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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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 fixtures1 目目 录录摘 要 .IIABSTRACT.III目 录.11 绪论.11.1 本课题的研究内容和意义.11.2 国内外的发展概况.21.3 本课题应达到的要求.32 汽车活塞的图样分析.42.1 汽车活塞的作用.42.2 汽车活塞的图样分析.72.3 工艺分析.73 工艺规程设计.93.1 确定毛坯的制造形式.93.2 定位基准的选择.103.2.1 粗基准的选择.113.2.2 精基准的选择.123.3 拟定工艺路线.133.3.1 划分加工阶段.133.3.2 安排加工顺序.143.3.3 拟定加工工艺路线.15工艺路线方案二.172.3.3 工艺方案的比较与分析.173.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.192.4.1 止口的加工余量.192.4.2 端面及顶面的加工余量.192.4.3 销孔的加工余量.192.4.4 外圆的加工余量.203.5 切削用量及工时定额的确定.204 粗镗销孔夹具设计.334.1 研究原始质料.334.2 定位、夹紧方案的选择.334.3 切削力及夹紧力的计算.3324.4 误差分析与计算.344.5 夹具设计及操作的简要说明.355 铣顶部 R16 槽夹具设计.365.1 研究原始质料.365.2 定位基准的选择.365.3 切削力及夹紧力的计算.365.4 定向键与对刀装置设计.375.5 误差分析与计算.385.6 夹紧装置的选用.395.7 夹具设计及操作的简要说明.406 结论与展望.415.1 结论.415.2 不足之处及未来展望.41致谢.43参考文献.4411 1 绪论绪论1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义工装工艺及夹具毕业设计是对所学专业课知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的供应，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。机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生产产品的进度计划和相应的调度计划，并能做到各工序科学地衔接，使生产均衡、顺利，实现优质、高产和低消耗。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。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。在单件、小批量生产中，以机械加工工艺过程卡片指导生产，过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片是为每个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。在机械行业中，如何去保证工件的高精度、加工的成本等实质性问题，一直是从事于机械行业人员研究的问题，其中在设计夹具的时候就要考虑以上问题，高效的夹具是工件高精度的保证，如何让夹具更高效、更经济，这是行业人急需要解决的。2随着社会的发展，科技的不断提高，各种高科技技术逐渐渗透到各个行业，如何利用这些高科技为人类服务，如何充分利用这些高科技在机械行业中，这还需要机械行业人员不断的努力，开拓创新。随着科学技术的发展，和社会市场需要，夹具的设计在逐步的超向柔性制造系统方向发展。迄今为止,夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已高度标准化,用户只需要按品种、规格选用采购。而模具和夹具则和产品息息相关,产品一有变化就需重新制作,通常是属于专用性质的工具,模具已发展成为独立的行业;夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。 组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想,又符合节约资源的原则,更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向单位 。机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具” 。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。通过这次毕业设计，对自己所学的理论知识进行一次综合运用，也是对四年的学习深度的一个检验。在这次设计过程中，充分挖掘自己分析问题，解决问题的潜力。并希望通过毕业设计能养成一种严谨，认真的态度，为以后参加工作打下一个良好的基础。1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况工装的全称是工艺装备，工装是指加工机床外而需保证零件加工质量的工艺装备，是制造过程中所用的各种工具的总称。它是各企业内除生产设备和工具外的为配合生产设备和人完成工艺制作要求的部分，大多工装都是针对各自产品特点的。机械加工过程中用来固定和定位要加工的零件或毛坯件的装置，即工装的主要作用有：固定，3定位，防止变形。