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活塞工艺及夹具设计开题报告-1.doc

汽车活塞加工工艺规程及夹具设计【全套图纸和说明书】【原创资料】

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关键词：: 汽车活塞加工工艺规程夹具设计全套图纸以及说明书仿单原创资料

资源描述：

摘要

本文是在汽车活塞的图样分析后进行汽车活塞的机械加工工艺路线的设计，同时按照其中的加工工序的要求设计夹具。

汽车活塞的主要加工内容是表面和孔。其加工路线长，加工时间多，加工成本高，零件的加工精度要求也高。按照机械加工工艺要求，遵循先面后孔的原则，并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以底面作为粗基准，以底面与工艺孔作为精基准，确定了其加工的工艺路线和加工中所需要的各种工艺参数。

在零件的夹具设计中，主要是根据零件加工工序要求，分析应限的自由度数，进而根据零件的表面特征选定定位元件，再分析所选定位元件能否限定应限自由度。确定了定位元件后还需要选择夹紧元件，最后就是确定专用夹具的结构形式。

关键词:汽车活塞；加工工艺；工序；专用夹具

Abstract

This is the case in the headstock pattern analysis cabinet after machining process route design, while manufacturing processes in accordance with one of the requirements of the design fixture.

The main spindle box casing surface and hole machining content. Processing route, processing time, higher processing costs, machining accuracy requirements are also higher. In accordance with the machining process requirements, and follow the principles of the first surface after hole, and the hole with a flat-screen processing is clearly divided into roughing and finishing stages to ensure accuracy. Reference selection to the bottom as a crude benchmark, the bottom two technical hole as a fine basis, determine the route of its processing technology and processing needs of the various process parameters.

In the parts fixture design, parts processing operations requirements, analysis should be limited to the number of degrees of freedom, and then selected according to the parts of the surface characteristics of the positioning element, and then analysis whether the selected positioning element should be limited degrees of freedom. Positioning element also need to choose the clamping element, the final step is to determine the structure of the special fixture.

Key words: Headstock; processing; process; special fixtures

摘要 II

Abstract III

目录 1

1 绪论 1

1.1 本课题的研究内容和意义 1

1.2 国内外的发展概况 2

1.3 本课题应达到的要求 3

2 汽车活塞的图样分析 4

2.1 汽车活塞的作用 4

2.2 汽车活塞的图样分析 7

2.3 工艺分析 7

3 工艺规程设计 9

3.1 确定毛坯的制造形式 9

3.2 定位基准的选择 10

3.2.1 粗基准的选择 11

3.2.2 精基准的选择 12

3.3 拟定工艺路线 13

3.3.1 划分加工阶段 13

3.3.2 安排加工顺序 14

3.3.3 拟定加工工艺路线 15

工艺路线方案二 17

2.3.3 工艺方案的比较与分析 17

3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 19

2.4.1 止口的加工余量 19

2.4.2 端面及顶面的加工余量 19

2.4.3 销孔的加工余量 19

2.4.4 外圆的加工余量 20

3.5 切削用量及工时定额的确定 20

4 粗镗销孔夹具设计 33

4.1 研究原始质料 33

4.2 定位、夹紧方案的选择 33

4.3切削力及夹紧力的计算 33

4.4 误差分析与计算 34

4.5 夹具设计及操作的简要说明 35

5 铣顶部R16槽夹具设计 36

5.1研究原始质料 36

5.2定位基准的选择 36

5.3切削力及夹紧力的计算 36

5.4定向键与对刀装置设计 37

5.5误差分析与计算 38

5.6夹紧装置的选用 39

5.7夹具设计及操作的简要说明 40

6 结论与展望 41

5.1结论 41

5.2不足之处及未来展望 41

致谢 43

参考文献 44

1 绪论

1.1 本课题的研究内容和意义

工装工艺及夹具毕业设计是对所学专业课知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。

机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。

机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生产产品的进度计划和相应的调度计划，并能做到各工序科学地衔接，使生产均衡、顺利，实现优质、高产和低消耗。

机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。机械加工工艺过程卡片，是说明零件加工工艺过程的工艺文件。在单件、小批量生产中，以机械加工工艺过程卡片指导生产，过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片是为每个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。

在机械行业中，如何去保证工件的高精度、加工的成本等实质性问题，一直是从事于机械行业人员研究的问题，其中在设计夹具的时候就要考虑以上问题，高效的夹具是工件高精度的保证，如何让夹具更高效、更经济，这是行业人急需要解决的。

随着社会的发展，科技的不断提高，各种高科技技术逐渐渗透到各个行业，如何利用这些高科技为人类服务，如何充分利用这些高科技在机械行业中，这还需要机械行业人员不断的努力，开拓创新。

随着科学技术的发展，和社会市场需要，夹具的设计在逐步的超向柔性制造系统方向发展。迄今为止,夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已高度标准化,用户只需要按品种、规格选用采购。而模具和夹具则和产品息息相关,产品一有变化就需重新制作,通常是属于专用性质的工具,模具已发展成为独立的行业;夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想,又符合节约资源的原则,更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向单位。

