前 言 設(shè)計是高等工業(yè)學(xué)校教學(xué)中的一個主要組成部分 ,是專業(yè)學(xué)習(xí)過程是最后的一個主要的實踐性的教學(xué)環(huán)節(jié) ,是培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和科學(xué)工作方法重要的實踐性的過程 . 設(shè)計的目的和要求在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和技能去分析和解決機械工程實際問題的能力 .熟練生產(chǎn)技術(shù)的工作的一般方法 ,培養(yǎng)學(xué)生樹立工程技術(shù)必備的全局觀點 ,生產(chǎn)觀點和經(jīng)濟觀點 .樹立正確的設(shè)計思想和嚴肅認真的工作態(tài)度 ,培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究 ,查閱技術(shù)文獻資料 ,手冊進行工程運籌 ,圖樣的繪制及編寫技術(shù)文件的獨立工作能力 . 畢業(yè)設(shè)計 ,我們通過 到衡陽建湘柴油機廠的實際調(diào)研 ,對設(shè)計內(nèi)容有了基本的了解 ,并仔細觀察和了解各加工工序的加工過程 ,查閱了大量的資料 ,在老師的指導(dǎo)下完成了設(shè)計任務(wù) ,并編寫了設(shè)計說明書 . 就我個人而言，我希望通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的“四化”建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。 由于能力有限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。 2 摘 要 本設(shè)計針對汽車 CA6120 活塞的生產(chǎn)技術(shù)特點 ,綜述了制造技術(shù)及其裝備的主要問題 ,重點 分析介紹非圓裙面加工、銷孔精鏜、工藝基準的關(guān)鍵作用 ,變形對加工精度的影響 ,檢測技術(shù)配套及活塞的工作環(huán)境和受力情況等關(guān)鍵問題的設(shè)計說明。及其 活塞的機加工工藝流程和 在加工過程中的專用夾具設(shè)計 。通過設(shè)計使我們更進一步熟悉了產(chǎn)品加工設(shè)計的全過程。 關(guān)鍵字： 活塞 ; 工藝 ; 夾具 Abstract This design in view of automobile CA6120 piston production technology characteristic,Summarized the manufacture technology and its the equipment main question,The key analysis introduces the non- round skirt surface processing, the cotter hole finished boring, the craft datum key function,The distortion to processes the precision the influence,Examination technology necessary and key question and so on piston working conditions and stress situation design explanation. And its piston machining technical process and in processing process unit clamp design. Caused our further through the design to be familiar with the product processing design entire process. Key words Piston; craft; jig 3 目 錄 1 對 零件進行工藝分析 4 1.1 活塞的作用 4 1.2 活塞的結(jié)構(gòu)特點 4 1.3 活塞的主要技術(shù)條件分析 5 2 CA6120 活塞工藝規(guī)程的設(shè)計 6 2.1 活塞的材料及毛坯的制造 6 2.2 定位基面的選擇 6 2.3 制定工藝工藝路線 7 2.4 機械加工余量 .工序尺寸及毛坯尺寸的確定 12 2.5 重點工序的加工說明 13 2.6 確定切削用量及基本工時 .(重點 工序 ) 16 2.7 活塞的檢驗 17 3 夾具 的 設(shè)計 鉆環(huán)油槽孔 夾具 21 3.1 問題的提出 21 3.2 夾具的設(shè)計 21 3.3 夾具設(shè)計及操作說明 26 參考文 獻 27. 