畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞加工工藝及其夾具設(shè)計(jì) 系 （院）自動(dòng)化系專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)2008級(jí)1班學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師季德生職 稱講 師二一二年六月二十日獨(dú) 創(chuàng) 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名: 二一一年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營(yíng)利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名: 二一一年 月 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞加工工藝及夾具設(shè)計(jì)摘 要提高產(chǎn)量、降低成本、準(zhǔn)時(shí)交付、快速響應(yīng)，使產(chǎn)品快速占領(lǐng)市場(chǎng)，已經(jīng)越來(lái)越成為現(xiàn)在制造業(yè)中企業(yè)所追求的目標(biāo)?，F(xiàn)在敏捷制造、快速原型制造、快速模具工裝制造技術(shù)已經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)零件工業(yè)特別是活塞行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。因此，針對(duì)各種內(nèi)燃機(jī)活塞機(jī)械加工工藝過(guò)程的廣泛探索，從而縮短或簡(jiǎn)化工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)制造成本也變得越來(lái)越重要。本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文通對(duì)分析活塞加工技術(shù)的發(fā)展、活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、活塞各個(gè)工作面的加工特征及其工作環(huán)境，確定了活塞的加工過(guò)程及加工方案，其中主要包括：材料的選用、毛坯制造工藝、加工基準(zhǔn)的選擇、各道工工序切削用量及其加工余量的確定和工序安排等。并且進(jìn)一步設(shè)計(jì)了活塞加工過(guò)程中用到的一套典型的夾具，精鏜銷孔夾具設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括：定位方案與夾緊方案的設(shè)計(jì)、夾具的工作原理以及在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題。并分析論證其可行性。關(guān)鍵詞：活塞，工藝分析，加工工藝，工藝重組，夾具設(shè)計(jì)Automobile Engine Piston Processing Technology and Fixture DesignAbstractTo increase production, reduce the cost and on time delivery, the fast response, make the product to quickly capture the market, already more and more be in manufacturing enterprises now pursuit of the goal. Now agile manufacture, rapid prototyping manufacturing, and rapid tooling tooling manufacturing technology has become internal combustion engine parts industry especially piston the focus of competition in the industry. Therefore, to various kinds of internal combustion engine piston mechanical processing process widely exploration, so as to shorten or simplified process flow, improve product quality, reduce production cost is also becoming more and more important. This paper analysis the graduation design of the piston processing technology development, the structure characteristics of the piston, piston each work face processing characteristics and working environment, determined the machining process of the piston and the processing plan, which mainly includes: the material selection, casting technology of manufacturing, processing, each word choice benchmark work process and its processing cutting amount admittance determine and process arrangement. And further the piston design used in machining process of a typical fixture, fine boring pin hole fixture design, the main content includes: positioning scheme and clamping fixture design, the working principle and process of the fixture design should be paid attention to. And analyzes its feasibility.Key words: the pistons, process analysis and processing technology, process reorganization, fixture design目 錄第一章 緒論11.1 活塞加工工藝過(guò)程分析11.2 本課題主要內(nèi)容2第二章 活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作環(huán)境22.1 活塞作用22.2活塞工作環(huán)境及性能要求22.3活塞結(jié)構(gòu)3第三章 活塞加工工藝分析53.1活塞加工工藝特點(diǎn)53.2活塞加工特征分析63.2.1活塞頂部加工特征63.2.2活塞頭部加工特征73.3.3活塞裙部加工特征7第四章 活塞加工工藝規(guī)程的制訂84.1活塞材料及毛坯制造84.1.1活塞材料選擇84.1.2毛坯選擇94.1.3鑄造斜度94.1.4鑄造圓角104.1.5確定機(jī)械加工余量104.1.6毛坯的制造方法及工藝確定104.2定位基準(zhǔn)的選擇104.2.1粗基準(zhǔn)的選擇104.2.2精基準(zhǔn)的選擇114.3活塞加工工藝制訂114.3.1加工方法的確定124.3.2活塞加工階段劃分134.3.3加工工序安排及工藝規(guī)程制訂144.3.4加工余量的確定15第五章 精鏜銷孔夾具設(shè)計(jì)155.1活塞銷孔夾具定位及誤差分析155.1.1活塞銷孔定位方式及定位元件155.1.2定位誤差分析與計(jì)算165.2工件的夾緊裝置的設(shè)計(jì)175.2.1 夾具裝置的組成175.2.2夾緊力的確定175.3對(duì)定裝置205.4標(biāo)準(zhǔn)間的選用205.5夾具體的設(shè)計(jì)205.5.1夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)205.5.2夾具體外形尺寸的確定215.5.3夾具體排屑結(jié)構(gòu)215.6精鏜銷孔夾具工作原理21結(jié)論23參考文獻(xiàn)24致謝25第一章 緒論制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展程度體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展水平。