机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。

通过这次毕业设计，对自己所学的理论知识进行一次综合运用，也是对四年的学习深度的一个检验。在这次设计过程中，充分挖掘自己分析问题，解决问题的潜力。并希望通过毕业设计能养成一种严谨，认真的态度，为以后参加工作打下一个良好的基础。

761活塞.png

粗镗销孔夹具装配图.png

铣顶部R16槽夹具装配图.png

粗镗销孔夹具体.png

铣夹具体.png

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内容简介：: I 广东技术师范学院天河学院毕业设计（论文）题目：汽车活塞加工工艺规程及夹具设计系别：专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：起迄日期 : 设计 (论文 )地点 : 指导教师 : 专业教研室负责人 : 日期 : 2015 年月日要本文是在汽车活塞的图样分析后进行汽车活塞的机械加工工艺路线的设计，同时按照其中的加工工序的要求设计夹具。汽车活塞的主要加工内容是表面和孔。其加工路线长，加工时间多，加工成本高，零件的加工精度要求也高。按照机械加工工艺要求，遵循先面后孔的原则，并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以底面作为粗基准，以底面与工艺孔作为精基准，确定了其加工的工艺路线和加工中所需要的各种工艺参数。在零件的夹具设计中，主要是根据零件加工工序要求，分析应限的自由度数，进而根据零件的表面特征选定定位元件，再分析所选定位元件能否限定应限自由度。确定了定位元件后还需要选择夹紧元件，最后就是确定专用夹具的结构形式。关键词 :汽车活塞；加工工艺；工序；专用夹具 is in in of of In of a is to to as a as a of of In be to of of to of of be of to is to of 1 目录摘要 . . 录 . 绪论 .课题的研究内容和意义 .内外的发展概况 .课题应达到的要求 . 汽车活塞的图样分析 .车活塞的作用 .车活塞的图样分析 .艺分析 . 工艺规程设计 .定毛坯的制造形式 .位基准的选择 . 粗基准的选择 . 11 基准的选择 .定工艺路线 . 划分加工阶段 . 安排加工顺序 . 拟定加工工艺路线 .艺路线方案二 . 工艺方案的比较与分析 .械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 止口的加工余量 . 端面及顶面的加工余量 . 销孔的加工余量 . 外圆的加工余量 .削用量及工时定额的确定 . 粗镗销孔夹具设计 .究原始质料 .位、夹紧方案的选择 .削力及夹紧力的计算 .2 差分析与计算 . 34 具设计及操作的简要说明 . 35 5 铣顶部夹具设计 . 36 究原始质料 . 36 位基准的选择 . 36 削力及夹紧力的计算 . 36 向键与对刀装置设计 . 37 差分析与计算 . 38 紧装置的选用 . 39 具设计及操作的简要说明 . 40 6 结论与展望 . 41 论 . 41 足之处及未来展望 . 41 致谢 . 43 参考文献 . 44 1 1 绪论课题的研究内容和意义工装工艺及夹具毕业设计是对所学专业课知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。根据它来组织原材料和毛坯的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。有了它就可以制定生产产品的进度计划和相应的调度计划，并能做到各工序科学地衔接，使生产均衡、顺利，实现优质、高产和低消耗。机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。机械加工工艺过程卡片，是说明零件加工工艺过程的工艺文件。在单件、小批量生产中，以机械加工工艺过程卡片指导生产，过程卡的各个项目编制较为详细。机械加工工序卡片是为每个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。在机械行业中，如何去保证工件的高精度、加工的成本等实质性问题，一直是从事于机械行业人员研究的问题，其中在设计夹具的时候就要考虑以上问题，高效的夹具是工件高精度的保证，如何让夹具更高效、更经济，这是行业人急需要解决的。 2 随着社会的发展，科技的不断提高，各种高科技技术逐渐渗透到各个行业，如何利用这些高科技为人类服务，如何充分利用这些高科技在机械行业中，这还需要机械行业人员不断的努力，开拓创新。随着科学技术的发展，和社会市场需要，夹具的设计在逐步的超向柔性制造系统方向发展。迄今为止 ,夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具之一 ,刀具本身已高度标准化 ,用户只需要按品种、规格选用采购。而模具和夹具则和产品息息相关 ,产品一有变化就需重新制作 ,通常是属于专用性质的工具 ,模具已发展成为独立的行业 ;夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想 ,又符合节约资源的原则 ,更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向单位。机床夹具通常是指装夹工件用的装置 :至于装夹各种刀具用的装置 ,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围 ,一般可分为通用夹具 ,专用夹具和可调整式夹具等。通过这次毕业设计，对自己所学的理论知识进行一次综合运用，也是对四年的学习深度的一个检验。在这次设计过程中，充分挖掘自己分析问题，解决问题的潜力。并希望通过毕业设计能养成一种严谨，认真的态度，为以后参加工作打下一个良好的基础。内外的发展概况工装的全称是工艺装备，工装是指加工机床外而需保证零件加工质量的工艺装备，是制造过程中所用的各种工具的总称。它是各企业内除生产设备和工具外的为配合生产设备和人完成工艺制作要求的部分，大多工装都是针对各自产品特点的。机械加工过程中用来固定和定位要加工的零件或毛坯件的装置，即工装的主要作用有：固 3 定，定位，防止变形。夹具属于工装，工装包含夹具，属于从属关系。不仅仅是焊装用，在机加工方面也有用，许多时候，需要装配几个部件并保证其定位准确的时候就需要。设计工装夹具要紧扣产品，因为工装夹具是专门为某些产品特定的，要保证生产时无干涉现象、定位准确、操作工操作便捷等。简单的说，就是用于工件装夹的工具。夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高要求，如快速、高效、安全等。