CA6140型铝活塞的机械加工工艺设计及夹具设计(论文+图纸+实习报告)带CAD图
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CA6140型铝活塞的机械加工工艺设计及夹具设计(论文+图纸+实习报告)带CAD图,ca6140,活塞,机械,加工,工艺,设计,夹具,论文,图纸,实习,报告,讲演,呈文,cad
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目目 录录 第一章 活塞的技术要求-2第二章 活塞的加工-52-1 生产类型的确定-52-2 毛坯的分析-52-3 制定工艺路线-72-4 确定加工余量-16 2-5 确定各工序的工艺装备-202-6 确定切削用量-252-7 工序时间的确定-28第三章 钻油孔夹具设计-323-1 工件的定位方案-323-2 工件的夹紧方案-333-3 夹具其它装置的设计-343-4 钻油孔夹具的工作原理-35第四章 铣气门夹具设计-374-1 基本概念-374-2 工件的定位方案-374-3 工件的夹紧方案-384-4 分度装置设计-414-5 夹具体的设计-434-6 铣气门夹具的工作原理-44结束语 -46参考文献-47 附件 1-48附件 2 实习报告-612第一章第一章 活塞的技术要求活塞的技术要求一一 、活塞的结构组成、活塞的结构组成 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工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。图 1 表示一个铝活塞.弧面 1 称为活塞的曲顶面,它承受气体的压力,并受到高温气体的直接作用.四个圆环形的槽 2,3,4 称为环槽,其中 4 的两个环槽称为气环槽,在气环槽中放置有弹性的活塞环,用以密封活塞顶面以上的燃烧室;2,3 分别为矩形槽和梯形槽,在油环槽中放置油环(或称刮油环),它把飞溅到汽缸套内壁上的多余润滑油刮去,使油从油环槽的小孔 5 中流回曲轴箱. 包刮曲顶面和油环在内的部分 6 称为活塞头部,其余部分 7 称为活塞裙部,在活塞工作过程起到向作用.活塞中间的贯穿孔 9 称为活塞销孔.图中 10 是一个短圆柱面和圆锥面的组合,通常称为止口,它是专门为加工活塞而设置的铺助精基面.在结构上和功能上没有作用.镶嵌环 11 为高镍铸铁，作用是提高活塞该部位的强度和耐磨性，提高活塞的气密性和寿命。324569107图183图2图3活塞在工作过程中将产生受力变形和热变形.如图 2 所示,活塞的曲顶面受到汽缸内气体压力的作用,产生弹性变形.由于活塞裙部在圆周方向刚性不同,在销孔轴线方向的弹性变形量大,使活塞裙部在受力后变成椭圆.另一方面,活塞顶部与高温气体接触,热量通过活塞顶部传到活塞裙部,温度升高产生变形.由于活塞裙部圆周上金属分布不均匀，销孔轴线方向金属厚，热膨胀量大；垂直于销孔轴线发向热膨胀量小。从而使活塞裙部由于热变成椭圆，如图 3 的虚线所示。所以无论是受力变形或热变形都使原来的圆柱形的裙部变成椭圆形，椭圆的长轴在活塞的销孔的轴心线方向上。这样，比然使活塞与汽缸的间隙不均匀地减少甚至消失，以至于发生强烈的磨损甚至咬住。为了补偿上述变形，由活塞裙部设计制造成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于活塞销孔轴心线的方向上，并在活塞裙部的销孔附近铸出两块凹吭，增加裙部与汽缸内壁的间隙。椭圆度的大小随活塞的型号不同。C6110 活塞上，椭圆的长轴和短轴要控制在离圆位置 5以内，相互位置误差在 5以内。此外，活塞工作时，顶面和高温气体直接接触，热量由头部传到裙部，头部温度高，热膨胀量大；裙部温度低，热膨胀量小。为了补偿这种不均匀的热变形，把活塞头部的外径设计的比裙部小，同时活塞裙部也设计成上小下大的锥形。C6110 型柴油机活塞裙部的锥度是0.020.05mm。为了减少向裙部传导的热量，在活塞上铣有横槽，以减少向下传热的面积。在活塞上还铣有纵向槽（稍斜）以增加活塞裙部的弹性（横向槽也有类似作用）。为了活塞的气密性和耐磨性，增加其寿命，在下气环槽镶嵌一高镍铸铁环。使铸铁的热膨胀系数更接近 ZL109，以便满足零件要求。活塞销孔内装活塞销与连杆小头孔相连接。为了使活塞销的磨损均匀，在工作温度下，应使活塞销在活塞孔及连杆小头衬套孔中能自由转动，即所谓“浮动式”活塞销。为了避免活塞销在工作过程中轴向窜动，在锁环槽中装有锁环。二、活塞的一般技术要求二、活塞的一般技术要求由于铝活塞的技术条件已由国家科技委员会制定了国家标准，对个部分的尺寸公差、形状和4位置公差以及表面粗糙度均作了详细的规定，现根据 JB393185 标准摘要说明如下：（1） 、活塞裙部外圆要求与气缸很精密的配合，因为裙部外圆尺寸公差一般为 IT6，对于高速内燃机的活塞甚至要达 IT5。为了减少机械加工的困难，将活塞裙部和气缸套孔径的制造公差均放大三倍，装配时将活塞按裙部尺寸分寸三组，气缸套按孔径尺寸分成三组，将对应的组进行装配，以保证达到要求的间隙。裙部的椭圆度和锥度公差在分组尺寸公差范围内。裙部外圆粗糙度0.4um。Ra（2） 、对于浮动式活塞销孔，为了使活塞销在工作过程中能在孔中自由转动，销孔尺寸公差IT6 级以上。为了减少机械加工工作量，活塞销孔和活塞销的装配也采用分组装配法，销孔的圆度不大于 0.001mm，圆柱度不大于 0.06mm。销孔内圆表面粗糙度0.2aRum（3） 、活塞的销孔的位置公差也有一定要求，主要是：1） 、销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比，即影响发动机的效率，因此必须控制在一定的范围内。对于 C6110 活塞这一距离为 1020.08mm。2） 、销孔轴心线到裙部轴心线的垂直度影响活塞销、销孔和连杆的受力情况。垂直度误差过大将使活塞销、销孔和连杆单侧受力，活塞在气缸套中倾斜，加剧了磨损。对于 C6110 活塞。这一垂直度在 25.4mm 长度上公差为 0.014mm。3） 、销孔轴心线在裙部轴心线的对称度误差也会引起不均匀磨损。对于 C6110 活塞，规定对称度公差为 0.13mm 。（4） 、为了使活塞患能随气缸套孔径的大小的变化而自由地膨胀，对活塞环槽作下列规定：1） 、活塞环槽平面母线对裙部轴线的垂直度：环槽呈碟形向上倾斜时不大于 25：0.07；环槽呈伞形向下倾斜时不大于 25：0.03。2） 、活塞环槽平面对裙部轴线圆跳动不大于 0.05mm。3） 、活塞环槽底径对裙部轴线圆跳动不大于 0.15mm。4） 、活塞环槽上下面平面的粗糙度 Ra0.4um（5） 、为了保证发动机运转平稳，同一发动机个活塞的重量不应相差很大。对于 C6110 型柴油机活塞，重量差不得大于活塞名义重量的2.5%。活塞应按重量分组装配。5第二章第二章活塞的加工活塞的加工2-12-1 生产类型的确定生产类型的确定生产类型是企业生产专业化程度的分类，一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。其中成批生产又可以分为大批生产、中批生产和小批生产。如果从工艺特点方面来看单件生产其产品数量少，每年产品的种类、规格较多，是根据定货单位的要求确定的，多数产品只能单个生产，大多数工作地的加工对象是经常改变的，很少重复。成批生产其产品数量较多，每年产品的结构和规格可以预先确定，而且在某一段时间里是比较固定的，生产可以分批进行，大部分工作地的加工对象是周期轮换的。大量生产其产品数量很大，产品的结构和规格比较固定，产品生产可以连续进行，大部分工作地的加工对象是单一不变的。因此生产类型的确定，对于工艺规程的制定是非常重要的。显然，产量愈大，生产专业化程度应该愈高。但生产类型的划分一方面要考虑生产纲领即年产量；另一方面还必须考虑产品本身的大小和结构的复杂性。下面对该 C6110 活塞的生产类型确定如下：N=Qn（1+a%）（1+b%）式中 N-零件的年生产纲领 （件/年） Q-产品的年生产纲领 40 万台/年 n-每台产品中含该零件的数量 1 件/台 a-备品率 一般而言，以上的备品率根据易磨损和损坏的程度定为 3%-5%。现取 4%。 b-废品率由于属于机械零件，故取为 1%。则 N=40（1+4%）（1+1%）=401.05=42 万台另一方面由于本产品属于轻型机械，且生产纲领为 42 万台，远远大于 5 万台。所以 C6110 活塞的生产类型属于大量生产。2-22-2 毛坯的分析毛坯的分析正确的选择毛坯是工艺技术人员应该高度重视的问题。零件加工过程中工序的内容或工序的数目，材料消耗，热处理方法，零件制造费用等都与毛坯的材料、制造方法、毛坯的误差与毛坯的余量有关。应慎重对待。一、材料：一、材料：在高速柴油机中,为了减少往复直线运动部分的惯性作用,都采用了铜硅铝合金作为活塞材料.6在低速、重负荷、低级燃料的发动机中,有时用铸铁作为活塞材料.在汽车工业中很少用铸铁活塞. 铜硅铝合金比铸铁具有下列优点:(1)、导热性好,使活塞顶面的温度降低较快,可以提高发动机的压缩比,又不至于引起混合气体的自燃,因而可以提高发动机的功率;(2)、重量轻,惯性力小;(3)、可切削性好;(4)、可以得到精确的毛坯;但它也有一些缺点:(1)、材料的价格比较贵;(2)、热膨胀系数大,约为铸铁的两倍;(3)、机械强度及耐磨性较差.但总的来说,铝合金的优点超过缺点,所以在高速内燃机中都用它.而且耐磨性方面可以通过镶嵌一高镍铸铁环来提高其气密性和耐磨性，增加其寿命。二、毛坯的选择二、毛坯的选择1、应考虑的因素包括：（1） 、生产批量（2） 、零件的结构形状和尺寸大小（3） 、零件的力学性能（4） 、工厂现有设备和技术水平（5） 、技术经济性主要依据一般是零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构。2、从生产批量来看：此零件属于大批量生产，宜采用精度和生产率高的毛坯制造方法，以减少材料消耗和机械加工工作量。可考虑用金属铸造、熔模铸造、模锻、精锻等方法获得毛坯。3、从零件的结构来看：由于此零件属于外形较复杂的小型零件，而且它的壁厚不算薄。故可以考虑采用压铸、金属铸造、熔模铸造等精密铸造方法。同时可以减少切削加工或不进行切削加工。4、从毛坯的制造方法来看：毛坯的制造方法应与材料的制造工艺性相适应。故铸铁、铸钢、铸铝和铸铜等有色金属材料适合用铸造方法获得毛坯。5、从铸铝件的强度来看：从铸铝件的强度来看可以考虑采用金属型铸造的铸件、金属型浇注的铸件、砂型浇注的铸件。且强度依次递减,毛坯质量依次降低.故从以上可以看到该活塞毛坯可以采用金属型铸造。金属型铸造则适用于成批大量生产、以锌合金、铝合金、镁合金以及铜合金为主的中小型形状复杂不进行热处理的非铁合金的零件。也可用于铸钢、铸铁的厚壁、简单或中等复杂的中小铸7件。对于这些材料则金属型铸造（浇铸）更为合适6、从工厂现有设备和技术水平来看：从这一方面来看，金属型浇铸也是可以考虑的。7、从经济合理性来看：零件最大的外轮廓尺寸小于 160mm，且复杂程度属于中等，生产类型属于大量生产，故金属型或压力铸造均适合，但在成批生产下金属型铸造比较合适。综上所述，该活塞零件的材料选用 ZL109，毛坯采用金属型铸造。三、毛坯的机械加工余量三、毛坯的机械加工余量由简明机械加工工艺手册表 10-6 查得：金属型铸件的尺寸公差等级为 68。故查表 10-13 可查得：1、外圆的加工余量为 4mm。2、销孔的加工余量为 3mm。其它表面基本为一次性加工，故加工余量由零件尺寸决定。2-32-3 制定工艺路线制定工艺路线这是制订机械加工工艺规程的核心。其主要内容有：1、选择定位基准2、确定加工方法3、安排加工次序4、安排热处理、检验5、安排其它工序机械加工工艺路线的最终确定，一般要通过一定范围的论证，即通过对几条工艺路线的分析与比较，从中选出一条适合本厂条件的、确保加工质量、高效和低成本的最佳工艺路线。下面将从以上几个方面来确定 C6110 型活塞的机械加工工艺路线。一、基准的选择一、基准的选择基准是机械制造中应用得十分广泛的一个概念，是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线或面。机械产品从设计、制造到出厂经常要遇到基准问题：设计时零件尺寸的标注、制造时工件的定位、检查时尺寸的测量以及装配时零、部件的装配位置等都要用到基准的概念。基准一般包括：1、设计基准：设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。简言之，设计图样上所采用的基准就是设计基准。2、工艺基准：8零件在加工、测量和装配过程中所采用的基准称为工艺基准。它又可以分为：（1） 、定位基准：加工时用于工件的定位的基准。它又可分为粗基准、精基准。另外还有附加基准。其中粗基准是未经机械加工的定位基准。反之经过机械加工的定位基准称为精基准。而附加基准是指零件上根据零件机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。（2） 、测量基准：在加工过程中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差所采用的基准。（3） 、装配基准：在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。在这里主要考虑定位基准的选择，而测量基准、装配基准则在后面的设计中进行选择。 3、定位基准的选择（1） 、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。（2） 、粗基准的选择： 粗基准的选择除了应考虑以上的一般原则外，还必须考虑以下几个原则： 1） 、选加工余量小的、较准确的、光洁的、面积较大的毛面做粗基准。 2） 、选重要表面为粗基准。 3） 、选不加工的表面做粗基准。 4） 、粗基准一般只能使用一次。上述的选择粗基准的四条原则，每一条都只能说明一个方面的问题。综合以上各个原则并考虑零件的实际情况选择如下：粗基准一般都是为了加工出精基准，而在活塞零件加工中,为了提高零件的生产精度,在以活塞毛坯内腔为粗基准加工完外圆和端面后,在以外圆为基准加工精基准止口.因为粗车后的外圆面是加工余量小、较准确的、光洁的、面积较大的平面，而且它也是一个重要的表面，它的余量比较均匀。（3） 、精基准的选择：和粗基准一样，精基准的选择除了要考虑一般原则外，还有它自身应当注意的原则： 1） 、基准重合原则：也就是选设计基准为定位基准。 2） 、基准统一原则：也就是在零件的加工过程中，采取统一的基准。 3） 、互为基准原则：也就是对某些位置精度要求很高的零件，通常采用互为基准、反复加工的原则。 4） 、自为基准原则：也就是以加工表面本身定位，待到夹紧以后将定位元件移去，再进行加工。这样可以使得面的加工达到很高的精度。9那么根据以上的各个原则，结合实际情况对精基准的选择如下：活塞是一个薄壁零件,在外力作用下很容易产生变形.活塞主要表面的尺寸精度和形位精度的要求都很高,因此希望以一个统一基面定位来加工这些要求高的表面.目前生产活塞的工厂大多采用止口和端面做为统一基准.在精加工时,除精车外圆用止口处的锥面和顶面上的中心孔定位,其余工序都采用止口和端面定位。采用止口和端面（或锥面和中心孔）作为基面有下列优点：（1） 、用这种定位方法可以加工裙部、头部、顶面、销孔等主要表面及其他次要表面。（2） 、活塞裙部在半径方向的刚性差，利用止口和端面（或锥面和中心孔）定位可以沿活塞轴向夹紧，就不致引起严重的变形，从而可以进行多刀切削。二、加工方法的确定及工序的安排二、加工方法的确定及工序的安排零件表面的加工方法，首先取决于加工表面的技术要求。这些技术要求还包括由于基准不重合而提高对某些表面的加工要求。根据各加工表面的技术要求，首先选择能保证该要求的最终加工方法，然后确定各工序、工步的加工方法。选择加工方法应考虑每种加工方法的加工经济精度范围、材料的性质及可加工性；工件的结构形状和尺寸大小；生产率要求；工厂或车间的现有设备与技术条件。下面将从以上各个方面与以考虑并最终确定加工方法。（一） 、加工经济精度：各种加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度都是在一定的范围内的。任何一种加工方法只要精心操作、细心调整、选择合适的切削用量，其加工经济精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度值就可以减少。但是加工经济精度提高得愈高，表面粗糙度值减少得愈小，则所消耗的时间与成本也会愈大。 生产上加工经济精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。加工误差小，则加工精度高；加工误差大，则加工精度低。一般来说，加工误差和加工成本之间成反比例关系。 可以看出：对一种加工方法来说，加工误差小到一定程度，加工成本提高很多，加工误差却降低得很少；加工误差大到一定程度以后，即使加工误差增大很，加工成本降低得很少。 因此所谓加工经济精度是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。（二） 、材料的性质及可加工性： 本零件的材料采用 ZL109，它的化学成分是:Si46%,Cu58%,Mg0.20.5%,Fe1%,其余为Al。 这种材料的工艺性能如下：1、切削性能：ZL109 的硬度为 100HB，为易切削材料。2、热处理性能： 铝活塞毛坯在机械加工前要切去浇冒口，并进行时效处理，消除铸造时因冷却不均匀而产生的内应力。时效处理是将活塞加热至 180200，保温 68h 后，自然冷却，活塞经过时效处理后能增加强度和硬度。（三） 、工件的结构形状和尺寸大小：本活塞零件属于结构形状并不十分复杂，而尺寸也不很大的零件，因而起来也不是和困难的。10（四） 、生产率的要求： 本活塞零件的生产类型属于大批大量生产。