年4月19日活塞加工工藝及專用夾具設(shè)計(jì)模板資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除?；钊臋C(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計(jì)摘要:本設(shè)計(jì)經(jīng)過對(duì)內(nèi)燃機(jī)鋁活塞加工技術(shù)的發(fā)展、活塞的工作環(huán)境以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析,確定了活塞的加工過程及加工方案,其中主要包括:生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型的確定、材料的選擇、毛坯的制造方法、機(jī)械加工余量的確定、各加工工序切削用量的確定、工序時(shí)間的計(jì)算以及工序卡片的編制。最后,進(jìn)一步選擇并設(shè)計(jì)了兩套典型的機(jī)床夾具,精鏜銷孔夾具設(shè)計(jì)和鉆油孔夾具設(shè)計(jì),其中主要包括:定位方案與夾緊方案的設(shè)計(jì),分度裝置的設(shè)計(jì)、兩套夾具的工作原理以及在夾具設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該注意的問題。經(jīng)過設(shè)計(jì)分析和論證,活塞的工藝設(shè)計(jì)與夾具設(shè)計(jì)是可行的。關(guān)鍵詞:活塞、工序、機(jī)床夾具、機(jī)械加工、定位夾緊、分度裝置DesignoftheMachiningProcessonthePistonandFixtureStudent:GuoWeiTutor:DongLiang(CollegeofScienceandTechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China)Abstract:Inthepaperofthisgraduationdesign,throughthecomprehensiveexplicationofthedevelopingofaluminumpistonoftheinternal-combustionenginewhosethemachiningtechnologies,thesurroundingofworkingandtheanalysisofstructuralofthepiston.Itisconformedthetechnologyprocessandarrangeforprocessofpiston.Itmainlyincludes:produceoutlineandproducetypetobeconformed,choosematerial,themanufacturingmethodofthesemi-finishedproductofmaterial,theamountofremainingofmachineprocesstobeconformed,thecuttingdosageofeachprocesstobeconformed,calculatedtheworkingproceduretimeanddrawuptheworkingprocedure.Lastly,choseanddesignedtwosetsoftypicalmodeloftoolmachinetongs,designedthetongsofdrillingtheoilboreanddesignedthetongsofthemillingmachine.Itmainlyincludesamongthem:thepositionprojectandthepressuredesigned,thecetdegreedesign,twosetsofwrokprinciplesoftongsesandwhatwemustbenoticeintheprocessofthepistondesign.Throughtheanalysisandargument,theartsandcraftsdesignandthetongsdesignofthepistonisviable.Keywords:piston;porkingprocedure;machinetongs;manufactureprocesstechnology;locatingandclamping;indexingdevice1緒論1.1本課題的研究意義,國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件之一。它在工作時(shí)承受發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)高溫氣體的壓力,并經(jīng)過活塞銷、連桿將壓力傳給曲軸。因此活塞是在高溫、高壓和連續(xù)變負(fù)載下工作的。發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的材料為鋁合金,它的導(dǎo)熱性好、重量輕、慣性力小,并具有較好的切削加工性。鋁活塞的毛坯采用金屬模澆鑄。毛坯的精度較高,活塞銷孔也能鑄出,因此機(jī)械加工余量能夠相應(yīng)地減少。毛坯在機(jī)械加工前要切去澆冒口,并進(jìn)行時(shí)效處理,以消除鑄造時(shí)因冷卻不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。1.2本課題的基本內(nèi)容,預(yù)計(jì)可能遇到的困難,解決問題的方法和措施本課題基本內(nèi)容是某活塞機(jī)械加工工藝及其夾具設(shè)計(jì),要研究的主要內(nèi)容有:1)設(shè)計(jì)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(diǎn)和相關(guān)的技術(shù)要求,對(duì)活塞的每一個(gè)細(xì)節(jié),都應(yīng)仔細(xì)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(gè)設(shè)計(jì)加工的關(guān)鍵,必須弄懂其每個(gè)尺寸的意義。我們采用AutoCAD軟件繪制零件圖,一方面增加對(duì)零件的了解認(rèn)識(shí),另一方面增加我們對(duì)AutoCAD軟件的熟悉。2)活塞的加工工藝過程是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容,在設(shè)計(jì)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(jì)算工藝尺寸、計(jì)算工時(shí)定額以及定位誤差的分析,為了與實(shí)際加工相吻合,我們還必須對(duì)加工設(shè)備、切削用量、加工裝備等進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì),這個(gè)階段內(nèi)容較多,涉及的范圍也比較廣,為了設(shè)計(jì)的參數(shù)合理,我們必須廣泛查閱相關(guān)的書籍,達(dá)到設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)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(dòng)強(qiáng)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(jì)過程中,我們統(tǒng)一采用以端面和止口為主要定位面來進(jìn)行加工。因?yàn)槲覀兾磳W(xué)習(xí)過夾具的設(shè)計(jì)和計(jì)算。因此工作量大大地增加了,只有經(jīng)過在實(shí)習(xí)過程中對(duì)夾具的感性認(rèn)識(shí)和夾具設(shè)計(jì)參考書以及夾具圖冊(cè)來進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。因此,夾具的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn),也是一個(gè)難點(diǎn)。夾具的設(shè)計(jì)必須要保證夾具的定位準(zhǔn)確和機(jī)構(gòu)合理,考慮夾具的定位誤差和安裝誤差。我們將經(jīng)過對(duì)工件與夾具的認(rèn)真分析,結(jié)合一些夾具的具體設(shè)計(jì)事例,查閱相關(guān)的夾具設(shè)計(jì)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。1.3本課題采用的研究手段和可行性分析根據(jù)活塞零件的特點(diǎn),活塞加工不宜采用工序集中的原則,一般采用工序分散的原則來安排加工順序,因?yàn)榛钊庸ひ话銥榇笈a(chǎn),加工要求較高,且剛性較差,因此加工應(yīng)劃分階段,盡可能將粗、精加工分開進(jìn)行。逐步提高定位基準(zhǔn)的精度和加工表面的精度。在加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞零件的工藝過程中,我們必須保證其各部分的加工精度和與連接部件的裝配精度,其主要技術(shù)要求如下:1)裙部外圓要求與汽缸精密配合,尺寸公差為6級(jí)精度等級(jí),表面粗糙度Ra0.63um。2)為了使活塞銷工作時(shí)能在空中自由轉(zhuǎn)動(dòng),活塞銷孔尺寸公差為6級(jí)以上精度、表面粗糙度Ra0.16um、圓度公差0.0015mm、孔的圓柱度公差0.003mm。3)為了使活塞銷和銷孔受力均勻,減少不均勻摩擦,活塞銷孔對(duì)裙部軸線必須垂直,在100mm長(zhǎng)度上公差為0.035mm,對(duì)稱度為0.2mm。