1、哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)摘 要本文介绍了活塞加工工艺过程以及活塞加工方面和夹具设计上的相关知识。综述了国内外目前微型车活塞的制造技术及发展趋势。通过对活塞的使用性能、工作条件、结构和技术要求的了解，对活塞的加工工艺进行改进，提出了在加工过程中常出现的问题及改进的办法，使活塞的精度和表面质量得到很大提高，降低了废品率，提高了劳动生产率。再者，在考虑活塞夹具设计的合理性时，进行了典型的切削用量的计算和夹具夹紧力的校核。在对国内外夹具的设计现状进行分析的基础上，针对中小企业广泛使用夹具常出现的情况，对夹具进行设计，具有现代机床夹具设计的相关知识，可有效地提高夹具设计的速度和质量，从而提
2、高企业效益。关 键 词 ：活塞；工艺规程；夹具设计；工艺分析全套图纸，加 153893706哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)Abstract This paper introduces the relevant knowledge of the machining process and pistons processing and fixture design. And also summarized the current small size manufacturing technology and development trend of inland and abroad. T
3、hrough the understanding of use of performance, Working conditions, structure and technical requirement on the piston processing process improvement, put forward the process questions that often appears and the way of improvement, make the precision and surface quality is greatly improved, and to re
4、duce the scrap, increase the productivity of productions. Moreover, considering the piston the rationality of the design of fixture, a typical of cutting parameter calculation and fixture clamping force of checking. In domestic and abroad fixture design based on the analysis of the present situation
5、, in view of the small and medium-sized enterprise widely used often appear of the fixture, it is necessary for us for fixture design, modern machine tool of fixture design knowledge, which can effectively improve the speed and quality of fixture design, so as to improve the enterprise benefit. Key
6、words: Pistons; Procedure; Fixture design; Process analysis 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)I目 录第 1 章 绪论 .11.1 选题背景 .11.2 国内外活塞加工工艺的发展趋势 .11.3 选题的目的和意义 .41.4 课题研究的主要内容 .41.5 课题研究的主要方法 .5第 2 章 活塞零件的分析 .62.1 零件的生产纲领及生产类型 .62.2 活塞零件的分析 .62.3 毛坯与材料 .92.4 本章小结 .10第 3 章 工艺规程设计 .113.1 定位基准的选择 .113.2 零件的表面加工方法的选择 .123.3
