題目： 柴油機(jī)活塞零件加工工藝
及其夾具設(shè)計(jì)
學(xué) 號(hào)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)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(jī)械加工工藝文件（三卡）；
3.繪制夾具裝配圖及全套非標(biāo)零件圖；
4.編寫設(shè)計(jì)說明書；
1零件的分析
1.1 活塞的作用
活塞是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主要零件之一，它承受交變的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”。
活塞的第一個(gè)作用：使發(fā)動(dòng)機(jī)做功。在活塞工作的壓縮過程當(dāng)中，燃燒室內(nèi)的混合氣體被火花塞點(diǎn)燃后爆發(fā)，膨脹爆發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力，推動(dòng)活塞沿氣缸向下運(yùn)動(dòng)，并通過活塞銷和連桿使活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的來(lái)源。
活塞的第二個(gè)作用：密封。發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由進(jìn)氣，壓縮，做功，排氣這四個(gè)行程不斷往復(fù)來(lái)完成的。不斷地循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能連續(xù)地工作，這就要求發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)活塞頂以上的空間要有非常好的密封效果。
1.2 活塞的結(jié)構(gòu)組成
一般活塞都是圓柱形體，根據(jù)不同發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件和要求，活塞本身的構(gòu)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(gè)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?；钊敹送耆Q于燃燒室的要求，頂端采用平頂或接近于平頂?shù)脑O(shè)計(jì)，這樣有利于活塞減少與高溫氣體的接觸面積，使得應(yīng)力分布均勻。多數(shù)汽油機(jī)采用平頂活塞。但有些發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)雜的形狀，設(shè)有一定深度的凹坑作為燃燒室的一部分?；钊陌疾鄢蔀榄h(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(jī)油進(jìn)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(fù)運(yùn)動(dòng)中垂直的姿態(tài)，也就是活塞的導(dǎo)向部分。為保證在正常工作條件下活塞與氣缸內(nèi)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(yīng)作為橢圓形，并使橢圓的長(zhǎng)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(gè)油孔，用作潤(rùn)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(shù)條件分析
1.環(huán)槽側(cè)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(shí)體狀態(tài)時(shí)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(duì)裙部軸心的垂直度在100mm長(zhǎng)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(chǔ)存潤(rùn)滑油，使發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)裙部軸心線的對(duì)稱度誤差也會(huì)引起不均勻摩擦，從而應(yīng)當(dāng)限制；改善活塞的機(jī)械加工性能，在活塞的制造過程中對(duì)銷孔尺寸、外圓尺寸和重量進(jìn)行分組。
2 零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1確定零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)
產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)就是年生產(chǎn)量。生產(chǎn)綱領(lǐng)及生產(chǎn)類型與工藝過程的關(guān)系十分密切，生產(chǎn)綱領(lǐng)不同，生產(chǎn)規(guī)模也不同，工藝過程的特點(diǎn)也相應(yīng)而異。
零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)通常按下式計(jì)算：
N=Qn（1+α+β）
式中：N為零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)，件/年；Q為產(chǎn)品的年產(chǎn)量，臺(tái)/年；n為每臺(tái)產(chǎn)品中該零件的數(shù)量，件/臺(tái)；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(dòng)機(jī)的年產(chǎn)量為80000輛，發(fā)動(dòng)機(jī)為6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，n=6；α＝3%；β＝1.5%。
所以活塞的年產(chǎn)量為：
N=Qn（1+α+β）＝
查有關(guān)表格，確定活塞的生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)。
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(duì)活塞零件材料的要求
活塞是在高溫、高速、高負(fù)荷的條件下工作的，對(duì)它的設(shè)計(jì)要求有：
① 需要選用耐磨性好、熱強(qiáng)度好、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)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(qiáng)度、剛度符合要求，盡量減輕重量，避免應(yīng)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(dòng)面上有足夠的潤(rùn)滑油。
為滿足上述設(shè)計(jì)要求，活塞的材料除了少數(shù)采用鑄鐵外，大部分采用導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)較底的硅鋁合金代號(hào)ZL101。鋁活塞除了導(dǎo)熱性能好外，還具有重量輕、易加工等特點(diǎn)。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(jī)械加工余量，同時(shí)還可以保證活塞間較小的重量差，適合批量生產(chǎn)。所以共晶鋁硅合金是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)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(chǎn)批量上看，屬于大批量生產(chǎn)，宜采用精度和生產(chǎn)率都較高的毛坯制造方法，以減少材料消耗和機(jī)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(jié)構(gòu)上來(lái)看，該零件屬于外形較復(fù)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(shí)可以減少切削加工或不進(jìn)行切削加工。從鑄鋁材料的強(qiáng)度來(lái)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(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。定位基準(zhǔn)選擇得正確、合理，可以保證零件的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。反之，就會(huì)使加工工藝過程問題百出，嚴(yán)重的還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，是生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。
