塞工作條件的需 沈陽理工大學學士學位論文 10 要 2 活塞銷孔 活塞銷孔的尺寸精度 形狀精度 表面粗糙度和它與裙部軸線和頂面的位置精度均要求 很高 若活塞銷孔軸線至頂部距離過小 會使壓縮比變小 過大則壓縮比增大 且頂部與缸 蓋碰擊 若銷孔軸線與活塞軸線不垂直 將引起活塞在氣缸中偏斜 使活塞局部磨損加劇 活塞裙部低端與平衡重發(fā)生干涉 因此 雖然尺寸不大 但是以常用的擴孔 絞孔的方案是達 不到要求的 對于該液態(tài)模鍛毛坯 由于銷孔未鍛出 擴孔之前要先鉆孔 到底采用何種終 加工方法 要由生產(chǎn)條件和活塞銷孔的尺寸決定 本加工零件的活塞孔比較小 所以適宜采 用滾擠進行最終加工 3 活塞環(huán)槽 在活塞的技術條件中 對環(huán)槽寬度的尺寸精度 環(huán)槽平面的表面粗糙度以及其與裙部軸 線的相對位置精度的要求都很高 由于環(huán)槽的寬度與深度都不大 可用精確刃磨與安裝的切 槽刀經(jīng)過粗車 精車兩次加工達到全部要求 本零件氣環(huán)槽深度和寬度都較小 可以不經(jīng)過 粗車而一次車削達到要求 在精車環(huán)槽切刀入槽底時 切削力驟然增大 是初入槽底之前的4倍以上 有一個分力 使拖板突然向上抬起 削弱了拖板在運動方向抵抗變形的能力 另一個分力在拖板上作用 這兩種力的反作用力通過活塞進一步作用到機床主軸和尾架頂尖套筒上 引起工藝系統(tǒng)突然 產(chǎn)生很大的彈性形變 導致環(huán)槽側(cè)面產(chǎn)生平面度誤差 另外 活塞定位基準與定位元件之間 機床主軸與軸承之間 尾架導筒與尾架孔之間都存在間隙 加上精車前粗加工的環(huán)槽底面與 活塞精定位之間存在一定的同軸度誤差而造成切削余量不均勻 都會使切削力發(fā)生改變 使 工藝系統(tǒng)在產(chǎn)生形變的同時又產(chǎn)生振動 這樣為保證環(huán)槽上下平面的質(zhì)量技術要求 就必須 要求機床運動系統(tǒng) 工裝 有良好的配合精度和剛性 并且對刀具的剛性 切削刃角度和鋒 利程度也有較高的要求 4 活塞頂面 活塞頂面是比較重要的表面 在精車裙部外圓 精鏜銷孔等工序中要以頂面作為精基準 因此 要經(jīng)過粗車 精車兩次加工 2 3 2 工藝路線方案一 工序號 工藝名稱 1 鉆銷孔 沈陽理工大學學士學位論文 11 2 車止口 3 銑銷座凹坑 4 銑頂面凹槽 5 銑回油槽 6 鉆減應力孔 7 粗車前半外圓 精車各環(huán)岸 8 精車頂面 9 半精車裙部外圓 精車各環(huán)岸 10 鉆銷座油孔 11 精車各環(huán)槽 環(huán)岸倒角 12 擴銷孔 外端倒角 13 粗鏜銷孔 14 精鏜銷孔 15 銷孔內(nèi)倒角 16 車鎖環(huán)槽 17 精車裙部外圓 18 滾擠銷孔 19 清洗 20 最終檢查 2 3 3 工藝路線方案二 工序號 工藝名稱 1 鉆銷孔 2 車止口 3 鉆減應力孔 4 銑銷座凹坑 5 銑頂面凹槽 6 銑回油槽 7 粗車前半外圓 精車各環(huán)岸 8 精車頂面 9 半精車裙部外圓 精車各環(huán)岸 10 精車各環(huán)槽 環(huán)岸倒角 沈陽理工大學學士學位論文 12 11 中間檢查 12 擴銷孔 外端倒角 13 鉆銷座油孔 14 粗鏜銷孔 15 精車裙部外圓 16 精鏜銷孔 17 銷孔內(nèi)倒角 18 車鎖環(huán)槽 19 滾擠銷孔 20 清洗 21 最終檢查 2 3 4 工藝方案的比較與分析 在安排活塞加工的工序順序時 要遵循下面的一些原則 1 先基面后其他面 在安排工藝過程時 前面的工序要為后續(xù)工序準備好定位用的精基面 和供施加夾緊力的夾緊部位 以便保證定位準確 夾緊可靠 在 半自動車削 工序之前先安 排了 車止口 工序 以便為 半自動車削 工序加工出定位基面 止口內(nèi)孔和內(nèi)端面 還安排 了 銑銷座凹坑 的工序 目的是在活塞銷座上邊銑出兩個凹坑 供 半自動車削 工序中安裝 工件時施加夾緊力用 