汽车活塞加工工艺规程及夹具设计【铣顶部16槽+镗孔】【含图纸+文档全套】

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石晓辉 米林 主编，《夹具结构设计手册》，国防工业出版社 2011.1 7．赵桂范 杨娜 主编，《汽车制造工艺》，北京大学出版社2008.6 指导教师签名 教研室审核意见 二级学院审核意见 任务接受人（签名） 年 月 日 负责人： 年 月 日 负责人： 年 月 日 年 月 日 备注：1、本任务书一式三份，由指导教师填写相关栏目，经二级学院审核同意后，二级学院、指导教师和学生各执一份。 2、本任务书须装入学生的毕业论文（设计）档案袋存档。 广东技术师范学院天河学院 本科毕业设计开题报告 题 目：汽车活塞加工工艺规程及夹具设计 院 别： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 蔡赞强 学 号： 2012020643202 指导教师： 李俊武 年 月 日 - 16 - 本科毕业设计开题报告 二级学院 机电工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机制122 姓名 蔡赞强 学号 2012020643202 联系方式 13751764123 题目 汽车活塞加工工艺规程及夹具设计 一、 选题背景 活塞是曲柄连杆机构的重要零件煤气主要功用是承受燃烧气体压力和惯性力，并将燃烧气体压力通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转对外作功。此外，活塞又是燃烧室的组成部分。 活塞是内燃机中工作条件最严酷的零件。作用于活塞上的气体压力和惯性力都是周期变化的，燃烧瞬时作用于活塞上的气体压力很高，如增压内燃机的最高燃烧压力可达14—16MPa。而且活塞还要承受在连杆倾斜位置时侧压力的周期性冲击作用，在气体压力、往复惯性力和侧压力的共同作用下，可能引起活塞变形，活塞销座开裂，活塞侧部磨损等。由此可见，活塞应有足够的强度和刚度，而且质量要轻。 活塞顶部直接与高温燃气接触，活塞顶部的温度很高，各部的温差很大，柴油机活塞顶部常布置有凹坑状燃烧室，使顶部实际受热面积加大，热负荷更加严重。高温必然会引起活塞材料的强度下降，活塞的热膨胀量增加，破坏活塞与气缸壁的正常间隙。另外，由于冷热不均匀所产生的热应力容易使活塞顶部出现疲劳热裂现象。所以要求活塞应有足够的耐热性和良好的导热性，小的线膨胀系数。同时在结构上采取适当的措施，防止过大的热变形。 活塞运动速度和工作温度高，润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。要求应具良好的减摩性或采取特殊的表面处理。 由于于柴油的物理化学特性，所以柴油机的构造是一个非常复杂的系统。而活塞就是这个系统中一个很关键的部位，对整个动力系统起着决定性影响，在某种意义来说它是柴油机里面的“心脏”。而活塞则是柴油机机里“心脏中的心脏”。活塞位于发动机汽缸内,作往复运动,当燃烧室里的混合气体(空气和燃料)点燃并膨胀时,活塞受到气体的压力,并经过活塞销及连杆将压力传送给曲柄。气体的吸入,压缩,废气的排除,也都由活塞的运动来完成.因此活塞工作的主要特点是在高温高压下作长时间的连续变负荷往复运动。本课题就是研究活塞这个汽车当中的一个重要零件的加工。 改革开放以来，随着中国与世界的接轨，中国不断的引进了西方先进的加工技术，而且随着世界科技的飞速发展，数控机床，加工中心，柔性制造单元，柔性制造系统等一系列高端设备得以广泛的运用，使得我国的加工精度和加工方法也发生了革命性的改变。产品更新换代的加快，产品需求的多样化，是制造业面临巨大挑战。夹具方面人们也从过去传统的夹具的装夹，定位，刀具的引导定位为夹具的装夹和定位，随着数字化加工设备的扩大化，已经将夹具的引导刀具功能完全替代，给今后的夹具的快速装夹与定位提出了更高的要求。 随着汽车整车对发动机的动力性、经济性、环保性及可靠性的要求越来越严格，活塞已发展成为集轻质高强度新材料、异型外圆复合型面、异型销孔等多项新技术于一体的高技术含量的产品，以保证活塞的耐热性、耐磨性、平稳的导向性和良好的密封功能，减少发动机的摩擦功损失，降低油耗、噪声和排放。