2.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇
選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)考慮兩個(gè)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(yīng)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(yīng)選擇重要表面為粗基準(zhǔn)。
（2）不加工表面原則。
若在設(shè)計(jì)上要求保證加工面與不加工面的相互位置精度，則應(yīng)選不加工表面為粗基準(zhǔn)。
（3）余量最小原則。
如果零件上每個(gè)表面都要加工，則應(yīng)該選加工余量小的表面為粗基準(zhǔn)，以避免該表面在加工時(shí)因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件報(bào)廢。
（4）使用一次原則。
粗基準(zhǔn)一般只在第一工序中使用一次，盡量避免重復(fù)使用。
（5）平整光潔原則。
作為粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)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(duì)這些粗基準(zhǔn)選擇原則以及對(duì)零件的加工工藝分析的綜合考慮，得出初步選擇的粗基準(zhǔn)為活塞零件的外圓表面。
2.3.2 精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)選擇時(shí)，應(yīng)主要考慮保證加工精度和工件裝夾方便可靠。一般應(yīng)考慮以下原則。
（1）基準(zhǔn)重合原則
應(yīng)盡量選擇零件上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差。
（2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則
盡可能采用同一基準(zhǔn)定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。這樣可以減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，便于保證各加工表面的相互位置精度。
（3）自為基準(zhǔn)原則
某些表面精加工要求加工余量小而均勻時(shí)，長(zhǎng)選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)。
（4）互為基準(zhǔn)原則
對(duì)工件上兩個(gè)相互位置精度要求很高的表面進(jìn)行加工時(shí)，需要用兩個(gè)表面相互為基準(zhǔn)，進(jìn)行反復(fù)加工，以保證位置精度要求。
（5）所選精基準(zhǔn)應(yīng)保證工件定位準(zhǔn)確，夾緊可靠，操作方便
定位基準(zhǔn)應(yīng)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(chǎn)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(gè)統(tǒng)一的基面定位來(lái)加工這些要求高的表面。針對(duì)活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此采用了活塞的輔助精基準(zhǔn)止口內(nèi)孔和端面來(lái)作為統(tǒng)一的基準(zhǔn)。在加工回油槽、環(huán)槽、外圓和頂面時(shí)，就是采用了這個(gè)精基準(zhǔn)定位。也符合了“基準(zhǔn)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(kuò)銷孔時(shí)采用銷座外端作為角向定位基準(zhǔn)。如采用銷孔自定位的話，定位元件不容易布置，夾具的結(jié)構(gòu)也會(huì)變得復(fù)雜。
精鏜銷孔時(shí)是以頂面為定位基準(zhǔn)，止口的精加工也是以頂面為定位基準(zhǔn)的，這樣也減少了由于基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)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(zhǔn)面有下列優(yōu)點(diǎn)：
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(yán)重的變形，從而可以時(shí)行多刀切削。
2.4 制定工藝路線
擬定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)：應(yīng)當(dāng)是零件的幾何形狀、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)和生產(chǎn)類型已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮通用機(jī)床配以專用夾具，并盡量使得工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便降低生產(chǎn)成本?？紤]了其主體方向后，對(duì)其切削加工順序進(jìn)行初步安排。在這之前應(yīng)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(gè)零件的切削加工過程總是先進(jìn)行粗加工再進(jìn)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(zhì)量。
（2）、先主后次
零件的主要加工表面（一般是指設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面、主要工作面、裝配基面等）應(yīng)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(jìn)行加工。
（4）、先基準(zhǔn)后其他
作為精基準(zhǔn)的表面要首先加工出來(lái)。
通過對(duì)這些原則的掌握以及對(duì)零件各個(gè)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(shí)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(cè)銷座凹孔
6. 止口定位鉆活塞銷孔
7. 銑回油槽
8. 擴(kuò)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(cè)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(kuò)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(zhǔn)加工活塞；方案二是先加工銷孔，再定位止口加工活塞。在實(shí)際生產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)。
2.5 活塞毛坯尺寸、加工余量、工序尺寸的確定
