題目： 柴油機活塞零件加工工藝
及其夾具設計
學 號：
學生姓名：
指導教師：
2014年2月21日
一、完成要求：
1.繪制活塞零件圖；
2.編制該零件機械加工工藝文件（三卡）；
3.繪制夾具裝配圖及全套非標零件圖；
4.編寫設計說明書；
1零件的分析
1.1 活塞的作用
活塞是曲柄連桿機構的主要零件之一，它承受交變的機械負荷和熱負荷，是汽車發(fā)動機的“心臟”。
活塞的第一個作用：使發(fā)動機做功。在活塞工作的壓縮過程當中，燃燒室內的混合氣體被火花塞點燃后爆發(fā)，膨脹爆發(fā)產生強大的壓力，推動活塞沿氣缸向下運動，并通過活塞銷和連桿使活塞的直線往復運動變?yōu)榍男D運動，這就是發(fā)動機動力的來源。
活塞的第二個作用：密封。發(fā)動機的運轉是由進氣，壓縮，做功，排氣這四個行程不斷往復來完成的。不斷地循環(huán)，發(fā)動機才能連續(xù)地工作，這就要求發(fā)動機內活塞頂以上的空間要有非常好的密封效果。
1.2 活塞的結構組成
一般活塞都是圓柱形體，根據(jù)不同發(fā)動機的工作條件和要求，活塞本身的構造有各種各樣，一般將活塞分為頭部（環(huán)槽、環(huán)岸和絕熱槽），裙部和活塞銷座三個部分，如圖1.1所示：
圖1.1 活塞外形圖
活塞頭部是指活塞頂端和環(huán)槽部分。活塞頂端完全取決于燃燒室的要求，頂端采用平頂或接近于平頂?shù)脑O計，這樣有利于活塞減少與高溫氣體的接觸面積，使得應力分布均勻。多數(shù)汽油機采用平頂活塞。但有些發(fā)動機為了混合氣體形成的需要，提高燃燒效率，將爆燃減少到最小程度，需要活塞頂端具有比較復雜的形狀，設有一定深度的凹坑作為燃燒室的一部分。活塞的凹槽成為環(huán)槽，用于安裝活塞環(huán)?；钊h(huán)的作用是密封，防止漏氣和防止機油進入燃燒室。
活塞裙部是指活塞的下部分，它的作用是盡量保持活塞在往復運動中垂直的姿態(tài)，也就是活塞的導向部分。為保證在正常工作條件下活塞與氣缸內壁之間自上而下間隙均勻，必須把活塞制成上小下大的階梯形或者截錐形?；钊共康臋M截面應作為橢圓形，并使橢圓的長軸方向垂直于活塞銷孔軸線方向。
活塞銷座是活塞通過活塞銷和連桿連接的支承部分，位于活塞裙部的上方。其作用是保證把作用于活塞上的力可靠地傳給活塞銷孔，在活塞銷座上有一個油孔，用作潤滑活塞銷與活塞銷孔，減少它們的摩擦。
1.3 活塞的主要技術條件分析
1.環(huán)槽側面粗糙度小于0.4μm；全部槽底粗糙度Ra3.2μm。
2.活塞銷孔尺寸及精度為φ28；銷孔表面粗糙度為Ra0.2μm；兩銷孔同軸度誤差在最大實體狀態(tài)時為零。
3.活塞銷孔軸心線到頂面的距離定為56±0.08mm。
4.銷孔軸線對裙部軸心的垂直度在100mm長度上公差為0.035mm。
5.裙部保留有0.2mm，深0.008mm~0.016mm的刀痕，以便能儲存潤滑油，使發(fā)動機在工作中活塞與缸壁之間形成一層油膜，從而減少活塞與缸壁的摩擦。
6.活塞裙部橢圓度為0.08-0.13
7.銷孔軸心線對裙部軸心線的對稱度誤差也會引起不均勻摩擦，從而應當限制；改善活塞的機械加工性能，在活塞的制造過程中對銷孔尺寸、外圓尺寸和重量進行分組。
2 零件的工藝規(guī)程設計
2.1確定零件的生產綱領
產品的生產綱領就是年生產量。生產綱領及生產類型與工藝過程的關系十分密切，生產綱領不同，生產規(guī)模也不同，工藝過程的特點也相應而異。
零件的生產綱領通常按下式計算：
N=Qn（1+α+β）
式中：N為零件的生產綱領，件/年；Q為產品的年產量，臺/年；n為每臺產品中該零件的數(shù)量，件/臺；α為備品率；β為廢品率。
根據(jù)數(shù)據(jù)，一般企業(yè)發(fā)動機的年產量為80000輛，發(fā)動機為6缸發(fā)動機，n=6；α＝3%；β＝1.5%。
所以活塞的年產量為：
N=Qn（1+α+β）＝
查有關表格，確定活塞的生產批量為大批量生產。
2.2 確定毛坯的材料和制造形式
2.2.1 毛坯的材料選擇
對活塞零件材料的要求