而 半自動車削 工序又為后面的一些工序如擴銷孔 粗鏜銷孔 精車 外圓裙部等準備好了精基面 頂面和頭部外圓 同時頭部外圓也是提供這些工序施加夾緊力 的表面 2 先粗后精 安排主要表面的加工工序時 按照粗加工 半精加工 精加工 光整加工的順序 進行 以避免粗加工和半精加工時 夾緊力 切削力 切削熱等因素使工件產(chǎn)生較大的變形 破壞已精加工 光整加工的加工質(zhì)量或使其受到損傷 在活塞的加工工藝中 先安排 鉆銷 孔 半自動車削 擴銷孔 粗鏜銷孔 再安排 精車裙部外圓 精鏜銷孔 最后才安排 滾擠 銷孔 工序 就是出于上述考慮 3 同一主要表面的粗加工 半精加工 精加工 光整加工 盡量用其他工序隔開 以利于 減少該主要表面因工件內(nèi)應力重新分布而產(chǎn)生的變形 確保其加工精度 如安排活塞銷孔這 一主要表面的加工順序時 在 鉆銷孔 與 擴銷孔 兩工序間安排了多道工序 其中 車止口 和 銑銷座凹坑 兩道為加工輔助表面工序 鉆減應力孔 和 銑回油槽 兩道為加工次要表面的 工序 半自動車削 為加工裙部外圓 環(huán)槽等主要表面的工序 中間檢查 為輔助工序 在 擴 銷孔 與 粗鏜銷孔 兩道工序間 安排了 鉆銷座油孔 這一加工次要表面工序 沈陽理工大學學士學位論文 13 4 安排加工工序時 應該盡量避免斷續(xù)切削 并使加工時的剛度盡量提高些 以提高刀具 的耐用度 避免加工中的振動 確保加工質(zhì)量 如 車鎖環(huán)槽 工序安排在 半自動車削 之前 這樣 在 半自動車削 工序車削油環(huán)槽時 就自然得切除了減應力孔和回油槽外部的毛刺 綜合上面的敘述 方案二的加工工序最為合理 所以選擇它作為活塞的加工工藝 2 4 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 該活塞零件材料為硅鋁合金 毛坯重量約為 2300 克 生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn) 采用的毛坯 為金屬模鑄造出來的 根據(jù)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 工序尺寸及毛坯尺 寸如下 126 x 156 mm 2 4 1 止口的加工余量 總余量 3mm 粗車余量 2 6mm 精車余量 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 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 沈陽理工大學學士學位論文 14 精車之后細車加工余量 0 25 mm 粗車之后精車的加工余量 0 6 mm 粗車的加工余量 2 15 mm 2 5 確定切削用量及基本工時 重點工序 2 5 1 加工條件 工件材料 共晶鋁硅合金 金屬模澆鑄 加工要求 精鏜銷孔 機床 740 金鋼鏜床 刀具 精鏜專用鏜刀 2 5 2 計算切削用量 鏜刀的進給量為 0 10mm r 切削速度為 4m s 主軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 1700r min 切削深度 0 15mm 2 5 3 基本工時 機動時間的定額定義 在一定的技術組織條件下制定出來的完成單位產(chǎn)品某頂工作所必 須的時間 時間定額是安排生產(chǎn)計劃核算成本的重要依據(jù)之一 也是設計或擴建工廠或車間時 計算設備和人員數(shù)量的重要資料 時間定額中的基本時間則要根據(jù)切削用量和行程長度來確定 其 余的組成時間則根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定 其理論公式為 T 單體 T 基本 T 技術服務 T 組織服務 T 間隙 T 準備終結(jié) 其中 T 輔助 15 20 T 基本 T 技術服務 10 15 T 基本 T 組織服務 5 7 T 