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I 廣東技術師范學院天河學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目：汽車活塞加工工藝規(guī)程及夾具設計 系 別 ： 專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名 ： 學 號： 起 迄 日 期 : 設 計 (論 文 )地 點 : 指 導 教 師 : 專 業(yè) 教 研 室 負 責 人 : 日期: 2015 年 月 日 II 摘 要 本文是在汽車活塞的圖樣分析后進行汽車活塞的機械加工工藝路線的設計，同 時按照其中的加工工序的要求設計夾具。 汽車活塞的主要加工內(nèi)容是表面和孔。其加工路線長，加工時間多，加工成本 高，零件的加工精度要求也高。按照機械加工工藝要求，遵循先面后孔的原則，并 將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證加工精度?；鶞蔬x擇以底 面作為粗基準，以底面與工藝孔作為精基準，確定了其加工的工藝路線和加工中所 需要的各種工藝參數(shù)。 在零件的夾具設計中，主要是根據(jù)零件加工工序要求，分析應限的自由度數(shù)， 進而根據(jù)零件的表面特征選定定位元件，再分析所選定位元件能否限定應限自由度。 確定了定位元件后還需要選擇夾緊元件，最后就是確定專用夾具的結構形式。 關鍵詞:汽車活塞；加工工藝；工序；專用夾具 III 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 1 目 錄 摘 要 .......................................................................................................................................II ABSTRACT .............................................................................................................................III 目 錄 ........................................................................................................................................1 1 緒論 ........................................................................................................................................1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 ..............................................................................................1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 ..........................................................................................................2 1.3 本課題應達到的要求 ......................................................................................................3 2 汽車活塞的圖樣分析 ............................................................................................................4 2.1 汽車活塞的作用 ..............................................................................................................4 2.2 汽車活塞的圖樣分析 ......................................................................................................7 2.3 工藝分析 ..........................................................................................................................7 3 工藝規(guī)程設計 ........................................................................................................................9 3.1 確定毛坯的制造形式 ......................................................................................................9 3.2 定位基準的選擇 ............................................................................................................10 3.2.1 粗基準的選擇 ..................................................................................................11 3.2.2 精基準的選擇 ..................................................................................................12 3.3 擬定工藝路線 ................................................................................................................13 3.3.1 劃分加工階段 ..................................................................................................13 3.3.2 安排加工順序 ..................................................................................................14 3.3.3 擬定加工工藝路線 ..........................................................................................15 工藝路線方案二 ........................................................................................................17 2.3.3 工藝方案的比較與分析 ................................................................................17 3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 ............................................................19 2.4.1 止口的加工余量 ..............................................................................................19 2.4.2 端面及頂面的加工余量 ................................................................................19 2.4.3 銷孔的加工余量 ............................................................................................19 2.4.4 外圓的加工余量 ............................................................................................20 3.5 切削用量及工時定額的確定 ........................................................................................20 4 粗鏜銷孔夾具設計 ............................................................................................................33 4.1 研究原始質料 ................................................................................................................33 4.2 定位、夾緊方案的選擇 ................................................................................................33 4.3 切削力及夾緊力的計算.................................................................................................33 2 4.4 誤差分析與計算 .................................................................................................................................34 4.5 夾具設計及操作的簡要說明 .............................................................................................................35 5 銑頂部 R16 槽夾具設計............................................................................................................................36 5.1 研究原始質料.....................................................................................................................................36 5.2 定位基準的選擇.................................................................................................................................36 