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1 題目 活塞零件加工工藝及夾具設計 姓 名 專業(yè)名稱 機械制造與自動化 指導老師 完成時間 2 目錄 前言 1 目錄 二 零件的分析 3 一 零件的作用 9 二 零件的工藝分析 10 三 確定毛坯圖 15 四 工藝規(guī)程設計 18 一 定位基準的選擇 21 二 制訂工藝路線 20 三 選擇加工設備及刀具 夾具 量具 22 四 加工工序設計 23 夾具設計 25 參考文獻 26 3 引言 本次設計是為畢業(yè)答辯而準備的 大學課程已全部結束 此次設計要 把大學期間學的東西綜合運用 使我們學的東西融會貫通 并結合生產(chǎn)實 習中學到的實踐知識獨立地分析和解決工藝問題 本次設計是發(fā)動機汽缸的一個重要零件 活塞 內(nèi)容涉及到零件分 析 確定毛坯 擬訂工藝 工序設計以及 1 套夾具設計 此次設計把我們 大學期間學的大部分內(nèi)容都用上了 還用到了其它有關手冊和圖表 這次 設計是在學校的最后一次設計 它是一次很好的鍛煉機會 為我們未來從 事的工作打下良好的基礎 由于能力有限 經(jīng)驗不足 設計中有許多不足之處 希望各位老師多 加指教 4 1 零件的分析 1 1 零件的作用 在發(fā)動機汽缸內(nèi) 活塞在一部分工作循環(huán)壓縮氣體 而在另 一部分工作循環(huán) 汽缸內(nèi)的混合氣體燃燒膨脹 活塞承受高溫氣體的壓 力 并把壓力通過活塞銷 連桿傳給曲軸 可見活塞是在高溫高壓下作 長時間變負荷的往復運動 活塞的結構就要適應這樣的工作條件 1 2 零件的工藝分析 機械加工工藝是規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文 件 1 2 1 工藝規(guī)程是指導生產(chǎn)的主要技術文件 合理的工藝規(guī)程是在總結廣大工人和技術人員實踐經(jīng)驗的基礎上 依 據(jù)工藝理論和必要的工藝試驗而制訂的 它體現(xiàn)了一個企業(yè)或部門群眾的 智慧 按照工藝規(guī)程組織生產(chǎn) 可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和較高的生產(chǎn)效率和 經(jīng)濟效益 因此 生產(chǎn)中一般應嚴格地執(zhí)行既定的工藝規(guī)程 實踐證明 不按照科學的工藝進行生產(chǎn) 往往會引起產(chǎn)品質(zhì)量的嚴重下降 生產(chǎn)效率 的顯著降低 甚至使生產(chǎn)陷入混亂狀態(tài) 但是 工藝規(guī)程也不應是固定不 變的 工藝人員應不斷總結工人的革新創(chuàng)造 及時地吸取國內(nèi)外先進工藝 技術 對現(xiàn)行工藝不斷地予以改進和完善 以便更好地指導生產(chǎn) 1 2 2 工藝規(guī)程是生產(chǎn)組織和管理工作的基本依據(jù) 在生產(chǎn)管理中 產(chǎn)品投產(chǎn)前原材料及毛坯的供應 通用工藝裝備的準 5 備 機械負荷的調(diào)整 專用工藝裝備的設計和制造 作業(yè)計劃的編排 勞 動力的組織以及生產(chǎn)成本的核算等 都要以工藝規(guī)程作為基本依據(jù) 1 2 3 工藝規(guī)程是新建或擴建工廠或車間的基本資料 在新建或擴建工廠或車間時 只有依據(jù)工藝規(guī)程和生產(chǎn)綱領才能正確 地確定生產(chǎn)所需的機床和其他設備的種類 規(guī)格和數(shù)量 車間的面積 機 床的布置 生產(chǎn)工人的工種 技術等級及數(shù)量以及輔助部門的安排等 外形尺寸為 108 114 材料為灰鑄鐵 主要加工面銷軸孔及活塞外 圓 在選擇刀具上及工件裝夾上需要特殊要求 其它加工部分還包括各端 面及內(nèi)孔等 工件的尺寸公差及主要技術指標為 1 銷孔圓度和圓柱度均不大于 0 015 2 銷孔軸線對止口端面平行度不大于 100 0 04 3 銷孔軸線與止口內(nèi)圈中心線對稱度不大于 0 20 4 銷孔表面允許有深度不大于 0 08 的正常退刀痕跡 活塞主要技術條件分析 銷孔尺寸公差 IT6 級以上 當銷孔直徑小于 50mm 時銷孔圓度誤差不 大于 0 0015mm 圓柱度誤差不大于 0 003mm 銷孔內(nèi)圓表面粗糙度 Ra 0 2 m 