因而对生产率要求就相对的比较高。（五） 、综合以上几点，再考虑工厂的工艺能力和现有设备的加工经济精度，查机械加工工艺手册表 5.2-6、5.2-8 对本零件的加工方法拟订如下：1、对于活塞零件外圆的加工由于活塞外圆的精度要求为 IT6，材料为 ZL109，这样对于活塞外圆的加工可以考虑选用：粗车半精车精车，这样可以达到的粗糙度为 Ra=0.60.1um。2、对于活塞端平面的加工：由于条件是端面的精度要求为 IT8 级、材料为 ZL109，故可采用一次车削完成，这样能达到的精度等级为 IT810，粗糙度为 Ra=3.21.6um 满足要求。3、对于活塞止口的加工：由于这个部分表面是为了加工出精基准而加工的，粗糙度要求不是很高，为 Ra1.6um，精度要求为 IT6，故可采用两次车削完成，即采用粗车精车的加工方法,这样能达到的精度等级为 IT86，粗糙度为=3.21.6um 满足要求。aR4、对于活塞销孔的加工：由于该孔的表面的精度要求为 IT6，要求较高，又是对于孔的加工，故可考虑采用：粗镗精镗细镗，这样可以达到的精度等级为 IT68，粗糙度为 Ra=0.10.6um 满足要求。5、对于活塞斜油孔的加工：这个圆孔的表面粗糙度也为 Ra 小于等于 12.5m，对于它的也精度要求也不高，性质它的孔径也小于 20mm，故它的加工方法也可以考虑采用钻来实现，精度也为 IT11-IT12。6、对于活塞直油孔的加工：这个圆孔的表面粗糙度也为 Ra 小于等于 12.5m，对于它的也精度要求也不高，性质它的孔径也小于 20mm，故它的加工方法也可以考虑采用钻来实现，精度也为 IT11-IT12。7、对于活塞油环槽的加工：在这里只它的位置精度要求较高，而尺寸精度要求也不是很高，故可以考虑采用直接车削完成。精度等级为 IT810，粗糙度为 Ra=3.20.8um 满足要求。8、对于活塞油环环岸及倒角的加工：在这里只它的位置精度要求较高，而尺寸精度要求也不是很高，故可以考虑采用直接车削完成。精度等级为 IT810，粗糙度为 Ra=3.20.8um 满足要求。9、对于活塞梯形槽的加工：在这里只它的位置精度要求较高，而尺寸精度要求也不是很高，故仍可以考虑采用直接车削完成。精度等级为 IT810，粗糙度为 Ra=3.20.8um 满足要求10、对于活塞头部外圆的加工：这个部分的精度要求为 IT810，而外圆开始已经进行一次粗车，故可以用一次半精车就可11以达到要求，这样可以达到的精度等级为 IT68，粗糙度为 Ra=0.10.6um 满足要求。11、对于活塞镶圈槽、的加工：在这里只它们的位置精度要求较高，而尺寸精度要求也都不是很高，故仍可以考虑采用直接车削完成。精度等级为 IT810，粗糙度为 Ra=3.20.8um 满足要求12、对镶圈槽槽底的加工：因为前面已经对镶圈槽进行过一次加工了，在这里对槽底的修复加工只要进行一次精车就行了，这样可以达到的粗糙度为 Ra=0.60.1um。满足要求。13、对于活塞燃烧室的加工 ：燃烧室的精度要求较高，它的加工余量也较大，所以可以考虑采用：粗车精车这样能达到的精度要求为 IT67，粗糙度为 Ra=0.60.1um。满足要求 。对其圆角的加工也是采用一次车削完成。14、对于活塞气门内、外槽的加工：在这里只它的位置精度要求较高，而尺寸精度要求也不是很高，故仍可以考虑采用直接一次铣削完成。精度等级为 IT1112，粗糙度为 Ra=3.20.8um 满足要求15、对于活塞销孔外端挡圈槽及其倒角的加工：在这里只它的位置精度要求较高，而尺寸精度要求也不是很高，故仍可以考虑采用直接车削完成。精度等级为 IT810，粗糙度为 Ra=3.20.8um 满足要求。（六） 、加工阶段的划分按加工性质和作用不同，工艺过程一般划分如下加工阶段：粗加工阶段；半精加工阶段；精加工阶段；光整加工阶段。它们的主要工作与要求如下：1、粗加工阶段：主要是去除各加工表面的余量，并作出精基准，因此这一阶段关键问题是提高生产率。2、半精加工阶段：在半精加工阶段减小粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工作好准备。3、精加工阶段：在精加工阶段，应确保尺寸、形状和位置精度达到或基本达到图纸规定的精度要求以及表面粗糙度。4、精密、超精密加工、光整加工阶段：这是对那些要求很高的零件安排的，是为了达到零件最终的精度要求。一般情况下，若将加工表面从毛坯面开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成，则难以保证零件的精度要求或浪费人力、物力资源。这是因为粗加工是切削层厚，切削热量大，无法消除因热变形带来的加工误差，也无法消除因粗加工留在工件表层的残余应力产生的加工误差；后续加工容易把已加工好的加工表面划伤；不利于合理地使用设备；不利于合理地使用技术工人，让高技术工人完成粗加工任务是人力资源的一种浪费。但是当加工质量要求不高，工件刚度足够，毛坯质量高，加工余量小，可以考虑一次性完成加工。如自动机上加工的零件；装夹，运输不便的重型零件，在一次安装下完成粗加工和精加工，但在粗加工后，重新以较小的夹紧力夹紧。而本零件对于外圆以及主要的销孔孔的加工质量要求12比较高，其余的加工质量要求并不很高，毛坯质量比较高，加工余量小，工件也是有足够的精度，故除了外圆加工时安排了粗车，半精车，精车三个阶段。加工销孔时安排了粗镗，精镗和滚压三个加工阶段。车燃烧室时安排了粗车和精车两个加工阶段。其余的均安排在一个性完成加工。（七） 、机械加工顺序的安排：按照以下的几个原则，也就是：（1） 、先加工基准面，再加工其它表面。（2） 、一般情况下，先加工次要表面。（3） 、先加工主要表面，后加工次要表面。（4） 、先安排粗加工工序，后安排精加工工序。将该活塞的工序进行安排，为了获得一条适合的、能确保加工质量、高效和低成本的最佳工艺路线，本设计将通过两个方案的比较分析来最终确定一个最佳的方案。1、方案一： （1） 、工艺过程第一个工序：粗车外圆第二个工序：车端面第三个工序：车止口、打中心孔第四个工序：粗镗销孔第五个工序：半精车外圆第六个工序：钻斜孔第七个工序：钻直油孔第八个工序：切油环槽第九个工序：车油环槽环岸及其倒角第十个工序：切梯形槽第十一个工序：半精车头部外圆第十二个工序：切镶圈槽第十三个工序：切镶圈槽第十四个工序：切镶圈槽槽底第十五个工序：精车外圆第十六个工序：粗车燃烧室第十七个工序：粗车燃烧室圆角第十八个工序：精车燃烧室第十九个工序：铣气门内槽第二十个工序：铣气门外槽第二十一个工序：精镗销孔第二十二个工序：车销孔外端挡圈及倒角第二十三个工序：细镗销孔13图形见所附工艺过程卡片.（2） 、热处理工序及表面处理工序的安排：铝合金热处理安排在机加工前。（3） 、其它辅助工序的安排：检查、检验工序、去毛刺、平衡、清洗工序等也是工艺规程的重要组成部分。检查、检验工序是保证产品质量合格的关键工序之一，每个操作过程中和操作结束以后都必须自检。在工艺规程中，下列情况下应安排检查工序：零件加工完毕之后；从一个车间到另一个车间的前后；工时较长或重要的关键工序前后。故根据以上原则，在本零件中外圆以及销孔的粗、精加工之后均安排一次检验工序，个个环槽加工完后也要进行一次检验。在零件加工完毕后再安排一次检验工序。切削加工之后，安排去毛刺的处理。零件表层或内部的毛刺，影响装配操作、装配质量以至会影响整机性能，因此应给以充分的重视。在工件进入装配之前，一般都应安排清洗。工件的内孔、壳体的内腔易存留切屑，清洗时应给以特别注意。在工件加工完毕进入装配之前必须安排一次清洗的工序。（4） 、工序的组合：同一个工件，同样的加工内容，可以安排两种不同形式的工艺规程：一种是工序集中，另一种是工序分散。前者是使每个工序中包括尽可能多的工步内容，因而使总的工序数目减少，夹具的数目和工件的安装次数也相应的减少。后者是将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中完成，因而每道工序的工步少，工艺路线长。它们各有所长。前者有利于保证各加工面间的相互位置精度要求，有利于采用高生产效率的机车，节省安装工件的时间，减少工件的搬动次数。而后者可使每个工序使用的设备和夹具比较简单，调整、对刀也比较简单，对操作工人的技术水平要求比较低。因此考虑到本活塞零件的结构特点和技术要求、以及工厂机床设备、工人技术水平等条件，并看到工序集中和工序分散的优缺点，本零件采用工序分散的原则，也就是每个工序所包含的内容不多，所使用的工艺设备与装备比较简单，易于调整和掌握，同时有利于选用合理的切削用量，减少基本时间。它的设备数量多，生产面积大，设备投资少，易于更换产品，比较适合本产品的加工。2、方案二：（1） 、工艺过程第一个工序：粗车外圆、车端面第二个工序：车止口、打中心孔第三个工序：半精铰第四个工序：半精车外圆第五个工序：车油环槽及梯形槽第六个工序：车油环槽环岸及其倒角第七个工序：钻斜孔14第八个工序：钻直油孔第九个工序：半精车头部外圆第十个工序：车镶圈槽、第十一个工序：车镶圈槽槽底第十二个工序：精车外圆第十三个工序：粗车燃烧室第十四个工序：粗车燃烧室圆角第十五个工序：精车燃烧室第十六个工序：铣气门内槽第十七个工序：铣气门外槽第十八个工序：精铰第十九个工序：车销孔外端挡圈及倒角第二十个工序：细铰热处理及其他的同方案一。3、工艺方案的比较与技术经济分析：本设计主要通过对以上两条工艺路线的分析与比较来选择一条最佳的工艺路线。以上两个工艺方案中除了第一、第四、第十、第十八、第二十不太相同之外，其他的工序基本上是相同的。因此对于这两个方案的分析与比较将从工艺方案的技术经济特性指标、工艺成本，技术经济对比等各个方面进行。（1） 、产品工艺方案技术特性主要指标：1） 、劳动力消耗率：方案一与方案二相比，工时数与台时数比较多，生产率相对低，但同时所达到的精度比较高2） 、设备构成比：在这一方面，两个方案基本相同。3） 、工艺装备系数：在这一方面，两个方案基本相同。4） 、工艺过程的分散与集中程度：本产品属于大批大量生产，故第一个方案的分散集中程度比较适中，而第二个工序则过于集中。5） 、金属消耗量：两个方案基本相同。6） 、占用生产面积数：两个方案基本相同。（2） 、机械加工工艺过程技术特性指标： 机械加工工艺过程技术特性指标包括：出厂量、毛坯数量、制造毛坯所需金属质量、毛坯净重、毛坯的成品率、设备总功率、专用夹具装备系数、量具装备系数、刀具装备系数、操作工人的平均等级；钳工修整劳动量及其占机床工作量的比列；生产面积总数、总面积、平均每台机床占用生产面积、平均每台机床占用总面积，对于这些指标，两个方案是相同或相近的。因而不于分析。另外还有机械加工工序总数、各类机床总数、专用夹具数量，这些第一个方案比第二个方案要多一些。而机床负荷系数第一个方案要比第二个方案小，机动时间系数则比第二个方案大。15综合以上指标，并看到方案二的加工精度要高于方案一，但表面粗糙度也大于方案一，而方案一的加工精度与表面粗糙度又是适中的。故相比之下，方案一要优于方案二。（3） 、工艺成本的分析表 1 零件成本的组成表 计量单位： 元全年零件成本全年工艺成本 Sn其它费用全年可变费用 NV全年不变费用 Cn行政员的工资Sc-每件材料费Stz-调整工人工资总务人员工资Sz-每件机床工人工资Szz-专用机床折旧费办公费用Sw-每件机床维持费Szdz-专用刀具折旧费厂房维持费及折旧费Stjz-每件通用机床折旧费Szjz-专用夹具折旧费照明费等Sdz-每件刀具维持费及通用刀具折旧费运输费Sjz 每件夹具维持费及通用夹具折旧费注:有些费用是随生产批量而变换的,如调整费、用于在制品占用资金等,一般情况下不于单列.零件的全年工艺成本: Sn=VNCn式中 V-每件零件的可变费用, 元/件 N-零件的生产纲领, 件 Cn-全年的不变费用, 元而单个零件的工艺成本应为: Sd=VCn/N16 由于这两个工艺方案中只有少数工序不同,多数工序是相同的,故可以通过计算少数不同的工序的单件成本来进行比较。在这里选择第五个工序来进行计算并比较，其他的也都类似类似的计算。对于第一个工序： Sp1=V1C1/N =NV1/NC1/N其中 NV1=Sc1Sz1Sw1Stjz1Sdz1Sjz1故 V1= Sc1Sz1Sw1Stjz1Sdz1Sjz1/N C1=Stz1Szz1Szdz1Szjz1对于 Sp2=V2C2/N同样有 V2= Sc2Sz2Sw2Sdz2Sjz2/N C2=Stz2Szz2Szdz2Szjz2由于两个方案对于环槽及镶圈槽等的加工工不同在于一个采用的是车削，另一个采用的是铣削。故 Sp1Sp2= Sz1Sdz1Sjz1（Sz2Sdz2Sjz2）其中 Sz=Tmz（1a/100）/60式中 Tmz-单件时间 min Z-机床工人每小时工资 元/小时 a-与工资有关的杂费 元在上面各量中取 a=13 Sjz=Cj（Pj1Pj2）式中 Cj-夹具成本 元 Pj1-夹具折旧率 每年 33% Pj2-维护费折合百分数 取为 26% Sdz=（CpKcw）TmT（K1） 元/件 式中 Cp-刀具价格 元 T-刀具耐用度 min K-可重磨次数 Cw-每磨一次刀所花费用 元代入数据： Sp1Sp2= Sz1Sjz1（Sz2Sjz2）由于 Sz1Sz2 Sjz1Sjz2所以有 Sp1Sp2综合以上的分析比较可知：采用方案一相对的比较经济合理，故本设计将采用方案一。2-42-4 确定加工余量确定加工余量17完成某工序所需切除的材料层的厚度称为工序余量，从毛坯到成品的整个工艺过程中所切除的材料层的厚度成为总余量。加工总余量的大小取决于加工过程中各个工序所切除的金属厚度的总和。每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。 一、加工余量的确定方法一、加工余量的确定方法加工余量的确定通常有三种方法：（一） 、经验法：由有经验的工程技术人员或工人根据经验确定加工余量的大小。而由经验确定的加工余量往往偏大。故这种方法多在单件小批生产中采用。（二） 、分析计算法：采用这种方法是在影响因素清楚的情况下，可以获得比较准确的加工余量。而要作到对余量影响因素清楚，必须具备一定的测量手段和掌握必要的统计分析资料。在掌握了各个误差因素大小的条件下，才能进行余量的比较准确的计算。（三） 、查表修正法：这种方法是以生产实践和试验研究材料制成的表格为依据，在查表应用是结合加工实际情况进行修正来确定加工余量。对于本设计加工余量的确定主要采用第三种方法。因为考虑到对于影响加工余量的个个误差因素并不是很清楚，而且也没有一定的测量手段和掌握必要的统计分析资料，所以采用分析计算法是不适合的。而经验法确定的加工余量又往往偏大，所以采用查表修正法是最适合的。二、各工序的加工余量二、各工序的加工余量本设计主要以表格简明机械加工工艺手册表 113-125 为依据来确定加工余量。应用时再结合加工实际情况进行修正，拟定如下：在本设计中由于总加工余量已经在前面确定了,在这里不再重复.其它的确定如下1、第一、第五及第十五个工序的加工:外圆的最终加工为精车,故根据其尺寸选其加工余量为 0.25mm,而粗车后的半精车外圆,选其加工余量为 0.7mm,粗车加工余量选为 1.25mm。 2、第二个工序的加工:端面的加工:端面的加工是为了以后加工燃烧室，所以可以采用一次性加工。机械加工余量则选为 8mm。 3、第三个工序的加工:止口为一次性加工，单边加工余量为 0.7mm。4、第四、第二十一及第二十三工序的加工:销孔的最终加工为细镗，故根据其尺寸选其加工余量为 0.10mm，细镗前的精镗的加工余量可选为 0.25mm，而粗镗的加工余量可选为 1.5mm。5、第六个工序的加工:这个工序的加工方法是钻,故它的加工余量直接由它的孔径来决定。6、第七个工序的加工:这也是一个钻的加工方法, 故它的加工余量也直接由它的孔径来决定。7、第八个工序的加工:对油环槽的加工是采用一次性铣削加工，故它的加工余量由零件和毛坯的尺寸决定，双边余18量为 12.87mm。8、第九个工序的加工：对这个位置的加工采用的是一次性加工，环岸的双边余量为 2.4mm。9、第十个工序的加工: 对梯形槽的加工是采用一次性铣削加工，故它的加工余量由零件和毛坯的尺寸决定，双边余量为 12.3mm10、第十二个工序的加工: 对镶圈槽的加工也是采用一次性铣削加工，故它的加工余量由零件和毛坯的尺寸决定，双边余量为 11.81mm 11、第十三个工序的加工：对镶圈槽的加工仍是采用一次性铣削加工，故它的加工余量由零件和毛坯的尺寸决定，双边余量为 12.07mm 12、第十四个工序的加工：镶圈槽槽底的加工也是一次性加工，镶圈槽槽底的双边欲来年感为 1mm，镶圈槽槽底的双边余量为 1.5mm。 13、第十六和十八个工序的加工：燃烧室的最终加工采用精车，精车余量选为 0.48mm，粗车的加工余量 23mm。14、第十九及第二十个工序的加工：气门内、外槽的加工均采用一次性铣削加工，加工余量均为 7.44mm。15、第二十个工序的加工：销孔外端挡圈一次性车削完成，加工余量为 3.318mm。以上对于加工余量的确定只是初步确定,还有待进一 步的检验与修正。三、工序尺寸与公差的确定三、工序尺寸与公差的确定（一）工序尺寸与公差的确定安排可按如下方法进行：1、确定各加工工序的加工余量。2、从终加工工序开始，即从设计尺开始，到第一道终加工工序，依次加上每次加工余量，可分别得到各工序基本尺寸。3、除终加工工序外，其它各加工工序按各自所采用加工方法的加工经济精度确定工序的尺寸公差。4、填写工序尺寸并按“人体原则”标注工序尺寸公差。上面所说的“人体原则”是指对被包容尺寸（轴的外径，实体长、宽、高） ，其最大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差为零。对包容尺寸（孔的直径、槽的宽度） ，其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差为零。毛坯尺寸按双向或不对称偏差形式标注。