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題 目：活塞零件的機械加工工藝規(guī)程及 工藝裝備設計 一、設計題目　　 活塞零件的工藝加工規(guī)程及工藝裝備設計 二、原始資料 (1) 被加工零件的零件圖 1張 (2) 生產類型:（中批或大批大量生產） 三、上交材料 1．繪制零件圖 1張 2．毛坯圖 1張 3．編制機械加工工藝過程綜合卡片 1套 4．編制機械加工工藝卡片（僅編制所設計夾具對應的那道工序的機械加工工藝卡片） 1套 5．繪制夾具裝配圖（A0或A1） 1張 6．繪制夾具中1個零件圖（A1或A2。裝配圖出來后，由指導教師為學生指定需繪制的零件圖，一般為夾具體）。 1張 7．編寫課程設計說明書（約5000-8000字）。 1份 四、進度安排 本課程設計要求在3周內完成。 1．第l～2天查資料，熟悉題目階段。 2．第3～7天，完成零件的工藝性分析,確定毛坯的類型、制造方法和機械加工工藝規(guī)程的設計并編制出零件的機械加工工藝卡片。 3．第8～10天，完成夾具總體方案設計（畫出草圖，與指導教師溝通，在其同意的前提下，進行課程設計的下一步）。 4．第11～13天，完成夾具總裝圖的繪制。 5．第14～15天，零件圖的繪制。 6．第16～18天，整理并完成設計說明書的編寫。 7．第19天，完成圖紙和說明書的輸出打印。 8．第20～21天，答辯 五、指導教師評語 摘　要 機械制造技術基礎課程設計是我們在學完了大學的全部基礎課、專業(yè)基礎課以及專業(yè)課后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學的各科課程一次深入的綜合性總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。因此，他在我們的大學四年生活中占有重要的地位。 我這次設計的是撥叉831003，有零件圖、毛坯圖、夾具裝配圖、夾具零件圖各一張，機械加工工藝過程卡片和與所設計夾具對應那道工序的工序卡片各一張。首先我們要熟悉零件，題目所給的零件是撥叉831003。了解了撥叉的作用，接下來根據(jù)零件的性質和零件圖上各端面的粗糙度確定毛坯的尺寸和機械加工余量。然后我們再根據(jù)定位基準先確定精基準，后確定粗基準，最后擬定撥叉的工藝路線圖，制定該工件的夾緊方案，畫出夾具裝配圖。 就我個人而言，我希望通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進一步適應性的訓練，希望自己在設計中能鍛煉自己的分析問題、解決問題、查資料的能力 ，為以后的工作打下良好的基礎。 由于能力有限，設計尚有很多不足之處，希望各位老師給予指導。 Abstract Machinofacture technology curriculum design is that we mimic all basic courses , technology basic course and major part having completed university being in progress after the specialized course. This is that we always review before the graduation practice being in progress to what be learned every thorough comprehensiveness of course,be also that a theory contacts actual training , it occupies important position therefore, in our university for four years life. My design is Bocha 831,003, part map, rough map, fixture assembly, a fixture parts of the map. Machining process with the card and the corresponding fixture designed by the procedures of the process of