5.3 切削力及夾緊力的計算.....................................................................................................................36 5.4 定向鍵與對刀裝置設計......................................................................................................................37 5.5 誤差分析與計算.................................................................................................................................38 5.6 夾緊裝置的選用.................................................................................................................................39 5.7 夾具設計及操作的簡要說明.............................................................................................................40 6 結論與展望................................................................................................................................................41 5.1 結論.....................................................................................................................................................41 5.2 不足之處及未來展望.........................................................................................................................41 致謝................................................................................................................................................................43 參考文獻........................................................................................................................................................44 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 工裝工藝及夾具畢業(yè)設計是對所學專業(yè)課知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之 前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是理論聯(lián)系實際的訓練。機床夾具 已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設計和使用是促進生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措 施之一。 機械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)準備工作的主要依據(jù)。根據(jù)它來組織原材料和毛坯的供 應，進行機床調整，專用工藝裝備的設計與制造，編制生產(chǎn)作業(yè)計劃，調配勞動力， 以及進行生產(chǎn)成本核算等。 機械加工工藝規(guī)程也是組織生產(chǎn)、進行計劃調度的依據(jù)。有了它就可以制定生產(chǎn) 產(chǎn)品的進度計劃和相應的調度計劃，并能做到各工序科學地銜接，使生產(chǎn)均衡、順利， 實現(xiàn)優(yōu)質、高產(chǎn)和低消耗。 機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片，是兩個主要的工藝文件。機械加工 工藝過程卡片，是說明零件加工工藝過程的工藝文件。在單件、小批量生產(chǎn)中，以機 械加工工藝過程卡片指導生產(chǎn)，過程卡的各個項目編制較為詳細。機械加工工序卡片 是為每個工序詳細制定的，用于直接指導工人進行生產(chǎn)，多用于大批量生產(chǎn)的零件和 成批生產(chǎn)中的重要零件。 在機械行業(yè)中，如何去保證工件的高精度、加工的成本等實質性問題，一直是從 事于機械行業(yè)人員研究的問題，其中在設計夾具的時候就要考慮以上問題，高效的夾 具是工件高精度的保證，如何讓夾具更高效、更經(jīng)濟，這是行業(yè)人急需要解決的。 2 隨著社會的發(fā)展，科技的不斷提高，各種高科技技術逐漸滲透到各個行業(yè)，如何 利用這些高科技為人類服務，如何充分利用這些高科技在機械行業(yè)中，這還需要機械 行業(yè)人員不斷的努力，開拓創(chuàng)新。 隨著科學技術的發(fā)展，和社會市場需要，夾具的設計在逐步的超向柔性制造系統(tǒng) 方向發(fā)展。