为满足以上的功能要求，通常将活塞的外圆设计成异型外圆(中凸变椭圆)，即垂直于活塞轴线的横剖面为椭圆或修正椭圆，且椭圆度沿轴线方向按一定的规律变化(如图1所示)，椭圆度精度达0.005mm；活塞纵剖面的外轮廓为高次函数的拟合曲线，轮廓精度为0.005～0.01mm；为提高活塞的承载能力，以提高发动机的升功率，通常将高负荷活塞的销孔设计成微内锥型或正应力曲面型(异型销孔),销孔尺寸精度达IT4级，轮廓精度为0.003mm。 二、课题设计 2.1课题的内容 学习研究制定汽车活塞零件工艺规程和夹具设计，制定零件的机械加工工艺规程作为生产的指导性技术文件，使工件能按照零件图的技术要求加工。通过仔细了解零件结构，认真分析零件图,培养我们独立识图能力,增强我们对零件图的认识和了解,通过对零件图的绘制,不仅能增强我们的绘图能力和运用Auto CAD等软件的能力。制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。在整个设计中也是非常重要的,通过这些设计,不仅让我们更为全面地了解零件的加工过程、加工尺寸的确定,而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定,必须与工厂实际的机床相适应。 活塞作为典型的汽车关键零部件，在切削加工方面具有很强的工艺特点。目前，国内活塞制造行业通常是由通用机床和结合活塞工艺特点的专用设备组成机加工生产线，因此，专用设备就成为活塞切削加工的关键设备，其功能和精度将直接影响最终产品的关键特性的质量指标。 本文根据活塞加工的特殊工序来对其夹具的设计，使其加工过程得以顺利进行，保证活塞销孔的位置及精度的准确性，同时也借助这个夹具的设计，来提高活塞加工的效率，解决活塞的定位、夹紧问题，为活塞的加工提供一个更方便的路径。 2.2课题的目的 随着世界经济的迅猛发展和科学技术的腾飞，市场不断国际化全球化，各行各业的竞争日益激烈。企业要想在残酷的竞争中生存下来谋求发展，就要想方设法提高竞争力。缩短新产品的研发和开发时间，提高产品的设计质量，降低研发成本，进行创新性设计，只有这样，才能满足市场不断变化的需求。 在现代企业的机械生产中，如何保证零件加工质量，提高生产效率，降低生产成本，是企业不断追求的目标。随着市场竞争的日趋激烈，对机械零件的技术性和经济性提出了更高的要求，而良好的技术经济性很大程度取决于机械加工工艺的制定。汽车活塞零件是机械产品中最常见的一种零件，其生产工艺比较特殊，改造后的汽车活塞零件可达到较高的精度，同时夹具结构简单，操作方便快捷，能重复使用，降低了成本。 汽车活塞的加工工艺及夹具设计为本课题的研究内容，对此研究查阅的大量的资料，首先明白机械加工工艺过程就是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。 为了能具体确切的说明过程，使工件能按照零件图的技术要求加工出来，就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产的指导性技术文件，学习研究制定机械加工工艺规程的意义与作用就是本课题研究目的。 2.3课题的意义 活塞顶部有燃烧室,混合气体在里面进行燃烧,它的容积大小就决定着里面能够容纳混合气体多少,也就决定了燃烧后所产生的压强大小。 近顶部的环槽分为气环槽和油环槽，为放置活塞环用,在气环槽内放置的活塞环使活塞头部与气缸不接触,并用以密封活塞的顶部,防止漏气。远离顶部的环槽钻有油孔,它把飞溅到气缸套内壁上的多余润滑油刮去,并通过油孔流回,使之不致进入燃烧室。活塞的裙部在活塞的工作过程中起导向的作用,底部有精加工的止口,它是为加工活塞而设置的辅助精基面,在结构和功能上没有起到直接的作用。 由于燃料燃烧会产生很大压力，所以在工作过程中活塞将产生受力变形和热变形,由于活塞裙部在圆周方向刚度不同,在活塞的轴线方向的弹性变形比垂直于该方向的弹性变形大,使活塞裙部在受力后变成椭圆,另一方面,在高温的工作环境下也要产生热变形。销孔轴线方向的金属层比较厚,热鼓胀比垂直于该方向上的大,也将使活塞裙部变形后成为椭圆,这样的话将必然使活塞与气缸套的间隙不均匀的减少甚至消失,以至产生强烈的摩擦甚至咬住。