近年來(lái)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，社會(huì)購(gòu)買(mǎi)力不斷提升，汽車工業(yè)更是呈現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢(shì)頭。2009年中國(guó)汽車產(chǎn)銷量突破1300萬(wàn)輛，2010年更是突破了1800萬(wàn)輛，當(dāng)今，中國(guó)已成為世界最主要的汽車產(chǎn)銷大國(guó)之一。汽車市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)為汽車零部件制造業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)空間和難得的發(fā)展機(jī)遇。在汽車當(dāng)中，活塞相當(dāng)于汽車的“心臟”，它在運(yùn)行過(guò)程中它承受交變的機(jī)械負(fù)荷同時(shí)又承受熱負(fù)荷，是發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最為惡劣的零部件之一，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)和平均無(wú)故障使用壽命的較為薄弱的零件，同時(shí)也是最為關(guān)鍵的零部件之一。隨著汽車整車對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性以及可靠性要求越來(lái)越嚴(yán)格，如何實(shí)現(xiàn)活塞生產(chǎn)中的高產(chǎn)量、低成本、高標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)時(shí)交付、快速響應(yīng)以及使產(chǎn)品快速占領(lǐng)市場(chǎng)等要求，已經(jīng)越來(lái)越成為現(xiàn)在制造業(yè)中企業(yè)所追求的目標(biāo)。因此，針對(duì)各種內(nèi)燃機(jī)活塞機(jī)械加工工藝過(guò)程的廣泛探索從而縮短或簡(jiǎn)化工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本尤為顯得重要。本文通過(guò)對(duì)活塞從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)過(guò)程的分析，通過(guò)對(duì)活塞的各種加工特征、加工方法、加工要求、定位以及夾緊方式進(jìn)行分析研究，確定了活塞的加工過(guò)程及加工方案，其中主要包括：材料的選用、毛坯制造工藝、加工基準(zhǔn)的選擇、各道工工序切削用量及其加工余量的確定和工序安排等。并且進(jìn)一步設(shè)計(jì)了活塞加工過(guò)程中用到的一套典型的夾具，精鏜銷孔夾具設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括：定位方案與夾緊方案的設(shè)計(jì)、夾具的工作原理以及在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題。1.1 活塞加工工藝過(guò)程分析內(nèi)燃機(jī)活塞制造技術(shù)在我國(guó)已有四十多年的發(fā)展，已經(jīng)具有一定的基礎(chǔ)， 近年來(lái)通過(guò)不斷的技術(shù)改造和技術(shù)合作，活塞制造技術(shù)發(fā)展很快，活塞產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，并且，新產(chǎn)品的比重逐漸加大。但是，內(nèi)燃機(jī)活塞機(jī)械加工工藝過(guò)程還是存在一定的差別，并且活塞類型和加工要求也有較大差別?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)大多數(shù)活塞生產(chǎn)企業(yè)多采用專用機(jī)床和改裝的普通車床、專用工裝和夾具組成的單機(jī)流水線的加工方式生產(chǎn)。流水線設(shè)備排列為一機(jī)一序或一機(jī)多序，流程較長(zhǎng)。典型的活塞加工工藝過(guò)程如：粗車外圓平頂面車止口、打中心孔粗鏜銷孔半精車外圓、頂面粗、精切環(huán)槽精車外圓、頂面精車燃燒室精鏜銷孔車卡環(huán)槽檢驗(yàn)。上述加工工藝過(guò)程以止口、中心孔作為精基準(zhǔn)，以活塞頭部外圓、活塞裙部、銷孔表面以及活塞頂面等為主要加工面，燃燒室、氣門(mén)坑等為次要加工面。這種傳統(tǒng)工藝過(guò)程的主要優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：第一，一次裝夾可車削外圓、活塞頂面和環(huán)槽等工作面，加工方便；第二，沿活塞軸向夾緊可進(jìn)行多刀切削。同時(shí)，這種傳統(tǒng)加工工藝過(guò)程也存在一下幾方面主要問(wèn)題：第一，以活塞止口為工藝基準(zhǔn)，加工流程較長(zhǎng)；第二，環(huán)槽的位置精度低；第三，采用軸向夾緊，該夾緊方式對(duì)活塞的加工精度，特別是對(duì)薄壁活塞裙部外圓的加工精度會(huì)產(chǎn)生較大的影響。1.2 本課題主要內(nèi)容活塞的加工工藝過(guò)程是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須嚴(yán)格地選擇毛坯、制訂工藝規(guī)程、確定加工余量，并計(jì)算工藝尺寸、分析定位誤差等，此外，為了與實(shí)際生產(chǎn)相吻合，還必須對(duì)加工設(shè)備、切削用量等進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)，此階段內(nèi)容較多，所涉及的范圍也比較廣，為了使設(shè)計(jì)更為合理，必須廣泛查閱相關(guān)書(shū)籍，是設(shè)計(jì)更為合理和使用。 為使工件定位更加準(zhǔn)確，夾緊更為快速，安裝找正更為方便，從而提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高零件加工精度，夾具設(shè)計(jì)要采用專用夾具。在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，統(tǒng)一采用以端面和止口為主要定位面來(lái)進(jìn)行加工。以前未學(xué)過(guò)夾具的設(shè)計(jì)和計(jì)算。因此工作量大大地增加，只有通過(guò)在實(shí)習(xí)過(guò)程中對(duì)夾具的感性認(rèn)識(shí)和夾具設(shè)計(jì)參考書(shū)以及夾具圖冊(cè)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。所以，夾具的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。