GY02-189@活塞机械加工工艺规程及粗镗销孔夹具设计
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机械毕业设计全套
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GY02-189@活塞机械加工工艺规程及粗镗销孔夹具设计,机械毕业设计全套
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目 录 目录 1 1 对零件进行工艺分析 3 1.1 活塞的作用 3 1.2 活塞的结构特点 3 1.3 活塞的主要技术条件分析 4 1.3.1 活塞裙部外圆与气缸的配合 4 1.3.2 活塞销的要求 4 1.3.3 销孔 (活塞的 )的位置公差的要求 4 1.3.4 活塞重量的要求 4 2 6120 活塞工艺规程的设计 5 2.1 活塞的材料及毛坯的制造 5 2.2 定位其面的选择 5 2.3 制定工艺路线 6 2.3.1 工艺路线方案一 6 2.3.2 工艺路线方案二 7 2.3.3 工艺方 案的比较与分析 8 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 11 2.4.1 止口的加工余量 11 2.4.2 端面及顶面的加工余量 12 2.4.3 销孔的加工余量 12 2.4.4 外圆的加工余量 12 2.5 重点工序的加工说明 12 2.5.1 止口的加工 12 2.5.2 环槽的加工 14 2.5.3 裙部外圆的精加工 14 2.5.4 销孔的精加工 14 2.6 确定切削用量及基本工时 . (重点工序 ) 15 2.6.1 加工条件 15 2.6.2 计算切削用量 16 2.6.3 基本工时 16 2.7 活塞的检验 16 2.7.1 裙部直径和椭圆度的测量 17 2.7.2 销孔轴线与裙部轴心线的测量 18 2.7.3 销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度的测量 19 3 夹具的设计 20 粗镗销孔夹具 20 3.1 问题的提出 20 3.2 夹具的设计 20 3.3 切削力和夹紧力的计算和校核 22 3.3.1 切削力 22 nts 2 3.3.2 夹紧力 23 4 参考文献 25 致 谢 26 附录 27 nts 3 1 对零件进行工艺分析 1.1 活塞的作用 由于柴油的物理化学特性，所以柴油机的构造是一个非常复杂的系统 。而油缸就是这个系统中一个很关键的部位，对整个动力系统 起着决定性影响，在某种意义来说它是 柴油机里面的“心脏”。而活塞则是柴油机机里“心脏中的心脏”。活塞位于发动机汽缸内 ,作往复运动 ,当燃烧室里的混合气体 (空气和燃料 )点燃并膨胀时 ,活塞受到气体的压力 ,并经过活塞销及连杆将压力 传 送给曲柄 。 气体的吸入 ,压缩 ,废气的排除 ,也都由活塞的运动来完成 .因此活塞工作的主要特点是在高温高压下作长时间的连续变负荷往复运动 。 为了提高活塞的工作性能和寿命 ,它必须具有如下的要求 : (1) 在高温高压下具有足够的强度和刚度 ; (2) 较轻的结构重量 ; (3) 良好的耐磨性和耐蚀性 ; (4) 良好的导热性 ,热膨胀系数小 ; (5) 保证气缸内部空间密封 。 本次设计 加工的是 6120柴油 机的活塞 。 1.2 活塞的结构特点 6120 活塞顶部 有 燃烧室 ,混合气体在里面 进行 燃烧 ,它的容积大小 就 决定着里面能够容纳混合气体 多少 ,也就决定了燃烧后所产生的压强大小 。 近顶部的 环槽 分为气环槽和油环槽 ， 为放置活塞环用 ,在气环槽内放置的活塞环使活塞头部与气缸不接触 ,并 用以密封活塞的顶部 ,防止漏气 。 远离顶部的环槽钻有油孔 ,它把飞溅到气缸套内壁上的多余润滑油刮去 ,并通过油孔流回 ,使之不致进入燃烧室 。 活塞的裙部在活塞的工作过程中起导向的作用 ,底部有精加工的 止 口 ,它是为加工活塞而设置的辅助精基面 ,在结构和功能上没有 起到直接的作用 。 