附錄 致謝 28 4 1 對零件進行工藝分析 1.1 活塞的作用 活塞位于發(fā)動機汽缸內(nèi) ,作往復(fù)運動 ,當燃燒室里的混合氣體 (空氣和燃料 )點燃并膨脹時 ,活塞受到氣體的壓力 ,并經(jīng)過活塞銷及連桿將壓力送給曲柄 .氣體的吸入 ,壓縮 ,廢氣的排除 ,也都由活塞的運動來完成 .因此活塞工作的主要特點是在高溫高壓下作長時間的連續(xù)變負荷往復(fù)運動 .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 . 這里加工的是柴油機的 6120 活塞 . 1.2 活塞的結(jié)構(gòu)特點 120 活塞頂部在燃燒室 ,混合氣體在里面燃燒 ,它的容積大小決定著里面能夠容納多少混合氣體 ,也就決定了燃燒后所產(chǎn)生的壓強大小 . 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)壁上的多余潤滑油刮去 ,并通過油孔流回 ,使之不致進入燃燒室 ,活塞的裙部在活塞的工作過程中起導(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)和功能上沒有作用 . 在工作過程中將產(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 的減少乃至消失 ,以至產(chǎn)生強烈的摩擦甚至咬住 .為了補償上述的變形 ,所以把活塞的裙部設(shè)計制造成橢圓開 ,橢圓的長軸在垂直于活塞銷孔軸心線的方向上 . 活塞在工作時頂部在直接和高溫氣體接觸的 ,而裙部是間接傳來的熱量 ,故而 5 頭部的熱鼓脹量要比裙部的大 ,為了補償這種不均勻的變形 ,故把活塞頭部的外徑設(shè)計得比裙部小 ,同時頭部也設(shè)計成上小下大的錐形 . 同時在活塞裙部的銷孔附近加工出凹坑 ,用來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 IT6,為減少機械加工的困難 ,將活塞裙部和氣缸套孔徑的制造公差均放大二倍 ,裝配時按裙部的尺寸分成二組對應(yīng)裝配 ,以保證大致要求的間隙 .裙部外圓的粗糙度 Ra 1.6 m . 1.3.2 活塞銷的要求 為了使活塞銷在工作過程中能在孔中自由轉(zhuǎn)動 ,銷孔的大小要求IT6 級 ,同時為了減少機加工工作量 ,活塞和活塞孔的裝配也采用分組裝配法 ,銷孔內(nèi)圓的粗糙度 Ra 0.2 m. 1.3.4 銷孔 (活塞的 )的位置公差也應(yīng)有嚴格要求 銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比 ,也就影響發(fā)動 機的效率 ,因此控制在 90 0.05 內(nèi) . 銷孔軸心線對裙部軸心的垂直度影響活塞銷 ,銷孔和連桿的受力情況 ,過大將使活塞銷 ,銷孔 ,連桿單側(cè)受力 .活塞在氣缸套中傾斜 ,加劇磨損 ,因此這一垂直度在 100mm 長度上公差為 0.03mm. 銷孔軸心線對裙部軸心線的對稱度也會不均勻摩損 ,故而限制 . 1.3.5 活塞重量的要求 為了保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn) ,在同一發(fā)動機上各活塞的重量不應(yīng)相差太大 ,對于 6120柴油機活塞 ,同級活塞的重量差不能超過 20克 ,即活塞的重量差不得大于活塞名義重量的 2.5%.活塞在裝配的時候應(yīng)按重量進行分組 . 6 2 6120 活塞工藝規(guī)程的設(shè)計 2.1 活塞的材料及毛坯的制造 活塞在發(fā)動機內(nèi)是做高速的往復(fù)運動 ,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 （） i 11-13 ; Cu 1-2 ; Mg 0.4-1 ; Mn 0.2-0.7; Fe 0.8; 其余 l 它比鑄鐵具有以下的優(yōu)點： (1) 導(dǎo)熱性好，使 活塞頂面降溫快，可以提高發(fā)動機的壓縮比，下至于引起混合氣體自燃 ,可以提高 發(fā)動機效率 (2) 重量輕，慣性力小 (3) 切銷性能好 (4) 可以得到精確的毛坯 由于是大批大量的生產(chǎn)萬件每年，為了提高毛坯的精度，鑄出活塞的銷孔及燃燒室，減少機加工余量，故而毛坯的鑄造是采用金屬模鑄造 毛坯在機械加工前先要去澆冒口，并進行時效處理，消除鑄造時因冷卻不勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，增加強度及硬度，時效處理是將活塞加熱到，保溫小時后自然冷卻 2.2 定位其面的選擇 定位基準的選擇直接影響零件的加工精度和生產(chǎn)效率 . 