活塞是在高溫、高速、高負荷的條件下工作的，對它的設計要求有：
① 需要選用耐磨性好、熱強度好、熱膨脹系數(shù)小、導熱性好、具有良好工藝性的材料；
②需要有合理的形狀和壁厚。使散熱良好，強度、剛度符合要求，盡量減輕重量，避免應力集中；
③在不同的工作情況下都能保持活塞與缸套的最佳配合；
④保證燃燒室氣密性好，竄氣、竄油要少又不增加活塞組的摩擦損失；
⑤在較低的油耗條件下，保證滑動面上有足夠的潤滑油。
為滿足上述設計要求，活塞的材料除了少數(shù)采用鑄鐵外，大部分采用導熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)較底的硅鋁合金代號ZL101。鋁活塞除了導熱性能好外，還具有重量輕、易加工等特點。一般的鋁活塞大多采用金屬模澆鑄，這樣不僅僅可以獲得較高精度的毛坯，減少機械加工余量，同時還可以保證活塞間較小的重量差，適合批量生產。所以共晶鋁硅合金是目前國內外應用最廣泛的活塞材料，故選擇鋁硅合金。
2.2.2 毛坯的制造方法
從生產批量上看，屬于大批量生產，宜采用精度和生產率都較高的毛坯制造方法，以減少材料消耗和機械加工工作量?？煽紤]金屬鑄造、熔模鑄造、模鍛、精鍛等方法；從零件的結構上來看，該零件屬于外形較復雜的小型零件，可考慮采用壓鑄、金屬鑄造、熔模鑄造等精密鑄造方法。同時可以減少切削加工或不進行切削加工。從鑄鋁材料的強度來看，可采用金屬型鑄造或砂型鑄造。綜合以上分析，該活塞毛坯確定采用金屬型鑄造。
2.3 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。定位基準選擇得正確、合理，可以保證零件的加工質量，提高生產效率。反之，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，是生產無法進行。
2.3.1 粗基準的選擇
選擇粗基準時，應考慮兩個問題：一，是保證加工面與不加工面之間的相互位置精度要求；二，是合理分配各加工面的余量，所以一般應遵循下列原則。
（1）重要表面原則。
為保證加工表面的余量均勻，應選擇重要表面為粗基準。
（2）不加工表面原則。
若在設計上要求保證加工面與不加工面的相互位置精度，則應選不加工表面為粗基準。
（3）余量最小原則。
如果零件上每個表面都要加工，則應該選加工余量小的表面為粗基準，以避免該表面在加工時因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件報廢。
（4）使用一次原則。
粗基準一般只在第一工序中使用一次，盡量避免重復使用。
（5）平整光潔原則。
作為粗基準的表面，應盡量平整光潔，有一定面積，不能有飛邊、澆口、易口或其他缺陷，以使工件定位可靠，夾緊方便。
通過對這些粗基準選擇原則以及對零件的加工工藝分析的綜合考慮，得出初步選擇的粗基準為活塞零件的外圓表面。
2.3.2 精基準的選擇
精基準選擇時，應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
應盡量選擇零件上的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定位誤差。
（2）基準統(tǒng)一原則
盡可能采用同一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。這樣可以減少基準轉換，便于保證各加工表面的相互位置精度。
（3）自為基準原則
某些表面精加工要求加工余量小而均勻時，長選擇加工表面本身作為定位基準。
（4）互為基準原則
對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時，需要用兩個表面相互為基準，進行反復加工，以保證位置精度要求。
（5）所選精基準應保證工件定位準確，夾緊可靠，操作方便
定位基準應有足夠的支撐面積，表面粗糙度值較小，精度較高。