4)銷孔軸線到頂面距離為56,上下偏差為+0.08mm,-0.08mm。5)為使活塞環(huán)能隨氣缸套孔徑大小而自由地漲縮,環(huán)槽的寬度尺寸、表面粗糙度及對(duì)裙部外圓軸線的位置也有較高的要求。[1]2活塞結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1活塞的工作環(huán)境及承受的作用力活塞在氣缸內(nèi)工作時(shí),混合氣在燃燒室內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn)生的溫度超過890攝氏度;活塞高速運(yùn)動(dòng)時(shí)其加速度達(dá)到25000～70000m/s;四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)活塞頂部中心溫度在330攝氏度左右,二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)則為400到450攝氏度。由此可見,活塞是在一個(gè)高溫的環(huán)境中工作。在發(fā)動(dòng)機(jī)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,活塞承受高溫氣體壓力,并把壓力經(jīng)過活塞銷、連桿傳給曲軸?？梢娀钊窃诟邷馗邏合伦鏖L(zhǎng)時(shí)間變負(fù)荷的往復(fù)運(yùn)動(dòng),活塞的結(jié)構(gòu)就要適應(yīng)這樣的工作條件。2.2活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(gè)環(huán)槽,離頂面最遠(yuǎn)的一個(gè)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(rùn)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ZL101鋁銅合金材料鍛造,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(jiǎn)圖Fig1Pistonsketchfigure如圖1所示,平面1稱為活塞的頂面,它承受氣體的壓力,并受到高溫氣體的直接作用。兩個(gè)環(huán)行的槽2稱為環(huán)槽,其中靠近頂點(diǎn)的二個(gè)環(huán)槽稱為氣體槽,在氣體槽中放置有彈性的活塞環(huán),用以密封活塞頂面以上的燃燒室;離頂面最遠(yuǎn)的一個(gè)環(huán)槽稱為油環(huán)槽,在油環(huán)槽中放置油環(huán)(或稱刮油環(huán)),它把飛濺到氣缸套內(nèi)壁上的多余的潤(rùn)滑油刮去,使油從油環(huán)槽的小孔3中流回曲軸箱。包括頂面和環(huán)槽在內(nèi)的部分4稱為活塞頭部。其余部分5稱為活塞裙部,在活塞工作過程中起導(dǎo)向作用?；钊虚g的貫穿孔6稱為活塞銷孔,活塞孔的兩端有鎖環(huán)槽。圖中標(biāo)號(hào)7是一個(gè)短圓柱面和圓錐面的組合,一般稱為止口。它是專為加工活塞而設(shè)置的輔助基準(zhǔn)面,在結(jié)構(gòu)上和功能上沒有作用。[2]活塞在工作過程中易產(chǎn)生受力變形和熱變形。如圖2所示,活塞的曲頂面受到汽缸內(nèi)氣體壓力的作用,產(chǎn)生彈性變形.由于活塞裙部在圓周方向剛性不同,在銷孔軸線方向的彈性變形量比垂直于該方向的彈性變形量大,使活塞裙部在受力后變成橢圓。另一方面,活塞頂部與高溫氣體接觸,熱量經(jīng)過活塞頂部傳到活塞裙部,溫度升高產(chǎn)生熱變形。由于活塞裙部圓周上金屬分布不均勻,銷孔軸線方向金屬厚,熱膨脹量大;垂直于銷孔軸線發(fā)向熱膨脹量小。從而使活塞裙部由于熱變成橢圓,如圖2的虛線所示。圖2活塞在工作中的變形Fig2Deformationofthepistonatwork因此無論是受力變形或熱變形都使原來的圓柱形的裙部變成橢圓形,橢圓的長(zhǎng)軸在活塞的銷孔的軸心線方向上。這樣,比然使活塞與汽缸的間隙不均勻地減少甚至消失,以至于發(fā)生強(qiáng)烈的磨損甚至咬住。為了補(bǔ)償上述變形,由活塞裙部設(shè)計(jì)制造成橢圓形,橢圓的長(zhǎng)軸在垂直于活塞銷孔軸心線的方向上,并在活塞裙部的銷孔附近鑄出兩塊凹吭,增加裙部與汽缸內(nèi)壁的間隙。橢圓度的大小隨活塞的型號(hào)不同。在活塞上,橢圓的長(zhǎng)軸和短軸要控制在離圓位置4.3°以內(nèi),相互位置誤差在4.3°以內(nèi)。[3]另外,活塞工作時(shí),頂面和高溫氣體直接接觸,熱量由頭部傳到裙部,頭部溫度高,熱膨脹量大;裙部溫度低,熱膨脹量小。為了補(bǔ)償這種不均勻的熱變形,把活塞頭部的外徑設(shè)計(jì)的比裙部小,同時(shí)活塞裙部也設(shè)計(jì)成上小下大的錐形?；钊共康腻F度是0.015～0.040mm。為了減少向裙部傳導(dǎo)的熱量,在活塞(主要是高速內(nèi)燃機(jī)用活塞)上銑有橫槽,以減少向下傳熱的面積。在活塞上還銑有縱向槽(稍斜)以增加活塞裙部的彈性(橫向槽也有類似作用)。為了活塞的氣密性和耐磨性,增加其壽命,在氣環(huán)槽下鑲嵌一高鎳鑄鐵環(huán)。使鑄鐵的熱膨脹系數(shù)更接近ZL101,以便滿足零件要求?；钊N孔內(nèi)裝活塞銷與連桿小頭孔相連接。為了使活塞銷的磨損均勻,在工作溫度下,應(yīng)使活塞銷在活塞孔及連桿小頭襯套孔中能自由轉(zhuǎn)動(dòng),即所謂”浮動(dòng)式”活塞銷。為了避免活塞銷在工作過程中軸向竄動(dòng),在鎖環(huán)槽中裝有鎖環(huán)。[4]3活塞的工藝規(guī)程的制訂3.1制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程的原始資料及活塞的工藝分析3.1.1產(chǎn)品的零件圖(見圖紙)3.1.2產(chǎn)品驗(yàn)收的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)活塞的技術(shù)要求已由國(guó)家科委制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),對(duì)各部分的尺寸公關(guān)、形狀和位置公差以及表面粗糙度均有詳細(xì)的規(guī)定,現(xiàn)采用JB3931—85標(biāo)準(zhǔn)說明如下:(1)活塞裙部外圓要求與氣缸很精密的配合,因此裙部外圓尺寸公差一般為IT6,對(duì)于高速內(nèi)燃機(jī)要達(dá)IT5。為了減少機(jī)械加工的困難,將活塞裙部和氣缸套孔徑的制造公差放大三倍,裝配時(shí)將活塞按裙部尺寸分為三組,氣缸套按孔徑尺寸分成三組,對(duì)相應(yīng)的組的進(jìn)行裝配,以保證達(dá)到要求的間隙。裙部的橢圓度和錐度公差在分組尺寸公差范圍內(nèi)。裙部外圓粗糙度Ra≤0.63μm。[5](2)對(duì)于浮動(dòng)式活塞銷孔,為了使活塞在工作過程中能在孔中自由轉(zhuǎn)動(dòng),銷孔尺寸公差I(lǐng)T6級(jí)以上。為了減少機(jī)械加工工作量,活塞銷孔和活塞銷的裝配也采用分組裝配法,當(dāng)銷孔內(nèi)圓表面粗糙度Ra≤0.16。(3)活塞銷孔的位置公差要求如下:a.銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率,對(duì)于此活塞這一距離為56±0.08mm。b.銷孔軸心線對(duì)裙部軸心線的垂直度過影響活塞銷、銷孔及連桿的受力情況。垂直度誤差過大將使活塞銷、銷孔及連桿單側(cè)受力,活塞在氣缸中傾斜,加劇磨損,垂直度在100mm長(zhǎng)度上為0.030mm。c.銷孔軸心線在裙部軸心線的對(duì)稱度誤差也會(huì)引起不均勻磨損,對(duì)稱度公差為0.030mm。(4)為了使活塞環(huán)能隨氣缸孔徑大小的變化而自由地脹縮,對(duì)活塞環(huán)槽作下列規(guī)定:a.活塞環(huán)平面母線對(duì)裙部軸線的垂直度,且在25mm長(zhǎng)度上為0.06mm。b.活塞環(huán)槽平面對(duì)裙部軸線圓跳動(dòng)為0.04mm。c．環(huán)槽寬度尺寸公差為0.015～0.035mmd.活塞環(huán)槽上下面平面粗糙度Ra≤0.63μm。(5)為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),同一發(fā)動(dòng)機(jī)各活塞的重量不應(yīng)相差很大,重量差不得大于名義重量的2.2％?；钊粗亓糠纸M裝配。[6]n=n*m\#"0"3.1.3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(jì)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?jì)算:(1)式中:——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)(件／年);——產(chǎn)品的年產(chǎn)量(臺(tái)／年);——每臺(tái)產(chǎn)品中,該零件的數(shù)量(件／臺(tái));——備品率;——廢品率;根據(jù)零件易磨損和損壞的程度,備品率定為2.8%-4.7%,現(xiàn)取4%,此活塞屬于機(jī)械零件,一般廢品率取1%。故＝6×1×(1+4%+1%)＝6.3(萬件)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)又能夠分為大批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)。