a card. First of all, we must familiar with the parts, subject to the parts is Bocha 831,003. Bocha understanding of the role, followed in accordance with the nature of parts and components in the face of the map on the roughness of rough determine the size and mechanical Jiagongyuliang. According to another location and then we set the benchmark fine first base, established after the benchmark crude, Bocha finalizing the road map process, the enactment of the workpiece clamping programme, to draw fixture assembly. For me personally, I hope that through the curriculum design of their future will be further engaged in the work of adaptive training, in the hope that their design can exercise their own analysis, problem solving, the ability to search information, the work laid for the future A good foundation. Because of limited capacity, there are a lot of design deficiencies, I hope that teachers give guidance. 目 錄 前言 1 1 零件的分析 2 1.1 活塞的功用、結構特點及工作條件 2 1.2 活塞的主要加工表面及技術要求 3 2 工藝規(guī)程設計 3 2.1 活塞的毛坯材料及制造方法 3 2.2 定位基準的選擇 4 2.3 制定工藝路線 5 2.3.1 工藝路線方案一 5 2.3.2 工藝路線方案二 5 2.3.3 工藝方案的比較與分析 6 2.4 機械加工余量及工序尺寸 6 3 專用夾具設計 9 3.1 設計主旨 10 3.2 夾具的設計 10 3.2.1 定位基準的選擇 10 3.2.2 切削力及夾緊力的計算 10 3.2.3 定位誤差分析 11 3.2.4 夾具設計及操作的簡要說明 11 4 結論 11 參考文獻 13 前言 我國的汽車行業(yè)正在飛速發(fā)展，汽車的動力部分也在不斷改進，活塞是汽車動力不可缺少的一部分，它的工作情況會直接影響汽車的運行狀態(tài)。所以，如何能使活塞的生產高效率、高質量，省成本、省時間是我們今天汽車行業(yè)的努力方向。 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(shù)的擬合曲線，輪廓精度為0.005～0.01mm；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。 　　活塞作為典型的汽車關鍵零部件，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(jù)活塞加工的一個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。 由于能力有限，設計尚有很多不足之處，希望各位老師給予指導。 1零件的分析 1.1活塞的功用、結構特點及工作條件 活塞是曲柄連桿機構中的主要零件之一，是發(fā)動機的心臟。 在活塞壓縮行程終了時，燃燒室內的工作混合氣被火花塞點燃后爆發(fā)，產生強大的壓力，推動活塞沿氣缸向下運動，并通過連桿使活塞的直線往復運動變?yōu)榍男D運動，這就是發(fā)動機動力的來源?；钊牡谝粋€作用就是使發(fā)動機做功。 