夹具属于工装，工装包含夹具，属于从属关系。不仅仅是焊装用，在机加工方面也有用，许多时候，需要装配几个部件并保证其定位准确的时候就需要。设计工装夹具要紧扣产品，因为工装夹具是专门为某些产品特定的，要保证生产时无干涉现象、定位准确、操作工操作便捷等。简单的说，就是用于工件装夹的工具。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紧。人们越来越认识到，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，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高要求，如快速、高效、安全等。要想达到这样的生产要求，就必须计算加工工序零件在加工过程中由于切削力、重力、惯性力等所产生的切削力及切削力矩，按照夹具设计中所确定的夹紧方式进行夹紧力的计算，为了减小夹具的具体尺寸，就需要增大夹具的定位区间，增大由夹紧力而产生的摩擦力矩、正压力及由此而产生的摩擦力，以达到夹具小巧而精用的目的。同时为了减少工人的劳动强度，提高工件装夹效率，还需要对夹具的夹紧机构的行程进行设计，以期以最短的夹紧行程，达到最佳的夹紧效果。1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，对汽车活塞的基本结构及作用有个大致的了解，在此基础上，经过对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论等相关知识充分掌握后，分析汽车活塞的加工工艺，确定汽车活塞各加4工表面的加工方法，进而形成汽车活塞的机械加工工艺路线。并能根据汽车活塞的加工工序要求，分析汽车活塞的定位方式、金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合机械机构设计的相关理论知识，完成工件的有效定位及夹紧，从而使整个汽车活塞的加工工艺路线经济，工件定位方案合理，来达到产品的最优化设计。针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的汽车活塞加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。为提高钻床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振动，夹具体不仅要有足够的刚度和强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有 H/B11.25，以降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。2 2 汽车活塞的图样分析汽车活塞的图样分析2.12.1 汽车活塞的作用汽车活塞的作用汽车活塞,如图 2.1 及图 2.2 所示，其主要作用是：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。因而汽车活塞是主传动系中的关键零件。5因此，汽车活塞的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。6图 2.1 汽车活塞72.22.2 汽车活塞的图样分析汽车活塞的图样分析在编制汽车活塞机械加工工艺规程之前，首先应研究汽车活塞的工作图样和产品装备图样，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确该汽车活塞在产品中的位置和作用；了解并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的措施加以保证。 汽车活塞的材料为硅铝合金，硅铝合金生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。传动汽车活塞需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：1）该零件为机床汽车活塞，主要加工部位为平面和孔系，其结构复杂，精度要求又高，加工时应注意选择定位基准及夹紧力。2）材料硅铝合金。3）铸件人工时效处理。2.32.3 工艺分析工艺分析工艺分析的目的主要有两个：一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工与装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制定出合理的工艺规程。 铸件必须进行时效处理，以消除应力。有条件时应在露天存放一年以上再加工。为了保证加工精度应使定位基准统一，该零件主要定位基准，集中在底面和顶面上。8镗孔时，在可能的条件下尽量采用“支承镗削”方法，以增加镗杆的刚性，提高加工精度。对直径较小的孔、应采用钻、扩、铰加工方法。为保证在同一轴上各孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套再加工其他孔的方法。为提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗和精镗分开进行。铸造时一般 50mm 以下孔不铸出。孔的尺寸精度检验，使用内径千分尺或内径百分表进行测量。轴内孔之间距离的测量可以通过孔与孔之间壁厚进行间接测量。同一轴线上各孔的同轴度，可采用检验心轴进行检验。各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准面的平行度，均应通过检验心轴进行测量。