迄今為止,夾具仍是機電產(chǎn)品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已 高度標準化,用戶只需要按品種、規(guī)格選用采購。而模具和夾具則和產(chǎn)品息息相關,產(chǎn) 品一有變化就需重新制作,通常是屬于專用性質的工具,模具已發(fā)展成為獨立的行業(yè);夾 具在國內(nèi)外也正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。 組合夾具不僅具有標 準化、模塊化、組合化等當代先進設計思想,又符合節(jié)約資源的原則,更適合綠色制造 的環(huán)境保護原理。所以是今后夾具技術的一個重要發(fā)展方向單位 。 機床夾具通常是指裝夾工件用的裝置:至于裝夾各種刀具用的裝置,則一般稱為 “輔助工具” 。輔助工具有時也廣義地包括在機床夾具的范圍內(nèi)。按照機床夾具的應用 范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調整式夾具等。 通過這次畢業(yè)設計，對自己所學的理論知識進行一次綜合運用，也是對四年的學 習深度的一個檢驗。在這次設計過程中，充分挖掘自己分析問題，解決問題的潛力。 并希望通過畢業(yè)設計能養(yǎng)成一種嚴謹，認真的態(tài)度，為以后參加工作打下一個良好的 基礎。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 工裝的全稱是工藝裝備，工裝是指加工機床外而需保證零件加工質量的工藝裝備， 是制造過程中所用的各種工具的總稱。它是各企業(yè)內(nèi)除生產(chǎn)設備和工具外的為配合生 產(chǎn)設備和人完成工藝制作要求的部分，大多工裝都是針對各自產(chǎn)品特點的。機械加工 過程中用來固定和定位要加工的零件或毛坯件的裝置，即工裝的主要作用有：固定， 3 定位，防止變形。 夾具屬于工裝，工裝包含夾具，屬于從屬關系。不僅僅是焊裝用，在機加工方面 也有用，許多時候，需要裝配幾個部件并保證其定位準確的時候就需要。設計工裝夾 具要緊扣產(chǎn)品，因為工裝夾具是專門為某些產(chǎn)品特定的，要保證生產(chǎn)時無干涉現(xiàn)象、 定位準確、操作工操作便捷等。簡單的說，就是用于工件裝夾的工具。 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的 結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第 二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定 位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切 的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結合，夾具作為機床 的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。 由于現(xiàn)代加工的高速發(fā)展，對傳統(tǒng)的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全 等。要想達到這樣的生產(chǎn)要求，就必須計算加工工序零件在加工過程中由于切削力、 重力、慣性力等所產(chǎn)生的切削力及切削力矩，按照夾具設計中所確定的夾緊方式進行 夾緊力的計算，為了減小夾具的具體尺寸，就需要增大夾具的定位區(qū)間，增大由夾緊 力而產(chǎn)生的摩擦力矩、正壓力及由此而產(chǎn)生的摩擦力，以達到夾具小巧而精用的目的。 同時為了減少工人的勞動強度，提高工件裝夾效率，還需要對夾具的夾緊機構的行程 進行設計，以期以最短的夾緊行程，達到最佳的夾緊效果。 1.3 本課題應達到的要求 通過實際調研和采集相應的設計數(shù)據(jù)、閱讀相關資料相結合，對汽車活塞的基本 結構及作用有個大致的了解，在此基礎上，經(jīng)過對金屬切削加工、金屬切削機床、機 械設計與理論等相關知識充分掌握后，分析汽車活塞的加工工藝，確定汽車活塞各加 4 工表面的加工方法，進而形成汽車活塞的機械加工工藝路線。并能根據(jù)汽車活塞的加 工工序要求，分析汽車活塞的定位方式、金屬切削加工過程中的機床工作臺驅動、工 件夾緊等方面的相關數(shù)據(jù)，結合機械機構設計的相關理論知識，完成工件的有效定位 及夾緊，從而使整個汽車活塞的加工工藝路線經(jīng)濟，工件定位方案合理，來達到產(chǎn)品 的最優(yōu)化設計。 針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及 計算問題，綜合所學的機械理論設計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的 知識，設計出一套適合于實際的汽車活塞加工工藝路線，從而實現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制 造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設計。為提高鉆床夾具在機床上安裝的穩(wěn)固性，減輕其斷續(xù)切 削可能引起的振動，夾具體不僅要有足夠的剛度和強度，其高度和寬度比也應恰當， 一般有 H/B11.25，以降低夾具重心，使工件加工表面盡量靠近工作臺面。 2 汽車活塞的圖樣分析 2.1 汽車活塞的作用 汽車活塞,如圖 2.1 及圖 2.2 所示，其主要作用是：活塞位于發(fā)動機汽缸內(nèi),作往復運動,當 燃燒室里的混合氣體(空氣和燃料)點燃并膨脹時,活塞受到氣體的壓力,并經(jīng)過活塞銷及連桿將壓 力傳送給曲柄。氣體的吸入,壓縮,廢氣的排除,也都由活塞的運動來完成.因此活塞工作的主要特 點是在高溫高壓下作長時間的連續(xù)變負荷往復運動。因而汽車活塞是主傳動系中的關鍵零件。 5 因此，汽車活塞的加工質量將直接影響機器或部件的精度、性能和壽命。 