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目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 對(duì)零件進(jìn)行工藝分析 1
1.1 活塞的作用 1
1.2 活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1
1.3 活塞的主要技術(shù)條件分析 2
2 6120活塞工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 3
2.1 活塞的材料及毛坯的制造 3
2.2 定位基面的選擇 3
2.3 制定工藝路線 4
2.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 8
2.5 重點(diǎn)工序的加工說(shuō)明 9
2.6 確定切削用量及基本工時(shí). (重點(diǎn)工序) 12
2.7 活塞的檢驗(yàn) 13
3 夾具的設(shè)計(jì) 17
3.1 問(wèn)題的提出 17
3.2 夾具的設(shè)計(jì) 17
3.3 切削力和夾緊力的計(jì)算和校核 19
總 結(jié) 22
致 謝 23
參考文獻(xiàn) 24
附錄 25
大連水產(chǎn)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 摘要
摘 要
機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。機(jī)械制造工藝是機(jī)械制造方法和過(guò)程的總稱。而生產(chǎn)過(guò)程中改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過(guò)程，則稱為工藝過(guò)程。它是生產(chǎn)過(guò)程中的主要部分，其他過(guò)程稱為輔助過(guò)程。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是活塞的工藝設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下：
首先，進(jìn)行零件的分析，主要是零件作用的分析和工藝分析，通過(guò)零件分析可以了解零件的基本情況，而工藝分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根據(jù)零件圖提出的加工要求，確定毛坯的制造形式和尺寸的確定。
第二步，進(jìn)行基面的選擇，確定加工過(guò)程中的粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。根據(jù)選好的基準(zhǔn)，制訂工藝路線，通常制訂兩種以上的工藝路線，通過(guò)工藝方案的比較與分析，再選擇可以使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理的保證的一種工序。
第三步，根據(jù)已經(jīng)選定的工序路線，確定每一步的切削用量及基本工時(shí)，并選擇合適的機(jī)床和刀具。對(duì)于粗加工，還要校核機(jī)床功率。
最后，設(shè)計(jì)第5道工序的夾具。先提出設(shè)計(jì)問(wèn)題，再選擇定位基準(zhǔn)，然后開(kāi)始切削力、夾緊力的計(jì)算和定位誤差的分析。然后把設(shè)計(jì)的過(guò)程整理為圖紙。
根據(jù)以上的概述完成本次設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：活塞；機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)；夾具設(shè)計(jì)；
I
大連水產(chǎn)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） ABSTRACT
ABSTRACT
The mechanical product production process is a complex process. The machine manufacture craft is the machine manufacture method and the process always called. But in the production process changes the production object the shape, the size, the relative position and the nature and so on, causes it to become the end product or the half-finished product process, then is called the technological process. It is in the production process main part, other processes are called the supporting process. This graduation project topic is the piston technological design, main content as follows:
First of all, it is mainly analysis of the function of the part and craft analysis to carry on the analysis of the part, through part analyses can find out about basic situation of part, and craft analyses may know the processing surface of the part and is it require to process. The processing demand put forward according to the part picture, confirm the manufacture form of the blank and sureness of the size.
The second step, carry on the choice the base , confirm thick datum and precise datum in the processing course. According to the datum chosen , make the craft route , usually make the craft route of more than two kinds, with analysing through the comparison of the craft scheme, and then choosing be able to make such specification requirements as the precision of geometry form , size of the part and precision of position ,etc. get a kind of process of the rational assurance s.
The third step, according to the already selected process route, confirm for every steps of cutting consumption and basic man-hour , choose suitable lathe and cutter. To rough machining , will check the power of the lathe .
Finally, designs the 5th working procedure the jig. First proposed the design question, the then preferred orientation datum, then starts work, to clamp the strength the computation and the position error analysis. Then the design process reorganization is the blueprint.
According to above outline cost design.