5、当工艺基准无法同设计基准重合等情况下，确定了工序余量后，需通过工艺尺寸链进行工序尺寸和公差换算。（二）具体的计算如下：191、对外圆的加工：半精车： 139.80.25140.05mm粗车： 140.050.7140.75mm毛坯: 140.751.25142mm2、对销孔的加工：精镗： 50.760.150.66mm粗镗： 50.660.2450.42mm把粗镗的加工余量休整为 1.42mm,则:毛坯: 50.421.4249mm 3、对燃烧室的加工：因为燃烧室的最后尺寸 136.020.09 不能直接测量，所以要通过尺寸链的换算尺寸链 1基本尺寸为：A0160.5136.0223.48mm 上偏差为： 012()()()0.28ES AES AEI A 下偏差为：012()()()0.28EI AEI AES A 这样精车完全满足这样的精度要求。其余的工序都是一次性加工，在这就不再一一计算.(三)公差的选择：查简明机械加工工艺手册表 15-19 有：1、外圆的加工：外圆的直径处于120180mm 的范围，故选粗车： IT12-IT13 公差 420m。半精车： IT10 公差 160m。精车： IT7 公差 40m。 2、销孔的加工：销孔的直径粗加工时处于3050mm 的范围，故选粗镗： IT12-IT13 公差 320m半精加工时处于5080mm 的范围，故选精镗： IT8 公差 46um细镗： IT6 公差 19um 3、油孔的加工：油孔的直径范围为36mm， 故选20钻孔： IT1213 公差 75um4、槽的加工：槽的圆柱直径范围为120180mm， 故选 四个环槽： IT10 公差 160其余公差见工艺过程卡,另外毛坯公差由机械加工余量手册表 1-4，4-1 查得，就不再一一列出。（四）各种加工方法所能达到的表面粗糙度：查机械加工工艺手册表 5.2-6 有：粗车： Ra520m半精车： Ra1.2510m粗镗： Ra520m半精镗： Ra2.510m圆柱铣刀粗铣： Ra2.520m 圆柱铣刀精铣： Ra0.635m钻孔： Ra1.2520m（五）主要工序汇总，如表 2表 2 工序余量、公差表 计量单位： mm工序基本尺寸与偏差工序名称工序余量（mm）工序公差基本尺寸（mm）上偏差（mm）下偏差（mm）精车外圆0.25IT8139.80-0.025半精车外圆0.7IT11140.050-0.063粗车外圆3IT12-13140.750-0.25细镗销孔0.1IT650.76+0.0190精镗销孔0.24IT850.66+0.0460粗镗销孔1.42IT12-1350.42+0.190精车燃烧室0.48（休整后）IT8136.020-0.026粗车燃烧室23IT11136.50-0.2注：其余一次性加工的加工余量没有一一列出（详见后附工序卡）2-52-5 确定各工序的工艺装备确定各工序的工艺装备工艺装备的确定包括：机床、夹具、刀具、量具等，以下将分别予以选择确定。21一一、机床的选择：、机床的选择：机床和工装的选择应尽量作到经济合理，使之与被加工零件的生产类型、加工精度和零件的形状尺寸相适应。而机床的选择应考虑以下基本原则：1、机床的加工规格范围应与零件的外部形状、尺寸相适应。2、机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。3、机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应单件小批量生产宜选用通用机床，大批大量生产宜选高生产率的专用机床、组合机床或自动机床。4、机床的选择应与现有条件相适应，作到尽量发挥现有设备的作用，并尽量作到设备负荷平衡。5、各个工序机床的选择根据以上基本原则，查机械制造工艺设计手册表 4-14-20 并结合实际情况对机床的选择如下：（1） 、车外圆及端面:外圆最终的端面圆的同轴度为 0.02mm,外圆的最大直径为 142mm,整个工件总长为 164mm。最终要求内轴孔圆柱度公差为 0.013mm。故可选 CA6140。它的最大加工长度为 750mm，最大加工直径为 400mm，主轴转速的级数为 24，范围为 101400 转/分。其他条件也满足要求（2） 、对止口的加工止口加工可以采用粗车止口专机。（3） 、销孔：销孔与活塞轴向的垂直度为 100：0.055，径向跳动为 0.06，销孔的最大加工直径为 60mm，销孔的最大加工长度为 141mm。故选择镗床 T616，属于卧式镗床，它加工的最大直径为 240mm，主轴转速的级数为 14，范围为 131160 转/分。其他等均满足要求。（4） 、钻斜油孔和直油孔：小孔的直径均为 3.2mm，钻削深度小于 50mm，圆度公差的公差值为 0.04mm。故可选用钻床Z512，属于台式钻床，它的最大钻孔直径 25mm。主轴转速级数为 9，范围为 97140 转/分（5） 、切油环槽、梯形槽及镶圈槽 槽的圆周度为 0.08，径向跳动为 0.005，最大加工直径均为 140mm。故可选用普通车床CA6140，它的最大加工长度为 750mm，最大加工直径为 400mm，主轴转速的级数为 24，范围为101400 转/分。其他条件也满足要求（6） 、车燃烧室：燃烧室的加工为大功率切削，故可选 CA6140。它的最大加工长度为 750mm，最大加工直径为400mm，主轴转速的级数为 24，范围为 101400 转/分。其他条件也满足要求。（7） 、铣气门内、外槽两槽的加工均可采用立式铣床 X51，它的主轴端面至工作台面距离为 30380mm，主轴中心线至床身垂直导轨面距离为 270mm。均满足要求。22（8） 、销孔外端挡圈及倒角可以选用普通车床 C616，它在刀架上最大加工直径为 175mm，主轴转速的级数为 11，范围为451980 转/分。其他条件也满足要求。二、夹具的选择：二、夹具的选择：本设计的夹具均为随床夹具，并且自成系列。车床夹具有 26JC01，26JC02，钻床夹具为油孔钻床夹具。铣床夹具回转铣床夹具 zss1。因此对于夹具的选择不再说明，最后将专门设计一个主要工序的夹具。三、刀具的选择：三、刀具的选择：刀具选择包括刀具的类型构造和材料的选择。主要应根据加工方法、工序应达到的加工精度、粗糙度、工件的材料、生产率、和经济性等因素加以考虑，原则上尽量采用标准刀具，必要时采用各种高生产率的复合刀具。故此根据零件的实际情况，并依据简明机械加工工艺手册表 12-112-48 选择如下下表所示：工序一：YG6 普通外圆车刀 工序二：YG8 普通端面车刀工序三：YG6X 普通外圆车刀 工序四：采用镗床专用镗刀工序五：YG6 普通外圆车刀 工序六：采用直柄麻花钻（GB1436-85）工序七：采用直柄麻花钻（GB1436-85） 工序八：YG6 普通切槽车刀工序九：YG6 普通外圆车刀 工序十：YG6 普通切槽车刀工序十一：YG6 普通外圆车刀 工序十二：YG6 普通切槽车刀工序十三：YG6 普通切槽车刀 工序十四：YG6 普通切槽车刀工序十五：YG6X 普通外圆车刀 工序十六：YG6 普通断面车刀 工序十七：YG6 普通端面车刀 工序十八：YG6X 普通端面车刀工序十九：80 圆柱铣刀（GB1115-85） 工序二十：50 圆柱铣刀（GB1115-85）工序二十一：采用镗床专用镗刀 工序二十二：YG6 普通切环车刀工序二十三：采用镗床专用镗刀刀具参数与零件尺寸相配合，对其中部分参数与刀具说明如下：车刀部分参数：主偏角 Kr：系统刚性好（L/D6） ，加工盘套之类的工件可取 30 度45 度。当切深较小，走刀量大时可取 10 度30 度。副偏角 Kr：精车： 510粗车： 1015粗镗： 1520刃倾角 s：精车、精镗： 04023粗车、粗镗： -5-10（四） 、量具的选择：量具的选择应作到量具的精度应与零件的加工精度相适应。量具的量程应与被测零件的尺寸大小相适应。量具的类型应与被测表面的性质、生产类型、生产方式相适应。同时按量具的极限尺寸选择量仪时还与被测尺寸的公差值，测量精度系数，测量工具和测量方法的极限误差有关。故对于量具的选择按上面所述确定如下：按量具的极限尺寸选择量仪，应保证： T*K式中 T-被测尺寸的公差值 （mm） K-测量精度系数 -测量工具和测量方法的极限误差根据上式并查简明机械加工工艺手册表 128，129选游标卡尺 测量范围 0300mm用途： 测内外径以及长度、高度选深度游标卡尺 测量范围 0200mm用途 测燃烧室的深度及各种孔深选杠杆百分表 测量范围 1018mm用途 测量油孔等的等高 对机床、工夹具及刀具的选择列表如下：表 3 机床、工夹具表 单位： 个序号工序过程技术要求机床工夹具及刀具1粗车外圆表面粗糙度不大于 Ra6.3umCA6140YG6 普通车刀2车端面表面粗糙度不大于 Ra6.3umCA6140YG8 普通车刀3粗车止口打中心孔止口端面对中心线垂直度不大于 0.01，止口锥面与轴心线同轴度步大于 0.2粗车止口专机长三爪卡盘，YG8普通车刀 244粗镗销孔销孔圆柱度不大于 0.16，销孔轴线对止口端面垂直度不大于 100：0.4T616YG8 专用镗刀，销孔量规、止口盘5半精车外圆外圆表面粗糙度 Ra3.2umCA6140YG6 普通车刀6钻直油孔3.2 油孔，6 个，去毛刺Z512直柄麻花钻、钻油孔夹具、游标卡尺7钻斜油孔3.2 油孔，8 个，去毛刺。Z512直柄麻花钻、钻油孔夹具，游标卡尺8切油环槽环槽侧面对裙部轴线的垂直度：300：0.04，槽底与轴线的同轴度不大于 0.04，槽侧粗糙度 Ra0.8CA6140YG6 普通切槽车刀、止口盘，游标卡尺9切环岸及倒角倒角角度为 22 度CA6140YG6 普通车刀、止口盘，游标卡尺10切梯形槽槽底与轴线的同轴度不大于 0.04，槽侧粗糙度 Ra0.8CA6140YG6 普通切槽车刀、止口盘，游标卡尺11半精车头部外圆头部槽底与轴线的同轴度不大于 0.04，头部槽成 45 度，头部外锥度为 1 度 30 分。CA6140YG6 普通车刀，止口盘，游标卡尺12切镶圈槽槽底与轴线的同轴度不大于 0.04，槽侧粗糙度 Ra0.8CA6140YG8 普通切槽车刀、止口座，量规13切镶圈槽槽侧粗糙度 Ra0.8CA6140YG6 普通切槽车刀、止口盘、量规14切镶圈槽槽底 槽底与轴线的同轴度不大于 0.02，环槽、槽宽分别为 2.20.1/1.50.1CA6140G6 普通切槽车刀、止口盘、游标卡尺15精车外圆外圆对轴心线的径向圆跳动部大于 0.1CA6140YG6x 普通车刀，止口盘，千分尺16粗车燃烧室锥度为 35 度上下偏差 10 分CA6140YG8 普通车刀、止口盘、游标卡尺17粗车燃烧室圆角圆角为 R3，端面锥度为 10 度CA6140YG8 普通车刀、止口盘游标卡尺18精车燃烧室燃烧室底半径 R13.5CA6140YG6 普通车刀、止口盘游标卡尺19铣气门内槽X5180 圆柱铣刀，量规，止口座2520铣气门外槽X5150 圆柱铣刀，量规，止口座21精镗销孔销孔轴心线与活塞轴心线垂直度为100：0.055，径向跳动不大于 0.025T616YG8专用镗刀，毛销孔量规22车销孔外端挡圈槽及倒角槽的径向跳动不大于 0.03，平行度不大于0.4，倒角为 0.2*45C616YG8 普通车刀，止口盘，千分尺23细镗销孔滚压面粗糙度 Ra0.63um,销孔圆度不大于0.0015，锥度不大于 0.003T616 V 型夹具，滚击器2-62-6 确定切削用量确定切削用量正确的选用切削用量，对保证产品质量，提高切削效率和经济效益，具有重要的作用。切削用量选择主要依据工件材料，加工精度和表面粗糙度的要求，还应考虑刀具合理的耐用度，工艺系统刚度急机床功率等条件。其基本原则是：（1） 、应首先选择一个尽可能大的切削深度；（2） 、其次选择一个较大的进给量；（3） 、最后在刀具和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度。 （一） 、切削用量的选择方法有：计算法和查表法，本设计基本上采用查表法。考虑以上因素并查简明机械加工工艺手册表 11-111-35 确定如下：1、车削：（1） 、外圆粗车： 双边余量为 1.2mm，取粗车切削深度为 0.6mm。 查表确定 进给量 f=1.25mm/r 切削速度 V=70m/min n=1000v/d 算得 n=156.99r/min 根据机床说明， 取 n=160r/min，此时切削速度为： 由 V=dn/1000 可算得 V=71.34m/min对以后工序切削速度的初选值就不再熬述,直接取其满足机床转速要求的切削速度. 半精车： 双边余量为 0.7mm，取切削深度为 0.35mm。 查表确定 进给量 f=0.45mm/r26 切削速度 V=112.6m/min 由 n=1000v/d 算得 n=250r/min精车： 双边余量为 0.25mm，取切削深度为 0.125mm。 查表确定 进给量 f=0.35mm/r 切削速度 V=143.2m/min 由 n=1000v/d 算得 n=325r/min（2） 、端面 粗车： 单边总余量为 8mm，取粗车切削深度为 4mm。 查表确定 进给量 f=1.5mm/r 切削速度 V=58.76m/min n=1000v/d 算得 n=125r/min（3） 、止口 一次性车削 ： 单边余量为 0.7mm，取车削切削深度为 0.7mm。 查表确定 进给量 f=1.0mm/r 切削速度 V=81.06m/min n=1000v/d 算得 n=200r/min（4） 、油环槽 一次性车削： 双边余量为 12.87mm，取切削深度为 6.635mm。 查表确定 进给量 f=0.35mm/r 切削速度 V=35.4m/min n=1000v/d 算得 n=80r/min（5） 、车环案 一次性车削： 双边余量为 2.4mm，取切削深度为 1.2mm。 查表确定 进给量 f=0.3mm/r 切削速度 V=35.4m/min n=1000v/d 算得 n=80r/min（6） 、车梯形槽 一次性车削： 双边余量为 12.3mm，取切削深度为 6.15mm。 查表确定 进给量 f=0.35mm/r 切削速度 V=35.4in n=1000v/d 算得 n=80r/min（7） 、头部外圆 半精车： 双边余量为 0.7mm，取切削深度为 0.35mm。 查表确定 进给量 f=0.45mm/r 切削速度 V=111.5m/min27 n=1000v/d 算得 n=250r/min（8） 、车镶圈槽 一次性车削： 双边余量为 11.81mm，取切削深度为 5.905mm。 查表确定 进给量 f=0.35mm/r 切削速度 V=30m/min n=1000v/d 算得 n=80r/min（9） 、车镶圈槽 一次性车削： 双边余量为 12.07mm，取切削深度为 6.035mm。 查表确定 进给量 f=0.35mm/r 切削速度 V=30m/min n=1000v/d 算得 n=80r/min（10） 、车镶圈槽槽底 一次性车削： 双边余量为 1.5mm，取切削深度为 0.75mm。 查表确定 进给量 f=0.35mm/r 切削速度 V=30m/min n=1000v/d 算得 n=80r/min（11） 、燃烧室 粗车： 查表确定 进给量 f=0.04mm/r 切削速度 V=55.4m/min n=1000v/d 算得 n=250r/min精车： 查表确定 进给量 f=0.03mm/r 切削速度 V=88.7m/min n=1000v/d 算得 n=400r/min2、镗削：（1）销孔粗镗： 双边余量为 1.5mm，取切削深度为 0.75mm。 查表确定 进给量 f=0.9mm/r 切削速度 V=120m/min n=1000v/3.14d 算得 n=800r/min精镗： 双边余量为 0.25mm，取切削深度为 0.125mm。 查表确定 进给量 f=1.2mm/r 切削速度 V=125m/min n=1000v/3.14d 算得 n=800r/min细镗： 双边余量为 0.1mm，取切削深度为 0.05mm。28 查表确定 进给量 f=1.5mm/r 切削速度 V=127.3m/min n=1000v/3.14d 算得 n=800r/min3、钻削 （1）斜、直油孔 一次性钻削： 查表确定 进给量 f=0.15mm/r 切削速度 V=16.2m/min n=1000v/d 算得 n=1610r/min4、铣削；（1）铣气门外槽一次性铣削： 单边余量为 7.44mm，取切削深度为 7.44mm。 查表确定 进给量 0.30mm/r 切削速度 V=23m/min n=1000v/3.14d 算得 n=90r/min（2）铣气门内槽一次性铣削： 单边余量为 7.44mm，取切削深度为 7.44mm。 查表确定 进给量 0.30mm/r 切削速度 V=23m/min n=1000v/3.14d 算得 n=145r/min2-72-7 工序时间的计算工序时间的计算所谓时间定额是指在一定条件下完成一道工序所需要消耗的时间。它是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量、人员编制以及规划生产面积的重要依据。 时间定额订的过紧，容易导致忽视产品质量的倾向，或者会影响工人的主动性、创造性和积极性。时间定额订的过松又起不到指导生产和促进生产发展的积极作用。因此合理的制订时间定额对保证产 品质量、提高劳动生产率、降低成本都是十分重要的。（1） 、工时定额的基本组成单件工时定额由下列公式组成 （2-7-1）zajfwxTTTTTTK式中 铺助时间，为保证基本时间的完成进行的辅助动作所消耗的时间。如装卸工fT件、操作机床、测量、改变切削用量等。可从有关表格中查取，也可按 估fT j（0. 150. 20）T算。工作地点的服务时间，如调整和更换刀具、修砂轮、润滑檫试机床，清除切wT29屑等。一般可按（0.020.07）（）计算。jfTT休息时间，可按 0.02（）计算。xTjfTT准备终结时间，成批生产时间，每加工一批之前工人要熟悉工艺文件、领取zT毛坯、领取和安装工艺装备、调整机床等，加工终了时拆下和归还工装，送成品等。