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目錄 1. 序言 1 2. 零件分析 2 2.1零件結(jié)構(gòu)分析 2 2.2零件樣圖分析 2 2.3 零件工藝分析 3 2.4 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型 3 3.選擇毛坯,確定毛坯尺寸，設(shè)計毛坯圖 3 3.1毛坯選擇 3 3.2確定毛坯的尺寸公差及機械加工余量 4 4. 選擇加工方法，制定工藝路線 5 4.1定位基準(zhǔn)的選擇原則 5 4.2粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇 5 4.3零件表面加工方法的確定 6 4.4 加工工序的安排 7 4.5 工藝路線的確定 8 4.6熱處理工序的安排： 9 5.工序設(shè)計 10 5.1選擇加工設(shè)備與工藝設(shè)備 10 5.1.1機床的選擇 10 5.1.2夾具的選擇 10 5.1.3刀具的選擇 10 5.1.4 量具的選擇 11 6確定工序尺寸 12 6.1 活塞加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 12 7.確定切削用量及基本時間 15 7.1 確定切削用量及基本工時 15 （1） 粗車止口 15 （2） 粗鏜銷孔至 17 （3）粗車外圓頂面環(huán)槽 17 （4） 銑直橫槽 19 （5） 鉆油孔 20 （6）精車止口打中心孔： 20 (7)精車環(huán)槽 21 (8)精車外圓 21 （9）精鏜銷孔 23 (10)切鎖環(huán)槽 24 (11)精磨外圓 24 （12）精車頂面 24 8. 夾具設(shè)計 25 8.1 夾具體的毛坯結(jié)構(gòu) 25 8.2 夾具體外形尺寸的確定 26 8.3 夾具體的排屑結(jié)構(gòu) 26 8.4 粗鏜銷孔夾具工作原理 26 8.5定位基準(zhǔn)的選擇 26 8.6 切削力以及夾緊力的計算 26 8.7 定位誤差分析 27 8.9夾具設(shè)計及操作的簡要說明 27 9. 總結(jié) 28 10.參考文獻 29 1. 序言 本課題基本內(nèi)容是某活塞機械加工工藝及其夾具設(shè)計，要研究的主要內(nèi)容有： 1）設(shè)計開始的過程中，我們應(yīng)該認(rèn)真分析零件圖，了解要加工零件的結(jié)構(gòu)特點和相關(guān)的技術(shù)要求，對活塞的每一個細節(jié)，都應(yīng)仔細的分析，如活塞加工表面的平行度、同軸度、粗糙度等，特別是要注意各部分自身精度（同軸度、圓度、粗糙度）和它們的相互位置精度（軸線之間的平行度、垂直度以及軸線與平面之間的平行度、垂直度等要求），該加工零件的各孔的尺寸是整個設(shè)計加工的關(guān)鍵，必須弄懂其每個尺寸的意義。我們采用AutoCAD軟件和Soildwork繪制零件圖，一方面增加對零件的了解認(rèn)識，另一方面增加我們對AutoCAD軟件的熟悉。 2）活塞的加工工藝過程是整個設(shè)計的重點內(nèi)容，在設(shè)計過程中，我們必須嚴(yán)格地選擇毛坯、制訂工藝規(guī)程、確定加工余量、計算工藝尺寸、計算工時定額以及定位誤差的分析，為了與實際加工相吻合，我們還必須對加工設(shè)備、切削用量、加工裝備等進行選擇和設(shè)計，這個階段內(nèi)容較多，涉及的范圍也比較廣，為了設(shè)計的參數(shù)合理，我們必須廣泛查閱相關(guān)的書籍，達到設(shè)計的合理性和實用性。 3）為了工件定位準(zhǔn)確和夾緊的快速，提高效率和降低工人的勞動強度，提高零件加工精度和安裝找正方便，我們要采用專用的夾具。在夾具設(shè)計過程中，我們統(tǒng)一采用以端面和止口為主要定位面來進行加工。因為我們未學(xué)習(xí)過夾具的設(shè)計和計算。所以工作量大大地增加了，只有通過在實習(xí)過程中對夾具的感性認(rèn)識和夾具設(shè)計參考書以及夾具圖冊來進行設(shè)計和計算。所以，夾具的設(shè)計是整個設(shè)計的重點，也是一個難點。 4）夾具的設(shè)計必須要保證夾具的定位準(zhǔn)確和機構(gòu)合理，考慮夾具的定位誤差和安裝誤差。我們將通過對工件與夾具的認(rèn)真分析，結(jié)合一些夾具的具體設(shè)計事例，查閱相關(guān)的夾具設(shè)計資料，聯(lián)系在工廠看到的一些活塞加工的夾具來解決這些問題。 2. 零件分析 2.1零件結(jié)構(gòu)分析 活塞頂面用于承受高溫氣體的壓力,在活塞外圓表面上有三個環(huán)槽，離頂面最遠的一個環(huán)槽是油環(huán)槽，槽內(nèi)裝有油環(huán)，將氣缸壁上多余的潤滑油刮去，第一環(huán)為氣環(huán)槽 ，用于安裝氣環(huán)，密封燃燒工質(zhì)，第二環(huán)為扭曲環(huán)?；钊h(huán)上部分稱為頭部，其余部分稱為活塞裙部。 活塞采用鋁合金材料鑄造，它由頂部、頭部、裙部三部分組成。頭部呈圓錐體，裙部呈橢圓，頂部為ω形；頭部有三道環(huán)槽，上面兩道安裝氣環(huán)，下面一道安裝油環(huán)；油環(huán)底部分布著兩排回油孔，油槽下面還有一排油孔；活塞頭部從上至下呈圓錐體，裙部呈橢圓，內(nèi)腔復(fù)雜，壁厚較均勻。 圖1 活塞簡圖 2.2零件樣圖分析 （1）該零件軸段的加工精度要求較高，要有較高的形位公差，表面粗糙度最高達到了0.4m。 零件的中心軸是設(shè)計基準(zhǔn)和加工工藝基準(zhǔn)。 （2）零件的外圓柱面對軸心線的同軸度不大于。 （3）頂面平面度不大于0.02；頂面與止口端面的平行度不大于0.025 （4）銷孔軸心線與裙部軸心線的對稱度不大于0.035/100mm。 （5）活塞環(huán)槽入口倒角為0.2,止口倒角為2。 （6）該零件環(huán)槽側(cè)面的表面粗糙度要求較高為0.4。 （7）該零件材料為鋁合金HB95~HB140，采用鑄造工藝形成毛坯。 （8）由于鑄件易形成應(yīng)力集中等缺陷，因此，毛坯還需經(jīng)過時效處理。 2.3 零件工藝分析 （1）由于是批量生產(chǎn)，因此，毛坯采用鑄件，并且進行時效處理消除內(nèi)部應(yīng)力。 （2）該零件為旋轉(zhuǎn)體，因此，大部分工藝采用車削。 （3）該零件的位置精度要求較高，并且又是批量生產(chǎn)，因此可在中間生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用專用夾具，提高生產(chǎn)效率。 2.4 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領(lǐng)是企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的包括備品和廢品在內(nèi)的年產(chǎn)量?？砂聪率接嬎? 上式中：——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件／年）； 　　——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺／年）； 　　——每臺產(chǎn)品中，該零件的數(shù)量（件／臺）； 　　——備品率； 　　——廢品率； 根據(jù)零件易磨損和損壞的程度，備用率取10%，此活塞屬于機械零件，一般廢品率取1 %。故： N＝ 10000 1 （1 + 10 %）+（1 + 1 %）＝11110（件/年） 生產(chǎn)類型是企業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類，一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)三種類型。其中成批生產(chǎn)又可以分為大批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)。 根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》中查得：本產(chǎn)品屬于輕型機械，此活塞的生產(chǎn)屬于大批量生產(chǎn)。 3.選擇毛坯,確定毛坯尺寸，設(shè)計毛坯圖 3.1毛坯選擇 從生產(chǎn)批量來看，此零件屬于大批量生產(chǎn)，宜采用精度和生產(chǎn)率高的毛坯制造方法，以減少材料消耗和機械加工工作量?？煽紤]用金屬鑄造、熔模鑄造、模鍛、精鍛等方法獲得毛坯，由任務(wù)書要求可知該零件使用材料為鋁合金HB95~HB140.由于鋁有較好的可鑄性，用金屬型鑄型，在重力下澆注成型。對鋁合金鑄件有細化組織的作用，生產(chǎn)率高，因此，毛坯直接采用鑄件，進行各項機加工之前必須對零件進行時效處理。適用于成批大量的生產(chǎn)。 3.2確定毛坯的尺寸公差及機械加工余量 鑄鍛件的機械加工余量按GB3735-85確定，確定時，根據(jù)估算的鍛件的重量、加工精度及鍛件形狀的復(fù)雜系數(shù)對于鍛件的公差及機械加工余量按GBT 12362-2003 確定。要確定毛胚尺寸的公差尺寸及機械加工余量，應(yīng)確定如下各項因素。 （1） 確定毛坯類型及制造方法。 由常用毛坯類型及制造方法確定其制造方法為離心鑄造。 （2） 確定最小壁厚。 由于材料選定為鋁合金，鑄件輪廓尺寸小于200x200，故選擇最小壁厚為5mm。 （3） 確定砂型鑄造時的臨界壁厚。 由于材料選定鋁合金，鑄件質(zhì)量在2.5kg~10kg之間故臨界壁厚為6mm。 （4） 鑄件的最小鑄出孔尺寸。 由于大批量生產(chǎn)鑄件能鑄出的最小孔徑為30~50，故銷孔，油孔等小于30mm的孔無法鑄造，只能后續(xù)加工。 （5） 確定鑄件尺寸公差等級CT 由于鋁合金屬于輕金屬合金，在離心鑄造的的方法下選擇CT等級為7。 （6） 鑄件尺寸公差數(shù)值 由于毛胚鑄件基本尺寸在100~160之間，鑄件尺寸公差等級CT為7，則鑄件尺寸公差數(shù)值為1.2mm （7） 確定機械加工余量等級 由于加工方法為離心加工，鑄件材料為鋁合金，選擇余量等級為D級。 （8） 鑄件機械加工余量 最大尺寸在100~160之間，加工余量等級為F級，故選擇雙邊機械加工余量為3.00mm。 （9） 起模斜度 測量面高度大于100~160之間，經(jīng)查表得起模斜度，α=25′，a=1.2mm 3.3 鑄造圓角及半徑 表 3 鑄造圓角 鑄造方法 鑄造圓角計算公式 最小圓角半徑（mm） 鋁合金 鎂合金 銅合金 鋅合金 黑色金屬 金屬型鑄造 1 2 2 — 2 (1) 鑄件壁部連接處的內(nèi)轉(zhuǎn)角應(yīng)有鑄造圓角。 (2) 依照鑄造圓角計算公式算出數(shù)值后，應(yīng)選取與其接近的機械制造業(yè)常用的標(biāo)準(zhǔn)尺寸（詳見GB2822—81）。為便于制造，半徑應(yīng)盡可能統(tǒng)一。在此，對于金屬型鑄件一般統(tǒng)一便用R3或R5。 4. 選擇加工方法，制定工藝路線 4.1定位基準(zhǔn)的選擇原則 定位基準(zhǔn)的選擇一般原則: 1) 選最大尺寸表面為安裝面，選最長距離的表面為導(dǎo)向面，選最小尺寸的表面為支承面。 2) 首先考慮保證空間位置精度，再考慮保證尺寸精度。 3) 應(yīng)盡量選擇零件的主要表面為定位基準(zhǔn)。 4.2粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇 1． 根據(jù)上述的選擇粗基準(zhǔn)的基本原則，綜合以上各個原則并考慮活塞的實際情況選擇加工粗基準(zhǔn)如下： 1) 以活塞毛坯內(nèi)腔為粗基準(zhǔn)加工外圓和端面,再以外圓為基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)止口。因為粗車后的外圓面是加工余量小、較準(zhǔn)確的、光潔的、面積較大的平面，而且它也是一個重要的表面，它的余量比較均勻。 