Key words Piston; Machine-finishing technological design; Clamps tool
design;
II
大連水產(chǎn)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 對(duì)零件進(jìn)行工藝分析
1 對(duì)零件進(jìn)行工藝分析
1.1 活塞的作用
由于柴油的物理化學(xué)特性，所以柴油機(jī)的構(gòu)造是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。而油缸就是這個(gè)系統(tǒng)中一個(gè)很關(guān)鍵的部位，對(duì)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)起著決定性影響，在某種意義來(lái)說(shuō)它是柴油機(jī)里面的“心臟”。而活塞則是柴油機(jī)機(jī)里“心臟中的心臟”?；钊挥诎l(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi),作往復(fù)運(yùn)動(dòng),當(dāng)燃燒室里的混合氣體(空氣和燃料)點(diǎn)燃并膨脹時(shí),活塞受到氣體的壓力,并經(jīng)過(guò)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(yùn)動(dòng)來(lái)完成.因此活塞工作的主要特點(diǎn)是在高溫高壓下作長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)變負(fù)荷往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了提高活塞的工作性能和壽命,它必須具有如下的要求:
(1) 在高溫高壓下具有足夠的強(qiáng)度和剛度;
(2) 較輕的結(jié)構(gòu)重量;
(3) 良好的耐磨性和耐蝕性;
(4) 良好的導(dǎo)熱性,熱膨脹系數(shù)小;
(5) 保證氣缸內(nèi)部空間密封。
本次設(shè)計(jì)加工的是6120柴油機(jī)的活塞。
1.2 活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
6120活塞頂部有燃燒室,混合氣體在里面進(jìn)行燃燒,它的容積大小就決定著里面能夠容納混合氣體多少,也就決定了燃燒后所產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小。
近頂部的環(huán)槽分為氣環(huán)槽和油環(huán)槽，為放置活塞環(huán)用,在氣環(huán)槽內(nèi)放置的活塞環(huán)使活塞頭部與氣缸不接觸,并用以密封活塞的頂部,防止漏氣。遠(yuǎn)離頂部的環(huán)槽鉆有油孔,它把飛濺到氣缸套內(nèi)壁上的多余潤(rùn)滑油刮去,并通過(guò)油孔流回,使之不致進(jìn)入燃燒室?；钊娜共吭诨钊墓ぷ鬟^(guò)程中起導(dǎo)向的作用,底部有精加工的止口,它是為加工活塞而設(shè)置的輔助精基面,在結(jié)構(gòu)和功能上沒(méi)有起到直接的作用。
由于燃料燃燒會(huì)產(chǎn)生很大壓力，所以在工作過(guò)程中活塞將產(chǎn)生受力變形和熱變形,由于活塞裙部在圓周方向剛度不同,在活塞的軸線方向的彈性變形比垂直于該方向的彈性變形大,使活塞裙部在受力后變成橢圓,另一方面,在高溫的工作環(huán)境下也要產(chǎn)生熱變形。銷孔軸線方向的金屬層比較厚,熱鼓脹比垂直于該方向上的大,也將使活塞裙部變形后成為橢圓,這樣的話將必然使活塞與氣缸套的間隙不均勻的減少甚至消失,以至產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦甚至咬住。為了補(bǔ)償上述的變形,所以把活塞的裙部設(shè)計(jì)制造成橢圓形,橢圓的長(zhǎng)軸在垂直于活塞銷孔軸心線的方向上。
此外，活塞在工作時(shí)頂部是直接和高溫氣體接觸的,而裙部是間接傳來(lái)的熱量,故而頭部的熱鼓脹量要比裙部的大,為了補(bǔ)償這種不均勻的變形,故把活塞頭部的外徑設(shè)計(jì)得比裙部小,同時(shí)頭部也設(shè)計(jì)成上小下大的錐形。
同時(shí)在活塞裙部的銷孔附近加工出凹坑,用來(lái)增加裙部與氣缸套內(nèi)壁的間隙。
1.3 活塞的主要技術(shù)條件分析
1.3.1 活塞裙部外圓與氣缸的配合
活塞裙部外圓與氣缸要求是一種精密地配合,因而裙部外圓一般要求公差等級(jí)IT6,為減少機(jī)械加工的困難,將活塞裙部和氣缸套孔徑的制造公差均放大二倍,裝配時(shí)按裙部的尺寸分成二組對(duì)應(yīng)裝配,以保證大致要求的間隙。要求裙部外圓的粗糙度Ra≤1.6μm 。
1.3.2 活塞銷的要求
為了使活塞銷在工作過(guò)程中能在孔中自由轉(zhuǎn)動(dòng),銷孔的公差等級(jí)大小要求IT6級(jí),同時(shí)為了減少機(jī)加工工作量,活塞和活塞孔的裝配也采用分組裝配法,要求銷孔內(nèi)圓的粗糙度Ra≤0.2μm。
1.3.3 銷孔(活塞的)的位置公差的要求
銷孔(活塞的)的位置公差也應(yīng)有嚴(yán)格要求，銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比,也就影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的效率,因此應(yīng)該控制在90±0.05內(nèi)。
銷孔軸心線對(duì)裙部軸心的垂直度影響著活塞銷,銷孔和連桿的受力情況過(guò)大將使活塞銷、銷孔、連桿單側(cè)受力?；钊跉飧滋字袃A斜,加劇磨損,因此這里垂直度在100mm長(zhǎng)度上公差為0.03mm。
銷孔軸心線對(duì)裙部軸心線的對(duì)稱度誤差也會(huì)引起不均勻摩損,故而應(yīng)該限制。
1.3.4 活塞重量的要求
為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),在同一發(fā)動(dòng)機(jī)上各活塞的重量不應(yīng)相差太大,對(duì)于6120柴油機(jī)活塞,同級(jí)活塞的重量差不能超過(guò)20克,即活塞的重量差不得大于活塞名義重量的±2.5%.活塞在裝配的時(shí)候應(yīng)按重量進(jìn)行分組.