汽车活塞作为主传动系的支承零件，各传动轴间要求一定的位置精度，因此，加工此汽车活塞的主要任务是保证各孔系间的相互位置精度。在此汽车活塞的加工中保证各孔正确位置是靠 T68 坐标镗床手动控制坐标来完成的，为更好地保证加工质量，单件小批量生产也可采用组合夹具、专用镗模进行加工，批量较大时，应采用专用镗模进行加工。根据汽车活塞零件图可知，其主要加工面是进行导轨面的加工、表面加工、孔加工、钻孔、攻丝，孔的精度要求高。该零件年生产属小批量生产，设计加工零件所需要的专用夹具是为了提高劳动效率、降低成本。 93 3 工艺规程设计工艺规程设计3.13.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用、零件生产率和经济性，而且也与零件的机械加工工艺和质量密切相关。故正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。毛坯选择时，应全面考虑以下因素：1）零件的材料及机械性能要求；2）零件的结构形状与外形尺寸；3）生产类型，它在很大程度上决定采用毛坯制造方法的经济性；4）现有生产条件；5）充分考虑利用新工艺、新材料、新技术的可能性。长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定程度10的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常汽车活塞材料采用灰口铸铁。最常用的是硅铝合金400，当载荷较大时，采用 HT300540 高强铸铁。汽车活塞的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸焊、铸煅焊、煅焊等。采用焊接结构可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不足的问题。焊前对各种组合件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加工面要求更高。重要的汽车活塞毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。该零件为汽车活塞类，且外型尺寸较大，材料为硅铝合金，零件的形状较复杂，因此不能用锻造，只能用铸件，采用砂型铸造毛坯，如图 3.1 汽车活塞毛坯图所示。采用小批量造型生产。根据零件主要的加工表面的粗糙度查参考文献机械制造工艺简明手册确定各表面加工余量。毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生残余应力，应使汽车活塞壁厚尽量均匀，汽车活塞浇铸后应安排时效或退火工序。该汽车活塞的材料是硅铝合金，单件小批生产，由于结构复杂，所以毛坯采用铸件。为了提高汽车活塞加工精度的稳定性，采用时效处理以消除内应力。3.23.2 定位基准的选择定位基准的选择定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准选择正确、合理，11可以保证零件的加工质量，提高生产率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，使生产无法进行。汽车活塞定位基准的选择，直接关系到汽车活塞上各个平面与平面之间、孔与平面之间、孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基准统一”和“基准重合”的原则，同时必须考虑生产批量的大小、生产设备、特别是夹具的选用等因素。该汽车活塞的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故汽车活塞重要加工表面都要划分粗、精加工两个阶段，这样可以避免粗加工造成的内应力、切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响，有利于保证汽车活塞的加工精度。 3.2.1 粗基准的选择选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则：重要表面原则 为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。不加工表面原则 为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。余量最小原则 如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。使用一次原则 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用12将产生较大的误差。平整光洁原则 以便工件定位可靠、夹紧方便。根据生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件安装方式也不一样。大批大量生产时，由于毛坯精度高，可以直接用汽车活塞上的重要孔在专用夹具上定位，工件安装迅速，生产率高。在单件、小批及中批生产时，一般毛坯精度较低，按上述办法选择粗基准，往往会造成汽车活塞外形偏斜，甚至局部加工余量不够，因此通常采用划线找正的办法进行第一道的工序加工，即以主轴孔及中心线为粗基准对毛坯进行划线和检查，必要时予以纠正，纠正后孔的余量应足够，但不应定均匀。该汽车活塞为单件小批量生产，在单件小批量生产时，由于毛坯精度低，所以以划线找正法安装。划线时先找正主轴孔中心，然后以主轴孔为基准找出其他需加工平面的位置。