为了补偿上述的变形,所以把活塞的裙部设计制造成椭圆形,椭圆的长轴在垂直于活塞销孔轴心线的方向上。 此外，活塞在工作时顶部是直接和高温气体接触的,而裙部是间接传来的热量,故而头部的热鼓胀量要比裙部的大,为了补偿这种不均匀的变形,故把活塞头部的外径设计得比裙部小,同时头部也设计成上小下大的锥形。 同时在活塞裙部的销孔附近加工出凹坑,用来增加裙部与气缸套内壁的间隙。 活塞的主要技术条件分析 活塞裙部外圆与气缸的配合 活塞裙部外圆与气缸要求是一种精密地配合,因而裙部外圆一般要求公差等级IT6,为减少机械加工的困难,将活塞裙部和气缸套孔径的制造公差均放大二倍,装配时按裙部的尺寸分成二组对应装配,以保证大致要求的间隙。要求裙部外圆的粗糙度Ra≤1.6μm 。 活塞销的要求 为了使活塞销在工作过程中能在孔中自由转动,销孔的公差等级大小要求IT6级,同时为了减少机加工工作量,活塞和活塞孔的装配也采用分组装配法,要求销孔内圆的粗糙度Ra≤0.2μm。 销孔(活塞的)的位置公差的要求 销孔(活塞的)的位置公差也应有严格要求，销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比,也就影响着发动机的效率 销孔轴心线对裙部轴心的垂直度影响着活塞销,销孔和连杆的受力情况过大将使活塞销、销孔、连杆单侧受力。活塞在气缸套中倾斜,加剧磨损,因此这里垂直度在100mm长度上公差为0.03mm。 销孔轴心线对裙部轴心线的对称度误差也会引起不均匀摩损,故而应该限制。 活塞重量的要求 为了保证发动机运转平稳,在同一发动机上各活塞的重量不应相差太大,对于活塞,同级活塞的重量差不能超过20克,即活塞的重量差不得大于活塞名义重量的±2.5%.活塞在装配的时候应按重量进行分组. 零件的加工工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺编制得合不合理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求；夹具设计也是不可缺少的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。因此这两者在机械加工行业中是至关重要的环节。 机械加工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状，尺寸，相对位置和性质使其成为零件的全过程。 机械加工工艺过程的基本单位是工序，工序又由安装，工位，工步及走刀组成。 规定产品或零件制造过程和操作方法的工艺文件，称为工艺规程。机械加工工艺规程的主要作用如下： 1. 机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据，根据它来组织原料和毛坯的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。 2. 机械加工工艺规程也是组织生产，进行计划调度的依据，有了它就可以指定进度计划，实现优质高产和低消耗。 3. 机械加工工艺规程是新建工厂的基本技术文件，根据它和生产纲领，才能确定所需机床的种类和数量，工厂的面积，机床的平面布置，各部门的安排。 机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片是两个主要的工艺文件，对于检验工序还有检验工序卡片，自动，半自动机床完成的工序，还有机床调整卡片。机械加工工艺过程卡片是说明零件加工工艺过程的工艺文件。机械加工工序卡片是每个工序制定时，用于直接指导生产，用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。 汽车活塞零件是一种常用零件，研究汽车活塞零件的加工工艺和夹具生产技术，可以改进汽车活塞零件的生产方法，提高工厂的生产效率，降低生产成本，提高零件精度，对实际生产具有重要意义。 2.4 文献综述 机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。 