在大批量生产中，每个工作地点常期固定完成一道工序内容，故单件定额中不计入。zT基本时间，对机床加工工序来说，就是机动时间。它是直接改变生产对象的jT形状、尺寸、表面质量等消耗的时间。 基本时间和工序时间之和称为工序时间，以 Tg表示。即： （2-7-gjfTTT2）（二） 、现在根据技术时间定额的组成确定工序的时间定额： 1、工序一基本时间 （2-7-3）jTjLTifn (2-7-4)123Lllll 带入数据得10.67minjT 其中：刀具的行程长度（mm）L主轴每转刀具的进给量（mm/r）f进给次数i机床主轴每分钟转数（r/min）n加工长度（mm）l刀具的切入尺寸（mm）1l刀具的切出尺寸（mm）2l试切附加长度（mm）3l辅助时间 辅助时间按 估算fTfT j（0. 150. 20）T在这里取系数为 0.1830则 工序时间为 （2-7-5）gT1.18ggTT带入数据可得 10.791mingT2、工序二 基本时间 jTjLTifn （2-7-6）11232ddLlll 带入数据得 20.43minjT其中： 端面外径（mm）d 端面内径（mm）1d辅助时间 辅助时间按 估算fTfT j（0. 150. 20）T在这里取系数为 0.17 则 工序时间为 （2-7-7）gT1.17gjTT带入数据可得 20.503mingT 3、工序六基本时间 jTjLTifn （2-7-8）12Llll 带入数据得 60.15minjT工序时间 按公式 2-7-7 估算gT 带入数据可得 60.176mingT带入数据可得 80.614mingT4、工序十九 31 基本时间 （2-11-9） jT12jMZMZlllLTiiff 带入数据得 192.04minjT其中： 水平进给量（mm） 。MZf工序时间 按公式 2-7-7 估算gT 带入数据可得 192.387mingT 把切削用量和工时定额列表如下：表 4 切削用量及工时定额表 单位： 工序号工序名称切削深度 ap（mm）进给量 f（mm/f）切削深度 v（m/min）基本时间Tj（min）工序时间Tg（min）15粗车外圆0.61.2571.340.670.79120车端面41.558.760.430.50325车止口0.71.081.060.570.67330粗镗销孔0.750.91200.740.86635半精车外圆0.350.45112.61.061.25140钻斜油孔0.1516.20.150.17645钻直油孔0.1516.20.130.15350切油环槽6.6350.3535.40.520.61455车环岸及倒角1.20.335.41.722.01260切梯形槽6.150.3535.40.941.1165半精车头部外圆0.350.45111.51.041.21770切镶圈槽5.9050.35300.971.13575切镶圈槽5.0350.35300.971.13580切镶圈槽槽底0.750.35300.720.853285精车外圆0.1250.35143.21.151.34690粗车燃烧室0.0455.41.832.141100精车燃烧室0.0388.71.651.931105铣气门内槽80.3232.042.387110铣气门外槽80.3231.832.141115精镗销孔0.1251.21251.431.673120车销孔外端挡圈及倒角1.50.32301.421.661125细镗销孔0.051.5127.31.221.427第三章第三章 钻油孔夹具设计钻油孔夹具设计3-13-1 工件的定位方案工件的定位方案1、工件的定位油孔的加工是在与销孔所在的半曲面相垂直的活塞两个半曲面上分别钻出个直油孔，如图4 所示。为保证油孔中心与止口面的长度精度要求，要限制的自由度为 X 轴的平动及 Y 轴和 Z 轴的转动，为保证油孔间的角度，要限制的自由度为 Z 轴的平动及 X 轴的转动。故选用典型的孔定位方法，定位元件为心轴(即图 5 中的拉头)与圆柱定位销的配合使用，其中，心轴限制 Y 轴和 Z 轴的平动与转动 4 个自由度，圆柱定位销限制 X 轴的平动与转动个自由度。选择孔为定位基准。心轴和圆注定位销的直径由活塞的内孔直径和销孔直确定。33图 4 直油孔工序图2、定位误差的分析与计算本设计是采用孔定位，因而可能产生的误差是元件的销孔与定位销之间的间隙引起的误差。根据机械制造装备设计第 265 页可查最大间隙公式为= Dmax- dmin = + x + g （3-1-1）式中 Dmax 定位孔最大直径；dmin 定位销最小直径； 销有孔的最小间隙；x 销的公差；g 孔的公差。由于销与孔之间有间隙，工件安装时孔中心可能偏离销中心，其偏离的最大范围是以 为直径，以销中心为圆心的圆。若定位时让工件始终靠紧销的一侧，即定位以销的一条母线为基准，工件的定位误差公为g本设计选用的活塞销孔最大直径为 Dmax = 26.762mm + 0.003mm = 36.765mm，查机械设计手册可知定位销可选用国标件 GB/T119-1986。其直径为 d = 26mm，其长度选定为 L = 108mm。所以其定位误差最大间隙由公式 3-1-1 得： = Dmax - dmin = 26.765mm 26mm = 0.765mm3-23-2 工件的夹紧方案工件的夹紧方案夹紧机构在夹具设计中占有很重要的地位，一个夹具在性能上的优劣，除了从定位性能上加以评定外，还必须从夹紧机构的性能上来考核，如夹紧机构的可靠性、操作方便性。夹紧机构的复杂程度也基本上决定了夹具的复杂程度。1、夹紧机构设计应满足的要求设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：1） 夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位，2） 工件和夹具的变形必须在允许的范围内，3） 夹紧机构必须可靠，4） 夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯，5） 夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。同时还必须确定夹紧力，而夹紧力包括方向、作用点、和大小三个因素，这是夹紧机构设计首先要解决的问题。其中夹紧力方向以及作用点的确定原则为1） 、夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面，342） 、夹紧力的方向应与工件的刚度高的方向一致，以减少工件的变形，3） 、夹紧力的方向应尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力，夹紧力作用点的选择原则如下1） 、夹紧力的作用点应与支撑点“点对点”对应，或在支撑点确定的区域内，2） 、夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位，3） 、夹紧力的作用点和支撑点应尽可能靠近切削部位，4） 、夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。2、夹紧机构及夹紧力的确定本设计中，夹紧机构选用最常用的螺旋夹紧机构；加工这个工件时它采用夹紧工件的劳动强度也不是很大，为节约成本，动力装置采用手动夹紧机构。如图 5 所示。此时夹紧力的方向也符合“夹紧力的方向应用有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面”的原则。而夹紧力的作用点处于图 5 中 10.销处。止口盘的尺寸应选用和活塞止口处尺寸相符，采用 H7/G6 配合。3、夹紧力的计算根据机械加工工艺手册可查偏心夹紧的夹紧力的计算公式为 （3-2-1）2121tan()tan2QLWdr式中 W 夹紧力 NQ 原始作用力 NL 作用力臂 mm 螺纹中径 mm2d 螺纹升角（ ） 螺纹处磨擦角（ ）1 螺纹端部与工件（或压块）的磨擦角（ ）2 螺纹庙疗与工件（或压块）的当量磨擦半径 mmr螺纹形状选用三角螺纹，取螺纹公称直径 d = 16mm，螺纹中径为 d 2= 14.701，作用力臂 L = 190mm，原始作用力 Q = 20N。其余尺寸查机械加工工艺手册表 63-5、63-6、63-7、63-8 可得，代入工公式 3-2-1 可算得W = 1600N工件加工完成以后，为方便取出活塞零件，故增加了弹簧。根据机械设计手册表 261-1、261-11 可知，该弹簧选用国标件 GB/T13581993，弹簧半径 D = 20mm，弹簧材料截面直径 d = 4mm，有效圈数 n = 12.5，长度 H = 65mm，一圈弹簧的刚度 K= 316N/mm。弹簧的预紧压缩量为0，夹紧工件后的压缩行程 S = 0.2mm，故弹簧产生的力 q = n*K*S = 12.5*316N/mm*0.2mm = 190N。所以本夹具的夹紧力 F = W - q = 1600N 190N = 810N。353-33-3 夹具其它装置的设计夹具其它装置的设计1、孔加工刀具的导向装置刀具的导向是为了保证孔的位置精度 ，增加钻头和镗杆的支承以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加式的位置精度。本设计中所选导向装置是可换钻套。如图 3-1。可换钻套是先把衬套用过盈配合 H7/r6 固定在钻模板上，再采用间隙配合 H7/g6 将可换钻套装入衬套中，并用螺钉压住钻套。这种钻套更换方便，适用于成批加工。2、分度盘油孔所在的两个面是左右对称分布的，为了在一次装夹的情况下完成两个面的加工，安排了分度盘。分度装置的基本形式主要是指由分度盘和分度定位器所组成的分度副的形式。分度装置的工作精度也主要取决于分度副的结构和制造精度。本夹具要求的是轴向分度，可初步拟定为一圆销对定，原因是圆销对定结构简单、制造容易。分度副间有污物时，不直接影响分度副的接触。缺点是无法补偿分度副间的配合间隙对分度精度的影响。分度板孔中一般压入耐磨衬套，与圆柱定位销采用 H7/G6 配合。分度盘上均匀分布三个销孔，用于加工对称分布的 6 个直油孔。分度盘的通过转动手柄转动。分度对定的操纵机构形式采用齿条式。 （见夹具装配图）3、联接销、夹紧螺钉及挡圈的设计查机械设计手册表 25.4-1 和表 25.4-3 可知，联接销可选用 GB/T1191986；查机床夹具设计手册表 2-197 可知，夹紧螺钉可选用 GB216180；查机床夹具设计手册表 2-1-116 可知，垫圈可选用 GB216380。 （具体见夹具装配图）4、夹具体的设计夹具提是夹具的基础件。在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件，机构和装置等，设计时应满足以下要求。1） 、应有足够的强度和刚度保证在加工过程中，夹具体在夹紧力的作用下，不致产生不允许的变形和振动。2） 、结构简单，具有良好的工艺性在保证强度和刚度的条件下，力求结构简单，体积小，重量轻，特别是对于移动或翻转夹具，其重量不应太大，以便于操作。3） 、尺寸要稳定 对于铸造夹具体，要进行时效处理，对焊接夹具体，要进行退火处理，以消除内应力，以保证夹具体加工尺寸的稳定。4） 、便于排屑为防止加工中切屑积在定位元件工作表面或其他装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，在设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。具体设计如下：1） 、夹具体的毛坯结构在选择夹具体的毛坯结构时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂36的具体条件为依据综合考虑。根据夹具的工作条件和受力情况，本夹具的毛坯采用铸造结构可满足要求。2） 、夹具体外形尺寸的确定夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体设计，一般不作复杂的计算。通常都是参照类似的夹具结构，按经验类比法估计确定。实际上在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置以及其他辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。根据机床夹具设计手册表 1-9-2 夹具体结构尺寸的经验数据。 （具体见夹具图）3-43-4 钻油孔夹具的工作原理钻油孔夹具的工作原理如图 5 所示，钻活塞油孔工作循环为：1 为拉头，25 为定位销，它们是用来确定活塞的固定位置。当活塞装好后，通过旋转夹紧手柄 17，使螺杆 16 带动拉头向右移动，从而带动活塞一起向右运动，配合止口盘，拉紧活塞。调节调整螺钉 20 定位分度盘，开始铣第一个油孔；当加工完第一个气门槽后，这时旋转分度手柄 18，带动主轴 24，从而带动了分度盘旋转，使活塞转动到第二个油孔的加工位置，此时加工第二个油孔。如此循环，直至 3 个直油孔加工完毕后，旋转夹紧手柄 17，使螺杆 16 向左移动，在弹簧 12 的作用下松开活塞，再旋转活塞加工另一个半曲面上的三个直油孔，完成此道工序结束。2134567891210131415161718242511192021222337图 5 夹具装配图1.拉头 2.衬套 3.钻套 4.螺钉 5.钻模板 6.止口盘 7.分度盘 8.垫圈 9.螺钉 10.销 11.销 12.弹簧 13.衬套 14.夹具体 15.键 16.螺杆 17.夹紧手柄 18.分度手柄 19.垫圈 20.调整螺钉 21.弹簧 22.定位轴 23.衬套 24.主轴 25.定位销38第四章第四章 铣气门夹具设计铣气门夹具设计4-14-1 基本概念基本概念一、机床夹具的基本功能和要求一、机床夹具的基本功能和要求机床夹具的功能包括：(1)保证加工精度。(2)提高生产率。(3)扩大机床的使用范围。(4)减轻工人的劳动强度，保证生产安全。二、机床夹具应满足的要求二、机床夹具应满足的要求机床夹具应满足的基本要求包括下面几个方面：（1）保证加工精度。（2）夹具的总体技术方案应与生产纲领相适应。（3）安全、方便、减轻劳动强度。（4）排屑顺畅。（5）具有良好的强度、刚度、工艺性。根据对机床夹具的基本要求，在设计过程中同时也要考虑夹具的结构工艺性。在下面将车大孔以铣两耳的夹具设计如下。4-24-2 工件的定位方案工件的定位方案一、定位方式和定位元件一、定位方式和定位元件根据前面的生产工艺，活塞是以止口为定位基准，是以平面定位的定位基准，为了与止口相合，采用止口盘为定位元件。如图 6：图2图3图 639工件定位基准面与止口盘的下平面接触，限制了沿 X 轴、Y 轴和 Z 轴的移动三个自由度；止口与止口盘的上平面接触，限制了绕 X 轴和 Y 轴的转动两个自由度；止口与止口盘之间的摩擦限制了绕 Z 轴转动的自由度。工件的六个自由度全被限制，为完全定位。二、定位误差分析计算二、定位误差分析计算机械加工过程中，产生加工误差的因素很多。在这些因素中，有一项因素与机床夹具有关。使用夹具是，加工表面的位置误差与夹具在机床上的对定及工件在夹具中的定位密切相关。为了满足工序的加工要求，必须使工序中各项加工误差之和等于或小于该工序所规定的工序公差。 （4-2-jwg1）式中 与机床夹具有关的加工误差；j 与工序中除夹具外其他因素有关的误差；w 工序公差。g与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示 j （4-2-2）.jD AD Wj jw . zj . m+式中： 夹具相对于机床成形运动的位置误差；w . z 夹具相对于刀具位置的误差；D . A 工件在夹具中的定位误差；D . W 工件在夹具中被夹紧时产生的夹紧误差；j . j夹具磨损所造成的加工误差。j . m由式（4-2-1）可知，使用夹具加工工件时，应尽量减少与夹具有关的加工误差，在保证工序加工要求情况下，留给加工过程中其他误差因素的比例大一些，以便较易控制加工误差。由（4-2-2）式可知，正确地计算出工件在夹具中的定位误差和减小其他各项误差，是设计夹具时提高精度的关键所在。下面计算一下定位误差，其他各项暂不考虑。止口盘为平面定位方式，则 （4-2-3）0d. w (下) （4-2-4）D . W (上) =0.06mm4-34-3 工件的夹紧方案工件的夹紧方案一、夹紧装置的组成和基本要求一、夹紧装置的组成和基本要求在机械加工过程中，工件将受到切削力、离心力、惯性力等外力的作用。为了保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠地夹紧。40（一） 、夹紧装置的组成典型的夹紧装置，是由下列几个部分组成。1、中间递力机构。中间递力机构是介于力源和夹紧元件之间的传力机构。它把力源装置的夹紧作用力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。一般递力机构可以在传递夹紧作用力过程中，改变夹紧作用力的方向和大小。本夹具设计为了一压杆形式和拉头的组合递力机构。2、夹紧元件与夹紧机构。夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作。本夹具的设计根据零件的特点设计螺旋夹紧装置。样式见总装配图。（二） 、夹紧装置的基本要求1、在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支撑。2、夹紧力的大小要适当、可靠。既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。3、夹紧装置应操作安全、方便、省力。4、夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量想适应。