基本 T 間隙 2 6 T 基本 T 準備終結(jié) 1 35 1 5 T 基本 總之 T 單體 1 35 1 5 T 基本 在本工序的加工情況下 T 基本的計算如下 T 基本 L1 L2 L3 i ns 沈陽理工大學學士學位論文 15 式中 i 走刀次數(shù) s 每轉(zhuǎn)進給量 n 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 車刀 L1 3 5mm L2 2 3mm 則 T 基本 147 3 2 170 0 1 0 88min T 基本 1 32min 2 6 重點工序的加工說明 2 6 1 止口的加工 止口的加工分為粗加工和精加工兩步 由于止口是作為整個加工過程中的工藝基準 其加 工精度要求當然是相當高的 所以必須采用合理的加工方法才能保證精度和要求 如圖 2 2 所示 長 三 爪支 承 釘 圖 2 2 長三爪卡盤 用一般的三爪卡盤夾持不夠牢固 所以把卡爪加長以避免工件在切削力作用下產(chǎn)生傾斜 工件的初始位置由支承釘確定軸向位置 而被加工的止口和端面的最終位置由裝在刀架的長桿 決定 即當?shù)都苓M給時 長桿和刀架一起移動 當長桿的頭部與活塞的內(nèi)頂部接觸時 微支開關 沈陽理工大學學士學位論文 16 連在長桿上的 被觸動而使刀架停止進給 以保證工序尺寸 這種用長桿控制工序尺寸的好處在 于毛坯的制造誤差不會影響燃燒室的壁厚 但是它同樣也會帶來一個缺點 如果毛坯的外圓和 內(nèi)壁有較大的同軸度的誤差 用外圓加工出的止口與外圓同軸而與內(nèi)壁不同軸 以后再用止口 定位加工出的外圓表面就會造成壁厚不均勻 如果毛坯的外圓與內(nèi)壁的同軸度誤差不大時 則 用上述方法就不會造成很的壁厚差 由于 6120 活塞的毛坯采用的是金屬澆注 精度較高 故采用 上述定位方法基本能保證壁厚差 2 6 2 環(huán)槽的加工 在零件圖的技術要求中對環(huán)槽側(cè)面的垂直度 圓跳動和槽寬的尺寸精度都有較高的要求 加工中由于切槽刀在寬度方面的剛性較差 端面到環(huán)槽的距離不可避免的要有誤差 以致切槽 刀在寬度方向上余量不均勻 造成兩側(cè)面的切削力不相等 會使刀具在切削過程是產(chǎn)生彎曲 影響尺寸精度和位置精度 故而應增加環(huán)槽的切削次數(shù) 為了保證槽間距離 切槽刀和其夾板 兩側(cè)面都應磨到 Ra 0 63 m 為了保證槽寬的尺寸精度 必須將切槽刀寬度的浮動嚴格限制在 0 005mm 以內(nèi) 為了保證 槽的側(cè)面和裙部的軸心線垂直 除了刀架溜板的運動方向應與活塞 裙部的軸心線垂直外 還必 須將切槽刀安裝得與裙部軸心線垂直 沈陽理工大學學士學位論文 17 3 專用夾具的設計 夾具是機械加工不可缺少的部件 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(jīng)濟方向發(fā)展 隨著機床加工精度的提高 為了降低定位誤差 提高加工精度 對夾具的制造精度要求 更高 高精度夾具的定位孔距精度高達 5 m 夾具支承面的垂直度達到 0 01mm 300mm 平 行度高達 0 01mm 500mm 德國 demmeler 戴美樂 公司制造的 4m 長 2m 寬的孔系列組 合焊接夾具平臺 其等高誤差為 0 03mm 精密平口鉗的平行度和垂直度在 5 m 以內(nèi) 夾具 重復安裝的定位精度高達 5 m 瑞士 EROWA 柔性夾具的重復定位精度高達 2 5 m 機床 夾具的精度已提高到微米級 世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè) 誠然 為了 適應不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性 夾具有不同的型號 以及不同檔次的精度標準供選擇 為了提高機床的生產(chǎn)效率 雙面 