从1949年以来，我国机械工业有了很大的发展，已经成为工业中产品门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的产业部门之一，其机械加工和夹具也有很大的发展，但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着阶段性的差距，主要表现在机械产品质量和水平不够高，加工工艺过程不合理，夹具应用也比较少，使其加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不理想。 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工紧。人们越来越认识到中不可缺少的工艺装备。 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50～80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10～20％左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； 6）提高机床夹具的标准化程度。 随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。 （1）特种加工 它是指一些物理的、化学的加工方法，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。特种加工方法的主要对象是难加工材料的加工，如金刚石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可达分子级加工单位或原子级加工单位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。特种加工与传统加工相结合的复合加工有较大的发展前途。 （2）快速成形 利用离散、堆积成形概念，可将一个三维实体分解为若干二维实体制造出来，再经堆积而构成三维实体。 （3）精密工程 它包括精密加工的超精密加工技术、微细加工和超微细加工技术、微型机械和纳米技术等方面。当前，以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机械技术有重要意义，它们代表了这一时期精密工程的方向。 （4）传统加工工艺的改造和革新 这一方面的技术潜力很大，如高速切削、超高速切削、强力磨削、超硬材料磨具的出现都对加工理论的发展、加工质量和效率的提高有重要意义。另一方面，旧设备的改造和挖潜，如普通机床改造成数控机床等，对机械工业的发展和提高是不容忽视的。 三、课题研究现状 3.1国外研究现状 　汽车面世以来。发动机制造技术已经经历了两次变革，现在正酝酿着第三次革命。第一革命发生在20世纪初，美国FORD汽车公司发明了大量生产流水线。其主要方式是由组合机床和专用机床组成的自动生产线TL，也称传统自动线，最大优点是生产效率高和价格低，最大缺点是柔性差，我国汽车行业从诞生起至上世纪 90年代一直沿用TL，一汽和东风的载货车发动机厂都是如此。目前我国轿车行业大多不采用TL，但国外大量生产稳定产品的生产线中，TL仍是最佳选择。 上世纪90年代出现了高转速、高快移速度、高加速度、快速换刀的高速加工中心，由其组成的高速柔性生产线FTL是发动机制造技术的第二次革命，其突出特点是一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾，缺点是投资大，效率受局限，目前是轿车的热点生产线，商用车发动机生产厂也有局部采用，并采用有简单柔性的数控专用（可交换多轴头和夹具）机床组成的TL。 　　为进一步提高高速柔性生产线的生产效率，FTL的最新发展的敏捷高速柔性生产线AFTL，其目标是对变化的市场需求快速作出反应。满足汽车发动机多品种，大中批量、高效率、低成本生产的需要，符合”精益生产“原则。其主要特点：由通用高速加工中心和专用，组合机床组成的混合型柔性生产线 （HSMC+SPM/TM），按照工序流程排列设备并由自动输送装置连接，全部生产线上机床，输送和工件识别均在一个控制系统中；采用敏捷夹具（柔性夹具可控、可调），采用智能刀具——为特定工件加工设计的一系列专用高速刀具。