零件機(jī)械加工工藝路線擬定后還需要對(duì)每一道工序進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括：確定每一工步的加工余量，計(jì)算各工序尺寸及公差，選擇各工序所使用的機(jī)床及工藝設(shè)備，確定切削用量計(jì)算工時(shí)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(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用的毛坯是金屬模鑄造出來(lái)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(duì)銷孔進(jìn)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(jī)械加工余量對(duì)工藝過程有一定的影響，余量不夠，不能保證零件的加工質(zhì)量，余量過大，不但增加機(jī)械加工勞動(dòng)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(nèi)部粗糙度為0.2。查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表4-27,得鉆孔加工余量為2.5mm，擴(kuò)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(shè)計(jì)》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(shè)計(jì)》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(zhǎng)度10mm 查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》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(shè)計(jì)》，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(jí)
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(kuò)
2.5
H11
φ26.2
擴(kuò)
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(shí)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(jī)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(jiǎn)明手冊(cè)》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(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》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?jī)H為1.8mm，可一次走刀完成，故
b) 確定進(jìn)給量f , 根據(jù)表1.4，刀桿尺寸，，以及工件 直徑為100~400mm時(shí)
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，取f=1.02mm/r
b) 確定切削速度v
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.10，用YT15硬質(zhì)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(jiǎn)明手冊(cè)》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(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31
取
實(shí)際切削速度
所以切削用量為
⑤ 基本工時(shí)的計(jì)算
，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.26，車削時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(shí)
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，取
c) 確定切削速度v
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.10，用YT15硬質(zhì)合金車刀加工σ=630~700MPa，
，故切削速度
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，選擇
實(shí)際切削速度v’
所以切削用量為：
④ 基本工時(shí)的計(jì)算tm
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.26，y+△=1.6mm，故
[1]
2.6.2 端面的切削用量
① 機(jī)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(jiǎn)明手冊(cè)》表3.1，銑削寬度時(shí),銑削深度，故選擇,選擇標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)完成，
2） 每齒進(jìn)給量fz的確定 查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》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(jiǎn)明手冊(cè)》表3.3，=,取。
3） 確定銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和刀具壽命根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm，查標(biāo)3.8得刀具壽命為180min.
4） 切削速度vc和每分鐘進(jìn)給量vf的確定
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.9，當(dāng)，，，，時(shí)，取，，，
修正系數(shù)為：
查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表4-44，取
所以切削用量為：[2]
④ 基本工時(shí)的計(jì)算
式中，。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jī)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(jiǎn)明手冊(cè)》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?jī)H為1.8mm，故
b) 進(jìn)給量f 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4，刀桿尺寸為 ，工件直徑為60~100mm時(shí)，
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，取
c) 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jiǎn)明手冊(cè)》表1.。10，當(dāng)用YT15硬質(zhì)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(jiǎn)明手冊(cè)》表1.28得切削速度的修正系數(shù)為
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，取
。
實(shí)際切削速度vc為
所以切削用量為：
④ 基本工時(shí)的計(jì)算
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.26，，故
精車：
① 選擇機(jī)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(jìn)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(shí)，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，取。
3）選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jiǎn)明手冊(cè)》表1.10，當(dāng)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(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，取
實(shí)際切削速度vc為
所以切削用量為：
④ 基本工時(shí)的計(jì)算tm