四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多 為了減少工件 的安裝時間 各種自動定心夾緊 精密平口鉗 杠桿夾緊 凸輪夾緊 氣動和液壓夾緊等 快速夾緊功能部件不斷地推陳出新 新型的電控永磁夾具 加緊和松開工件只用 1 2 秒 夾具結(jié)構(gòu)簡化 為機床進行多工位 多面和多件加工創(chuàng)造了條件 為了縮短在機床上安裝與 調(diào)整夾具的時間 瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘 即可完成線切割機床夾具的安裝與校正 采用 美國 Jergens 杰金斯 公司的球鎖裝夾系統(tǒng) 1 分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺 上 球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具 起到縮短停機時間 提高生產(chǎn)效率的作用 夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎 利用模塊化設計的系列化 標準化夾具元件 快 速組裝成各種夾具 已成為夾具技術開發(fā)的基點 省工 省時 節(jié)材 節(jié)能 體現(xiàn)在各種先 進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中 模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎 應用 CAD 技術 可建立元件庫 典型夾具庫 標準和用戶使用檔案庫 進行夾具優(yōu)化設計 為用戶三 沈陽理工大學學士學位論文 18 維實體組裝夾具 模擬仿真刀具的切削過程 既能為用戶提供正確 合理的夾具與元件配套 方案 又能積累使用經(jīng)驗 了解市場需求 不斷地改進和完善夾具系統(tǒng) 組合夾具分會與華 中科技大學合作 正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網(wǎng)站 為夾具行業(yè)提供信息交流 夾具產(chǎn)品咨 詢與開發(fā)的公共平臺 爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化 遠程信息化和經(jīng)營電子商務化 夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性 采用模塊 組合式的夾具系統(tǒng) 一次性投資比較大 只有夾具系統(tǒng)的可重組性 可重構(gòu)性及可擴展性功能強 應用范圍廣 通用性好 夾具利用 率高 收回投資快 才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好 德國 demmeler 戴美樂 公司的孔系列組合焊接 夾具 僅用品種 規(guī)格很少的配套元件 即能組裝成多種多樣的焊接夾具 元件的功能強 使得夾具的通用性好 元件少而精 配套的費用低 經(jīng)濟實用才有推廣應用的價值 專家們建議組合夾具行業(yè)加強產(chǎn) 學 研協(xié)作的力度 加快用高新技術改造和提升夾具 技術水平的步伐 創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網(wǎng)站 充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡技術 與時俱進地創(chuàng)新 和發(fā)展夾具技術 主動與國外夾具廠商聯(lián)系 爭取合資與合作 引進技術 這是改造和發(fā)展 我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑 3 1 車削活塞外圓夾具的設計 3 1 1 工序加工要求及工藝分析 本工序是在活塞六軸半自動車床上粗車活塞的外圓 