6 圖 2.1 汽車活塞 7 2.2 汽車活塞的圖樣分析 在編制汽車活塞機械加工工藝規(guī)程之前，首先應研究汽車活塞的工作圖樣和產(chǎn)品 裝備圖樣，熟悉該產(chǎn)品的用途、性能及工作條件，明確該汽車活塞在產(chǎn)品中的位置和 作用；了解并研究各項技術條件制定的依據(jù)，找出其主要技術要求和技術關鍵，以便 在擬定工藝規(guī)程時采用適當?shù)拇胧┘右员ＷC。 汽車活塞的材料為硅鋁合金，硅鋁合金生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，減震性能 良好。傳動汽車活塞需要加工表面以及加工表面的位置要求。現(xiàn)分析如下： 1）該零件為機床汽車活塞，主要加工部位為平面和孔系，其結構復雜，精度要求 又高，加工時應注意選擇定位基準及夾緊力。 2）材料硅鋁合金。 3）鑄件人工時效處理。 2.3 工藝分析 工藝分析的目的主要有兩個： 一是審查零件的結構形狀及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及熱處 理等的技術要求是否合理，是否便于加工與裝配； 二是通過工藝分析，對零件的工藝要求有進一步的了解，以便制定出合理的工藝 規(guī)程。 鑄件必須進行時效處理，以消除應力。有條件時應在露天存放一年以上再加工。 為了保證加工精度應使定位基準統(tǒng)一，該零件主要定位基準，集中在底面和頂 面上。 8 鏜孔時，在可能的條件下盡量采用“支承鏜削”方法，以增加鏜桿的剛性，提 高加工精度。對直徑較小的孔、應采用鉆、擴、鉸加工方法。 為保證在同一軸上各孔的同軸度，可采用在已加工孔上，安裝導向套再加工其他 孔的方法。 為提高孔的加工精度，應將粗鏜、半精鏜和精鏜分開進行。 鑄造時一般 50mm 以下孔不鑄出。 孔的尺寸精度檢驗，使用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑百分表進行測量。軸內(nèi)孔之間距離 的測量可以通過孔與孔之間壁厚進行間接測量。 同一軸線上各孔的同軸度，可采用檢驗心軸進行檢驗。 各軸孔的軸線之間的平行度，以及軸孔的軸線與基準面的平行度，均應通過檢 驗心軸進行測量。 汽車活塞作為主傳動系的支承零件，各傳動軸間要求一定的位置精度，因此，加 工此汽車活塞的主要任務是保證各孔系間的相互位置精度。在此汽車活塞的加工中保 證各孔正確位置是靠 T68 坐標鏜床手動控制坐標來完成的，為更好地保證加工質量， 單件小批量生產(chǎn)也可采用組合夾具、專用鏜模進行加工，批量較大時，應采用專用鏜 模進行加工。 根據(jù)汽車活塞零件圖可知，其主要加工面是進行導軌面的加工、表面加工、孔加 工、鉆孔、攻絲，孔的精度要求高。該零件年生產(chǎn)屬小批量生產(chǎn)，設計加工零件所需 要的專用夾具是為了提高勞動效率、降低成本。 9 3 工藝規(guī)程設計 3.1 確定毛坯的制造形式 毛坯的選擇不僅影響毛坯的制造工藝及費用、零件生產(chǎn)率和經(jīng)濟性，而且也與零 件的機械加工工藝和質量密切相關。故正確選擇毛坯具有重大的技術經(jīng)濟意義。 毛坯選擇時，應全面考慮以下因素： 1）零件的材料及機械性能要求； 2）零件的結構形狀與外形尺寸； 3）生產(chǎn)類型，它在很大程度上決定采用毛坯制造方法的經(jīng)濟性； 4）現(xiàn)有生產(chǎn)條件； 5）充分考慮利用新工藝、新材料、新技術的可能性。 長期使用經(jīng)驗證明，由于灰口鑄鐵有一系列的技術上（如耐磨性好，有一定程度 10 的吸震能力、良好的鑄造性能等）和經(jīng)濟上的優(yōu)點，通常汽車活塞材料采用灰口鑄鐵。 最常用的是硅鋁合金400，當載荷較大時，采用 HT300540 高強鑄鐵。 汽車活塞的毛坯大部分采用整體鑄鐵件或鑄鋼件。當零件尺寸和重量很大無法采 用整體鑄件（受鑄造能力的限制）時，可以采用焊接結構件，它是由多塊金屬經(jīng)粗加 工后用焊接的方法連成一整體毛坯。焊接結構有鑄焊、鑄煅焊、煅焊等。采 用焊接結構可以用小的鑄造設備制造出大型毛坯，解決鑄造生產(chǎn)能力不足的問題。焊 前對各種組合件進行粗加工，可以部分地減輕大型機床的負荷。 毛坯未進入機械加工車間之前，為不消除毛坯的內(nèi)應力，對毛坯應進行人工實效 處理，對某些大型的毛坯和易變形的零件粗加工后要再進行時效處理。 毛坯鑄造時，應防止沙眼、氣孔、縮孔、非金屬夾雜物等缺陷出現(xiàn)。特別是主要 加工面要求更高。重要的汽車活塞毛坯還應該達到規(guī)定的化學成分和機械性能要求。 該零件為汽車活塞類，且外型尺寸較大，材料為硅鋁合金，零件的形狀較復雜， 因此不能用鍛造，只能用鑄件，采用砂型鑄造毛坯，如圖 3.1 汽車活塞毛坯圖所示。 采用小批量造型生產(chǎn)。根據(jù)零件主要的加工表面的粗糙度查參考文獻機械制造工藝 簡明手冊確定各表面加工余量。 毛坯鑄造時，應防止砂眼和氣孔的產(chǎn)生。為了減少毛坯制造時產(chǎn)生殘余應力，應 使汽車活塞壁厚盡量均勻，汽車活塞澆鑄后應安排時效或退火工序。 該汽車活塞的材料是硅鋁合金，單件小批生產(chǎn)，由于結構復雜，所以毛坯采用鑄 件。為了提高汽車活塞加工精度的穩(wěn)定性，采用時效處理以消除內(nèi)應力。 3.2 定位基準的選擇 定位基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。定位基準選擇正確、合理， 11 可以保證零件的加工質量，提高生產(chǎn)率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，使生 產(chǎn)無法進行。 汽車活塞定位基準的選擇，直接關系到汽車活塞上各個平面與平面之間、孔與平 面之間、孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證。在選擇基準時，首先 要遵守“基準統(tǒng)一”和“基準重合”的原則，同時必須考慮生產(chǎn)批量的大小、生產(chǎn)設 備、特別是夾具的選用等因素。 該汽車活塞的結構復雜，壁厚不均，剛性不好，而加工精度要求又高，故汽車活 塞重要加工表面都要劃分粗、精加工兩個階段，這樣可以避免粗加工造成的內(nèi)應力、 切削力、夾緊力和切削熱對加工精度的影響，有利于保證汽車活塞的加工精度。 