2) 直接以活塞毛坯外圓和端面為粗基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)止口,由于活塞的毛坯加工是采用金屬型鑄造，其鑄造精度較高，加工余量小且余量均勻，以其作為粗基準(zhǔn)同樣可以滿足加工要求。 2． 那么根據(jù)以上的各個原則，結(jié)合實際情況對精基準(zhǔn)的選擇如下： 活塞是一個薄壁零件,在外力作用下很容易產(chǎn)生變形?；钊饕砻娴某叽缇群托挝痪鹊囊蠖己芨?因此希望以一個統(tǒng)一基面定位來加工這些要求高的表面。目前生產(chǎn)活塞的工廠大多采用止口和端面做為統(tǒng)一基準(zhǔn)。止口是專門為加工活塞而設(shè)置的輔助基準(zhǔn)面，在結(jié)構(gòu)上和功能上沒有任何作用。在精加工時,除精車外圓等少數(shù)工序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。 4.3零件表面加工方法的確定 表 1 加工方法的擬訂 加工步驟 加工方法 活塞外圓柱面 活塞裙部外圓的精度要求為IT6級，材料為鋁合金HB95~HB140，這樣對于活塞外圓的加工選用：粗車——精車——粗磨——精磨。 這樣可以達到的粗糙度為Ra=0.4～0.1μm。 端面的加工 端面的精度要求為IT8級、材料為鋁合金，故采用兩次車削完成，這樣能達到的精度等級為IT8～IT10，粗糙度為Ra=6.3～3.2μm滿足要求。 止口的加工 這個部分表面是為了加工出精基準(zhǔn)而加工的，粗糙度要求不是很高，精度要求為IT8，故可采用兩次車削完成，即采用粗車——精車的加工方法,這樣能達到的精度等級為IT8～7，粗糙度為=6.3～3.2μm滿足要求。 銷孔的加工 銷孔的表面的精度要求為IT8，要求較高，粗糙度Ra3.2～1.6μm，故考慮采用粗鏜——精鏜的加工方法，這樣可以達到的精度等級為IT7，粗糙度為Ra=1.6μm滿足精度要求。 油孔的加工 油孔的表面粗糙度也為Ra小于等于12.5μm，它的精度要求并不高，且孔徑也小于10mm，故它的加工方法也可以直接采用鉆來實現(xiàn)，精度為IT12。 環(huán)槽的加工 位置精度要求較高，而尺寸精度要求不是很高，故可以考慮采用粗車——精車完成。精度等級為IT8，粗糙度為Ra=0.4μm滿足要求。 頭部外圓的加工 精度要求為IT8，而外圓開始已經(jīng)進行一次粗車，故可以用一次精車就可以達到要求，這樣可以達到的精度等級為IT7～IT8，粗糙度為Ra=3.2μm滿足要求。 活塞中心孔的加工 由于鑄造時應(yīng)形成大概的輪廓，且使用時精度無需過高，故可以用一次普通車床鏜孔就可以達到要求，精度等級和粗糙度無具體要求滿足尺寸要求即可。 切鎖環(huán)槽的加工 位置精度要求較高，而尺寸精度要求不是很高，故可在銷孔精鏜后采用車削完成。精度等級為IT8，粗糙度為Ra=6.3μm滿足精度要求。 加工階段 加工要求 粗加工階段 主要是去除各加工表面的余量，并作出精基準(zhǔn)，因此這一階段關(guān)鍵問題是提高生產(chǎn)率 半精加工階段 在半精加工階段減小粗加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度，為精加工作好準(zhǔn)備 精加工階段 在精加工階段，應(yīng)確保尺寸、形狀和位置精度達到圖紙規(guī)定的精度要求以及表面粗糙度要求 表 2 各加工階段的加工要求 4.4 加工工序的安排 (1）先加工基準(zhǔn)面，再加工其它表面。 (2）一般情況下，先加工平面，后加工孔。 (3）先加工主要表面，后加工次要表面。 (4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 4.5 工藝路線的確定 表 1 加工路線的擬訂 工序編號 工序名稱 加工過程 01 鑄造 按鑄造工藝進行 02 澆注冒口 清砂去冒口 03 時效處理 按活塞時效工藝處理 04 粗車止口 普通車床夾毛坯外圓，粗車止口至mm，深度10，Ra6.3；倒角0.5x45，倒角Ra12.5μm 05 粗鏜銷孔 夾緊工具，銷孔直徑mm銷孔上母線到止口端面距離為63.240.05mm，并使銷孔軸心線與裙部軸心線的對稱度不大于0.2mm。 06 粗車外圓頂面和環(huán)槽 夾具夾毛培外圓，加工頂面和環(huán)槽加工三個槽，槽寬各為2.20.03mm，三環(huán)岸寬3.8加減0.03mm，頂面mm，頂面加工時要預(yù)留出高為5mm，的梯形臺階，在加工時活塞外圓時用雙向頂尖加工至mm。 07 銑橫直槽 止口座夾緊工具，銑直槽寬1.50.12mm，橫槽寬30.12mm，弦長74.60.4mm。 08 鉆油孔 在距離止口底面79.37mm距離處鉆的8個油孔，去毛刺，油孔必須在環(huán)槽中央處。 09 精車止口打中心孔 以外圓mm定位夾緊，精車止口，留余量1mm，按圖樣尺寸加工mm至，打中心孔深度不大于4.8mm，倒角。 10 精車環(huán)槽 具體部分尺寸見工序簡圖卡片，調(diào)頭裝夾，粗糙度上下側(cè)面Ra0.80μm地面Ra3.2μm；側(cè)面對裙部軸心線的垂直度不大于0.07mm，側(cè)面裙部軸心線圓跳動不大于0.05mm。 11 精車外圓 以內(nèi)孔定位，使用芯軸定位夾緊，精車外圓mm，裙部錐度不大于0.04，大端在下，外圓對軸心線的同軸度不大于，用銼刀進行倒環(huán)槽尖角。 12 精鏜銷孔 用止口座夾緊工件，加工銷孔直徑為，圓角不大于0.005，素線平行度不大于0.01，銷孔上母線到止口端面距離為63.50.025mm，銷孔軸心線與裙邊軸心線的垂直度不大于0.035mm。 13 切鎖環(huán)槽 止口座夾緊工件，在已經(jīng)鏜好的孔內(nèi)用切槽刀加工槽，使槽寬為，底徑為；鎖環(huán)槽底圓對銷孔的同軸度不大于。 14 精磨外圓 以端面為基準(zhǔn)用硬化硅砂輪精磨外圓，使得與銷孔軸心線垂直之長軸mm，橢圓長軸與短軸之差不大于0.08~0.13，橢圓長軸的角度偏差不大于5，裙部錐度為0.03~0.06，大端在下。 