2
大連水產(chǎn)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6120活塞工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
2 6120活塞工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
2.1 活塞的材料及毛坯的制造
活塞在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)是做高速的往復(fù)運(yùn)動(dòng),根距它的工作特性，為了減少其慣性的作用采用的材料為共晶鋁硅合金。
它的化學(xué)成分為: 共晶鋁硅合金?。ǎィ?
Ｓi 11-13 ; Cu 1-2 ; Mg 0.4-1 ;
Mn 0.2-0.7; Fe ≤0.8; 其余 ?。羖
與鑄鐵相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
(1) 導(dǎo)熱性好，使活塞頂面降溫快，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，不至于引起混合氣體自燃,可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率；
(2) 重量輕，慣性力??；
(3) 切削性能好；
(4) 鑄造流動(dòng)性好，可以得到精確的毛坯。
由于是大批大量的生產(chǎn)３０萬(wàn)件每年，為了提高毛坯的精度，鑄出活塞的銷孔及燃燒室，減少機(jī)加工余量，故而毛坯的鑄造是采用金屬模鑄造。
毛坯在機(jī)械加工前先要去銑澆冒口，并進(jìn)行時(shí)效處理，消除鑄造時(shí)因冷卻不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，增加活塞的強(qiáng)度及硬度。時(shí)效處理的方法是將活塞加熱到１８０°－２００°Ｃ，保溫６－８小時(shí)后自然冷卻。
2.2 定位基面的選擇
定位基準(zhǔn)選擇的準(zhǔn)確性對(duì)保證零件表面間的位置精度、位置尺寸和安排加工順序都有很大的影響，直接影響零件的加工精度和生產(chǎn)效率。
基準(zhǔn)是用來(lái)確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。一個(gè)幾何關(guān)系就有一個(gè)基準(zhǔn)。
活塞是一種薄壁型零件，在外力作用的情況下是很容易產(chǎn)生變形的，而活塞主要表面的尺寸精度和位置精度的要求都很高，因此應(yīng)以一個(gè)統(tǒng)一的基面定位來(lái)加工這些要求高的表面，如直接采用外圓定位的話（即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）將有可能產(chǎn)生很大的變形。故在這里采用活塞的止口和端面來(lái)作為統(tǒng)一基準(zhǔn)。
在精車外圓和精磨外圓這兩工序中用止口處的錐面和頂面上的中心孔定位，其余工序都采用止口和端面定位。精鏜銷孔則由于精度要求很高，為避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差，而采用的是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)做為定位基準(zhǔn)。
采用止口和端面（或錐面和中心錐）作為基面有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1) 用這種定位方法可以加工裙部、頭部、頂面、銷孔等主要及其它次要表面，而且在這一道工序中，一次安裝就可以車削外圓、頂面、環(huán)槽,實(shí)現(xiàn)了工序的集中。既可提高生產(chǎn)率，又能保證這些表面的位置精度。
(2) 活塞裙部在半徑方向的剛性差，利用止口和端面定位可以沿活塞軸向夾緊，就不至引起嚴(yán)重的變形，同時(shí)又可以進(jìn)行多刀切削提高生產(chǎn)效率。
當(dāng)然這些定位也有一些缺點(diǎn)：如果加工一些本來(lái)不需要加工的表面，而且是一些精度要求級(jí)高的要經(jīng)過(guò)兩次加工的。
止口對(duì)裙部外圓的同軸度誤度將影響環(huán)槽的位置精度。
但總的說(shuō)來(lái)，采用止口端面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)雖然增加了加工工時(shí)和設(shè)備，但它更有利于保證加工質(zhì)量，故而采用它來(lái)定位是可行的。
2.3 制定工藝路線
關(guān)于工藝路線的擬訂，目前還沒(méi)有一套精確的計(jì)算方法，而是采用經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)出來(lái)的一些帶有經(jīng)驗(yàn)和綜合性的原則。制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大量生產(chǎn)和條件，故可以適當(dāng)?shù)夭捎脤Ｓ脵C(jī)床配以專用夾具。除此還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，使生產(chǎn)成本盡量下降。它是制定工藝規(guī)程的關(guān)鍵階段。
此次設(shè)計(jì)擬訂了幾套工藝路線方案：
2.3.1 工藝路線方案一
工序號(hào)
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(xì)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(dǎo)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
2.3.2 工藝路線方案二
工序號(hào)
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