7、 确定机械加工余量及毛坯尺寸 .133.4 制定工艺路线 .143.5 典型的切削用量的确定及切削力的计算 .153.6 活塞尺寸链的计算 .173.7 本章小结 .19第 4 章 典型夹具的设计 .204.1 概述 .204.2 夹具设计中需注意的问题 .214.3 钻活塞直油孔夹具的设计 .234.4 镗活塞销孔的夹具设计 .27哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)II4.5 本章小结 .32结 论 .33参考文献 .34致 谢 .35哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)1第 1 章 绪论1.1 选题背景微型汽车在我国有很大的市场，从 0.9L 到 1.3L，价格也适合我国国情，同时适
8、合正在发展的中国的现况。作为汽车发动机的心脏，活塞承受着交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。其功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分，在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达 2500K 以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达 35MPa，柴油机高达 69MPa ，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(812m/s) 往复运动
9、，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。由于活塞工况条件恶劣，因此对活塞的材质、毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理、表面强化和动平衡等要求都十分严格。其中任何一个环节的质量对活塞的寿命和整机的可靠性都具有很大的影响。因此世界各国对活塞的加工都十分重视，都在不断地改进活塞加工工艺，最大可能地提高活塞寿命。近年来，我国内燃机活塞专业生产厂家通过引进技术消化吸收和自行开发，总体水平有了较大的提高。但是我国距世界先进水平仍相差很远，甚至于还满足不了我国内燃机工业技术发展的要求。我们只有充分了解国内外内燃机活塞制造技术现状及发展趋势，及时改进和提高活塞制造技术水平，才
10、能制造出具有世界一流水平的内燃机活塞，以实力参与市场竞争 1。1.2 国内外活塞加工工艺的发展趋势我国内燃机活塞制造技术四十多年的发展，具有一定的基础，特别是通过技术改造和技术合作，加快了活塞制造技术的发展，产品质量不断提高，新产品的比重逐渐加大。但是，由于内燃机铝活塞的结构类型、要求、各制造企业的工艺条件不同，使活塞机械加工工艺过程存在一定的差别。国内大多数企业采用以专用机床和改装的普通车床、专用工装和夹具组成的单机流水线的加工方式生产。流水线设备排列为一机一序，或一机多序，流程较长。典型的活塞加工工艺过程哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)2如：粗车外圆平、顶面车止口、打中心孔粗镗销孔半
11、精车外圆、顶面粗、精切环槽精车外圆、顶面精车燃烧室精镗销孔车卡环槽检验。上述工艺过程主要考虑了活塞裙部头部外圆、销孔和顶面等主要表面的尺寸精度和位置精度，选择了以止口和中心孔作为精基准加工，裙部、头部、顶面和销孔等主要表面和燃烧室、气门坑等次要加工表面。传统工艺过程的优点是:一次装夹可车削外圆、顶面和环槽；沿活塞轴向夹紧可进行多刀切削。存在的主要问题是：采用止口为工艺基准,流程较长；环槽的位置精度低；轴向夹紧对活塞的加工精度，特别是对薄壁活塞裙部外圆的加工精度有较大的影响。20 世纪 80 年代至今，我国微型汽车工业已占全国汽车工业比重的 30%以上，微型汽车的年平均增长率达 31.6%，成为
12、我国汽车市场中的不可缺少的车型。微型车因用途多样、价格低廉、节能、少污染、占地面积小和较高的性能价格比赢得了广阔的中国市场，目前我国微型汽车已形成了 100 多万辆的年生产能力。作为微型车用活塞从市场角度必须适应微型车的需求，特别是批量、价格低廉和较高性价格比的要求。同时微型车用活塞结构多为薄壁结构，外圆等表面精度又要求较高，如 462 机型活塞的壁厚仅 1.5mm 左右，国内传统铝活塞机械加工工艺已较难适应要求。而研制一种工艺路线短、效率高、适宜微型车用活塞的机械加工工艺已成为当务之急。针对中小型汽油机活塞批量大和薄壁的特点，新型微型车用铝活塞机械加工工艺过程典型流程为：粗车外圆、顶面粗镗销