活塞銷孔軸心線到頂面的距離定為 56 0 08mm 銷孔軸心 線對裙部軸心線的垂直度在 100mm 長度上公差為 0 35mm 銷孔軸心線在 裙部軸心線的對稱度為 0 2mm 2 確定毛坯 畫毛坯 零件合圖 6 零件的材料為 QT70 2 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件 又由題目 已知零件的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn) 通過計算 該零件質(zhì)量約為 30Kg 毛坯 的鑄造方法選用砂型機器造型 又由于活塞零件的內(nèi)腔需鑄出 故還應放 型芯 此外 為消除殘余應力鑄造后應安排人工時效 參考文獻 1 表 2 2 5 P41 確定加工余量等級為灰鑄鐵 CT8 10 級 加工余量等級 MA 為 G 級 故取 CT 為 10 級 MA 為 G 級 參考文獻 表 2 2 4 P40 用查表法確定各表面的總余量如表 所示 加工表面 基本尺寸 mm 加工余 量等級 加工余 量數(shù)值 說明 外圓 101 6 G 6 雙側加工 底面 106 G 8 雙側加工 30 孔右端面 30 G 15 雙側加工 查表 2 2 1 P38 鑄件主要尺寸的公差 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 公差 CT 101 6 5 108 2 2 106 8 118 2 2 30 15 0 制訂工藝路線 定位基準的選擇 一般原則 7 1 選最大尺寸的表面為安裝面 選最長距離的表面為導向面 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 應盡量選擇零件的主要表面為定位基準 4 定位基準應有利于夾緊 在加工過程中穩(wěn)定可靠 下面根據(jù)以上一般原則分別進行粗基準和精基準的選擇 粗基準的選擇 選擇粗基準是時 主要要求保證各加工面有足夠的余量 使加工面與 不加工面見的位置符合圖紙要求 并特別注意要盡快獲得精基準面 具體 選擇時應注意考慮下列原則 應選擇不加工表面為粗基準 這樣可以保證不加工表面和加工表面之 間的相對位置要求 對于具有較多加工表面的工件 粗基準的選擇選擇 應合理分配各加 工表面的加工余量 以保證 各加工表面都有足夠的加工余量 對于某些重要的表面 盡量使其加工余量均勻 對導軌面則要求加工 余量盡可能小一些 以便能獲得硬度和耐磨性更好的表面 作為粗基準的表面 應盡量平整 沒有澆口 冒口或飛邊等其他表面 缺陷 以便使工件定位準確 夾緊可靠 同一尺寸方向上的粗基準表面只能使用一次 因為鑄件毛坯面粗糙且 精度低 定位精度不高 若重復使用 在兩次裝夾中會使加工表面產(chǎn)生較 8 大的位置誤差 對于一些相互位置精度要求高的表面 常常會造成超差而 使零件報廢 因為考慮到以下幾點要求 第一 在保證各加工面均有加工余量的前提下 使重要孔的加工余量 盡量均勻 第二 裝入活塞內(nèi)的旋轉零件 軸等 與孔內(nèi)壁有足夠的間隙 第三 此外還應能保證定位準確 夾緊可靠 在起始工序中 只能選擇未經(jīng)加工的毛坯表面做定位基準 所以對于 一般的軸類零件而言 以外圓作為粗基準是完全合理的 首先 先以外圓 為粗基準 加工兩端面 粗車外圓臺階面 3 精基準的選擇 3 1 選擇精基準的目的是使裝夾方便 正確 可靠 以保證加工精度 為此一般遵循如下原則 基準重合原則 應盡量選擇零件上的設計基準做胃鏡基準 即為基準 重合原則 基準統(tǒng)一原則 在加工位置精度較高的某些表面時 應盡可能在多數(shù) 工序中采用同一組精基準 這樣可以保證加工表面的相互位置精度 互為基準原則 當對工件上兩個相互位置精度要求較高的表面進行加 工時 需要用兩個表面相互作為基準 反復進行加工 這樣進行反復加工 可不斷提高定位基準的精度 工件也可以達到很高的加工要求 9 自為基準原則 對于工件上的重要表面要求余量小且均勻的精加工 應盡量選擇加工表面本身作為精基準 但該表面與其他表面的位置精度由 前道工序保證 粗基準的選擇 考慮到以下幾點要求 選擇活塞零件的重要孔即 95 的毛坯孔與活塞內(nèi)壁作粗基準 第一 在保證各加工面均有加工余量的前 提下 使重要孔的加工余量盡量均勻 第二 裝入活塞內(nèi)的旋轉零件 如 齒輪 軸套等 與活塞內(nèi)壁應有足夠的間隙 此外還應能夠保證定位準確 夾緊可靠 精基準的選擇 活塞的外圓和 