3.2.1 粗基準的選擇 選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖 樣要求，并特別注意要盡快獲得精基面。具體選擇時應考慮下列原則： 重要表面原則 為保證工件上重要表面的加工余量小而均勻，則應選擇該表面為粗基準。 不加工表面原則 為了保證加工面與不加工面間的位置要求，一般應選擇不加工面為粗基準。 余量最小原則 如果零件上每個表面都要加工，則應選擇其中加工余量最小的表面為粗基準，以 避免該表面在加工時因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件廢品。 使用一次原則 因為粗基準本身都是未經(jīng)機械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重復使用 12 將產(chǎn)生較大的誤差。 平整光潔原則 以便工件定位可靠、夾緊方便。 根據(jù)生產(chǎn)類型不同，實現(xiàn)以主軸孔為粗基準的工件安裝方式也不一樣。大批大量 生產(chǎn)時，由于毛坯精度高，可以直接用汽車活塞上的重要孔在專用夾具上定位，工件 安裝迅速，生產(chǎn)率高。在單件、小批及中批生產(chǎn)時，一般毛坯精度較低，按上述辦法 選擇粗基準，往往會造成汽車活塞外形偏斜，甚至局部加工余量不夠，因此通常采用 劃線找正的辦法進行第一道的工序加工，即以主軸孔及中心線為粗基準對毛坯進行劃 線和檢查，必要時予以糾正，糾正后孔的余量應足夠，但不應定均勻。 該汽車活塞為單件小批量生產(chǎn)，在單件小批量生產(chǎn)時，由于毛坯精度低，所以以 劃線找正法安裝。劃線時先找正主軸孔中心，然后以主軸孔為基準找出其他需加工平 面的位置。加工該汽車活塞時，按所劃的線找正安裝工件，則體現(xiàn)的是以主軸孔作為 粗基準。 3.2.2 精基準的選擇 選擇精基準時，主要考慮保證加工精度和工件裝夾方便可靠。一般應考慮以下原 則： 1) 基準重合原則 即選用設計基準作為定位基準，以避免定位基準與設計基準不重合而引起的基準 不重合誤差。 2) 基準統(tǒng)一原則 應采用同一組基準定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準統(tǒng)一原則。 13 3) 自為基準原則 某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準，稱 為自為基準原則。 4) 互為基準原則 5) 便于裝夾原則 所選精基準應保證工件安裝可靠，夾具設計簡單、操作方便。 為了保證汽車活塞零件孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的相互位置和距離尺 寸精度，汽車活塞類零件精基準選擇常用兩種原則：基準統(tǒng)一原則、基準重合原則。 小批生產(chǎn)時一般采用基準重合原則，即以裝配基準作為定位基準，避免了基準不重合 誤差，有利于提高汽車活塞上各表面間的相互位置精度。大批生產(chǎn)時常采用基準統(tǒng)一 原則，即一面兩孔定位，可避免由于基準變換而帶來的累積誤差。 該零件以三面定位，汽車活塞上的裝配基準為平面，而它們又是汽車活塞上其他 要素的設計基準，因此以這些裝配基準平面作為定位基準，避免了基準不重合誤差， 有利于提高汽車活塞各主要表面的相互位置精度。有零件圖可知：D 面、W 面為精基 準。 3.3 擬定工藝路線 3.3.1 劃分加工階段 零件的技術要求較高時，零件在進行加工時都應劃分加工階段，按工序性質不同， 可劃分如下幾個階段： 粗加工階段 此階段的主要任務是提高生產(chǎn)率，切除零件被加工面上的大部分余量，使毛坯形 14 狀和尺寸接近與成品，所能達到的加工精度和表面質量都比較低。 半精加工階段 此階段要減少主要表面粗加工中留下的誤差，使加工面達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（鉆、攻絲、銑鍵槽等） ，為精加工做好準備。 精加工階段 切除少量加工余量，保證各主要表面達到圖紙要求，所得精度與表面質量都比較 高。所以此階段主要目的是全面保證加工質量。 光整加工階段 此階段主要針對要進一步提高尺寸精度、降低粗糙度（IT6 級以上）的表面。一 般不用于提高形狀、位置精度。 根據(jù)加工階段劃分的要求及零件的批量，該汽車活塞的加工劃分為 3 個階段：粗 加工階段（粗銑各個平面、孔端面及各主軸孔粗鏜） 、半精加工階段（半精鏜各主軸孔， 完成各次要孔等）和精加工階段（磨各平面、精鏜各主軸孔） 。 3.3.2 安排加工順序 復雜工件的機械加工工藝路線中要經(jīng)過切削加工、熱處理和輔助工序，如何將這 些工序安排在一個合理的加工順序中，生產(chǎn)中已總結出一些指導性的原則，先述如下。 切屑加工工序順序的安排原則 1）先粗后精 各表面加工順序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的順序進行，目的是 逐步提高零件加工表面的精度和表面質量。 15 2）先主后次 零件的主要加工表面（一般是指設計基準面、主要工作面、裝配基面等）應先加 工，而次要表面（鍵槽、螺孔等）可在主要表面加工到一定精度之后、最終精度加工 之前進行加工。 3）先面后孔原則 對于汽車活塞類、支架類、機體類等零件，平面輪廓尺寸較大，用平面定位比較 穩(wěn)定可靠，故應先加工平面，后加工孔。這樣，不僅使后續(xù)的加工有一個穩(wěn)定可靠的 平面作為定位基準面，而且在平整的表面上加工孔，加工變得容易一些，也有利于提 高孔的加工精度。 4）先基準后其他 作為精基準的表面要首先加工出來。 該汽車活塞的加工和裝配大多以平面為基準，按照加工順序安排的原則，采用先 面后孔的加工順序。先加工平面，可以為加工精度較高的支承孔提供穩(wěn)定可靠的精基 準，有利于提高加工精度。另外，先加工平面可以將鑄件不平表面切除，可減少鉆孔 時鉆頭引偏和刀具崩刃等現(xiàn)象的發(fā)生，對刀和調整也較為方便。