活塞是一種薄壁筒形零件，在外力的作用下很容易產生變形，而且其主要表面的位置精度和尺寸精度要求都比較高，所以需要用一個統(tǒng)一的基面定位來加工這些要求高的表面。針對活塞的結構特點，因此采用了活塞的輔助精基準止口內孔和端面來作為統(tǒng)一的基準。在加工回油槽、環(huán)槽、外圓和頂面時，就是采用了這個精基準定位。也符合了“基準統(tǒng)一”和“工序集中”的原則。由于活塞毛坯的精度較高，因此在鉆、擴銷孔時采用銷座外端作為角向定位基準。如采用銷孔自定位的話，定位元件不容易布置，夾具的結構也會變得復雜。
精鏜銷孔時是以頂面為定位基準，止口的精加工也是以頂面為定位基準的，這樣也減少了由于基準不重合而產生的定位誤差。
在精車和精磨外圓這兩道工序中，則采用止口的錐面和頂面的中心孔定位。
采用止口和端面（或中心孔）作為基準面有下列優(yōu)點：
1，可以加工裙部、頭部、頂面、銷孔等主要表面及其他次要表面。
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，就不致引起嚴重的變形，從而可以時行多刀切削。
2.4 制定工藝路線
擬定工藝路線的出發(fā)點：應當是零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證，在生產綱領和生產類型已確定為大批生產的條件下，可以考慮通用機床配以專用夾具，并盡量使得工序集中來提高生產率。除此之外應考慮經濟效果，以便降低生產成本?？紤]了其主體方向后，對其切削加工順序進行初步安排。在這之前應考慮到氣門搖臂切削加工工序的安排原則。
（1）、先粗后精
一個零件的切削加工過程總是先進行粗加工再進行半精加工，最后是精加工和光整加工。這有利于加工誤差和表面缺陷層的逐步消除，從而逐步提高零件的加工精度與表面質量。
（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、螺紋等）可在主要加工表面加工到一定精度后、最終精加工之前進行加工。
（4）、先基準后其他
作為精基準的表面要首先加工出來。
通過對這些原則的掌握以及對零件各個加工表面和孔位置精度、表面粗糙度要求的理解后，初步安排了加工工藝路線一如下：
工藝路線一
1. 鑄造毛坯
2. 時效
3. 止口定位粗車外圓、環(huán)槽和倒角
4. 外圓定位粗車下端面和止口
5. 銑兩側銷座凹孔
6. 止口定位鉆活塞銷孔
7. 銑回油槽
8. 擴活塞銷孔
9. 鉆銷座油孔
10. 外圓定位精車止口
11. 止口定位精車外圓和環(huán)槽
12. 精車燃燒室
13. 靠模車裙部
14. 粗銑活塞頂面
15. 外圓定位精絞銷孔
16. 去毛刺、銳邊
17. 清洗吹凈活塞
18. 終檢
工藝路線二
1. 鑄造毛坯
2. 正火
3. 鉆活塞銷孔
4. 銑兩側銷座凹孔
5. 粗車外圓、環(huán)槽和倒角
6. 銑回油槽
7. 鉆銷座油孔
8. 擴活塞銷孔
9. 外圓定位粗車下端面和止口
10. 外圓定位精車止口
11. 止口定位精車外圓、環(huán)槽和頂面
12. 精車燃燒室
13. 靠模車裙部
14. 粗銑活塞頂面
15. 外圓定位磨銷孔
16. 粗絞活塞銷孔
17. 去毛刺、銳邊
18. 清洗吹凈活塞
19. 終檢
工藝方案的比較和分析
方案一是先車止口，然后以止口定位鏜銷孔，再以此為基準加工活塞；方案二是先加工銷孔，再定位止口加工活塞。在實際生產過程中，活塞的毛坯一般都是鑄造出錐形銷孔，而銷孔是許多工序夾緊力的部位，故應在定位止口后直接粗鏜銷孔，以便在以后的工序中夾緊力能夠分布均勻。而第一種方案，更使用于活塞的大批量生產。
2.5 活塞毛坯尺寸、加工余量、工序尺寸的確定
零件機械加工工藝路線擬定后還需要對每一道工序進行設計，其主要內容包括：確定每一工步的加工余量，計算各工序尺寸及公差，選擇各工序所使用的機床及工藝設備，確定切削用量計算工時定額等[8]。
2.5.1 活塞毛坯尺寸的確定
活塞的零件材料為鋁合金，生產類型為大批量生產，采用的毛坯是金屬模鑄造出來的。鋁活塞的毛坯一般都鑄出錐形銷孔以便于拔模。由于銷孔是許多工序施加夾緊力的部分，所以在粗車止口工序之后即對銷孔進行粗鏜，以便在其后的工序，夾緊力能較均勻地分布，而不至于壓壞銷孔所在的搭子。根據(jù)零件資料及加工工藝，確定活塞毛坯尺寸為：，如圖2.1所示：