由于燃料燃烧会产生很大压力 ，所以 在工作过程中 活塞 将产生受力变形和热变形 ,由于活塞裙部在圆周方向刚度不同 ,在活塞的轴线方向的弹性变 形 比垂直于该方向的弹性变形 大 ,使活塞裙部在受力后变成椭圆 ,另一方面 ,在高温的工作nts 4 环境下也要产生热变形 。 销孔轴线方向的金属 层比较 厚 ,热鼓胀比垂直于该方向上的大 ,也将使活塞裙部变形后成为椭圆 ,这样的话将必然使活塞与气缸套的间隙 不均匀的减少甚至 消失 ,以至产生强烈的摩擦甚至咬住 。 为了补偿上述的变形 ,所以把活塞的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 。 此外，活塞在工作时顶部是 直接和高温气体接触的 ,而裙部是间接传来的热量 ,故而头部的热鼓胀量要比裙部的大 ,为了补偿这种不均匀的变形 ,故把活塞头部的外径设计得比裙部小 ,同时头部也设计成上小下大的锥形 。 同时在活塞裙部的销孔附近加工出凹坑 ,用来增加裙部与气缸套内壁的间隙 。 1.3 活塞的主要技术条件分析 1.3.1 活塞裙部外圆与气缸的配合 活塞裙部外圆与气缸要求是一种精密地配合 ,因而裙部外圆一般要求公差等级 IT6,为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二倍 ,装配时按裙部的尺寸分成二组对应装配 ,以保证大致要求的间隙 。要求 裙部外圆的粗糙度 Ra 1.6 m 。 1.3.2 活塞销的要求 为了使活塞销在工作过程中能在孔中自由转动 ,销孔的 公差等级 大小要求IT6 级 ,同时为了减少机加工工作量 ,活塞和活塞孔的装配也采用分组装配法 ,要求 销孔内圆的粗糙度 Ra 0.2 m。 1.3.3 销孔 (活塞的 )的位置公差 的 要求 销孔 (活塞的 )的 位置公差也应有严格要求 ， 销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比 ,也就影响 着 发动机的效率 ,因此 应该 控制在 90 0.05 内 。 销孔轴心线对裙部轴心的垂直度影响 着 活塞销 ,销孔和连杆的受力情况过大将使活塞销 、 销孔 、 连杆单侧受力 。 活塞在气缸套中倾斜 ,加剧磨损 ,因此这里 垂直度在 100mm 长度上公差为 0.03mm。 销孔轴心线对裙部轴心 线的对称度 误差 也会 引起 不均匀摩损 ,故而 应该 限制 。 1.3.4 活塞重量的要求 为了保证发动机运转平稳 ,在同一发动机上各活塞的重量 不应相差太大 ,对于6120 柴油机活塞 ,同级活塞的重量差不能超过 20 克 ,即活塞的重量差不得大于活塞名义重量的 2.5%.活塞在装配的时候应按重量进行分组 . nts 5 2 6120 活塞工艺规程的设计 2.1 活塞的材料及毛坯的制造 活塞在发动机内是做高速的往复运动 ,根距它的工作特性， 为了减少其惯性的作用采用的材料为共晶铝硅合金 。 它的化学成分为 : 共晶铝硅合金 （） i 11-13 ; Cu 1-2 ; Mg 0.4-1 ; Mn 0.2-0.7; Fe 0.8; 其余 l 与铸铁相比 具有以下的优点： (1) 导热性好，使 活塞顶面降温快，可以提高发动机的压缩比， 不 至于引起混合气体自燃 ,可以提高发动机效率 ； (2) 重量轻，惯性力小 ； (3) 切 削 性能好 ； (4) 铸造流动性好， 可以得到精确的毛坯 。 由于是大批大量的生产万件每年，为了提高毛坯的精度，铸出活塞的销孔及燃烧室，减少机加工 余量，故而毛坯的铸造是采用金属模铸造 。 毛坯在机械加工前先要去 铣 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，增加 活塞的强度及硬度。 时效处理 的方法 是将活塞加热到 ，保温小时后自然冷却 。 2.2 定位 基 面的选择 定位基准选择的准确性对保证零件表面间的位置精度 、位置尺寸和安排加工顺序都有很大的影响， 直接影响零件的加工精度和生产效率 。 基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。一个几何关系就有一个基准。 活塞是一种薄壁型零件，在外力作用的情况下 是很容易产生变形 的，而活塞主要 表面的尺寸精度和位置精度的要求都很高，因此应以一个统一的基面定位来加工这些要求高的表面，如直接采用外圆定位的话（即设计基准）将有可 能 产生很大的变形。 