要想达到这样的生产要求，就必须计算加工工序零件在加工过程中由于切削力、重力、惯性力等所产生的切削力及切削力矩，按照夹具设计中所确定的夹紧方式进行夹紧力的计算，为了减小夹具的具体尺寸，就需要增大夹具的定位区间，增大由夹紧力而产生的摩擦力矩、正压力及由此而产生的摩擦力，以达到夹具小巧而精用的目的。同时为了减少工人的劳动强度，提高工件装夹效率，还需要对夹具的夹紧机构的行程进行设计，以期以最短的夹紧行程，达到最佳的夹紧效果。课题应达到的要求通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，对汽车活塞的基本结构及作用有个大致的了解，在此基础上，经过对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论等相关知识充分掌握后，分析汽车活塞的加工工艺，确定汽车活塞各加 4 工表面的加工方法，进而形成汽车活塞的机械加工工艺路线。并能根据汽车活塞的加工工序要求，分析汽车活塞的定位方式、金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合机械机构设计的相关理论知识，完成工件的有效定位及夹紧，从而使整个汽车活塞的加工工艺路线经济，工件定位方案合理，来达到产品的最优化设计。针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的汽车活塞加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。为提高钻床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振动，夹具体不仅要有足够的刚度和强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有 H/B1 降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。 2 汽车活塞的图样分析车活塞的作用汽车活塞 ,如图图示，其主要作用是：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而汽车活塞是主传动系中的关 5 键零件。因此，汽车活塞的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。 6 图车活塞 7 车活塞的图样分析在编制汽车活塞机械加工工艺规程之前，首先应研究汽车活塞的工作图样和产品装备图样，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确该汽车活塞在产品中的位置和作用；了解并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的措施加以保证。汽车活塞的材料为硅铝合金，硅铝合金生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。传动汽车活塞需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下： 1）该零件为机床汽车活塞，主要加工部位为平面和孔系，其结构复杂，精度要求又高，加工时应注意选择定位基准及夹紧力。 2）材料硅铝合金。 3）铸件人工时效处理。艺分析工艺分析的目的主要有两个：一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工与装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制定出合理的工艺规程。铸件必须进行时效处理，以消除应力。有条件时应在露天存放一年以上再加工。为了保证加工精度应使定位基准统一，该零件主要定位基准，集中在底面和顶面上。镗孔时，在可能的条件下尽量采用“支承镗削”方法，以增加镗杆的刚性，提 8 高加工精度。对直径较小的孔、应采用钻、扩、铰加工方法。为保证在同一轴上各孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套再加工其他孔的方法。为提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗和精镗分开进行。铸造时一般 50 孔的尺寸精度检验，使用内径千分尺或内径百分表进行测量。轴内孔之间距离的测量可以通过孔与孔之间壁厚进行间接测量。同一轴线上各孔的同轴度，可采用检验心轴进行检验。各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准面的平行度，均应通过检验心轴进行测量。汽车活塞作为主传动系的支承零件，各传动轴间要求一定的位置精度，因此，加工此汽车活塞的主要任务是保证各孔系间的相互位置精度。在此汽车活塞的加工中保证各孔正确位置是靠标镗床手动控制坐标来完成的，为更好地保证加工质量，单件小批量生产也可采用组合夹具、专用镗模进行加工，批量较大时，应采用专用镗模进行加工。根据汽车活塞零件图可知，其主要加工面是进行导轨面的加工、表面加工、孔加工、钻孔、攻丝，孔的精度要求高。该零件年生产属小批量生产，设计加工零件所需要的专用夹具是为了提高劳动效率、降低成本。 9 3 工艺规程设计定毛坯的制造形式毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用、零件生产率和经济性，而且也与零件的机械加工工艺和质量密切相关。故正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。毛坯选择时，应全面考虑以下因素： 1）零件的材料及机械性能要求； 2）零件的结构形状与外形尺寸； 3）生产类型，它在很大程度上决定采用毛坯制造方法的经济性； 4）现有生产条件； 5）充分考虑利用新工艺、新材料、新技术的可能性。长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定程度的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常汽车活塞材料采用灰口铸铁。 10 最常用的是硅铝合金 400，当载荷较大时，采用 40 高强铸铁。汽车活塞的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的限制）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸焊、铸煅焊、煅焊等。采用焊接结构可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不足的问题。焊前对各种组合件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加工面要求更高。重要的汽车活塞毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。