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)以一個統(tǒng)一的統(tǒng)一基面定位來加工這些要求高的表面，如直接采用外圓定位的話（即設(shè)計基準）將有可以產(chǎn)生大的變形故在這里采用活塞的止口端面來作為統(tǒng)一基準 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)生基準不重合誤差，而采用的是設(shè)計基準做為定位基準 采用止口和端面（或錐面和中心錐）作為基面有下列優(yōu)點： 7 (1) 用這種定位方法可以加工裙部 ，頭部，頂面，銷孔等主要及基它次要表面，而且在有一道工序中，一次安裝就可以車削外圓，頂面，環(huán)槽 ,實現(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，就不至引起嚴重的變形，同時又可以進行多刀切削提高生產(chǎn)效率 當然也有一些缺點：如果加工一些本來不需要加工的表面，而且是一些精度要求級高的要經(jīng)過兩次加工的表面 止口對裙部外圓的同軸度誤度將影響環(huán)槽的位置精度 但總的說來，采用止口端面作為統(tǒng)一基準雖然增加了加工工時和設(shè)備 ，但它有利于保證加工質(zhì)量，故而采用它來定位是可行的 2.3 制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點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?shù)夭捎脤Ｓ脵C床配以專用夾具除此還應(yīng)考慮經(jīng)濟效果，使生產(chǎn)成本盡量下降 2.3.1 工藝路線方案一 工序號 內(nèi)容 粗車止口 粗外切槽及頂部 鉆斜面油孔 鉆環(huán)槽油孔 鉆銷座油孔 滑銷座油孔 粗鏜銷孔 精車止口及頂錐 精切細外環(huán) 光令岸倒角 10. 精鏜銷孔（順鏜） 11. 挖銷孔卡簧槽 12. 切小槽 13. 靠模車裙部 14. 車凹部 15. 車燃燒室 16. 精車頂部及倒角 17. 鉆凹坑 8 18. 車燃燒室口 19. 銑噴油道曲線 20. 清洗 21. 滾壓銷孔 2.3.2 工藝路線方案二 工序號 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 9 2.3.3 工藝方案的比較與分析 (1) 通過比較可以發(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 ,在實際工資的生產(chǎn)中 ,鋁活塞的毛坯一般都是鑄出錐形銷孔 (便于拔模 ),而銷孔是許 多工序加夾緊力的部位 ,故應(yīng)在粗鏜止口這后即對銷孔進行粗鏜 ,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 ,由于成形車刀有進給運動 ,是很難加工出球形燃燒室 和保證燃燒室的容積的 .故應(yīng)像方案二那樣 ,光滑油池底 ,在燃燒室底部鉆一個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 ,同時對精鏜銷孔工序定位基準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 ,它用止口及端面定位 ,消除五個自由度 ,剩下的轉(zhuǎn)動自由度用一根裝在尾座套筒中的菱形銷插入銷孔中來定位 ,從而保證精鏜的加工余量均勻 ,當活塞被壓緊后 ,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的要求 ,即設(shè)計基準是頂面 ,而定位基準是止口及其端面 ,產(chǎn)生了基準不重合的誤差 ,這種情況下要對工序尺寸進行換算 ,提高某些尺寸精度 ,這種就會使成本提高 . 10 圖 3.1 端面和止口定位精邇銷孔 為了使工藝基準和設(shè)計基準重合 ,可以用頂面代替端面作為基面 ,即倒鏜銷孔 , 同時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 ,故倒鏜時采用外圓和頂面來定位的話 ,就能很好保證其精度要求 .則采用外圓定位時應(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產(chǎn)生變 形 ,故是采用一個 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 ,同時也應(yīng)適當?shù)氖┘訆A緊力 . 如圖 3.2所示 11 圖 3.2 用裙部外圓和頂面定位夾具簡圖 工序的安排為 ,首先加工階段的劃分 ,劃分加工階段應(yīng)將粗精加工分開 ,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程 ,可分為粗精加工兩個階段 .工序 6 以前為粗加工階段 ,包括對各主要表面如止口、外圓、環(huán)槽等進行的粗加工 ,同時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 .