这种生产线的优点是生产效率高，同时又具有相当的柔性，能够适应大批量生产和变型产品生产，投资较小。缺点是柔性受局限，不能加工不可预见的任意品种的零件。目前，混合型柔性生产线在国外应用广泛，国内一些发动机厂家通过引进国外设备，同时增加部分国产设备组成生产线的应用较多。 现在发动机制造技术正酝酿着第三次革命。发动机研发越来越快，新品开发周期越来越短（从30个月缩短到13个月），车型数量多，生产批量不确定。目前的柔性生产线价格昂贵、投资风险大，同时产能过剩矛盾越来越突出，尤其在我国更加突出。近年来，人们一直在探讨解决多样性与经济性日益突出的矛盾，以满足变品种、变批量的需要，且兼顾高柔性、高效率、低投资的要求和市场快速反应的能力。同时，也在探讨通过制造系统的革命来解决产能过剩的矛盾。 美国提出了可重构制造RMS，原理是通过对制造系统中机床配置的调整和机床功能模块的增减，迅速构成适应新品生产和生产批量变化。为此，研制克由标准化模块组成的可重构机床RMT。RMS的结构和布置可按需要在用户现场快速重组。RMS的应用基础之一是柔性夹具。美国GM公司已经开发出柔性夹具系统，可以快速（在15min内把一种夹具变成第一种夹具配置）更换以生产不同的发动机缸体或缸盖。日本MAZAK公司开发出市场响应型自独立制造系统MSM，其实质是”单台套件生产“。 目前该项目是国际上热门话题，我国已列入科技发展规划。RMS和MSM投入发动机实际使用虽为时尚早，但却是未来发动机制造的方向。 目前，J.-Y. Jung以及Ferreira等人在进行CAPP方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计（CAFD）就夹具方面也做了一些工作；Chou YC Chandru V等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法；de meter EC提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法。目前，关于工件夹具的自动化配置方面的工作，自动化结构设计AFCD中很少提及。 Cai等提出了一种指导夹具设计的方法，此方案是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差。Hockenberger[4]与Demter提出的模式是在工件加工期间工件的静态分析，这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差，这种情况是由于干涉扭矩。 3.2国内研究现状 几十年来，我国汽车制造技术及装备经历了曲折过程。上世纪70年代，为装备第二汽车制造厂（生产载货车）组织了130多个机床生产科研单位研发了117条自动线和1004种5500台高效专用设备，汽车制造国产化率达到96％。上世纪80年代，我们汽车工业重点转入轿车，国内机床工业很不适应，产品及制造技术和装备多数为国外引进。2005年以来，我国汽车行业每年投资超过1000亿元RMB，2007年总产量达888.24万辆，生产能力超过1000万辆。动力总成制造工厂中大部分为机械加工设备，主要精加工设备为欧美及日本等国产品，齿轮加工设备国产机床占了大半江山，沈阳机床集团，北京机电院、北京第三机床厂等已经为一些汽车厂提供了立式加工中心生产线，东风汽车有限公司的设备制造厂也为东风本部，东风康明斯、东风本田、神龙汽车公司及其他国内汽车发动机及总成厂提供了大量的专用机床生产线，中小型加工中心。目前数千台国产数控车床在汽车行业应用并获好评，大连机床集团并购INGERSOLL公司后，近几年为汽车发动机工厂提供了上百台高速加工中心组成的自动线，这些汽车厂家与机床厂家联手开发制造工艺及装备，其生产线的工艺技术及装备部分接近同期世界先进水平。但大部分机械加工设备的刀具（高精度的磨具）及数控元器件依赖进口。 总体来说，我国机械加工设备与世界先进水平还有不少差距，主要表现在以下方面。 （1）硬件：主要是数控机床无法满足汽车对精度、精度保持性、可靠性、寿命的需要。 （2）软件：缺乏将工艺系统、物流系统、信息系统集成为制造单元或流水生产线的技术。 （3）自主创新：我们基本没有制造技术自主创新体系，在现代发动机制造技术，高速加工技术中，由高级复合化机床组成的制造单元等方面差距很大，对现代汽车制造装备特别强调。