2.3.3 工藝方案的比較與分析
(1) 通過(guò)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(shí)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(yīng)在粗鏜止口之后即對(duì)銷孔進(jìn)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(dú)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(yīng)采用方案二中的方法,來(lái)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(jìn)給運(yùn)動(dòng),是很難加工出球形燃燒室和保證燃燒室的容積的。故應(yīng)按照方案二那樣,光滑油池底,在燃燒室底部鉆一個(gè)孔后再用成形車刀加工。
(4) 另外,精鏜銷孔是活塞加工中保證精度的關(guān)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(shí)對(duì)精鏜銷孔工序定位基準(zhǔn)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(lái)定位,消除了五個(gè)自由度。剩下的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度用一根裝在尾座套筒中的菱形銷插入銷孔中來(lái)定位,從而保證精鏜的加工余量均勻,當(dāng)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95±0.08的要求,即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是頂面,而定位基準(zhǔn)是止口及其端面,產(chǎn)生了基準(zhǔn)不重合的誤差。這種情況下要對(duì)工序尺寸進(jìn)行換算,提高某些尺寸精度,這種就會(huì)使成本提高。
圖3.1 端面和止口定位精鏜銷孔
為了使工藝基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合,可以用頂面代替端面作為基面,即倒鏜銷孔,。同時(shí)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(shí)采用外圓和頂面來(lái)定位的話,就能很好保證其精度要求。則采用外圓定位時(shí)應(yīng)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(huì)產(chǎn)生變形,故是采用一個(gè)V形塊的內(nèi)部夾緊。這樣才能有利于保證加工質(zhì)量,但夾具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,同時(shí)也應(yīng)適當(dāng)?shù)氖┘訆A緊力。
如圖3.2所示
圖3.2 用裙部外圓和頂面定位夾具簡(jiǎn)圖
工序的安排為：先加工階段的劃分,劃分加工階段應(yīng)將粗精加工分開(kāi),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(guò)程,可分為粗、精加工兩個(gè)階段。工序6以前為粗加工階段,包括對(duì)各主要表面如止口、外圓、環(huán)槽等進(jìn)行的粗加工,同時(shí)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(lái)。從工序7開(kāi)始為精加工階段。工序7為轉(zhuǎn)折點(diǎn),在此工序中對(duì)精基準(zhǔn)進(jìn)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(yīng)盡量放在最后進(jìn)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(guò)程屬于大量生產(chǎn),它的特點(diǎn)是按工序集中原則,采用了較多的高效率的專用機(jī)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(shí)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(shí)鉆六個(gè)和八個(gè)孔,大多數(shù)工序都由復(fù)合工步組成。由于工序集中減少了機(jī)床的數(shù)量,相應(yīng)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(dòng)化程度較高的專用機(jī)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(shí)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(chǔ)上加以綜合修改后,確定的加工路線最后如下:
工序號(hào)
工 序 內(nèi) 容
設(shè) 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(dòng)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(zhuǎn)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(xì)外環(huán)岸、倒角
多刀自動(dòng)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
13
外圓定位 以頂面為基準(zhǔn)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
銑噴油曲線
Z535
20
去毛刺、銳邊
手鉆、砂紙
21
清洗
22
滾壓銷孔
鉆臂鉆床