故在这里采用活塞的 止 口 和 端面来作为统一基准 。 在精车外圆和精磨外圆这两工序中用 止 口处的锥面和顶面上的中心孔定位，nts 6 其余工序都采用 止 口和端面定位。 精镗销孔则由于精度要求很高，为避免产生基准不重合误差，而采用的是设计基准做为定位基准 。 采用 止 口和端面（ 或锥面和中心锥）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 、销孔等主要及其它次要表面，而且在这一道工序中，一次安装就可以车削外圆、顶面、 环槽 ,实现了工序的集中 。 既 可提高生产率， 又 能保证这些表面的位置精度 。 (2) 活塞裙部在半径方向的刚性差，利用 止 口和端面定位可以沿活塞轴向夹紧，就不至引起严重的变形，同时又可以进行多刀切削提高生产效率 。 当然 这些定位 也有一些缺点：如果加工一些本来不需要加工的表面，而且是一些精度要求级高的要经过两次加工的 。 止 口对裙部外圆的同轴度误度将影响环槽 的位置精度。 但总的说来，采用 止 口端面作为统一基准虽然增加了加工工时和设备，但它更 有利于 保证加工质量，故而采用它来定位是可行的。 2.3 制定工艺路线 关于工艺路线的拟订，目前 还 没 有一套精确的计算方法，而是采用经过生产实践总结出来的一些带有经验和综合性的原则 。 制订工艺路线的出发点是使零件的几何形状、 尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲 领已确定为大量生产和条件，故可以适当地采用专用机床配以专用夹具。 除此还应考虑经济效果，使生产成本尽量下降 。 它 是制定工艺规程的关键阶段。 此次 设计 拟订了几套工艺路线方案： 2.3.1 工艺路线方案一 工序号 内 容 1 粗车止口 2 粗外切槽及顶部 3 钻斜面油孔 4 钻环槽油孔 5 钻销座油孔 6 滑销座油孔 7 粗镗销孔 8 精车止口及顶锥 9 精切细外环岸 及 倒角 10 精镗销孔（顺镗） 11 挖销孔卡簧 12 切小槽 13 靠模车裙部 nts 7 14 车凹部 15 车燃烧室 16 精车顶部及导角 17 钻 R7 凹坑 18 车燃烧室口 19 铣喷油道曲线 20 清洗 21 滚压 2.3.2 工艺路线方案二 工序号 内 容 1 粗车止口 2 粗镗销孔 3 粗切外槽及 顶部 4 钻斜面油孔 5 钻环槽油孔 6 钻销座油孔 7 滑销座油孔 8 精车止口及顶锥 9 精切梯形槽 10 精镗销孔（顺镗） 11 挖卡簧槽 12 切小槽 13 靠模车裙部 14 车凹部及去毛刺 15 滑油池底 16 车燃烧室 17 精车顶部及 倒角 18 钻 R7 凹坑 19 车燃烧室口 20 铣喷油道曲线 21 去毛刺锐边 22 清洗 23 滚压销孔 nts 8 2.3.3 工艺方案的比较与分析 (1) 通过比较可以发现在方案一中 ， 将粗镗销孔放在第七道工序，而在方案二中 第二道工序就是粗镗销孔 ,在实际工厂 的生产中 ,活塞的毛坯一般都是铸 造 出锥形销孔 (便于拔模 ),而销孔是许多工序加夹紧力的部位 ,故应在粗镗 止 口之 后即对销孔进行粗镗 ,以便在以后的工序中夹紧力能较均匀的分布 ,而不至于压坏销孔所在的搭子 。 (2) 在方案一中 ,所有环槽的粗 、 精加工都是一次一起加工的 ,而在方案二中将梯形槽单独的精加工 ,而环槽加工是活塞加工中重要的工序之一 ,它的精度要求高 ,而切削力又较大 ,故应采用方案二中的方法 ,来加工环槽 ,才能保 证其精度的要求 。 (3) 在方案一中 ,加工燃烧室打算一次加工成功 ,用成形车刀 。 而燃烧室的形状为一般球形 ,成形车刀是一种半圆形的 ,由于成形车刀有进给运动 ,是很难加工出球形燃烧室和保证燃烧室的容积的 。故应按照 方案二那样 ,光滑油池底 ,在燃烧室底部钻一个孔后再用成形车刀加工 。 (4) 另外 ,精镗销孔是活塞加工中保证精度的关键性的工序 ,在这里将着重分析一下它的工艺 。 由于销孔的尺寸 、 形状和位置精度以及粗糙度的要求都很高 ,因此要采用高精度的镗刀和金刚镗床 ,同时对精镗销孔工序定位基准的选择也必须予以充分的重视 。 上 述的两种方案采用的是顺镗镗销孔 ,它用 止 口及端面 来 定位 ,消除 了 五个自由度 。 