该零件为汽车活塞类，且外型尺寸较大，材料为硅铝合金，零件的形状较复杂，因此不能用锻造，只能用铸件，采用砂型铸造毛坯，如图车活塞毛坯图所示。采用小批量造型生产。根据零件主要的加工表面的粗糙度查参考文献机械制造工艺简明手册确定各表面加工余量。毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生残余应力，应使汽车活塞壁厚尽量均匀，汽车活塞浇铸后应安排时效或退火工序。该汽车活塞的材料是硅铝合金，单件小批生产，由于结构复杂，所以毛坯采用铸件。为了提高汽车活塞加工精度的稳定性，采用时效处理以消除内应力。位基准的选择定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准选择正确、合理，可以保证零件的加工质量，提高生产率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，使生 11 产无法进行。汽车活塞定位基准的选择，直接关系到汽车活塞上各个平面与平面之间、孔与平面之间、孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基准统一”和“基准重合”的原则，同时必须考虑生产批量的大小、生产设备、特别是夹具的选用等因素。该汽车活塞的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故汽车活塞重要加工表面都要划分粗、精加工两个阶段，这样可以避免粗加工造成的内应力、切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响，有利于保证汽车活塞的加工精度。基准的选择选择粗基准时，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间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则：重要表面原则为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。不加工表面原则为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。余量最小原则如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。使用一次原则因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。 12 平整光洁原则以便工件定位可靠、夹紧方便。根据生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件安装方式也不一样。大批大量生产时，由于毛坯精度高，可以直接用汽车活塞上的重要孔在专用夹具上定位，工件安装迅速，生产率高。在单件、小批及中批生产时，一般毛坯精度较低，按上述办法选择粗基准，往往会造成汽车活塞外形偏斜，甚至局部加工余量不够，因此通常采用划线找正的办法进行第一道的工序加工，即以主轴孔及中心线为粗基准对毛坯进行划线和检查，必要时予以纠正，纠正后孔的余量应足够，但不应定均匀。该汽车活塞为单件小批量生产，在单件小批量生产时，由于毛坯精度低，所以以划线找正法安装。划线时先找正主轴孔中心，然后以主轴孔为基准找出其他需加工平面的位置。加工该汽车活塞时，按所划的线找正安装工件，则体现的是以主轴孔作为粗基准。基准的选择选择精基准时，主要考虑保证加工精度和工件装夹方便可靠。一般应考虑以下原则： 1) 基准重合原则即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 2) 基准统一原则应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。 3) 自为基准原则 13 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。 4) 互为基准原则 5) 便于装夹原则所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。为了保证汽车活塞零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和距离尺寸精度，汽车活塞类零件精基准选择常用两种原则：基准统一原则、基准重合原则。小批生产时一般采用基准重合原则，即以装配基准作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高汽车活塞上各表面间的相互位置精度。大批生产时常采用基准统一原则，即一面两孔定位，可避免由于基准变换而带来的累积误差。该零件以三面定位，汽车活塞上的装配基准为平面，而它们又是汽车活塞上其他要素的设计基准，因此以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高汽车活塞各主要表面的相互位置精度。有零件图可知： D 面、 W 面为精基准。定工艺路线分加工阶段零件的技术要求较高时，零件在进行加工时都应划分加工阶段，按工序性质不同，可划分如下几个阶段：粗加工阶段此阶段的主要任务是提高生产率，切除零件被加工面上的大部分余量，使毛坯形状和尺寸接近与成品，所能达到的加工精度和表面质量都比较低。 14 半精加工阶段此阶段要减少主要表面粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度并留有一定的加工余量，并完成次要表面的加工（钻、攻丝、铣键槽等），为精加工做好准备。精加工阶段切除少量加工余量，保证各主要表面达到图纸要求，所得精度与表面质量都比较高。所以此阶段主要目的是全面保证加工质量。光整加工阶段此阶段主要针对要进一步提高尺寸精度、降低粗糙度（以上）的表面。一般不用于提高形状、位置精度。根据加工阶段划分的要求及零件的批量，该汽车活塞的加工划分为 3 个阶段：粗加工阶段（粗铣各个平面、孔端面及各主轴孔粗镗）、半精加工阶段（半精镗各主轴孔，完成各次要孔等）和精加工阶段（磨各平面、精镗各主轴孔）。排加工顺序复杂工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序，如何将这些工序安排在一个合理的加工顺序中，生产中已总结出一些指导性的原则，先述如下。切屑加工工序顺序的安排原则 1）先粗后精各表面加工顺序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的顺序进行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。 2）先主后次零件的主要加工表面（一般是指设计基准面、主要工作面、装配基面等）应先加 15 工，而次要表面（键槽、螺孔等）可在主要表面加工到一定精度之后、最终精度加工之前进行加工。 