解决方案“方面差距更大。 我国于80 年代末开始对组合夹具元件的设计与管理进行了研究和开发,在总结和吸取我国应用和发展槽系夹具经验的基础上,根据现代机械加工特征及夹具的发展趋势,研制了新一代孔系组合夹具系统。此系统发挥了槽系平移可调性和孔的旋转可调性的优势,可直接组装获得任何直线尺寸和角度尺寸。此系统把大中小三个系列的元件有机融为一体,可在一块多夹具基础板上,既能组装单个大工件夹具,又能组装多个中小零件夹具,有利于装夹具基础板长期固定在机床工作台上,此系统还设有孔系和槽系过渡元件,便于实现孔、槽系夹具元件混合使用。北京工商大学麻建东和刘璇开发的组合夹具元件库,元件库模块的核心程序用ObjectARX SDK2. 02工具包开发,界面程序用AU TOCAD 提供的对话框控制语言DCL (Dialog Cont rol Language) 语言开发,在VC + + 6. 0 下编译和联接,生成的ARX 可执行程序在AU TOCADR14 下直接加载运行。元件库可为使用者提供7 类组合夹具元件三维图形的浏览以及交互设计功能,并生成三维组合夹具构形图,在CAD 环境中可进行修改或删除山东工业大学的徐志刚在“广义映射原理”的指导下,开发了支持“top - down”风范的夹具设计软件自动化系统。吴玉光博士在这个领域取得了较大的突破。提出孔系基础板组合夹具设计的系统方法。该方法利用汽车活塞机构原理自动确定由直线和圆弧组成定位边界的零件的全部候选定位方案。并提出定位销可见概念和定位销转动支点的概念,进行定位方案的装卸方便性分析。进一步提出瞬心三角形和同向边的概念,对工件进行可夹紧性分析,确定工件边界的可夹紧范围。其理论水平在国内外相关领域内开拓了新的局面。 四、课题设计方案 4.1设计方案选型与分析 工艺路线方案一 工序号 内 容 1 粗车止口 2 粗外切槽及顶部 3 钻斜面油孔 4 钻环槽油孔 5 钻销座油孔 6 滑销座油孔 7 粗镗销孔 8 精车止口及顶锥 9 精切细外环岸及倒角 10 精镗销孔（顺镗） 11 挖销孔卡簧 12 切小槽 13 靠模车裙部 14 车凹部 15 车燃烧室 16 精车顶部及导角 17 钻R7凹坑 18 车燃烧室口 19 铣喷油道曲线 20 清洗 21 滚压 工艺路线方案二 工序号 内 容 1 粗车止口 2 粗镗销孔 3 粗切外槽及顶部 4 钻斜面油孔 5 钻环槽油孔 6 钻销座油孔 7 滑销座油孔 8 精车止口及顶锥 9 精切梯形槽 10 精镗销孔（顺镗） 11 挖卡簧槽 12 切小槽 13 靠模车裙部 14 车凹部及去毛刺 15 滑油池底 16 车燃烧室 17 精车顶部及倒角 18 钻R7凹坑 19 车燃烧室口 20 铣喷油道曲线 21 去毛刺锐边 22 清洗 23 滚压销孔 汽车活塞主要零件车、铣、钻等工序使用的专用夹具，此类夹具的特点是针对性强、结构紧凑、操作简便、生产率高。 夹具设计最关键是要求对工件定位正确，且满足定位精度要求。为了解决此问题，首先得了解影响定位精度的因素。然后采取措施解决具体的问题。如定位基准与定位元件的配合状况和影响定位精度，那么可以提高夹具的制造精度，减小配合间隙就能提高夹具在机床上的定位精度。 4.2方案的确定 (1)　通过比较可以发现在方案一中，将粗镗销孔放在第七道工序，而在方案二中第二道工序就是粗镗销孔,在实际工厂的生产中,活塞的毛坯一般都是铸造出锥形销孔(便于拔模),而销孔是许多工序加夹紧力的部位,故应在粗镗止口之后即对销孔进行粗镗,以便在以后的工序中夹紧力能较均匀的分布,而不至于压坏销孔所在的搭子。 (2) 在方案一中,所有环槽的粗、精加工都是一次一起加工的,而在方案二中将梯形槽单独的精加工,而环槽加工是活塞加工中重要的工序之一,它的精度要求高,而切削力又较大,故应采用方案二中的方法,来加工环槽,才能保证其精度的要求。 (3) 在方案一中,加工燃烧室打算一次加工成功,用成形车刀。而燃烧室的形状为一般球形,成形车刀是一种半圆形的,由于成形车刀有进给运动,是很难加工出球形燃烧室和保证燃烧室的容积的。故应按照方案二那样,光滑油池底,在燃烧室底部钻一个孔后再用成形车刀加工。 (4) 另外,精镗销孔是活塞加工中保证精度的关键性的工序,在这里将着重分析一下它的工艺。