95 孔既是裝配基準又是設計基準 用他們作精基準 能使加工遵循基準重合的原則 實現(xiàn)活塞零件的典型定 位方式 其余各面和孔的加工也能用它定位 這樣使工藝路線遵循了基準 統(tǒng)一的原則 此外 95 端面面積較大 定位比較穩(wěn)定 夾緊方案也比較 簡單可靠 操作方便 3 2 制訂工藝路線 工藝路線 鑄造 時效處理 10 粗車 粗車工件上端面至 110 2mm 及外圓至 106 20 粗車 粗車下端面至 106 4mm 及外圓至 101 8 粗車工件下端 95mm 至 94 2mm 30 鉆 鉆 30 孔至 28mm 40 熱處理 人工時效處理 10 50 精車 精車下端面及 95 止口至圖紙尺寸 60 精車 精車上端面和外圓至圖紙尺寸 70 精車 車 3mm 環(huán)形槽及 4 755mm 環(huán)形槽至圖紙尺寸 80 精鏜 精鏜 30 孔至圖紙尺寸 割 31 槽 90 銑 銑活塞 3mm 半圓環(huán)槽 100 鉆 鉆直油孔 8 3 5 110 鉆 鉆斜油孔 1 5 120 磨 靠模橢圓裙部至圖紙尺寸 130 檢驗 檢驗車削尺寸和形位公差 140 入庫 合格產(chǎn)品涂防銹油入庫 4 選擇加工設備及刀 量 夾具 由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn) 故加工設備宜以通用機床為主 輔以少量專 用機床和組合機床 其生產(chǎn)方式為以通用機床加專用夾具為主 輔以少量 專用機床的流水生產(chǎn)線 工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳送均由人 工完成 10 粗車工件上端面至 110 2mm 及外圓至 106 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題 采用臥式車床 CA6140 參考文獻 1 表 4 2 7 P143 選用 YG6 車刀 游標卡尺 0 250 0 02mm 20 粗車下端面至 106 4mm 及外圓至 101 8 粗車工件下端 95mm 至 94 2mm 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題 采用臥式車床 CA6140 參考文獻 1 表 4 2 7 P143 選用 YG6 車刀 游標卡尺 0 250 0 02mm 11 30 鉆 30 孔至 28mm 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題 參考文獻 1 表 4 2 7 P143 選搖臂鉆床 Z3025 莫氏錐柄麻花鉆 28 游標卡尺 0 250 0 02mm 50 精車下端面及 95 止口至圖紙尺寸 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題 采用臥式車床 CA6140 參考文獻 1 表 4 2 7 P143 選用 YG6 車刀 切槽刀 游標卡 尺 0 250 0 02mm 60 精車上端面和外圓至圖紙尺寸 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題 采用臥式車床 CA6140 參考文獻 1 表 4 2 7 P143 選用 YG6 車刀 切槽刀 游標卡 尺 0 250 0 02mm 70 車 3mm 環(huán)形槽及 4 755mm 環(huán)形槽至圖紙尺寸 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題 采用臥式車床 CA6140 參考文獻 1 表 4 2 7 P143 選用 YG6 車刀 切槽刀 游標卡 尺 0 250 0 02mm 80 精鏜 30 孔至圖紙尺寸 割 31 槽 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題 采用銑鏜床 T68 參考文獻 1 表 4 2 7 P143 鏜刀 割槽刀 游標卡尺 0 250 0 02mm 專用夾具 90 銑活塞 3mm 半圓環(huán)槽 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題 采用銑床 X52K 12 參考文獻 1 表 4 2 7 P143 D80 銑刀 游標卡尺 0 250 0 02mm 專用 夾具 100 鉆直油孔 