3）先面后孔原则对于汽车活塞类、支架类、机体类等零件，平面轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可靠，故应先加工平面，后加工孔。这样，不仅使后续的加工有一个稳定可靠的平面作为定位基准面，而且在平整的表面上加工孔，加工变得容易一些，也有利于提高孔的加工精度。 4）先基准后其他作为精基准的表面要首先加工出来。该汽车活塞的加工和装配大多以平面为基准，按照加工顺序安排的原则，采用先面后孔的加工顺序。先加工平面，可以为加工精度较高的支承孔提供稳定可靠的精基准，有利于提高加工精度。另外，先加工平面可以将铸件不平表面切除，可减少钻孔时钻头引偏和刀具崩刃等现象的发生，对刀和调整也较为方便。加工孔系时应遵循先主后次的原则，即先加工主要平面或孔系，这也符合切削加工顺序的安排原则。根据各面各孔的精度要求，加工顺序如下：平面的加工：查零件制造工艺与装备表 3面加工方法可知，通过粗铣精铣的加工顺序可以满足要求。销轴孔的加工：查机械制造工艺与装备表 3知，通过粗镗半精镗精镗的加工顺序可以满足要求；其余各孔：通过钻扩铰的加工顺序可以满足要求。定加工工艺路线拟定工艺路线的出发点：应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要 16 求能得到合理的保证。还要考虑经济效果，以便降低生产成本。综合以上加工阶段和加工顺序的分析，可以初步得出汽车活塞的加工艺路线。初拟汽车活塞加工工艺路线方案一如表 3示。表 3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 14 车凹部 15 车燃烧室 16 精车顶部及导角 17 钻坑 18 车燃烧室口 19 铣喷油道曲线 20 清洗 21 滚压 17 工艺路线方案二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。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 18 (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缩比 ,在零件图中有要求 ,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。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。这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。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 : 工序号工序内容设备 1 外圆定位粗车端面及其止口在 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钻斜面油孔钻环槽油孔钻、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床 10 靠模车裙部靠模车床 11 车凹部普通车床 19 12 车顶面及倒角 3 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 6 车燃烧室 7 钻坑 8 车燃烧室口车床 19 铣顶部 0 去毛刺、锐边手钻、砂纸 21 清洗 22 滚压销孔钻臂钻床械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定汽车活塞体的材料是硅铝合金，批量生产，由于结构复杂，所以毛坯采用铸件。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、工序尺寸与毛坯尺寸如下：口的加工余量总余量为 :3 粗车余量为 :车余量为 :端面及顶面的加工余量端面的总余量为： 4车余量为：车余量为：面的总余量为： 5车的加工余量为：粗车的加工余量为：车的加工余量为：销孔的加工余量滚压的加工余量 : 镗的加工余量为 : 20 粗镗的加工余量为 : 总的加工余量为 : 4 外圆的加工余量毛坯的总加工余量为 :3 车之后细车加工余量为 : 车之后精车的加工余量为 : 0.6 车的加工余量为 : 削用量及工时定额的确定受论文篇幅所限，只选取部分工序及加工内容进行工艺计算，还请谅解。工序 40 粗车止口由于零件整体加工为外圆端面，故所有轴颈可以一次车削加工，所有轴颈加工余量相同。说明所有轴颈的加工余量。（参考机械制造工艺设计简明手册表确定工序尺寸及余量：具体工序尺寸见表 3。已知工件材料： 20外皮，机床通车床，工件用卡盘固定。所选刀具为质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表于床的中心高为 200表故选刀杆尺寸 = 516 ，刀片厚度为选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径可在一次走刀内完成 f 21 根据切削加工简明实用手册可知：表杆尺寸为，pa 工件直径 10 400 之间时，进给量 f =1.0 按床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30，床进给机构允许进给力530N 。根据表强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = （ 1 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选 f = 用。根据切削用量简明使用手册表刀后刀面最大磨损量取为车刀寿命T = 可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表 6质合金刀加工硬度 200 219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表故： 0V= tV 63 （ 1 m 22 n =1000 =127481000 =120 （ 1 根据床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 1 .校- 广东技术师范学院天河学院本科毕业设计开题报告题目：汽车活塞加工工艺规程及夹具设计院别：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：蔡赞强学号： 2012020643202 指导教师：李俊武年月日 - 1 - 本科毕业设计开题报告二级学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化班级机制 122 姓名蔡赞强学号 2012020643202 联系方式 13751764123 题目汽车活塞加工工艺规程及夹具设计一、选题背景活塞是曲柄连杆机构的重要零件煤气主要功用是承受燃烧气体压力和惯性力，并将燃烧气体压力通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转对外作功。