加工该汽车活塞时，按所划的线找正安装工件，则体现的是以主轴孔作为粗基准。 3.2.2 精基准的选择选择精基准时，主要考虑保证加工精度和工件装夹方便可靠。一般应考虑以下原则：1) 基准重合原则 即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。2) 基准统一原则 应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。133) 自为基准原则 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。4) 互为基准原则 5) 便于装夹原则 所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。为了保证汽车活塞零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和距离尺寸精度，汽车活塞类零件精基准选择常用两种原则：基准统一原则、基准重合原则。小批生产时一般采用基准重合原则，即以装配基准作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高汽车活塞上各表面间的相互位置精度。大批生产时常采用基准统一原则，即一面两孔定位，可避免由于基准变换而带来的累积误差。该零件以三面定位，汽车活塞上的装配基准为平面，而它们又是汽车活塞上其他要素的设计基准，因此以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高汽车活塞各主要表面的相互位置精度。有零件图可知：D 面、W 面为精基准。3.33.3 拟定工艺路线拟定工艺路线 3.3.1 划分加工阶段零件的技术要求较高时，零件在进行加工时都应划分加工阶段，按工序性质不同，可划分如下几个阶段：粗加工阶段此阶段的主要任务是提高生产率，切除零件被加工面上的大部分余量，使毛坯形14状和尺寸接近与成品，所能达到的加工精度和表面质量都比较低。半精加工阶段此阶段要减少主要表面粗加工中留下的误差，使加工面达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（钻、攻丝、铣键槽等） ，为精加工做好准备。精加工阶段切除少量加工余量，保证各主要表面达到图纸要求，所得精度与表面质量都比较高。所以此阶段主要目的是全面保证加工质量。光整加工阶段此阶段主要针对要进一步提高尺寸精度、降低粗糙度（IT6 级以上）的表面。一般不用于提高形状、位置精度。根据加工阶段划分的要求及零件的批量，该汽车活塞的加工划分为 3 个阶段：粗加工阶段（粗铣各个平面、孔端面及各主轴孔粗镗） 、半精加工阶段（半精镗各主轴孔，完成各次要孔等）和精加工阶段（磨各平面、精镗各主轴孔） 。 3.3.2 安排加工顺序复杂工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序，如何将这些工序安排在一个合理的加工顺序中，生产中已总结出一些指导性的原则，先述如下。切屑加工工序顺序的安排原则1）先粗后精各表面加工顺序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的顺序进行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。152）先主后次零件的主要加工表面（一般是指设计基准面、主要工作面、装配基面等）应先加工，而次要表面（键槽、螺孔等）可在主要表面加工到一定精度之后、最终精度加工之前进行加工。3）先面后孔原则 对于汽车活塞类、支架类、机体类等零件，平面轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可靠，故应先加工平面，后加工孔。这样，不仅使后续的加工有一个稳定可靠的平面作为定位基准面，而且在平整的表面上加工孔，加工变得容易一些，也有利于提高孔的加工精度。4）先基准后其他作为精基准的表面要首先加工出来。该汽车活塞的加工和装配大多以平面为基准，按照加工顺序安排的原则，采用先面后孔的加工顺序。先加工平面，可以为加工精度较高的支承孔提供稳定可靠的精基准，有利于提高加工精度。另外，先加工平面可以将铸件不平表面切除，可减少钻孔时钻头引偏和刀具崩刃等现象的发生，对刀和调整也较为方便。加工孔系时应遵循先主后次的原则，即先加工主要平面或孔系，这也符合切削加工顺序的安排原则。根据各面各孔的精度要求，加工顺序如下：平面的加工：查零件制造工艺与装备表 3-9 平面加工方法可知，通过粗铣精铣的加工顺序可以满足要求。销轴孔的加工：查机械制造工艺与装备表 3-8 可知，通过粗镗半精镗精镗的加工顺序可以满足要求；其余各孔：通过钻扩铰的加工顺序可以满足要求。16 3.3.3 拟定加工工艺路线拟定工艺路线的出发点：应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。还要考虑经济效果，以便降低生产成本。综合以上加工阶段和加工顺序的分析，可以初步得出汽车活塞的加工艺路线。初拟汽车活塞加工工艺路线方案一如表 3-1 所示。表 3-1 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17 工艺路线方案二工艺路线方案二 2.3.32.3.3 工艺方案的比较与分析工艺方案的比较与分析(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。