根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》中查得:本產(chǎn)品屬于輕型機(jī)械,且生產(chǎn)綱領(lǐng)為6.3萬臺(tái),遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5萬臺(tái),因此此活塞的生產(chǎn)屬于大量生產(chǎn)。結(jié)合活塞加工JB3931--85標(biāo)準(zhǔn)其工藝過程的主要特點(diǎn)為:(1)工件具有互換性,裝配采用分組選擇裝配法。(2)鑄件廣泛采用金屬模機(jī)器造型高生產(chǎn)率毛坯制造方法,毛坯精度高,加工余量小。(3)廣泛采用高生產(chǎn)率的專用機(jī)床及自動(dòng)機(jī)床,按流水線形式排列。(4)廣泛采用高生產(chǎn)率刀具、夾具和量具。(5)對(duì)操作工人的技術(shù)要求較低,對(duì)調(diào)整工人的技術(shù)要求較高。(6)必須制定詳細(xì)的工藝規(guī)程。[7]3.2活塞的材料及毛坯制造鑄造鋁合金按化學(xué)成分可分為:鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金。3.2.1材料選擇采用高碳合金工具鋼整體淬火的活塞,在工作中和釬桿接觸的平面不變形,不易產(chǎn)生裂紋,而采用低碳合金鋼滲碳淬火的活塞,在工作中和釬桿接觸的平面易產(chǎn)生變形(平面凹陷)和裂紋,如果裂紋擴(kuò)大,就會(huì)產(chǎn)生斷裂使活塞報(bào)廢。在高速柴油機(jī)中,為了減少往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)部分的慣性作用,都采用了銅硅鋁合金作為活塞材料。在低速、重負(fù)荷、低級(jí)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)中,有時(shí)用鑄鐵作為活塞材料。在汽車工業(yè)中很少用鑄鐵活塞。銅硅鋁合金比鑄鐵具有下列優(yōu)點(diǎn):(1)導(dǎo)熱性好,使活塞頂面的溫度降低較快,能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比,又不至于引起混合氣體的自燃,因而能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率;(2)重量輕,慣性力小;(3)可切削性好。但它也有一些缺點(diǎn):a.材料的價(jià)格比較貴;b.熱膨脹系數(shù)大,約為鑄鐵的兩倍;c.機(jī)械強(qiáng)度及耐磨性較差。但總的來說,鋁合金的優(yōu)點(diǎn)超過缺點(diǎn),因此在高速內(nèi)燃機(jī)中都用它。而且耐磨性方面能夠經(jīng)過鑲嵌一高鎳鑄鐵環(huán)來提高其氣密性和耐磨性,增加其壽命。3.2.2毛坯的選擇選擇毛坯應(yīng)考慮的因素:(1)零件力學(xué)性能的要求相同的材料采用不同的毛坯制造方法,其力學(xué)性能有所不同。鑄鐵件的強(qiáng)度,離心澆注、壓力澆注的鑄件,金屬型澆注的鑄件,砂型澆注的鑄件依次遞減。(2)零件的結(jié)構(gòu)形狀和外輪廓尺寸形狀較簡(jiǎn)單、壁厚均勻的毛坯可采用金屬型鑄造。(3)生產(chǎn)綱領(lǐng)和批量生產(chǎn)綱領(lǐng)大時(shí)宜采用高精度與高生產(chǎn)率的毛坯制造方法。(4)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件和發(fā)展應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和論證。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(jī)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;從零件的結(jié)構(gòu)來看,由于此零件屬于外形較復(fù)雜的小型零件,而且它的壁厚不算薄。故能夠考慮采用壓鑄、金屬鑄造、熔模鑄造等精密鑄造方法。同時(shí)能夠減少切削加工或不進(jìn)行切削加工;從毛坯的制造方法來看,鑄鋁和鑄銅等有色金屬材料適合用鑄造方法獲得毛坯;從鑄鋁件的力學(xué)性能來看,可采用金屬型鑄造的鑄件、金屬型澆注的鑄件、砂型澆注的鑄件,且強(qiáng)度依次遞減,毛坯質(zhì)量依次降低。綜上所述,該活塞零件的材料選用ZL101,該材料的成分及性能見表1,毛坯采用金屬型鑄造。用金屬型鑄型,在重力下澆注成型。對(duì)鋁合金鑄件有細(xì)化組織的作用,生產(chǎn)率高,無粉塵,可是設(shè)備費(fèi)用高,手工操作時(shí),勞動(dòng)條件差。鑄件表面的粗糙度Ra12.5～6.3μm,結(jié)晶細(xì),加工余量小。適用于成批大量的生產(chǎn)。[8]3.2.3鑄造斜度(1)鑄造斜度的大小按下列原則確定:金屬的收縮阻力大時(shí),斜度應(yīng)大;收縮量大和熔點(diǎn)高的合金,斜度應(yīng)大;鑄件需要拔模部分的尺寸大時(shí),斜度應(yīng)小,反之斜度應(yīng)大。(2)鑄件上各面斜度的數(shù)值應(yīng)盡可能一致,以便于制造模具及造型。待加工表面的斜度數(shù)值能夠大一些。表1鑄鋁101的成分及性能Tab1Compositionandpropertiesofcastaluminum101合金代號(hào)主要化學(xué)成分/％鑄造方法用途SiCuMgZnMPa%鋁硅合金ZL1016.5～7.5＜0.10.25～0.45＜0.1J,T52022形狀復(fù)雜的砂型、金屬型和壓力鑄造零件表2各種鑄造方法的最小鑄造斜度Tab2Castingmethodofcastingavarietyofslope斜度位置鑄造方法砂型金屬型殼型壓鑄外表面0°30ˊ0°30ˊ0°20ˊ0°15ˊ內(nèi)表面1°1°0°20ˊ0°30ˊ3.2.4鑄造圓角及半徑表3鑄造圓角Tab3Castingcorner鑄造方法鑄造圓角計(jì)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122—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(jì)算公式算出數(shù)值后,應(yīng)選取與其接近的機(jī)械制造業(yè)常見的標(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(duì)于金屬型鑄件一般統(tǒng)一便用R3或R5。[9]3.2.5確定的機(jī)械加工余量鑄鍛件的機(jī)械加工余量按JB3735-85確定,確定時(shí),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),由《簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)》查得:金屬型鑄件的尺寸公差等級(jí)為6～8級(jí)?？刹榈?(1)外圓的加工余量為4.0mm。(2)銷孔的加工余量為3.0mm。其它表面加工余量由零件尺寸決定(如圖3所示):圖3活塞毛坯圖Fig3Pistonroughfigure3.2.6毛坯的制造方法及工藝特點(diǎn)金屬型澆注結(jié)構(gòu)緊密,能承受較大壓力,其生產(chǎn)率較高,適用于鐵碳合金、有色金屬及其合金的大批大量生產(chǎn)。金屬型鑄造允許毛坯的最大質(zhì)量為110kg,毛坯的最小壁厚為1.5mm,形狀復(fù)雜程度一般,精度等級(jí)CT要求為6～8級(jí),毛坯的尺寸公差為0.09～0.47,表面粗糙度為Ra為12.5～6.3μm,加工余量等級(jí)為F。3.3基準(zhǔn)的選擇3.3.1定位基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)的選擇一般原則:a.選最大尺寸表面為安裝面,選最長(zhǎng)距離的表面為導(dǎo)向面,選最小尺寸的表面為支承面。b.首先考慮保證空間位置精度,再考慮保證尺寸精度。c.應(yīng)盡量選擇零件的主要表面為定位基準(zhǔn)。3.3.2粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇(1)粗基準(zhǔn)的選擇除了應(yīng)考慮以上的一般原則外,還必須考慮以下幾個(gè)原則:a.盡量選擇不加工表面作為粗基準(zhǔn),如果在工件上有很多不需加工的表面,則應(yīng)以其中與加工面的位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。b.選擇加工余量均勻的表面作為粗基準(zhǔn)。c.選擇加工余量較小的表面作為粗基準(zhǔn)。d.選作粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整,沒有澆口、冒口、飛邊等缺陷,以便定位可靠。e.粗基準(zhǔn)一般只能使用一次,特別是主要的定位基準(zhǔn),以避免產(chǎn)生較大的位置誤差。(2)根據(jù)上述的選擇粗基準(zhǔn)的基本原則,綜合以上各個(gè)原則并考慮活塞的實(shí)際情況選擇加工粗基準(zhǔn)如下:a.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?yàn)榇周嚭蟮耐鈭A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(gè)重要的表面,它的余量比較均勻。b.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)同樣能夠滿足加工要求。(3)精基準(zhǔn)的選擇:和粗基準(zhǔn)一樣,精基準(zhǔn)的選擇除了要考慮一般原則外,還有它自身應(yīng)當(dāng)注意的問題:a.