第二章 活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作環(huán)境2.1 活塞作用活塞連桿組主要有活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等零件組成?；钊闹饕饔檬桥c汽缸蓋、氣缸共同構(gòu)成燃燒室，將做功行程所承受的燃?xì)鈮毫νㄟ^(guò)活塞銷傳給連桿以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。2.2活塞工作環(huán)境及性能要求發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于活塞頂部直接與高溫燃?xì)饨佑|，燃?xì)獾淖罡邷囟瓤蛇_(dá)2500K以上，因此活塞的溫度也很高，因高溫時(shí)材料的力學(xué)性能降低，甚至發(fā)生高溫蠕變。當(dāng)頂部溫度超過(guò)640K700K時(shí)還會(huì)產(chǎn)生熱裂現(xiàn)象。第一環(huán)槽超過(guò)80K500K時(shí)，就會(huì)造成活塞環(huán)粘結(jié)?；钊麥囟雀咔彝鶑?fù)變速運(yùn)動(dòng)，潤(rùn)滑困難，所以極易磨損。在進(jìn)氣時(shí)活塞又接觸到冷的可燃?xì)怏w，造成溫度不均勻，產(chǎn)生的熱應(yīng)力容易使活塞變形和活塞頂表面開(kāi)裂。因此要求活塞具有：(1) 足夠的強(qiáng)度、剛度和韌性；(2) 良好的導(dǎo)熱性和極小的熱膨脹性；(3) 很小的重量，以保持很小的慣性力；(4) 良好的潤(rùn)滑性和耐磨性，以提高壽命?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)不論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)都廣泛采用鋁合金活塞，只在極少數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用鑄鐵或耐熱鋼活塞。目前鋁合金活塞多用含硅12%左右的共晶鋁硅合金和含硅18%23%的過(guò)共晶鋁硅合金制造，外加鎳、銅和鎂，以提高熱穩(wěn)定性和高溫機(jī)械性能。含硅量越高，材料的膨脹系數(shù)越小，耐磨性愈好，但制造工藝較差。富康轎車的活塞材料為共晶鋁硅合金，桑塔納轎車的活塞材料則采用Si-Cu-Mg過(guò)共晶鋁硅合金。柴油機(jī)因其活塞承受高熱、高機(jī)械負(fù)荷，故也有采用合金鑄鐵和耐熱鋼作為活塞材料。2.3活塞結(jié)構(gòu)活塞由頂部、頭部和裙部三部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 1頂部 2頭部 3活塞銷孔 4裙部 5氣環(huán)槽 6油孔 7油環(huán)槽 8銷座 圖2-1 活塞的基本結(jié)構(gòu)活塞頂部是燃燒室的組成部分，其形狀與選用的燃燒室形式有關(guān)。主要有平頂、凹頂和凸頂?shù)葞追N形式。汽油機(jī)活塞頂多為平頂，以使燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，散熱面積小，制造工藝簡(jiǎn)單。但高壓縮比、多氣門(mén)的現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)，為了滿足燃燒室的要求也有略微凸起或凹下的形狀，以及為了避免活塞與氣門(mén)碰撞而制成凹坑。而柴油機(jī)活塞頂常制成各種凹坑。活塞頭部是指活塞環(huán)槽以上的部分。活塞頭部主要作用有以下三點(diǎn)：第一，承受燃?xì)鈮毫Σ鹘o連桿；第二，與活塞環(huán)一起實(shí)現(xiàn)氣缸的密封；第三，將活塞頂部吸收的熱量通過(guò)活塞環(huán)傳到氣缸壁上。在活塞頭部切有幾道環(huán)槽，用以安裝活塞環(huán)。汽油機(jī)一般有23道環(huán)槽，上面的12道環(huán)槽用來(lái)安裝氣環(huán)，下面的一道用來(lái)安裝油環(huán)。在油環(huán)底部鉆有若干徑向小孔，以使油環(huán)汽缸壁上刮下的多余機(jī)油經(jīng)此流回油殼底?；钊h(huán)槽的磨損是影響活塞使用壽命的重要因素。再熱負(fù)荷較高的發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞的第一道環(huán)槽溫度較高，磨損嚴(yán)重。為保護(hù)加強(qiáng)活塞環(huán)槽，常在第一道環(huán)槽處鑲嵌耐熱護(hù)圈。在熱負(fù)荷很高的直噴式柴油機(jī)燃燒室喉口處均鑲嵌耐熱護(hù)圈，以保護(hù)喉口不因過(guò)熱而開(kāi)裂。采用奧氏體或高錳奧氏體鑄鐵護(hù)圈，可使環(huán)槽的壽命提高310倍?；钊共渴侵富钊^部一下的部分。其作用：一是為活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，二是承受側(cè)壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，在缸內(nèi)燃?xì)鈮毫Φ淖饔孟拢钊麜?huì)發(fā)生彎曲變形，活塞后熱后，在活塞銷座處的膨脹量大于其他各處，同時(shí)活塞在側(cè)壓力的作用下也會(huì)產(chǎn)生擠壓變形。為使活塞在氣缸內(nèi)正常工作，不至于卡死或引起局部磨損，在各種工況下活塞與氣缸壁間都能保持均勻的間隙，常在冷狀態(tài)下將活塞做成橢圓形，其長(zhǎng)軸垂直于活塞銷座孔軸線。為減少銷座附近的熱變形量，有的活塞將銷座附近的裙部外表面制成下陷0.5mm1.0mm?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞均為橢圓裙。除此之外，活塞沿軸線方向溫度和質(zhì)量分布也不均勻，導(dǎo)致各斷面熱膨脹量上大下小。一次，需把活塞制成上大下小的圓錐形或桶形。為了減少活塞裙部的熱膨脹量，有的汽油機(jī)活塞在活塞銷座中鑲鑄有熱膨脹系數(shù)低的恒范鋼片，由于恒范鋼片與活塞裙部相連，且恒范鋼片的熱膨脹系數(shù)只有鋁合金的1/10左右，因此當(dāng)溫度升高時(shí)，在恒范鋼片牽制下，裙部在活塞銷孔軸線方向的熱膨脹量很小。活塞裙部采用上述措施后，與氣缸壁之間的冷態(tài)裝配間隙可減小，是指不產(chǎn)生“冷敲熱拉”現(xiàn)象。為改善鋁合金活塞的磨合性，可對(duì)活塞裙部表面涂以保護(hù)層。汽油機(jī)的活塞裙部外表面鍍錫，柴油機(jī)的住鋁活塞的裙部外表面磷化，對(duì)于鍛鋁活塞外表面涂石墨?；钊N孔的中心線一般位于活塞中心線的平面內(nèi)。但有些高速發(fā)動(dòng)機(jī)，將活塞銷座向承受做功行程側(cè)壓力的一面偏移1mm2mm，其目的是為了減輕活塞在越過(guò)上止點(diǎn)時(shí)因側(cè)壓力的瞬時(shí)換向而產(chǎn)生的“敲缸”現(xiàn)象，從而減小發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行噪聲，改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作的平順性。第三章 活塞加工工藝分析3.1活塞加工工藝特點(diǎn)活塞主要表面尺寸和各表面間的相互位置精度要求較高；在加工后還要求保證塞裙部及頂部的壁厚均勻。上述特點(diǎn)和要求，使得活塞機(jī)械加工比較困難，其加工工藝特點(diǎn)主要有以下幾方面： 第一，活塞壁薄，徑向剛度差，如果按一般回轉(zhuǎn)體零件加工，在夾緊力和切削力作用下很容易變形，從而影響加工精度，因此在制訂加工工藝及選擇加工設(shè)備時(shí)，應(yīng)同時(shí)注意夾壓點(diǎn)位置及活塞裝夾方式的選用。 第二，活塞的加工面較多，加工較為復(fù)雜，它不僅對(duì)各加工面尺寸精度要求較高，而且對(duì)各個(gè)加工面間的相互位置精度要求也較高。