由于销孔的尺寸、形状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镗刀和金刚镗床,同时对精镗销孔工序定位基准的选择也必须予以充分的重视。 上述的两种方案采用的是顺镗镗销孔,它用止口及端面来定位,消除了五个自由度。.但销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比,在零件图中有109.55±0.5的要求,即设计基准是顶面,而定位基准是止口及其端面,产生了基准不重合的误差。这种情况下要对工序尺寸进行换算,提高某些尺寸精度,这种就会使成本提高。为了使工艺基准和设计基准重合,可以用顶面代替端面作为基面,即倒镗销孔,。同时在零件图中由于活塞的轴心线和销孔的轴心线也有较高的精度要求,故倒镗时采用外圆和顶面来定位的话,就能很好保证其精度要求。则采用外圆定位时应采用V形块,而一般形状下是用两V形块夹紧,但这里活塞是薄壁零件,这样的夹紧方法将会产生变形,故是采用一个V形块的内部夹紧。这样才能有利于保证加工质量,但夹具的结构复杂,同时也应适当的施加夹紧力。 工序的安排为：先加工阶段的划分,划分加工阶段应将粗精加工分开,才能使变形所引起的误差减小到最小。分析上面活塞加工的工艺过程,可分为粗、精加工两个阶段。工序6以前为粗加工阶段,包括对各主要表面如止口、外圆、环槽等进行的粗加工,同时将一些要求不高的又要切除的较多金属余量的表面如油孔等加工出来。从工序7开始为精加工阶段。工序7为转折点,在此工序中对精基准进行修整,以保证以后精加工工序的定位精度。此外,为了避免精加工后的表面受到损伤,主要表面的精加工应尽量放在最后进行。如精磨裙部外圆和滚压销孔都放在最后加工。其次是工序的集中与分散,上述活塞的加工工艺过程属于大量生产,它的特点是按工序集中原则,采用了较多的高效率的专用机床和专用工夹量具,组成生产流水线。如在第三道工序的多刀车床,在一次安装下同时加工出外圆、环槽和顶面;第四第五道工序在专用多轴钻床上同时钻六个和八个孔,大多数工序都由复合工步组成。由于工序集中减少了机床的数量,相应地操作工人数和生产面积,由于工序集中,而且采用自动化程度较高的专用机床和工夹量具,大大提高了生产效率,又由于工序集中,在一次安装中加工尽量多的表面,不但减少了辅助时间,而且有利于保证各表面的相互位置精度。 综上所述,在方案一和方案二中的基础上加以综合修改后,确定的加工路线最后如下: 工序号 工 序 内 容 设 备 1 外圆定位粗车端面及其止口 在C620-1上加工 2 止口定位粗镗销孔 双头镗床 3 止口定位粗切外圆、槽及顶部 多刀半自动车床C730 4 钻斜面油孔 Z512 5 钻环槽油孔 Z512 6 钻、滑销座孔 转塔钻床 7 精车止口及顶锥（外圆定位） 专用立镗 8 止口定位精切细外环岸、倒角 多刀自动车床 9 止口定位切小槽及精切梯形槽 C620车床 10 靠模车裙部 靠模车床 11 车凹部 普通车床 12 车顶面及倒角 C620 13 外圆定位 以顶面为基准倒镗（精）销孔 金刚镗 14 挖卡环槽 车床 15 滑油池底 Z535 16 车燃烧室 C620 17 钻R7凹坑 Z535 18 车燃烧室口 车床 19 铣顶部R16槽 VMC850 20 去毛刺、锐边 手钻、砂纸 21 清洗 22 滚压销孔 钻臂钻床 本课题是汽车活塞加工工艺及其夹具的设计，因此本课题设计重点是机械加工工艺规程和夹具的设计、定位等问题。 首先，确定零件的毛坯及毛坯图的绘制。 其次，选择加工方法、制定工艺路线及工艺卡片；它一般包括： 1.根据零件的类别和技术要求，对每个加工面选择合理的加工方法。 2.安排加工顺序： （1）工件的精基准表面应先进行加工； （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，后加工内孔。 3.工艺的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。 4.填写加工工艺卡片。 另外，夹具是保证零件加工精度的重要工具。 夹具设计的内容主要包括： 1.明确设计要求，收集和研究有关资料：了解零件作用、结构特点、技术要求；充分研究并了解工艺规程，及某一工序的加工要求。