盡量用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)”基準(zhǔn)重合”,以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。b.當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位能夠較方便地加工很多表面時(shí),應(yīng)盡可能的采用此組精基準(zhǔn)定位,實(shí)現(xiàn)”基準(zhǔn)統(tǒng)一”,以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。c.當(dāng)精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時(shí),應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準(zhǔn),即遵循”自為基準(zhǔn)”的原則。該加工表面與其它表面間的位置精度要求由先行工序保證。d.為獲得均勻的加工余量或較高的位置精度,可遵循”互為基準(zhǔn)”、重復(fù)加工的原則。e.有多種方案可供選擇時(shí),應(yīng)選擇定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定、加緊可靠,可使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的表面作為精基準(zhǔn)。那么根據(jù)以上的各個(gè)原則,結(jié)合實(shí)際情況對(duì)精基準(zhǔn)的選擇如下:活塞是一個(gè)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(gè)統(tǒng)一基面定位來加工這些要求高的表面。當(dāng)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(shí),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。采用止口和端面(或錐面和中心孔)作為基面有下列優(yōu)點(diǎn):a.用這種定位方法能夠加工裙部、頭部、頂面、銷孔等主要表面及其它次要表面。在一次安裝中可車削多個(gè)表面,既提高了生產(chǎn)率,又能保證這些表面的位置精度。b.活塞裙部在半徑方向的剛性差,利用止口和端面(或錐面和中心孔)定位能夠沿活塞軸向夾緊,就不致引起嚴(yán)重的變形,從而能夠進(jìn)行多刀切削。3.4擬定工藝路線機(jī)械加工工藝路線的最終確定,一般要經(jīng)過一定范圍的論證,即經(jīng)過對(duì)幾條工藝路線的分析與比較,從中選出一條適合本廠條件的、確保加工質(zhì)量、高效和低成本的最佳工藝路線。下面將從以上幾個(gè)方面來確定活塞的機(jī)械加工工藝路線。3.4.1加工方法的確定零件表面加工方法的選擇應(yīng)考慮的問題:(1)零件表面的加工方法,主要取決于加工表面的技術(shù)要求。這些技術(shù)要求還包括由于基準(zhǔn)不重合而提高了對(duì)作為精基準(zhǔn)表面的技術(shù)要求。根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求,首先選擇能保證該要求的最終加工方法,然后確定各工序、工步的加工方法。(2)選擇加工方法應(yīng)考慮每種加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度范圍;材料的性質(zhì)及可加工性;工件的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小;生產(chǎn)綱領(lǐng)及批量;工廠現(xiàn)有設(shè)備條件等。(3)加工經(jīng)濟(jì)精度分析。各種加工方法所能達(dá)到的加工經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度都是在一定的范圍內(nèi)的。任何一種加工方法只要精心操作、細(xì)心調(diào)整、選擇合適的切削用量,其加工經(jīng)濟(jì)精度就能夠得到提高,其加工表面粗糙度值就能夠減少。可是加工經(jīng)濟(jì)精度提高得愈高,表面粗糙度值減少得愈小,則所消耗的時(shí)間與成本也會(huì)愈大。生產(chǎn)上加工經(jīng)濟(jì)精度的高低是用其能夠控制的加工誤差的大小來表示的。加工誤差小,則加工精度高;加工誤差大,則加工精度低。一般來說,加工誤差和加工成本之間成反比例關(guān)系。能夠看出:對(duì)一種加工方法來說,加工誤差小到一定程度,加工成本提高很多,加工誤差卻降低得很少;加工誤差大到一定程度以后,即使加工誤差增大很,加工成本降低得很少。因此所謂加工經(jīng)濟(jì)精度是指在正常加工條件下所能保證的加工精度和表面粗糙度。(4)材料的性質(zhì)及可加工性。本零件的材料采用ZL101,它的化學(xué)成分是:Si6.5～7.5％,Cu＜0.1%,Mg0.25~0.45%,Zn＜0.1%,其余為Al。這種材料的工藝性能如下:a.切削性能:ZL101的硬度為100HB,為易切削材料。b.熱處理性能:鋁活塞毛坯在機(jī)械加工前要切去澆冒口,并進(jìn)行時(shí)效處理,消除鑄造時(shí)因冷卻不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。時(shí)效處理是將活塞加熱至210～240℃,保溫7～9h后,自然冷卻,活塞經(jīng)過時(shí)效處理后能增加強(qiáng)度和硬度。(5)生產(chǎn)率的要求。本活塞零件的生產(chǎn)類型屬于大批大量生產(chǎn)。因而對(duì)生產(chǎn)率要求就相正確比較高。綜合以上幾點(diǎn),再考慮工廠的工藝能力和現(xiàn)有設(shè)備的加工經(jīng)濟(jì)精度,查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》對(duì)擬訂本零件的加工方法如表4。3.4.2加工階段的劃分按加工性質(zhì)和作用不同,工藝過程一般劃分如下加工階段:粗加工階段;半精加工階段;精加工階段;光整加工階段。它們的主要工作與要求如表5所示。表4加工方法的擬訂Tab4Processingmethodofpreparation加工步驟加工方法外圓的加工活塞裙部外圓的精度要求為IT6～I(xiàn)T5,表面粗糙度要求為Ra≤0.63,材料為ZL這樣對(duì)于活塞外圓的加工選用:粗車——精車——金剛石車橢圓,這樣能夠達(dá)到的粗糙度為Ra=0.8～0.2μm。端面的加工端面的精度要求為IT8級(jí)、材料為ZL101,故可采用一次車削完成,這樣能達(dá)到的精度等級(jí)為IT8～10,粗糙度為Ra=6.3～1.6μm滿足要求。該零件活塞對(duì)于外圓以及銷孔孔的加工質(zhì)量要求比較高,其余的加工質(zhì)量要求并不高,又毛坯采用金屬型鑄造精度比較高,加工余量小,故除了外圓加工時(shí)安排了粗車,精車,金剛石車,加工銷孔時(shí)安排了粗鏜,精鏜和滾壓三個(gè)加工階段外,其余工序均安排粗加工、精加工兩階段完成。[10]3.4.3加工工序的安排按照加工順序的選擇原則:(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。續(xù)表4加工步驟加工方法止口的加工這個(gè)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,為Ra≤1.25μm,精度要求為IT7,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(dá)到的精度等級(jí)為IT8～7,粗糙度為=3.2～0.8μm滿足要求。銷孔的加工銷孔的表面的精度要求為IT6以上,要求較高,粗糙度Ra≤0.16μm,故考慮采用。粗鏜——精鏜—滾壓的加工方法,這樣能夠達(dá)到的精度等級(jí)為IT6～I(xiàn)T7,粗糙度為Ra=0.4～0.05μm滿足要求。斜油孔的加工斜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20mm,故它的加工方法也能夠直接采用鉆來實(shí)現(xiàn),精度為IT11-IT12。直油孔的加工直油孔表面粗糙度也為Ra小于等于12.5μm,它的精度要求并不高,且孔徑也小于20mm,故它的加工方法也能夠采用鉆來實(shí)現(xiàn),精度也為IT11-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,故能夠考慮采用粗車——精車完成。精度等級(jí)為IT7～8,粗糙度為Ra=6.3～1.6μm滿足要求。頭部外圓的加工精度要求為IT8～10,而外圓開始已經(jīng)進(jìn)行一次粗車,故能夠用一次精車就能夠達(dá)到要求,這樣能夠達(dá)到的精度等級(jí)為IT7～I(xiàn)T8,粗糙度為Ra=3.2～0.8μm滿足要求。氣門內(nèi)、外槽的加工位置精度要求較高,而尺寸精度要求也不是很高,故仍能夠考慮采用直接一次銑削完成。精度等級(jí)為IT11～12,粗糙度為Ra=12.5～3.2μm滿足要求銷孔卡環(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(jí)為IT8～10,粗糙度為Ra=6.3～3.2μm滿足要求。表5各加工階段的加工要求Tab5Theprocessingrequirementsofeachprocessingstage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(dá)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(dá)到圖紙規(guī)定的精度要求以及表面粗糙度要求續(xù)表5加工階段加工要求精密、超精密加工、光整加工階段這是對(duì)那些要求很高的零件安排的,是為了達(dá)到零件最終的精度要求(3)先加工主要表面,后加工次要表面。