毕业设计（论文）-铝活塞机械加工工艺及夹具设计（全套图纸）(23页).doc

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1、-毕业设计（论文）-铝活塞机械加工工艺及夹具设计（全套图纸）-第 15 页毕业设计（论文） 铝活塞机械加工工艺及夹具设计班 级 专 业 教 学 系 指导老师 完成时间 年 月 日至 年 月 日摘 要本次设计的主要内容是铝活塞机械加工工艺及夹具设计，铝活塞作为柴油发动机里面的主要零件之一，其主要加工表面及控制位置为外圆和内孔。由零件要求分析可知，保证外圆和内孔尺寸的同时应该尽量保证其垂直度，这对于后工序装配和总成使用上来说都有重要影响。所以，工序安排时，采取以大外圆粗定位夹紧加工后，对外圆进行车削加工同时成型。因其粗糙度为Ra1.6，可通过粗车、精车满足。对于钻、铰削内孔时，同样以铝活塞的外圆定

2、位，控制其自由度，以达到加工出来的产品满足要求并且一致性好的目的。本文的研究重点在于通过对铝活塞的工艺性和力学性能分析，对加工工艺进行合理分析，选择确定合理的毛坯、加工方式、设计高效、省力的夹具以及设计出简单、实用的数控加工程序，通过实践验证，最终加工出合格的铝活塞零件。关键词：铝活塞，加工余量，工艺，夹具全套图纸，加153893706Abstract The main content of this design is the aluminum piston machining process and fixture design, aluminum piston diesel engine

3、 as one of the main parts, the main processing surface and the position control for the outer circle and inner hole. By the requirements of spare parts is analyzed. The results show that ensure the outer circle and inner pore size also should try to ensure the verticality, which for the assembly pro

4、cess and assembly using it have an important influence. So, the process arrangement, take the large cylindrical coarse positioning and clamping processing, external circle turning machining and molding. Because of its roughness is Ra1.6, can be rough, fine car to meet. When drilling and cutting the

5、inner hole, the outer circle of the aluminum piston is positioned to control the degree of freedom, so as to achieve the purpose of satisfying the requirement of the product and the consistency of the product.本文的研究重点在于通过对铝活塞的工艺性和力学性能分析，对加工工艺进行合理分析，选择确定合理的毛坯、加工方式、设计高效、省力的夹具以及设计出简单、实用的数控加工程序，通过实践验证，最终

6、加工出合格的铝活塞零件。 The focus of this study is by of aluminum piston, the processing and mechanical properties analysis, reasonable analysis of processing technology, choosing reasonable blank, processing, design efficient, effort the fixture and design out NC machining program is simple and practical, ver

7、ified by practice, the processing of the final out qualified aluminum piston parts.关键词：铝活塞，加工余量，工艺，夹具Key words: aluminum piston, machining allowance, process, fixture目 录摘 要IAbstractII1 绪论12 零件的分析2 2.1 零件的作用3 2.2 零件的工艺分析53 确定毛坯，绘制毛坯图、零件图8 3.1确定毛坯的制造形式及材料9 3.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定114 工艺规程设计12 4.1定位基准的选择

8、12 4.2制定工艺路线12 4.3选择加工设备及刀、夹、量具12 4.4 确定切削用量及基本工时13 4.4.1粗车外圆14 4.4.2车端面14 4.4.3车止口、打中心孔15 4.4.4粗镗销孔15 4.4.5半精车外圆16 4.4.6钻斜孔17 4.4.7钻直油孔17 4.4.8切油环槽18 4.4.9车油环槽环岸及其倒角18 4.4.10切梯形槽18 4.4.11半精车头部外圆19 4.4.12切镶圈槽19 4.4.13切镶圈槽20 4.4.14切镶圈槽槽底20 4.4.15精车外圆20 4.4.16粗车燃烧室21 4.4.17粗车燃烧室圆角21 4.4.18精车燃烧室21 4.4.