發(fā)動機做功是由進氣、壓縮、爆發(fā)、排氣四個行程來完成的一個工作循環(huán)的。不斷地循環(huán)，發(fā)動機才能連續(xù)地工作，這就要求發(fā)動機內活塞頂以上的空間要有非常好的密封效果。密封是活塞的第二個作用。 發(fā)動機在點燃爆發(fā)時，溫度高達2000~2500，主要靠活塞和活塞環(huán)將高溫傳給氣缸壁，再由氣缸壁外側水套內的循環(huán)水將熱量帶走?；钊牡谌齻€作用是傳熱。 活塞由頭部（環(huán)槽、環(huán)岸和絕熱槽）、裙部和頂部三部分組成。 1頂部。汽車發(fā)動機大多采用平頂式活塞，這是因為與其它形式的活塞相比，具有工作可靠、制造簡單、重量最輕和受熱面積最小等優(yōu)點。一般選用優(yōu)質鋁合金。 2頭部?；钊h(huán)的主要功用是保證燃燒室和氣缸工作腔的密封性。它的高度主要取決于必須安裝的活塞環(huán)數(shù)。 3活塞裙?；钊故侵富钊铜h(huán)槽以下的部分。為保證在正常工作條件下活塞與氣缸內壁之間自上而下間隙均勻，必須把活塞制成上小下大的階梯形或截錐形?；钊共康臋M截面應作為橢圓形，并使橢圓的長軸方向垂直于活塞銷孔軸線方向。 活塞裙部內有一止口。它由一小段內孔、倒角和端面構成。它是專為活塞加工過程中定位而設置的輔助精基準面，在活塞工作過程中沒有任何用途。 4銷座。銷座位于活塞裙部內，且有厚筋與活塞頂相連。其作用是保證把作用于活塞上的力可靠地傳給活塞銷孔，在活塞銷座上有一個油孔，用作潤滑活塞銷與活塞銷孔，減少它們的摩擦。 總之，活塞為薄壁零件，它是在高溫高壓的條件下，在氣缸內做高速往復直線運動。為減小活塞在做高速往復運動時的慣性力，一般活塞材料采用鋁合金。 1.2　活塞的主要加工表面及技術要求 1．環(huán)岸及環(huán)槽底對活塞裙部軸心的徑向跳動最大允差為0.1mm~0.15mm.全部槽底Ra3.2μm. 2.環(huán)槽側面對活塞裙部軸心線垂直度不超過25：0.07，環(huán)槽側面對活塞裙部軸心線跳動不超過0.05mm，全部槽側Ra0.4μm。 3．活塞銷孔尺寸及精度為φ（280.075）mm；銷孔圓柱度為0.00125mm；表面粗糙度Ra0.125μm；兩銷孔同軸度誤差，在最大實體狀態(tài)時為零；銷孔軸心線對裙部軸心線垂直度為100：0.035；這些參數(shù)超差會使活塞銷與活塞孔配合不正常，破壞活塞、活塞銷、連桿的正確裝配位置，不能保證正常的潤滑，并產生不正常磨損。 4．裙部保留有0.2mm，深0.008mm~0.016mm的刀痕，以便能儲存潤滑油，使發(fā)動機在工作中活塞與缸壁之間形成一層油膜，從而減少活塞與缸壁的摩擦。 5為了改善活塞的機械加工性能，在活塞的制造過程中對銷孔尺寸、外圓尺寸和重量分別進行分組，然后按裝配工藝要求進行分組裝配。 2　工藝規(guī)程設計 2.1　活塞的毛坯材料及制造方法 活塞的材料除少數(shù)采用鑄鐵外，大部分采用導熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)較底的硅鋁合金。為了增加其剛性、隔熱性和避免環(huán)槽早期磨損，也有在其頭部或裙部鑄有鋼護圈、鑄鐵圈或鋼片，這類活塞稱為雙金屬活塞。 鋁活塞除了導熱性能好外，還具有重量輕、易加工等特點。所以目前中小型發(fā)動機的活塞大部分采用鋁合金材料。 由于鋁合金和鑄鐵材料的不同，造成線膨脹系數(shù)不一樣，亦可能出現(xiàn)廣泛選用鑄鐵活塞的趨勢，用以取代鋁活塞。 一般的鋁活塞大多采用金屬模澆鑄，這樣不僅可以獲得較高精度的毛坯，減少機械加工余量，同時還可以保證活塞間較小的重量差。 2.2　定位基準的選擇 由于毛坯的精度較高，所以毛坯的外表面、內圓及頂面可直接作為粗基準，如粗車外圓、環(huán)槽、頂部、裙部及端面。由于液態(tài)模鍛后的毛坯內孔與外圓的同軸度及內孔、外圓對內頂面的垂直度誤差均較小，因此，車削后頂部及裙部的壁厚均勻，可為以后的半精加工及精加工留有較均勻的余量。 活塞屬薄壁筒形零件，徑向剛度很差，而主要表面尺寸精度及個主要表面之間的位置精度要求又較高，所以在產品設計時就針對活塞的結構特點，設計了專供加工時定位用的輔助精基準——止口內孔及端面。在回油槽、外圓、環(huán)槽、頂面等加工時，就采用了該精基準定位。