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含图和文档 活塞 夹具 设计 专用 文档

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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：12026228姓 名：黄震指导老师：张海霞起讫日期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是基于活塞零件的加工工艺规程和关于孔的专用夹具设计。活塞零件的主要加工表面是外圆表面及孔。一般来说，保证平面的加工精度与保证孔系的加工精度相比，保证平面的加工精度比较容易。孔径加工都是选用专用钻夹具，夹紧方式一般选用手动夹紧，夹紧可靠。因此生产效率较高。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 加工工艺规程设计本文首先对活塞的零件进行分析，通过对活塞进行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。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需要进行加工。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由以上分析可知。该活塞零件的主要加工表面是。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活塞类零件的加工应：即先加工活塞上的基准平面，以基准平，然后再加工孔系，活塞的加工这个原则。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 粗基准的选择粗基准选择毛坯的圆柱面。1.3.2 精基准的选择精基准选择30的外圆柱面。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，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，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140油封、入库1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定(1)毛坯种类的选择由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用45钢作为毛坯的制作形式，从而提高劳动生产率，降低成本。(2)确定毛坯的加工余量根据毛坯制造方法采用的型材造型，查取机械制造工艺设计简明手册表2.2-5，“活塞”零件材料采用灰铸铁制造。材料为45，硬度HB为170241，生产类型为大批量生产，采用型材毛坯。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10无切削加工，无需计算工序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。3）确定切削速度 当用硬质合金车刀加工钢料，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，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量 根据切削用量简明手册表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； 刀具：选用高速钢外圆车刀， 查 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 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知： 所以，5)计算车削力 根据实际工况，我们通过机械制造工艺设计简明手册有 ：式中： 所以， 6)校核机床功率 查切削用量简明手册表3.28有 所以，机床的功率足够；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硬质合金可转位车刀。我们选择机床：普通车床 CA6140，功率P=11kw； 刀具：选用高速钢外圆车刀， 查 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 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知： 所以，5)计算车削力 根据实际工况，我们通过机械制造工艺设计简明手册有 ：式中： 所以， 6)校核机床功率 查切削用量简明手册表3.28有 所以，机床的功率足够；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。由于粗加工单边余量为1.75mm可在一次走刀内完成，故 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 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。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 当用硬质合金车刀加工钢料，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，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表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 根据CA6140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。3）确定切削速度 当用硬质合金车刀加工钢料，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，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量 根据切削用量简明手册表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：根据参照参考文献3表4.39选高速钢锥柄麻花钻头。切削深度：进给量：根据参考文献3表2.438，取。切削速度：参照参考文献3表2.441，取。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，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孔机床：台式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39，选硬质合金锥柄麻花钻头切削深度： =2/4 根据参考文献3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，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： 160去毛刺 无切削计算170清洗 无切削计算180检验 无切削计算190油封、入库 无切削计算工序90、终检 无切削计算工序80钻8孔，钻扩铰15.7孔钻8孔机床：台式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39，选硬质合金锥柄麻花钻头切削深度： =2/4 根据参考文献3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，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，选择机床：台式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39，选硬质合金锥柄麻花钻头切削深度： =2/4 根据参考文献3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，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，选择机床：台式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39，选硬质合金锥柄麻花钻头切削深度： =2/4 根据参考文献3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，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 确定进给量 根据参考文献7表28-10可查出，由于孔深度比，故。查Z3050立式钻床说明书，取。根据参考文献7表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献7表28-9，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据表28-15，由插入法得：，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献7表28-3，故查Z3050机床说明书，取。实际切削速度为由参考文献7表28-5，故校验机床功率 切削功率为 机床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，选择机床：台式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39，选硬质合金锥柄麻花钻头切削深度： =2/4 根据参考文献3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，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： 校验机床功率 切削功率为 机床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。一年以240个工作日计算，每天的产量应不低于417件。设每天的产量为420件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于1.14min。参照机械加工工艺手册表2.5.2，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： （大量生产时）因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： 其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值工序：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。（1）、铣削宽度的选择查机械制造工艺设计简明手册表3.127有半精铣 这里取（2）、铣削每齿给量的选择查机械制造工艺设计手册表328有 （3）、铣削深度的选择查机械制造工艺设计手册表329有 （4）、铣削速度的选择 查机械制造工艺设计手册表330有 所以：（5） 计算切削时间 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知： 所以，（6）计算铣削力 查机械制造工艺设计手册表325有 ：式中： 所以， 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。（1）、铣削宽度的选择查机械制造工艺设计简明手册表3.127有半精铣 这里取（2）、铣削每齿给量的选择查机械制造工艺设计手册表328有 （3）、铣削深度的选择查机械制造工艺设计手册表329有 （4）、铣削速度的选择 查机械制造工艺设计手册表330有 所以：（5） 计算切削时间 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知： 所以，（6）计算铣削力 查机械制造工艺设计手册表325有 ：式中： 所以， 242 活塞钻孔夹具设计2.1 设计要求为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。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。本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，精度不是主要考虑的问题。2.2 夹具设计2.2.1 定位基准的选择为了提高加工效率及方便加工，决定材料使用高速钢，用于对进行加工，准备采用手动夹紧。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。为了使定位误差达到要求的范围之内，这种定位在结构上简单易操作。2.2.2 切削力及夹紧力的计算钻该孔时选用：钻床Z525，刀具用高速钢刀具。由参考文献5查表可得：切削力公式： 式中 查表得： 其中： 即：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：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献5表 可得： 所以 根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 安全系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5121可知其公式参数： 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：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。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 论在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度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