13、孔、镗卡环槽、倒角半精车外圆粗、精切环槽精车圆精镗销孔检验。该工艺过程采用活塞面和头部环岸外圆为定位基准，与国内传统铝活塞工艺中采用的止口和中心孔为定位基准比较起来，不仅使定位基准和设计基准重合，消除了基准不重合误差，更重要的是夹紧点选择合理，工件夹紧变形小，可大大提高活塞的加工精度，如裙部外圆的加工精度和环槽的位置精度 2。微型车用铝活塞机械加工工艺过程的主要加工工序如下：粗车外圆、顶面工序是将活塞安装在气动胀紧式定心夹具中，即用内腔表面定位夹紧,粗车外圆、顶面，从而保证活塞有较均匀的壁厚和一定的活塞顶厚。用内腔表面定位的夹具如图 1-1 所示，夹具由本体 1、顶紧销 2 和 4、楔杆 3
14、和 5 等几部分组成。气缸传动和活塞杆使楔杆 2 和 4 在本体 1 中移动，并依靠斜面使排列在活塞两个截面上的顶紧销 3 和 5 涨开。为了保证在活塞的两个截面上的均匀地夹紧，楔杆 3 和 5 能够各自独立地涨开，以保证其均匀地夹紧。本体 1 的支撑块靠活塞的内腔顶面对活塞的轴向进行定位。这种夹具可同时实现外圆、顶面、端面的加工,生产效率高。哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)3图 1-1 内涨式粗车外圆夹具半精车、精车外圆和粗、精切环槽工序采用活塞头部外圆、顶面定位和夹紧,内腔顶面辅夹紧。该工序夹具如图 1-2 所示，由弹性夹头 1、定位盘 2、辅助顶爪3 等组成。弹性夹头 1 自由状态
15、的直径大于被加工活塞直径，辅助顶爪主要由爪体。图 1-2 夹头部粗车外圆夹具两个顶杆和一个底杆组成。当被加工活塞靠紧定位盘后，弹性夹头向前由 a移动到 b 位，到达 b 位后，弹性夹头受定位盘 b 面阻挡，夹爪围绕 c 点旋转，实现工件定心夹紧，辅助顶爪向左移动，二个顶杆依靠底杆及斜面自动适应，顶紧活塞内腔铸造顶面，开始进行粗、精切环槽的加工。然后，在切削过程中，弹性夹头自动由 b 位移至 a 位，让开头部，完成头部和裙部外圆的加工。依据加工批量,半精车外、精车外圆和粗、精切环槽工序可采取集中或分散工序的方式进行。该夹具具有：夹紧头部直接定心，定心精度高；弹性夹头 1 可适应一定直径范围哈尔滨
16、石油学院本科生毕业设计 (论文)4内活塞的加工，减少了工装的准备量；以头部环岸外圆和内腔顶面夹紧活塞，消除了止口、中心孔定位方式中的活塞顶紧变形的缺点，可提高活塞的加工精度；活塞环槽加工以头部外圆和顶面定位，位置精度高的特点。粗镗销孔、镗卡环槽、倒角工序和精镗销孔工序均采用头部外圆和顶面定位夹紧，菱形销角向定位的形式，夹具结构与精车外圆类似,但是活塞为立式布置。粗镗销孔、镗卡环槽、倒角工序中，机床主轴上联接一个偏心进刀结构，一次装夹分两个工步完成粗镗孔和镗卡环槽、倒内外角的加工。其原理是：镗杆几何中心和镗头实际回转中心存在一定的偏心距离，粗镗刀和卡环槽镗刀布置在镗杆上，当粗镗完销孔之后，镗杆依
17、靠偏心进刀装置，使之绕镗头轴线相对偏转一定的角度，从而使卡环槽镗刀和倒角刀进刀，粗镗刀退刀，完成精镗销孔工序与粗镗销孔工序基准统一，保证销孔余量均匀分配，同时以顶面定位加工销孔,直接保证活塞的压缩高尺寸 3。1.3 选题的目的和意义了解活塞的功用及工作条件和受力情况，及了解相关零部件的材质及加工和使用特点。确定加工工艺方案，通过对加工工艺方案的改进及加工工艺分析，提出相应加工方案，从而达到对活塞在发动机运转的工况了解和原理认知，为将来设计发动机打下坚实基础。同时了解机床夹具的功用、组成和分类。以及机床夹具设计的步骤和方法，夹具总图的设计和绘制方法，及了解活塞三维图的画法。活塞是发动机中承受冲击
18、载荷，传递动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。由于活塞工作条件恶劣，因此对活塞工艺规程的编制和夹具的选择都要有严格的要求。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响活塞的使用寿命和整机的可靠性，因此我们应不断改进活塞加工工艺。我国活塞专业生产厂家不是很多，且整体规模小、专业化程度低、企业设备陈旧、产品设计和工艺落后、性能寿命和可靠性差、品种杂乱和“三化” 程度低，这些都影响了整机适应国内及国际市场的能力。随着我国加入 WTO，内燃机零部件行业将面临更加激烈的市场竞争，也将迎来新的发展机遇。我们只有充分了解国内外内燃机活塞制造技术现状及发展趋势，及时改进和提高活塞制造技术
19、水平，才能制造出具有世界一流水平的内燃机活塞，以实力参与市场竞争。1.4 课题研究的主要内容收集有关国内外活塞工艺相关资料，通过对微型车发动机活塞工艺的功用及工作条件和受力情况的了解，提出微型车发动机活塞的加工工艺方案，进行微型车发动机活塞的加工工艺分析，从工艺设计方法、结构原理、材料及应用等方面分析微型车发动机活塞工艺和夹具设计和加工技术，提出问题，提出自己的观点，哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)5解决问题，设计典型工序的夹具，并对相关夹具部件进行受力分析和校核，从而保证夹具设计时的合理性。哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)61.5 课题研究的主要方法通过收集有关国内外微型活塞相关