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18(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。剩下的转动自由度用一根装在尾座套筒中的菱形销插入销孔中来定位,从而保证精镗的加工余量均匀,当活塞被压紧后,再将菱形销退出即可加工.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 109.550.5 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 C7304钻斜面油孔Z5125钻环槽油孔Z5126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C6201913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Z53516车燃烧室C62017钻 R7 凹坑Z53518车燃烧室口车床19铣顶部 R16 槽 VMC85020去毛刺、锐边手钻、砂纸21清洗22滚压销孔钻臂钻床3.43.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定汽车活塞体的材料是硅铝合金，批量生产，由于结构复杂，所以毛坯采用铸件。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸与毛坯尺寸如下：2.4.12.4.1 止口的加工余量止口的加工余量总余量为:3mm 粗车余量为:2.6mm精车余量为:0.4mm 2.4.22.4.2 端面及顶面的加工余量端面及顶面的加工余量 端面的总余量为： 4mm 粗车余量为：3.8mm精车余量为： 0.2mm 顶面的总余量为： 5mm 粗车的加工余量为： 3.5mm 半粗车的加工余量为： 1.37mm 精车的加工余量为： 0.13mm2.4.32.4.3 销孔的加工余量销孔的加工余量 滚压的加工余量: 0.15mm 精镗的加工余量为: 0.30 mm 粗镗的加工余量为: 3.55 mm20 则总的加工余量为: 4 mm2.4.42.4.4 外圆的加工余量外圆的加工余量 毛坯的总加工余量为:3 mm 精车之后细车加工余量为: 0.25 mm 粗车之后精车的加工余量为: 0.6 mm粗车的加工余量为: 2.15 mm3.53.5 切削用量及工时定额的确定切削用量及工时定额的确定受论文篇幅所限，只选取部分工序及加工内容进行工艺计算，还请谅解。工工序序 4 40 0 粗车止口由于零件整体加工为外圆端面，故所有轴颈可以一次车削加工，所有轴颈加工余量相同。说明所有轴颈的加工余量。 （参考机械制造工艺设计简明手册表 2.3-9） ，确定工序尺寸及余量：具体工序尺寸见表 3。已知工件材料： 20CrMnTi，有外皮，机床 CA6140 普通车床，工件用卡盘固定。所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表 1.1，由于 CA6140 机床的中心高为 200（表 1.30） ，故选刀杆尺寸=，刀片厚度为。mmHBmmmm2516mm5 . 4选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副0V012006vK090偏角=，刃倾角=，刀尖圆弧半径=。vK010s00srmm8 . 0.确定切削深度pa由于单边余量为，可在一次走刀内完成mm2.确定进给量f根据切削加工简明实用手册可知：表 1.421刀杆尺寸为，工件直径400 之间时，mm16mm25pamm4100 进给量=0.51.0frmm按 CA6140 机床进给量（表 4.29）在机械制造工艺设计手册可知： =0.7frmm确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 130，CA6140 机床进给机构允许进给力=3530。maxFN根据表 1.21，当强度在 174207时，=时，径HBSpamm4f75. 0rmmrK045向进给力：=950。RFN切削时的修正系数为=1.0，=1.0，=1.17（表 1.292） ，故实际进给力为：fFroFfKsFfKkrFfK =950=1111.5 （1-2）fF17. 1N由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选=可用。frmm7 . 0.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为，车刀寿命=mm5 . 1T。min60.确定切削速度0V切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表 1.11，当硬质合金刀加工硬度 200219的铸件，6YGHBS，切削速度=。pamm4frmm75. 0Vmin63m切削速度的修正系数为=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（见表 1.28） ，故：tvKmvKsvKTvKKvK =tVvK=63 （1-3）0V0 . 10 . 184. 092. 00 . 10 . 1 min48m =120 （1-4）nDVc1000127481000minr22根据 CA6140 车床说明书选择 =1250nminr这时实际切削速度为：cV = （1-5）cV1000cDn1000125127min50m.