這不僅符合“基準統(tǒng)一”和“工序集中”原則，而且便于軸向夾緊，可采用一套夾具即可。 但以此作為精基準不僅不符合“基準重合”原則，而且還為此增加了工序和設備。由于活塞銷孔沿活塞軸線方向位置尺寸的設計基準是頂面，所以精鏜削孔時以頂面為軸向定位基準，而止口的精加工以頂面為定位基準，這樣可以減少因基準不重合而產生的定位誤差。 在鉆、擴銷孔時采用了以銷座外端作為角向定位基面。這是因為若采用銷孔自定位，定位元件不易布置，夾具結構復雜。而由于活塞毛坯精度較高，以此作為角定位可以滿足加工要求。 在鏜、滾擠銷孔時，以銷孔為角向定位基準，遵循了“自為基準”原則，使加工余量均勻，容易保證精度要求。 2.3　制定工藝路線 2.3.1　工藝路線方案一： 1．鉆活塞銷孔 使用設備： Z148組合機床 2．銑兩側銷座凹坑 80618專用機床 3．粗車外圓、環(huán)槽、裙部及端面 504680四軸數(shù)控車床 4．粗車定位止口 C2-112車床 5．銑回油槽 ZF041活塞專用銑床 6．擴活塞銷孔 Z149組合機床 7．鉆銷座油孔 4023抬鉆 8．去毛刺 9．粗精鏜活塞銷孔 T617A臥式銑鏜床 10．銷孔內側倒角 80226專用機床 11．車削孔鎖環(huán)槽 C2-115車床 12．精車止口 504690二軸數(shù)控車床 13．車外圓、環(huán)槽、環(huán)岸及倒角 504700三軸數(shù)控車床 14．滾擠活塞銷孔 ZA125立式鉆床 15．去毛刺 16．清洗吹凈活塞 DTX40-I-G通過式清洗床 17．終檢 18．裝配前裙部分組尺寸復檢 2.3.2　工藝路線方案二： 1．粗車底面止口 使用設備： C2-112車床 2．粗鏜活塞銷孔 T617A臥式銑鏜床 3．粗車頂面，外圓及環(huán)槽 504680四軸數(shù)控車床 4．精車下端面，內止口 504690二軸數(shù)控車床 5．精車環(huán)槽、外圓面、頂面 504700三軸數(shù)控車床 6．精車燃燒室 C2-115車床 7．銑裙部圓弧 ZF041活塞專用銑床 8．精細鏜活塞銷孔 JL6靜壓鏜床 9．車鎖環(huán)槽 504700三軸數(shù)控車床 10．液壓銷孔 液壓銷孔車床 11．精磨裙部外圓 仿型磨床 12．清洗吹凈活塞 DTX40-I-G通過式清洗床 13．終檢 14．裝配前裙部分組尺寸復檢 2.3.3　工藝方案的比較與分析 上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先鉆銷孔，再車定位止口，然后以此為基準加工活塞；而方案二是直接粗車止口，然后鏜銷孔加工活塞；從工藝路線上分析兩套方案都可行，但經比較可見，第一套方案更具體，更適合活塞的批量生產。 2.4　機械加工余量及工序尺寸 1．鉆活塞銷孔：φ22.9mm 2．銑兩側銷座凹坑：R10 3．粗車外圓、環(huán)槽、裙部及端面 外圓 ：φ102.40.1 2Z=1.2mm 環(huán)槽 ：2.250.03、4.4450.03、φ91.60.05、φ101.80.05、φ90.60.05 裙部 ：8.150.03、15.20.03、21.830.03、26.830.03 端面 ：101.5650.435 2Z=4.935 4．粗車定位止口：87.5650.15 φ95.5 5．銑回油槽：57.38 2.5 6．擴活塞銷孔φ26.59 2Z=3.69 7．粗精鏜活塞銷孔 φ28 2Z=1.41 8．精車止口 85.5650.015 φ96.7 2Z=0.8 機械加工工藝過程卡片 （廠名） 加工工藝卡片 產品型號 產 品 名 稱 活塞 零 件 名 稱 零件圖號 數(shù)量 材料名稱 材料規(guī)格mm 毛料重量kg 活塞 4000 鋁合金 序 號 工序名稱 工 序 內 容 設備名稱 1 鉆削 鉆活塞銷孔φ22.9 鉆床 2 銑削 銑兩側銷座凹坑 銑床 3 車削 粗車外圓、環(huán)槽、裙部及端面 車床 4 車削 粗車定位止口 車床 5 銑削 銑回油槽 銑床 6 車削 擴活塞銷孔 車床 7 鉆削 鉆銷座油孔 鉆床 8 鉗工 去毛刺 9 鏜削 粗精鏜活塞銷孔 鏜床 10 磨削 銷孔內側倒角 磨床 11 車削 車削孔鎖環(huán)槽 車床 12 車削 精車止口 車床 13 車削 車外圓、環(huán)槽、環(huán)岸及倒角 車床 14 鉆削 滾擠活塞銷孔 鉆床 15 