20、资料，来了解活塞实际使用及加工情况，掌握先进的活塞加工技术，并通过 Autocad2008 来编制工艺规程及设计图。从设计方法、结构原理和材料及应用等方面分析四缸发动机活塞加工技术，提出自己的设计思想、加工方法及改进方法。通过各种途径收集资料，广泛阅读有关工艺编制和夹具设计方面的书籍，广泛了解夹具设计方面的信息。对夹具设计的一些原理及方法、设计的基本要求及步骤和夹具体等设计进行系统的研究，设计两道重要工序上的夹具设计图纸一份。哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)7第 2 章 活塞零件的分析2.1 零件的生产纲领及生产类型生产纲领是指企业在计划期内应当生产的汽车产品的产量和进度计划。汽车零件的
21、生产类型是由汽车零件的结构特征（汽车零件的外形尺寸、质量要求等）和生产纲领决定的。汽车零件的年生产纲领 N 可按公式 2-1 计算(2-1)%aQn(1式中 汽车产品的年生产纲领；Q一辆汽车产品中相同零件数量；n备品率；%a废品率。b一般 465 活塞的备品率为 5%，废品率为 1%。因此 件。12760%)(5)(1430N汽车产品和汽车零件的生产类型划分为：单件生产、成批生产和大量生产三种。汽车零件因零件结构特征、质量及年产量不同，具有不同的生产类型。东安每年生产近 30 万发动机，所以活塞生产类型为大量生产，所以在制定工艺路线的时候应充分考虑其生产特点，制定合理的工业路线，选择合理的机床
22、、刀具、量具和检具，以提高生产率，降低成本。2.2 活塞零件的分析 2.2.1 活塞使用的性能与工作条件分析活塞是汽车发动机的心脏，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。活塞在高温、高压、高速和润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达 2500K 以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达 600700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达 35MPa，柴油机高达69MPa ，这就
23、使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8 12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)8磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用 4。2.2.2 零件的结构分析活塞结构如图 2-1 所示。该活塞采用铝合金材料铸造，它由顶部、头部和裙部三部分组成。图 2-1 活塞简图头部是指活塞顶端和环槽部分。活塞顶端完全取决于燃烧室的要求，顶端采用平顶设计有利于活塞减少与高温气体的接触面积，使应力分布均匀。多数汽油机采用平顶活塞，有些发动
24、机（例如直喷式柴油机和新型的缸内喷注汽油机）为了混合气形成的需要，提高燃烧效率，将爆燃减少到最小程度，需要活塞顶端具有较复杂的形状，设有一定深度的凹坑作为燃烧室的一部分。活塞的凹槽称为环槽，用于安装活塞环。活塞环的作用是密封，防止漏气和防止机油进入燃烧室，本活塞与其他活塞相比的优点是其在最下面的油环上钻有8 个直油孔和 10 个斜油孔，直油孔与斜油孔分别相对于活塞轴线成 18 ，如图 2-o2 所示，这有利于活塞在工作过程中有良好的润滑性能，而且减少机油进入燃烧室，进一步降低机油的消耗量。哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)9图 2-2 活塞简图活塞裙部是指活塞的下部分，它的作用是尽量保持活
25、塞在往复运动中垂直的姿态，也就是活塞的导向部分。活塞裙部的形状极有讲究，尤其是象轿车一类的轻型乘用车，设计者从发动机的结构和性能出发，常在活塞裙部上动脑筋，以尽量使发动机结构紧凑运行平稳，本活塞群部是采用椭圆形，此形状有利于活塞在工作中，在高温下，活塞壁与汽缸壁保持均匀的间隙，从而避免了活塞在工作中出现卡死在汽缸内或出现局部磨损现象活塞销座是活塞通过活塞销与连杆连接的支承部分，位于活塞裙部的上方。此活塞销座的特别之处在于销座孔不一定与活塞在同一中心线平面上，向一侧偏移一点点，即向作功行程时活塞接触缸壁的一侧偏移，这样当活塞到上止点变换方向后活塞敲击缸壁的程度会减少，从而减少了发动机噪声。在活塞