此外，活塞又是燃烧室的组成部分。活塞是内燃机中工作条件最严酷的零件。作用于活塞上的气体压力和惯性力都是周期变化的，燃烧瞬时作用于活塞上的气体压力很高，如增压内燃机的最高燃烧压力可达 14 16而且活塞还要承受在连杆倾斜位置时侧压力的周期性冲击作用，在气体压力、往复惯性力和侧压力的共同作用下，可能引起活塞变形，活塞销座开裂，活塞侧部磨损等。由此可见，活塞应有足够的强度和刚度，而且质量要轻。活塞顶部直接与高温燃气接触，活塞顶部的温度很高，各部的温差很大，柴油机活塞顶部常布置有凹坑状燃烧室，使顶部实际受热面积加大，热负荷更加严重。高温必然会引起活塞材料的强度下降，活塞的热膨胀量增加，破坏活塞与气缸壁的正常间隙。另外，由于冷热不均匀所产生的热应力容易使活塞顶部出现疲劳热裂现象。所以要求活塞应有足够的耐热性和良好的导热性，小的线膨胀系数。同时在结构上采取适当的措施，防止过大的热变形。活塞运动速度和工作温度高，润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。要求应具良好的减摩性或采取特殊的表面处理。由于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。而活塞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本课题就是研究活塞这个汽车当中的一个重要零件的加工。改革开放以来，随着中国与世界的接轨，中国不断的引进了西方先进的加工技术，而且随着世界科技的飞速发展，数控机床，加工中心，柔性制造单元，柔性制造系统等一系列高端设备得以广泛的运用，使得我国的加工精度和加工方法也发生了革命性的改变。产品更新换代的加快，- 2 - 产品需求的多样化，是制造业面临巨大挑战。夹具方面人们也从过去传统的夹具的装夹，定位，刀具的引导定位为夹具的装夹和定位，随着数字化加工设备的扩大化，已经将夹具的引导刀具功能完全替代，给今后的夹具的快速装夹与定位提出了更高的要求。随着汽车整车对发动机的动力性、经济性、环保性及可靠性的要求越来越严格，活塞已发展成为集轻质高强度新材料、异型外圆复合型面、异型销孔等多项新技术于一体的高技术含量的产品，以保证活塞的耐热性、耐磨性、平稳的导向性和良好的密封功能，减少发动机的摩擦功损失，降低油耗、噪声和排放。为满足以上的功能要求，通常将活塞的外圆设计成异型外圆 (中凸变椭圆 )，即垂直于活塞轴线的横剖面为椭圆或修正椭圆，且椭圆度沿轴线方向按一定的规律变化 (如图 1 所示 )，塞纵剖面的外轮廓为高次函数的拟合曲线，轮廓精度为提高活塞的承载能力，以提高发动机的升功率，通常将高负荷活塞的销孔设计成微内锥型或正应力曲面型 (异型销孔 ),销孔尺寸精度达，轮廓精度为二、课题设计题的内容学习研究制定汽车活塞零件工艺规程和夹具设计，制定零件的机械加工工艺规程作为生产的指导性技术文件，使工件能按照零件图的技术要求加工。通过仔细了解零件结构，认真分析零件图 ,培养我们独立识图能力 ,增强我们对零件图的认识和了解 ,通过对零件图的绘制 ,不仅能增强我们的绘图能力和运用软件的能力。制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。在整个设计中也是非常重要的 ,通过这些设计 ,不仅让我们更为全面地了解零件的加工过程、加工尺寸的确定 ,而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定 ,必须与工厂实际的机床相适应。活塞作为典型的汽车关键零部件，在切削加工方面具有很强的工艺特点。目前，国内活塞制造行业通常是由通用机床和结合活塞工艺特点的专用设备组成机加工生产线，因此，专用设备就成为活塞切削加工的关键设备，其功能和精度将直接影响最终产品的关键特性的质量指标。本文根据活塞加工的特殊工序来对其夹具的设计，使其加工过程得以顺利进行，保证活塞销孔的位置及精度的准确性，同时也借助这个夹具的设计，来提高活塞加工的效率，解决活塞的定位、夹紧问题，为活塞的加工提供一个更方便的路径。题的目的随着世界经济的迅猛发展和科学技术的腾飞，市场不断国际化全球化，各行各业的竞争日益激烈。企业要想在残酷的竞争中生存下来谋求发展，就要想方设法提高竞争力。缩短新产品的研- 3 - 发和开发时间，提高产品的设计质量，降低研发成本，进行创新性设计，只有这样，才能满足市场不断变化的需求。在现代企业的机械生产中，如何保证零件加工质量，提高生产效率，降低生产成本，是企业不断追求的目标。随着市场竞争的日趋激烈，对机械零件的技术性和经济性提出了更高的要求，而良好的技术经济性很大程度取决于机械加工工艺的制定。汽车活塞零件是机械产品中最常见的一种零件，其生产工艺比较特殊，改造后的汽车活塞零件可达到较高的精度，同时夹具结构简单，操作方便快捷，能重复使用，降低了成本。汽车活塞的加工工艺及夹具设计为本课题的研究内容，对此研究查阅的大量的资料，首先明白机械加工工艺过程就是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。为了能具体确切的说明过程，使工件能按照零件图的技术要求加工出来，就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产的指导性技术文件，学习研究制定机械加工工艺规程的意义与作用就是本课题研究目的。题的意义活塞顶部有燃烧室 ,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。活塞的主要技术条件分析 - 4 - 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 m 。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 ,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 m。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 100度上公差为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。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活塞在装配的时候应按重量进行分组 . 零件的加工工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺编制得合不合理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求；夹具设计也是不可缺少的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。