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》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(jī)床
Z525型立式鉆床
② 選擇鉆頭:選擇高速鋼麻花轉(zhuǎn)頭，直徑。
③ 選擇切削用量
a) 確定進(jìn)給量f
按加工要求決定進(jìn)給量：查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.7，強(qiáng)度σ＜800MPa，時(shí)，。
由于，所以要乘以孔深修正系數(shù)
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.35，取
由于是加工通孔，為了避免孔即將鉆穿時(shí)鉆頭容易折斷，故宜在即將鉆穿時(shí)停止自動(dòng)進(jìn)給而采用手動(dòng)進(jìn)給[16]。
b) 確定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.12，當(dāng)時(shí)，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(shí)，。
切削速度的修正系數(shù)為：，所以
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.35，取。
所以切削用量為：
④ 基本工時(shí)的計(jì)算
式中，,入切量及超切量查《切削用量簡(jiǎn)明 手冊(cè)》表2.29得，，
所以基本工時(shí)
擴(kuò)：孔徑，孔深，通孔，精度為H12-H13
① 選擇機(jī)床
Z525型立式鉆床
② 選擇鉆頭
選擇擴(kuò)孔刀，直徑。
③ 選擇切削用量
a）確定進(jìn)給量f
按加工要求決定進(jìn)給量：查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.7，強(qiáng)度σ ＜800MPa，時(shí)，。
由于，所以要乘以孔深修正系數(shù)
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.35，取
b）確定鉆頭磨鈍和壽命
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.12，當(dāng)，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(jiǎn)明手冊(cè)》表2.14，σ=640MPa的40鋼加工性屬5類。查表2.13，時(shí)，。
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.35，取。
所以切削用量為：
⑤ 基本工時(shí)的計(jì)算tm
式中，,入切量及超切量查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.29,得，
所以基本工時(shí)tm:
精絞：孔徑，孔深，通孔，精度為H12-H13
① 選擇機(jī)床
Z525型立式鉆床
② 選擇鉆頭
選擇擴(kuò)孔刀，直徑。
③ 選擇切削用量
1）確定進(jìn)給量f
按加工要求決定進(jìn)給量：查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.7，強(qiáng)度σ＜800MPa，時(shí)，。
由于，所以要乘以孔深修正系數(shù)
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.35，取
2）確定鉆頭磨鈍和壽命 查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.12，當(dāng)時(shí)，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(jiǎn)明手冊(cè)》表2.14，σ=640MPa的40鋼加工性屬5類。查表2.13，時(shí)，。
切削速度的修正系數(shù)為：，
所以:
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.35，取。
所以切削用量為：
④ 基本工時(shí)的計(jì)算
式中，,入切量及超切量查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.29 得 ，
所以基本工時(shí)Tm:
2.6.5 止口的切削用量
① 選擇機(jī)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(jiǎn)明手冊(cè)》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(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》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?jī)H為2.6mm，可一次走刀完成，故
b) 確定進(jìn)給量f , 根據(jù)表1.4，刀桿尺寸，以及工件直徑為100~400mm時(shí)：
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，取[15]。
c) 確定切削速度v
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.10，用YT15硬質(zhì)合金車刀加工σ=630~700MPa，
，切削速度.
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，取
實(shí)際切削速度
所以切削用量為
基本工時(shí)的計(jì)算
，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.26，車削時(shí)的入切量，所以，
所以基本工時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)給量f , 根據(jù)表1.4，刀桿尺寸，以及工件直徑為100~400mm時(shí)：
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，取。
c) 確定切削速度v
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.10，用YT15硬質(zhì)合金車刀加工 σ=630~700MPa，
，故切削速度.
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.31，選擇
實(shí)際切削速度v’
所以切削用量為：
4.基本工時(shí)的計(jì)算
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.26，，故
所以基本工時(shí)Tm: [13]
3粗鏜活塞銷孔專用夾具的設(shè)計(jì)
3.1 機(jī)床夾具的作用及組成
（1）保證加工精度 用機(jī)床夾具裝夾工件，能準(zhǔn)確確定工件與刀具、機(jī)床之間的相對(duì)位置關(guān)系，可以保證加工精度。
（2）提高生產(chǎn)效率 機(jī)床夾具能快速地將工件定位和夾緊，可以減少輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
（3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 機(jī)床夾具采用機(jī)械、氣動(dòng)、液動(dòng)夾緊裝置，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
機(jī)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(duì)刀，導(dǎo)向元件夾具體、其它元件及裝置。
3.2 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)過程
主要包括工件加工任務(wù)分析，工件在夾具中的定位，工件在夾具中的夾緊，夾具在機(jī)床上的定位、對(duì)刀和計(jì)算等。