剩下的转动自由度用一根装在尾座套筒中的菱形销插入销孔中来定位 ,从而保证精镗的加工余量均匀 ,当活塞被压紧后 ,再将菱形销退出 即可加工 .但销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比 ,在零件图中有 95 0.08的要求 ,即设计基准是顶面 ,而定位基准是 止 口及其端面 ,产生了基准不重合的误差 。 这种情况下要对工序尺寸进行换算 ,提高某些尺寸精度 ,这种就会使成本提高 。 nts 9 图 3.1 端面和止口定位精 镗 销孔 为了使工艺基准和设计基准重合 ,可以用顶面代替端面作为基面 ,即倒镗销孔 ,。 同时在零件图中由于活塞的轴心线和销孔的轴心线也有较高的精度要求 ,故倒镗时采用外圆和顶面来定位的话 ,就能很好保证其精度要求 。 则采用外圆定位时应采用 V形块 ,而一般形状下是用两 V 形块夹紧 ,但这里活塞是薄壁零件 ,这 样 的夹紧方法将会产生变形 ,故是采用一个 V 形块的内部夹紧 。 样才能有利于保证加工质量 ,但夹具的结构复杂 ,同时也应适当的施加夹紧力 。 如 图 3.2所示 nts 10 图 3.2 用 裙部外圆和顶面定位夹具简图 工序的安排为 ： 先加工阶段的划分 ,划分加工阶段应将粗精加工分开 ,才能使变形所引起的误差减小到最小 。分 析上面活塞加工的工艺过程 ,可分为粗 、 精加工两个阶段 。 工序 6 以前为粗加工阶段 ,包括对各主要表面如止口、外圆、环槽等进行的粗加工 ,同时将一些要求不高的又要切除的较多金属余量的表面如油孔等加工出来 。 从工序 7 开始为精加工阶段 。 工序 7 为转折点 ,在此工序中对精基准进行修整 ,以保证以后精加工工序的定位精度 。 此外 ,为了避免精加工后的表面受到损伤 ,主要表面的精加工应尽量放在最后进行 。 如精磨裙部外圆和滚 压销孔都放在最后加工 。 其次是工序的集中与分散 ,上述活塞的加工工艺过程属于大量生产 ,它的特点是按工序集中原则 ,采用了较多的高效率的专用机床和专用工夹量具 ,组成生产流水线 。 如在第三道工序的多刀车床 ,在一次安装下同时加工出外圆、环槽和顶面 ;第四第五道工序在专用多轴钻床上同时钻六个和八个孔 ,大多数工序都由复合工步组成 。 由于工序集中减少了机床的数量 ,相应地操作工人数和生产面积 ,由于工序集中 ,而且采用自动化程度较高的专用机床和工夹量具 ,大大提高了生产效率 ,又由于工序集中 ,在一次安装中加工尽量多的表面 ,不 但 减少了辅助 时间 ,而且有利于保证各表面的相互位置精度 。 综上所述 ,在方案一和方案二中的基础上加以综合修改后 ,确定的加工路线最后如下 : nts 11 工序号 工 序 内 容 设 备 1 外圆定位粗车端面及其止口 在 C620-1 上加工 2 止口定位粗镗销孔 双头镗床 3 止口定位粗切外圆、槽及顶部 多刀半自动车床 C730 4 钻斜面油孔 Z512 5 钻环槽油孔 Z512 6 钻、滑销座孔 转塔钻床 7 精车止口及顶锥（外圆定位） 专用立镗 8 止口定位精切细外环岸、倒角 多刀自动车床 9 止口定位切小槽及 精切梯形槽 C620 车床 10 靠模车裙部 靠模车床 11 车凹部 普通车床 12 车顶面及倒角 C620 13 外圆定位 以顶面为基准倒镗（精）销孔 金刚镗 14 挖卡环槽 车床 15 滑油池底 Z535 16 车燃烧室 C620 17 钻 R7 凹坑 Z535 18 车燃烧室口 车床 19 铣喷油曲线 Z535 20 去毛刺、锐边 手钻、砂纸 21 清洗 22 滚压销孔 钻臂钻床 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 加工余量是指加工过程中所切去的金属层的厚度。 加工余量的大小对于工作的加工和生产率均有较大的影响。 零件图样上的设计尺寸及其公差是经过各加工工序后得到的。没道工序的工序尺寸都不相同，它们是逐步向设计尺寸接近的。为了最终保证零件的设计要求，需要规定个工序的工序及其公差。 6120 活塞 的 零件 材料为铜硅铝合金 ,毛坯重量约为 2300 克 ,生产类型为大批大量生产 ,采用的毛坯为金属模铸造出来的 。 