8 3 5 搖臂鉆床 Z37 莫式椎柄麻花鉆 3 5 游標卡尺 0 125 0 02 專用 夾具 110 鉆斜油孔 1 5 搖臂鉆床 Z37 莫式椎柄麻花鉆 1 5 游標卡尺 0 125 0 02 專用 夾具 四 加工工序設計 工序 10 粗車工件上端面至 110 2mm 及外圓至 106 查文獻 1 表 2 3 21 P74 端面加工余量得總加工余量為 4mm 設計 尺寸 即一面零件尺寸加上另一面余量 X1 110 則粗銑底面的工序尺寸為 110 2mm 查文獻 3 表 2 2 得粗加工公差等級 IT11 114 取 IT 11 其公 差 T 0 29 所以 X2 110 2 0 145 參考文獻 1 表 4 2 38 P162 CA6140 主電機功率為 7 5KW 參考文獻 4 表 10 123 P859 取粗車的每齒進給 量 fz 0 2mm z 粗車走刀一次 粗車 ap 6mm 參考文獻 1 表 4 2 39 取粗車的主軸轉速為 150r min 故相應的切 削速度為 min 2 9410 584 3DnV 校核機床功率 一般只校核粗加工工序 切削功率 Pm 167 9 10 5ap0 9fz0 74aeznkpm 取 Z 8 N 150 60 2 5r s ae 135mm ap 6mm fz 0 2mm z 13 Kpm 1 Pm 167 9 10 KW4 61 5 283 0 6749 5 又由文獻 1 表 4 2 38 得機床功率為 7 5KW 若取效率為 0 85 則 7 5 0 85 6 375 6 4KW 故重新選擇主軸轉速 118r min 則 n 118 60 2m s V 粗 Dn 1000 3 14 80 118 1000 74 1m min Pm 167 9 10 0 31KW 故機床功率足夠 5 工時 L 290 2 145 l2 3 l3 3 n 80r min 1 3r s T l l2 l3 nf 145 3 3 1 3 0 4 290s 20 二 精鏜孔時因余量為 0 35mm 故 ap 0 35mm 查文獻 2 表 2 4 180 取 v 1 2m s 72m min 取 f 0 12mm r N 1000v D 1000 72 3 14 90 208 5r min 取 n 200r min 3 3r s 工時 n 1 3r s f 0 12mm r t 145 3 3 3 3 0 12 381s 工序 30 鉆 8 3 5 孔 查文獻 5 表 12P781 得 f 0 7 v 0 3m s 18m min N 1000v D 1000 19 8 3 14 8 700r min 查文獻 1 表 4 2 12 得實際轉速為 710 r min 則實際切削速度為 V Dn 1000 3 14 710 8 1000 20m min 校核 Ff 9 81 42 7 d0 f Km 9 81 42 7 8 0 75 1 2827N M 9 81 0 021 9 81 0 021 8 8 0 75 12 52N mKmfd8 02 他們均小于機床的最大進給力 33354N 和最大扭轉力矩 1177 2N 故機床的 剛度足夠 1 基本時間 Tj l fn l1 l l2 fn l1 D 2 tgkr 1 2 n 710 f 0 7 l 12 l2 1 4 l2 2 d 8 l1 5 2 tg118 2 1 5 3 Tj 12 3 2 0 7 710 0 022 Tj 總 0 022 2 0 044 K 17 4 21 查文獻 5 表 12P781 得 f 0 7 v 0 3m s 18m min N 1000v D 1000 19 8 3 14 17 3 700r min 查文獻 1 表 4 2 12 得實際轉速為 710 r min 則實際切削速度為 V Dn 1000 3 14 710 17 3 1000 20m min 校核 Ff 9 81 42 7 d0 f Km 9 81 42 7 17 3 0 75 1 2827N8 0 M 9 81 0 021 9 81 0 021 17 3 17 3 0 75 12 52N mKmfd 20 他們均小于機床的最大進給力 33354N 和最大扭轉力矩 1177 2N 故機床的 剛度足夠 2 輔助時間 操作內(nèi)容 每次時間 次數(shù) 時間 主軸變速 0 025 1 0 025 變速進給量 0 025 6 0 15 移動搖臂 0 015 6 0 09 升降鉆桿 0 015 