因此，在制定加工工藝時(shí)，應(yīng)正確選擇定位基準(zhǔn)面，以減少因定位基準(zhǔn)選用不當(dāng)或定位基準(zhǔn)變換所引起的加工誤差。同時(shí)，在選用加工設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量選用多刀或多工位加工機(jī)床，以減少裝夾次數(shù)，來(lái)減小裝夾過(guò)程中所帶來(lái)的加工誤差。 第三，孔尺寸及形狀精度要求很高，粗糙度要求低。第四，薄、剛性較差，如果切削力過(guò)大會(huì)引起活塞變形，從而影響加工精度，因此，在加工時(shí)，應(yīng)選擇較小的進(jìn)刀量和較高的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，重要加工面如活塞頂面、裙部外圓、活塞銷孔的精加工要放在最后進(jìn)行。3.2活塞加工特征分析3.2.1活塞頂部加工特征 活塞頂部是燃燒室的組成部分因而制成不同的形狀，主要有平頂、凹頂、和凸頂幾種形式，部分活塞還具有氣門(mén)坑及其開(kāi)口等結(jié)構(gòu)。因此，活塞頂部加工特征一般包括：燃燒室、活塞頂面、氣門(mén)坑、氣門(mén)坑開(kāi)口等。 活塞頂面與止口的平行度一般為0.015mm，其粗糙度要求一般為Ral1.63.2um，在加工過(guò)程中一般要經(jīng)過(guò)粗加工和精加工來(lái)完成，粗加工的加工余量一般為1mm，精加工的加工余量一般為0.4mm。從活塞頂面到活塞銷孔中心線的距離稱為壓縮高，該距離影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，在精加工活塞頂面時(shí)需要保證活塞的壓縮高。燃燒室多為回轉(zhuǎn)體形狀，其素線由方向、半徑不同的圓弧與直線圓滑連接而成，燃燒室精加工時(shí)需要保證燃燒室的粗糙度一般為Ra3.2um?；钊饕话闶氰T造而成，鑄造時(shí)一般鑄造有燃燒室凹坑，燃燒室加工同樣需要經(jīng)過(guò)粗加工和精加工兩次加工完成，燃燒室粗加工的加工余量一般為1mm，精加工的加工余量一般為0.4mm，與頂面基本相同。對(duì)于個(gè)別的活塞毛坯為平頂?shù)蔫T造件，燃燒室加工需經(jīng)過(guò)粗加工、半精加工和精加工三次加工才能完成，因此在進(jìn)行工藝分析時(shí)需要判斷是否鑄造有凹坑。而氣門(mén)坑及其開(kāi)口由于余量較小一般一次加工至成品尺寸。 根據(jù)頂面與燃燒室的加工特征及其定位方式，一般采用車削加工，而氣門(mén)坑及其開(kāi)口一般采用銑削加工。3.2.2活塞頭部加工特征 活塞頭部主要有2-4道環(huán)槽及環(huán)槽之間的環(huán)岸、槽側(cè)油帶、第一環(huán)槽至頂部的火力岸組成。因此，其加工特征主要是鐵、鋁環(huán)槽的加工及環(huán)岸、火力岸外圓的加工，有時(shí)在環(huán)槽底部或槽側(cè)油帶部位還有通向內(nèi)腔的徑向回油孔。鐵環(huán)槽為距離頂部最近的環(huán)槽，承受的燃?xì)鉁囟茸罡摺_擊力也最大。基于這一原因，該環(huán)槽一般為兩槽，并具有一定的斜度，以便于與密封環(huán)更好地接觸，避免高壓燃?xì)獯饺共?。鐵環(huán)槽傾斜側(cè)面的加工具有波紋度要求，其基準(zhǔn)直徑、粗糙度都有一定的要求，且高鎳鑄鐵由于具有“粘性”加工特征，加工一般至少需要粗加工、精加工兩次加工完成，粗加工加工出鐵環(huán)及環(huán)槽形狀并為精加工留出0.30.5mm余量。鋁環(huán)槽槽側(cè)為直槽，對(duì)槽側(cè)的粗糙度、槽側(cè)與活塞中心線的垂直度、槽側(cè)的直線度以及槽側(cè)的平面度等都有較高的加工要求，而且鋁環(huán)槽的加工余量比較大、容易加工變形，因此一般至少分為粗、精兩次加工來(lái)完成，粗加工加工出形狀，給精加工留下0.10.2mm的余量。由于加工鑄鐵環(huán)槽時(shí)產(chǎn)生較大的切削力和熱量，容易引起鋁環(huán)槽的形狀誤差和變形，因此需要把鋁環(huán)槽的加工放在鐵環(huán)槽精加工之后進(jìn)行。3.3.3活塞裙部加工特征活塞裙部是自環(huán)槽部分的油環(huán)槽下端面起至活塞底的部分，它用作引導(dǎo)活塞在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)和承受側(cè)壓力。受活塞結(jié)構(gòu)的影響，為保證熱態(tài)下活塞裙部的圓筒形狀，以便能夠與氣缸很好地貼合，不至于被卡住或拉傷，需要將活塞裙部的徑向外形設(shè)計(jì)加工為橢圓形狀，其長(zhǎng)軸在垂直于銷座孔中心線平面內(nèi)，短軸在銷座孔中心線平面內(nèi)，且橢圓度在不同的軸向位置是變化的；而活塞長(zhǎng)軸軸向輪廓設(shè)計(jì)加工為上小下大、到底部再小的中凸形狀，這種外圓形狀稱為中凸變橢圓。在活塞裙部下端及內(nèi)腔部位還需要加工出止口作為后續(xù)工序的定位基準(zhǔn)?；钊共客鈭A粗糙度一般要求1.63.2um，且外圓對(duì)加工紋理有特殊要求，基于外圓特殊的形狀和表面紋理要求，需要經(jīng)過(guò)粗加工、半精加工、精加工三次加工才能達(dá)到技術(shù)要求，總加工余量一般在2mm左右；活塞止口粗糙度一般要求1.63.2um，總加工余量一般在1 mm左右，因此經(jīng)過(guò)粗、精兩次加工可以達(dá)到技術(shù)要求。3.3.4活塞銷座孔加工特征活塞銷座將作用在活塞頂部的氣體力經(jīng)過(guò)活塞銷傳給連桿。銷座常用加強(qiáng)筋與活塞內(nèi)壁相連，以提高強(qiáng)度。為減少銷座上側(cè)的壓力，常把銷座鑄造成一些特殊形狀，其中楔形銷座是最常見(jiàn)的一種形式。活塞在工作時(shí)銷座孔內(nèi)側(cè)受到活塞銷的反復(fù)沖擊，為防止活塞該處應(yīng)力集中及疲勞損壞，常將該處設(shè)計(jì)為喇叭口形狀，因其加工實(shí)現(xiàn)起來(lái)較困難，稱為異形銷孔?；钊N孔不僅本身尺寸精度與相互位置精度要求較高，而且粗糙度要求較低，一般為0.40.8um。銷座孔內(nèi)有安放彈性卡簧的卡簧槽，為安裝方便，銷孔內(nèi)、外側(cè)常加工出較大的內(nèi)、外口倒角?；谝陨霞庸ぬ卣?，活塞銷孔加工一般需要粗、半精、精加工及超精加工三次以上加工才能達(dá)到技術(shù)要求。為防止銷孔變形，精加工一般安排在工序的最后面完成。有些活塞為增加銷孔的儲(chǔ)油作用，還加工成橢圓形狀，稱為減壓腔，有時(shí)還需要在銷座上加工油孔。第四章 活塞加工工藝規(guī)程的制訂4.1活塞材料及毛坯制造鑄造鋁合金按其化學(xué)成分一般可分為：鋁銅合金、鋁鋅合金、鋁鎂合金、鋁硅合金等。4.1.1活塞材料選擇 活塞材料一般按其工作條件來(lái)確定，汽車活塞一般很少用鑄鐵活塞，一般只有在重負(fù)荷、低速、低級(jí)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)中用鑄鐵材料活塞，對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)要求活塞要具有很小的重量，來(lái)保持很小的慣性力，所以此類活塞多采用銅硅鋁合金材料。與鑄鐵材料相比銅硅鋁合金材料主要由以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 導(dǎo)熱性良好,能夠使活塞頂面的溫度快速降低，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，并且 使混合氣體不會(huì)產(chǎn)生自燃，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率；(2) 重量輕,工作時(shí)慣性力矩小，運(yùn)行平穩(wěn)；(3) 可切削性較好。但是銅硅鋁合金也有一些缺點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)如下：(1) 與鑄鐵相比鋁合金價(jià)格較貴；(2) 鋁合金的熱膨脹系數(shù)大，受熱變形大；(3) 鋁合金的耐磨性以及強(qiáng)度和剛度與鑄鐵相比都較差。