因此这两者在机械加工行业中是至关重要的环节。机械加工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状，尺寸，相对位置和性质使其成为零件的全过程。机械加工工艺过程的基本单位是工序，工序又由安装，工位，工步及走刀组成。规定产品或零件制造过程和操作方法的工艺文件，称为工艺规程。机械加工工艺规程的主要作用如下：据它来组织原料和毛坯的供应，进行机床调整，专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。 - 5 - 行计划调度的依据，有了它就可以指定进度计划，实现优质高产和低消耗。据它和生产纲领，才能确定所需机床的种类和数量，工厂的面积，机床的平面布置，各部门的安排。机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片是两个主要的工艺文件，对于检验工序还有检验工序卡片，自动，半自动机床完成的工序，还有机床调整卡片。机械加工工艺过程卡片是说明零件加工工艺过程的工艺文件。机械加工工序卡片是每个工序制定时，用于直接指导生产，用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。汽车活塞零件是一种常用零件，研究汽车活塞零件的加工工艺和夹具生产技术，可以改进汽车活塞零件的生产方法，提高工厂的生产效率，降低生产成本，提高零件精度，对实际生产具有重要意义。献综述机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求 ,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。从 1949 年以来，我国机械工业有了很大的发展，已经成为工业中产品门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的产业部门之一，其机械加工和夹具也有很大的发展，但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着阶段性的差距，主要表现在机械产品质量和水平不够高，加工工艺过程不合理，夹具应用也比较少，使其加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不理想。夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工紧。人们越来越认识到中不可缺少的工艺装备。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85- 6 - 左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 3 4 年就要更新 50 80左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 10 20左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； 6）提高机床夹具的标准化程度。随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。（ 1）特种加工它是指一些物理的、化学的加工方法，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。特种加工方法的主要对象是难加工材料的加工，如金刚石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可达分子级加工单位或原子级加工单位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。特种加工与传统加工相结合的复合加工有较大的发展前途。（ 2）快速成形利用离散、堆积成形概念，可将一个三维实体分解为若干二维实体制造出来，再经堆积而构成三维实体。（ 3）精密工程它包括精密加工的超精密加工技术、微细加工和超微细加工技术、微型机械和纳米技术等方面。当前，以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机械技术有重要意义，它们代表了这一时期精密工程的方向。（ 4）传统加工工艺的改造和革新这一方面的技术潜力很大，如高速切削、超高速切削、强力磨削、超硬材料磨具的出现都对加工理论的发展、加工质量和效率的提高有重要意义。另一方面，旧设备的改造和挖潜，如普通机床改造成数控机床等，对机械工业的发展和提高是不容忽视的。 - 7 - 三、课题研究现状外研究现状汽车面世以来。发动机制造技术已经经历了两次变革，现在正酝酿着第三次革命。第一革命发生在 20 世纪初，美国车公司发明了大量生产流水线。其主要方式是由组合机床和专用机床组成的自动生产线称传统自动线，最大优点是生产效率高和价格低，最大缺点是柔性差，我国汽车行业从诞生起至上世纪 90 年代一直沿用汽和东风的载货车发动机厂都是如此。目前我国轿车行业大多不采用国外大量生产稳定产品的生产线中，是最佳选择。上世纪 90 年代出现了高转速、高快移速度、高加速度、快速换刀的高速加工中心，由其组成的高速柔性生产线发动机制造技术的第二次革命，其突出特点是一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾，缺点是投资大，效率受局限，目前是轿车的热点生产线，商用车发动机生产厂也有局部采用，并采用有简单柔性的数控专用（可交换多轴头和夹具）机床组成的为进一步提高高速柔性生产线的生产效率，最新发展的敏捷高速柔性生产线目标是对变化的市场需求快速作出反应。满足汽车发动机多品种，大中批量、高效率、低成本生产的需要，符合”精益生产“原则。其主要特点：由通用高速加工中心和专用，组合机床组成的混合型柔性生产线（ M），按照工序流程排列设备并由自动输送装置连接，全部生产线上机床，输送和工件识别均在一个控制系统中；采用敏捷夹具（柔性夹具可控、可调），采用智能刀具为特定工件加工设计的一系列专用高速刀具。这种生产线的优点是生产效率高，同时又具有相当的柔性，能够适应大批量生产和变型产品生产，投资较小。缺点是柔性受局限，不能加工不可预见的任意品种的零件。目前，混合型柔性生产线在国外应用广泛，国内一些发动机厂家通过引进国外设备，同时增加部分国产设备组成生产线的应用较多。现在发动机制造技术正酝酿着第三次革命。发动机研发越来越快，新品开发周期越来越短（从30 个月缩短到 13 个月），车型数量多，生产批量不确定。目前的柔性生产线价格昂贵、投资风险大，同时产能过剩矛盾越来越突出，尤其在我国更加突出。