毕业设计（论文）-活塞加工工艺及钻孔夹具设计.doc

江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 活塞加工工艺及钻孔夹具设计毕 业 设 计（论 文）设计题目：活塞加工工艺及钻孔夹具设计专 业：机械设计与制造班 级：12机械二学 号：姓 名：指导老师：起讫日期2015年2月1日2015年5月20日江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 活塞加工工艺及钻孔夹具设计摘要本篇设计的题目为“活塞加工工艺及钻孔夹具设计”，根据零件图可以看出来，活塞的主要加工工序为活塞零件的外圆表面及各孔系。该活塞零件形状规则，适合在通用机床上面进行车削、铣削以及钻削加工等等要求，根据基准的选用标准，采用先面后孔的基准选用原则是可行的，能够满足设计要求。文章的重点在于对活塞的工艺性和力学性能分析，对加工工艺进行合理分析，选择确定合理的毛坯、加工方式、高效设计、省力的夹具，经过实践证明，最终加工出合格的活塞零件。关键词：活塞类零件；工艺；夹具；I江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 活塞加工工艺及钻孔夹具设计目 录摘 要I1 加工工艺规程设计11.1 零件的分析11.1.1 零件的作用11.1.2 零件的工艺分析11.2 活塞加工的加工顺序和加工方案的选择21.2.1 孔和平面的加工顺序21.2.2 加工方案选择21.3 活塞加工定位基准的选择21.3.1 粗基准的选择21.3.2 精基准的选择21.4 活塞加工主要工序安排31.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定51.6 选择加工设备及刀、量具61.7 确定切削用量及基本工时（机动时间）61.8 时间定额计算及生产安排192 活塞钻孔夹具设计212.1 设计要求212.2 夹具设计212.2.1 定位基准的选择212.2.2 切削力及夹紧力的计算212.3 定位误差的分析232.4 夹具设计及操作的简要说明24结 论25参考文献26致 谢271 加工工艺规程设计此次设计先对活塞零件的结构特征进行了必要的分析，其次，描述了它的毛坯的类型以及生产批量等等，再次通过其毛坯的结构形式确定了它的机械加工工序的余量，加工时候的定位基准的选择，以及工序尺寸和毛坯尺寸的确定等等。为了提高劳动生产率，与指导老协商后，感觉用夹具比较合适。在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了夹具设计。整个设计得指导思想“简便、效率高、非常经济”。1.1 零件的分析1.1.1 零件的作用题目给出的零件是活塞。活塞主要是起传动连接作用，保证各轴正常运行。故活塞零件的加工精度和表面光洁度直接影响着传动的精度和效率，可以说，一个加工精度高的活塞与加工精度的低的活塞相比，其传动效果很明显。 图1 活塞1.1.2 零件的工艺分析由活塞零件图可知，活塞的外圆表面以及左边的内孔都必须使用通用的机床来进行加工。此外各表面列螺纹孔。因此加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）以30、20为主要加工表面。20外圆面的加工，其中表面粗糙度要求为。（2）以外圆面为主要加工面。这一组加工表面包括外螺纹，加工粗糙度为。（4）其他各个孔的加工，4孔，8孔，15孔。1.2 活塞加工的加工顺序和加工方案的选择根据活塞零件的结构特征，我们在之前已经决定了其加工工艺基准的选取原则，就是先加工活塞零件的外圆表面，然后是各个孔系，因此，对于活塞来说，加工过程中的主要问题是保证孔，处理好孔和平面。1.2.1 孔和平面的加工顺序 根据活塞零件的结构特征，我们可以得到这样的定论，活塞零件是形状单一的机加工零件，我们在之前已经决定了其加工工艺基准的选取原则，就是先加工活塞零件的外圆表面，然后是各个孔系。1.2.2 加工方案选择活塞孔系加工方案，。除了从，也要适当考虑经济因素。依据零件图我们确定活塞的加工工艺及加工路线，我们应该在镗磨床上进行加工比较合适。1.3 活塞加工定位基准的选择1.3.1 粗基准的选择 根据基准选用原则，我们根据实际情况，选择活塞零件的外圆面作为基准，意思就是先加工好后活塞零件的外圆面，再加工活塞零件的各个孔系，以及其他特征。1.3.2 精基准的选择 根据实际情况来看，精基准的选择显而易见，在这里，我们选择30的外圆柱面作为精基准。1.4 活塞加工主要工序安排 本次设计的零件是活塞的加工工艺，根据先面后孔原则，本次先以内孔定位加工活塞零件的各个面，然后再是孔。后续工序安排应当遵则。先粗加面，再粗加工孔。对于活塞，需要精加面。按上述原则亦应工孔系，但在实际生产中互垂直。加工工后，将工件清净。清洗后用压净。保证零件于。根据以定如下：工艺路线一：10型材开料毛坯20车右端面及精车外圆30mm30粗车外圆20mm、18mm及台阶40粗车外圆22mm、26mm及台阶50车M18X2-6g螺纹60掉头后车达160mm）70精车外圆20mm及倒角80钻8孔，钻铰15.7孔90钻4、8孔100 去毛刺110 清洗120 检验130 油封、入库工艺路线二： 10型材开料毛坯 20车右端面及外圆30mm30 粗车外圆20mm、18mm及台阶40 车M18X2-6g螺纹50粗车外圆22mm、26mm及台阶60掉度达160mm）70精车外圆20mm及倒角80钻8孔，钻铰15.7孔90钻4、8孔 100 去毛刺110 清洗120 检验130 油封、入库。 