活塞的加工工艺及夹具设计（全套含CAD图纸）
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活塞
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1 前言 毕业设计是在学完了大学全部课程及各门专业课而进行的毕业生离校前的最后一次综合知识的考核。这是我们所有毕业生离校前必须完成的一项任务，它帮助学生进行自我鉴定，亦能便于老师对学生进行综合评估。 此次毕设全过程是在学生一边进行生产实践工作一边进行设计的，它是一次不可多得的理论与实践相结合的实战训练，在整个设计中出学生本人做主体外，其余人员的指导亦是非常难得的，遇到课本中的理论问题询问老师，他会耐心讲解，而遇到生产实践中难懂的制造技术，实习单位的师傅们会将其生产实践经验倾囊相授。这样的理论与实践的完美结合是可 遇不可求的，非常宝贵的。 就我个人而言，希望通过这次毕业设计，对自己今后从事的工作进行一次适应性系统全面的训练，通过设计锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为回厂后的工作打下一个良好的基础。 由于能力有限，设计中若有存在不足之处，希望各位老师给予批评指导。 2 一 零件的分析 （一）零件的作用 活塞是用在风扇中，与操作机构的其他零件结合，用它带动螺旋桨旋转，实现工作要求。整个零件本身对粗糙度要求很高，尺寸精度也很高，零件加工要求比较高。 （二）零件的工艺分析 该零件是活塞类零件， 形状规则，但形位精度精度、尺寸精度要求很高，零件的主要技术要求分析如下： （ 1）表面 表面 要是保证活塞的孔在正中心上，保证零件的圆跳动，活塞要安装到轴上进行螺旋桨的安装，保证螺旋桨的角度，必须保证该尺寸。 表面 螺纹 径对表面 要是保证加工面内外平行，能够在零件进行安装是准确配合出来。 表面 的跳动量不大于 求保证的是零件的垂直度，进而保证孔心的垂直度。 钻 5孔时在 100长度上，允许偏斜不大于 1，该孔是油孔，此要求是为了保证孔与小端 3孔相通，保证进油。 零件除螺纹表面外，其余全部硬阳极化处理，氧化膜厚度为 一要求保证的是零件安装之后与其他零件相接触不产生电子，因零件安装后在运行过程中需要充油，容易造成火灾，为避免这种现象的出现，必须将其阳极处理，以免影响零件的使用。 螺纹退刀槽尺寸及螺纹按照国标加工是为了便于检验及加工。 标印方法的规定是绘图的基本要求，它主要是便于其他人员审图识图。 （ 2）锻件要求不能简单锤锻， 不能疏松有间隙等缺陷，以保证零件的强度、硬度及刚度，在外力的作用下，不至于发生意外事故。 二 工艺规程的设计 （一）确定毛坯的制造形式 由于零件的结构比较复杂，又是薄壁件，所以采用合模锻造。工件材料为 3 坯尺寸精度为 （二）基准的选择 根据零件图纸及零件的使用情况分析，知该件上的所有孔均有位置要求，而且对于零件的尺寸要求精度很高，在进行孔加工时，定位一定要正确，机床的转速及机床选用一定要合理，只有这样才能保证加工，而这之中基准的选择更为关键。 （ 1）粗基准的选择 按照粗基准的 选择要求，为保证不加工表面和加工表面的位置度要求，应选择不加工表面为粗基准，故此处选择 圆端面及 60小端端面互为基准；在加工完中心孔之后，所有的加工基准为中心孔的中心线，在轴向上，仍以两端面为基准。 （ 2）精基准的选择 在加工孔时，各个孔的位置度有很大的要求，而由于底面存在定位孔，故在加工定位孔之后，各工序则以该空位定位精基准，以两端面为轴向基准。这样满足了基准重合的原则及互为基准的原则。在加工某些表面时，可能会出现基准不重合，这是需要进行尺寸链的换算。 （三）工艺路线的拟定及工艺方案的分析 （ 1）工艺路线的拟定 为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度和各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。 由于生产纲领是成批生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。 工艺路线一： 精锻，退火 工序： 1:下料 2:粗车端面 3： 粗车小端外圆 4 4：粗镗内孔 5：粗车大端外圆 6：半精车小 端外圆 7：粗切外圆环槽、顶面 8：精车小端外圆 9：钻 大端 四孔 10: 钻斜油孔 11：钻六孔 12：铣环槽 13：铣小端五槽 14： 洗 二 槽 15:大端锪孔 16： 钻 4 孔 17：精车端面 18：精车外圆、环槽并倒角 19：钻大端小孔 毛坯为精锻件，清理后，退火处理，以消除锻件的内应力及改善机械加工性能，在毛坯车间调整活塞变形， 达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。 根据此工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡片。 （四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确定 “活塞”里零件材料为 度为 95,锻件重量为 12产类型为成批生产，采用在毛坯上合模模锻毛坯。 