毕业设计（论文）-6135G活塞工艺夹具设计[2套夹具].pdf

南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 1 南通职业大学 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 毕业设计论文 题目： 6135g 活塞工艺夹具设计 姓 名： 专业名称： 机械制造与自动化 指导老师： 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 2 完成时间： 2012 年 5 月 目录目录 前言前言. 目录目录 二、二、 零件的分析零件的分析 （一）零件的作用（一）零件的作用 （二）零件的工艺分析（二）零件的工艺分析 三、确定毛坯图三、确定毛坯图 四、工艺规程设计四、工艺规程设计 （一）定位基准的选择（一）定位基准的选择 （二）制订工艺路线（二）制订工艺路线 （三）选择加工设备及刀具、夹具、量具（三）选择加工设备及刀具、夹具、量具 （四）加工工序设计（四）加工工序设计 五、填写机械加工艺过程卡和机械加工工序卡五、填写机械加工艺过程卡和机械加工工序卡 六、夹具设计六、夹具设计 七、参考文献七、参考文献 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 3 引言引言 本次设计是为毕业答辩而准备的。大学课程已全部结束，此次设计要 把大学期间学的东西综合运用，使我们学的东西融会贯通，并结合生产实 习中学到的实践知识独立地分析和解决工艺问题。 本次设计是发动机汽缸的一个重要零件活塞。内容涉及到零件分 析、确定毛坯、拟订工艺、工序设计以及两套夹具设计。此次设计把我们 大学期间学的大部分内容都用上了，还用到了其它有关手册和图表。这次 设计是在学校的最后一次设计，它是一次很好的锻炼机会，为我们未来从 事的工作打下良好的基础。 由于能力有限，经验不足，设计中有许多不足之处，希望各位老师多 加指教。 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 4 1.零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 在发动机汽缸内，活塞在一部分工作循环压缩气体，而在另一 部分工作循环，汽缸内的混合气体燃烧膨胀，活塞承受高温气体的压力， 并把压力通过活塞销、连杆传给曲轴。可见活塞是在高温高压下作长时 间变负荷的往复运动，活塞的结构就要适应这样的工作条件。 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 机械加工工艺是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文 件。 1.2.1 工艺规程是指导生产的主要技术文件工艺规程是指导生产的主要技术文件 合理的工艺规程是在总结广大工人和技术人员实践经验的基础上，依 据工艺理论和必要的工艺试验而制订的，它体现了一个企业或部门群众的 智慧。按照工艺规程组织生产，可以保证产品的质量和较高的生产效率和 经济效益。因此，生产中一般应严格地执行既定的工艺规程。实践证明， 不按照科学的工艺进行生产，往往会引起产品质量的严重下降，生产效率 的显著降低，甚至使生产陷入混乱状态。但是，工艺规程也不应是固定不 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 5 变的，工艺人员应不断总结工人的革新创造，及时地吸取国内外先进工艺 技术，对现行工艺不断地予以改进和完善，以便更好地指导生产。 1.2.2 工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据 在生产管理中，产品投产前原材料及毛坯的供应、通用工艺装备的准 备、机械负荷的调整、专用工艺装备的设计和制造、作业计划的编排、劳 动力的组织以及生产成本的核算等，都要以工艺规程作为基本依据。 1.2.3 工艺规程是新建或扩建工厂或车工艺规程是新建或扩建工厂或车间间的基本的基本资料资料 在新建或扩建工厂或车间时，只有依据工艺规程和生产纲领才能正确 地确定生产所需的机床和其他设备的种类、规格和数量、车间的面积、机 床的布置、生产工人的工种、技术等级及数量以及辅助部门的安排等。 外形尺寸为108114，材料为灰铸铁，主要加工面销轴孔及活塞外 圆，在选择刀具上及工件装夹上需要特殊要求。其它加工部分还包括各端 面及内孔等。工件的尺寸公差及主要技术指标为： 1 销孔圆度和圆柱度均不大于 0.015 2 销孔轴线对止口端面平行度不大于 100：0.04 3 销孔轴线与止口内圈中心线对称度不大于 0.20 4 销孔表面允许有深度不大于 0.08 的正常退刀痕迹 活塞主要技术条件分析： 销孔尺寸公差 it6 级以上。当销孔直径小于 50mm 时销孔圆度误差不 大于 0.0015mm，圆柱度误差不大于 0.003mm。销孔内圆表面粗糙度 ra 0.2m。活塞销孔轴心线到顶面的距离定为 560.08mm。