外圓粗加工的技術要求是 尺寸為 粗糙度為 可知加工位置精度不高 夾具的設計難度不大 當然同03 9612 mRa 3 6 時也要考慮到夾緊機構(gòu)的可靠 簡單 方便 省力和安全等基本要求 3 1 2 夾具定位方案的確定 本道工序是在止口和銷座凹坑的加工完成之后進行的 止口的內(nèi)孔和內(nèi)端面是活塞加工 的輔助端面 半自動車床車削的要求雖然高些 但工件只需要安裝一次 便可以完成活塞外 圓上多個工位的加工 本工序利用的就是止口內(nèi)孔和內(nèi)端面定位 在銷座凹坑上施加夾緊力 進行夾緊的 止口內(nèi)孔和內(nèi)端面是輔助精基面 利用輔助精基面定位 有下列好處 1 符合 基準統(tǒng)一原則 即若干道工序都可以使用它定位 因而 既有利于保證這些工序加 工的表面之間的位置精度 又有利于減少夾具設計制造的工作量 2 有利于工序的集中 3 便于沿軸向夾緊 以減少工件的變形 保證加工精度 4 便于配件生產(chǎn)和成組夾具的運用 在配件生產(chǎn)中 同一臺發(fā)動機各汽缸孔磨損程度不同 沈陽理工大學學士學位論文 19 要求各活塞加工成不同尺寸 由于止口尺寸相同 故即使加工別的型號的活塞該夾具也可以 很好的互換使用 當然 采用輔助精基面定位也有一些不足之處 例如 1 不符和 基準重合 原則 因而 會產(chǎn)生一些基準不重合的定位誤差 2 在工藝過程中 要增加一些專門的工序 如加工止口 打中心孔等 因此使用的設備和 工時也有所增加 該夾具采用的定位元件也滿足 1 足夠的精度 2 足夠的硬度和耐磨性 3 足夠的強度和剛度 4 工藝性好的基本要求 另外 止口在夾具上定位時 為了保證最小間隙和提高定位精度 以及以后各工序加工 表面之間的位置精度和加工余量的均勻性等 要求止口孔徑與夾具配合達到 76Hh 經(jīng)驗表明 在活塞定位止口的相對表面出現(xiàn)環(huán)狀磨痕 是由于定位止口配合間隙偏大 精車時余量不均或松動引起的 3 1 3 夾具夾緊機構(gòu)的設計 夾具采用的是由液壓機構(gòu)推動的卡爪在銷座凹坑上施加夾緊力進行夾緊的 如圖 3 1 夾 具的主體由連桿 1 卡爪 2 和夾具體組成 當液壓機構(gòu)推動連桿 1 向前運動時 由于卡爪 2 上的斜槽的導向 使得兩卡爪繞銷 3 轉(zhuǎn)動一定的角度 從而使得卡爪前端張開 在活塞的 凹坑上施加夾緊力 夾緊活塞 當本工序加工完成之后 液壓機構(gòu)往回運動帶動連桿回復 從而使得卡爪前端縮回 退出并卸下活塞 沈陽理工大學學士學位論文 20 圖 3 1 車削活塞外圓夾具 3 1 4 夾具體的設計 夾具體是夾具的基礎件 在夾具體上要安裝組成各種元件 設計時應該滿足以下基本要 求 1 保證在加工過程中夾具體在夾緊力 切削力等外力作用下不產(chǎn)生變形和震動 2 結(jié)構(gòu)簡單具有良好的工藝性 3 尺寸穩(wěn)定 對于鑄件夾具體要進行時效處理 4 便于排屑 為了便于排屑夾具體須將定位 導向夾緊機構(gòu)連成一體并準確的安 裝在車床上 5 基于以上原則 該夾具體結(jié)構(gòu)采用簡單的前端呈平端錐體的回轉(zhuǎn)體 其與六軸半自動車床靠 螺栓進行連接 3 2 精鏜活塞銷孔夾具的設計 3 2 1 工序加工要求及工藝分析 本工序為精鏜活塞的銷孔 工序的精度要求為 表面粗糙度 Ra 6 4 活塞兩銷孔01 28 m 的同軸度值為 0 00125 銷孔中心線與裙部軸心線的垂直度為 100 0 035 銷孔中心線距頂 面距離尺寸為 mm 05 3 3 2 2 夾具定位方案的確定 本工序為對活塞的銷孔進行精鏜 可選用靜壓鏜床進行加工 工件以外圓 待加工銷孔在三 瓣中間卡爪及定位銷 圖 3 2 定位 螺釘 1 圖 3 3 為軸向預定位支承 圖 3 2 定位銷 沈陽理工大學學士學位論文 21 3 2 3 夾具工作原理 如圖 3 2 定位后 接通油路 活塞 4 上升 壓縮液性塑料使薄壁套筒 3 的內(nèi)孔收縮 