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、工序尺寸及毛坯尺寸如下 : 1 外圆表面 考虑轴阶的加工长度，为简化模锻毛坯的外形，根据零件尺寸为自由公差，表面粗糙度值较高需要安排精加工，查机械制造工艺设计简明手册表 25得， 加工余量为 据合模锻料需要有拔模斜度综合 5 以上考虑，将此毛坯料的尺寸定为锥体台阶料，由于此零件的台阶比较多，即外径尺寸比较多零件表面精度要求比较高，决定零件的外形尺寸分别选定。 整个零件由于小台阶比较多，大台阶比较少故将零件整体分成三个部分。 考虑最大轴径 加工长度为 39据零件尺寸为自由公差，表面粗糙度值为 要求半精加工。综合考虑零件的要求选取其尺寸为 24832. 考虑到台阶的的存在选定 170 131加工长度为 105于此段为台阶轴，且台阶均小于 5简化毛坯的外形，根据零件尺寸均含公差，且表面粗糙度 要求进行精加工。综合考虑零件的技术要求选取此段最小轴径为 16522. 考虑轴径 73加工长度为 35简化毛坯的外形，根据零件尺寸均含公差，且表面粗糙度要求不高，只需粗加工就能完成。综合考虑零件的技术要求选取此段最小轴径为 12622. 2 外圆表面沿轴向长度方向的加工余量及公差 查机械制造工艺设计简明手册表 14得，其中 件复杂形状系数为 件材质系数为 于已经确定了锻件的外圆尺寸，查机械制造工艺设计简明手册表 25得，加工余量为 据此零件的基本尺寸及加工要求锻件的轴向长度值分别 4831203118731 根据以上数据技能画出零件加工所需的毛坯图，该毛坯整体为一个梯形的圆锥台，而锥台又可划分三部分，即根据三个轴向长度尺寸，划分三段，三段的锥度不同，连接处能满足拔模斜度要求，故该尺寸的选定是合格的。 (五 ) 确定切削用量及基本工时 车削 圆及其端面，本工序采用计算法确定切削用量。 1、加工条件 工件材料： b=模锻 加工要求：半精车 机 床： 6 刀 具：刀片材料 杆尺寸 16r=90， 0=15，0=12 , = 2、 选择切削用量 （ 1）半精车 1）确定切削深度 次走刀完成加工，故 ）确 定进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 刀杆尺寸为 163及工件直径为 100 400f = r，按 文献切削用量简明手册 择 f = r 3）选择车刀磨钝标准及寿命 根据文献切削用量简明手册表 刀后刀面最大磨损量为 1刀寿命 T = 60 4）确定切削速度削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*m*m/ 其中： 35,v=m= 修正系数 削用量简明手册表 即 以c=111.5(m/5)确定机床的主轴转速 000 145(r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 8），与 145 r/20 r/150r/ 185 r/取 85 r/果选 120 r/度损失太大。 所以实际切削速度 =113 m/ 6）计算基本工时 7 根据机械制造工艺设计简明手册表 1 =244/2=122 1=2 2=0 3=0 *i， 式中 L= + 1+ 2+ 3, 故 122+2)*2/( 2）半精车 同时应校验机床功率及进给机构速度 1）确定切削深度次走刀完成加工，故2）确定进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 选择 f = 1mm/r 3）选择车刀磨钝标准及寿命 根据文献切削用量简明手册表 刀后刀面最大磨损量为 1刀寿命 T = 60 4）确定切削速度削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*m*m/ 其中： 35,v=m=正系数 削用量简明手册表 以 c=87.8(m/5)确定机床的主轴转速 000 130.1(r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 8），与 130.1 r/20 r/150r/ 185 r/取 85 r/果选 120 r/度损失太大。所以实际切削速度 =142 m/ 6)检验机床功率 主切削力 削用量简明手册表 c=计算 8 其中： 795， b /650) (600/650)c=削时消耗功率 Fc*6 6切削用量简明手册表 620电动机功率为 W，当主轴转速为 185 r/轴传递的最大功率为 W，所以机床功率足够，可以正常加工。 7)校验机床进给系统速度 已知主切削力 向切削力 削用量简明手册表 p=中： 940， b /650) (600/650)p=67N 而轴向切削力 Ff*中： 880， b /650) (600/650) 向切削力 880*57N 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为 F= (p)=857+67)=机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530N(见切削用量简明手册表 故机床进给系统可正常工作。 