2.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
加工余量是指加工過(guò)程中所切去的金屬層的厚度。加工余量的大小對(duì)于工作的加工和生產(chǎn)率均有較大的影響。零件圖樣上的設(shè)計(jì)尺寸及其公差是經(jīng)過(guò)各加工工序后得到的。沒(méi)道工序的工序尺寸都不相同，它們是逐步向設(shè)計(jì)尺寸接近的。為了最終保證零件的設(shè)計(jì)要求，需要規(guī)定個(gè)工序的工序及其公差。
6120活塞的零件材料為銅硅鋁合金,毛坯重量約為2300克,生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn),采用的毛坯為金屬模鑄造出來(lái)的。
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(jī)械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下:
Φ126 x 156(mm)
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
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(xì)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
2.5 重點(diǎn)工序的加工說(shuō)明
2.5.1 止口的加工
止口的加工分為粗加工和精加工兩步,由于止口是作為整個(gè)加工過(guò)程中的工藝基準(zhǔn),其加工精度要求當(dāng)然是相當(dāng)高的,所以必須采用合理的加工方法才能保證精度和要求。
由于工作外圓是毛坯表面，如圖2.5.1所示：
圖2.5.1 以外圓定位粗車止口
用一般的三爪卡盤夾持不夠牢固,所以把長(zhǎng)爪加長(zhǎng)以避免工件在切削力作用下產(chǎn)生傾斜,工件的初始位置由支承釘確定軸向位置,而被加工的止口和端面由最終位置由裝在刀架的長(zhǎng)桿決定。即當(dāng)?shù)都苓M(jìn)給時(shí),長(zhǎng)桿和刀架一起移動(dòng),當(dāng)長(zhǎng)桿的頭部與活塞的內(nèi)頂部接觸時(shí),微動(dòng)開(kāi)關(guān)(連在長(zhǎng)桿上的)被觸動(dòng)而使刀架停止進(jìn)給,以保證工序尺寸。這種用長(zhǎng)桿控制工序尺寸的好處在于:毛坯的制造誤差不會(huì)影響燃燒室的壁厚,但是它同樣也會(huì)帶來(lái)一個(gè)缺點(diǎn),如果毛坯的外圓和內(nèi)壁有較大的同軸度的誤差,用外圓加工出的止口與外圓同軸而與內(nèi)壁不同軸,以后再用止口定位加工出的外圓表面就會(huì)造成壁厚不均勻,如果毛坯的外圓與內(nèi)壁的同軸度誤差不大時(shí),則用上述方法就不會(huì)造成很大的壁厚差,由于6120活塞的毛坯采用的是金屬澆注,精度較高,故采用上述定位方法基本能保證壁厚差。
粗加工止口后,再進(jìn)行斜面及孔座的加工,精車止口的加工。這是因?yàn)樵诰囍箍谑墙y(tǒng)一的基準(zhǔn),因此在精加工之前必須先提高它的精度對(duì)它先進(jìn)行精加工。
這時(shí)由于外圓已加工過(guò)而精車止口的切削用量不大,故可以用V型塊對(duì)外圓進(jìn)行夾緊,又由于頂面需加工出一頂錐,所以可以用兩個(gè)支承導(dǎo)軌來(lái)支承頂面,這樣就限制了工件的5個(gè)自由度,只剩一個(gè)垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,這樣就可以同時(shí)在上面精車止口,下面車出頂錐,這種定位方法能夠保證止口和外圓的同軸度,搞高工作效率。
2.5.2 環(huán)槽的加工
在零件圖的技術(shù)要求中對(duì)環(huán)槽側(cè)面的垂直度。圓跳動(dòng)和槽寬的尺寸精度都有較高的要求,加工中由于切槽刀在寬度方面的剛性較差,端面到環(huán)槽的距離不可避免的要有誤差,以致切槽刀在寬度方向上余量不均勻,造成兩側(cè)面的切削力不相等,會(huì)使刀具在切削過(guò)程中產(chǎn)生彎曲。影響尺寸精度和位置精度,故而應(yīng)增加環(huán)槽的切削次數(shù)。
為了保證槽間距離,切槽刀和其夾板兩側(cè)面都應(yīng)磨到Ra＜＜0.63μm
為了保證槽寬的尺寸精度,必須將切槽刀寬度的浮動(dòng)嚴(yán)格限制在0.005mm以內(nèi),為了保證槽的側(cè)面和裙部的軸心線垂直,除了刀架溜板的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)與活塞裙部的軸心線垂直外,還必須將切槽刀安裝得與裙部軸心線垂直。
2.5.3 裙部外圓的精加工
裙部外圓的精加工是精車,必須使工件相對(duì)于刀具有一個(gè)附加的往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以用靠模法來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。即在車床的工件頭架、尾架和工件都安裝在同一塊板上,板用兩個(gè)以O(shè)為回轉(zhuǎn)軸的鉸鏈與工件臺(tái)連接,在工件軸的后端裝一橢圓形的靠模，靠模和一個(gè)固定在工作臺(tái)上的滾動(dòng)軸承相接觸。當(dāng)工件和靠模一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于靠模的橢圓外形,就使整塊板同工件頭架。工件產(chǎn)生擺動(dòng)以獲得那種往復(fù)運(yùn)動(dòng)。但在工件型號(hào)或橢圓度改變時(shí),就必須更換靠模。
如下圖2.5.2所示:
圖2.5.2 裙部外圓精加工.
2.5.4 銷孔的精加工