總的來(lái)說(shuō)，鋁合金的優(yōu)點(diǎn)更多，更適合用來(lái)做活塞材料。并且，其耐磨性差的缺點(diǎn)可以通過(guò)鑲嵌高鎳鑄鐵環(huán)的措施來(lái)改進(jìn)，因此銅硅鋁合金在活塞中應(yīng)用更為廣泛。4.1.2毛坯選擇選擇毛坯應(yīng)主要從以下幾方面考慮：第一，零件的力學(xué)性能。零件的力學(xué)性能會(huì)因毛坯制造方法的不同而有所差別。其力學(xué)性能一般是按鑄鐵件，離心澆注鑄件和壓力澆注鑄件，金屬型澆注鑄件，砂型澆注鑄件的次序依次降低。第二，零件的外輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)形狀。一般壁厚比較均與，并且形狀較為簡(jiǎn)單的毛坯可用金屬型鑄造。第三，生產(chǎn)批量和生產(chǎn)綱領(lǐng)。生產(chǎn)批量和生產(chǎn)綱領(lǐng)較大時(shí)一般采用高精度高生產(chǎn)率的毛坯制造方法。從活塞的生產(chǎn)批量上來(lái)看，活塞生產(chǎn)屬于大批量生產(chǎn)，因此，一般采用精度和生產(chǎn)率高的毛坯制造方法，來(lái)減少材料的消耗和降低機(jī)械加工工作量，一般可考慮用金屬鑄造、模鍛、精鍛等方法來(lái)獲得毛坯；從零件本身結(jié)構(gòu)來(lái)看，由于活塞屬于外形較為復(fù)雜的小型零件，并且它的壁厚較薄，故可以考慮采用壓鑄、熔模鑄造、金屬鑄造等精密鑄造方法。從毛坯的制造工藝及方法來(lái)看，鑄銅和鑄鋁等有色金屬材料適宜用鑄造方法獲得毛坯；從鑄鋁件本身的力學(xué)性能來(lái)看，可采用金屬型鑄造的鑄件。本文以ZL101材料為例進(jìn)行分析，其性能如表4-1所示，其毛坯采用金屬型鑄造，在重力下澆鑄成型。表4-1 ZL101成分及性能合金代號(hào)主要化學(xué)成分/%鑄造方法用途SiCuZnMgMpa%硅鋁合金ZL1016.57.5<0.1<0.10.25 0.45J,T52022形狀復(fù)雜的砂型、金屬型和壓力鑄造零件4.1.3鑄造斜度鑄件的鑄造斜度應(yīng)按以下原則確定：第一，金屬的收縮阻力越大，斜度也應(yīng)越大。第二，收縮量越大熔點(diǎn)越高，斜度越大。第三，拔模部分尺寸越大，斜度越小。另外，不同鑄造方法的鑄造斜度也有差別，各種鑄造方法的最小鑄造斜度如表4-2所示：表4-2 各種鑄造方法的最小鑄造斜度斜度位置鑄造方法壓鑄殼型金屬型砂型外表面030030020015內(nèi)表面110200304.1.4鑄造圓角鑄件壁部連接處應(yīng)有鑄造圓角,以減小應(yīng)力集中的影響。依照鑄造圓角計(jì)算公式算出數(shù)值后，選取與其相近的機(jī)械制造業(yè)常用標(biāo)準(zhǔn)尺寸（詳見(jiàn)GB282281）。并且，為便于制造，圓角半徑應(yīng)盡可能統(tǒng)一。對(duì)于金屬型鑄件一般統(tǒng)一采用R3或R5。4.1.5確定機(jī)械加工余量鑄鍛件的機(jī)械加工余量按JB3735-85確定，加工余量的確定應(yīng)根據(jù)估算的鍛件的重量、加工精度及鍛件形狀的復(fù)雜系數(shù)來(lái)確定，由簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)查得：金屬型鑄件的尺寸公差等級(jí)為68級(jí)。相應(yīng)的加工余量為：外圓加工余量為4.0mm， 銷孔加工余量為3.0mm。4.1.6毛坯的制造方法及工藝確定金屬型澆注鑄件結(jié)構(gòu)緊密，能夠承受較大壓力，并且其生產(chǎn)率較高，適用于鐵碳合金、有色金屬及其合金的大批量生產(chǎn)。一般金屬型鑄造允許毛坯的最大質(zhì)量為110kg，毛坯所允許的的最小壁厚為1.5mm，其形狀復(fù)雜程度一般，精度等級(jí)要求為68級(jí)，毛坯的尺寸公差約為0.090.47，表面粗糙度Ra為12.56.3m，加工余量等級(jí)為F級(jí)。4.2定位基準(zhǔn)的選擇4.2.1粗基準(zhǔn)的選擇粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)從以下幾方面考慮：（1）應(yīng)當(dāng)盡量選用不加工表面作為粗基準(zhǔn)，當(dāng)在工件上有很多不需加工的表面時(shí)，以其中與加工面的位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。 （2）選擇加工余量較為均勻的表面作為粗基準(zhǔn)。（3）選擇加工余量較小的表面作為粗基準(zhǔn)。（4）作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)盡量平整，沒(méi)有冒口、澆口以及飛邊等缺陷，以便定位可靠。（5）一般粗基準(zhǔn)只能使用一次，特別是對(duì)于主要的定位基準(zhǔn)，這樣可以避免產(chǎn)生較大的位置誤差。4.2.2精基準(zhǔn)的選擇活塞屬于薄壁筒形零件，其徑向剛度較差，并且其主要表面的尺寸精度以及各主要表面之間的相對(duì)位置精度要求較高。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和和其技術(shù)要求，精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)主要從以下幾方面考慮：(1) 盡量用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。(2) 當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以較方便地加工很多表面時(shí)，應(yīng)盡可能的采用此組精基準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一”，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。(3) 當(dāng)精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時(shí)，應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準(zhǔn)，即遵循“自為基準(zhǔn)”的原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。(4) 為獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可遵循“互為基準(zhǔn)”、反復(fù)加工的原則。(5) 有多種方案可供選擇時(shí)，應(yīng)選擇定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定、加緊可靠，可使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的表面作為精基準(zhǔn)。目前生產(chǎn)活塞生產(chǎn)多采用止口和端面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)?；钊箍谠诮Y(jié)構(gòu)上和功能上沒(méi)有作用，它是為加工活塞而專門(mén)設(shè)置的輔助基準(zhǔn)面。在精加工時(shí),只有精車外圓等少數(shù)工序采用止口處的錐面和頂面上的中心孔定位,其余工序均采用止口和端面定位。采用止口和端面作為定位基準(zhǔn)主要有下列優(yōu)點(diǎn)：第一，此種定位方式可以加工裙部、頭部、頂面、銷孔等主要加工表面及其他次要加工表面。并且，這種定位方式一次安裝可車削多個(gè)表面，能夠提高生產(chǎn)效率，保證活塞主要加工表面的位置精度。第二，由活塞裙部在半徑方向的剛性比較差，利用此種定位方式能夠沿活塞軸向夾緊，這樣就不會(huì)引起嚴(yán)重的變形，從而可以進(jìn)行多刀切削，提高加工效率。