8）切削工时 T=( + 1+ 2)/ 中： =43， 1=4， 2=0 43+4） /185=9 本工序总工时： T= 削 73、 136、 170 外圆及其端面，本工序采用计算法确定切削用量。 1、加工条件 工件材料： b=模锻 加工要求：半精车 73外圆及其端面 机 床： 刀 具：刀片材料 杆尺寸 16r=90， 0=15，0=12 , = 2、选择切削用量 （ 1）半精车 73端面 1）确定切削深度 次走刀完成加工，故 ）确定进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 刀杆尺寸为 163及工件直径为 60 100f = r。 按 文献切削用量简明手册 择 f = 1mm/r 3） 选择车刀磨钝标准及寿命 根据文献切削用量简明手册表 刀后刀面最大磨损量为 1刀寿命 T = 60 4）确定切削速度削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*m*m/ 其中： 35,v=m= 修正系数 削用量简明手册表 即 10 所以 c=m/5)确定机床的主轴转速 000 379.6(r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 8），与 379.6 r/70 r/380r/ 460 r/取 60 r/果选 370 r/度损失太大。 所以实际切削速度 =111.2 m/ 6）计算基本工时 根据机械制造工艺设计简明手册表 1 *i 式中 L= + 1+ 2+ 3 =77/2= 1=2 2=0 3=0 故 )*2/(460 2）半精车 73外圆 ,同时应校验机床功率及进给 机构速度 1）确定切削深度 次走刀完成加工，故2） 确定进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 选择 f = r 3）选择车刀磨钝标准及寿命 根据文献切削用量简明手册表 刀后刀面最大磨损量为 1刀寿命 T = 60 4） 确定切削速度削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*m*m/ 其中： 35,v=m= 修正系数 削用量简明手册表 即 以 11 c=m/5)确定机床的主轴转速 000 403.6(r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 8），与 403.6 r/70 r/380r/ 460 r/取 60 r/果选 370 r/度损失太大。 所以实际切削速度 = 6)检验机床功率 主切削力 削用量简明手册表 c=计算 其中： 795， b /650) (600/650)c=削时消耗功率 Fc*6 6切削用量简明手册表 620电动机功率为 W，当主轴转速为 460 r/轴传递的最大功率为 W，所以机床功率足够，可以正常加工。 7)校验机床进给系统速度 已知主切削力 向切削力 削用量简明手册表 p=中： 940， b /650) (600/650)p=而轴向切削力 Ff*中： 880， b /650) (600/650)12 向切削力 880*机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为 F= (p)=机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530N(见切削用量简明手册表 故机床进给系统可正常工作。 8）切削工时 T=( + 1+ 2)/ 中： = 1=4， 2=0 ） /（ = （ 3）半精车 136端面 1）确定切削深度 次走刀完成加工，故 ）确定进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 刀杆尺寸为 163及工件直径为 100 400f = r。 按 文献切削用量简明手册 择 f = r 3）选择车刀磨钝标准及寿命 根据文献切削用量简明手册表 刀后刀面最大磨损量为 1刀寿命 T = 60 4）确定切削速度削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*m*m/ 其中： 35,v=m= 修正系数 削用量简明手册表 即 以 c=70.5(m/5)确定机床的主轴转速 13 000 r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 8），20 r/85r/ 230 r/取 30 r/果选 120 r/度损失太大。 