销孔轴心线对 裙部轴心线的垂直度在 100mm 长度上公差为 0.35mm。销孔轴心线在裙部 轴心线的对称度为 0.2mm。 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 6 2确定毛坯、确定毛坯、画画毛坯毛坯-零件零件合合图图 零件的材料为 qt70-2。根据零件材料确定毛坯为铸件。又由题目 已知零件的生产类型为中批生产。通过计算，该零件质量约为 30kg。毛坯 的铸造方法选用砂型机器造型。又由于活塞零件的内腔需铸出，故还应放 型芯。此外，为消除残余应力铸造后应安排人工时效。 参考文献 【1】 表 2.2-5 （p41） ， 确定加工余量等级为灰铸铁 ct8-10 级，加工余量等级 ma 为 g 级，故取 ct 为 10 级，ma 为 g 级。 参考文献【表】2.2-4（p40）用查表法确定各表面的总余量如表 所示： 加工表面 基本尺寸 （mm） 加工余 量等级 加工余 量数值 说明 外圆 101.6 g 6 双侧加工 底面 106 g 8 双侧加工 30 孔右端面 30 g 15 双侧加工 查表 2.2-1（p38） 铸件主要尺寸的公差： 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 ct 101.6 5 108 2.2 106 8 118 2.2 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 7 30 15 0 制订工艺路线。 定位基准的选择 一般原则 1） 、选最大尺寸的表面为安装面，选最长距离的表面为导向面，选最 小尺寸的表面为支承面。 2） 、首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。 3） 、应尽量选择零件的主要表面为定位基准。 4） 、定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。 下面根据以上一般原则分别进行粗基准和精基准的选择。 粗基准的选择 选择粗基准是时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与 不加工面见的位置符合图纸要求，并特别注意要尽快获得精基准面。具体 选择时应注意考虑下列原则： 应选择不加工表面为粗基准。这样可以保证不加工表面和加工表面之 间的相对位置要求。 对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择选择，应合理分配各加 工表面的加工余量，以保证： 各加工表面都有足够的加工余量； 对于某些重要的表面，尽量使其加工余量均匀，对导轨面则要求加工 余量尽可能小一些，以便能获得硬度和耐磨性更好的表面； 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 8 作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面 缺陷，以便使工件定位准确，夹紧可靠。 同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次。因为铸件毛坯面粗糙且 精度低，定位精度不高，若重复使用，在两次装夹中会使加工表面产生较 大的位置误差。对于一些相互位置精度要求高的表面，常常会造成超差而 使零件报废。 因为考虑到以下几点要求， 第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量 尽量均匀； 第二，装入活塞内的旋转零件（轴等）与孔内壁有足够的间隙； 第三，此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。 在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面做定位基准，所以对于 一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。首先，先以外圆 为粗基准，加工两端面，粗车外圆台阶面。 3精精基准的选择基准的选择 3.1 选择精基准的目的是使装夹方便、正确、可靠，以保证加工精度。 为此一般遵循如下原则： 基准重合原则。应尽量选择零件上的设计基准做胃镜基准，即为基准 重合原则。 基准统一原则。在加工位置精度较高的某些表面时，应尽可能在多数 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 9 工序中采用同一组精基准。这样可以保证加工表面的相互位置精度。 互为基准原则。当对工件上两个相互位置精度要求较高的表面进行加 工时，需要用两个表面相互作为基准，反复进行加工。这样进行反复加工， 可不断提高定位基准的精度，工件也可以达到很高的加工要求。 自为基准原则。对于工件上的重要表面要求余量小且均匀的精加工， 应尽量选择加工表面本身作为精基准，但该表面与其他表面的位置精度由 前道工序保证。 粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择活塞零件的重要孔即95 的毛坯孔与活塞内壁作粗基准：第一，在保证各加工面均有加工余量的前 提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，装入活塞内的旋转零件（如 齿轮，轴套等）与活塞内壁应有足够的间隙，此外还应能够保证定位准确 夹紧可靠。 精基准的选择：活塞的外圆和95 孔既是装配基准又是设计基准，用 他们作精基准，能使加工遵循基准重合的原则，实现活塞零件的典型定位 方式，其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了基准统 一的原则 。此外95 端面面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单 可靠，操作方便。 3.2 制订工艺路线制订工艺路线 工艺路线： 铸造 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 10 时效处理 10 粗车 粗车工件上端面至 110.2mm 及外圆至106， 20 粗车 粗车下端面至 106.4mm 及外圆至101.8 粗车工件下端95mm 至94.2mm， 30 钻 钻30 孔至28mm 40 热处理 人工时效处理。 50 精车 精车下端面及95 止口至图纸尺寸。 60 精车 精车上端面和外圆至图纸尺寸。 70 精车 车 3mm 环形槽及 4.755mm 环形槽至图纸尺寸。 80 精镗 精镗30 孔至图纸尺寸，割31 槽 90 铣 铣活塞 3mm 半圆环槽 100 钻 钻直油孔 8- 3.5 110 钻 钻斜油孔1.5 120 磨 靠模椭圆裙部至图纸尺寸。 130 检验 检验车削尺寸和形位公差。 140 入库 合格产品涂防锈油入库。 4选择加工设备及刀、量、夹具选择加工设备及刀、量、夹具 由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主、辅以少量专 用机床和组合机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主。辅以少量 专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人 工完成。 10、粗车工件上端面至 110.2mm 及外圆至106。 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用卧式车床 ca6140，参考文献1表 4.2-7（p143） 。选用 yg6 车刀，游标卡尺 0-250/0.02mm 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 11 20. 粗车下端面至 106.4mm 及外圆至101.8， 粗车工件下端95mm 至 94.2mm。 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用卧式车床 ca6140，参考文献1表 4.2-7（p143） 。选用 yg6 车刀，游标卡尺 0-250/0.02mm 30. 钻30 孔至28mm 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，参考文献1表 4.2-7（p143）选摇臂钻床z3025、莫氏锥柄麻花钻28，游标卡尺 0-250/0.02mm 。 50、精车下端面及95 止口至图纸尺寸。 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用卧式车床 ca6140，参考文献1表 4.2-7（p143） 。选用 yg6 车刀，切槽刀，游标卡尺 0-250/0.02mm 60、精车上端面和外圆至图纸尺寸。 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用卧式车床 ca6140，参考文献1表 4.2-7（p143） 。选用 yg6 车刀，切槽刀，游标卡尺 0-250/0.02mm 。 70、车 3mm 环形槽及 4.755mm 环形槽至图纸尺寸。 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用卧式车床 ca6140，参考文献1表 4.2-7（p143） 。选用 yg6 车刀，切槽刀，游标卡尺 0-250/0.02mm 。 80、精镗30 孔至图纸尺寸，割31 槽 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 12 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用铣镗床 t68， 参考文献1表 4.2-7（p143） 。镗刀，割槽刀，游标卡尺 0-250/0.02mm ， 专用夹具。 