通過 中間卡 2 爪將工件夾緊 然后可以退出定位銷 進行加工 圖 3 3 夾具裝配圖 3 2 4 夾緊液壓系統(tǒng)設計 1 確定系統(tǒng)工作壓力 由外負載 R 1600 5N 可以初定系統(tǒng)壓力為 0 8 1MPa 取系統(tǒng)壓力為 0 8MPa 2 確定液壓缸的幾何參數(shù) D 0 051m 51mm 3 1 14PR 6108 35 取液壓缸尺寸為 D 120mm 沈陽理工大學學士學位論文 22 d 90mm 3 檢驗較核液壓系統(tǒng)的工作可靠性 F 1600 5N 無桿腔面積為 A 3 14 0 011304 m 3 2 2D21 02 所以得工作壓力為 P 0 14159 MPa 3 3 AF 能夠滿足工件夾緊要求 4 較核液壓缸主要零件的強度和剛度 夾緊缸采用 45 鋼制造 由夾緊缸內(nèi)徑與尺度較小 一般主要按厚壁筒強度計算公式來 估計必需的壁厚 有由公式 1 3 4 2DPa3 1 40 當額定壓力 P 6 3MPa 時n 取 750kgf cm 3 5 鋼 nb6452 P P 150 2 5 150 3 75MPap 將 P 的值及夾緊缸的直徑 D 代入計算公式 3 8 可得 鋼 p 1 0 27cm 2 7mm 3 6 211075 304 由此可知 10mm 在設計時是合理可以滿足要求的 夾 沈陽理工大學學士學位論文 23 4 專用量具 塞規(guī) 的設計 本塞規(guī)是針對滾壓后的活塞銷孔檢驗而設計的 該工序的尺寸精度要求為 065 28 即孔的上偏差 ES 0 065mm 孔的下偏差 EI 0 065mm 1 計算塞規(guī)工作尺寸 計算過程如下 1 畫出被檢銷孔及塞規(guī)公差帶圖 圖 4 1 2 查出工作量規(guī)的制造公差 T 和位置要素 Z 由 幾何量公差與測量技術 表 6 7 查得 塞規(guī)制造公差 T 0 007 mm 塞規(guī)位置要素 Z 0 013 mm 塞規(guī)形狀公差 T 2 0 0035 mm 3 計算工作量規(guī)的極限偏差及工作尺寸 通規(guī) T 上偏差 EI Z T 2 0 065 0 013 0 0035 0 0485 mm 下偏差 EI Z T 2 0 065 0 0013 0 0035 0 0555 mm 工作尺寸為 止規(guī) Z 上偏差 ES 0 065 mm 下偏差 ES T 0 065 0 007 0 058 mm 沈陽理工大學學士學位論文 24 工作尺寸為 2 選擇塞規(guī)結(jié)構(gòu)類型 根據(jù)基本尺寸由 幾何量公差與測量技術 表 6 8 選出量規(guī)所適用形式 圖 4 2 錐柄圓柱塞規(guī) 沈陽理工大學學士學位論文 25 5 專用刀具的設計 經(jīng)過精鏜之后 達到了活塞銷孔的尺寸精度和全部的位置精度要求 為了進一部降低表 面粗糙度的數(shù)值 提高形狀精度 并去掉加工鎖環(huán)槽產(chǎn)生的毛刺 還用滾壓刀具要對銷孔進 行滾壓 5 1 滾壓加工的介紹 滾壓加工是一種無屑光整加工方法 它在常溫下 利用滾壓工具對工件表面施加一定的壓力 使之產(chǎn)生塑性變形 從而把表面的微觀起伏壓平 滾壓之后 在工件極薄的表面層內(nèi) 產(chǎn)生 一定程度的冷作硬化與殘余壓應力 因而使工件表面的耐磨性和疲勞強度得以提高 5 2 專用刀具 滾壓頭 的結(jié)構(gòu) 該滾壓頭的結(jié)構(gòu)如圖 5 1 由心軸 滾針 隔離套 導向套等組成 心軸的工作表面 與滾 針接觸 是錐度為 1 100 的圓錐面 大頭在進追柄一端 6 個滾針的錐度為 1 200 的圓錐 滾子 錐度方向和心軸相反 這樣 裝配以后個滾針的外母線平行于心軸的軸線 且在與之 同軸的圓柱面上 隔離套用于隔離各滾針并防止?jié)L針從滾壓頭上掉落 沈陽理工大學學士學位論文 26 圖 5 1 滾壓刀具 5 3 滾壓頭的工作原理 如圖 5 1 加工前 先將滾壓頭的錐柄 