所以实际切削速度 =125.7 m/ 6）计算基本工时 根据机械制造工艺设计简明手册表 1 *i 式中 L= + 1+ 2+ 3 =（ ()*2/( 4）半精车 136外圆 ,同时应校验机床功率及进给机构速度 1）确定切削深度次走刀完成加工，故2）确定进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 选择 f = r 3）选择车刀磨钝标准及寿命 根据文献切削用量简明手册表 刀后刀面最大磨损量为 1刀寿命 T = 60）确定切削速度削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*m*m/ 其中： 35,v=m= 修正系数 削用量简明手册表 即 以 c=93.5(m/5)确定机床的主轴转速 000 171.1(r/ 14 按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 8），与 171.1 r/50 r/185r/ 230 r/取 30 r/果选 150 r/度损失太大。 所以实际切削速度 = 6)检验机床功率 主切削力 削用量简明手册表 c=计算 其中： 795， b /650) (600/650)c=削时消耗功率 Fc*6 6切削用量简明手册表 620电动机功率为 W，当主轴转速为 230 r/轴传递的最大功率为 W，所以机床功率足够，可以正常加工。 7)校验机床进给系统速度 已知主切削力 向切削力 削用量简明手册表 p=中： 940， b /650) (600/650)p=而轴向切削力 Ff*中： 880， b /650) (600/650)向切削力 880*机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =切削力在纵向进给方向对进给 15 机构的作用力为 F= (p)= 机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530N(见切削用量 简明手册表 故机床进给系统可正常工作。 8）切削工时 T=( + 1+ 2)/ 中： =32， 1=4， 2=0 32+4） /（ = （ 5）半精车 170端面 1）确定切削深度 次走刀完成加工，故 ）确定进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 刀杆尺寸为 163及工件直径为 100 400f = r。 按 文献切削用量简明手册 择 f = r 3）选择车刀磨钝标准及寿命 根据文献切削用量简明手册表 刀后刀面最大磨损量为 1刀寿命 T = 60 4）确定切削速度切削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*m*m/ 其中： 35,v=m= 修正系数 削用量简明手册表 即 以 c=70.5(m/5)确定机床的主轴转速 000 r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 8），20 r/85r/ 230 r/取 30 16 r/果选 120 r/度损失太大。 所以实际切削速度 =125.7 m/ 6）计算基本工时 根据 机械制造工艺设计简明手册表 1 *i 式中 L= + 1+ 2+ 3 =（ ()*2/( 6）半精车 170外圆 ,同时应校验机床功率及进给机构速度 1）确定切削深度 次走刀完成加工，故2）确定进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 选择 f = r 3）选择车刀磨钝标准及寿命 根据文献切削用量简明手册表 刀后刀面最大磨损量为 1刀寿命 T = 60）确定切削速度削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*m*m/ 其中： 35,v=m= 修正系数 削用量简明手册表 即 以c=m/5)确定机床的主轴转速 000 178.6(r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 8），与 178.6 r/50 r/185r/ 230 r/取 30 r/17 如果选 150 r/度损失太大。 所以实际切削速度 = 6)检验机床功率 主切削力 削用量简明手册表 c=计算 其中： 795， b /650) (600/650)c=削时消耗功率 Fc*6 6切削用量简明手册表 620电动机功率为 W，当主轴转速为 230 r/轴传递的最大功率为 W，所以机床功率足够，可以正常加工。 7)校验机床进给系统速度 已知主切削力 向切削力 削用量简明手册表 p=中： 940， b /650) (600/650)p=而轴向切削力 Ff*中： 880， b /650) (600/650)向切削力 880*机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为 F= (p)=机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530N(见切削用量简明手册 18 表 故机床进给系统可正常工作。 8）切削工时 T=( + 1+ 2)/ 中： =67， 1=2， 2=0 67+2） /（ =工序总工时： T= 扩 60、钻扩车 127 孔，本工序采用计算法确定切削用量。 