15 打字 按產(chǎn)品圖紙規(guī)定打字 16 成品檢驗 17 入庫 4.6熱處理工序的安排： 時效處理：為了消除殘余應(yīng)力，對于尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，需在粗加工之前、后各安排一次時效處理；對于一般鑄件在鑄造后或粗加工后安排一次實效處理；對于精度高、鋼度低的零件，在粗車、粗磨、半精磨后需要各安排一次實效處理。鋁合金熱處理安排在機加工前，鋁活塞毛坯在機械加工前要切去冒口，并進行時效處理，消除鑄造時因冷卻不均勻而帶來的內(nèi)應(yīng)力。時效處理是將活塞加熱至180～200攝氏度，保溫6～8h后，自然冷卻?；钊?jīng)過時效處理后還能增加強度和硬度。 4.7其它輔助工序的安排： 檢查、檢驗工序、去毛刺、平衡、清洗工序等也是工藝規(guī)程的重要組成部分。檢查、檢驗工序是保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的關(guān)鍵工序之一，每個操作過程中和操作結(jié)束以后都必須自檢。在工藝規(guī)程中，下列情況下應(yīng)安排檢查工序：零件加工完畢之后；從一個車間到另一個車間的前后；工時較長或重要的關(guān)鍵工序前后。 故根據(jù)以上原則，在零件加工完畢后安排一次終驗工序。在工藝過程的適當(dāng)之處安排去毛刺處理。在工藝過程的最后一般安排清洗工序。 考慮到此活塞零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求、以及工廠機床設(shè)備、工人技術(shù)水平等條件，本設(shè)計采用工序相對集中的原則，也就是每個工序所包含的內(nèi)容相對較多，所使用的工藝設(shè)備與裝備少，同時選擇合理的切削用量，減少了工件的搬運、裝夾等輔助時間，它的設(shè)備數(shù)量少，加工過程中大量使用組合夾具、刀具和機床，生產(chǎn)效率高，廠房占地面積小，總投資少，但該加工方式對工人的技術(shù)水平要求相對較高，不利于產(chǎn)品快速更新?lián)Q代，總體考慮還是適合此活塞零件的生產(chǎn)加工的。 5.工序設(shè)計 5.1選擇加工設(shè)備與工藝設(shè)備 5.1.1機床的選擇 工序4粗車止口選用C618型車床，工序6粗鏜銷孔和工序13切鎖環(huán)槽選用普通車床，工序7選用銑直橫槽，工序8鉆油孔選用Z12形臺鉆，工序9請車止口打中心孔選用鏜孔機床，工序 10精車環(huán)槽選用C620型車床，工序11精車外圓選用C11D型車床，工序12精鏜銷孔選用專用鏜床，工序14精磨外圓選用橢圓磨床，工序15精車頂面及倒角選用普通車床。 5.1.2夾具的選擇 本設(shè)計的夾具均為隨床夾具或使用組合夾具，并且自成系列。 5.1.3刀具的選擇 刀具選擇包括刀具的類型、構(gòu)造和材料的選擇。主要應(yīng)根據(jù)加工方法、工序應(yīng)達到的加工精度、粗糙度、工件的材料、生產(chǎn)率、和經(jīng)濟性等因素加以考慮，原則上盡量采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，必要時采用各種高生產(chǎn)率的復(fù)合刀具。故此根據(jù)零件的實際情況，并依據(jù)《簡明機械加工工藝手冊》選擇如下所示： 工序四： YG8車刀 工序五： YG8專用鏜刀（GB1436-85） 工序六： YG8毛環(huán)槽切刀（GB1436-85） 工序七： 片銑刀，片銑刀 工序八： 鉆頭 工序九： YG8普通外圓車刀、中心鉆 工序十： YG8光環(huán)槽切刀 工序十一：YG8普通外圓車刀 工序十二：YG8專用鏜刀 工序十三：專用切槽刀（GB1115-85） 工序十四：碳化硅砂輪（GB1115-85） 工序十五：YG8普通外圓車刀 車刀部分參數(shù)： 主偏角Kr： 系統(tǒng)剛性好（L/D﹤6），加工盤套之類的工件可取30度～45度。當(dāng)切深較小，走刀量大時可取10度～30度。 副偏角Kr′：精車5～10；粗車10～15；粗鏜15～20。 刃傾角：精車、精鏜0～40；粗車、粗鏜-5～-10。 5.1.4 量具的選擇 （1）量具選擇的原則 量具的選擇應(yīng)做到量具的精度應(yīng)與零件的加工精度相適應(yīng)。 量具的量程應(yīng)與被測零件的尺寸大小相適應(yīng)。量具的類型應(yīng)與被測表面的性質(zhì)、生產(chǎn)類型、生產(chǎn)方式相適應(yīng)。 同時按量具的極限尺寸選擇量儀時還與被測尺寸的公差值，測量精度系數(shù)，測量工具和測量方法的極限誤差有關(guān)，以下列出工序中所用量規(guī)。 工序四： 毛止口量規(guī) 工序五： 毛銷孔量規(guī) 工序六： 環(huán)槽到端面止口距離卡規(guī) 工序九： 光止口塞規(guī) 工序十： 光環(huán)槽量規(guī) 工序十一：外徑千分尺 工序十二：光銷孔塞規(guī) 工序十三：槽寬塞規(guī) 工序十四：千分尺 工序十五：專用測量儀 6確定工序尺寸 6.1 活塞加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 完成某工序所需切除的材料層的厚度稱為工序余量，從毛坯到成品的整個工藝過程中所切除的材料層的厚度稱為總余量。加工總余量的大小取決于加工過程中各個工序所切除的金屬厚度的總和。每一工序所切除的金屬層厚度稱為工序余量。 本設(shè)計主要以《簡明機械加工工藝手冊》為依據(jù)來確定加工余量。應(yīng)用時再結(jié)合加工實際情況進行修正。 由于加工工序相對集中，故對各加工部位的加工余量，工序尺寸及毛坯的尺寸、公差、表面粗糙度就毛坯的尺寸確定如下： 1) 止口的加工 止口尺寸Ф95mm，Ra為3.2um，公差為0.03mm，精度等級IT8，所以所選加工方法為：粗車止口→精車止口。 