26、轴线成的位置上钻有活塞销油孔，这使得活塞在工作过程中有相对良好的润滑效果 4。15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 5。 2.2.3 活塞的主要技术条件分析本课题研究的活塞材料为 LD8 铝合金，其主要用于 465 发动机，现在 465 发动机主要用于微型汽车上，而且微型汽车在我过有着很大的市场，而活塞是发动机的心脏，所以我们对活塞的加工要求必须严格，下面介绍主要的活塞加工工艺要求。哈尔
27、滨石油学院本科生毕业设计 (论文)10(1)活塞外圆的要求活塞群部外圆与汽缸要求是一种精密地配合，因而群部外圆一般要求公差等级 CT6，要求群部外圆的粗糙度 ，活塞群部椭圆偏转不得大于 3 。m0.8Rao(2)活塞销孔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,要求销孔内圆的粗糙度 。.a(3)销孔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 内。0.179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
28、套中倾斜，加剧磨损，因此这里要保证加工精度。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。(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 465 汽油机活塞，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 。活塞在装配的时候应按重量进行分组 ，以保证发动机2.5%在工作中动平衡，减少汽缸与活塞的磨损。该零件上的主要加工表面为外圆、顶面、环槽、油孔和销孔。加工时要特别注意销孔中心线与活塞中心线的垂直度，并且保证外圆的加工精度，以提高发动机的寿命 6。2.3 毛坯与材料正确的选择毛坯是工艺技术人员应该高度重视
29、的问题。零件加工过程中工序的内容或工序的数目，材料消耗，热处理方法，零件制造费用等都与毛坯的材料、制造方法、毛坯的误差和毛坯的余量有关，应慎重对待。在高速柴油机中，为了减少往复直线运动部分的惯性作用，都采用了铜硅铝合金作为活塞材料，在低速、重负荷、低级燃料的发动机中，有时用铸铁作为活塞材料，在汽车工业中很少用铸铁活塞 7。铜硅铝合金比铸铁具有下列优点：(1)导热性好，使活塞顶面的温度降低较快，可以提高发动机的压缩比，又不至于引起混合气体的自燃，因而可以提高发动机的功率；(2)重量轻，惯性力小；(3)可切削性好；哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)11(4)可以得到精确的毛坯。但它也有一些缺点
30、：(1)材料的价格比较贵；(2)热膨胀系数大，约为铸铁的两倍；(3)机械强度及耐磨性较差。但总的来说，铝合金的优点超过缺点，所以在高速内燃机中都用它，而且耐磨性方面可以通过镶嵌一高镍铸铁环来提高其气密性和耐磨性，增加其寿命。本活塞的零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量相似，铸造成型，毛坯尺寸通过确定加工余量后最后确定 8。2.4 本章小结本章对活塞的生产纲领经行了简单的计算，同时，对活塞的工作环境和活塞的技术要求进行了详细分析，通过研究，进一步了解活塞的技术要求，为下一章工艺规程的设计及其加工余量的确定奠定了楚，同时也对活塞的毛坯形状进行了分析，对本课题所做的活塞材料与其他材料进
31、行对比，进一步的了解了铝合金活塞的优缺点。哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)12第 3 章 工艺规程设计3.1 定位基准的选择3.1.1 基准的概念在构成零件形状的点、线和面中，总有这样的一些点、线和面是用以确定其他点、线、面相对位置或方向的，这样的一些点、线和面称作基准。选择基准也是加工的第一步。3.1.2 选择工艺定位基准必须遵循的原则(1)尽可能选用设计基准作为工艺定位基准，以保证基准统一，避免或减少定位时产生的误差。(2)在工件的各个主要加工工序中，尽可能使各加工表面选用同一基准，尤其是有相互位置精度要求的表面更应如此。(3)粗加工后定位基准应尽量选用不加工或加工余量小的平整面，可