4.3活塞加工工藝制訂加工過(guò)程的最后確定,通常是通過(guò)一系列的論證，通過(guò)幾條工藝路線的分析和比較,選擇一個(gè)符合實(shí)際生產(chǎn)條件的,并且能夠確保加工質(zhì)量、提高加工效率、降低加工成本 的最佳工藝路線。4.3.1加工方法的確定零件表面的加工方法,應(yīng)根據(jù)加工表面的技術(shù)要求來(lái)確定。根據(jù)加工表面的工藝要求,先選擇能保證加工表面加工要求的最終加工方法,然后根據(jù)生產(chǎn)條件來(lái)確定每個(gè)工序和每個(gè)工步的具體加工方法。選擇處理方法還應(yīng)該考慮每個(gè)處理方法的加工經(jīng)濟(jì)精度范圍，每種處理方法能夠達(dá)到的精度和表面粗糙度都有一定范圍。每種加工方法只要精心操作,選擇適當(dāng)?shù)那邢饔昧俊⒓庸ぞ染梢蕴岣咂浼庸そ?jīng)濟(jì)精度。但是如果經(jīng)濟(jì)精度越高、表面粗糙度值減少越小,相應(yīng)的會(huì)消耗更多的時(shí)間和加工成本。實(shí)際生產(chǎn)中的加工經(jīng)濟(jì)精度一般是指正常條件下所能夠保證的加工精度。材料的加工方法還與材料的性質(zhì)及本身的加工性有關(guān)。本設(shè)計(jì)中的活塞材料采用ZL101，它的主要化學(xué)成分是:Cu0.1%, Si6.5%7.5 ,Mg0.25%0.45%, Zn0.1%其余成分為Al。此材料硬度為100HB，屬于易切削材料。 加工方法的確定還與生產(chǎn)率的要求有關(guān)?；钊慵纳a(chǎn)類型屬于大批量生產(chǎn)。對(duì)生產(chǎn)率要求相對(duì)較高。綜合以上幾點(diǎn)分析，結(jié)合現(xiàn)階段的工藝能力和所能達(dá)到的加工經(jīng)濟(jì)精度，查機(jī)械加工工藝手冊(cè)擬訂本零件的加工工藝方法，如表4-3所示：表4-3 各加工面加工方法的擬定加工方法及其技術(shù)要求端面加工端面的加工精度要求為IT8級(jí)，可采用一次車削完成，這樣能夠達(dá)到的精度為IT810，粗糙度為Ra=6.31.6m，滿足其加工技術(shù)要求。外圓面加工其裙部外圓的精度要求為IT6IT5，表面粗糙度值要求為Ra0.63?；钊鈭A的加工可選用：粗車精車金剛石車橢圓，這樣所能達(dá)到的粗糙度為Ra=0.80.2m，符合其加工技術(shù)要求止口加工止口表面是為了精基準(zhǔn)而加工的，其粗糙度要求較低，一般為Ra1.25m，其精度要求一般為IT7，故可采用粗車精車的加工方法,這樣能達(dá)到的精度等級(jí)為IT8，粗糙度Ra=3.20.8，符合其加工技術(shù)要求。銷孔加工銷孔是活塞的重要加工面，其精度要求為IT6以上，粗糙度為Ra0.16m，要求較高，故一般采用粗鏜精鏜滾壓的加工方法，這樣能夠達(dá)到的精度等級(jí)為IT6IT7，粗糙度值為Ra=0.40.05m，符合其加工技術(shù)要求。環(huán)槽加工環(huán)槽的位置精度要求較高，但其精度要求較低，可采用粗車精車兩個(gè)加工階段完成。所能達(dá)到的精度等級(jí)為IT78，粗糙度為Ra=6.31.6m，符合其加工技術(shù)要求。頭部外圓的加工頭部外圓加工精度要求為IT8IT10級(jí)，此時(shí)已經(jīng)進(jìn)行一次粗車，故可以再用一次精車就可以達(dá)到精度等級(jí)IT7IT8，粗糙度為Ra=3.20.8m符合其加工技術(shù)要求。銷孔卡環(huán)槽的加工卡環(huán)槽的尺寸精度要求較低，位置精度要求相對(duì)較高，故可在銷孔精鏜后采用一次車削完成。達(dá)到的精度等級(jí)為IT810，粗糙度為Ra=6.33.2m，符合其加工技術(shù)要求。斜油孔的加工斜油孔的精度要求并不高其表面粗糙度為Ra 12.5m，孔徑小于20mm，故其加工方法直接采用鉆孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，精度為IT11-IT12，符合其加工技術(shù)要求。直油孔的加工與斜油孔加工方法相同環(huán)槽加工環(huán)槽位置精度要求較高，尺寸精度要求相對(duì)較低，可采用粗車精車兩道工序完成，能夠達(dá)到的精度等級(jí)為IT7IT8，粗糙度Ra=6.31.6m，符合其加工技術(shù)要求。4.3.2活塞加工階段劃分活塞加工工藝過(guò)程按階段可劃分為：粗加工階段半精加工階段精加工階段光整加工階段。活塞外圓以及銷孔是活塞的重要加工面，其加工質(zhì)量要求比較高，因此外圓加工時(shí)安排了粗車，精車，金剛石車三個(gè)加工階段，銷孔加工時(shí)安排了粗鏜，精鏜和滾壓三個(gè)加工階段。而其余的加工質(zhì)量要求并不高，并且毛坯采用金屬型鑄造精度比較高，加工余量小，故其余工序均安排粗加工、精加工兩階段完成。各階段加工技術(shù)要求如表4-4所示：表4-3 各加工階段加工技術(shù)要求加工階段加工要求粗加工階段去除各加工表面的余量，作出精基準(zhǔn)，此階段主要加工要求是提高生產(chǎn)率半精加工階段減小粗加工中留下的誤差，使加工面達(dá)到一定的精度，為下一步精加工作好準(zhǔn)備精加工階段確保零件的尺寸、形狀和位置精度達(dá)到所規(guī)定的精度要求光整加工階段為了達(dá)到零件的最終精度要求，對(duì)精度要求特別高的零件所安排的4.3.3加工工序安排及工藝規(guī)程制訂按照加工順序的選擇原則，加工工序安排如下：(1）先加工基準(zhǔn)面，再加工其它表面。(2）先加工平面，后加工孔。(3）先加工主要表面，后加工次要表面。(4）先進(jìn)行粗加工工序，后進(jìn)行精加工工序。根據(jù)活塞零件加工的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)擬定了如下加工工藝過(guò)程：第一道工序：粗車止口，端面第二道工序：粗鏜銷孔第三道工序：粗車外圓頂面、環(huán)槽第四道工序：鉆油孔第五道工序：精車止口，打中心孔第六道工序：精切環(huán)槽第七道工序：精車外圓第八道工序：精鏜銷孔第十道工序：精車外圓第十一道工序：精車頂面及倒角第十二道工序：滾壓銷孔此外，對(duì)于尺寸較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的鑄件，為了消除殘余應(yīng)力，需在粗加工之前、或粗加工之后進(jìn)行一次時(shí)效處理，即將活塞加熱至180200攝氏度，然后保溫68小時(shí)后，自然冷卻。鋁合金熱處理一般安排在機(jī)加工前，在機(jī)械加工前要切去冒口，然后進(jìn)行時(shí)效處理，消除鑄造時(shí)因冷卻不均勻而帶來(lái)的內(nèi)應(yīng)力，增加活塞的強(qiáng)度和硬度。對(duì)于同一個(gè)工件和同樣的加工內(nèi)容，有兩種不同形式的工藝規(guī)程可供選擇：一種是工序集中原則，另一種是工序分散原則。工序集中是指每個(gè)工序包括盡可能多的工步，從而使總的工序數(shù)減少，減少所需要的夾具和工件的安裝次數(shù)。而工序分散是將工步內(nèi)容分散在更多的工序中完成，這樣每道工序的工步較少，但其工藝路線長(zhǎng)。這兩種工藝規(guī)程各有所長(zhǎng)。工藝集中更有利于保證各加工面間的相互位置精度要求，可以采用高生產(chǎn)效率的機(jī)車，節(jié)省安裝工件的次數(shù)和時(shí)間，減少工件的搬動(dòng)次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，而工序分散的優(yōu)點(diǎn)在于能夠使每個(gè)工序的設(shè)備和夾具比較簡(jiǎn)單，調(diào)整、對(duì)刀更為容易?？紤]到活塞零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求、以及工廠機(jī)床設(shè)備、工人技術(shù)水平等條件，工序相對(duì)集中的原則更適合活塞生產(chǎn)。 