二、夹紧力的确定二、夹紧力的确定（一） 、实际所需夹紧力的的计算本夹具是为铣活塞气门外槽用的，由手册上查得圆柱铣刀对铝合金的加工是铣削力的计算公式为 （4-3-1）0.860.720.86ppzPFC afDBZK代入数据可算得铣削力 =0.860.720.86167*80*0.3580*0.35*10*0.422= 544.44N式中： F切削力（N） ； 在用高速钢（W18Cr4V）铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数；pC 铣削深度（mm） ，指铣刀刀齿切入和切出工件过程中，接触弧在垂直走刀方向平pK面中测得的投影长度； 每齿进给量（mm） ；zf D铣刀直径（mm） ； B铣刀宽度（mm） ； n铣刀每分钟转速； z铣刀的齿数； 用高速钢（W18Cr4V）铣削时，考虑工件的机械性能不同的修正系数。对于铸件：pK=。代入数据可得：pK0.55190HB =0.422pK实际所需夹紧力的计算是一个很复杂的问题，一般只能作粗略估算。为了简化计算，在设计41夹紧装置时，可只考虑切削力对夹紧的影响，并假定工艺系统是刚性的，切削过程稳定不变。 由于工件是以平面定位，夹紧力与切削力垂直，则 （4-3-2） 12*KKFWNuu 式中： 实际所需夹紧力（N） ；KW F切削力（N）夹紧元件与工件间的摩擦因数；1u工件与夹紧支撑面间的摩擦因数；2uK 为安全系数。K 的计算可按下式计算 （4-3-3）012346KK K K K K K代入数据得： K=1.728 若安全系数 K 的计算结果小于 2.5 时，取 K=2.5 代入以上结果到式（4-3-2）可得 425.32KWN螺旋夹紧机构几其源动力与实际所需夹紧力之间的关系为： （4-3-4）001KlWWL n 012tantanQZMWrr代入数据可得： = 2266.32NQM式中： 原动力通过螺母施加在压杆上的力（N） ；0W 原动力（N） ；QM r螺杆端部与压杆之间的当量摩擦半径（mm） ，其值视螺杆端部的结构形式而定。 螺杆端部与压板间的摩擦角（） ；1 螺纹中径之半（mm） ；Zr 螺纹升角（） ； 螺旋副的摩擦角（） 。2三、对夹紧装置涉及到的标准件的选取：三、对夹紧装置涉及到的标准件的选取：对压紧螺栓处的销（削 1）的选取: 由表 6-2 查得，公称直径d=12mm,长度 l=50mm,材料为 35 钢,热处理硬度 HRC2838,表面氧化处理的 A 型圆柱销.标注为销GB119-86-A1250. 对压杆转轴处的销（销 20）的选取: 由表 6-2 查得， 公称直径 d=10mm,公称长度为 l=32mm,材料为 35 钢,热处理硬度 HRC2838, 表面氧化处理的 A 型圆锥销.标注为销 GB119-86-A1018.对压紧螺母的选取：由夹具设计手册表 2-1-77 查得，选一材料为 45 钢，热处理后硬度为 HRC3540 的球面带肩螺母，标注为：螺母 AM16GB2149-80。由表 1-2-25 查得它能产生的夹紧42力为 7870N，远远满足要求。对压紧螺栓的选取：由夹具设计手册表 2-11-111 查得，选一材料为 45 钢，热处理头部H 长度及螺纹，热处理后硬度为 HRC3540 的球头螺栓，标注为：螺栓 AM1670GB2164-80。对于压紧螺母处垫圈的选取：由夹具设计手册表 2-11-119 查得，选一材料为 45 钢、锐边倒钝、表面发蓝、热处理后硬度为 HRC4045，杆径为 16 的球面垫圈。如图 7：图 7主要尺寸为：D=30m，d=19.5mm，h=5.5mm，h1=1.3mm，R=22mm。止口盘是通过压紧螺钉与分度盘连在一起的，根据表 2-1-92，选一 d=M8，L=25mm 的 A 型六角头压紧螺钉。标注为： AM825GB2161-80。4-44-4 分度装置设计分度装置设计 分度装置的基本形式主要是指由分度盘和分度定位器所组成的分度副的形式。分度装置的工作精度也主要取决于分度副的结构和制造精度。本夹具要求的是轴向分度，可初步拟定为一圆销对定，原因是圆销对定结构简单、制造容易。分度副间有污物时，不直接影响分度副的接触。缺点是无法补偿分度副间的配合间隙对分度精度的影响。分度板孔中一般压入耐磨衬套，与圆柱定位销采用配合。分度盘上均匀分布四个销孔，用于加工四个气门槽。分度盘的用三个手柄转76Hg动。分度对定的操纵机构形式采用齿条定位器。如图 8。齿条定位器中定位销的技术要求：（1） 材料：T7A。（2） d 圆的 D3圆的径向跳动不大于 0.01mm。（3） 齿形压力角为 20，与件 2 齿合。（4） 热处理：淬火 HRC5560。43 35H图 8参考机床夹具设计手册表 2-1-72 对齿条式定位器的规格和主要尺寸选定如表 5 表 6表 5：单位： mm44表 6 定位器的主要零件 单位：齿条定位器中轴的技术要求：（1） 材料：45。（2） 齿形压力角为 20；精度为 8-Dc；与件 1 齿合。（3） 锐边倒钝。（4） 热处理：淬火 HRC4348。长度上不淬火。齿条定位器中销套的技术要求：（1） 材料：20。（2） 螺纹按 3 级精度制造。（3） 内圆对外圆的径向跳动不大于 0.01mm。（4） 热处理：渗碳深度 0.81.2mm，螺纹处去碳层，淬火 HRC5560.4-54-5 夹具体的设计夹具体的设计夹具体是夹具的基础件。在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件，机构和装置等，设计时应满足以下要求。主要尺寸D（H7/g6）D（H9/f9）D1（H7/n6） 2DhHL1Ll1l2l3l162530363.52062.51201222228件号12345678名称定位销轴销套弹簧螺塞螺钉手柄销数量11111111标准或参考页数361361363494GB2250-80320483GB117-86尺寸A1625140301.21260AM241.5M610100426451、应有足够的强度和刚度 保证在加工过程中，夹具体在夹紧力的作用下，不致产生不允许的变形和振动。2、结构简单，具有良好的工艺性在保证强度和刚度的条件下，力求结构简单，体积小，重量轻，特别是对于移动或翻转夹具，其重量不应太大，以便于操作。3、尺寸要稳定对于铸造夹具体，要进行时效处理，对焊接夹具体，要进行退火处理，以消除内应力，以保证夹具体加工尺寸的稳定。4、便于排屑为防止加工中切屑积在定位元件工作表面或其他装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，在设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。一、夹具体的毛坯结构一、夹具体的毛坯结构在选择夹具体的毛坯结构时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。根据夹具的工作条件和受力情况，本夹具的毛坯采用铸造结构可满足要求。二、夹具体外形尺寸的确定二、夹具体外形尺寸的确定夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体设计，一般不作复杂的计算。通常都是参照类似的夹具结构，按经验类比法估计确定。实际上在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置以及其他辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。根据机床夹具设计手册表 1-9-2 夹具体结构尺寸的经验数据及表 1-9-3 夹具体座耳尺寸两表可初步拟订夹具体的尺寸。 （见夹具体零件图）三、夹具体的排屑结构三、夹具体的排屑结构为了便于排除切屑，不使其积聚在定位元件工作表面上而影响工件正确定位，一般在设计夹具体时，应采取必要的措施。参阅机床夹具设计手册表 1-9-4，采用切屑自动排除结构。 （见夹具体零件图）四、夹具体的找正基准四、夹具体的找正基准有时为了夹具找正方便，可在夹具体上专门加工出找正用基准，用以代替对元件定位面的直接测量，但元件定位面与找正基准间要有严格的相对位置要求。4-64-6 铣气门夹具的工作原理铣气门夹具的工作原理铣活塞气门内槽回转铣床夹具原理图，如图 9 所示。其工作循环为：5 为心棒，用来确定活塞的固定位置。活塞的轴向定位由止口盘 3 确定，当活塞装好后，拧紧螺母 2，通过压杆 1，使拉杆 5 向下移动，拉杆又通过心棒带动活塞一起向下，从而拉紧活塞，开始铣第一个气门槽；当加工完第一个气门槽后，通过齿轴 10 和调整螺钉使定位销 8 向下移动，从而可通过受柄 3 转动分度46盘 9 转到第二个槽加工位置，再通过齿轴 10 和调整螺钉 11 向上移动定位销 8，加工第二个气门槽。如此循环，直至四个气门槽加工完毕后，松开螺母 2，在弹簧 7 的作用下活塞开，活塞即可卸下，此道工序结束。789101164352图 9471、压杆 2、 螺母 3、 受柄 4、 止口盘 5、 心棒 6、拉杆 7 、弹簧 8、定位销 9 、分度盘 10、齿轴 11、调整螺钉结束语结束语毕业设计是对大学四年所学知识的回顾，总结与扩展应用。刚开始接到该课题设计，并没有很深的想法，按照任务书上所规定的大概地去查找了好些相关资料，认为也就如此。直到自己认真地去审视每一部分，才发现想要把各部分联系起来作为一个总体，难度顿时提高了许多倍，才发现除了要有过硬的专业知识，应用与总体思维是多么重要。设计的过程伴随思维与心情的反复变化,在客观条件受限下,应该沉稳对待,切忌浮躁,按照自己的时间制定计划作好设计的每一步。从这次毕业设计中,我学到了许多以前没有学到的东西,充实了自己, 让我对整个大学里学的关于制造类的课程有了个全面的融会贯通.本设计还让我体会到了一种创新的重要性。在这里,我首先要感谢的是我的指导老师周立教授,在我设计碰到难题的时候，每次他都认真的、耐心的指导我，细心的讲解。使我把设计中碰到的都难题解决了。可以说没有周老师的细心指导，我的毕业设计是搞不完的，特在这里表达我衷心的谢意。同时，在设计过程中，我的同学也给与了我许多的帮助，在这也谢谢大家！设计：曾建峰 2007 年 5 月 48参考文献参考文献1 徐灏.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2001，第二版2 王光斗、王春福.机床夹具设计手册M.上海：上海科学技术出版社，2000，第三版3 孟少农.机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，1991，第 1、2 卷4 徐圣群.简时机械加工工艺手册M.上海：上海科学技术出版社，19915 陆名彰.机械制造技术基础M.湖南：湘潭工学院，20006 孙本绪、熊万武.机械加工余量手册M.北京：国防工业出版社，19997 冯辛安.机械制造装备设计M.北京：机械工业出版社，20038 周凤云.工程材料及应用M.湖北：华中科技大学出版社，2002，第二版9 大连理工大学工程画教组.机械制图M.北京:高等教育出版社，2000，第四版10 廖念钊、莫雨松.互换性与技术测量M.北京:中国计量出版社，200211 禹金云、吴晓.材料力学M.湖南:中南工业大学出版社，199812 邱宣怀.机械设计M.北京:高等教育出版社，200213 王绍俊.机械制造工艺设计手册M.北京:机械工业出版社,1985 14 唐保宁,高学满.机械设计与制造简明手册M.上海:同济大学出版社,1993.15 顾崇锨.机械制造工艺学M.陕西:陕西科学技术出版社,1989.49附件：附件：模具高速铣削加工技术模具高速铣削加工技术摘 要 介绍了高速铣削在模具加工中的应用以及影响，并简要的介绍了高速铣削机床的结构、控制系统和刀具。对高速加工的工艺进行了简单的分析。关键词 高速铣削；模具加工一、 前言在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高，塑件内部结构设计得越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，相应的模具结构也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM 软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中。数控高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。相对于传统的切削加工，其切削速度、进给速度有了很大的提高，而且切削机理也不相同。高速切削使切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%40%，切削力降低了 30%，刀具的切削寿命提高了 70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加了，切削时间减少了，加工效率提高了，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小50量快进使切削力减少了，切屑的高速排出减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬钢件(HRC45HRC65)的加工过程中，采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，从而避免了电极的制造和费时的电加工，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。对于一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速铣削也可顺利完成，而且在高速铣削 CNC 加工中心上，模具一次装夹可完成多工步加工。高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火铣削加工热处理磨削”或“电火花加工手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在 EDM 电极加工、快速样件制造等方面也得到了广泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可节省模具后续加工中约 80%的手工研磨时间，节约加工成本费用近 30%，模具表面加工精度可达 1 m，刀具切削效率可提高 1 倍。二、 高速铣削加工机床高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着 CNC 技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。1. 高稳定性的机床支撑部件高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。大部分机床都采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部件材料，有的机床公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和热稳定性，这不但可保证机床精度稳定，也可防止切削时刀具振颤。采用封闭式床身设计，整体铸造床身，对称床身结构并配有密布的加强筋等也是提高机床稳定性的重要措施。一些机床公司的研发部门在设计过程中，还采用模态分析和有限元结构计算等，优化了结构，使机床支撑部件更加稳定可靠。2. 机床主轴高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重要条件。高速切削机床主轴的转速范围为10000100000m/min，主轴功率大于 15kW。通过主轴压缩空气或冷却系统控制刀柄和主轴间的轴向间隙不大于 0.005mm。还要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能(即具有极高的角加减速度)，因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、热压氮化硅（Si3N4）陶瓷轴承磁悬浮轴承式等结构形式。润滑多采用油气润滑、喷射润滑等技术。主轴冷却一般采用主轴内部水冷或气冷。3. 机床驱动系统51为满足模具高速加工的需要，高速加工机床的驱动系统应具有下列特性：(1) 高的进给速度。研究表明，对于小直径刀具，提高转速和每齿进给量有利于降低刀具磨损。目前常用的进给速度范围为 2030m/min，如采用大导程滚珠丝杠传动，进给速度可达 60m/min；采用直线电机则可使进给速度达到 120m/min。(2) 高的加速度。对三维复杂曲面廓形的高速加工要求驱动系统具有良好的加速度特性，要求提供高速进给的驱动器(快进速度约 40m/min，3D 轮廓加工速度为 10m/min)，能够提供 0.4m/s2 到 10m/s2 的加速度和减速度。机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。随着电机技术的发展，先进的直线电动机已经问世，并成功应用于 CNC 机床。先进的直线电动机驱动使 CNC 机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题，加快了伺服响应速度，提高了伺服控制精度和机床加工精度。4. 数控系统先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，模具高速切削加工对数控系统的基本要求为： a. 高速的数字控制回路(Digital control loop)，包括：32 位或 64 位并行处理器及 1.5Gb 以上的硬盘；极短的直线电机采样时间。 b. 速度和加速度的前馈控制(Feed forward control)；数字驱动系统的爬行控制(Jerk control)。 