校验机床功率切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表 1.25，=，HBS160245pamm3f rmm75. 0切削速度时，min50mV =CPKW7 . 1切削功率的修正系数=0.73，=0.9，故实际切削时间的功率为：krPckPcrK0 =1.7=1.2 （1-6）CP73. 0KW根据表 1.30，当=时，机床主轴允许功率为=，故所选切nmin125rEPKW9 . 5CPEP削用量可在 C6201 机床上进行，最后决定的切削用量为：=3.75，=，=，=pammfrmm7 . 0nmin125rsr08. 2Vmin50m 工序工序 5 粗镗镗粗镗销孔切削用量及基本时间的确定切削用量及基本时间的确定本工序为粗镗。已知加工材料为硅铝合金铸铁，铸件；机床为 T740 型卧式镗床，工件装在组合夹具中。刀具：硬质合金金刚镗镗刀。确定背吃刀量：pa )(5 . 2单边余量bpZmma确定进给量 f：23根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.3-14，可查得 f=0.31.0mm/r。按 T740 机床进给量，选择 f=0.74mm/r。确定切削速度 v：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.3-14，可查得=4080m/min,选择cv。min/65mvc min/01.180115651000min/1000rrdvnws按 T740 机床的转速，选择，所以实际切削速度 v：min/200rnw min/22.7210002001151000mndvww工额定时的计算：jT min39. 0120074. 0355021ifnlllTwj式中：， =3mm，=5mm，mml501l2l =0.74mm/r， =1。fmin/200rn i3.6.2 工序 5粗切外圆,环槽及顶部所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车槽刀。根据切削用量简明手册表 1.1，由于 CA6140 机床的中心高为 200（表 1.30） ，故选刀杆尺寸=，刀片厚度为。mmHBmmmm2516mm5 . 4选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏0V012006vK090角=，刃倾角=，刀尖圆弧半径=。vK010s00srmm8 . 0.确定切削深度pa由于单边余量为，可在一次走刀内完成，故mm5 . 2 = pa25 . 2mm25. 1.确定进给量f根据切削加工简明实用手册可知：表 1.424刀杆尺寸为，工件直径400 之间时，mm16mm25pamm4100 进给量=0.51.0frmm按 CA6140 机床进给量（表 4.29）在机械制造工艺设计手册可知： =0.7frmm确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 130，CA6140 机床进给机构允许进给力=3530。maxFN根据表 1.21，当强度在 174207时，=时，径HBSpamm4f75. 0rmmrK045向进给力：=950。RFN切削时的修正系数为=1.0，=1.0，=1.17（表 1.292） ，故实际进给力fFroFfKsFfKkrFfK为： =950=1111.5 由于切削时fF17. 1N进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选=可用。frmm7 . 0.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为，车刀寿命=mm5 . 1T。min60.确定切削速度0V切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表 1.11，当硬质合金刀加工硬度 200219的铸件，15YTHBS，切削速度=。pamm4frmm75. 0Vmin63m切削速度的修正系数为=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（见表 1.28） ，tvKmvKsvKTvKKvK故： =tVvK=63 （3-12）0V0 . 10 . 184. 092. 00 . 10 . 1 min48m =120 （3-13）nDVc1000127100048minr根据 CA6140 车床说明书选择 =1250nminr这时实际切削速度为：cV = （3-14）cV1000cDn1000125127min50m.校验机床功率25切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表 1.25，=，HBS160245pamm3f rmm75. 0切削速度时，min50mV =CPkw7 . 1切削功率的修正系数=0.73，=0.9，故实际切削时间的功率为：krPckPcrK0 =1.7=1.2 CP73. 0kw根据表 1.30，当=时，机床主轴允许功率为=，故所选切削nmin125rEPkw9 . 5CPEP用量可在 CA6140 机床上进行，最后决定的切削用量为：=1.25，=，=，=pammfrmm7 . 0nmin125rsr08. 2Vmin50m.计算基本工时 nflt =mt7 . 0125127min4 . 1 工序工序 16 精镗销孔切削用量及基本时间的确定精镗销孔切削用量及基本时间的确定本工序为精镗。