32、提高加工精度。(4)精加工工序定位基准应是已加工表面。(5)所选用的定位基准应保证必须使工件定位和夹紧方便，加工时稳定可靠。主要定位基准面应尽量选用工件上较大的表面。(6)所选用的定位基准面应保证工件在一次安装中能加工出尽可能多的表面，以保证各加工表面间的位置精度和提高加工效率。3.1.3 粗基准的选择选择粗基准时，主要要求保证各加工表面有足够多的余量，一般应考虑下列原则：(1)如果必须首先保证工件上各表面加工余量均匀，则应选择此种表面为粗基准。(2)若在设计上要求保证加工面与不加工面间的相互位置精度，则应选不加工面为粗基准。(3)作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，不能有飞边、浇口
33、、冒口或其他缺陷，以使工件定位可靠，夹紧方便。(4)粗基准一般只在第一工序中使用一次，以尽量避免重复使用。因为毛坯面粗糙且精度低，重复使用将产生较大的误差。哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)13综上所述，活塞应选择内腔表面作为粗基准，并且活塞加工前应对活塞内部进行清沙处理，使活塞粗加工的精度尽可能高些。3.1.4 精基准的选择选择精基准时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准确、牢固、方便。其选择的原则有：(1)基准重合原则应尽量选用零件的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定位误差。(2)基准统一原则应尽可能采用同一组基准定位加工零件上加工尽可能多的表面
34、，这就是基准统一的原则。(3)互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复加工，以保证位置精度要求。(4)自为基准原则某些加工工序，加工余量小而不均匀，常选择加工表面本身作为定位基准。综上所述，活塞应以粗加工的加工表面为精基准，从而确保加工精度尽可能的高，从而使活塞产品的合格率高。3.1.5 基准的选择本零件是近似圆柱型的托板式活塞，中心轴线是其的设计基准，为避免由于基准不重合而产生的误差，应选外圆为定位基准，使误差降为最低，从而提高加工精度。由于活塞大部分表面都需要加工，而外圆作为精基准应该首先进行加工，因此应该先以内圆为粗基准先加工活塞外
35、表面和顶面，再以外圆及顶面为精基准加工活塞销孔和环槽，再以外圆以及活塞销孔为精基准加工活塞销油孔、直油孔和斜油孔。3.2 零件的表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、顶面、环槽、销孔、油孔等材料为铝合金。参考机械加工手册的有关资料，其加工方法选择如下：(1) 外圆面，表面粗超度为 ，加工时应以内腔为定位基准，64.3mRa0.8um需要进行粗车、半精车及精车。(2)车活塞顶面，表面粗糙度度为 ，加工时应以外圆为定位基准，直1.6哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)14接通过粗车和半精车加工即可。(3)18mm的活塞销孔，表面粗超度为 ，加工时应以外圆和活塞内Ra0.8um部销孔多肉为定位基
36、准，需经过粗镗和精镗两步完成。(4)活塞油孔，表面粗糙度为 ，加工时需以外圆为定位基准，由于所1.6需精度相对较低，直接钻即可。(5)活塞环槽，表面粗糙度为 ，加工时以外圆为定位基准，需要粗切a0.8u和精切两步完成。(6)进排气门坑，表面粗超度为 ，加工时应以外圆及活塞销孔为定位R1.6m基准，加工时直接通过铣床加工即可获得。3.3 确定机械加工余量及毛坯尺寸活塞的加工余量按有关标准确定。确定时，根据加工方法和加工精度，查找有关机械加工手册，确定活塞的加工余量及加工工序，具体如下：活塞外圆的加工精度要求为 ，需要经过粗加工、半精加工和精加工Ra0.8um才能获得，采用普通车床加工，粗加工所需
37、的加工余量为 ，半精加工的加工2m余量为 ，精加工的加工余量为 ，又因为活塞的直径要求为 ，所1.2m.564.3以根据活塞的加工余量确定其毛坯外圆直径为 。6活塞顶面的加工精度要求为 ，需要粗加工和半精加工两步获得，采a1.u用普通车床加工，粗加工所需的加工余量为 ，半加工所需要的加工余量为2，所以确定活塞毛坯的高度为 。14.5m活塞环槽的加工精度要求为上下壁精度为 ，内壁为 ，加工Ra0.8uRa1.6um时，需要通过粗切和精切两步完成，粗切环槽时，需要给精切环槽留加工余量，所以粗切环槽时，气环尺寸确定为厚度为 ，内径为 ，油环厚度为1.57.，内径为 ，然后再通过精加工加工到所需的尺寸