為了保證活塞與連桿的連接狀況和發(fā)動(dòng)機(jī)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)活塞銷孔提出了很高的技術(shù)要求。黃河牌6120活塞銷孔的尺寸精度是6級(jí),表面粗糙度為0.63μm,橢圓度和錐度不大于3μm。這樣高的精度和光潔度,用一般的孔加工方法是很難達(dá)到的。假如鉆、擴(kuò)、鉸工藝在一般情況下只能達(dá)到7級(jí)精度和1.25μm,還不能保證相互位置精度要求。所以活塞銷孔的精加工,是活塞加工過(guò)程是關(guān)鍵性的工序。不僅要求采用高精度的加工方法為終加工工序,還必須經(jīng)過(guò)從粗到精的幾次加工才能滿足要求。上面的加工工藝水平中采用了粗鏜、精鏜和滾壓加工,能夠穩(wěn)定的達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。
銷孔精鏜采用金剛石鏜床,主軸采用靜壓軸承,剛性好,旋轉(zhuǎn)精度高,所以能達(dá)到很高的加工精度。銷孔精鏜的一個(gè)主要問(wèn)題是定位基準(zhǔn)的選擇,止口作為統(tǒng)一基準(zhǔn),也應(yīng)作為銷孔精鏜的定位基準(zhǔn)。但是車間實(shí)踐證明以止口定位,由頂面夾緊不能保證其加工精度。如下圖a所示說(shuō)明在夾緊力P的作用下,銷孔變成扁圓,精鏜以后變形恢復(fù),造成銷孔圓度超差。這樣工件的安裝必須由操作工人憑經(jīng)驗(yàn)掌握,難以防止銷孔不變形。
為此對(duì)于平頂活塞改用頂面定位,消除了夾緊變形,有利于銷孔加工。而且頂面為銷孔中心高的設(shè)計(jì)基準(zhǔn),尺寸A1可直接獲得不必進(jìn)行尺寸換算。滾壓加工是銷孔加工的最終工序,主要是為了提高表面粗糙度、圓度、和素線平行度。
圖2.5.3 精鏜銷孔的兩種定位方式
2.6 確定切削用量及基本工時(shí). (重點(diǎn)工序)
2.6.1 加工條件
工件材料: 共晶鋁銅合金 金屬模澆鑄
加工要求: 精鏜銷孔
機(jī)床: 740金鋼鏜床
刀具: 精鏜專用鏜刀
2.6.2 計(jì)算切削用量
鏜刀的進(jìn)給量為： 0.10mm/r
切削速度為： 4m/s
主軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) ： 1700r/min
切削深度： 0.15mm
2.6.3 基本工時(shí)
機(jī)動(dòng)時(shí)間的定額定義:在一定的技術(shù)組織條件下制定出來(lái)的完成單位產(chǎn)品某頂工作所必須的時(shí)間,時(shí)間定額是安排生產(chǎn)計(jì)劃核算成本的重要依據(jù)之一,也是設(shè)計(jì)或擴(kuò)建工廠或車間時(shí)計(jì)算設(shè)備和人員數(shù)量的重要資料,時(shí)間定額中的基本時(shí)間則要根據(jù)切削用量和行程長(zhǎng)度來(lái)確定,其余的組成時(shí)間則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定。
其理論公式為:
T單體=T基本+T技術(shù)服務(wù)+T組織服務(wù)+T間隙+T準(zhǔn)備終結(jié)
其中 T輔助=(15-20)%T基本
T技術(shù)服務(wù)=(10-15)%T基本
T組織服務(wù)=(5-7)%T基本
T間隙==(2-6)%T基本
T準(zhǔn)備終結(jié)==(1.35-1.5)%T基本
總之 T單體==(1.35-1.5)%T基本
在本工序的加工情況下,T基本的計(jì)算如下:
T基本=(L1+L2+L3)i/ns
i-為走刀次數(shù); s-為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量; n-為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)
車刀 L1=3～5mm
L2=2～3mm
則 T基本=≈0.88min
T單體=1.32min
2.7 活塞的檢驗(yàn)
為了保證活塞達(dá)到規(guī)定的技術(shù)條件,必須在加工中及加工完畢后進(jìn)行技術(shù)檢查,最后檢查的項(xiàng)目有：
(1) 檢查外觀和表面粗糙度
(2) 檢查活塞銷孔的尺寸及形狀偏差
(3) 檢查裙部的橢圓度和錐度,按裙部橢圓的長(zhǎng)軸分組
(4) 檢查環(huán)槽寬度、底徑、環(huán)槽側(cè)面的垂直度和圓跳動(dòng)
(5) 檢查銷孔軸心線對(duì)裙部軸心線的垂直度和對(duì)稱度,銷孔軸心線到頂面的跳離
(6) 稱活塞的重量并按重量分組
現(xiàn)將活塞最后檢查中幾個(gè)主要技術(shù)條件的檢驗(yàn)方法簡(jiǎn)述如下:
2.7.1 裙部直徑和橢圓度的測(cè)量
圖2.7.1 裙部直徑和橢圓度的測(cè)量簡(jiǎn)圖
測(cè)量方法如圖2.7.1所示,先用一個(gè)直徑已知的標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)好千分尺的零位,然后將工件按圖示方法安裝,讀得的最大讀數(shù)即為工件直徑之差。由于標(biāo)準(zhǔn)件的直徑是已知的,因此工件的直徑也可得到,測(cè)量所得的尺寸即為裙部橢圓的長(zhǎng)軸,將工件轉(zhuǎn)過(guò)90度,再測(cè)量一次,即得裙部橢圓的短軸將為裙部橢圓度的在最后檢查時(shí),按裙部橢圓的長(zhǎng)軸將活塞分組。
由于鋁合金的熱膨脹系數(shù)比較大,測(cè)量時(shí)氣溫的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的很大的影響,因此必須排除氣溫變化對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響。
有條件的工廠可以在恒溫室內(nèi)進(jìn)行測(cè)量,無(wú)條件的工廠就需要經(jīng)過(guò)一定的試驗(yàn),測(cè)量出不同氣溫下活塞直徑變化的規(guī)律。根據(jù)這種規(guī)律來(lái)校正測(cè)量結(jié)果,同樣也可以達(dá)到檢驗(yàn)的目的。