表 6-1 加工止口各工序間及毛坯尺寸 工序名稱 工序間余 (mm) 表面粗糙度 Ra（um） 經(jīng)濟度 工序尺寸 (mm) 精車止口 0.3 3.2 IT7 粗車止口 3.9 6.3 IT12 毛坯 —— 12.5 —— 2) 頂面加工 頂面尺寸為101.68mm,粗車后的加工經(jīng)濟度為IT12,Ra為12.5um（零件的設(shè)計要求）。 表 6-2 加工頂面各工序間及毛坯尺寸 工序名稱 工序間余量 (mm) 表面粗糙度 Ra（um） 經(jīng)濟度 （mm） 工序尺寸 (mm) 粗車頂面 3 12.5 IT12 毛坯 —— 12.5 —— 3) 端面的加工 端面尺寸為102.4mm，粗車后的經(jīng)濟度為IT12,Ra為12.5um（零件的設(shè)計要求），所以所選加工方法為：粗車端面。 表 6-3 加工端面各工序間及毛坯尺寸 工序名稱 工序間余量 (mm) 表面粗糙度 Ra（um） 經(jīng)濟度 （mm） 工序尺寸 (mm) 粗車端面 3 12.5 IT12 毛坯 —— 12.5 —— 4) 外圓的加工 外圓的尺寸為：頭部mm、裙部外圓mm, Ra為0.4um，公差為0.02m精度等級IT6，所以所選加工方法為粗車外圓精車外圓精磨外圓 表 6-4 加工外圓各工序間及毛坯尺寸 工序名稱 工序間余量 (mm) 表面粗糙度 Ra（um） 工序公差 （mm） 工序尺寸 (mm) 精磨外圓 0.08 1.6 IT6 精車外圓 0.72 5 IT7 粗車外圓 2.2 12.5 IT12 毛坯 3.0 —— —— 5) 銷孔的加工 銷孔的尺寸為mm，Ra為0.1um，精度等級IT7，所以所選加工方法為： 粗鏜銷孔→精鏜銷孔。 表 6-5 加工銷孔各工序間及毛坯尺寸 工序名稱 工序間余量 (mm) 表面粗糙度 Ra（um） 工序公差 （mm） 工序尺寸 (mm) 精鏜銷孔 1.0 0.1 IT8 粗鏜銷孔 2.0 6.3 IT12 毛坯 3.0 12.5 —— 6) 環(huán)槽的加工 環(huán)槽的粗糙度Ra為0.4um，等級精度為IT6，所以所選加工方法為：粗車環(huán)槽精車環(huán)槽。 表 6-6 加工第一環(huán)槽第二環(huán)槽第三環(huán)槽各工序間及毛坯尺寸 工序名稱 工序間余量 (mm) 表面粗糙度 Ra（um） 工序公差 （mm） 工序尺寸 (mm) 精車環(huán)槽 0.8 3.2 IT7 粗車環(huán)槽 11.0 12.5 IT10 毛坯 11.8 12.5 —— 表 3-6 加工第四環(huán)槽各工序間及毛坯尺寸 工序名稱 工序間余量（mm） 表面粗糙度 Ra（um） 工序公差 （mm） 工序尺寸 (mm) 精車環(huán)槽 0.8 6.3 IT7 粗車環(huán)槽 12 12.5 IT10 毛坯 12.8 —— —— 7.確定切削用量及基本時間 7.1 確定切削用量及基本工時 正確的選用切削用量，對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高切削效率和經(jīng)濟效益，具有重要的作用。切削用量選擇主要依據(jù)工件材料，加工精度和表面粗糙度的要求，還應(yīng)考慮刀具合理的耐用度，工藝系統(tǒng)剛度急機床功率等條件。 其基本原則是： 1. 應(yīng)首先選擇一個盡可能大的切削深度； 2. 其次選擇一個較大的進給量； 3. 最后在刀具和機床功率允許條件下選擇一個合理的切削速度。 切削用量的選擇方法有：計算法和查表法，本設(shè)計基本上采用查表法?？紤]以上因素并查《簡明機械加工工藝手冊》確定如下： （1） 粗車止口 工件材料為鋁合金,時效處理，＝390~420MPa。加工要求：粗車止口，表面粗糙度Ra＝0.4μm,使用機床：C618型車床，工件安裝在三抓卡盤上。 所選刀具為TG8車刀，由于車床中心高200mm，故選擇車刀刀桿及刀片尺寸為 ，刀片厚度4.5mm，選擇車刀形狀為卷屑槽倒棱型前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刀尖圓弧角。 1. 確定背吃刀量：確定雙邊余量故選擇=2mm。 2. 確定進給量：由《機械加工工藝手冊》可查得＝0.6~0.9mm/r，初步選定＝0.65 mm/r。 確定的進給量需要滿足車床進給機構(gòu)強度要求，故需進行校驗。 根據(jù)《切削用量簡明手冊》可得，C620-1車床進給機構(gòu)允許的進給力為。根據(jù)本書中的切削過程力的計算公式得，當(dāng)材料＝390~420MPa時，求得進給力為，根據(jù)切削力修正系數(shù)得實際進給力為： ,所給進給量＝0.65 mm/r可用。 3. 選擇車床磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度：根據(jù)本書中的查表法確定切削余量中的車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及其耐用度的內(nèi)容，車刀后刀面最大磨損量取1mm，可轉(zhuǎn)位刀耐用度T=60min 計算切削速度按《切削手冊》表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）。 其中：cv=262，xv=0.12，yv=0.5，m=0.2。修正系數(shù)kv見《切削手冊》表1.28，即kmv=1.56，ksv=0.8，kkv=1.18，kκrv=0.81。 所以 4.確定機床主軸轉(zhuǎn)速 =1000/=1000157π90=555（r/min） 按機床說明書（見《工藝手冊》表4.2-8），與555r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為600r/min。所以實際切削速度v=48.3m/min。 5.確定切削工時 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1，?。? （2） 粗鏜銷孔至 車床選擇普通車床C620-1，選擇YG8專用鏜刀，根據(jù)毛培尺寸，鏜刀直徑選擇16mm，根據(jù)鏜孔長度為80mm，單邊余量為Z=1.0mm,一次鏜取全部余量，，由查表法確定切削余量中的表15—8，硬質(zhì)合金鏜刀加工鑄鋼件，取進給量0.3~1mm/r，取，故取50/計算切削速度按《切削手冊》表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）。 