9、19铣气门内槽22 4.4.20铣气门外槽22 4.4.21精镗销孔23 4.4.22车销孔外端挡圈及倒角23 4.4.23细镗销孔24 5 钻孔夹具的设计25 5.1定位基准的选择25 5.2定位元件的设计26 5.3 切削力及夹紧力的计算26 5.4 钻、衬套及钻模板的设计27 5.5 夹具定位误差分析28 结 论29 致 谢30 参考文献311 绪论 本文首先对铝活塞的零件进行分析，通过对铝活塞进行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，与指导老协商后，觉得

10、用夹具比较合适。在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了铝活塞的机械加工工艺及夹具设计。整个设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处符合要求的产品。2 零件的分析2.1 夹具的发展史 题目所给的零件是铝活塞，而铝活塞一般是回转体装在发动机汽缸内，活塞在一部分工作循环压缩气体，而在另一部分工作循环，汽缸内的混合气体燃烧膨胀，活塞承受高温气体的压力，并把压力通过活塞销、连杆传给曲轴。可见活塞是在高温高压下工作长时间变负荷的往复运动，活塞的结构就要适应这样的工作条件，而本课题的任务就是

11、”铝活塞机械加工工艺及夹具设计“。2.2 零件的工艺分析（1）以主视图为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：69外圆的车削加工，61内孔的车削加工，内孔的钻、铰削加工，切槽的车削加工等等，其中69外圆的表面粗糙度要求为，61内孔的表面粗糙度要求为，切槽的表面粗糙度为，其余加工表面的粗糙度均为。（2）以剖视图为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：内孔的钻、铰削加工，其表面粗糙度为。以下是该铝活塞的零件图： 图1-1 铝活塞零件主视图 图1-2 铝活塞剖视图3 确定毛坯，绘制毛坯图、零件图3.1 确定毛坯的制造形式及材料“铝活塞”零件材料采用铸造。铝活塞材料为ZL109，需进行时效处理

12、，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用铸造的形式，从而提高劳动生产率，降低成本。3.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定3.2.1 69外圆的加工余量 根据工序要求，铝活塞的69外圆的加工分粗、精车加工。各工步余量如下：粗车：参照实用机械制造工艺设计手册表7-23。其余量值规定为2.16.5mm，现取2.5mm。 表7-27粗车时厚度偏差取-0.28mm。精车：参照实用机械制造工艺设计手册表7-24。其余量值规定为0.81.0mm，现取1mm。毛坯的基本尺寸为69+2.5+2.5=75mm。 根据实用机械制造工艺设计手册表2-5，锻件尺寸公差等

13、级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.6mm。 毛坯的名义尺寸为：69+2.5+2.5=75mm 毛坯最小尺寸为：75-0.8=74.2mm 毛坯最大尺寸为：75+0.8=75.8mm 粗车后最大尺寸为：75.8-1-1=73.8mm 粗车后最小尺寸为：74.2-1-1=72.2mm 精车后尺寸与零件图尺寸相同，即69mm。3.2.2、内孔的加工余量 根据工序要求，该孔的加工分为钻、铰两个工序完成，各工序余量如下：钻：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为2.0mm;铰：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为0.3mm。毛坯的基本尺寸分别为：毛坯基本尺寸为22+2+1+0

14、.3=25.3；根据实用机械制造工艺设计手册表2-5，ZL109尺寸公差等级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.1mm。毛坯名义尺寸为25.3-2-1-0.3=22；毛坯最大尺寸为22+0.55=22.55；毛坯最小尺寸为22-0.55=21.45；钻削工序尺寸为24；粗铰、精铰后尺寸与零件图尺寸相同，即；3.2.3、两端面的加工余量 根据工序要求，两端面的加工只要粗车一个工序完成，各工序余量如下：粗车：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为2.5mm；毛坯的基本尺寸分别为：毛坯基本尺寸为117+4+4=125mm； 根据实用机械制造工艺设计手册表2-5，ZL109尺寸公差等级选用C

15、T7，可得毛坯尺寸公差为1.1mm。毛坯名义尺寸为117+4+4=125mm；毛坯最大尺寸为125mm+0.55=125.55mm；毛坯最小尺寸为125mm-0.55=124.45mm；粗车后工序尺寸为125mm；4 工艺规程设计4.1 定位基准的选择 4.1.1、粗基准的选择： 粗基准选择应当满足以下要求：A、保证各重要支承孔的加工余量均匀；B、保证铝活塞的内壁有一定的间隙。 为了满足上述要求，应选择铝活塞的主要面作为定位基准。即以铝活塞的外圆作为粗基准来限制工件的四个自由度，再以另一个面作为定位基准来限制第五个自由度。这样就能够很好地保证工件的定位，从而达到了加工各个工序的目的。4.1.2