1、加工条件 工件材料： b=模锻 加工要求：钻扩孔 60、钻扩车孔 127 机 床：选用 刀 具：由于各个工步的刀具不同，根据各工步 具体情况具体分析。 2、切削用量计算 （ 1）钻通孔至 40 1）钻孔选用 40车床尾钻钻头 l=349 00）进给量 f 由切削用量简明手册表 择 f = r 3）确定切削深度0钻头，故0）确定切削速度削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*v/Tm*m/ 其中： =40v=0,v=0.4,m=45 修正系数 削用量简明手册表 以 c= 00* m/=13.4(m/5)确定机床的主轴转速 19 000 106.6(r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 2），与 106.6 r/00 r/136r/ 183 r/取 36 r/果选 100 r/度损失太大。所以实际切削速度 = 6) 切削工时 T=( + 1+ 2)/ 中： =180 1+ 2=15mm 180+15） /（ = 2）扩孔至 58 1）扩孔选用 58车床尾钻钻头 l=42235）根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量和切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量和切削速度的关系为 f=（ f 钻 v= (1/2 1/3) v 钻 式中 f 钻 ， v 钻 现已知 f 钻 =r(见切削用量简明手册表 v 钻 =切削用量简明手册表 则 f= （ f 钻 =（ mm/r， 按机床取 f=mm/r v=(1/2 1/3)v 钻 =(1/2 1/3)m/ 按机床取 v=8 m/）确定机床的主轴转速 000 1000 r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 2），与 r/4 r/8r/取 8 r/果选 44 r/度损失太大。 所以实际切削速度 = 4) 切削工时 T=( + 1+ 2)/ 中： =180 1+ 2=2020 180+20） /（ = 3）车内孔至 126 1）车内孔选用内孔车刀 刀 具：刀片材料 杆尺寸 16r=60， 0=15，0=12 , = 2）确定切削深度于切削余量为 68到次数 Z=68/(2*2)=17 3）进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 刀杆尺寸为 163及工件直径为 60 400f = r，按 文献机械制造工艺设计简明手册 3）选择 f = r 4）确定切削速度削用量简明手册表 削速度的计算公式为 v*m*m/ 其中： 35,v=m= 修正系数 削用量简明手册表 即 以 c=m/5)确定机床的主轴转速 000 401.4(r/按照机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 2），22 r/430r/ 550 r/取 50 r/果选 322 r/度损失太大。 所以实际切削速度 =107m/ 6)检验机床功率 主切削力 削用量简明手册表 c=计算 21 其中： 795， b /650) (600/650)c=削时消耗功率 Fc*6 6切削用量简明手册表 365 转塔式车床说明书可知，主电动机功率为 W，当主轴转速为 550 r/轴传递的最大功率为 W，所以机床功率足够，可以正常加工。 7)校验机床进给系统速度 已知主切削力 向切削力 削用量简明手册表 p=中： 940， b /650) (600/650)p=而轴向切削力 Ff*中： 880， b /650) (600/650)向切削力 880*机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为 F= (p)=机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530N(见切削用量简明手册表 故机床进给系统可正常工作。 8） 切削工时 T=( + 1+ 2)/ 中： =99， 1=4， 2=0 99+4） /（ =22 17=工序总工时： T= 削小端环型凹槽，本工序采用计算法确定切削用量。 1、加工条件 工件材料： b=模锻 加工要求：粗车小端环型凹槽 机 床： 刀 具：刀 片材料 杆尺寸 16r=90， 0=10， 0=8 , S=0， = 2、选择切削用量 （ 1）半精车 1）确定切削深度2 次走刀完成加工 故 p=(116(2*7)=3）确定进给量 f 根据文献切削用量简明手册表 刀杆尺寸为 163及工件直径为 60 100f = r，按 文献切削用量简明手册 择 f = r 3）选择车刀磨钝标准及寿命 根据文献切削用量简明手册表 刀后刀面最大磨损量为 1刀寿命 T = 60 4）确定切削速度削用量简明手册表
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