1) 確定機床主軸轉(zhuǎn)速 =1000/=100050π28=568（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與555r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為600r/min。所以實際切削速度v=52.7m/min. 2) 確定切削工時 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1，?。? （3）粗車外圓頂面環(huán)槽 1）粗車頂面。 A.確定最大加工余量。已知毛培長度方向的加工余量為2mm，考慮到α=25′的起模斜度則毛培長度方向的最大加工余量3.4mm，但實際上，由于以后要在頂面上加工凸臺，因此頂面不必全部加工，可以留出一個，高5mm的凸臺，待精車頂面時去掉。故以左端面止口處為基準(zhǔn)加工右頂面，背吃刀量分兩次加工。 B.確定進給量。根據(jù)《機械加工工藝手冊》可查得刀桿尺寸1625，，故在工件直徑為102.4時，＝0.8~1.2mm/r，初步選定＝0.8 mm/r。 C.計算切削速度。 計算切削速度按《切削手冊》表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）。 其中：cv=262，xv=0.12，yv=0.5，m=0.28。修正系數(shù)kv見《切削手冊》表1.28，即kmv=0.8，，ksv=0.,9，kkv=1.0，kκrv=0.9。 D.確定機床主軸轉(zhuǎn)速 =1000/=100044.4π102.4=138.02（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與138.02r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為150r/min。所以實際切削速度v=169.56m/min. E.計算工時 2）粗車外圓 A.背吃刀量：單邊余量Z=1.5mm，可一次切除，故。 進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》中的查表法確定切削用量部分可查得，選用=0.5mm/r. B.計算切削速度：將上述有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式進行計算 C.確定主軸轉(zhuǎn)速： =1000/=1000253π102.4=786（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與786r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為760r/min。所以實際切削速度v=252.8m/min. E.確定工時： 3） 粗車環(huán)槽 選用YG8毛環(huán)槽切刀，由于槽寬2.2mm，單邊槽深5.5mm，故選擇刀寬為2mm，刀頭長度為15mm，進給量，故取，，兩次走刀。具體查表步驟見之前所述工序，將上述有關(guān)數(shù)據(jù)進行查表，。 A.確定主軸轉(zhuǎn)速： =1000/=100059π92.8=202（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與202r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為230r/min。所以實際切削速度v=67m/min. B確定工時： （4） 銑直橫槽 選用片銑刀，片銑刀，用專業(yè)銑槽機來銑削該槽。確定其切削深度為1mm，基本工時為60s。 （5） 鉆油孔 選用Z12型臺鉆，選用鉆頭，由查表法確定切削余量中的表15-16可得，鉆頭直徑在2~4mm間，鋁合金硬度在200的進給量0.11~0.13，故選擇0.12mm/r。 計算切削速度及時間： n= ，取n=195r/s t= （6）精車止口打中心孔： 1）精車止口 確定單邊余量為ap=0.15 ，0.2， 則車床主軸轉(zhuǎn)速n=r/min; 取車床主軸轉(zhuǎn)速n=300r/min; 此時切削速度為m/s; 則切削工時t= 2）打中心孔 用中心鉆進行打孔，由于打孔深度為4.8mm直徑為，由查表法確定切削余量中的表15-17得：0.5~0.6，故0.5。由于鉆孔尺寸，機床的選擇以及主軸轉(zhuǎn)速切削速度與以上工序相同，故得出加工時間以及切削工時為t= (7)精車環(huán)槽 選用YG8光環(huán)槽切刀，由于槽寬3mm，單邊槽深與粗車時又切去0.8mm，故選擇刀寬為3mm，刀頭長度為20mm，進給量，故取，，一次走刀。具體查表步驟見之前所述工序，將上述有關(guān)數(shù)據(jù)進行查表， ，第四個槽選擇刀寬以及參數(shù)與前三道槽相同。 A.確定主軸轉(zhuǎn)速： =1000/=1000150π92=518（r/min） =1000/=100087π91=304（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與518r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為600r/min。所以實際切削速度v=173m/min. B.確定工時： 故 (8)精車外圓 1）精車外圓至直徑為￠101.68mm A.背吃刀量：單邊余量Z=0.36mm，可一次切除，故。 B.進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》中的查表法確定切削用量部分可查得，選用=0.075~0.15mm/r.故。由表1.15查得切削速度 C. 