從工序 7開始為精加工階段 .工序 7為轉(zhuǎn)折點 ,在此工序中對精基準進行修整 ,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程屬于大量生產(chǎn) ,它的特點是按工序集中原則 ,采用了較多的高效率的專用機床和專用工夾量具 ,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鉆六個和八個孔 ,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 ,而且采用自動化程度較高的專用機床和工夾量具 ,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 ,不公減少了輔助時間 ,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 工序內(nèi)容 設(shè)備 1. 外圓定位粗車端面及其止口 在 C6120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 多刀半自動車床 C730 4. 鉆斜面油孔 Z521 5. 鉆環(huán)槽油孔 Z521 6. 鉆 .滑銷座孔 轉(zhuǎn)塔鉆床 7. 精車止口及頂錐 (外圓定位 ) 專用鉆床 8. 止口定位精切細外 .光令岸 .倒角 多刀自動車床 9. 止口定位切小槽及精切梯形槽 C6120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 C6120 13. 外圓定位頂面為基準倒精鏜銷孔 金鋼鏜 14. 挖卡簧槽 車床 15. 滑油池底 Z535 12 16. 車燃燒室 C6120 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 搖臂鉆 2.4 機械加工余量 .工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6120 活塞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械加工余量 ,工序尺寸及毛坯尺寸如下 : 126 x 156(mm) 2.4.1 止口的加工余量 總余量 :3mm 粗車余量 :2.6mm 精車余量 :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 13 精車之后細車加工余量 : 0.25 mm 粗車之后精車的加工余量 : 0.6 mm 粗車的加工余量 : 2.15 mm 2.5 重點工序的加工說明 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加工過程中的工藝基準 ,其加工精度要求當然是相當高的 ,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 長三爪支承釘圖 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 ,所以把長爪加長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桿決定 .即當?shù)都苓M給時 ,長桿和刀架一起移動 ,當長桿的頭部與活塞的內(nèi)頂部接觸時 ,微支開關(guān) (連在長桿上的 )被觸動而使刀架停止進給 ,以保證工序尺寸 ,這種用長桿控制工序尺寸的好處在于 :毛坯的制造誤差不會影響燃燒室的壁厚 ,但是它同樣也會帶來一個缺點 ,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 14 加工出的外圓表面就會造成壁厚不均勻 ,如果毛坯的外圓與內(nèi)壁的同軸度誤差不大時 ,則用上述方法就不會造成很的壁厚差 ,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 ,再進行斜面及孔座的加工 ,精車止口的加工 .這是因為在精車止口是統(tǒng)一的基準 ,因此在精加工之前必須先提高它的精度對它先進行精加工 . 這時由于外圓已加工過而精車止口的切削用量不大 ,故可以用 V型塊對外圓進行夾緊 ,又由于頂面需加工出一頂錐 ,所以可以用兩個支承導(dǎo)軌來支承頂面 ,這樣就限制了工件的 5 個 自由度 ,只剩一個垂直方向的轉(zhuǎn)動自由度 ,這樣就可以同時在上面精車止口 ,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)要求中對環(huán)槽 側(cè)面的垂直度 .