1 裝在立式鉆床主軸的錐孔中 并把工件安裝在 夾具上 然后 以滾壓頭的導向套筒 7 導向 將滾壓頭插入活塞銷孔中 使?jié)L針 4 與兩段銷 孔接觸 并使導向套筒 7 上的中心孔與固定在夾具底座上的頂尖接觸 開動機床 使主軸帶 動滾壓頭回轉(zhuǎn) 然后下壓機床主軸 由于頂尖的作用 通過套筒 7 推動滾針 4 相對于心軸向 上 進錐柄端 移動 由于心軸錐面半徑變大 六個滾針同時向外脹開 以相當大的徑向壓 力作用于銷孔表面上 在心軸的摩擦力矩作用下 各滾針沿銷孔表面滾動進行滾壓 滾壓完畢 抬起手柄 滾壓頭上的彈簧 2 通過套筒 3 推動滾針相對于心軸向下 遠錐柄 一端 移動 由于心軸的錐面直徑變小 各滾針向內(nèi)攏 這時便可以把滾壓頭從銷孔中提起 卸下工件 完成滾壓 以上述連續(xù)式滾壓頭滾壓活塞銷孔時 由于滾針是連續(xù)工作的 因而生產(chǎn)率很高 另外 通過壓縮空氣壓力調(diào)節(jié) 可以滾壓時的徑向壓力 進而控制滾壓質(zhì)量 但是 使用上述滾壓 頭時 與之配套的夾具結(jié)構(gòu)比較復雜 夾具不僅用來安裝工件 還要承受擠壓力 推動滾針 沿軸向移動 其次 由于滾壓頭的心軸與滾針都有錐度 而且要求很高 因而不容易制造 沈陽理工大學學士學位論文 27 結(jié) 論 本設計歷時 15 周 針對活塞的工作條件和結(jié)構(gòu)特點以及其特有的機械加工特性 對活 塞的加工工藝流程進行了編排 并設計了專用的夾具 刀具和量具 經(jīng)過計算和繪圖的綜合 檢驗 證明設計的結(jié)構(gòu) 工作原理以及各尺寸均科學并可達到預想的要求 所設計的加工工 藝流程運用到實際生產(chǎn)中可以更好的提高活塞的加工效率 所設計的夾具和刀具在實際是生 產(chǎn)中能夠有效的提高活塞的加工質(zhì)量 本設計雖經(jīng)多次修改和完善 但限于作者的水平和經(jīng)驗 其中錯誤和不妥一定不少 懇 請各位老師和同學批評和指正 沈陽理工大學學士學位論文 28 致 謝 為期十八周的畢業(yè)設計終于結(jié)束了 在老師的辛勤指導和自己積極的學習下 順利地完成 了本次設計 通過這次走向工作實踐前的最后一次綜合練兵 使我們對自己的專業(yè)有了更進一步的認識 清 楚了自己在今后工作中的努力方向 熟悉了所學的基礎技術知識 加深了解了自己在專業(yè)工作 中一般工作方法 了解解決問題的常規(guī)程序 基本上具備了一定的分析問題和解決問題的能力 鍛煉了設計計算 繪圖的能力 以及建立了獨立思考 查閱大量資料的習慣及方法 同時感謝在本次設計交流過程中熱心提出意見和建議的同學 沈陽理工大學學士學位論文 29 參考文獻 1 侯家駒 汽車制造工藝學 機械工業(yè)出版社 1986 2 劉維展 汽車制造工藝學 人民交通出版社 1989 3 蔡光起 機械制造工藝學 東北大學出版社 1994 4 王先逵 機械制造工藝學 機械工業(yè)出版社 1995 5 東北重型機械學院等 機床夾具設計手冊 上?？茖W技術出版社 1988 6 徐發(fā)壬 機床夾具設計 重慶大學出版社 1993 7 戴曙 金屬切削機床 機械工業(yè)出版社 1994 8 孫本緒 機械加工余量手冊 國防工業(yè)出版社 1999 9 李慶壽 機械制造工藝裝備設計實用手冊 寧夏人民出版社 10 蔡春源 機械零件設計手冊 冶金工業(yè)出版社 1992 11 馬先貴 潤滑與密封 機械工業(yè)出版社 1985 12 叢莊遠 液壓技術基本理論 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1989 13 章宏甲 機床液壓傳動 機械工業(yè)出版社 1987 14 莫雨松 幾何量公差與測量技術 中國計量出版社 1981 15 陸劍中 金屬切削原理與刀具 機械工業(yè)出版社 1998 16 陳兆年 金屬切削機床設計簡明手冊 機械工業(yè)出版社 1998 沈陽理工大學學士學位論文 30