確定主軸轉(zhuǎn)速： =1000/=1000300π101.68=930（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與930r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為955r/min。所以實際切削速度v=305m/min. D.確定工時： 2）精車中間兩環(huán)外圓 A.背吃刀量：單邊余量Z=0.3mm，可一次切除，故。 B.進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》中的查表法確定切削用量部分可查得，選用=0.075~0.15mm/r.故。由表1.15查得切削速度 C.確定主軸轉(zhuǎn)速： =1000/=1000280π101.08=880.1（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與880.1r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為900r/min。所以實際切削速度v=286m/min。 D.確定工時： 3） 精車頂環(huán)環(huán)外圓 A.背吃刀量：單邊余量Z=0.39mm，可一次切除，故。 B.進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》中的查表法確定切削用量部分可查得，選用=0.075~0.15mm/r.故。由表1.15查得切削速度 C.確定主軸轉(zhuǎn)速： =1000/=1000280π100.89=883.4（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與883.4r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為900r/min。所以實際切削速度v=285m/min。 D.確定工時： 4） 精車第三道環(huán)外圓 A.背吃刀量：單邊余量Z=0.55mm，可一次切除，故。 B.進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》中的查表法確定切削用量部分可查得，選用=0.075~0.15mm/r.故。由表1.15查得切削速度 C.確定主軸轉(zhuǎn)速： =1000/=1000280π100.58=886.1（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與883.4r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為900r/min。所以實際切削速度v=284m/min。 D. 確定工時： （9）精鏜銷孔 選擇YG8專用鏜刀，單邊余量Z=0.5mm，一次全部鏜取。 取進給量，根據(jù)《簡明制造工藝手冊》中的硬質(zhì)合金鏜刀鏜孔的切削用量表15-28，確定切削速度v=80m/min。則： =1000/=100080π28=909（r/min） 選擇T740金剛鏜床進給量和主軸轉(zhuǎn)速均為無級變速，故以上進給量和切削速度，主軸轉(zhuǎn)速均可以作為加工時直接使用。 由于 (10)切鎖環(huán)槽 選擇專用切槽刀，單邊切削深度Z=1.25，故選擇切槽刀寬度為10mm，刀頭長度為20mm，刀桿截面為，進給量，由（表15-7切斷及車槽的切削速度）可得m/min。則： =1000/=100053π30.5=553（r/min） 按機床說明書（見 臥式車床主軸轉(zhuǎn)速 表8-4），與553r/min相近的CA6140機床轉(zhuǎn)速為560r/min。所以實際切削速度v=53.6m/min。確定加工切鎖環(huán)槽的加工時間為： (11)精磨外圓 選擇碳化硅砂輪，大端單邊磨削余量為Z=0.04mm，選擇橢圓磨床，砂輪磨料為白剛玉，其尺寸為。選擇砂輪轉(zhuǎn)速為n=1500r/min。 軸向進給量f=20mm。切削工時為5.76（min），從大端到77.4mm處，錐度按0.03~0.06進行磨削。 （12）精車頂面 選擇YG8普通車刀，加工余量為Z=1mm，選擇，分兩次走刀，根據(jù)《機械加工工藝手冊》可查得刀桿尺寸1625，，故在工件直徑為102.4時，＝0.8~1.2mm/r，初步選定＝0.8 mm/r。 計算切削速度按《切削手冊》表1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）。 =1000/=1000111.8π101.6=350.2（r/min） 按機床說明書（見《工藝手冊》表4.2-8），與350.2r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為370r/min。所以實際切削速度v=118m/min.故確定切削工時: 8. 夾具設(shè)計 8.1 夾具體的毛坯結(jié)構(gòu) 在選擇夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)時，應(yīng)以結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟性、標(biāo)準(zhǔn)化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。根據(jù)夾具的工作條件和受力情況，本夾具的毛坯采用鑄造結(jié)構(gòu)可滿足要求。 1、M20螺栓 2、M20螺母 3、壓 板 4、銷 5、支撐柱 6、M16螺栓 7 、M16螺母 8、底座 9 工件 10、定位塊 8.2 夾具體外形尺寸的確定 夾具制造屬單件生產(chǎn)性質(zhì)，為縮短設(shè)計和制造周期，減少設(shè)計和制造費用，所以夾具體設(shè)計，一般不作復(fù)雜的計算。通常都是參照類似的夾具結(jié)構(gòu)，按經(jīng)驗類比法估計確定。