工艺路线三：10 型材开料毛坯20车右端面及外圆30mm30粗车外圆20mm、18mm及台阶40 车M18X2-6g螺纹50粗车外圆22mm、26mm及台阶60掉度达160mm）70精车外圆20mm及倒角80钻4、8孔 90钻8孔，钻铰15.7孔100去毛刺110清洗120检验工艺路线四：10型材开料毛坯20粗车外圆20mm、18mm及台阶30车右端面及外圆30mm 40 车M18X2-6g螺纹50粗车外圆22mm、26mm及台阶60掉度达160mm）70精车外圆20mm及倒角80钻4、8孔 90钻8孔，钻铰15.7孔100 去毛刺110 清洗120 检验 通虑，我们可以分析一下，然后根据实际情况得出：由于20mm、30mm外圆面粗糙度达不到要求，综合选择方案一：10型材开料毛坯20车右端面30粗车外圆20mm、18mm及台阶40粗车外圆22mm、26mm及台阶50车M18X2-6g螺纹60 掉头车30的外圆以及左端面（长度达160mm）70精车外圆20mm及倒角80钻8孔，钻扩铰15.7孔90钻4、8孔100 磨削20、30外圆110去毛刺120清洗130检验零件140包装、入库1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定(1)选择毛坯种类根据实际情况和工艺要求，我们可以得出，活塞零件常常用在汽车发动机里面，作为比较精细的零件，我们常常采用可调质钢作为它的原材料，从而通过调质来提高它的力学性能和强度、刚度方面的性能。1.6 选择加工设备及刀、量具由图样分析，该图样需要车削外圆，车螺纹，钻孔，在这里我们在车轮廓时选用外圆车刀，螺纹刀，扩孔钻，铰刀。而钻削加工时我们可以选用麻花钻头，量具可选用0-150mm为75-100mm的测量游标卡尺，外径千分尺，游标深度卡尺等。1.7 确定切削用量及基本工时（机动时间）工序20. 车右端面及外圆30mm1） 确定背吃刀量。根据相关标注，确定背吃刀量ap的数值如下： 2）确定进给量。根据查切削用量简明手册得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时 按CA6140车床说明书选择 根据CA6140 普工车床的结构特征，可以根据公式得出进给系统进给力的计算公式为：。已知45钢的材料强度为，（预计）时，则机床的进给系统的进给力为。3）确定切削速度 当用这种类型车刀加工钢料，切削速度4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为这种类型，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量 经过查询相关表格1.27与1.28中公式计算：=8.88m/min；根据一下公式，可得：= 工序30 粗车外圆20mm、18mm及台阶本工序为车20和18外圆及端面的工序，我们选择机床：普通车床 CA6140，功率P=13kw； 经过查询相关车床刀具的资料表格3.139，刀具数据如下：d=16 1)车削进宽度的选择根据实际工况，我们通过机械制造工艺设计简明手册3.127可知12 这里取1.52)选择进给量 经过查表可知：0.23 3)选择车削的速度经查表可知所以：4)计算切削时间 经过查询相关车床刀具的资料表格1.415 可知： 所以，5)计算车削力 根据实际工况，我们通过查询相关车床刀具的资料表格 ：式中： 所以， 6)校核机床功率 查询相关车床刀具的资料表格 因此，可以肯定，该选用的机床的功率是合适的。工序40 粗车外圆22mm、26mm及台阶 本工序为粗车外圆22mm、26mm及台阶的工序，所选刀具为YG6这种类型可转位车刀。我们选择机床：普通车床 CA6140，功率P=11kw； 经过查询相关车床刀具的资料表格机械制造工艺设计简明手册3.139，刀具数据如下：d=16 1)车削进宽度的选择根据实际工况，我们通过机械制造工艺设计简明手册3.127可知12 这里取1.52)选择进给量 经过查表可知：0.23 3)选择车削的速度经查表可知所以：4)计算切削时间 通过查询相关资料表格，我们可以清楚地看到：1.415 可知： 所以，5)计算车削力 根据实际工况，我们通过查询相关车床刀具的资料表格 ：式中： 所以， 6)校核机床功率 查询相关车床刀具的资料表格 因此，可以肯定，该选用的机床的功率是合适的。工序60掉头车左端面，精车30mm的外圆（长度达160mm）该工序与工序20的计算方法完全一样，在此不一一计算。工序70 精车外圆20mm及倒角 已知加工材料为45，有外皮，机床为CA6140型普通车床，工件装卡在专用车床夹具中。1）确定背吃刀量。工序为粗加工，根据加工工艺要求，可以在一个工序里面完成这个工序，所以有： 2）确定进给量。根据查切削用量简明手册得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时 按CA6140车床说明书选择 进给量根据机床的强度有直接关系，所有在某种程度下面，需要进行校核。