加工孔系時應遵循先 主后次的原則，即先加工主要平面或孔系，這也符合切削加工順序的安排原則。 根據(jù)各面各孔的精度要求，加工順序如下： 平面的加工：查零件制造工藝與裝備表 3-9 平面加工方法可知，通過粗銑 精銑的加工順序可以滿足要求。 銷軸孔的加工：查機械制造工藝與裝備表 3-8 可知，通過粗鏜半精鏜 精鏜的加工順序可以滿足要求；其余各孔：通過鉆擴鉸的加工順序可以滿足要求。 16 3.3.3 擬定加工工藝路線 擬定工藝路線的出發(fā)點：應當使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要 求能得到合理的保證。還要考慮經(jīng)濟效果，以便降低生產(chǎn)成本。 綜合以上加工階段和加工順序的分析，可以初步得出汽車活塞的加工藝路線。 初擬汽車活塞加工工藝路線方案一如表 3-1 所示。 表 3-1 工藝路線方案一 工序號 內(nèi) 容 1 粗車止口 2 粗外切槽及頂部 3 鉆斜面油孔 4 鉆環(huán)槽油孔 5 鉆銷座油孔 6 滑銷座油孔 7 粗鏜銷孔 8 精車止口及頂錐 9 精切細外環(huán)岸及倒角 10 精鏜銷孔（順鏜） 11 挖銷孔卡簧 12 切小槽 13 靠模車裙部 14 車凹部 15 車燃燒室 16 精車頂部及導角 17 鉆 R7 凹坑 18 車燃燒室口 19 銑噴油道曲線 20 清洗 21 滾壓 17 工藝路線方案二 2.3.3 工藝方案的比較與分析 (1)通過比較可以發(fā)現(xiàn)在方案一中，將粗鏜銷孔放在第七道工序，而在方案二中第二道工序 就是粗鏜銷孔,在實際工廠的生產(chǎn)中,活塞的毛坯一般都是鑄造出錐形銷孔(便于拔模),而銷孔是許 多工序加夾緊力的部位,故應在粗鏜止口之后即對銷孔進行粗鏜,以便在以后的工序中夾緊力能較 均勻的分布,而不至于壓壞銷孔所在的搭子。 (2) 在方案一中,所有環(huán)槽的粗、精加工都是一次一起加工的,而在方案二中將梯形槽單獨的 精加工,而環(huán)槽加工是活塞加工中重要的工序之一,它的精度要求高,而切削力又較大,故應采用方 案二中的方法,來加工環(huán)槽,才能保證其精度的要求。 (3) 在方案一中,加工燃燒室打算一次加工成功,用成形車刀。而燃燒室的形狀為一般球形, 成形車刀是一種半圓形的,由于成形車刀有進給運動,是很難加工出球形燃燒室和保證燃燒室的容 積的。故應按照方案二那樣,光滑油池底,在燃燒室底部鉆一個孔后再用成形車刀加工。 工序號 內(nèi) 容 1 粗車止口 2 粗鏜銷孔 3 粗切外槽及頂部 4 鉆斜面油孔 5 鉆環(huán)槽油孔 6 鉆銷座油孔 7 滑銷座油孔 8 精車止口及頂錐 9 精切梯形槽 10 精鏜銷孔（順鏜） 11 挖卡簧槽 12 切小槽 13 靠模車裙部 14 車凹部及去毛刺 15 滑油池底 16 車燃燒室 17 精車頂部及倒角 18 鉆 R7 凹坑 19 車燃燒室口 20 銑噴油道曲線 21 去毛刺銳邊 22 清洗 23 滾壓銷孔 18 (4) 另外,精鏜銷孔是活塞加工中保證精度的關鍵性的工序,在這里將著重分析一下它的工藝。 由于銷孔的尺寸、形狀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鏜刀和金剛鏜床,同 時對精鏜銷孔工序定位基準的選擇也必須予以充分的重視。 上述的兩種方案采用的是順鏜鏜銷孔,它用止口及端面來定位,消除了五個自由度。剩下的轉 動自由度用一根裝在尾座套筒中的菱形銷插入銷孔中來定位,從而保證精鏜的加工余量均勻,當活 塞被壓緊后,再將菱形銷退出即可加工.但銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比,在零件圖中 有 109.550.5 的要求,即設計基準是頂面,而定位基準是止口及其端面,產(chǎn)生了基準不重合的誤差。 這種情況下要對工序尺寸進行換算,提高某些尺寸精度,這種就會使成本提高。為了使工藝基準和 設計基準重合,可以用頂面代替端面作為基面,即倒鏜銷孔,。同時在零件圖中由于活塞的軸心線和 銷孔的軸心線也有較高的精度要求,故倒鏜時采用外圓和頂面來定位的話,就能很好保證其精度要 求。則采用外圓定位時應采用 V 形塊,而一般形狀下是用兩 V 形塊夾緊,但這里活塞是薄壁零件,這 樣的夾緊方法將會產(chǎn)生變形,故是采用一個 V 形塊的內(nèi)部夾緊。這樣才能有利于保證加工質量,但 夾具的結構復雜,同時也應適當?shù)氖┘訆A緊力。 工序的安排為：先加工階段的劃分,劃分加工階段應將粗精加工分開,才能使變形所引起的誤 差減小到最小。分析上面活塞加工的工藝過程,可分為粗、精加工兩個階段。工序 6 以前為粗加工 階段,包括對各主要表面如止口、外圓、環(huán)槽等進行的粗加工,同時將一些要求不高的又要切除的 較多金屬余量的表面如油孔等加工出來。從工序 7 開始為精加工階段。工序 7 為轉折點,在此工序 中對精基準進行修整,以保證以后精加工工序的定位精度。此外,為了避免精加工后的表面受到損 傷,主要表面的精加工應盡量放在最后進行。如精磨裙部外圓和滾壓銷孔都放在最后加工。其次是 工序的集中與分散,上述活塞的加工工藝過程屬于大量生產(chǎn),它的特點是按工序集中原則,采用了較 多的高效率的專用機床和專用工夾量具,組成生產(chǎn)流水線。如在第三道工序的多刀車床,在一次安 裝下同時加工出外圓、環(huán)槽和頂面;第四第五道工序在專用多軸鉆床上同時鉆六個和八個孔,大多 數(shù)工序都由復合工步組成。由于工序集中減少了機床的數(shù)量,相應地操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積,由于 工序集中,而且采用自動化程度較高的專用機床和工夾量具,大大提高了生產(chǎn)效率,又由于工序集中,在 一次安裝中加工盡量多的表面,不但減少了輔助時間,而且有利于保證各表面的相互位置精度。 