6 0 09 裝卸套筒刀具 0 06 2 0 12 卡尺測量 0 1 1 0 1 塞規(guī)測量 0 25 1 0 25 開停車 0 015 2 0 03 主軸運轉 0 02 2 0 04 清屑 0 04 1 0 04 Tf 0 825 22 3 作業(yè)時間 TB Tj Tf 0 044 0 825 0 869 4 布置工作地時間 Tfw 查文獻 1 表 6 3 36 得 K 17 4 Tfw TB K 0 869 17 4 0 14 5 休息與生理時間 Tx Tx TB K 0 14 6 準備與終結時間 取部分時間為 中等件 33 移動床鞍 1min 保證定位 0 3 使用夾具 10 試刀 7 由題目知生產(chǎn)量為 4000 件則 Te n 33 1 0 3 10 7 4000 0 013min 7 單件時間 Td Td Tj Tf Tfw Tx 0 869 0 14 2 1 149 8 單件計算時間 Tc Tc Td Te n 1 149 0 013 1 162 5 夾具設計 5 1 鉆夾具 23 本次設計的夾具為第 30 道工序鉆 28 的孔 該夾具適用于搖臂鉆床 5 1 1 確定設計方案 5 1 2 定位與夾緊 本工序所加工的孔是垂直于 95 的孔 按照基準重合原則 以 95 孔和 端面定位 若工件以 95 端面放在支撐板上定位 夾緊較穩(wěn)定 夾具以鉆模板面和孔定位 用螺栓夾緊 工件以 95 的孔和端面在夾具上定位 限制了 5 個自由度 另一個個自 由度也必須限制 方案 95 的孔和端面在夾具上定位 限制了 5 個自由度 再以 V 型塊定 位 限制一個自由度 在鉆模板留一個通孔 采用壓板螺栓夾緊 這種方 案定位可靠 加緊也較方便 為了不影響鉆孔 能快速 準確的確定刀具 和夾具的相對位置 鉆夾具上設有引導刀具的部件鉆套 因為沒有很多工 序 所以用固定鉆套 鉆套與工件之間有排屑空間 鉆模類型選擇 根據(jù)工件的尺寸 形狀 重量加工要求和對比確定為固定鉆模 該鉆模 加工的孔的直徑為 28 加工精度要求不是很高 所以適用于本套工 序 計算夾緊力并確定螺桿直徑 因為夾具的夾緊力與切削方向相反 實際所需夾緊力 F 夾與切削力 F 之 間的關系為 F 夾 KF 取 K 2 由前面的計算可知 F 1256N 所以 F 夾 1256 2 2412N 參考文獻 5 表 4 97 從強度考慮 因一個 M12 的螺栓能承受 3924N 24 的許用夾緊力 所以用 M12 的螺栓完全能滿足強度要求 所以這里選 用 M12 的螺栓 定位精度分析 30 的孔是在一次裝夾下完成加工的 它的位置精度由鉆模保證 精 度要求也很高 與其有關的夾具尺寸如 50 的尺寸公差參考文獻 7 表 1 4 24 取工件公差的 1 4 即夾具尺寸公差為 鉆套與孔同軸度 中心尺寸由鉆模決定 定位心軸與孔的配合參考文獻 3 表 2 7 選 為 最大配合間隙為 0 01 0 034 0 044mm 心軸相對于孔的最大位移量為 0 022 它不應該超過工件公差的 1 3 即 1 3 襯套與夾具體模板的配合為 H7 g6 鉆孔時 刀具與導 套內(nèi)孔的配合為 F8 h6 此外 夾具上還應標注一下技術要求 鉆套軸線與定位面的垂直度為 0 1 定位面的平面度為 0 05mm 定位 面與夾具安裝面的垂直度為 0 008mm 夾具定位孔與臥軸轉臺定位銷的配合為 95 H7 g6 夾具定位銷與臥軸 轉臺檔的配合 操作說明 工件在安裝在底座芯軸上 裝上壓板 擰緊壓緊螺栓 找正 然后擰緊 夾緊螺栓 以鉆套定位 先鉆孔 28 工件在夾具體上的精度分析 影響加工精度的因素 用夾具夾裝工件進行機械加工時 其工藝系統(tǒng)中影響工件精度的因素很 25 多 與夾具有關的因素有定位誤差 D 對刀誤差 T 夾具在機床上的 安裝誤差 A 和夾具誤差 T 機械加工工藝系統(tǒng)中 影響加工精度的 其他因素統(tǒng)稱為加工方法誤差 G 上述各項誤差均為導致刀具相對于 工件的位置不夠準確 從而形成總的加工誤差 26 6 參考文獻 1 李益民 機械制造工藝設計簡明手冊 哈爾濱工業(yè)大學 機械工業(yè)出版社 2 李洪主機械加工工藝手冊 北京 北京出版社 1990 3 桂定一丶徐茂功 公差配合與技術測量 機械工業(yè)出版 社 4 金屬機械加工工藝人員手冊修訂組 金屬機械加工工藝人員手 冊 上海 上?？茖W技術出版社 1979 5 艾興 肖詩剛 切削用量手冊 機械工業(yè)出版社 1983