4.3.4加工余量的確定本設(shè)計(jì)采用的加工余量確定方法為查表修正法，通過(guò)查閱簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)，并結(jié)合實(shí)際加工情況對(duì)各加工面的加工余量確定如表4-4所示：表4-4 各加工面加工余量加工面加工方法加工余量外圓粗車精車加工粗車3.7mm，精車0.3mm端面一次性加工1.0mm止口粗車精車加工粗車1.2mm，精車0.3mm銷孔粗鏜精鏜，最終加工為滾壓粗鏜2.7mm，精鏜0.2mm，滾壓0.1mm油孔鉆削加工余量由孔徑來(lái)確定環(huán)槽粗車精車加工粗車1.2mm，精車0.3mm頂面粗車銑氣門(mén)內(nèi)、外槽總加工余量為14.17mm，粗車3.17mm，粗銑總余量11.0mm卡環(huán)槽精鏜后一次車削完成總加工余量4.8mm第五章 精鏜銷孔夾具設(shè)計(jì)銷孔是多道工序施加夾緊力的部位，為使其后的工序中夾緊力能均勻分布，在精加工之前需要對(duì)活塞銷孔進(jìn)行精鏜加工，來(lái)保證活塞重要表面所需要的較高的加工精度。5.1活塞銷孔夾具定位及誤差分析5.1.1活塞銷孔定位方式及定位元件夾具設(shè)計(jì)時(shí)原則上一般將工藝基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，不論哪個(gè)基準(zhǔn)都應(yīng)符合六點(diǎn)定位原理。所謂六點(diǎn)定位原理就是采用合適的約束來(lái)消除工件的六個(gè)自由度，來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的定位。根據(jù)前面制定的生產(chǎn)工藝，本加工工序采用活塞止口、活塞端面以及銷孔定位，為與止口相配合，采用止口盤(pán)作為定位元件。活塞之后與止口盤(pán)相接觸，限制除沿Z軸的5個(gè)自由度，然后通過(guò)銷孔實(shí)現(xiàn)沿Z軸的定位，從而，工件的六個(gè)自由度完全被限制，實(shí)現(xiàn)完全定位。5.1.2定位誤差分析與計(jì)算定位誤差主要有以下幾方面原因產(chǎn)生：第一，基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的定位誤差。由于工序基準(zhǔn)和夾具定位基準(zhǔn)不重合，兩基準(zhǔn)之間的位置誤差在加工過(guò)程中會(huì)反映到被加工表面的。第二，間隙引起的定位誤差。在使用心軸、銷、定位套定位時(shí)，定位面與定位元件間的間隙可使工件定心不準(zhǔn)產(chǎn)生定位誤差。其最大間隙為 其中 定位孔最大直徑； 定位銷最小直徑； 孔與銷之間的最小間隙；孔的公差；銷的公差；由于銷與銷孔孔之間有一定間隙，工件安裝時(shí)銷孔中心可能偏離銷中心，所偏離的最大范圍是一個(gè)以為直徑，以銷的中心為圓心的圓。若定位時(shí)始終讓工件靠緊銷的一側(cè)，即以銷的一條母線為基準(zhǔn)來(lái)定位，此時(shí)工件的定位誤差僅為。第三，夾具設(shè)計(jì)與制造中的誤差，如：定位元件表面與定位基準(zhǔn)面間的誤差、定位元件與對(duì)刀元件之間的誤差、定位元件與導(dǎo)向元件只見(jiàn)的誤差、夾具在機(jī)床上安裝誤差、夾緊力使工件或夾具產(chǎn)生變形而產(chǎn)生的位置誤差、定位元件與定位元件間的位置誤差等。上述定位誤差的分析計(jì)算，一般是在成批大量生產(chǎn)中用調(diào)整法加工時(shí)，需要分析，對(duì)于具體夾具的定位誤差需要具體分析，要找出各個(gè)產(chǎn)生定位誤差的環(huán)節(jié)及大小，然后按照極值法或概率法求出總的定位誤差。如果采用試切法加工，一般就不作定位誤差的分析計(jì)算了。5.2 工件的夾緊裝置的設(shè)計(jì)5.2.1 夾具裝置的組成夾具體一般由中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)兩部分組成。第一，中間遞力機(jī)構(gòu): 中間遞力機(jī)構(gòu)是一個(gè)傳力機(jī)構(gòu)，它介于夾緊元件和力源之間。其主要作用是把力源裝置的夾緊力傳遞給夾緊元件，然后由夾緊元件完成對(duì)工件的夾緊。一般遞力機(jī)構(gòu)可以在傳力過(guò)程中，改變夾緊力的大小和方向。本夾具設(shè)計(jì)采用一壓桿形式和拉頭的組合遞力機(jī)構(gòu)。(2)夾緊機(jī)構(gòu): 夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。通過(guò)它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊動(dòng)作。本夾具的設(shè)計(jì)根據(jù)零件的特點(diǎn)采用螺旋式夾緊裝置。5.2.2夾緊力的確定夾緊力確定需要準(zhǔn)確的場(chǎng)合 ，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。但是，由于切削力本身是估算的，支撐件與工件之間的摩擦因數(shù)也是近似值，因此夾緊力也只能粗略估算。在計(jì)算夾緊力時(shí)，先將工件和夾具看作為一個(gè)剛性系統(tǒng)，以切削力的方向、大小和作用點(diǎn)處于對(duì)夾緊最不利的狀況作為工件的受力狀況，然后，根據(jù)夾緊力、切削力（工件重力和運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)，其重力和速度也應(yīng)考慮在內(nèi)），以及夾緊機(jī)構(gòu)的具體尺寸，列出工件的靜力方程式，求出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)，作為實(shí)際所需夾緊力。本方案中，夾緊機(jī)構(gòu)采用螺旋式夾緊機(jī)構(gòu)。活塞加工時(shí)夾緊工件的強(qiáng)度也不是很大，為了節(jié)約成本，夾緊裝置的動(dòng)力裝置采用手動(dòng)夾緊。此時(shí)夾緊力的方向也符合“夾緊力的方向應(yīng)用有利于工件的準(zhǔn)確定位，不會(huì)破壞定位”的原則。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是夾緊機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較廣泛的一種，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)可以看作一斜契繞在圓柱體上而形成。圖5-1所示為矩形螺紋螺桿受力圖。其原始動(dòng)力為，力臂為，作用力作用在螺桿上，力矩為。工件對(duì)螺桿的反作用力有垂直方向的反作用力W（等于加緊力）和摩擦力。此摩擦力作用于螺桿端面上的一環(huán)面內(nèi)，可看作是集中作用于當(dāng)量半徑為的圓周上，所以此摩擦力矩為。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中螺母為固定件，螺母對(duì)螺桿的作用力為垂直于螺旋面的作用力R及摩擦力，可看作為合力為。該合力可分解成螺桿的軸向分力和沿螺桿的周向分力，其中軸向分力與工件的反作用力平衡。周向力可看作為作用在螺紋中徑上，軸向力對(duì)螺桿產(chǎn)生的力矩為。圖5-1 螺桿受力示意圖根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)查得螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力的計(jì)算公式為： 其中: 夾緊力 （牛頓）； 原始作用力 （牛頓）； 作用力臂 （毫米）； 螺紋中徑 （毫米）； 螺紋升角（度）； 螺紋處磨擦角（度）； 工件與螺紋端部的摩擦角（度）； 螺紋與工件的當(dāng)量摩擦半徑毫米）。本設(shè)計(jì)選用三角形螺紋，取螺紋公稱直徑為d = 10mm，中徑為d 2= 9.132，作用力臂L = 212mm，原始作用力Q = 20N。其余尺寸由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表63-5、63-6、63-7、63-8查得，并代入工公式計(jì)算可得:W = 1780N。