[11](4)先安排粗加工工序,后安排精加工工序。根據(jù)活塞零件加工的實(shí)際情況,本設(shè)計(jì)擬定了兩條加工路線來進(jìn)行比較分析:方案一:a.工藝過程第一道工序:粗車止口,端面第二道工序:粗車外圓第三道工序:粗鏜銷孔第四道工序:粗切外圓環(huán)槽、頂面第五道工序:鉆直油孔第六道工序:鉆斜油孔第七道工序:去內(nèi)腔毛刺第八道工序:精車止口,打中心孔第九道工序:精車外圓、環(huán)槽并倒角第十道工序:精鏜銷孔第十一道工序:切卡環(huán)槽第十二道工序:車橢圓裙部第十三道工序:銑氣門內(nèi)槽第十四道工序:銑氣門外槽第十五道工序:滾壓銷孔圖形見所附機(jī)械加工工藝過程卡片。b.熱處理工序的安排:時(shí)效處理:為了消除殘余應(yīng)力,對(duì)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(shí)效處理;對(duì)于一般鑄件在鑄造后或粗加工后安排一次實(shí)效處理;對(duì)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(shí)效處理。鋁合金熱處理安排在機(jī)加工前,鋁活塞毛坯在機(jī)械加工前要切去冒口,并進(jìn)行時(shí)效處理,消除鑄造時(shí)因冷卻不均勻而帶來的內(nèi)應(yīng)力。時(shí)效處理是將活塞加熱至180～200攝氏度,保溫6～8h后,自然冷卻。活塞經(jīng)過時(shí)效處理后還能增加強(qiáng)度和硬度。c.其它輔助工序的安排:檢查、檢驗(yàn)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(yàn)工序是保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的關(guān)鍵工序之一,每個(gè)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(gè)車間到另一個(gè)車間的前后;工時(shí)較長(zhǎng)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(yàn)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。表面鍍錫:在活塞表面鍍錫能夠改進(jìn)活塞初期磨合性,因?yàn)殄a的質(zhì)地軟,親油性好,能夠提高冷啟動(dòng)時(shí)活塞的抗拉缸性能。d.集中與分散:同一個(gè)工件,同樣的加工內(nèi)容,能夠安排兩種不同形式的工藝規(guī)程:一種是工序集中,另一種是工序分散。前者是使每個(gè)工序中包括盡可能多的工步內(nèi)容,因而使總的工序數(shù)目減少,夾具的數(shù)目和工件的安裝次數(shù)也相應(yīng)的減少。后者是將工藝路線中的工步內(nèi)容分散在更多的工序中完成,因而每道工序的工步少,工藝路線長(zhǎng)。它們各有所長(zhǎng)。前者有利于保證各加工面間的相互位置精度要求,有利于采用高生產(chǎn)效率的機(jī)車,節(jié)省安裝工件的時(shí)間,減少工件的搬動(dòng)次數(shù)。而后者可使每個(gè)工序使用的設(shè)備和夾具比較簡(jiǎn)單,調(diào)整、對(duì)刀也比較簡(jiǎn)單,對(duì)操作工人的技術(shù)水平要求比較低。考慮到此活塞零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求、以及工廠機(jī)床設(shè)備、工人技術(shù)水平等條件,本設(shè)計(jì)采用工序相對(duì)集中的原則,也就是每個(gè)工序所包含的內(nèi)容相對(duì)較多,所使用的工藝設(shè)備與裝備少,同時(shí)選擇合理的切削用量,減少了工件的搬運(yùn)、裝夾等輔助時(shí)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(jī)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(duì)工人的技術(shù)水平要求相對(duì)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。[12]方案二:a.工藝過程第一道工序:粗車外圓、車頂面第二道工序:粗車止口、打中心孔第三道工序:粗鉸銷孔第四道工序:車環(huán)槽及梯形槽第五道工序:車環(huán)槽環(huán)岸及其倒角第六道工序:鉆直油孔第七道工序:鉆斜孔第八道工序:銑氣門內(nèi)槽第九道工序:銑氣門外槽第十道工序:精車止口第十一道工序:精車外圓第十二道工序:精鉸銷孔第十三道工序:切卡環(huán)槽第十三道工序:靠磨橢圓裙部第十五道工序:細(xì)鉸銷孔熱處理及其它同方案一。3.4.4工藝方案的比較與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析以上兩個(gè)工藝方案中除了對(duì)銷孔和裙部橢圓的加工方法不太相同之外,其它的工序基本上是相同的。因此對(duì)于這兩個(gè)方案的分析與比較將從工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性指標(biāo)、工藝成本,技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比等各個(gè)方面進(jìn)行。(1)產(chǎn)品工藝方案技術(shù)特性主要指標(biāo):a.勞動(dòng)力消耗率:方案一與方案二相比,工時(shí)數(shù)與臺(tái)時(shí)數(shù)比較少,生產(chǎn)率較高,且能達(dá)到的精度也較高b.設(shè)備構(gòu)成比:兩個(gè)方案使用的設(shè)備數(shù)量基本相同,只是設(shè)備的種類稍有不同。c.工藝裝備系數(shù):兩個(gè)方案基本相同。d.工藝過程的分散與集中程度:本產(chǎn)品屬于大批大量生產(chǎn),且均采用相對(duì)集中的工藝路線,采用組合夾具、刀具和機(jī)床,基本上能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。e.金屬消耗量:基本相同。f.占用生產(chǎn)面積數(shù):兩個(gè)方案基本相同。(2)機(jī)械加工工藝過程技術(shù)特性指標(biāo):機(jī)械加工工藝過程技術(shù)特性指標(biāo)包括:出廠量、毛坯數(shù)量、制造毛坯所需金屬質(zhì)量、毛坯凈重、毛坯的成品率、設(shè)備總功率、專用夾具裝備系數(shù)、量具裝備系數(shù)、刀具裝備系數(shù)、操作工人的平均等級(jí);鉗工修整勞動(dòng)量及其占機(jī)床工作量的比列;生產(chǎn)面積總數(shù)、總面積、平均每臺(tái)機(jī)床占用生產(chǎn)面積、平均每臺(tái)機(jī)床占用總面積。對(duì)于這些指標(biāo),兩個(gè)方案是相同或相近的,因而不予分析。綜合以上指標(biāo),兩種加工工藝方案各方面特性指標(biāo)基本相似,考慮到方案一的加工精度要高于方案二,且方案一的加工精度與表面粗糙度又是適中的能夠達(dá)到技術(shù)要求。故相比之下,方案一要優(yōu)于方案二。(3)工藝成本的分析當(dāng)需評(píng)比的工藝方案均采用現(xiàn)有設(shè)備或其投資基本相近時(shí),對(duì)加工內(nèi)容基本相同的幾種工藝方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)比,可采用工藝成本作為衡量各種工藝方案經(jīng)濟(jì)性的依據(jù)。各方案的取舍與加工零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)有密切的關(guān)系,如圖4所示。各方案直線交點(diǎn)的年產(chǎn)量Nj。由計(jì)算可知:零件的全年工藝成本為:(2)式中—每件零件的可變費(fèi)用元/件;—零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)件;—全年的不變費(fèi)用元。其函數(shù)圖形為曲線,圖4中直線I、II、III分別表示三種加工方案。方案I系采用通用機(jī)床加工;方案II系采用數(shù)控機(jī)床加工;方案III系采用專用機(jī)床加工。三種方案的全年不變費(fèi)用依次遞增,每個(gè)零件的可變費(fèi)用V則依次遞減。從圖中能夠看出,Cx與年產(chǎn)量無關(guān),VN隨年產(chǎn)量成正比增加。而單個(gè)零件(或單個(gè)工序)的工藝成本應(yīng)為:圖4工藝成本與年產(chǎn)量的關(guān)系Fig4Therelationshipbetweencostandoutputprocess表6零件成本的組成表Tab6Compositionofpartscosttable全年零件成本全年工藝成本Sn其它費(fèi)用全年可變費(fèi)用NV全年不變費(fèi)用Cn行政員的工資Sc-每件材料費(fèi)Stz-調(diào)整工人工資總務(wù)人員工資Sz-每件機(jī)床工人工資Szz-專用機(jī)床折舊費(fèi)辦公費(fèi)用Sw-每件機(jī)床維持費(fèi)Szdz-專用刀具折舊費(fèi)廠房維持費(fèi)及折舊費(fèi)Stjz-每件通用機(jī)床折舊費(fèi)Szjz-專用夾具折舊費(fèi)照明費(fèi)等Sdz-每件刀具維持費(fèi)及通用刀具折舊費(fèi)運(yùn)輸費(fèi)Sjz每件夾具維持費(fèi)及通用夾具折舊費(fèi)注:有些費(fèi)用是隨生產(chǎn)批量而變換的,如調(diào)整費(fèi)、用于在制品占用資金等,一般情況下不于單列.