圖2.1 活塞毛坯圖
2.5.2 加工余量的確定
機械加工余量對工藝過程有一定的影響，余量不夠，不能保證零件的加工質量，余量過大，不但增加機械加工勞動量，而且增加了材料，道具，能源的消耗，從而增加了成本，所以必須合理地安排加工余量。
(1) 銷孔的加工余量 銷孔直徑28mm，內部粗糙度為0.2。查《金屬加工工藝及工裝設計》表4-27,得鉆孔加工余量為2.5mm，擴孔加工余量為1.5mm，粗絞孔的加工余量為0.3mm，總加工余量為4.3mm。
（2） 外圓表面的加工余量 外圓直徑101.6mm 表面粗糙度為Ra=6.3μm 查《金屬加工工藝及工裝設計》表4-25得 外圓表面粗車加工余量為1.8mm 精車加工余量為0.4mm 總加工余量為3.4mm，因此粗車分2次走刀，第二刀去除1.2mm。
（3）端面的加工余量 頂面直徑101.6mm 查《金屬加工工藝及工裝設計》表4-35得 頂面粗銑加工余量為1.3mm 精銑加工余量為0.7mm 頂面總加工余量為2.0mm。
（4）止口的加工余量 止口直徑為95mm 長度10mm 查《金屬加工工藝及工裝設計》表4-25得 止口粗車加工余量為2.6mm 精車加工余量為0.3mm 總加工余量為2.9mm。
（5）環(huán)槽的加工余量 環(huán)槽直徑為92mm 表面粗糙度Ra=3.2μm，查《金屬加工工藝及工裝設計》，取環(huán)槽粗車加工余量為1.8mm，精車加工余量為0.5mm，總加工余量為2.3mm。
表2.1 各工序余量和工序尺寸及公差
加工表面
加工方法
余量
公差等級
工序尺寸
外圓φ101.6
粗車
3
－
φ102
精車
0.4
f8
φ101.6
端面
粗銑
1.3
－
精銑
0.7
h10
106
銷孔φ28
鉆擴
2.5
H11
φ26.2
擴
1.5
H9
φ27.7H9
鉸
0.3
－
φ28
止口
粗車
2.6
H11
φ95.3
精車
0.3
H7
φ95
環(huán)槽
粗車
1.8
－
φ92.5
精車
0.5
h10
φ92
2.6確定切削用量及工時定額
2.6.1 外圓表面的切削用量
由于工件是鑄造毛坯，表面粗糙度為Ra為3.2um,加工要求比較高,分兩次走刀，第一次粗車加工余量取1.8mm,半精車加工余量為0.3mm[19]。
粗車：
① 選擇機床
選擇CA6140臥式專用車床
② 選擇刀具
選擇指頭焊接式外圓車刀。
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，CA6140的中心高為205mm，選擇刀桿尺寸，刀片厚度為4.5mm。
③ 選擇車刀磨鈍標準及壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取1mm，車刀壽命。
④ 選擇切削用量
a) 確定切削深度ap ，由于粗加工余量僅為1.8mm，可一次走刀完成，故
b) 確定進給量f , 根據(jù)表1.4，刀桿尺寸，，以及工件 直徑為100~400mm時
查《切削用量簡明手冊》表1.31，取f=1.02mm/r
b) 確定切削速度v
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.10，用YT15硬質合金車刀加工σ=630~700MPa，
ap ≤1.4mm，f≤1.27mm/r，切削速度vt=97m/min.
查《切削用量簡明手冊》表1.28得切削速度的修正系數(shù)為 ktv=0.65, krv=0.92,knv=0.8,kTv=1.0,kKv=1.0
查《切削用量簡明手冊》表1.31
取
實際切削速度
所以切削用量為
⑤ 基本工時的計算
，查《切削用量簡明手冊》表1.26，車削時的入切量，所以
[10]
精車：
① 選擇刀具
車刀形狀，刀桿尺寸和刀片厚度與粗車相同。
② 選擇車刀磨鈍標準和壽命 查表1.9，選擇車刀后刀面最大磨為 0.4mm，刀具壽命T=60min.