實(shí)際生產(chǎn)狀況下所需要的夾緊力的計(jì)算是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，故一般只作粗略估算。為簡(jiǎn)化計(jì)算，在夾緊裝置計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)，可只考慮切削力對(duì)夾緊過(guò)程的影響，并且假定工藝系統(tǒng)是剛性系統(tǒng)，切削過(guò)程穩(wěn)定不變。鏜削加工的切削力在設(shè)計(jì)手冊(cè)上沒(méi)有明確的計(jì)算公式，本工序?yàn)榫M銷孔加工，根據(jù)切削加工余量并參照相關(guān)加工經(jīng)驗(yàn)，鏜削力可估算為F =520（N）。工件以平面定位，切削力與夾緊力垂直，則 ( 14 ) 其中： 實(shí)際所需夾緊力（牛頓）； 切削力（牛頓）； 夾緊元件與工件之間的摩擦因數(shù)；夾緊支撐面與工件之間的摩擦因數(shù)； 安全系數(shù)。安全系數(shù)一般可取23。一般可根據(jù)下式計(jì)算 ( 15 )其中： 一般安全系數(shù)，與工件本身性質(zhì)及加工余量不均勻等引起的切削力變化有關(guān)，一般為 1.52； 加工性質(zhì)系數(shù)，粗加工1.2，精加工1； 刀具鈍化系數(shù)，1.11.3； 斷續(xù)切銷系數(shù)，斷續(xù)切削是1.2，連續(xù)切削時(shí)1。1.611.211.92 安全系數(shù)K的計(jì)算結(jié)果小于2，達(dá)不到安全要求，取K=2.5，將以上結(jié)果代入到公式計(jì)算可得 ： 實(shí)際所需夾緊力與螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的源動(dòng)力與之間的關(guān)系為： ( 16 ) 2046.5 N 式中： 原動(dòng)力通過(guò)螺母作用在壓桿上的力（牛頓）； 原動(dòng)力（牛頓）； 壓桿與螺桿端部的當(dāng)量摩擦半徑（毫米）； 壓板與螺桿端部的摩擦角（度）； 螺紋中徑 （毫米）； 螺紋升角 （度）； 螺旋副的摩擦角（度）。5.3對(duì)定裝置夾具體底面是夾具的主要基準(zhǔn)面，因此底面經(jīng)過(guò)加工要比較精密，并且?jiàn)A具的各定位元件相對(duì)于夾具底面應(yīng)有比較高的位置精度要求。此外，夾具體底面的對(duì)稱中心線上要開(kāi)有定向槽，并安裝上兩個(gè)定向鍵，然后夾具靠這兩個(gè)定向鍵定位在工作臺(tái)面中心線上的T型槽內(nèi)，其配合一般選用H7/h6，最后用T型槽螺釘固定夾具。為了保證工件相對(duì)切屑運(yùn)動(dòng)方向有準(zhǔn)確的方向，夾具上的第二定位基準(zhǔn)（導(dǎo)向）的定位元件必須與兩個(gè)定向鍵保持較高的位置精度。5.4標(biāo)準(zhǔn)間的選用壓板連接夾具體的壓緊螺栓按GB/T57832000選取，其規(guī)格為直徑M8，長(zhǎng)45mm,性能等級(jí)為88級(jí)，采用表面氧化處理，材料選用35鋼，全螺紋螺栓，標(biāo)記為： GB5783 M845。固定襯套的螺釘規(guī)格按 GB/T652000選取，其規(guī)格為直徑M4，公稱長(zhǎng)度10mm,性能等級(jí)為4.8級(jí)，材料選用35鋼，開(kāi)槽圓柱頭螺釘，標(biāo)記為：GB/T65M410。連接壓緊螺桿和轉(zhuǎn)動(dòng)手柄的銷按GB/T119.12000選取,其規(guī)格為公稱直徑10mm,公差為m6,公稱長(zhǎng)度38mm材料選用35鋼，不經(jīng)淬火，不經(jīng)表面處理的圓柱銷，標(biāo)記為： 銷 GB/T119.1 10m638。夾具與機(jī)床定位鍵按GB220680選取，其規(guī)格為寬度B20mm，熱處理方式：HRC4045,采偏差為h6的A型鍵，標(biāo)記為： 定位鍵 A20h6 GB220680。與銷孔配合定位的菱形銷按GB220480選取，材料20#鋼，表面采用滲碳處理，深度為0.81.2mm，硬度HRC5560。連接菱形銷與襯套的鍵按GB/10961979選取，A型鍵，其規(guī)格為寬度b10mm,高度h8mm，長(zhǎng)度L80mm，材料45#鋼，標(biāo)記為： 鍵 1080 GB/T1096。5.5夾具體的設(shè)計(jì)5.5.1夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。根據(jù)夾具工作條件和受力情況并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件，本夾具的毛坯采用鑄造結(jié)構(gòu)。5.5.2夾具體外形尺寸的確定夾具的制造屬單件生產(chǎn)，為縮短設(shè)計(jì)制造周期，減少設(shè)計(jì)制造費(fèi)用，夾具體設(shè)計(jì)，一般不作比較復(fù)雜的計(jì)算。一般參照類似的夾具結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)通過(guò)類比法估計(jì)確定。實(shí)際繪制夾具總圖時(shí)，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置以及其他輔助機(jī)構(gòu)和裝置在總體上的配置，夾具體的外形尺寸也可以大體確定。根據(jù)機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-9-2 夾具體結(jié)構(gòu)尺寸的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及表1-9-3 夾具體座耳尺寸兩表可初步擬訂夾具體的尺寸。5.5.3夾具體排屑結(jié)構(gòu)為了便于排除切屑，不使其堆積在定位元件表面影響工件正確定位和加工精度，在設(shè)計(jì)夾具體時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的切屑排除機(jī)構(gòu)。參閱機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-9-4，本設(shè)計(jì)采用切屑自動(dòng)排除結(jié)構(gòu)。5.6精鏜銷孔夾具工作原理如圖5-2所示為精鏜銷孔夾具原理圖。其工作原理為：加工時(shí)從正面將活塞工件裝入，工件放在止口座1上，通過(guò)止口座1和壓塊3約束活塞止口和端面限制活塞的5個(gè)自由度，沿Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度由可移動(dòng)的菱形銷13來(lái)限制，菱形銷插入銷孔后，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄8，螺桿6向下移動(dòng)，然后將作用力傳遞到壓塊3，壓塊將壓緊力均勻地傳遞到活塞2頂面，壓緊工件，活塞夾緊后，退出菱形銷13，然后將夾具整體平移到加工位置處開(kāi)始加工，加工結(jié)束，退出刀具，反向轉(zhuǎn)動(dòng)手柄8， 松開(kāi)壓塊3，取下活塞，精鏜銷孔工序加工完成，然后加工下一個(gè)工件。 1止口座 2活 塞 3壓 塊 4壓 板 5襯 套 6壓緊螺桿 7 銷 8手 柄 9 夾具體 10菱形銷 11鍵 圖5-2 精鏜銷孔夾具原理圖結(jié)論本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想從整體功能設(shè)計(jì)出發(fā)，先分析設(shè)備需要完成哪些功能，可能實(shí)現(xiàn)這些功能的方式，然后分析其可行性。繪裝配圖的過(guò)程是不斷查資料，邊畫(huà)、邊算、邊改的過(guò)程。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足和缺憾。比如，