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 : 126 x 156(mm) 2.4.1 止 口的加工 余量 总余量 为 :3mm nts 12 粗车余量 为 :2.6mm 精车余量 为 :0.4mm 2.4.2 端面及顶面的加工余量 端面的总余量为 ： 4mm 粗车余量为 ： 3.8mm 精车余量为 ： 0.2mm 顶面的总余量为 ： 5mm 粗车的加工余量为 ： 3.5mm 半粗车的加工余量为 ： 1.37mm 精车的加工余量为 ： 0.13mm 2.4.3 销孔的加工余量 滚压的加工余量 : 0.15mm 精镗的加工余量为 : 0.30 mm 粗镗的加工余量为 : 3.55 mm 则总的加工余量为 : 4 mm 2.4.4 外圆的加工余量 毛坯的总加工余量为 :3 mm 精车之后细车加工余量 为 : 0.25 mm 粗车之后精车的加工余量 为 : 0.6 mm 粗车的加工余量 为 : 2.15 mm 2.5 重点工序的加工说明 2.5.1 止 口的加工 止 口的加工分为粗加工和精加工两步 ,由于 止 口是作为整个加工过程中的工艺基准 ,其加工精度要求当然是相当高的 ,所以必须采用合理的加工方法才能保证精度和要求 。 由于工作外圆是毛坯表面 ， 如图 2.5.1 所示 ： nts 13 长三爪支承钉图 2.5.1 以外圆定位粗车止口 用一般的三爪卡盘夹持不够牢固 ,所以把长爪加长以避免工件在切削力作用下产生倾斜 ,工件的初始位置由支承钉确定轴向位置 ,而被加工的 止 口和端面由最终位置由装在刀架的长杆决定 。 即当刀架进给时 ,长杆和刀架一起移动 ,当长杆的 头部与活塞的内顶部接触时 ,微动 开关 (连在长杆上的 )被触动而使刀架停止进给 ,以保证工序尺寸 。 这种用长 杆控制工序尺寸的好处在于 :毛坯的制造误差不会影响燃烧室的壁厚 ,但是它同样也会带来一个缺点 ,如果毛坯的外圆和内壁有较大的同轴度的误差 ,用外圆加工出的 止 口与外圆同轴而与内壁不同轴 ,以后再用止 口定位加工出的外圆表面就会造成壁厚不均匀 ,如果毛坯的外圆与内壁的同轴度误差不大时 ,则用上述方法就不会造成很 大 的壁厚差 ,由于 6120 活塞的毛坯采用的是金属浇注 ,精度较高 ,故采用上述定位方法基本能保证壁厚差 。 粗加工 止 口后 ,再进行斜面及孔座的加工 ,精车 止 口的加工 。 这是因为 在精车止 口是统一的基准 ,因此在精加工之前必须先提高它的精度 对它先进行精加工 。 这时由于外圆已加工过而精车 止 口的切削用量不大 ,故可以用 V 型块对外圆进行夹紧 ,又由于顶面需加工出一顶锥 ,所以可以用两个支承导轨来支承顶面 ,这样就限制了工件的 5 个自由度 ,只剩一个垂直方向的转动自由度 ,这样就可以同时在上面精车 止 口 ,下面车出顶锥 ,这种定位方法能够保证 止 口和外圆的同轴度 ,搞高工作效率 。 nts 14 2.5.2 环槽的加工 在零件图的技术要求中对环槽侧面的垂直度 。 圆跳动和槽宽的尺寸精度都有较高的要求 ,加工中由于切槽刀在宽度方面的刚性较差 ,端面到环槽的距离不可避免的要有误差 ,以致 切 槽刀在宽度 方向上余量不均匀 ,造成两侧面的切削力不相等 ,会使刀具在切削过程 中 产生弯曲 。 影响尺寸精度和位置精度 ,故而应增加环槽的切削次数 。 为了保证槽间距离 ,切槽刀和其夹板两侧面都应磨到 Ra 0.63 m 为了保证槽宽的尺寸精度 ,必须将切槽刀宽度的浮动严格限制在 0.005mm 以内 ,为了保证槽的侧面和裙部的轴心线垂直 ,除了刀架溜板的运动方向应与活塞裙部的轴心线垂直外 ,还必须将切槽刀安装得与裙部轴心线垂直 。 2.5.3 裙部外圆的精加工 裙部外圆的精加工是精车 ,必须使工件相对于刀具有一个附加的往复运动 可以用靠模法来实现上述的往复运动 。 即在车床的工件头架 、 尾架和工件都安装在同 一块板上 ,板用两个以 O 为回转轴的铰链与工件台连接 ,在工件轴的后端装一椭圆形的靠模 ， 靠模和一个固定在工作台上的滚动轴承相接触 。 当工件和靠模一起转动时 ,由于靠模的椭圆外形 ,就使整块板同工件头架 。 工件产生摆动以获得那种往复运动 。 但在工件型号或椭圆度改变时 ,就必须更换靠模 。 