③ 選擇切削用量ap
a) 確定切削深度ap
b) 確定進給量f , 根據(jù)表1.4，刀桿尺寸16mm×25mm，ap ≤3mm，以及工件直徑為100~400mm時
查《切削用量簡明手冊》表1.31，取
c) 確定切削速度v
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.10，用YT15硬質合金車刀加工σ=630~700MPa，
，故切削速度
查《切削用量簡明手冊》表1.31，選擇
實際切削速度v’
所以切削用量為：
④ 基本工時的計算tm
查《切削用量簡明手冊》表1.26，y+△=1.6mm，故
[1]
2.6.2 端面的切削用量
① 機床的選擇
選擇XA6132型臥式銑床
② 刀具的選擇
端面的粗銑加工余量為1.3mm，精銑加工用量為0.7mm，總加工余量為2mm，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.1，銑削寬度時,銑削深度，故選擇,選擇標準鑲齒圓柱銑刀，故齒數(shù).
③ 切削用量的確定
1） 銑削寬度ae的確定 由于加工余量不打，所以可以在一次 走刀內完成，
2） 每齒進給量fz的確定 查《金屬加工工藝及工裝設計》表4-43，得其功率為7.5KW，屬于中等剛度系統(tǒng)。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.3，=,取。
3） 確定銑刀磨鈍標準和刀具壽命根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm，查標3.8得刀具壽命為180min.
4） 切削速度vc和每分鐘進給量vf的確定
查《切削用量簡明手冊》表3.9，當，，，，時，取，，，
修正系數(shù)為：
查《金屬加工工藝及工裝設計》表4-44，取
所以切削用量為：[2]
④ 基本工時的計算
式中，。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.25，入切量及超切量,則。故
2.6.3 環(huán)槽的切削用量
環(huán)槽表面粗糙度為Ra=3.2μm，加工要求較高，分兩次走刀，粗車加工余量為1.8mm，半精車余量為0.5mm。
粗車：
① 選擇機床
選擇CA6140臥式專用車床
② 選擇刀具
選擇指頭焊接式外圓車刀。
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，CA6140的中心高為205mm，選擇刀桿尺 寸，刀片厚度為4.5mm。
③ 切削用量的選擇
a) 切削深度ap 由于粗加工余量僅為1.8mm，故
b) 進給量f 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.4，刀桿尺寸為 ，工件直徑為60~100mm時，
查《切削用量簡明手冊》表1.31，取
c) 選擇車刀磨鈍標準及壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取1mm，車刀壽命。
d) 切削速度的vc命，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.。10，當用YT15硬質合金車刀加工σ=630~700MPa，ap小于等于7mm,，切削速度。
查《切削用量簡明手冊》表1.28得切削速度的修正系數(shù)為
查《切削用量簡明手冊》表1.31，取
。
實際切削速度vc為
所以切削用量為：
④ 基本工時的計算
查《切削用量簡明手冊》表1.26，，故
精車：
① 選擇機床
選擇CA6140臥式專用車床
② 選擇刀具
車刀形狀，刀桿尺寸和刀片厚度與粗車相同。
③ 選擇切削用量
1）確定切削深度ap
2）確定進給量f , 根據(jù)表1.4，刀桿尺寸16mm×25mm，，以及工件直徑為100~400mm時，查《切削用量簡明手冊》表1.31，取。
3）選擇車刀磨鈍標準及壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取0.8mm，車刀壽命。
4）確定切削速度vc 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.10，當σ=630~700MPa，，切削速度。切削速度的修正系數(shù)均為1，故
。
查《切削用量簡明手冊》表1.31，取
實際切削速度vc為
所以切削用量為：
④ 基本工時的計算tm
查《切削用量簡明手冊》表1.26，，故
2.6.4 銷孔的切削用量
鉆：孔徑，孔深，通孔，精度為H12-H13
① 選擇機床
Z525型立式鉆床
② 選擇鉆頭:選擇高速鋼麻花轉頭，直徑。
③ 選擇切削用量
a) 確定進給量f
按加工要求決定進給量：查《切削用量簡明手冊》表2.7，強度σ＜800MPa，時，。
由于，所以要乘以孔深修正系數(shù)
查《切削用量簡明手冊》表2.35，取
由于是加工通孔，為了避免孔即將鉆穿時鉆頭容易折斷，故宜在即將鉆穿時停止自動進給而采用手動進給[16]。
b) 確定鉆頭磨鈍標準及壽命 查《切削用量簡明手冊》表2.12，當時，鉆頭后刀面最大磨損量取1.0mm，壽命。
c) 確定切削速度v 查表2.14，σ=640MPa的40鋼加工性屬5類。查表2.13，時，。
切削速度的修正系數(shù)為：，所以
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.35，取。
所以切削用量為：
④ 基本工時的計算
式中，,入切量及超切量查《切削用量簡明 手冊》表2.29得，，
所以基本工時
擴：孔徑，孔深，通孔，精度為H12-H13
① 選擇機床
Z525型立式鉆床
② 選擇鉆頭
選擇擴孔刀，直徑。
③ 選擇切削用量
a）確定進給量f
按加工要求決定進給量：查《切削用量簡明手冊》表2.7，強度σ ＜800MPa，時，。
由于，所以要乘以孔深修正系數(shù)
查《切削用量簡明手冊》表2.35，取
b）確定鉆頭磨鈍和壽命
查《切削用量簡明手冊》表2.12，當，鉆頭后刀面最大磨損量取1.2mm，壽命.