c. 先进的插补方法( 基于 NURBS 的样条插补)，以获得良好的表面质量、精确的尺寸和高的几何精度。 d. 预处理(Look-ahead)功能。要求具有大容量缓冲寄存器，可预先阅读和检查多个程序段(如DMG 机床可多达 500 个程序段，Simens 系统可达 10002000 个程序段)，以便在被加工表面形状(曲率)发生变化时可及时采取改变进给速度等措施以避免过切等。 e. 误差补偿功能，包括因直线电机、主轴等发热导致的热误差补偿、象限误差补偿、测量系统误差补偿等功能。 此外，模具高速切削加工对数据传输速度的要求也很高。 f. 传统的数据接口， 如 RS232 串行口的传输速度为 19.2kb，而许多先进的加工中心均已采用以太局域网(Ethernet)进行数据传输，速度可达 200kb。5. 冷却润滑高速加工采用带涂层的硬质合金刀具，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。这是因为：铣削主轴高速旋转，切削液若要达到切削区，首先要克服极大的离心力；即使它克服了离心力进入切削区，也可能由于切削区的高温而立即蒸发，冷却效果很小甚至没有；同时切削液会使刀具刃部的温度激烈变化，容易导致裂纹的产生，所以要采用油/气冷却润滑的干式切削方式。这种方式可以用高压气体迅速吹走切削区产生的切削，从而将大量的切削热带走，同时经雾化的润滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一层极薄的微观保护膜，可有效地延长刀具寿命并提52高零件的表面质量。三、 高速切削加工的刀具刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一，它直接影响着加工效率、制造成本和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。高速切削加工的刀具技术发展速度很快，应用较多的如金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金 TIC(N)等。在加工铸铁和合金钢的切削刀具中，硬质合金是最常用的刀具材料。硬质合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高硬度和表面光洁度，采用刀具涂层技术，涂层材料为氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiALN)等。涂层技术使涂层由单一涂层发展为多层、多种涂层材料的涂层，已成为提高高速切削能力的关键技术之一。直径在 1040mm 范围内，且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片能够加工洛氏硬度小于 42 的材料，而氮化钛铝涂层的刀具能够加工洛氏硬度为 42 甚至更高的材料。高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的 P 类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼（CBN）与 CBN 复合刀具材料（WBN）等。切削铸铁，应选用细晶粒的 K 类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石 PCD 或 CVD 金刚石涂层刀具。选择切削参数时，针对圆刀片和球头铣刀，应注意有效直径的概念。高速铣削刀具应按动平衡设计制造。刀具的前角比常规刀具的前角要小，后角略大。主副切削刃连接处应修圆或导角，来增大刀尖角，防止刀尖处热磨损。应加大刀尖附近的切削刃长度和刀具材料体积，提高刀具刚性。在保证安全和满足加工要求的条件下，刀具悬伸尽可能短，刀体中央韧性要好。刀柄要比刀具直径粗壮，连接柄呈倒锥状，以增加其刚性。尽量在刀具及刀具系统中央留有冷却液孔。球头立铣刀要考虑有效切削长度，刃口要尽量短，两螺旋槽球头立铣刀通常用于粗铣复杂曲面，四螺旋槽球头立铣刀通常用于精铣复杂曲面。四、 模具高速加工工艺高速加工包括以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工，以及以获取高质量的加工表面及细微结构为目的的半精加工、精加工和镜面加工等。1. 粗加工模具粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓。高速加工中的粗加工所应采取的工艺方案是高切削速度、高进给率和小切削用量的组合。等高加工方式是众多 CAM 软件普遍采用的一种加工方式。应用较多的是螺旋等高和等 Z 轴等高两种方式，也就是在加工区域仅一次进刀，在不抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径，进、退刀方式采用圆弧切入、切出。螺旋等高方式的特点是，没有等高层之间的刀路移动，可避免频繁抬刀、进刀对零件表面质量的影响及机械设备不必要的耗损。对陡峭和平坦区域分别处理，计算适合等高及适合使用类似 3D 偏置的区域，并且可以使用螺旋方式，在很少抬刀的情况下生成优化的刀具路径，53获得更好的表面质量。在高速加工中，一定要采取圆弧切入、切出连接方式，以及拐角处圆弧过渡，避免突然改变刀具进给方向，禁止使用直接下刀的连接方式，避免将刀具埋入工件。加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角为 2030)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具载荷。加工模具型芯时，应尽量先从工件外部下刀然后水平切入工件。刀具切入、切出工件时应尽可能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。采用攀爬式切削可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高加工质量。2. 半精加工模具半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。 粗加工是基于体积模型，精加工则是基于面模型。以前开发的 CAD/CAM 系统对零件的几何描述是不连续的，由于没有描述粗加工后、精加工前加工模型的中间信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此应对半精加工策略进行优化以保证半精加工后工件表面具有均匀的剩余加工余量。优化过程包括：粗加工后轮廓的计算、最大剩余加工余量的计算、最大允许加工余量的确定、对剩余加工余量大于最大允许加工余量的型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径的区域)以及半精加工时刀心轨迹的计算等。 现有的模具高速加工 C A D /CAM 软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。如 MasterCAM 软件提供了束状铣削(Pencil milling)和剩余铣削(Rest milling)等方法来清除粗加工后剩余加工余量较大的角落以保证后续工序均匀的加工余量。3. 精加工模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而，由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。 一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的 1.5 倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。五、 结束语高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，目前主要应用于汽车工业和模具行业，尤其是在加工复杂曲面的领域、工件本身或刀具系统刚性要求较高的加工领域等，是多种先进加工技术的集成，其高效、高质量为人们所推崇。它不仅涉及到高速加工工艺，而且还包括高速加工机床、数控系统、高速切削刀具及 CAD/CAM 技术等。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高，由于其具有传统加工无可比拟的优势，仍将是今后加工技术必然的发展方向 54Mold high speed milling processing technologyThe abstract Introduced the high speed milling in the mold processing application as well as the influence, and brief introduction high speed milling engine bed structure, control system and cutting tool. Has carried on the simple analysis to the high speed processing craft.Key word high speed milling; mold processingFirst, forewordIn the modern mold production, along with to models artistic and the function must obtain more and more high, models the internal structure to design more and more complex, the mold contour design day by day is also complex, the free curved surface accounts for the proportion to increase unceasingly, the corresponding mold structure also designs more and more complex. These all set a higher request to the mold processing technology, not only should guarantee the high manufacture precision and the surface quality, moreover must pursue the processing surface artistic. Along with is unceasingly thorough to the high speed processing engineering research, is processing the engine bed, the numerical control system, the cutting tool system, CAD/ especially Correlation technology and so on CAM software develops unceasingly under the impetus, high speed processes the technology more and more many to apply in the mold cavity processing and the manufacture.The numerical control high-speed cutting processing took in the mold manufacture a most important 55advanced manufacture technology, is the collection is highly effective, high quality, the low consumption in a body advanced manufacture technology. Is opposite in the traditional machining, its cutting speed, entered to the speed had the very big enhancement, moreover cut the mechanism not to be same. The high-speed cutting caused the machining to have the leap, its specific power metal excision rate enhanced 30%40%, the cutting force reduced 30%, the cutting tool working durability enhanced 70%, remained hotly large scale reduces in the work piece cutting, the low step shudder vanished nearly. Along with the cutting speed enhancement, unit time semifinished materials material removing rate increased, the cutting time reduced, the processing efficiency enhanced, thus reduced the product manufacture cycle, enhanced the product market competitive power. At the same time, the high speed processing small amount entered quickly causes the cutting force to reduce, the scrap high speed discharged reduced the work piece cutting force and the thermal load distorts, enhances the rigidity to be bad and the thin wall components machining possibility. Because cutting force reducing, the rotational speed enhancement causes the cutting system the operating frequency to be far away the engine bed the low step natural frequency, but the work piece surface roughness is most sensitive to the low step frequency, from this reduced the surface roughness. In mold high hard steel stock (HRC45HRC65) in the processing process, uses the high-speed cutting to be possible to substitute for the working procedure which the electrical finishing and rubs truncates polishes, thus has avoided the electrode manufacture and the time-consuming electrical finishing, large scale reduced fitters polishing with to throw the light quantity. Thin wall mold work piece more and more needs which regarding some markets in, the high speed milling also may smoothly complete, moreover in the high speed milling CNC processing center, a mold attire clamps may complete the multiplex step of processing.The high speed processing technology has had the huge influence to the mold processing craft, changed the traditional mold processing to use the annealing milling processing heat treatment to rub truncates or the electric spark machining manually polishes, polishes and so on the complex long technical process, even might use the high-speed cutting processing substitution original complete working procedure. The high speed processing technology besides may apply in the hard mold cavity