如下图 2.5.2所示 : 靠模工件靠模滚图 2.5.2 裙部外圆精加工 . 2.5.4 销孔的 精加工 为了保证活塞与连 杆的连接状况和发动机和正常运转对活塞销孔提出了很高的技术要求 。 黄河牌 6120 活塞销孔的尺寸精度是 6 级 ,表面粗糙度为 0.63m,椭圆度和锥度不大于 3 m。 这样高的精度和光洁度 ,用一般的孔加工方法是很难达到的 。 假如钻、扩、铰工艺在一般情况下只能达到 7 级精度和 1.25 m,还nts 15 不能保证相互位置精度要求 。 所以活塞销孔的精加工 ,是活塞加工过程是关键性的工序 。 不仅要求采用高精度的加工方法为终加工工序 ,还必须经过从粗到精的几次加工才能满足要求 。 上面的加工工艺水平中采用了粗镗、精镗和滚压加工 ,能够稳定的达到规定的技术要求 。 销孔精镗采用金刚石镗床 ,主轴采用静压轴承 ,刚性好 ,旋转精度高 ,所以能达到很高的加工精度 。 销孔精镗的一个主要问题是定位基准的选择 ,止口作为统一基准 ,也应作为销孔精镗的定位基准 。 但是车间实践证明以止口定位 ,由顶面夹紧不能保证其加工精度 。 如下图 a所示说明在夹紧力 P的作用下 ,销孔变成扁圆 ,精镗以后变形恢复 ,造成销孔圆度超差 。 这样工件的安装必须由操作工人凭经验掌握 ,难以防止销孔不变形 。 为此对于平顶活塞改用顶面定位 ,消除了夹紧变形 ,有利于销孔加工 。 而且顶面为销孔中心高的设计基准 ,尺寸 A1可直接获得不必进行尺 寸换算 。 滚压加工是销孔加工的最终工序 ,主要是为了提高表面粗糙度、圆度、和素线平行度 。 工件止口定位 顶面定位图 2.5.3 精镗销孔的两种定位方式 2.6 确定切削用量及基本工时 . (重点工序 ) 2.6.1 加工条件 工件材料 : 共晶铝铜合金 金属模浇铸 nts 16 加工要求 : 精镗销孔 机床 : 740 金钢镗床 刀具 : 精镗专用镗刀 2.6.2 计算切削用量 镗刀的进给量为： 0.10mm/r 切削速度为： 4m/s 主轴每分钟转数 ： 1700r/min 切削深度： 0.15mm 2.6.3 基本工时 机动时间的定额定义 :在一定的技术组织条件下制定出来的完成单位产品某顶工作所必须的时间 ,时间定额是安排生产计划核算成本的重要依据之一 ,也是设计或扩建工厂或车间时计算设备和人员数量的重要资料 ,时间定额中的基本时间则要根据切削用量和行程长度来确定 ,其余的组成时间则根据经验数据来确定 。 其理论公式为 : T单体 =T基本 +T 技术服务 +T组织服务 +T 间隙 +T准备 终结 其 中 T辅助 =(15-20)%T基本 T技术服务 =(10-15)%T基本 T组织服务 =(5-7)%T基本 T间隙 =(2-6)%T基本 T准备终结 =(1.35-1.5)%T基本 总之 T单体 =(1.35-1.5)%T基本 在本工序的加工情况下 ,T基本的计算如下 : T基本 =(L1+L2+L3)i/ns i-为走刀次数 ; s-为每转进给量 ; n-为每分钟转数 车刀 L1=3 5mm L2=2 3mm 则 T基本 = 1.0170 23147 0.88min T单 体 =1.32min 2.7 活塞的检验 为了保证活塞达到规定的技术条件 ,必须在加工中及加工完毕后进行技术检查 ,最后检查的项目有 ： (1) 检查外观和表面粗糙度 nts 17 (2) 检查活塞销孔的尺寸及形状偏差 (3) 检查裙部的椭圆度和锥度 ,按裙部椭圆的长轴分组 (4) 检查环槽宽度 、 底径 、 环槽侧面的垂直度和圆跳动 (5) 检查销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度和对称度 ,销孔轴心线到顶面的跳离 (6) 称活塞的重量并按重量分组 现将活塞最后 检查中几个主要技术条件的检验方法简述如下 : 2.7.1 裙部直径和椭圆度的测量 千分表工件图 2.7.1 裙部直径和椭圆度的测量 简图 测量方法 如图 2.7.1 所示 ,先用一个直径已知的标准件对好千分尺的零位 ,然后将工件按图示方法安装 ,读得的最大读数即为工件直径之差 。 由于标准件的直径是已知的 ,因此工件的直径也可得到 ,测量所得的尺寸即为裙部椭圆的长轴 ,将工件转过 90 度 ,再测量一次 ,即得裙部椭圆的短轴将为裙部椭圆度的在最后检查时 ,按裙部椭圆的长 轴将活塞分组 。 