c） 確定切削速度 查《切削用量簡明手冊》表2.14，σ=640MPa的40鋼加工性屬5類。查表2.13，時，。
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.35，取。
所以切削用量為：
⑤ 基本工時的計算tm
式中，,入切量及超切量查《切削用量簡明手冊》表2.29,得，
所以基本工時tm:
精絞：孔徑，孔深，通孔，精度為H12-H13
① 選擇機床
Z525型立式鉆床
② 選擇鉆頭
選擇擴孔刀，直徑。
③ 選擇切削用量
1）確定進給量f
按加工要求決定進給量：查《切削用量簡明手冊》表2.7，強度σ＜800MPa，時，。
由于，所以要乘以孔深修正系數(shù)
查《切削用量簡明手冊》表2.35，取
2）確定鉆頭磨鈍和壽命 查《切削用量簡明手冊》表2.12，當時，鉆頭后刀面最大磨損量取0.7mm，壽命.[17]
3）確定切削速度v 查《切削用量簡明手冊》表2.14，σ=640MPa的40鋼加工性屬5類。查表2.13，時，。
切削速度的修正系數(shù)為：，
所以:
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.35，取。
所以切削用量為：
④ 基本工時的計算
式中，,入切量及超切量查《切削用量簡明手冊》表2.29 得 ，
所以基本工時Tm:
2.6.5 止口的切削用量
① 選擇機床
選擇CA6140臥式專用車床
② 選擇刀具
③ 選擇焊接式外圓車刀。
④ 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，CA6140的中心高為205mm， 選擇刀桿尺寸，刀片厚度為4.5mm。
⑤ 選擇車刀磨鈍標準及壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取1mm，車刀壽命。
⑥ 選擇切削用量
a) 確定切削深度ap ，由于粗加工余量僅為2.6mm，可一次走刀完成，故
b) 確定進給量f , 根據(jù)表1.4，刀桿尺寸，以及工件直徑為100~400mm時：
查《切削用量簡明手冊》表1.31，取[15]。
c) 確定切削速度v
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.10，用YT15硬質合金車刀加工σ=630~700MPa，
，切削速度.
查《切削用量簡明手冊》表1.31，取
實際切削速度
所以切削用量為
基本工時的計算
，查《切削用量簡明手冊》表1.26，車削時的入切量，所以，
所以基本工時Tm：
精車：
1.選擇刀具車刀形狀，刀桿尺寸和刀片厚度與粗車相同。
2.選擇車刀磨鈍標準和壽命 查表1.9，選擇車刀后刀面最大磨損量為0.4mm，刀具壽命.
3.選擇切削用量ap
a) 確定切削深度ap
b) 確定進給量f , 根據(jù)表1.4，刀桿尺寸，以及工件直徑為100~400mm時：
查《切削用量簡明手冊》表1.31，取。
c) 確定切削速度v
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.10，用YT15硬質合金車刀加工 σ=630~700MPa，
，故切削速度.