近年来，人们一直在探讨解决多样性与经济性日益突出的矛盾，以满足变品种、变批量的需要，且兼顾高柔性、高效率、低投资的要求和市场快速反应的能力。同时，也在探讨通过制造系统的革命来解决产能过剩的矛盾。美国提出了可重构制造理是通过对制造系统中机床配置的调整和机床功能模块的增减，迅速构成适应新品生产和生产批量变化。为此，研制克由标准化模块组成的可重构机床结构和布置可按需要在用户现场快速重组。应用基础之一是柔性夹具。美国司- 8 - 已经开发出柔性夹具系统，可以快速（在 15把一种夹具变成第一种夹具配置）更换以生产不同的发动机缸体或缸盖。日本司开发出市场响应型自独立制造系统实质是”单台套件生产“。目前该项目是国际上热门话题，我国已列入科技发展规划。入发动机实际使用虽为时尚早，但却是未来发动机制造的方向。目前，及人在进行面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计（夹具方面也做了一些工作； C 等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法； de C 提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法。目前，关于工件夹具的自动化配置方面的工作，自动化结构设计很少提及。提出了一种指导夹具设计的方法，此方案是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差。与出的模式是在工件加工期间工件的静态分析，这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差，这种情况是由于干涉扭矩。内研究现状几十年来，我国汽车制造技术及装备经历了曲折过程。上世纪 70 年代，为装备第二汽车制造厂（生产载货车）组织了 130 多个机床生产科研单位研发了 117 条自动线和 1004 种 5500 台高效专用设备，汽车制造国产化率达到 96。上世纪 80 年代，我们汽车工业重点转入轿车，国内机床工业很不适应，产品及制造技术和装备多数为国外引进。 2005 年以来，我国汽车行业每年投资超过 1000 亿元 2007 年总产量达辆，生产能力超过 1000 万辆。动力总成制造工厂中大部分为机械加工设备，主要精加工设备为欧美及日本等国产品，齿轮加工设备国产机床占了大半江山，沈阳机床集团，北京机电院、北京第三机床厂等已经为一些汽车厂提供了立式加工中心生产线，东风汽车有限公司的设备制造厂也为东风本部，东风康明斯、东风本田、神龙汽车公司及其他国内汽车发动机及总成厂提供了大量的专用机床生产线，中小型加工中心。目前数千台国产数控车床在汽车行业应用并获好评，大连机床集团并购司后，近几年为汽车发动机工厂提供了上百台高速加工中心组成的自动线，这些汽车厂家与机床厂家联手开发制造工艺及装备，其生产线的工艺技术及装备部分接近同期世界先进水平。但大部分机械加工设备的刀具（高精度的磨具）及数控元器件依赖进口。总体来说，我国机械加工设备与世界先进水平还有不少差距，主要表现在以下方面。（ 1）硬件：主要是数控机床无法满足汽车对精度、精度保持性、可靠性、寿命的需要。 - 9 - （ 2）软件：缺乏将工艺系统、物流系统、信息系统集成为制造单元或流水生产线的技术。（ 3）自主创新：我们基本没有制造技术自主创新体系，在现代发动机制造技术，高速加工技术中，由高级复合化机床组成的制造单元等方面差距很大，对现代汽车制造装备特别强调。解决方案“方面差距更大。我国于 80 年代末开始对组合夹具元件的设计与管理进行了研究和开发 ,在总结和吸取我国应用和发展槽系夹具经验的基础上 ,根据现代机械加工特征及夹具的发展趋势 ,研制了新一代孔系组合夹具系统。此系统发挥了槽系平移可调性和孔的旋转可调性的优势 ,可直接组装获得任何直线尺寸和角度尺寸。此系统把大中小三个系列的元件有机融为一体 ,可在一块多夹具基础板上 ,既能组装单个大工件夹具 ,又能组装多个中小零件夹具 ,有利于装夹具基础板长期固定在机床工作台上 ,此系统还设有孔系和槽系过渡元件 ,便于实现孔、槽系夹具元件混合使用。北京工商大学麻建东和刘璇开发的组合夹具元件库 ,元件库模块的核心程序用 02 工具包开发 ,界面程序用供的对话框控制语言语言开发 ,在 + 6. 0 下编译和联接 ,生成的执行程序在直接加载运行。元件库可为使用者提供7 类组合夹具元件三维图形的浏览以及交互设计功能 ,并生成三维组合夹具构形图 ,在境中可进行修改或删除山东工业大学的徐志刚在“广义映射原理”的指导下 ,开发了支持“ 范的夹具设计软件自动化系统。吴玉光博士在这个领域取得了较大的突破。提出孔系基础板组合夹具设计的系统方法。该方法利用汽车活塞机构原理自动确定由直线和圆弧组成定位边界的零件的全部候选定位方案。并提出定位销可见概念和定位销转动支点的概念 ,进行定位方案的装卸方便性分析。进一步提出瞬心三角形和同向边的概念 ,对工件进行可夹紧性分析 ,确定工件边界的可夹紧范围。其理论水平在国内外相关领域内开拓了新的局面。四、课题设计方案计方案选型与分析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 - 10 - 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 14 车凹部 15 车燃烧室 16 精车顶部及导角 17 钻坑 18 车燃烧室口 19 铣喷油道曲线 20 清洗 21 滚压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 钻坑 19 车燃烧室口 20 铣喷油道曲线 21 去毛刺锐边 - 11 - 汽车活塞主要零件车、铣、钻等工序使用的专用夹具，此类夹具的特点是针对性强、结构紧凑、操作简便、生产率高。夹具设计最关键是要求对工件定位正确，且满足定位精度要求。为了解决此问题，首先得了解影响定位精度的因素。然后采取措施解决具体的问题。如定位基准与定位元件的配合状况和影响定位精度，那么可以提高夹具的制造精度，减小配合间隙就能提高夹具在机床上的定位精度。案的确定 (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。在零件图中有要求 ,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。为了使22 清洗 23 滚压销孔 - 12 - 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。这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。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

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