38、。2.7m57.活塞销孔的加工精度要求为 ，需要通过粗镗和精镗两步完成，加工a0.8u时，粗镗需给精镗预留出 的加工余量，粗镗加工到 ，然后在通过.4m1.6精镗加工出粗糙度为 的 的销孔。Ra1通过以上的途径得出活塞的毛坯的基本尺寸，活塞毛坯直径为 ，活塞8m高度为 ，图 3-1 为活塞毛坯图 9。64.5哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)15图 3-1 活塞毛坯图3.4 制定工艺路线活塞的加工工艺路线一般是先进行外圆的粗加工，再以外圆为定位基准对活塞上的环槽、油孔、气门让坑及销孔进行加工，按照先加工基准面及先粗后精的原则，活塞加工可按表 3-1 工艺路线进行 10。表 3-1 工序目录
39、表工序号 工序名称 设备名称10 粗车外圆及顶面 卧式车床20 粗镗销孔 数控镗床30 粗切环槽 专用车床40 半精车外圆及顶面 卧式车床50 铣进气门坑 专用铣床60 铣排气门坑 专用铣床70 钻直油孔 专用钻床80 钻斜油孔 专用钻床90 钻销油孔 专用钻床100 精切环槽 数控车床110 精车外圆 数控车床120 精镗销孔 数控镗床130 钳工140 尺寸检验150 最终检查哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)163.5 典型的切削用量的确定及切削力的计算3.5.1 粗车外圆车刀选择直头焊接式车刀，车床选择普通 C620-1 车床(1)确定切削深度 pa由于粗加工余量仅为 2mm，可在
40、一次走刀内完成，故 mp1268(2)确定进给量 f 查表易得，在粗车铝合金材料时，当 以及工件直径为 60100mm 时3apf=0.81.0mm/r，选 f=0.9mm/r。(3)确定切削速度查切削用量简明手册表 1.10，当切削深度 时，切削速0.97m/rf1.4,ap度为 。97.0m/intv切削速度的修正系数为 ，0.1tvk， ， ， （均见切削用量手册表 1.28） ，故切削8.krv.sv23T.kv速度和转数可按以下公式计算(3-1)vtc1(3-2)Dn0将修修正系数及直径带入公式得 327r/min 6.8/in1.2370.891 cv根据机床 C620-1 车床说
41、明书，选择 0rc这时实际切削速度 65m/inc最后确定的切削用量为 ， ， ，1ap.9/rf32r/in65/incv(4)计算切削力 切削力计算公式为(3-3)ZYFZnXpFc KVfC查机械加工工艺手册易得， ， ， ，490FzC1.FzX0.75zYz1Fz带入公式(3-3)计算得 43Nc3.5.2 粗车活塞顶面哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)17(1)确定切削深度 pa由于粗加工余量仅为 2mm，且为平面切削，查表选切削用量 2mm。查切削用量手册易知切削深度为 2mm。 (2)确定进给量 查表易得，在粗车铝合金材料时， 以及工件直径为 60-100mm 时3a p，
42、选 。1.0m/r-8f0.9/rf(3)计算切削力 查机械加工工艺手册易得， ， ， ，49FzC1.FzX.75FzY0Fzn1FzK带入公式(3-3)得切削力 90Nc(4)确定切削速度查切削用量简明手册表 1.10，当切削深度 时，切削速度.97m/rf3,ap为 。138m/intV切削速度的修正系数为 ，1.0tvk， ， ， （均见切削用量手册表 1.28） ，带入公式0.rvk.7sv23Tk(3-1)和公式(3-2)得 465.9r/minn 95./i.7.81 c根据机床 C620-1 车床说明书，选择 40rcn这时实际切削速度 mi/.10Dvcc最后确定的切削用量为
43、 ， ， ， 。2ap9rf5r/in91.8/incv3.5.3 钻直油孔选择高速麻花钻头，其直径 。3d(1)决定进给量 f按加工要求确定进给量：根据切削用量简明手册表 2.7，当加工材料硬度小于 200HBS，d=3 时，f=0.180.22mm/r 。由于 ，故应乘孔深修正系数 ，则6318d 95.0lfkrmrmf /217/95.0)2.0(按钻头强度决定决定进给量：据切削用量简明手册表 2.8，当 ，40MPab时，钻头强度允许的进给量 。m.38/rf按机床进给机构强度决定进给量：据切削用量简明手册表 2.9，当， ，机床进给机构允许的轴向力为 3430N 时，进给量为640