查《切削用量簡明手冊》表1.31，選擇
實際切削速度v’
所以切削用量為：
4.基本工時的計算
查《切削用量簡明手冊》表1.26，，故
所以基本工時Tm: [13]
3粗鏜活塞銷孔專用夾具的設計
3.1 機床夾具的作用及組成
（1）保證加工精度 用機床夾具裝夾工件，能準確確定工件與刀具、機床之間的相對位置關系，可以保證加工精度。
（2）提高生產效率 機床夾具能快速地將工件定位和夾緊，可以減少輔助時間，提高生產效率。
（3）減輕勞動強度 機床夾具采用機械、氣動、液動夾緊裝置，可以減輕工人的勞動強度。
機床夾具的組成主要有定位元件、定位裝置、夾緊裝置、夾具的定位及對刀，導向元件夾具體、其它元件及裝置。
3.2 機床夾具設計過程
主要包括工件加工任務分析，工件在夾具中的定位，工件在夾具中的夾緊，夾具在機床上的定位、對刀和計算等。
為提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度及生產成本，需用專用夾具輔助制造。夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛的應用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。在現(xiàn)代生產中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動生產率和產品的制造成本等。故機床夾具設計是一項重要的技術工作[9]。
3.3 夾具的初步設計方案
本套夾具為鏜活塞銷孔專用夾具。在本工序之前，活塞外圓和止口都已加工完畢，因此可選擇止口作為定位基準。其加工示意圖如圖3.1所示：
圖3.1 鏜銷孔加工示意圖
如圖3.1所示：臥式鏜床采用一個長的鏜桿同時鏜削兩個孔，以保證兩孔的同軸度，同時要保證兩銷孔也止口的位置關系。粗鏜活塞銷孔專用夾具的自由度分析：
它用止口及端面定位，消去５個自由度，剩下的轉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。定位方案如圖3.2所示，圖中圓柱銷與止口配合限制2個自由度，圓柱銷端面與止口配合限制3個自由度，錐形菱形銷限制一個自由度。但加工時，菱形銷必須撤出，因此設計一活動定位裝置，定位時前進，夾緊后撤出。
圖3.2 鏜銷夾具定位方案
為了能使加工過程中快速實現(xiàn)工件的定位，削邊銷的運動采用液動，以省去人力并能準確和快速移動。本夾具中，削邊削即為液壓缸之活塞前端。
根據(jù)加工工序的需要決定采用具有固定式夾具的主軸箱橫向進給的臥式單工位專用機床：
3.4定位方案設計
3.4.1 定位元件選擇
通過上述對零件加工自由度的分析，在本夾具中采用一個水平放置的平面與活塞端面相配，限制3個自由度，定位面上安裝一個凸臺對止口進行定位，限制2個自由度，然后用一個削邊銷對活塞銷孔進行預定位，這樣6個自由度全部限制[1]。
3.4.2 定位誤差的分析與計算
工件裝夾在夾具上進行加工的過程中，會產生加工誤差，引起加工誤差的因素主要有以下幾種：
（1）、定位誤差D：與工件在夾具上定位有關的誤差。
（2）、調安誤差T-A（調整和安裝誤差）：調整誤差是指夾具上的對刀元件或導向元件與定位元件之間的位置不準確所引起的誤差；安裝誤差是指夾具在機床上安裝時引起的定位元件與機床上安裝夾具的裝夾面之間位置不準確的誤差。
（3）、加工過程誤差G：由機床運動精度和工藝系統(tǒng)的變形等因素而引起的誤差。
為了得到合格零件，必須是上述各項誤差之和等于或小于零件的相應公差K，即：
D+T-A+G≤K
這里，我重點分析了定位誤差D，當定位誤差D≤（1/3）K時，則認為選定的方案可行。
1、定為誤差產生的原因。
任意一批工件在加工時，引起加工尺寸產生誤差的主要原因有兩類：
（1）、由于定位基準本身的尺寸和幾何形狀誤差，以及定位基準與定位與元件之間的間隙，所引起的同批工件定位基準沿加工尺寸方向（或沿指定軸向）的最大位移，稱為定位基準位移誤差，以Y表示。
（2）、由于工序基準與定位基準不重合，所引起的同批工件工序基準相對于定位基準而言沿加工尺寸方向（或沿指定軸向）的最大位移，稱為基準不重合誤差，以B表示。
上述兩類誤差之和即為定位誤差，故可得
D=Y+B
2.定位誤差的計算
在本道工序中，