已知加工材料为硅铝合金铸铁，铸件；机床为 T740 型卧式镗床，工件装在组合夹具中。刀具：硬质合金金刚镗镗刀。1、确定背吃刀量：pa mmap9 . 02、确定进给量 f：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.3-14，可查得 f=0.20.8mm/r。按 T740 机床进给量，选择 f=0.52mm/r。3、确定切削速度 v：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.3-14，可查得=60100m/min,选择cv26=85m/min。cv min/41.2291188510001000rdvnwcs按 T740 机床的转速，选择=250r/min，所以实际切削速度 v：wn min/63.9210002501181000mndvww4、工额定时的计算：jT min45. 0125052. 0535021ifnlllTwj式中： =50mm， =3mm，=5mm，l1l2l =0.74mm/r，=250r/min， =1。 fni 工序 22 铣顶部 R16 槽 （1）粗铣顶部 R16 槽 加工条件：工件材料： 硅铝合金，铸造。机床：VMC850 铣床。查机械加工工艺师手册表 30-34 选择工艺装备及确定切削用量。刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀） ，材料：， ，齿数15YTmmD110，此为粗齿铣刀。8Z因其单边余量：Z=2mm。所以铣削深度 ：。pammap227每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表 2.4-75，取 。faZmmaf/10. 0取铣削速度：参照机械加工工艺师手册表 30-34，取。Vsmv/22. 1由式 3-1 得机床主轴转速：n21211014.36022.110001000dVn按照机械加工工艺师手册表 3.1-74 可以查得机床与之接近的转速为。300 /minnr实际铣削速度 ：vsmdnv/73. 160100030011014. 31000进给量： 。 fvsmmZnavff/4 . 460/300811. 0工作台每分进给量：。 mfmin/288/8 . 4mmsmmvffm铣削宽度：根据机械加工工艺师手册表 2.4-81，取。amma60被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知 。l60lmm刀具切入长度 ：1l (3.2)2210.5()(1 3)lDDa220.5(10010060 )(1 3)1113mm刀具切出长度：取。2lmml22走刀次数为 1（2）精铣顶部 R16 槽 加工条件：工件材料： 硅铝合金，铸造。 机床：VMC850 铣床。查机械加工工艺师手册表 30-34 选择工艺装备及确定切削用量。刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：，齿数 12，此为细齿铣刀。15YT28精铣该平面的单边余量：Z=1mm。铣削深度：。pammap0 . 1每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表 3031，取。faZmmaf/08. 0铣削速度：参照机械加工工艺师手册表 3031，取。vsmv/32. 0机床主轴转速，由式（3.1）有：n10001000 0.32 6061 /min3.14 100Vnrd按照机械加工工艺师手册表 3.1-74 可以查得机床与之接近的转速为。75 /minnr实际铣削速度 ：vsmdnv/4 . 06010007510014. 31000进给量，由式（2.3）有：。fVsmmZnavff/25. 260/751215. 0工作台每分进给量：。mfmin/135/25. 2mmsmmvffm被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知。lmml210刀具切入长度 ：精铣时。1lmmDl1001刀具切出长度 ：取。2lmml22走刀次数为 1根据机械加工工艺师手册：=249/(37.53)=2.21min。1t根据机械加工工艺师手册表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间。41. 01ft精铣宽度为 20mm 的下平台根据机械加工工艺师手册切削工时：=249/(37.53)=2.21min。2t根据机械加工工艺师手册表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间。41. 02ft粗精铣宽度为 30mm 的下平台的总工时： 2121fftttttmin42. 541. 041. 021. 221. 229工序工序 7 钻斜面孔切削用量及基本时间的确定切削用量及基本时间的确定本工序为钻孔。已知加工材料为硅铝合金铸铁，铸件；机床为 Z525 型摇臂钻床，工件装在组合夹具中。由于内孔直径较小，查机械制造工艺设计简明手册可知毛坯上不预留孔，为实心件。刀具：高速钢麻花钻1、确定背吃刀量：pa mmap62、确定进给量 f：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.2-13，可查得 f=0.32mm/r。