(3)由于本設(shè)計(jì)兩個(gè)工藝方案中只有少數(shù)工序不同,多數(shù)工序是相同的,故能夠經(jīng)過計(jì)算少數(shù)不同的工序的單件成原來進(jìn)行比較。在這里選擇第五個(gè)工序來進(jìn)行計(jì)算并比較,其它的也都類似的計(jì)算。對(duì)于每道工序有:＝其中故/由于兩個(gè)方案對(duì)于銷孔的加工工藝不同在于一個(gè)采用的是鏜削,另一個(gè)采用的是鉸削。故對(duì)于兩種不同的方案有:Sp1－Sp2＝Sz′1＋Sdz′1＋Sjz′1－(Sz′2＋Sdz′2＋Sjz′2)其中′＝×(1＋a/100)/60式中－單件時(shí)間min－機(jī)床工人每小時(shí)工資元/小時(shí)a－與工資有關(guān)的雜費(fèi)元在上面各量中取a＝10′＝×(+)式中－夾具成本元－夾具折舊率每年33%－維護(hù)費(fèi)折合百分?jǐn)?shù)取為26%＝(＋)×÷÷(＋1)元/件式中－刀具價(jià)格元－刀具耐用度min－可重磨次數(shù)－每磨一次刀所花費(fèi)用元代入數(shù)據(jù):－＝′＋′－(′＋′)由于′＜′′＜′因此有＜綜合以上的分析比較可知:采用方案一相正確比較經(jīng)濟(jì)合理,故本設(shè)計(jì)將采用方案一。3.5活塞加工余量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(gè)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(gè)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。3.5.1加工余量的確定方法對(duì)于本設(shè)計(jì)加工余量的確定主要查表修正法。因?yàn)榭紤]到對(duì)于影響加工余量的個(gè)個(gè)誤差因素并不是很清楚,而且也沒有一定的測(cè)量手段和掌握必要的統(tǒng)計(jì)分析資料,因此采用分析計(jì)算法也不適合。而經(jīng)驗(yàn)法確定的加工余量又往往偏大,因此采用查表修正法是最適合的。3.5.2加工余量的確定本設(shè)計(jì)主要以《簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)》為依據(jù)來確定加工余量。應(yīng)用時(shí)再結(jié)合加工實(shí)際情況進(jìn)行修正。由于加工工序相對(duì)集中,故對(duì)各加工部位的加工余量確定如下:(1)外圓的加工:外圓加工為粗～精車,根據(jù)其尺寸選精車加工余量為0.3mm,粗車加工余量為3.7mm。金剛石車裙部橢圓時(shí)長(zhǎng)短軸之差為。(2)端面的加工:端面的加工:端面的加工采用一次性加工。機(jī)械加工余量則選為1.0mm。(3)止口的加工:止口采用粗～精車加工,精車加工余量為0.3mm,粗車加工余量為1.2mm。(4)銷孔的加工:銷孔的最終加工為滾壓,故根據(jù)其尺寸選其加工余量為0.10mm,滾壓前的精鏜的加工余量可選為0.20mm,而粗鏜雙邊加工余量可選為2.7mm。(5)直油孔和斜油孔的加工:它們的加工方法都是鉆,加工余量直接由它的孔徑來決定。(6)環(huán)槽的加工:對(duì)環(huán)槽的加工采用粗～精車加工,根據(jù)零件和毛坯的尺寸確定其總加工余量為12.79mm,粗車余量為12.69mm,精車余量為0.3mm。(7)頂面的加工:頂面加工路線為粗車—銑氣門內(nèi)、外槽,根據(jù)零件和毛坯的尺寸確定其總加工余量為14.17mm,粗車加工余量為3.17mm,粗銑加工余量均為11.0mm。(8)銷孔卡環(huán)槽的加工:銷孔卡環(huán)槽在精鏜銷孔后一次性車削完成,加工余量為4.8mm。以上對(duì)于加工余量的確定只是初步確定,還有待進(jìn)一步的檢驗(yàn)與修正。3.6工序尺寸與公差的確定工序尺寸是某工序加工后應(yīng)達(dá)到的尺寸,允許工序尺寸的變動(dòng)量就是工序公差。工序尺寸的計(jì)算要根據(jù)零件圖上的設(shè)計(jì)尺寸、已經(jīng)確定的工序余量、定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系來進(jìn)行,而工序公差則按各工序加工方法的經(jīng)濟(jì)精度選定。又分兩種情況:a.表面要進(jìn)行多次加工而工序基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合時(shí),如外圓和內(nèi)孔的加工,其工序尺寸和工序公差的確定較簡(jiǎn)單,可直接計(jì)算獲得。b.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)或定位基準(zhǔn)不重合;測(cè)量基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí);零件在加工中要多次轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)時(shí);加工一個(gè)面要保證好幾個(gè)設(shè)計(jì)尺寸時(shí),須用尺寸鏈原理進(jìn)行分析和計(jì)算。(1)工序尺寸與公差的確定的步驟如下:a.確定各加工工序的加工余量。b.從終加工工序開始,即從設(shè)計(jì)尺開始,到第一道終加工工序,依次加上每次加工余量,可分別得到各工序基本尺寸。c.除終加工工序外,其它各加工工序按各自所采用加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序的尺寸公差。d.填寫工序尺寸并按”入體原則”標(biāo)注工序尺寸公差。上面所說的”入體原則”是指對(duì)被包容尺寸(軸的外徑,實(shí)體長(zhǎng)、寬、高),其最大加工尺寸就是基本尺寸,上偏差為零。對(duì)包容尺寸(孔的直徑、槽的寬度),其最小加工尺寸就是基本尺寸,下偏差為零。毛坯尺寸按雙向或不對(duì)稱偏差形式標(biāo)注。e.當(dāng)工藝基準(zhǔn)無法同設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合等情況下,確定了工序余量后,需經(jīng)過工藝尺寸鏈進(jìn)行工序尺寸和公差換算。(2)具體的計(jì)算如下:a.對(duì)外圓的加工:粗車:130.2＋0.25＝130.45mm毛坯:130.45＋3.75＝134.2mmb.對(duì)銷孔的加工:精鏜:52.12－0.1＝52.02mm粗鏜:52.02－0.2＝51.82mm把粗鏜的加工余量休整為2.7mm,則:毛坯:1.82－2.62＝49.2mm(3)公差的選擇:由《簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)》有:a.外圓的加工:外圓的直徑處于120～180mm的范圍粗車:IT12～I(xiàn)T13公差530μm精車:IT7～I(xiàn)T8公差40μm金剛石車:IT5～I(xiàn)T6公差20μmb.銷孔的加工:銷孔的孔徑處于50～80mm的范圍粗鏜:IT12～I(xiàn)T13公差400μm精鏜:IT7～I(xiàn)T8公差46μm滾壓:IT6公差19μmc.油孔的加工:油孔的直徑范圍為＞3～6mm鉆孔:IT12～I(xiàn)T13公差80μmd.槽的加工:槽的圓柱直徑范圍為＞120～180mm粗車:IT12～I(xiàn)T13公差530μm精車:IT7～I(xiàn)T8公差80μm其余公差見工藝過程卡,另外毛坯公差由《機(jī)械加工余量手冊(cè)》查得,就不再列出。(4)各種加工方法所能達(dá)到的表面粗糙度:查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表5.2-6有:粗車:Ra＝5～20μm;精車:Ra＝0.8～1.6μm;金剛石車:Ra＝0.025～0.4μm;粗鏜:Ra＝5～20μm;精鏜:Ra＝0.8～1.6μm;滾壓:Ra＝0.8～1.6μm;圓柱銑刀粗銑:Ra＝2.5～20μm;鉆孔:Ra＝0.08～0.20μm。(5)主要工序的匯總?cè)绫?所示。表7工序余量和公差表Tab7Processmarginandtolerancestable工序名稱工序余量(mm)工序公差(mm)工序基本尺寸與偏差基本尺寸(mm)上偏差(mm)下偏差(mm)精車外圓0.25IT7130.20-0.040粗車外圓3.75IT12130.450-0.32滾壓銷孔0.1IT652.12+0.0100精鏜銷孔0.2IT752.02+0.0460粗鏜銷孔2.7IT1251.82+0.200注:其余一次性加工的加工余量沒有逐個(gè)列出(詳見后附工序卡)3.7機(jī)床與工藝裝備的確定工藝裝備的確定包括:機(jī)床、夾具、刀具、量具等加工設(shè)備的選擇。3.7.1機(jī)床的選擇本設(shè)計(jì)所使用的機(jī)床主要是CA6140車床。3.7.2夾具的選擇本設(shè)計(jì)的夾具均為隨床夾具或使用組合夾具,而且自成系列。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(dá)到的加工精度、粗糙度、工件的材料、生產(chǎn)率、和經(jīng)濟(jì)性等因素加以考慮,原則上盡量采用標(biāo)準(zhǔn)刀具,必要時(shí)采用各種高生產(chǎn)率的復(fù)合刀具。