為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)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(yīng)用于機(jī)械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測(cè)等工藝過程中。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)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(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等。故機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作[9]。
3.3 夾具的初步設(shè)計(jì)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(zhǔn)。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(gè)長(zhǎng)的鏜桿同時(shí)鏜削兩個(gè)孔，以保證兩孔的同軸度，同時(shí)要保證兩銷孔也止口的位置關(guān)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(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削邊銷插入銷孔中來(lái)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(jìn)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(gè)自由度，圓柱銷端面與止口配合限制3個(gè)自由度，錐形菱形銷限制一個(gè)自由度。但加工時(shí)，菱形銷必須撤出，因此設(shè)計(jì)一活動(dòng)定位裝置，定位時(shí)前進(jìn)，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(shí)現(xiàn)工件的定位，削邊銷的運(yùn)動(dòng)采用液動(dòng)，以省去人力并能準(zhǔn)確和快速移動(dòng)。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(jìn)給的臥式單工位專用機(jī)床：
3.4定位方案設(shè)計(jì)
3.4.1 定位元件選擇
通過上述對(duì)零件加工自由度的分析，在本夾具中采用一個(gè)水平放置的平面與活塞端面相配，限制3個(gè)自由度，定位面上安裝一個(gè)凸臺(tái)對(duì)止口進(jìn)行定位，限制2個(gè)自由度，然后用一個(gè)削邊銷對(duì)活塞銷孔進(jìn)行預(yù)定位，這樣6個(gè)自由度全部限制[1]。
3.4.2 定位誤差的分析與計(jì)算
工件裝夾在夾具上進(jìn)行加工的過程中，會(huì)產(chǎn)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(guān)的誤差。
（2）、調(diào)安誤差T-A（調(diào)整和安裝誤差）：調(diào)整誤差是指夾具上的對(duì)刀元件或?qū)蛟c定位元件之間的位置不準(zhǔn)確所引起的誤差；安裝誤差是指夾具在機(jī)床上安裝時(shí)引起的定位元件與機(jī)床上安裝夾具的裝夾面之間位置不準(zhǔn)確的誤差。
（3）、加工過程誤差G：由機(jī)床運(yùn)動(dòng)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(xiàng)誤差之和等于或小于零件的相應(yīng)公差K，即：
D+T-A+G≤K
這里，我重點(diǎn)分析了定位誤差D，當(dāng)定位誤差D≤（1/3）K時(shí)，則認(rèn)為選定的方案可行。
1、定為誤差產(chǎn)生的原因。
任意一批工件在加工時(shí)，引起加工尺寸產(chǎn)生誤差的主要原因有兩類：
（1）、由于定位基準(zhǔn)本身的尺寸和幾何形狀誤差，以及定位基準(zhǔn)與定位與元件之間的間隙，所引起的同批工件定位基準(zhǔn)沿加工尺寸方向（或沿指定軸向）的最大位移，稱為定位基準(zhǔn)位移誤差，以Y表示。
（2）、由于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，所引起的同批工件工序基準(zhǔn)相對(duì)于定位基準(zhǔn)而言沿加工尺寸方向（或沿指定軸向）的最大位移，稱為基準(zhǔn)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(jì)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(chǎn)生定位基準(zhǔn)位移誤差。其基準(zhǔn)位移誤差為：
Y=（T+T+X）
公式中，T =工件定位基準(zhǔn)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(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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?yàn)樵O(shè)計(jì)尺寸為56，T＝0.16
D＝0.063略大于T/3，基本認(rèn)為可行，其所帶來(lái)的誤差可由精加工修正[4]。
3.5夾緊方案設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)滿足一下基本要求：
（1） 在夾緊過程中應(yīng)能保持工件定位時(shí)所獲得的正確位置；
（2） 夾緊應(yīng)可靠和適當(dāng)；
（3） 夾緊裝置應(yīng)操作方便、省力、安全；
（4） 夾緊裝置的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。
工件在夾緊過程中應(yīng)避免夾緊元件跟工件進(jìn)行點(diǎn)接觸。因?yàn)樵邳c(diǎn)接觸的過程中，即使有很小的夾緊力也可以產(chǎn)生很大的應(yīng)力，由于加工過程產(chǎn)生的誤差在夾緊上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)接觸的情況。在本設(shè)計(jì)中采用螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。
3.5.2 夾緊力的分析與計(jì)算
夾緊力包括力的大小、方向、作用點(diǎn)，它們的確定是夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)有利于工件的準(zhǔn)確定位，而不能破壞定位；
2.夾緊力的作用方向應(yīng)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(yīng)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(jié)合本道工序，夾緊力應(yīng)指向主要定位面，即大平面，因此夾緊力的方向應(yīng)垂直向下。
（2）夾緊力大小的計(jì)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(jī)械制造技術(shù)》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(yùn)動(dòng)速度的確定：
由HY20A液壓滑臺(tái)技術(shù)性能可知快進(jìn)速度為12m/min。[6]
3.5.3 原動(dòng)力計(jì)算
∵M(jìn)e=Wk【r`tgρ1+rztg(α+ρ`2)】/η0N.mm
其中：
Wk-實(shí)際所需夾緊力N
r`-螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑mm，參見表1-2-20
∵螺桿端部的結(jié)構(gòu)形式為點(diǎn)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
∵M(jìn)10的許用夾緊力=3924＞450.4(N)
∴M10的螺栓滿足強(qiáng)度要求[11]。
3.5.4扳手和螺栓的選用
當(dāng)用扳手扳動(dòng)M10螺栓上的六角螺母時(shí)，查表1-2-25得，
柄長(zhǎng)度L=120mm,作用力為45N，而夾緊力為3550N，遠(yuǎn)大于450.4N
∴用M10的螺栓，并用扳手長(zhǎng)度L=120mm的扳手的方案符合要求。
21