由于铝合金的热膨胀系数比较大 ,测量时气温的变化对测量结果的很大的影响 ,因此必须排除气温变化对测量产生的影响 。 有条件的工厂可以在恒温室内进行测量 ,无条件的工厂就需要经过一定的试验 ,测量出不同气温下活塞直径 变化的规律 。 根据这种规律来校正测量结果 ,同样nts 18 也可以达到检验的目的 。 2.7.2 销孔轴线与裙部轴 心 线的测量 工件千分表图 2.7.2 销孔轴线与裙部轴心线的测量 在测量时用如上图所示的检验夹具 ,在销孔中插入适当尺寸的检 验心轴承 1 。 将活塞以端面向下放在夹具平板上 ,并使检验心轴与两根圆柱 2 接触 ,nts 19 将活塞连同心轴一起移动 ,记下千分表的最大读数 。 然后将活塞及心轴在平面内转动 180 度 ,用同样方法记下活塞另一边的千分表的最大读数 ,两次读数差值的一半就是销孔轴心线与裙部轴心线的对称度 ,这种测量方法实际测量的是轴心侧母线至裙部外圆的距离 l1 和 l2,并使销孔轴心线与裙部轴心线的对称度等于 1/2 |l1-l2|。 2.7.3 销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度的测量 图 2.7.3 销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度的测量简图 检验夹具如 上 图 2.7.3 所示 ,在销孔中插入适当尺寸的检验心轴 ,把活 塞以端面向下放在夹具夹板上 ,用千分表在心轴一端读得一个最大读数 ,然后把活塞和心轴在水平面上转过 180 度 ,在心轴的另一端读得另一最大读数 ,设两次测量点间的距离为 L。 则两次读数的差即为距离 L 上垂直度 ,这样的测量方法实际上是测量心轴上母线上在 L 距离上的高度 H1 及 H2,即心轴上母线与活塞庙面在 L距离上的平行度 ,只有在心轴两端直径相同 ,裙部轴心线与闻面垂直时 ,这一数才能代表销孔轴心线与裙部轴心线的垂直度 。 nts 20 3 夹具的设计 粗镗销孔 夹具 机床夹具是切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固夹紧的工艺装备。 它能可靠地保证工件的加工精度、提高加工效率、减轻劳动强度。所以特设计专用夹具。 此次设计指导老师要求我设计了第 5 道工序粗镗销孔的夹具 。此夹具将用于双头卧式镗床。 3.1 问题的提出 利用本夹具的目的是为了 粗镗销孔 ,销孔 对活塞的工作起重要的作用 ,直接影响 着 发动机的工作效率 和内燃机的寿命 ,对它的形状 和位置 精度有一定的要求 ,例如销孔的轴心线和裙部的轴心线 的垂直度，以及销孔的光洁度等。 所以本夹具的重点放在提高夹具 的 运动精度上 ,并在此基础上提高劳动生产率。考虑到液压夹具运动平稳、效率又好，故 在这里设计了液压夹具。 3.2 夹具的设计 在这里设计 的 是 粗镗销孔 夹具 ,由零件图 可知 ， 定位基准 选择的是活塞的顶面以及裙部的外圆 ,因此采用杠杆夹紧机构内壁夹紧（目的是为了减少变形，前文已 分析）。其夹紧的液压夹具原理说明见下图 3.2.1 所示 （为了提高生产率，特设计了两个工件同时加工） ： nts 21 图 3.2.1 用裙 部外圆和顶面 定位 夹具 简图 nts 22 操作时 ，先将活塞工件竖直放 在 V形块上 ，让 V形块卡住活塞的销孔外壁 ，然后转动 支竿 ，将两个压 块 压在活塞顶面上，保持到中间 位置， 平衡杠杆 压竿 以让其受力均匀；调节左侧的微调螺钉，对好销孔与镗刀的位置 ，接通液压开关，使压 块 压紧 ， 这样定位安装就限制了活塞的六个自由度，夹紧完成， 可以开机加工 。加工完毕，松开液压开关， 将镗刀退出， 并让支竿转动一定角度（便于 取下活塞部件 ），取下活塞部件按上述操作往复加工下批。 3.3 切削力和夹紧力的计算和校核 3.3.1 切削力 粗镗销孔 时 ,在 卧式金刚镗床 T740-2 型上加工，主轴转轴转速 n=2500r/min,每转进给量 S=0.1mm/r、 t1=0.25mm、 t2=0.05mm.