90、铣活塞 3mm 半圆环槽。 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用铣床 x52k， 参考文献1表 4.2-7（p143） 。d80 铣刀，游标卡尺 0-250/0.02mm ，专用 夹具。 100、钻直油孔 8-3.5。 摇臂钻床 z37、莫式椎柄麻花钻3.5、游标卡尺 0-125/0.02、专用夹 具。 110、钻斜油孔1.5。 摇臂钻床 z37、莫式椎柄麻花钻1.5、游标卡尺 0-125/0.02、专用夹 具。 （四）加工工序设计 工序 10，粗车工件上端面至 110.2mm 及外圆至106。 查文献1表 2.3-21 p74 端面加工余量得总加工余量为 4mm。设计尺 寸（即一面零件尺寸加上另一面余量）x1=110 则粗铣底面的工序尺寸为 110.2mm。查文献3表 2-2 得粗加工公差等级 it11-114.取 it=11，其公差 t=0.29.所以 x2=110.20.145,参考文献1表 4.2-38（p162） 。ca6140 主 电机功率为 7.5kw。参考文献4 表 10-123（p859）取粗车的每齿进给量 fz=0.2mm/z。粗车走刀一次。粗车 ap=6mm. 参考文献1 表4.2-39,取粗车的主轴转速为150r/min,故相应的切削 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 13 速度为： min/ 2 . 94 1000 1508014 . 3 1000 m dn v= = p 校核机床功率（一般只校核粗加工工序） ： 切削功率 pm=167.910-5ap0.9fz0.74aeznkpm 取 z=8 n=150/60=2.5r/s ae=135mm ap=6mm fz=0.2mm/z kpm=1 pm=167.9*10 kw4 . 61*5 . 2*8*1352 . 0*6* 74. 09 . 05 = - 又由文献 1 表 4.2-38 得机床功率为 7.5kw，若取效率为 0.85 则 7.5*0.85=6.3750.31kw，故机床功率足够。 5.工时 l=290/2=145 l2=3 l3=3 n=80r/min=1.3r/s 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 20 t=l+l2+l3/nf=145+3+3/1.3*0.4=290s 二、精镗孔时因余量为 0.35mm 故 ap=0.35mm 查文献 2 表 2.4-180 取 v=1.2m/s=72m/min,取 f=0.12mm/r n=1000v/d=1000*72/3.14*90=208.5r/min 取 n=200r/min=3.3r/s 工时： n=1.3r/s f=0.12mm/r t=145+3+3/3.3*0.12=381s 工序 30、钻 8-3.5 孔。 查文献 5 表 12p781 得 f=0.7 v=0.3m/s=18m/min n=1000v/d=1000*19.8/3.14*8=700r/min 查文献 1 表 4.2-12 得实际转速为 710 r/min 则实际切削速度为 v=dn/1000=3.14*710*8/1000=20m/min 校核： ff=9.81*42.7*d0*f km=9.81*42.7*8*0.75*1=2827n m=9.81*0.021* kmfd 8 . 0 2 0 =9.81*0.021*8*8*0.75=12.52n.m 他们均小于机床的最大进给力 33354n 和最大扭转力矩 1177.2n 故机床的刚 度足够。 1.基本时间 tj=l/fn=l1+l+l2/fn l1=d/2(tgkr+12) n=710 f=0.7 l=12 l2=14 l2=2 d=8 l1=5/2*tg118/2+1.5=3 tj=12+3+2/0.7*710=0.022 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 21 tj 总=0.022*2=0.044 k=17.4% 查文献 5 表 12p781 得 f=0.7 v=0.3m/s=18m/min n=1000v/d=1000*19.8/3.14*17.3=700r/min 查文献 1 表 4.2-12 得实际转速为 710 r/min 则实际切削速度为 v=dn/1000=3.14*710*17.3/1000=20m/min 校核： ff=9.81*42.7*d0*f 8 . 0 km=9.81*42.7*17.3*0.75*1=2827n m=9.81*0.021* kmfd 8 . 0 2 0 =9.81*0.021*17.3*17.3*0.75=12.52n.m 他们均小于机床的最大进给力 33354n 和最大扭转力矩 1177.2n 故机床的刚 度足够。 2.