44、MPab10.2d哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)18。0.52m/r从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为。根据 Z325 钻床说明书，选择 。.17f 0.17m/rf由切削用量简明手册表 2.19 可查出钻孔时的轴向力，当 ，./rf时，轴向力 。2d1230NF(2)确定切削速度 由切削用量简明手册表 2.14 得， a 的铝合金加工性属于 1 类。MPb40由切削用量简明手册表表 2.13，加工性为第 1 类， ，双横刃磨0.7/rf的钻头， 时， 。3mdin/12vt切削速度的修正系数为： ， ， 5， =，带入0.Tvk.cv8.lvk.1tvk切
45、削速度公式(3-1)和转速公式(3-2) 得 min/2.10in/85 13rn3.5.4 镗活塞销孔由机械加工工艺手册表 1.2-33 卧式镗床的镗削用量查得，本活塞零件粗镗销孔的 ， ， 。min/150vrm1.504f 85ap精镗时的 ， ， 。i2.2f1.2063.6 活塞尺寸链的计算3.6.1 尺寸链的定义及组成在零件的加工或测量以及产品的装配过程中，经常会遇到一些互相联系的尺寸组合，这种互相联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组合，称为尺寸链。尺寸链有以下三个特征：(1)具有尺寸封闭性，即组成尺寸链的各尺寸是按一定顺序排列的封闭尺寸图形；(2).尺寸的相关性，即尺寸链中存在一个尺
46、寸，它的大小是受其它尺寸的影响；(3)尺寸链至少是由三个尺寸构成的。尺寸链的每一个尺寸都分别称为该尺寸链的环。尺寸链是由一个封闭环和若干个组成环组成的。而组成环又可分为增环和减环 11。3.6.2 尺寸链的计算计算尺寸链的目的是要求出工艺尺寸链中某些环的基本尺寸及上、下偏差。哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)19计算方法有极值法和概率法两种。其中概率法用于生产批量大的自动化及半自动化的生产或者尺寸链环数较多的场合。这里主要介绍极值法。用极值法解尺寸链，是以尺寸链中各环的最大极限尺寸和最小极限尺寸为基础进行计算的。图 3-2 为车活塞外圆尺寸链图，表 3-2 列出了计算工艺尺寸链时所用到的尺
47、寸符号 12。图 3-2 尺寸链工序尺寸链计算的基本公式如下：(1)闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和，即(3-4)11nmiiiAA(2)闭环最大极限尺寸等于增环最大极限尺寸之和减去减环最小极限尺寸之和，即(3-5)1min1axmaxii(3)闭环最小极限尺寸等于增环最小极限尺寸之和减去减环最大极限尺寸之和，即(3-6)1max1inminii AA式中 包括封闭环在内的尺寸链总环数；n增环的数目。m下面是活塞中其中一个尺寸链的换算。根据加工过程可知 A，B，C 组成的是一个封闭环。基本尺寸：C=A-B=68-64.3=3.7mm闭环最大极限： mAAnmiii 3
48、.0)15.(.011axmax 闭环最小极限： nmiii ).(1ax1in所以求得 3.70C哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)20表 3-2 工艺尺寸链的尺寸符号符号名称环名基本尺寸 最大尺寸 最小尺寸封闭环 AmaxAminA增环 i i i减环 i maxi min3.7 本章小结本章主要介绍了对活塞加工的基准选择、加工方案的确定、加工工序的安排、活塞加工的要点和原则、具体加工工序的分析，以及活塞加工时加工余量的确定和加工用量的计算等作了介绍。重点在活塞加工工艺分析，并制定出先进的工艺规程，不断提高活塞的加工精度，保证产品的合格率。哈尔滨石油学院本科生毕业设计 (论文)21第
49、4 章 典型夹具的设计4.1 概述4.1.1 夹具的定义和作用(1)夹具的定义夹具是用以装夹工件的装置。机械制造过程中广泛地使用各种夹具，包括机床夹具、装配夹具、焊接夹具、热处理夹具和检验夹具等。机床夹具用于切削加工。在切削加工中，用以固定加工对象，使之定位。机床、夹具、刀具和工件在加工时组成加工系统，工件实现定位和夹紧。(2)夹具的作用保证加工精度；减少安装工件的辅助时间，提高劳动生产率；改善劳动条件，减少劳动量和劳动强度；降低加工成本，扩大机床的使用范围；保证安全生产，提高夹具使用多样性等。4.1.2 夹具的分类机床夹具一般按适用对象、使用特点、使用机床和动力源分类。具体有：(1)通用夹具用以加工两种或两种以上工件的同一夹具。特点：能较好地适应加工工序和加工对象的变换，一般结构均已定型，尺寸和规格均已系列化。(2)专用夹具专为某一工件的某一工序而设计的夹具。(3)可调夹