由于切削变形与摩擦 ,镗刀受到切 削力 ,为了实际应用 ,现将它分解为相互垂直的三个分力 ,情况如下图所示 : Fz: 圆周分力 ,作用于 镗 刀外圆切线方向上的力 Fy: 径向分力 Fx: 轴向分力 因为 Fy和 Fx主要对夹具的作用力不大 ,所以这里主要考虑圆周分力 Fz对夹具的作用 。 图 3.3.1 受力分析图 nts 23 硬质合金镗刀镗削铝件（ S最大 =0.75mm/r） 时 ， 根据 计算公式 查表得 : Fz=Cpz t SYsz Kvpz Kppz Krpz Kr K 冷 K 料 Pz Fy=Cpy t9.0 S 75.0 Kvpy Kppy Kv K 冷 P 料 Py Fx=Cpy t2.1 S 65.0 Kvpx Kppx Krpx Kv K 冷 P 料 Px t-切削层深度 Px-轴向切削力 S-每转进给量 Cp-加工时考虑工件材料及镗刀刀具类型系数 Kp-修正系数 根据查阅 计算可得： Fz=420N 3.3.2 夹紧力 根据 所 选定 的活塞油缸： d=(0.5 0.55)D P1 50 105Pa D-油缸直径 d-活塞杆直径 P-油液压力 受压时，取背压： P2=3 105Pa F1= /4D2 P1-（ D2 -d2 ） P2 13554.4N 根据实际情况， 取液压缸 的机械 效率 =0.95，则实际的推力为： F=F1m=12876.7N 从夹具图中可知活塞缸的推力通过 连接杆传给压杆再传给压块。 分析受力图如下 ： nts 24 图 3.3.2 受力分析图 根据如图所示的受力分析 ，因为 连接杆把压板 从中 平分 ， 即施加在 活塞部件上的力分别为 F1、 F2： F=F1+F2 即 F1=F2=F/2 =1287.6 2 =6438N Fz 所以这里对活塞的夹紧是可靠的 . nts 25 4 参考文献 1 郑修本 .机械制造工艺学 M .2 版 .北京：机械工业出版社， 1999.5 2 周昌治，杨忠鉴，赵之渊，陈光凌 . 机械制造工艺学 M .重庆：重庆大学出版社， 94.10 3 赵家齐 .机械制造工艺 学 课程设计 指导书 M .北京： 机械工业出版社 ， 2000.10 4 陈宏钧 . 实用机械加工工艺手册 M .北京：机械工业出版社， 2003.1 5 肖继得，沉宁平 . 机床夹具设计 M .北京：机械工业出版社， 2000.5 6 东北重型机械学院，洛阳农业 机械学院，长春汽车厂工人大学 . 机床设计手册 M .2版 .上海：上海科学技术出版社， 1979， 7 7 赵 巳得 . 机床夹具图册 M .北京：机械工业出版社， 1984， 6 8 赵大兴 ， 李天宝 .现代工程图学教程 M .武汉：湖北科学技术出版社， 2002.8 9 顾维邦 .金属切削机床概论 M .北京：机械工业出版社， 1999.7 10甘永立 .几何量公差与检测 M .5 版 .上海：上海科学技术出版社，2001.4 11贵州工学院机械制造工艺教研室 .机床夹具结构图册 M .贵州：贵州人民出版社， 1983.7 nts 26 致 谢 此次 毕业 设计是在尊敬的陶湘保教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、设计到答辩，都渗透了陶教授大量的心血。 在陶教授指导的几个月中，他渊博的知识，丰富的科研经验，严谨的工作态度 使我受益匪浅，特别是他的平易近人和慈善的面孔 给我留下了最深刻的印象。 在他的指导下使我 对专业知识有了更深的认识， 明确 了自己在今后工作的努力方向 和态度，为我以后的工作打下了最坚实的基础。 在此特向陶教授致以最崇高的敬意 和衷心的感谢， 同时也要感谢所有老师和同学的关心和帮助，以及图书馆几位管理员的 工作时的支持。 nts 27 附录 nts 28 实习报告 院（系）： 机械工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 021 姓名： 何坤 一、实习的主要内容 为了了解和掌握我们机械专业的基本生产实际知识，培养自己理论联系实际及初步的独立工作能力，为以后走入社会打下基础。今年二月初我便进入了一个五金模具公司认真完成了两个月的生产实习。 进入工厂，经理先带我们去
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