辅助时间 操作内容 每次时间 次数 时间 主轴变速 0.025 1 0.025 变速进给量 0.025 6 0.15 移动摇臂 0.015 6 0.09 升降钻杆 0.015 6 0.09 装卸套筒刀具 0.06 2 0.12 卡尺测量 0.1 1 0.1 塞规测量 0.25 1 0.25 开停车 0.015 2 0.03 主轴运转 0.02 2 0.04 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 22 清屑 0.04 1 0.04 tf=0.825 3.作业时间 tb=tj+tf=0.044+0.825=0.869 4.布置工作地时间 tfw 查文献 1 表 6.3-36 得 k=17.4% tfw=tb*k=0.869*17.4%=0.14 5.休息与生理时间 tx tx=tb*k=0.14 6.准备与终结时间 取部分时间为 中等件 33 移动床鞍 1min 保证定位 0.3 使用夹具 10 试刀 7 由题目知生产量为 4000 件则 te/n=(33+1+0.3+10+7)/4000=0.013min 7.单件时间 td td=tj+tf+tfw+tx=0.869+0.14*2=1.149 8.单件计算时间 tc tc=td+te/n=1.149+0.013=1.162 5、填写机械加工艺过程卡和机械加工工序卡、填写机械加工艺过程卡和机械加工工序卡 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 23 6、夹具设计、夹具设计 6.1 钻钻夹具夹具 本次设计的夹具为第 30 道工序钻28 的孔。该夹具适用于摇臂钻床。 6.1.1 确定设计确定设计方案方案 6.1.2 定位定位与与夹夹紧紧 本工序所加工的孔是垂直于95 的孔，按照基准重合原则，以95 孔和端 面定位，若工件以95 端面放在支撑板上定位，夹紧较稳定。 夹具以钻模板面和孔定位，用螺栓夹紧。 工件以95 的孔和端面在夹具上定位，限制了 5 个自由度，另一个个自由 度也必须限制。 方案：95 的孔和端面在夹具上定位，限制了 5 个自由度，再以 v 型块定 位，限制一个自由度，在钻模板留一个通孔，采用压板螺栓夹紧，这种方 案定位可靠，加紧也较方便，为了不影响钻孔，能快速、准确的确定刀具 和夹具的相对位置，钻夹具上设有引导刀具的部件钻套，因为没有很多工 序，所以用固定钻套，钻套与工件之间有排屑空间。 钻模类型选择 根据工件的尺寸、形状、重量加工要求和对比确定为固定钻模，该钻模 加工的孔的直径为28，加工精度要求不是很高，所以适用于本套工序。 计算夹紧力并确定螺杆直径。 因为夹具的夹紧力与切削方向相反，实际所需夹紧力 f 夹与切削力 f 之 间的关系为 f 夹=kf，取 k=2 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 24 由前面的计算可知 f=1256n，所以 f 夹=12562=2412n 参考文献 【5】 表 4-97， 从强度考虑， 因一个 m12 的螺栓能承受 3924n 的 许用夹紧力， 所以用 m12 的螺栓完全能满足强度要求， 所以这里选用 m12 的螺栓。 定位精度分析 30 的孔是在一次装夹下完成加工的，它的位置精度由钻模保证。精度 要求也很高。与其有关的夹具尺寸如 50 的尺寸公差参考文献【7】表 1.4-24，取工件公差的 1/4,即夹具尺寸公差为，钻套与孔同轴度，中 心尺寸由钻模决定。定位心轴与孔的配合参考文献【3】表 2-7，选为 最大配合间隙为（+0.01）（0.034）=0.044mm 心轴相对于孔的最大位移量为0.022，它不应该超过工件公差的 1/3， 即1/3。衬套与夹具体模板的配合为 h7/g6,钻孔时，刀具与导套内孔 的配合为 f8/h6,此外，夹具上还应标注一下技术要求： 钻套轴线与定位面的垂直度为0.1，定位面的平面度为 0.05mm,定位面 与夹具安装面的垂直度为 0.008mm。 夹具定位孔与卧轴转台定位销的配合为 95 h7/g6，夹具定位销与卧轴 转台档的配合、 操作说明 工件在安装在底座芯轴上，装上压板，拧紧压紧螺栓，找正，然后拧紧 夹紧螺栓, 以钻套定位，先钻孔 28。 工件在夹具体上的精度分析 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 25 影响加工精度的因素 用夹具夹装工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件精度的因素很 多，与夹具有关的因素有定位误差d，对刀误差t，夹具在机床上的 安装误差a 和夹具误差t。机械加工工艺系统中，影响加工精度的其 他因素统称为加工方法误差g。 上述各项误差均为导致刀具相对于工件 的位置不够准确，从而形成总的加工误差。 6.2 铣铣夹具夹具 本铣顶面至尺寸 500.5m、b 基准面至尺寸 531mm。 南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计 6135g 活塞工艺夹具设计活塞工艺夹具设计 26 1）定位与夹紧 本工序所加工的是上平面，以底面为基准来加工上平面。夹具以夹具体安 装