根据CK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力。当钢的强度，（预计）时，进给力为。切削时的修正系数为，故实际进给力为 由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。3）确定切削速度 当用这种类型车刀加工钢料，切削速度4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为这种类型，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量经过查询相关表格1.27与1.28中公式计算： =8.88m/min； 根据一下公式，可得：=工序50 车M18X2-6g螺纹1） 确定背吃刀量。根据相关标注，确定背吃刀量ap的数值如下： 2）确定进给量。根据查切削用量简明手册得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时 按CA6140车床说明书选择 我们可以根据车床的各个方面的性能，可以清楚地知道，该车床的进给力为：构允许的进给力。当钢的强度，（预计）时，进给力为。3）确定切削速度 当用这种类型车刀加工钢料，切削速度4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为这种类型，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量 经过查询相关表格1.27与1.28中公式计算：=8.88m/min；根据一下公式，可得：= 工序3：钻8孔，钻扩铰15.7孔。机床：立式钻床Z525刀具：通过查找相关资料，在这种情况下选高速钢锥柄麻花钻头。通过查找相关资料，在这种情况下来确定切深：进给量：根据相关资料，查3表2.438，取。切削速度：通过查找相关资料，在这种情况下，取。机床主轴转速：，通过查找相关资料，在这种情况下，取所以实际切削速度：切削工时 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：工序140：钻4、8孔通过查找相关资料，在这种情况下，机床选择台式钻床刀具：通过查找相关资料，在这种情况下，选这种类型锥柄麻花钻头通过查找相关资料，在这种情况下来确定切深： =2/4 根据相关资料，查3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，通过查找相关资料，在这种情况下，取。实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取。加工基本时间： 工序80钻8孔，钻扩铰15.7孔钻8孔通过查找相关资料，在这种情况下，机床选择台式钻床刀具：通过查找相关资料，在这种情况下，选这种类型锥柄麻花钻头通过查找相关资料，在这种情况下来确定切深： =2/4 根据相关资料，查3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，通过查找相关资料，在这种情况下，取。实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取。加工基本时间： 钻15.7孔已知活塞的材料为45，在这里，根据加工工艺，选择通过查找相关资料，在这种情况下，机床选择台式钻床刀具：通过查找相关资料，在这种情况下，选这种类型锥柄麻花钻头通过查找相关资料，在这种情况下来确定切深： =2/4 根据相关资料，查3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，通过查找相关资料，在这种情况下，取。实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取。加工基本时间： 工序90钻4、8孔钻4孔 已知活塞的材料为45，在这里，根据加工工艺，选择通过查找相关资料，在这种情况下，机床选择台式钻床刀具：通过查找相关资料，在这种情况下，选这种类型锥柄麻花钻头通过查找相关资料，在这种情况下来确定切深： =2/4 根据相关资料，查3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，通过查找相关资料，在这种情况下，取。实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取。加工基本时间： 钻8孔 通过查找相关资料，在这种情况下，机床选择台式钻床刀具：通过查找相关资料，在这种情况下，选这种类型锥柄麻花钻头通过查找相关资料，在这种情况下来确定切深： =2/4 根据相关资料，查3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，通过查找相关资料，在这种情况下，取。实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取。