故此根據(jù)零件的實(shí)際情況,并依據(jù)《簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)》選擇如下所示:工序一:YG8普通外圓車刀工序二:YG8普通車刀工序三:采用YG8專用鏜刀工序四:采用組合刀具工序五:采用直柄麻花鉆(GB1436-85)工序六:采用直柄麻花鉆(GB1436-85)工序七:采用普通砂輪工序八:YG8X普通外圓車刀、頂尖工序九:YG8X普通外圓車刀、專用組合刀具工序十:YG8專用鏜刀工序十一:專用切槽刀工序十三:金剛石車刀工序十三:Φ80圓柱銑刀(GB1115-85)工序十四:Φ50圓柱銑刀(GB1115-85)工序十五:滾擊器車刀部分參數(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(shí)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λs:精車、精鏜0°～40°;粗車、粗鏜-5°～-10°。3.7.4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(cè)零件的尺寸大小相適應(yīng)。量具的類型應(yīng)與被測(cè)表面的性質(zhì)、生產(chǎn)類型、生產(chǎn)方式相適應(yīng)。同時(shí)按量具的極限尺寸選擇量?jī)x時(shí)還與被測(cè)尺寸的公差值,測(cè)量精度系數(shù),測(cè)量工具和測(cè)量方法的極限誤差有關(guān)。故對(duì)于量具的選擇按上面所述確定如下:按量具的極限尺寸選擇量?jī)x,應(yīng)保證:≥(4)式中:T-被測(cè)尺寸的公差值(mm);K-測(cè)量精度系數(shù);-測(cè)量工具和測(cè)量方法的極限誤差。根據(jù)上式并查《簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)》選游標(biāo)卡尺測(cè)量范圍:0～300mm;用途:測(cè)內(nèi)外徑以及長(zhǎng)度、高度;選深度游標(biāo)卡尺測(cè)量范圍:0～200mm;用途:測(cè)各孔深度;選杠桿百分表測(cè)量范圍:0～18mm;用途:測(cè)量油孔等的等高。對(duì)機(jī)床、工夾具及刀具的選擇如附錄機(jī)械加工工藝卡片所示。3.8切削用量的確定正確的選用切削用量,對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高切削效率和經(jīng)濟(jì)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(jī)床功率等條件。其基本原則是:(1)應(yīng)首先選擇一個(gè)盡可能大的切削深度;(2)其次選擇一個(gè)較大的進(jìn)給量;(3)最后在刀具和機(jī)床功率允許條件下選擇一個(gè)合理的切削速度。[13]3.8.1切削用量的選擇切削用量的選擇方法有:計(jì)算法和查表法,本設(shè)計(jì)基本上采用查表法?？紤]以上因素并查《簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)》確定如下:(1)活塞外圓的車削加工:a.已知條件:工件材料ZL101,金屬型鑄造,時(shí)效處理,＝202MPa。加工要求:外圓車削,表面粗糙度Ra＝0.4μm,使用機(jī)床:CA6140b.確定粗加工時(shí)的切削用量:確定切削深度計(jì)算可得單邊總余量＝4.0/2＝2.0mm,留0.15mm作為半精車余量,取粗車切削深度＝1.85mm。確定進(jìn)給量由《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》可查得＝0.8~1.2mm/r,初步選定＝1.0mm/r。確定切削速度由《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》可查得＝1.667~4.667m/s,取＝2.0m/s。確定主軸轉(zhuǎn)速由公式＝π/1000即π×132.3×/1000＝2.0,得＝4.81r/s,根據(jù)機(jī)床說明書,取n＝5.0r/s,此時(shí)切削速度為V＝πdn/1000＝π×132.3×5.0/1000＝2.08m/s。c．校核機(jī)床功率由《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》可查得切削力的公式及相關(guān)數(shù)據(jù)。主切削力:(5)代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得＝1953(N)切削功率:＝×＝1953×2.08＝4062(kw)＝4.06(kw)由機(jī)床說明書查得,機(jī)床電機(jī)功率PN=7.5(kw),取機(jī)床傳動(dòng)效率η=0.8時(shí):＝4.06≤×0.8＝7.5×0.8＝6(kw)因此機(jī)床功率足夠,最后選定粗車的切削用量為＝0.625mm,＝1.0mm/r,＝2.08m/s。同理可算得,精車時(shí)的切削用量為＝0.15mm,＝0.5mm/r,＝1.66m/s。車床轉(zhuǎn)速＝4.0r/s。同理可算得其它表面加工的切削用量如表8所示。[14]3.9工序時(shí)間的計(jì)算所謂時(shí)間定額是指在一定條件下完成一道工序所需要消耗的時(shí)間。它是安排作業(yè)計(jì)劃、進(jìn)行成本核算、確定設(shè)備數(shù)量、人員編制以及規(guī)劃生產(chǎn)面積的重要依據(jù)。時(shí)間定額訂的過緊,容易導(dǎo)致忽視產(chǎn)品質(zhì)量的傾向,或者會(huì)影響工人的主動(dòng)性、創(chuàng)造性和積極性。時(shí)間定額訂的過松又起不到指導(dǎo)生產(chǎn)和促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展的積極作用。因此合理的制訂時(shí)間定額對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本都是十分重要的。(1)工時(shí)定額的基本組成單件工時(shí)定額由下列公式組成:(6)式中:—基本時(shí)間,對(duì)機(jī)床加工工序來說,就是機(jī)動(dòng)時(shí)間。它是直接改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、表面質(zhì)量等消耗的時(shí)間。—鋪助時(shí)間,為保證基本時(shí)間的完成進(jìn)行的輔助動(dòng)作所消耗的時(shí)間。如裝卸工件、操作機(jī)床、測(cè)量、改變切削用量等?？蓮挠嘘P(guān)表格中查取,也可按估算;—工作地點(diǎn)的服務(wù)時(shí)間,如調(diào)整和更換刀具、修砂輪、潤(rùn)滑檫試機(jī)床,清除切屑等。一般可按(0.02～0.07)×()計(jì)算;—休息時(shí)間,可按0.02×()計(jì)算;—準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間,成批生產(chǎn)時(shí)間,每加工一批之前工人要熟悉工藝文件、領(lǐng)取毛坯、領(lǐng)取和安裝工藝裝備、調(diào)整機(jī)床等,加工終了時(shí)拆下和歸還工裝,送成品等。在大批量生產(chǎn)中,每個(gè)工作地點(diǎn)常期固定完成一道工序內(nèi)容,故單件定額中不計(jì)入;基本時(shí)間和工序時(shí)間之和稱為工序時(shí)間,以表示。即:(7)(2)現(xiàn)在根據(jù)技術(shù)時(shí)間定額的組成確定工序的時(shí)間定額a、工序四基本時(shí)間(8)(9)代入數(shù)據(jù)得＝30.0(s)其中:—刀具的行程長(zhǎng)度(mm);—主軸每轉(zhuǎn)刀具的進(jìn)給量(mm/r);—進(jìn)給次數(shù);—機(jī)床主軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r/min);—加工長(zhǎng)度(mm);—刀具的切入尺寸(mm);—刀具的切出尺寸(mm);—試切附加長(zhǎng)度(mm)。輔助時(shí)間:輔助時(shí)間按估算,在這里取系數(shù)為0.18。則工序時(shí)間為帶入數(shù)據(jù)可得＝35.4(s)b、工序五中端面的加工基本時(shí)間帶入數(shù)據(jù)得=5.0(s)其中:——端面外徑(mm)——端面內(nèi)徑(mm)輔助時(shí)間按估算在這里取系數(shù)為0.17表8切削用量及工時(shí)定額表Tab8Timequotaandcuttingtables工序號(hào)工序名稱切削深度ap(mm)進(jìn)給量f(mm/r)切削速度v(m/s)車床轉(zhuǎn)速(r/s)基本時(shí)間Tj(s)工序時(shí)間Tg(s)1金屬型鑄造20.023.62銑澆冒口11.013.03時(shí)效處理8h9h5粗車外圓1.851.02.085.030.034.94粗車止口、端面0.61.00.60.61.661.694.04.56.05.07.05.86粗鏜銷孔2.71.21.8511.07.68.97粗切外圓環(huán)槽、頂面3.193.170.40.350.620.621.51.511.013.08鉆直油孔11.10.20.1515.03.74.49鉆斜油孔14.90.20.1515.05.05.910去內(nèi)腔毛刺1011.8則工序時(shí)間為帶入數(shù)據(jù)可得＝5.8(s)把將所有工序切削用量和工時(shí)定額如表8。