direct processing (in particular half precision work and precision work), in EDM aspect and so on electrode processing, fast type manufacture also obtained the widespread application. The mass productions practice indicated that, the application high-speed cutting technology may save in the mold following processing 80% handwork to grind the time approximately, saves the processing cost expense nearly 30%, the mold face work precision may reach 1 m, the cutting tool cutting efficiency may enhance one time.Second, high speed milling processing engine bedThe high-speed cutting technology is one of machining technology main development directions, it 56along with foundation technology the and so on CNC technology, microelectronic technology, new material and new structure development but steps a higher stair. Because the mold processes particular as well as high speed processing technology own characteristic, (processed engine bed, numerical control system, cutting tool to the mold high speed processing related technology and the craft system and so on) proposed processed a higher request compared to the traditional mold.1. High stable engine bed strut partThe high-speed cutting engine bed lathe bed and so on supports the part to be supposed to have very well moves, the static rigidity, hot rigidity and best damping characteristic. The majority of engine beds all use high grade, the high rigidity and Gao Kangzhang the gray iron took the strut part material, some engine bed companies also increase the high damping characteristic in the foundation polymer concrete, by increases its vibration-proof and the thermostability, this not only may guarantee the engine bed precision is stable, also may prevent when cutting the cutting tool inspires trembles. Uses the enclosed lathe bed design, the overall casting lathe bed, the symmetrical lathe bed structure and has the densely covered stiffener and so on also enhances the engine bed stable important measure. Some engine bed companies research and development departments in design process, but also uses the modality analysis and the finite element structure computation and so on, optimized the structure, stably causes the engine bed strut part to be reliable.2. Engine bed main axleThe high speed engine bed main axle performance is the realization high-speed cutting processing important condition. The high-speed cutting engine bed main axle rotational speed scope is 10000100000m/Min, the main axle power is bigger than 15kW. Is not bigger than 0.005mm through the main axle compressed air of or axial play between the cooling system control hilt and the main axle. Also requests the main axle to have the fast vertical speed, to assign the performance which the position is fast stops (namely to have extremely high angle addition and subtraction speed), therefore the high speed main axle often uses the liquid static pressure bearing type, the air static pressure bearing type, the thermo-compression nitriding silicon (Si3N4) the ceramic bearing magnetism aerosol bearing type isostructuralism form. Lubricates uses technology and so on oil gas lubrication, splash lubrication. The main axle cools uses the main axle interior water cooling generally or air cooled.3. The engine bed actuates the systemIn order to satisfy the mold high speed processing the need, high speed processes the engine bed the actuation system to be supposed to have the following characteristic:(1) high entering for speed.The research indicated that, regarding the minor diameter cutting tool, enhances the rotational speed and each tooth enters for the quantity is advantageous in reduces the cutting tool attrition. At present commonly used entering for the speed range is 2030m/Min, like uses leads greatly the ball bearing guide 57screw transmission, enters may reach 60m/ for the speedMin; Uses the straight line electrical machinery then may enable to achieve 120m/ to the speedMin.(2) high acceleration.Has the good acceleration characteristic to the three dimensional complex curved surface silhouette high speed processing request actuation system, the request provides the driver which the high rapid advance or progress gives (to enter speed approximately 40m/ quicklyMin, the 3D outline processing speed is 10m/Min), can provide 0.4m/S2 to 10m/The s2 acceleration and reduces the speed.The engine bed manufacturer mostly uses the entire closed loop position servo-control slightly to lead, the great size, the high grade ball bearing guide screw or leads greatly many guide screws. Along with the electrical machinery technology development, the advanced straight line electric motor already was published, and the success applied in the CNC engine bed. The advanced straight line direct motor drive enable the CNC engine bed no longer to have the mass inertia, in advance, question and so on lag and vibration, sped up the servo speed of response, increased the servo-control precision and the engine bed processing precision.4.Numerical control systemThe advanced numerical control system is guaranteed the mold complex curved surface high speed processing quality and the efficiency key aspect, the mold high-speed cutting processing to the numerical control system basic request is: A. High speed numerical control return route (Digital control loop), including: 32 or above 64 bit parallel processors and 1.5Gb hard disk; Extremely short straight line electrical machinery sampling time. B. Speed and acceleration feed-forward control (Feed forward control); Digital actuation system crawling control (Jerk control).C. Advanced inserts makes up the method (to insert based on the NURBS transect makes up), by obtains the good surface quality, the precise size and the high geometry precision. D. Pretreatment (Look-ahead) function. The request has the large capacity cushion register, may read in advance and inspects many segments (for example the DMG engine bed to be possible to reach 500 segments, the Simens system may reach a 10002000 segment), in order to when is processed the superficial shape (curvature) changes may promptly adopt changes for measure and so on speed by avoids cutting and so on. E. The error compensatory function, including because the straight line electrical machinery, the main axle and so on gives off heat the hot error which causes to compensate, the quadrantal error compensates, the measurement system error compensates and so on the function. In addition, the mold high-speed cutting processing very is also high to the data transmission speed request. F. The traditional data connection, like the RS232 serial mouth transmission speed is 19.2kb, but many advanced processings centers have used the ether local area network (Ethernet) to carry on the data transmission, the speed may reach 200kb.585.Cooling lubricationThe high speed processing uses the belt coating the hard alloy tools, in high speed, the high temperature situation does not need the cutting compound, the cutting efficiency to be higher. This is because: The milling main axle high speed revolves, the cutting compound if achieved the cutting area, first must overcome the enormous centrifugal force; Even if it overcame the centrifugal force to enter the cutting area, also was possible as a result of the cutting area high temperature but to evaporate immediately, the cooling effect very small did not even have; At the same time the cutting compound can cause the cutting tool edge of a sword the temperature intense change, is easy to cause the crack the production, therefore must pick the oil used/Gas cooling lubrication dry type cutting way. This way may use the compressed gas