加工基本时间： 由参考文献7表28-5，故通过查找相关的各种资料，在这种情况下来确定切削功率为 通过查找相关的各种资料，在这种情况下来确定有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地， 已知活塞的材料为45，在这里，根据加工工艺，选择通过查找相关资料，在这种情况下，机床选择台式钻床刀具：通过查找相关资料，在这种情况下，选这种类型锥柄麻花钻头通过查找相关资料，在这种情况下来确定切深： =2/4 根据相关资料，查3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，通过查找相关资料，在这种情况下，取。实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取。加工基本时间： 通过查找相关的各种资料，在这种情况下来确定切削功率为 通过查找相关的各种资料，在这种情况下来确定有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地，1.8 时间定额计算及生产安排假设该零件年产量为10万件。设每天的产量为420件。根据相关标准，当零件的加工批量为中小批量的时候，通过查找相关的各种资料，在这种情况下来确定时间定额的计算公式： （大量生产时）故，相对于大批量生产，其计算公式如下： 其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间。 一些除了加工工件以外时间的总和。工序：粗、精铣结合面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.43，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.48，单间时间定额： 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时， 即能满足生产要求。工序：粗铣平面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.48，单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序：铣端面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.48，单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。222 活塞钻孔夹具设计2.1 设计要求夹具是批量生产零件必须做的事，所以需要根据活塞的加工工艺来设计相对应的夹具，本夹具将用于Z525钻床。成批生产，任务为设计一活塞钻小孔4孔。 设计夹具需要考虑的是夹具的加工精度，以及成本以及维修工艺等方面的内容，一套好的夹具可以生产出合格的批量的零件，否则就容易生产出报废的零件。2.2 夹具设计2.2.1 定位基准的选择由零件图可知：进行加工前，外圆面进行了粗、精车加工。因此，定位、夹紧方案有：方案：选外圆面平面、和侧面和V型块定位夹紧方式用操作简单，通用性较强的螺旋压块来夹紧。 根据活塞零件的结构工艺特征，可以看出来，确定采用上述方案的夹紧方式。2.2.2 切削力及夹紧力的计算通过查找相关的各种资料，在这种情况下来确定机床的类型以及刀具的选用，所以选择高速钢刀具。通过查找相关的各种资料，在这种情况下查表可以知道：通过查找相关的各种资料，在这种情况下，切削力的计算公式为： 实际所需夹紧力：由参考文献5表得： 有：安全系数K可按下式计算有：工件所受的力是几个方向的力，在设计夹具的夹紧力的时候需要充分考虑夹具的受力分析，即： 安全系数K可按下式计算： 由此可得： 所以 由于两种大小的孔切削力各不相同，因此选择最大孔的切削力为标准。刀具的几何参数： 由参考实用机械工艺简明手册中查表可得：圆周切削分力公式： 式（3.1）式中 式（3.2）查表得： 取 由表可得参数： 即：同理：径向切削分力公式 ： 式（3.3）式中参数： 即：轴向切削分力公式 ： 式（3.4）式中参数： 即：工件所受的力是几个方向的力，在设计夹具的夹紧力的时候需要充分考虑夹具的受力分析，即： 式（3.5）安全系数K可按下式计算： 式（3.6）式中：为各种因素的安全系数，见简明机床夹具设计手册表，可得： 所以，由式（3.5）有： 2.3 定位误差的分析 该活塞零件为了达到加工精度的要求，必须使其的实际误差在允许的误差范围以内，其公式具体如下： 与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 定位误差 ： 其中：， 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2.4 夹具设计及操作的简要说明钻的夹具，装卸工件时，通过松开压板的螺母，将压板旋转一定的角度打开，从而将工件取出来，当要装进工件时，将工件放在V型块上面，然后将压板压紧工件，再把螺母锁定，这样就限制住了工件的自由度，能够进行钻孔加工了。结 论光阴似箭，时间如流水，一转眼就几个月过去了，在这短暂的几个月里面，我不断通过本次毕设深刻地锻炼了自己，而且还获得新的经验与启示，本文所设计的是活塞加工工艺及钻孔夹具设计，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了