鉗工 去毛刺 16 磨工 磨削撥叉腳兩端面 磨床 17 清洗吹凈活塞 18 終檢 編制 標準化 校對 會 簽 更改單號 更改標記 更改處數(shù) 更改人 更改日期 審核 批 準 機械加工工序卡片 機械加工工序卡片 產品型號 產品名稱 零件名稱 活塞 工序號 工序名稱 材料名稱 02 鋁合金 毛坯種類 每毛坯可制件數(shù) 每臺件數(shù) 鑄件 1 1 設備名稱 設備型號 同時加工件數(shù) 1 工步號 工步內容 工藝設備 2 銑兩側銷座凹坑 80618專用機床 設計（日期） 簽字 3 專用夾具設計 為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。這里的夾具為銑工件的專用夾具，φ10的刀頭。 3.1　設計主旨 本夾具主要用來銑活塞凹坑，且有一定的技術要求。但加工本道工序時，采用銷孔定位。因此，主要應該考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度，同時還要達到要求的精度。 3.2　夾具的設計 3.2.1　定位基準的選擇 由零件圖可知，凹坑定位基準為銷孔中心，活塞圓柱表面的圓跳度為0.1mm, 由于毛坯的精度較高，所以毛坯的外表面、內圓及頂面可直接作為粗基準，立式銑床，用v型快定位，夾緊。 3.2.2　切削力及夾緊力的計算 切削刀具：整體銑刀,則 圓周切削分力Fc=902aPf0.75Kp 其中，aP =8mm,f=5mm, Kp==1,所以 Fc=902850.751=24128.2 Nmm 徑向切削分力Fp=530f0.75Kp 所以 Fp=53050.71=10624.6 N 軸向切削分力Ff=451f0.4Kp 所以 Ff=451850.41=6868.4 N 計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)K= K1 K2 K3 K4 式中 K1 -----基本安全系數(shù)，K1 =1.5 K2 -----加工性質系數(shù)，K2 =1.1 K3 -----刀具鈍化系數(shù)，K3 =1.1 K4 -----斷續(xù)切削系數(shù)，K4 =1.1 于是，K= 1.51.11.11.1=1.9965 所以，圓周切削分力Fc=K=24128.21.9965=48172 N 徑向切削分力Fp=K=10624.61.9965=21212 N 軸向切削分力Ff=K=6868.41.9965=13713 N 3.2.3　定位誤差分析 （1）定位元件尺寸及公差的確定。本夾具的主要定位元件為一定位銷，定位銷與夾具體上相應的孔采用過贏配合且能保證零件的公差要求，即為： 定位銷A22 f725 GB JB/T8014.2—1999 （2）v型塊的定位。由于活塞的圓柱表面不是均勻的大小，所以v型塊的定位對活塞表面的夾緊會產生相應的誤差。 3.2.4　夾具設計及操作的簡要說明 此數(shù)控銑床機床采用液壓夾緊，v型塊定位。首先將工件（活塞）放在v型塊中間，調節(jié)支撐釘使工件達到誤差最小的位置，液壓缸進油，夾緊活塞。 開始銑凹坑，銑完凹坑后，液壓缸出油，工序完成。 4 結論 課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。通過這次課程設計我了解了活塞的加工制造工藝，明白了各步工序的作用，知道了銑活塞兩側凹坑夾具的設計方法步驟。 幾周的課程設計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是如此的貧乏，自己綜合應用所學專業(yè)知識的能力是如此的不足，因此本次課程設計也使我對以前所學的知識有了一個較為全面的系統(tǒng)復習，尤其是畫圖的基本工得到了提高，為以后的畢業(yè)設計打下了良好的基礎。 本夾具還存在不足之處。一是繪圖軟件掌握的還不夠熟練，二是對夾具設計的知識還有欠缺。繪圖時細節(jié)地方會畫的不準確，造成重復性的修改，影響工作的效率，另一方面，夾具的工作質量和工作壽命還未探討，這些都需要進一步研究和進一步實踐來解決。 參考文獻 [1] 王光斗 王春福. 機床夾具設計手冊. 上海科學出版社,2000. 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