圓跳動和槽 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 ,會使刀具在切削過程是產(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 Ra0.63 m 為了保證槽寬的尺寸精度 ,必須將切槽刀寬度的浮動嚴格限制在 0.005mm 以內(nèi) ,為了保證槽的側(cè)面和裙部的軸心線垂直 ,除了刀架溜板的運動方向應(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 ,必須使工件相對于刀具有一個附加的往復(fù)運動可以用靠模法來實現(xiàn)上述的往復(fù)運動 .即在車床的工件 頭架 .尾架和工件都安裝在一塊板上 ,板用兩個以 O 為回轉(zhuǎn)軸的鉸鏈與工件臺連接 ,在工件軸的后端裝 一橢圓形的靠模 .靠模和一個固定在工作臺上的滾動軸承相接觸 .當工件和靠模一起轉(zhuǎn)動時 ,由于靠模的橢圓外形 ,就使整塊板同工件頭架 .工件產(chǎn)生擺動以獲得那種往復(fù)運動 .但在工件型號或橢圓度改變時 ,就必須更換靠模 . 如下圖 2.5.2所示 : 15 靠模工件靠模滾圖 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)動機和正常運轉(zhuǎn)對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 ,表面粗糙度為 0.63 m,橢圓度和錐度不大于 3 m.這樣高的精度和光潔度 ,用一般的孔加工方法是很難達到的 .假如 :鉆、擴、鉸工藝在一般情況下只能達到 7 級精度和 1.25 m,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 ,所以能達到很高的加工精度 .銷孔精鏜的一個主要問題是定 位基準的選擇 ,止口作為統(tǒng)一基準 ,也應(yīng)作為銷孔精鏜的定位基準 .但是車間實踐證明以止口定位 ,由頂面夾緊不能保證其加工精度 .如下圖 2.5.3所示說明在夾緊力 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)驗掌握 ,難以防止銷孔不變形 . 為此對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)計基準 ,尺寸 A1可直接獲得不必進行尺寸換算 .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 . 16 工件止口定位 頂面定位圖 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 . (重點工序 ) 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 機床 : 740金鋼鏜床 刀具 : 精鏜專用鏜刀 2.6.2 計算切削用量 鏜刀的進給量為： 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 機動時間的定額定義 :在一定的技術(shù)組織條件下制定出來的完成單位產(chǎn)品某頂工作所必須的時間 ,時間定額是安排生產(chǎn)計劃核算成本的重要依據(jù)之一 ,也是設(shè)計或擴建工廠或車間時計算設(shè)備和人員數(shù)量的重要資料 ,時間定額中的基本時間則要根據(jù)切削用量和行程長度來確定 ,其余的組成時間則根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定 . 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 17 T組織服務(wù) =(5-7)%T基本 T間隙 =(2-6)%T基本 T準備終結(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基本的計算如下 : T基本 =(L1+L2+L3)i/ns i 為走刀次數(shù) ; s 為每轉(zhuǎn)進給量 ; n 為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 車刀 L1=3-5mm L2=2-3mm 則 T基 本 =(147+3+2)/170*0.1 0.88min T基本 =1.32min 2.7 活塞的檢驗 為了保證活塞達到規(guī)定的技術(shù)條件 ,必須在加工中及加工完畢后進行技術(shù)檢查 ,最后檢查的項目有 . (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 (5) 檢查銷孔軸心線對裙部軸心線的垂直度和對稱度 ,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主要技術(shù)條件的檢驗方法簡述如下 : 2.7.1 裙部直徑 和橢圓度的測量 18 千分表工件圖 2.7.1 裙部直徑和橢圓度的測量 簡圖 測量方法 如圖 2.7.1所示 ,先用一個直徑已知的標準件對好千分尺的零位 ,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 .