工件上的?95mm止口與定位軸間隙配合H7/h6，定位元件水平放置。工件水平放置，其母線與定位銷雙邊接觸，由于定位副的制造誤差，將產生定位基準位移誤差。其基準位移誤差為：
Y=（T+T+X）
公式中，T =工件定位基準的直徑公差，單位mm
T =圓柱定位銷的直徑公差，單位mm
X =定位所需最小間隙，單位mm
其中，T=0.035mm，T=0.027mm；
X =0－0=0mm；
代入數(shù)據(jù)得Y=（0.036+0.027+0）
=0.063mm
其定位基準和設計基準重合，故B=0mm
故兩類誤差之和即為定位誤差，得D=Y+B
=0.063+0
=0.063mm
因為設計尺寸為56，T＝0.16
D＝0.063略大于T/3，基本認為可行，其所帶來的誤差可由精加工修正[4]。
3.5夾緊方案設計
3.5.1 夾緊元件的選取
夾緊裝置是夾具的重要組成部分。在設計夾緊裝置時，應滿足一下基本要求：
（1） 在夾緊過程中應能保持工件定位時所獲得的正確位置；
（2） 夾緊應可靠和適當；
（3） 夾緊裝置應操作方便、省力、安全；
（4） 夾緊裝置的復雜程度和自動化程度應與工件的生產批量和生產方式相適應。
工件在夾緊過程中應避免夾緊元件跟工件進行點接觸。因為在點接觸的過程中，即使有很小的夾緊力也可以產生很大的應力，由于加工過程產生的誤差在夾緊上經常會出現(xiàn)點接觸的情況。在本設計中采用螺旋壓板夾緊機構。
3.5.2 夾緊力的分析與計算
夾緊力包括力的大小、方向、作用點，它們的確定是夾緊機構設計中首先要解決的問題。
夾緊力方向的選擇
1.夾緊力的作用方向應有利于工件的準確定位，而不能破壞定位；
2.夾緊力的作用方向應盡量與工件剛度最大的方向相一致，以減小工件變形；
3.夾緊力的作用方向應盡可能與切削力、工件重力方向一致，以減小所需的夾緊力。
結合本道工序，夾緊力應指向主要定位面，即大平面，因此夾緊力的方向應垂直向下。
（2）夾緊力大小的計算
1.確定本道工序的切削力，切削扭矩，切削功率
初定鏜刀裝在鏜桿上的幾何參數(shù)為：主偏角Kψ=45°，前角Ψ。=20°，刃傾角λs＝0°，刀尖圓弧半徑Υε=20mm,初定鏜孔加工余量ap=1.5mm
1）切削力Fc=9.81×CFC×apXFC×fyFC×KFC
=9.81×40×1.51×0.70.75×1200×KFC
其中KFC= KMFC × KΥ0FC × KKΥFC × KλsFC × KΥεFC
查《機械制造技術》p48 表2-3，得KMFC=1
查表2-4得 KΥ0FC=1.0，KKΥFC=1.0，KλsFC=1.0，KΥεFC=1.0
∴KFC= KMFC × KΥ0FC ×KKΥFC × KλsFC × KΥεFC
=1×1.0×1.0×1.0×1.0×1.0
=1
∴Fc=9.81×CFC×apXFC×fyFC×KFC
=9.81×40×1.51×0.70.75×1200×KFC
=9.81×40×1.51×0.70.75×1200×1
=450.4(N)[8]
2） 切削功率：
Pc=Fc×Vc/60×103
=450.4×120/60000
=0.895(kW)
3） 快速運動速度的確定：
由HY20A液壓滑臺技術性能可知快進速度為12m/min。[6]
3.5.3 原動力計算
∵Me=Wk【r`tgρ1+rztg(α+ρ`2)】/η0N.mm
其中：
Wk-實際所需夾緊力N
r`-螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑mm，參見表1-2-20
∵螺桿端部的結構形式為點接觸
∴r`=0
由表1-2-24中，初選螺紋公稱直徑為10(mm)的螺栓查得其許用夾緊力為3924(N)，加在螺母上的夾緊扭矩為9.320N.mm
∴Me=450.4【0+4.675tg(1o57`+9o50`)】/0.9
=484.7N.m
∵M10的許用夾緊力=3924＞450.4(N)
∴M10的螺栓滿足強度要求[11]。
3.5.4扳手和螺栓的選用
當用扳手扳動M10螺栓上的六角螺母時，查表1-2-25得，
柄長度L=120mm,作用力為45N，而夾緊力為3550N，遠大于450.4N
∴用M10的螺栓，并用扳手長度L=120mm的扳手的方案符合要求。
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