2.7.2 銷孔軸線與裙部軸心線的測(cè)量
圖2.7.2 銷孔軸線與裙部軸心線的測(cè)量
在測(cè)量時(shí)用如上圖所示的檢驗(yàn)夾具,在銷孔中插入適當(dāng)尺寸的檢驗(yàn)心軸承1 。將活塞以端面向下放在夾具平板上,并使檢驗(yàn)心軸與兩根圓柱2接觸,將活塞連同心軸一起移動(dòng),記下千分表的最大讀數(shù)。然后將活塞及心軸在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)180度,用同樣方法記下活塞另一邊的千分表的最大讀數(shù),兩次讀數(shù)差值的一半就是銷孔軸心線與裙部軸心線的對(duì)稱度,這種測(cè)量方法實(shí)際測(cè)量的是軸心側(cè)母線至裙部外圓的距離l1和l2,并使銷孔軸心線與裙部軸心線的對(duì)稱度等于1/2×|l1-l2|。
2.7.3 銷孔軸心線對(duì)裙部軸心線的垂直度的測(cè)量
圖2.7.3 銷孔軸心線對(duì)裙部軸心線的垂直度的測(cè)量簡(jiǎn)圖
檢驗(yàn)夾具如上圖2.7.3所示,在銷孔中插入適當(dāng)尺寸的檢驗(yàn)心軸,把活塞以端面向下放在夾具夾板上,用千分表在心軸一端讀得一個(gè)最大讀數(shù),然后把活塞和心軸在水平面上轉(zhuǎn)過(guò)180度,在心軸的另一端讀得另一最大讀數(shù),設(shè)兩次測(cè)量點(diǎn)間的距離為L(zhǎng)。則兩次讀數(shù)的差即為距離L上垂直度,這樣的測(cè)量方法實(shí)際上是測(cè)量心軸上母線上在L距離上的高度H1及H2,即心軸上母線與活塞廟面在L距離上的平行度,只有在心軸兩端直徑相同,裙部軸心線與聞面垂直時(shí),這一數(shù)才能代表銷孔軸心線與裙部軸心線的垂直度。
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大連水產(chǎn)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 夾具的設(shè)計(jì)
3 夾具的設(shè)計(jì)
───粗鏜銷孔夾具
機(jī)床夾具是切削加工中，用以準(zhǔn)確地確定工件位置，并將其牢固夾緊的工藝裝備。它能可靠地保證工件的加工精度、提高加工效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。所以特設(shè)計(jì)專用夾具。此次設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師要求我設(shè)計(jì)了第5道工序粗鏜銷孔的夾具。此夾具將用于雙頭臥式鏜床。
3.1 問(wèn)題的提出
利用本夾具的目的是為了粗鏜銷孔,銷孔對(duì)活塞的工作起重要的作用,直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和內(nèi)燃機(jī)的壽命,對(duì)它的形狀和位置精度有一定的要求,例如銷孔的軸心線和裙部的軸心線的垂直度，以及銷孔的光潔度等。所以本夾具的重點(diǎn)放在提高夾具的運(yùn)動(dòng)精度上,并在此基礎(chǔ)上提高勞動(dòng)生產(chǎn)率?？紤]到液壓夾具運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、效率又好，故在這里設(shè)計(jì)了液壓夾具。
3.2 夾具的設(shè)計(jì)
在這里設(shè)計(jì)的是粗鏜銷孔夾具,由零件圖可知，定位基準(zhǔn)選擇的是活塞的頂面以及裙部的外圓,因此采用杠桿夾緊機(jī)構(gòu)內(nèi)壁夾緊（目的是為了減少變形，前文已分析）。其夾緊的液壓夾具原理說(shuō)明見(jiàn)下圖3.2.1所示（為了提高生產(chǎn)率，特設(shè)計(jì)了兩個(gè)工件同時(shí)加工）
圖3.2.1 用裙部外圓和頂面定位夾具簡(jiǎn)圖
操作時(shí)，先將活塞工件豎直放在V形塊上，讓V形塊卡住活塞的銷孔外壁，然后轉(zhuǎn)動(dòng)支竿，將兩個(gè)壓塊壓在活塞頂面上，保持到中間位置，平衡杠桿壓竿以讓其受力均勻；調(diào)節(jié)左側(cè)的微調(diào)螺釘，對(duì)好銷孔與鏜刀的位置，接通液壓開(kāi)關(guān)，使壓塊壓緊，這樣定位安裝就限制了活塞的六個(gè)自由度，夾緊完成，可以開(kāi)機(jī)加工。加工完畢，松開(kāi)液壓開(kāi)關(guān)，將鏜刀退出，并讓支竿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度（便于取下活塞部件），取下活塞部件按上述操作往復(fù)加工下批。
3.3 切削力和夾緊力的計(jì)算和校核
3.3.1 切削力
粗鏜銷孔時(shí),在臥式金剛鏜床T740-2型上加工，主軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速n=～2500r/min,每轉(zhuǎn)進(jìn)給量S=0.1mm/r、t1=0.25mm、t2=0.05mm.由于切削變形與摩擦,鏜刀受到切削力,為了實(shí)際應(yīng)用,現(xiàn)將它分解為相互垂直的三個(gè)分力,情況如下圖所示:
Fz: 圓周分力,作用于鏜刀外圓切線方向上的力
Fy: 徑向分力
Fx: 軸向分力
因?yàn)镕y和Fx主要對(duì)夾具的作用力不大,所以這里主要考慮圓周分力Fz對(duì)夾具的作用。
圖3.3.1 受力分析圖
硬質(zhì)合金鏜刀鏜削鋁件（S最大=0.75mm/r）時(shí)，
根據(jù)計(jì)算公式查表得:
Fz=Cpz·t·SKvpz·Kppz·Krpz·Kr·K冷·K料·Pz
Fy=Cpy·t·S·Kvpy·Kppy·Kv·K冷·P料·Py
Fx=Cpy·t·S·Kvpx·Kppx·Krpx·Kv·K冷·P料·Px
t-切削層深度
Px-軸向切削力
S-每轉(zhuǎn)進(jìn)給量