綜上所述,在方案一和方案二中的基礎上加以綜合修改后,確定的加工路線最后如下: 工序號 工 序 內(nèi) 容 設 備 1 外圓定位粗車端面及其止口 在 C620-1 上加工 2 止口定位粗鏜銷孔 雙頭鏜床 3 止口定位粗切外圓、槽及頂部 多刀半自動車床 C730 4 鉆斜面油孔 Z512 5 鉆環(huán)槽油孔 Z512 6 鉆、滑銷座孔 轉塔鉆床 7 精車止口及頂錐（外圓定位） 專用立鏜 8 止口定位精切細外環(huán)岸、倒角 多刀自動車床 9 止口定位切小槽及精切梯形槽 C620 車床 10 靠模車裙部 靠模車床 11 車凹部 普通車床 12 車頂面及倒角 C620 19 13 外圓定位 以頂面為基準倒鏜（精）銷孔 金剛鏜 14 挖卡環(huán)槽 車床 15 滑油池底 Z535 16 車燃燒室 C620 17 鉆 R7 凹坑 Z535 18 車燃燒室口 車床 19 銑頂部 R16 槽 VMC850 20 去毛刺、銳邊 手鉆、砂紙 21 清洗 22 滾壓銷孔 鉆臂鉆床 3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 汽車活塞體的材料是硅鋁合金，批量生產(chǎn)，由于結構復雜，所以毛坯采用鑄件。 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸 與毛坯尺寸如下： 2.4.1 止口的加工余量 總余量為:3mm 粗車余量為:2.6mm 精車余量為:0.4mm 2.4.2 端面及頂面的加工余量 端面的總余量為： 4mm 粗車余量為：3.8mm 精車余量為： 0.2mm 頂面的總余量為： 5mm 粗車的加工余量為： 3.5mm 半粗車的加工余量為： 1.37mm 精車的加工余量為： 0.13mm 2.4.3 銷孔的加工余量 滾壓的加工余量: 0.15mm 精鏜的加工余量為: 0.30 mm 粗鏜的加工余量為: 3.55 mm 20 則總的加工余量為: 4 mm 2.4.4 外圓的加工余量 毛坯的總加工余量為:3 mm 精車之后細車加工余量為: 0.25 mm 粗車之后精車的加工余量為: 0.6 mm 粗車的加工余量為: 2.15 mm 3.5 切削用量及工時定額的確定 受論文篇幅所限，只選取部分工序及加工內(nèi)容進行工藝計算，還請諒解。 工 序 40 粗車止口 由于零件整體加工為外圓端面，故所有軸頸可以一次車削加工，所有軸頸加工余量相同。說明所 有軸頸的加工余量。 （參考機械制造工藝設計簡明手冊表 2.3-9） ， 確定工序尺寸及余量： 具體工序尺寸見表 3。 已知工件材料： 20CrMnTi，有外皮，機床 CA6140 普通車床，工件用卡盤固定。 所選刀具為 YG6 硬質合金可轉位車刀。根據(jù)切削用量簡明手冊 表 1.1，由于 CA6140 機 床的中心高為 200 （表 1.30） ，故選刀桿尺寸 = ，刀片厚度為 。mHBm2516m5.4 選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角 = ，后角 = ，主偏角 = ，副0V0vK09 偏角 = ，刃傾角 = ，刀尖圓弧半徑 = 。vK01s0sr8. .確定切削深度 pa 由于單邊余量為 ，可在一次走刀內(nèi)完成m2 .確定進給量 f 根據(jù)切削加工簡明實用手冊可知：表 1.4 21 刀桿尺寸為 ， ，工件直徑 400 之間時，m1625pam410 進給量 =0.51.0fr 按 CA6140 機床進給量（表 4.29）在機械制造工藝設計手冊可知： =0.7fr 確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表 130，CA6140 機床 進給機構允許進給力 =3530 。maxFN 根據(jù)表 1.21，當強度在 174207 時， ， ， = 時，徑HBSpam4f75.0rK045 向進給力： =950 。R 切削時 的修正系數(shù)為 =1.0， =1.0， =1.17（表 1.292） ，故實際進給力為：fFroFfKsFfkrFfK =950 =1111.5 （1-2）f17.N 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選 = 可用。frm7.0 .選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據(jù)切削用量簡明使用手冊表 1.9，車刀后刀面最大磨損量取為 ，車刀壽命 =5.1T 。min60 .確定切削速度 0V 切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。 根據(jù)切削用量簡明使用手冊表 1.11，當 硬質合金刀加工硬度 200219 的鑄件，6YGHBS ， ，切削速度 = 。pam4fr75.0Vmin3 切削速度的修正系數(shù)為 =1.0， =0.92， 0.8， =1.0， =1.0（見表 1.28） ，故：tvKvsvKTvKv = tVv=63 （1-3 ）00.184.920.1 min = = =120 （1-4）nDc1127480ir 22 根據(jù) CA6140 車床說明書選擇 =1250nmir 這時實際切削速度 為：cV = = （1-5 ）c10cDn01257min .校驗機床功率 切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。 由切削用量簡明使用手冊表 1.25， = ， ， ，HBS160245pa3frm75.0 切削速度 時，min50V =CPKW7.1 切削功率的修正系數(shù) =0.73， =0.9，故實際切削時間的功率為：krcPcr0 =1.7 =1.2 （1-6）C3. 根據(jù)表 1.30，當 = 時，機床主軸允許功率為 = ， ，故所選切nmi125r EPKW9.5CEP 削用量可在 C6201 機床上進行，最后決定的切削用量為： =3.75 ， = ， = = ， =pafr7.0ni125rsr08.Vmin0 工序 5 粗鏜粗鏜銷孔切削用量及基本時間的確定 本工序為粗鏜。已知加工材料為硅鋁合金鑄鐵，鑄件；機床為 T740 型臥式鏜床， 工件裝在組合夾具中。 刀具：硬質合金金剛鏜鏜刀。 確定背吃刀量 ：pa )(5.2單 邊 余 量bZm 確定進給量 f： 23 根據(jù)機械加工工藝師手冊第 2 版，表 3.3-14，可查得