由于標準件的直徑是已知的 ,因此工件的直徑也可得到 ,測量所得的尺寸即為裙部橢圓的長軸 ,將工件轉(zhuǎn)過 90 度 ,再測量一次 ,即得裙部橢圓的短軸將為裙部橢圓度的在最后檢查時 ,按裙部橢圓的長軸將活塞分組 . 由于鋁合金的熱膨脹系數(shù)比較大 ,測量時氣溫的變化對測量結(jié)果 的很大的影響 ,因此必須排除氣溫變化對測量產(chǎn)生的影響 . 有條件的工廠可以在恒溫室內(nèi)進行測量 ,無條件的工廠就需要經(jīng)過一定的試驗 ,測量出不同氣溫下活塞直徑變化的規(guī)律 .根據(jù)這種規(guī)律來校正測量結(jié)果 ,同樣也可以達到檢驗的目的 . 2.7.2 銷孔軸線與裙部軸心線的測量 19 工件千分表圖 2.7.2 銷孔軸線與裙部軸心線的測量 在測量時用如上圖 2.7.2 所示的檢驗夾具 ,在銷孔中插入適當尺寸的檢驗心軸承 1 .將活塞以端面向下放在夾具平板上 ,并使檢驗心軸與兩根圓柱 2 接觸 ,將活塞連同心軸一起移動 ,記下千分表的最大讀數(shù) . 20 然后將活塞及心軸在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動 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稱度 ,這種測量方法實際測量的是軸心側(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稱度等于 1/2 |l1-l2|. 2.7.3 銷孔軸心線對裙部軸心線的垂直度的測量 圖 2.7.3 銷孔軸心線對裙部軸心線的垂直度的測量簡圖 檢驗夾具如下圖 2.7.3 所示 ,在銷孔中插入適當尺寸的檢驗心軸 ,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最大讀數(shù) ,然后把活塞和心軸在水平面上轉(zhuǎn)過 180 度 ,在心軸的另一端讀得另一最大讀數(shù) ,設(shè)兩次測量點間的距離為 L.則兩次讀數(shù)的差即為距離 L上垂直度 ,這樣的測量方法實際上是測量心軸上母線上在 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 ,這一數(shù)才能代表銷孔軸心線與裙部軸心線的垂直度 . 21 3 專用 夾具設(shè)計 鉆環(huán)油槽孔夾具設(shè)計 為提高勞 動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度需要設(shè)計專用夾具。 經(jīng)過與指導(dǎo)老師 商 討 ，決定設(shè)計第 8 道工序 鉆環(huán)油槽孔的鉆床夾具，本夾具將用于自制專用鉆床，刀具為 6把 4.5高速鋼鉆頭，對工件的環(huán)油槽 6孔同時進行加工。 3.1 問題的提出。 本夾具主要用 4.5 鉆 頭 同時鉆環(huán)油槽的 6個孔，這 6個孔和環(huán)油槽有一定的技術(shù)要求： 1.油孔應(yīng)在環(huán)油槽正中、 2.環(huán)油槽圓周上的油孔應(yīng)在名義位置上 1的偏差范圍內(nèi)。經(jīng)工藝過程分析本工序是在粗切環(huán)油槽之后精車之前進行的，孔內(nèi)壁粗糙度要求為aR=12.5m，由此可知只要保證位置精度用 4.5鉆 頭 一次走刀即可，同時應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。 3.2 夾具設(shè)計。 3.2.1 定位基準的選擇 由零件圖可知其設(shè)計基準是裙部圓心和環(huán)油槽，為了使定位勞靠符合設(shè)計要求，這里以裙部內(nèi)壁及底面為定位基準，為便于工件的裝夾特在夾具中設(shè)計止口胎、防轉(zhuǎn)銷做定位裝置。 止口胎通過與活塞止口與底面的配合限制了工件的 X、 Y軸移動及轉(zhuǎn)動以及 Z 軸的移動，防轉(zhuǎn)銷限制工件的 Z 軸方向的轉(zhuǎn)動，從而完全定位。 為提高 加工效率，現(xiàn)決定采用專用自制機床 對 6孔同時進行加工。同時為了縮短輔助時間，準備采用液壓夾緊。 