Cp-加工時(shí)考慮工件材料及鏜刀刀具類型系數(shù)
Kp-修正系數(shù)
根據(jù)查閱<<金屬切削手冊(cè)>>計(jì)算可得：
Fz=420N
3.3.2 夾緊力
根據(jù)所選定的活塞油缸：
d=(0.5～0.55)D
P1≤50×10Pa
D-油缸直徑
d-活塞桿直徑
P-油液壓力
受壓時(shí)，取背壓：
P2=3×10Pa
F1=π/4[DP1-（D-d）P2]≈13554.4N
根據(jù)實(shí)際情況，取液壓缸的機(jī)械效率η=0.95，則實(shí)際的推力為：
F=F1·η=12876.7N
從夾具圖中可知活塞缸的推力通過(guò)連接桿傳給壓桿再傳給壓塊。
分析受力圖如下：
圖3.3.2 受力分析圖
根據(jù)如圖所示的受力分析，因?yàn)檫B接桿把壓板從中平分，即施加在活塞部件上的力分別為F1、F2：
F=F1+F2
即F1=F2=F/2
=1287.6÷2=6438N＞＞Fz
所以這里對(duì)活塞的夾緊是可靠的.
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大連水產(chǎn)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 總結(jié)
總 結(jié)
通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己所學(xué)的專業(yè)也有了更加深入的了解，知道了要想成為一名好的機(jī)械設(shè)計(jì)人員，要有相當(dāng)高的綜合素質(zhì)，第一，要有很好的基礎(chǔ)知識(shí)，因?yàn)椴还苁菣C(jī)械零件設(shè)計(jì)還是其他的設(shè)計(jì)，所涉及到的專業(yè)知識(shí)很多，而且，可能為解決一個(gè)小小的問(wèn)題，可能就要涉及到很多的學(xué)科，像力學(xué)，數(shù)學(xué)，機(jī)械制圖學(xué)，機(jī)械方面的知識(shí)就更加繁瑣。第二，要有很好的空間想象力。作為一名設(shè)計(jì)人員，他的職責(zé)就是根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)條件和設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出合理的產(chǎn)品來(lái)，所以一定要有好的空間想象力。第三，要有很好的團(tuán)隊(duì)精神，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過(guò)程中可能會(huì)遇到許多自己解決不了的問(wèn)題，所以，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就要和其他同學(xué)互相研究，互相幫助，這樣才能很順利的解決問(wèn)題。總之，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉了自己的綜合能力，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了自己的不足，自己在專業(yè)知識(shí)方面還有很多不足，還要繼續(xù)學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到了基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，所以端正了自己的學(xué)習(xí)態(tài)度，雖然即將畢業(yè)，走向工作崗位，但是學(xué)習(xí)是不會(huì)停止的，要把正確的學(xué)習(xí)態(tài)度帶入到工作中，認(rèn)真學(xué)習(xí)，不斷提高自己的理論知識(shí)，并通過(guò)實(shí)踐，讓理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合。
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大連水產(chǎn)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 致謝
致 謝
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在尊敬的王偉老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、設(shè)計(jì)到答辯，都滲透了王老師大量的心血。在王老師指導(dǎo)的幾個(gè)月中，他淵博的知識(shí)，豐富的科研經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度使我受益匪淺，特別是他的平易近人和慈善的面孔給我留下了最深刻的印象。在他的指導(dǎo)下使我對(duì)專業(yè)知識(shí)有了更深的認(rèn)識(shí)，明確了自己在今后工作的努力方向和態(tài)度，為我以后的工作打下了最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在此特向王老師致以最崇高的敬意和衷心的感謝，同時(shí)也要感謝所有老師和同學(xué)的關(guān)心和幫助，以及圖書館幾位管理員的工作時(shí)的支持。
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大連水產(chǎn)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 參考文獻(xiàn)
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大連水產(chǎn)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 附錄
附錄
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