分析夹具设计任务书上选用的定位基准和工序尺寸。 2.确定夹具的结构方案： （1）确定定位方案，选择定位元件，计算定位误差。 （2）确定对刀或导向方式，选择对刀块或导向元件。 （3）确定夹紧方案，选择夹紧机构。 （4）确定夹具体的形式和夹具的总体结构等等。 3.绘制夹具零件的装配图及夹具零件图。 4.3方案的特点及创新 通过进行本次毕业设计，全面系统地对学生进行设计方法和研究方法的基本训练。要求学生树立正确的设计思想，培养学生进行科学的研究。学生能独立进行资料的收集、加工与整理，能综合运用科学的理论、知识和技能，锻炼独立解决设计问题的能力，图纸绘制规范，符合国家标准，编写符合要求的设计说明书并答辩，从而使学生树立严谨、实事求是的科学态度，并掌握工程设计的一般程序规范和方法。创新之处： CAD/CAE/CAM的实施使设计人员不用在复杂用手工画图，能将更多的精力用于其他创造性的设计上，设计制造效率大大提高。 五、预期结果 (1)毕业设计（论文）的工作量要求：不少于15000字； (2)图纸（幅面和张数）：A0图纸2张（折合），工艺卡片1份 (3)其他要求：参考文献不少于15篇（其中外文文献不少于3篇），外文文献翻译汉字3000字以上 六、设计主要步骤 摘 要 第1章 绪论 第2章 加工工艺规程设计 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 2.1.2 零件的工艺分析 2.2 汽车活塞加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 2.2.1 孔和平面的加工顺序 2.2.2 孔系加工方案选择 2.3 汽车活塞加工定位基准的选择 2.3.1 粗基准的选择 2.3.2 精基准的选择 2.4 汽车活塞加工主要工序安排 2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 2.6确定切削用量及基本工时（机动时间） 第3章 铣夹具设计 3.1 研究原始质料 3.2 定位、夹紧方案的选择 3.3切削力及夹紧力的计算 3.4 误差分析与计算 3.5 确定夹具体结构尺寸和总体结构 3.6 夹具设计及操作的简要说明 第4章 镗夹具设计 总 结 参考文献 致 谢 七、进度计划 序号 任务名称 开始时间 结束时间 1 选题 2 查阅中、外文献资料，外文资料翻译，确定系统设计方案 3 开题 4 进行毕业设计 5 中期检查 6 上交毕业设计正稿打印版及电子材料，毕业设计及设计说明书光盘，完成毕业答辩ppt 7 毕业答辩 八、参考文献 [1] 孙丽媛，机械制造工艺及专用夹具设计指导，北京：冶金工业出版社，2002。 [2] 东北重型机械学院等，机床夹具设计手册，上海：上海科学技术出版社，1979。 [3] 刘守勇等，机械制造工艺与机床夹具. 北京:机械工业出版社，1994.7 [4] 王启平，机床夹具设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1988. [5] 林文焕.陈本通，机床夹具设计[M].北京:国防工业出版社，1987. [6] 徐发仁，机床夹具设计[M].重庆:重庆大学出版社，1996.7 [7] 王昆等，机械设计课程设计[M].武汉: 高等教育出版社，1995 [8] 邱宣怀，机械设计[M].第四版.北京:高等教育出版社，1997 [9] 柯明扬，机械制造工艺学[M]. 北京:北京航天航空大学出版社，1995 [10] 孟少龙，机械加工工艺手册第1卷，北京：机械工业出版社，1991。 [11]《金属机械加工工艺人员手册》修订组，金属机械加工工艺人员手册，上海：上海科学技术出版社，1979。 [12] Haffman E G. Jig and Fixture Design.America, VNR Co.,1980. [13] Boyes W E. Jigs and Fixture .America,SME,1982. 指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 教研室审核意见： 教研室主任签名： 年 月 日 备注：本开题报告须装入学生的毕业设计（论文）档案袋存档。