實際上在繪制夾具總圖時，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置以及其他輔助機構(gòu)和裝置在總體上的配置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。根據(jù)《機床夾具設(shè)計手冊》表1-9-2 夾具體結(jié)構(gòu)尺寸的經(jīng)驗數(shù)據(jù)及表1-9-3 夾具體座耳尺寸兩表可初步擬訂夾具體的尺寸。 8.3 夾具體的排屑結(jié)構(gòu) 為了便于排除切屑，不使其積聚在定位元件工作表面上而影響工件正確定位，一般在設(shè)計夾具體時，應(yīng)采取必要的措施。參閱《機床夾具設(shè)計手冊》表1-9-4，采用切屑自動排除結(jié)構(gòu)。 8.4 粗鏜銷孔夾具工作原理 它用止口及端面定位，消去５個自由度，剩下的轉(zhuǎn)動自由度用一根裝在尾座套筒中的削邊銷插入銷孔中來定位，從而保證鏜孔的加工余量均勻。當(dāng)用螺母與螺桿及壓塊將活塞壓緊后，再將削邊銷從銷孔中退出，即可進行加工。 8.5定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，活塞銷孔的尺寸為mm，活塞圓柱表面的園跳度為0.1mm，由于毛柸的精度較高，所以毛柸的表面，內(nèi)圓以及頂面可直接作為粗基準(zhǔn)，因此，鏜活塞銷孔時以頂面作為水平基準(zhǔn)，活塞左右的夾緊以及外表面為基準(zhǔn)。 8.6 切削力以及夾緊力的計算 切削刀具：整體雙刃鏜刀塊，鉆頭直徑D=28mm，則 圓周切削分力F=902 其中，，f=5mm，，所以： 徑向切削分力 所以 ： 軸向切削分力 所以 計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)K= 式中，于是K==1.9965 所以，圓周切削分力 徑向切削分力 軸向切削分力 8.7 定位誤差分析 （1）定位元件尺寸及公差的確定。本夾具的主要定位元件為一定位銷，定位銷與夾具體上相應(yīng)的孔采用過盈配合且能保證零件的公差要求，即為： 定位銷A60f7178GB2203-80 （2） 卡爪的定位。由于活塞的圓柱表面不是均勻大小，所以卡爪的定位對活塞表面夾緊會產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。 8.9夾具設(shè)計及操作的簡要說明 如前所述，在設(shè)計夾具時，為了提高勞動生產(chǎn)率，應(yīng)該首先著眼于機動夾緊，所以采用卡爪用來夾緊活塞?；钊捻斆嬖儆啥ㄎ讳N進行定位，使整個活塞處于完全定位的狀態(tài)，加工時將活塞放入夾具體，使活塞的上端面處于定位銷的位置，得到端面的定位，活塞的圓柱表面通過卡爪，卡環(huán)，再由夾具體內(nèi)的活塞來夾緊，使得待加工的活塞牢固的定位。 9. 總結(jié) 經(jīng)過一個多月的艱苦工作，我的課程設(shè)計在各位老師以及同學(xué)的的悉心指點下，終于圓滿地完成了設(shè)計任務(wù)。這次課程設(shè)計對我有重要意義，我即將離開學(xué)校，踏上自己的工作崗位。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我能比較全面地綜合運用機械加工工藝及機床夾具設(shè)計的理論和實踐知識，能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運用零件制造的基本工藝路線和方法，學(xué)會擬訂專用機床的設(shè)計路線，完成工件的加工、夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且對有關(guān)手冊、規(guī)范、圖表等技術(shù)資料有了一定的熟悉，也重新鞏固了識圖、制圖和編寫技術(shù)文件等的基本技能。更加全面地復(fù)習(xí)了機械方面的專業(yè)知識，加強鍛煉獨立思考的能力和自己動手的能力。綜合運用機械制造工藝學(xué)課程和其它相關(guān)課程的知識,分析和解決機械加工問題,進一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識。在這一過程中，我不僅學(xué)會了如何完整地設(shè)計出一個符合要求的專用機床和夾具，還學(xué)會了一種方法一種態(tài)度，一種獨立分析和解決問題的方法，一種面對困難從容不迫的態(tài)度, 增強和提高了從事機械加工工作的自信心。它不僅對我未來將從事的工作進行了一次適應(yīng)性訓(xùn)練，而且鍛煉了我的分析能力、解決問題能力，為自己今后參加工作打下了一個良好的基礎(chǔ)。這次設(shè)計也暴露了自己知識面不足的情況，例如查表CAD應(yīng)用方面的不足。在自己將來的學(xué)習(xí)中，一定要注意彌補和改進。在設(shè)計得到了各位老師和同學(xué)的幫助在此再次表示我最深的謝意。 10.參考文獻 １． 白海清，《典型零件工藝設(shè)計》，北京大學(xué)出版社，1995。 ２． 劉志峰，《制造制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)書》，高等教育出版社，1994。 ３． 于大國，《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)與工藝學(xué)課程設(shè)計設(shè)計教程》，國防工業(yè)出版社，2013。 ４． 李益民，《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，機械工業(yè)出版，2014。 ５． 艾興，《切削用量簡明手冊》，高等教育出版社，1966。 ６． 濮良貴，《機械設(shè)計》，高等教育出版社，1996。 ７． 王棟，《機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書》，機械工業(yè)出版社，2010。