3、确定切削速度 v：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.2-13，可查得=2434m/min，选择cv=30m/min。cv min/40.415123010001000rdvnwcs按 Z525 机床的转速，选择，所以实际切削速度 v：min/400rnw min/89.281000400121000mndvww4、工额定时的计算：jT min29. 0140032. 0253021ifnlllTwj式中： =30mm， 取 =5mm，=14mm 取=2mm，l2121rctgKdl1l2l2l =0.32mm/r，=400r/min， =1。fni 工序工序 8 钻环油槽孔，保证尺寸公差要求切削用量及基本时间的确定钻环油槽孔，保证尺寸公差要求切削用量及基本时间的确定本工序为钻孔。已知加工材料为硅铝合金铸铁，铸件；机床为 Z525 型摇臂钻床，30工件装在组合夹具中。由于内孔直径较小，查机械制造工艺设计简明手册可知毛坯上不预留孔，为实心件。刀具：高速钢麻花钻1、确定背吃刀量：pa mmap72、确定进给量 f：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.2-13，可查得 f=0.32mm/r。3、确定切削速度 v：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.2-13，可查得=2434m/min，选择cv=30m/min。cv min/40.415333010001000rdvnwcs按 Z525 机床的转速，选择，所以实际切削速度 v：min/400rnw min/89.281000400231000mndvww4、工额定时的计算：jT min29. 0140032. 0253021ifnlllTwj式中： =30mm， 取 =5mm，=14mm 取=2mm，l2121rctgKdl1l2l2l =0.32mm/r，=400r/min， =1。fni 工序工序 9 钻滑销座油孔，保证尺寸公差要求切削用量及基本时间的确定钻滑销座油孔，保证尺寸公差要求切削用量及基本时间的确定本工序为钻滑销座油孔钻滑销座油孔。已知加工材料为硅铝合金铸铁，铸件；机床为 Z525 型摇臂钻床，工件装在组合夹具中。31刀具：高速钢钻头1、确定背吃刀量：pa mmap82、确定进给量 f：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.2-32，可查得 f=1.01.2mm/r。按 Z525机床进给量，选择 f=1.0mm/r。3、确定切削速度 v：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.2-34，可查得=2030m/min,选择cv=25m/min。cv min/04.321202510001000rdvnwcs按 Z525 机床的转速，选择，所以实际切削速度 v：min/315rnw min/53.241000315201000mndvww4、工额定时的计算：jT min11. 013150 . 1333021ifnlllTwj式中： =30mm，取 =3mm，=14mm 取=3mm，l2121rctgKdDl1l2l2l =1.0mm/r，=315r/min， =1。fni 工序工序 8 钻环油槽孔，保证尺寸公差要求切削用量及基本时间的确定已知加工材料为硅铝合金铸铁，铸件；机床为钻床，工件装在组合夹具中。刀具：高速钢钻头1、确定背吃刀量：pa32 mmap4 . 32、确定进给量 f：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.2-43，可查得 f=0.150.25mm/r。按Z525 机床进给量，选择 f=0.16mm/r。3、确定切削速度 v：根据机械加工工艺师手册第 2 版，表 3.2-43，可查得=815m/min,选择cv。min/10mmvc min/38.127251010001000rdvnwcs按 Z525 机床的转速，选择，所以实际切削速度 v：min/220rnw min/27.171000220251000mndvww4、工额定时的计算：jT min31. 1122016. 01333021ifnlllTwj式中： =30mm，取 =3mm，=13mm，l2121rctgKdDl1l2l =0.16mm/r，=200r/min， =1。fni33 4 4 粗镗销孔夹具设计粗镗销孔夹具设计4.1 研究原始质料研究原始质料利用本夹具主要用来加工粗镗销孔，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。4.2 定位、夹紧方案的选择定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对镗孔粗镗销孔行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，底面孔进行了加工。因此，定位、夹紧方案有：粗镗销孔为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面一销的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即底平面。4.3 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算镗刀材料：（硬质合金镗刀）5YT刀具的几何参数： 60粗K90精K100s80由参考文献5