rapidly the cutting which the cutting area produces, thus the massive cuttings hotly will carry off, at the same time might forms extremely thin microscopic protective film after the atomization lubricating oil in the cutting tool edge of a sword and the work piece surface, but effectively will lengthen the cutting tool life and enhances the components the surface quality.Third, high-speed cutting processing cutting toolThe cutting tool is in the high-speed cutting processing one of most active important factors, it is affecting the processing efficiency, the production cost and the product processing precision directly. The cutting tool must withstand load and so on high temperature, high pressure, friction, impact and vibration in the high speed processing process, the high-speed cutting cutting tool should have the good machine capability and the thermostability, namely has the good anti- impact, the wearability and resists heat the weary characteristic. The high-speed cutting processing cutting tool technological development speed is very quick, application many like diamonds (PCD), cubic boron nitride (CBN), ceramic cutting tool, coating hard alloy, (carbon) titanium nitrides hard alloy TIC (N) and so on.In the processing cast iron and in the alloy steel cutting tool, the hard alloy is the most commonly used cutting tool material. Hard alloy tools resistance to wear good, but the solidity ratio cube boron nitride and the ceramics are low. In order to enhance degree of hardness and the superficially attractive fineness, uses the cutting tool coating technology, the coating material for the titanium nitrides (TiN), the aluminium nitride titanium (TiALN) and so on. The coating technology causes the coating by the sole coating development for multilayered, the many kinds of coating material coating, has become one of enhancement high-speed cutting ability essential technical. The diameter in the 1040mm scope, also has the carbon titanium nitrides coating the hard alloy bit to be able to process the Luo river degree of hardness to be smaller than 42 materials, but the titanium nitrides aluminum coating cutting tool can process the Luo river degree of hardness is 42 even higher materials. When high-speed cutting steel products, the cutting tool material should select the hot rigidity and the fatigue strength high P kind of hard alloy, the coating hard alloy, the cubic boron nitride (CBN) and the CBN compound cutting tool 59material (WBN) and so on. The cutting cast iron, should select the fine grain K kind of hard alloy to carry on the rough machining, selects the compound nitrided silicon ceramics or the crystal combination cube boron nitride (PCNB) the compound cutting tool carries on the precision work. When precise processing non-ferrous metal or nonmetallic material, should select crystal combination diamond PCD or the CVD diamond coating cutting tool. When choice cutting parameter, in view of the circular shear blade and a ball milling cutter, should pay attention to the effective diameter the concept. The high speed milling cutting tool should press the balance design manufacture. The cutting tool front angle must be smaller than the conventional cutting tool front angle, the clearance angle is slightly big. The host vice- cutting edge attachment point should the cavetto or the lead angle, increases the vertex angle, prevents the knife point place hot attrition. Should enlarge nearby the knife point the cutting edge length and the cutting tool material volume, enhances the cutting tool rigidity. Is safe in the guarantee and satisfies the processing request under the condition, the cutting tool hangs extends as far as possible short, cutter body central toughness is friends with. The hilt must be sturdier than the cutting tool diameter, connects the handle to assume but actually the pyramidal, by increases its rigidity. As far as possible central the refrigerant hole in the cutting tool and the cutting tool system. A ball end mill must consider effectively cuts the length, the cutting edge must be as far as possible short, two spiral grooves balls end mill usually uses in the thick mill complex curved surface, four spiral grooves balls end mill usually uses in the fine mill complex curved surface.Fourth, mold high speed processing craftThe high speed processing including take removes the remainder as the goal rough machining, the residual rough machining, as well as take gains the high grade processing surface and the slight structure as the goal half precision work, the precision work and the mirror surface processing and so on.1. Rough machiningThe mold rough machining essential target is pursues in the unit time material removing rate, and is half precision work preparation work piece geometry outline. In the high speed processing rough machining should adopt the craft plan is the high cutting speed, Gao Jin giving rate and the small cutting specifications combination. The contour processing way is one processing way which the multitudinous CAM software uses generally. Using is spiral contour and so on the Z axis contour two ways which are many, also is in processes the region only time to feed, in does not lift the knife in the situation to produce continuously the smooth cutting tool way, enters, draws back the knife way to use the circular arc to cut into, to cut. The spiral contour way characteristic is, has not waited the high level between the knife road migration, may avoid frequently lifting the knife, feeding to the components surface quality influence and mechanical device nonessential consuming. To is steep and the flat site processes separately, the computation suits contour and suits the use similar 3D bias the region, and may use the spiral way, in 60very little lifts the cutting tool way which the knife in the situation produces optimizes, obtains the better surface quality. In the high speed processing, certainly must adopt the circular arc to cut into, to cut the connection way, as well as the circular arc transition, avoids changing the cutting tool to enter suddenly for the direction, the prohibition use direct under knife connection way, avoids burying the cutting tool the work piece. When processes the mold cavity, should avoid the cutting tool vertical insertion work piece under, but should use inclines the knife way (commonly used angle of bank for 2030), best uses the screw type under knife by to reduce the cutting tool load. When processes the mold core, should under the knife then level cut into the work piece as far as possible first from the work piece. The cutting tool cuts into, cuts when the work piece should use as far as possible inclines the type (or round arc-type) cuts into, cuts, vertically avoids cutting into, cutting. Uses climbs up the type cutting to be possible to reduce the cutting heat, reduces the cutting tool stress and the work hardening degree, improves the processing quality.2. Half precision workThe mold half precision work essential target is causes the work piece outline shape smoothly, surface finish remainder even, this especially is important regarding the tool steel mold, because it will affect time the precision work cutting tool layer of cutting area change and cutting tool load change, thus influence cutting process stability and precision work surface quality.The rough machining is based on the volume model, the precision work then is based on the face mold. Before develops CAD/The CAM system to the components geometry description is not continual, after because has not described in front of the rough machi
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