單個(gè)活塞的加工時(shí)間定額:(10)其中工作地點(diǎn)的服務(wù)時(shí)間Tw系數(shù)取0.05,由于本設(shè)計(jì)為大批量生產(chǎn),準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間Tk不考慮,則＝(1＋0.02＋0.05)×9.083＝9.719(h)續(xù)表8工序號(hào)工序名稱切削深度ap(mm)進(jìn)給量f(mm/r)切削速度v(m/s)車床轉(zhuǎn)速(r/s)基本時(shí)間Tj(s)工序時(shí)間Tg(s)11精車止口,打中心孔0.150.250.932.514.617.212精車外圓、環(huán)槽并倒角0.150.21.20.42.50.626.01.518.410.721.712.613精鏜銷孔0.11.01.710.011.013.014切卡環(huán)槽2.40.20.835.02.12.515車橢圓裙部1.215.015.017.716銑氣門內(nèi)槽4.10.30.692.015.318.017銑氣門外槽9.02.00.30.621.520.424.118鍍錫、打字10.011.819滾壓銷孔0.050.350.754.58.39.820清洗6.07.021成品檢驗(yàn)5.05.922分組包裝5.05.94精鏜銷孔夾具設(shè)計(jì)4.1活塞銷孔加工夾具的定位及誤差分析鋁活塞的毛坯一般都鑄出錐形銷孔(便于撥模)。由于銷孔是許多工序施加夾緊力的部位,因此在精加工之前即對(duì)銷孔進(jìn)行精鏜加工,以便在其后的工序夾緊力能較均勻地分布,保證活塞重要表面精加工能得到較高的精度,又不至于破壞銷孔精度。4.1.1定位方式和定位元件設(shè)計(jì)夾具時(shí)原則上應(yīng)選該工藝基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)。無論是工藝基準(zhǔn)還是定位基準(zhǔn),均應(yīng)符合六點(diǎn)定位原理。一個(gè)物體在三維空間中可能具有的運(yùn)動(dòng),稱為自由度。在空間體系中,物體能夠有沿X、Y、Z軸的移動(dòng)及繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng),共有六個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng),即六個(gè)自由度。所謂工件的定位,就是采用適當(dāng)?shù)募s束措施,來消除工件的六個(gè)自由度,以實(shí)現(xiàn)工件的定位,即六點(diǎn)定位原理。根據(jù)前面的生產(chǎn)工藝,本工序夾具采用活塞止口、端面及銷孔定位,為了與止口相配合,采用止口盤為定位元件?；钊箍诤投嗣媾c止口座接觸,限制了除沿Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)以外的5個(gè)自由度;剩下的繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由采度用菱形銷插入銷孔中來定位。工件的六個(gè)自由度全被限制,為完全定位。4.1.2定位元件尺寸及公差計(jì)算(1)菱形銷的直徑、寬度及公差的確定可先按下表9查D2,選定,再按計(jì)算式算出菱形銷與孔配合的最小間隙,再計(jì)算菱形銷的直徑。表9菱形銷尺寸Tab9SizeofdiamondsalesD２3~6>6~8>8~20>20~25>25~32>32~40>40~50b12345568BD２－0.5D２－1D２－2D２－3D２－4D２－5D２－5(11)式中——菱形銷寬度(mm);——工件上菱形銷定位孔直徑(mm);——菱形銷定位時(shí)銷孔最小配合間隙(mm);——夾具上兩銷孔中心距公差(mm);——工件上兩孔中心距公差(mm);——菱形銷名義尺寸(mm);菱形銷配合為基孔制間隙配合,它的公差也可按配合H/g,銷精度等級(jí)高于孔精度1級(jí)來確定。本工序中菱形銷與銷孔的配合為H7/g6,菱形銷公差△＝0.014mm,直徑為52mm,根據(jù)GB2204—80,查得其長(zhǎng)度為35mm。另外止口座與活塞止口的配合為基孔制間隙配合,止口的尺寸和公差同樣可根據(jù)配合來確定。[15]4.1.3定位誤差分析與計(jì)算(1)產(chǎn)生定位誤差的原因a.基準(zhǔn)不重合帶來的定位誤差?yuàn)A具定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合,兩基準(zhǔn)之間的位置誤差會(huì)反映到被加工表面的位置上去,所產(chǎn)生的定位誤差稱之為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。b.間隙引起的定位誤差在使用心軸、銷、定位套定位時(shí),定位面與定位元件間的間隙可使工件定心不準(zhǔn)產(chǎn)生定位誤差。單菱形銷與孔的定位情況,最大間隙為(12)式中——定位孔最大直徑;——定位銷最小直徑;△——銷與孔的最小間隙;——銷的公差;——孔的公差;由于銷與孔之間有間隙,工件安裝時(shí)孔中心可能偏離銷中心,其偏離的最大范圍是以δ為直徑,以銷中心為圓心的圓。若定位時(shí)讓工件始終靠緊銷的一側(cè),即定位以銷的一條母線為基準(zhǔn),工件的定位誤差僅為。精鏜銷孔時(shí)菱形銷與活塞銷孔的配合為H7/g6,因此,=52.12+0.05＝52.17mm,52－0.014＝51.986mm,菱形銷與孔的最大間隙為＝52.17－51.986＝0.184mm。c.與夾具有關(guān)的因素產(chǎn)生的定位誤差這類因素基本上屬于夾具設(shè)計(jì)與制造中的誤差,如:1)定位基準(zhǔn)面與定位元件表面的開關(guān)誤差。2)導(dǎo)向元件,對(duì)刀元件與定位元件間的位置誤差,及其形狀誤差導(dǎo)致產(chǎn)生的導(dǎo)向誤差和對(duì)刀誤差。3)夾具在機(jī)床上安裝誤差,即對(duì)定誤差導(dǎo)致工件相對(duì)刀具主軸或運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生的位置誤差。4)夾緊力使工件或夾具產(chǎn)生變形,產(chǎn)生位置誤差。5)定位元件與定位元件間的位置誤差,以及定位元件、對(duì)刀元件、導(dǎo)向元件、定向元件等元件的磨損。上述定位誤差的分析計(jì)算,一般是在成批大量生產(chǎn)中用調(diào)整法加工時(shí),需要分析,對(duì)于具體夾具的定位誤差需要具體分析,要找出各個(gè)產(chǎn)生定位誤差的環(huán)節(jié)及大小,然后按照極值法或概率法求出總的定位誤差。如果采用試切法加工,一般就不作定位誤差的分析計(jì)算了。[16]4.2工件的夾緊裝置的設(shè)計(jì)4.2.1夾緊裝置的組成典型的夾緊裝置,是由下列幾個(gè)部分組成。(1)中間遞力機(jī)構(gòu):中間遞力機(jī)構(gòu)是介于力源和夾緊元件之間的傳力機(jī)構(gòu)。它把力源裝置的夾緊作用力傳遞給夾緊元件,然后由夾緊元件最終完成對(duì)工件的夾緊。一般遞力機(jī)構(gòu)能夠在傳遞夾緊作用力過程中,改變夾緊作用力的方向和大小。本夾具設(shè)計(jì)為了一壓桿形式和拉頭的組合遞力機(jī)構(gòu)。(2)夾緊元件與夾緊機(jī)構(gòu):夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。經(jīng)過它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊動(dòng)作。本夾具的設(shè)計(jì)根據(jù)零件的特點(diǎn)設(shè)計(jì)螺旋夾緊裝置。樣式見總裝配圖。4.2.2夾緊力的確定(1)夾緊力的計(jì)算夾緊力的大小需要準(zhǔn)確的場(chǎng)合,一般需要實(shí)驗(yàn)來確定。一般,由于切削力本身是估算的,工件與支撐件間的摩擦因數(shù)也是近似的,因此夾緊力也是粗略估算。在計(jì)算夾緊力時(shí),將夾具和工件看作一個(gè)剛性系統(tǒng),以切削力的作用點(diǎn)、方向和大小處于最不利于夾緊的狀況為工件的受力狀況,根據(jù)切削力、夾緊力(大工件還應(yīng)考慮重力,運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)應(yīng)考慮慣性力),以及夾緊機(jī)構(gòu)的具體尺寸,列出工件的靜力方程式,求出理論夾緊力,再乘以安全系數(shù),作為實(shí)際所需夾緊力。[17]本設(shè)計(jì)中,夾緊機(jī)構(gòu)選用最常見的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。加工活塞時(shí)采用的夾緊工件的勞動(dòng)強(qiáng)度也不是很大,為節(jié)約成本,動(dòng)力裝置采用手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。此時(shí)夾緊力的方向也符合”夾緊力的方向應(yīng)用有利于工件的準(zhǔn)確定位,不會(huì)破壞定位。實(shí)際所需夾緊力的計(jì)算如下。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是夾緊機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的一種,螺旋夾緊機(jī)構(gòu)夾緊力的計(jì)算與斜契夾緊機(jī)構(gòu)的計(jì)算相似,因?yàn)槁菪軌蚩醋饕恍逼趵@在圓柱體上而形成。圖5所示為螺桿受力圖,該螺桿為矩形螺紋。原始動(dòng)力為,力臂為作用在螺桿上,其力矩為T。工件對(duì)螺桿的反作用力有垂直方向的反作用力W(等于加緊力)、工件對(duì)其摩擦力。該摩擦力存在于螺桿端面上的一環(huán)面內(nèi),可視為集中作用于當(dāng)量半徑為的圓周上,因此摩擦力