3.2.2 切削力及夾緊力的計算 刀具：高速鋼標準鉆頭， 4.5 由材料為鋁硅合金， HB=110140，確定走刀量 f=0.15mm/r v=40m/min 軸 向 力 F=CF d FX0 fFy KF （ N） 3.1 切削扭距 M=CM d MX0 fMy KM 103 （ N m） 3.2 其中 CF =304.11， d0=4.5， xF =1， yF =0.8， CM =117.2， xM =1.9， yM =0.8 22 KF ， KM 為切削條件變化后，切削力的修正系數(shù) ?。?KF =KM =1.2 按公式得： F=360N M=0.54 N m 設(shè) 6 把鉆刀在理想狀態(tài)下同時對工件進行切削：分析受力，簡圖如下圖 3.1受力在活塞中心點 O對稱，而使合力 F合=0，但實際由于零件和夾具的制造誤差綜合考慮在垂直水平方向存在誤差 = 1mm 內(nèi)，本計算為保證零件加工精度，取其最大值，受立分析圖如圖 3.2?；钊鄬Φ酌?O, 有如箭頭所示的轉(zhuǎn)距力 M。 圖 3.1 受力圖 圖 3.2 受力圖 由零件圖可知： L，左 OF=93.55mm， L 2,oo =60mm， =1mm F=F1=F2=F3=360N 所以得： F左=2FCOS22 +F=1027.6N M=F左=1.0276N 為平衡此力，應(yīng)在活塞工件頂面加一個力平衡此力。設(shè)此力為 F緊，由此可知此力應(yīng)滿足： F緊 L 2,oo =M 得： F緊=17.13N 由此可以看出實際 所需 壓緊力要求并不大，但在實際生產(chǎn)中 6 把鉆刀對工件同時鉆削是很難保證的，由于機床精度等各方面因素的影響，有可能 6 把中的 1 把先著工件，也有可能先著 2 把， 3 把， 4 把， 5 把。綜合考慮最大力，即為在同一側(cè)3 把刀先著工件，而相對一側(cè) 3 把刀后鉆，簡單說就是 F1、 F2、 F3 先受 力進行鉆削， F4、 F5、 F6 后受力鉆削，反之亦然。使孔加工產(chǎn)生很大變形，而不能滿足加工要求。我們必須考慮平衡此力，設(shè)平衡力為 F1緊，作用點在活塞頂面，方向向下。有公式： 23 F左 93.55= F1緊 60 3.3 得 F1緊=1600.5N 由于活塞件屬薄壁件，應(yīng)考慮在此壓緊力情況下活塞不致變形，通過加工試測可知工件的變形不會影響后續(xù)工序的進行，能夠保證加工質(zhì)量。綜上所述，采用此壓緊力 F1緊=1600.5N進行夾緊。 由于本自制專用機床采用液壓傳動帶動刀架沿導(dǎo)軌做軸向進給。綜合考慮為 提高勞動效率，降低勞動強度，從提高自動化方面考慮。固使用液壓夾緊，機床進給及夾緊結(jié)構(gòu)簡圖如圖 3.3 所示 ，本處只畫出其中一把鉆頭運動，其余五把君按零件孔角度分布。工件夾緊后進給缸 通過前端的錐形盤使杠桿帶動刀架移動做 軸向進給。 壓緊缸進給缸鉆頭聯(lián)軸器主軸電機刀架工作臺杠桿錐形推盤壓緊放松退刀進給 24 圖 3.3 機床進給系統(tǒng)及液壓傳動簡圖 3.2.3 夾緊液壓系統(tǒng)設(shè)計 對系統(tǒng)進行分析 為加工夾緊 操作 方便 ，特擬訂液壓系統(tǒng)工作循環(huán)為： 手工安裝活塞按電鈕自動夾緊鉆刀快進鉆刀工進鉆刀快退夾具松開手工卸活塞。 夾緊系統(tǒng)采用單向閥與蓄能器的保壓回路，使夾緊油壓力與系統(tǒng)的調(diào)整壓力一致。夾緊液壓缸與刀架移動進給液壓缸的動作次序采用單向順序閥來完成，并采用壓力繼電器發(fā)訊啟動刀 架移動進給液壓缸工作，以簡化電氣發(fā)訊與控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性。綜上考慮可以擬訂出如圖 3.4所示液壓系統(tǒng)簡圖及工作原理。 所示液壓傳動系統(tǒng)中采用三位四通閥是為了使刀架能在任意位置停留并換向平穩(wěn)，二位四通閥在失電時，使夾緊缸處于夾緊狀態(tài)的目的是為了增加安全可靠性，并可延長電磁鐵使用壽命。 確定系統(tǒng)工作壓力 由外負載 R=1600.5N，可以初定系統(tǒng)壓力為 0.81MPa，取系統(tǒng)壓力為 0.8MPa 確定液壓缸的幾何參數(shù) D=14PR=6108.014.35.16004 0.051m=51mm 3.4 取液壓缸系列化標準尺寸為： D=63mm d=32mm 確定夾緊裝置各類控制閥 系統(tǒng)工作壓力為 0.8MPa，油泵額定最高壓力為 1.5MPa，所以可以選取額定壓力大于或等于 2.5MPa的各種元件。其流量分別按照實際情況選取。由于本系統(tǒng)工作壓力非常低，目前中低壓系統(tǒng)的液壓元件分別按 6.3MPa系列的元件，所以選取 溢流閥型號為： P-B10B 二位二通電磁換向閥型號為： 24D-10B 單向閥型號為： I-10B 壓力繼電器型號為： DP1-63B 25 單向順序閥型號為： XI-B10B 蓄能器為 NXQ-06/10-I 型膠囊式蓄能器，當 P=15%時，其有效補油體積為： V=0.07L。 （ 5） 檢驗較核液壓系統(tǒng)的工作可靠性 F=1600.5N 無桿腔面積為： A= （2D） 2 =3.14（2063.0） 2 =0.003115665m2 3.5 所以得工作壓力為： P=AF=0.513694MPa 3.6 在第中選擇的個各類控制閥壓力范圍 為 0.32.5M