16、、精基准的选择：从保证铝活塞孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证铝活塞零件在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从铝活塞零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是铝活塞箱体的装配基准，但因为它与铝活塞箱体的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。4.2 制定工艺路线对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出

17、统一的基准。铝活塞体加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以69外圆作为定位基准来加工铝活塞的外圆及端面，然后已经车削好的外圆面为基准来加工主视图上面的各个孔位。由于外圆面加工完成后一直到铝活塞体加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。后续工序安排应当遵循先面后孔的原则。先粗、精加工平面，再粗、精加工孔系。因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各外圆孔的攻丝，

18、由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段后分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。根据以上分析过程，现初步拟定铝活塞加工工艺路线如下； 方案一： 一、铸造毛坯 二、时效 三、车 四、粗车外圆 五、车端面 六、车止口、打中心孔 七、粗镗销孔 八、半精车外圆 九、钻斜孔 十、钻直油孔 十一、切油环槽 十二、切油环槽 十三、车油环槽环岸及其倒角 十四、切梯形槽 十五、半精车头部外圆 十六、切镶圈槽9 十七、切镶圈槽 十八、切镶圈槽槽底 十九、精车外

19、圆35 二十、粗车燃烧室75 二十一、粗车燃烧室圆角 二十二、精车燃烧室 二十三、铣气门内槽 二十四、铣气门外槽 二十五、精镗销孔50 二十六、车销孔外端挡圈及倒角 二十七、细镗销孔 二十八、去毛刺、飞边 二十九、质检三十、仓库方案二： 一、铸造毛坯 二、时效 三、车 四、粗车外圆 五、车端面 六、车止口、打中心孔 七、粗镗销孔 八、半精车外圆 九、钻斜孔 十、钻直油孔 十一、精车外圆35 十二、粗车燃烧室75 十三、粗车燃烧室圆角 十四、精车燃烧室 十五、铣气门内槽 十六、铣气门外槽十七、精镗销孔 十八、切油环槽 十九、切油环槽 二十、车油环槽环岸及其倒角 二十一、切梯形槽 二十二、半精车头

20、部外圆 二十三、切镶圈槽9 二十四、切镶圈槽二十五、切镶圈槽槽底50 二十六、车销孔外端挡圈及倒角 二十七、细镗销孔 二十八、去毛刺、飞边 二十九、质检三十、仓库 方案三： 一、铸造毛坯 二、时效 三、车 四、粗车外圆 五、车端面 六、车止口、打中心孔 七、精车外圆35 八、粗车燃烧室75 九、粗车燃烧室圆角 十、粗镗销孔 十一、半精车外圆 十二、钻斜孔 十三、钻直油孔 十四、精车燃烧室 十五、铣气门内槽 十六、铣气门外槽十七、精镗销孔 十八、切油环槽 十九、切油环槽 二十、车油环槽环岸及其倒角 二十一、切梯形槽 二十二、半精车头部外圆 二十三、切镶圈槽9 二十四、切镶圈槽二十五、切镶圈槽槽底

21、50 二十六、车销孔外端挡圈及倒角 二十七、细镗销孔 二十八、去毛刺、飞边 二十九、质检三十、仓库 其中，方案二的工艺路线虽能方便工人安装加工，但在装夹加工过程中会对零件已加工好表面造成破坏，造成零件损失；方案三，能加工出所要的零件，但加工时对零件的装夹和拆卸较频繁，时间耽搁较长，生产率下降；所以，综合选定，方案一可用。4.3 选择加工设备及刀、夹、量具 由图样分析，该图样需要车削外圆，在这里我们在车轮廓时选用外圆车刀。而车削加工时我们可以选择内孔车刀，量具可选用0-150mm为75-100mm的测量游标卡尺，外径千分尺，游标深度卡尺等。4.4 确定切削用量及基本工时4.4.1粗车外圆及端面1

22、） 确定背吃刀量。由于粗加工单边余量为1.3mm可在一次走刀内完成，故2）确定进给量。根据查切削用量简明手册得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时按CA6140车床说明书选择确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据CA6140车床说明书，其进给机构允许的进给力。当钢的强度，（预计）时，进给力为。切削时的修正系数为，故实际进给力为 由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。3）确定切削速度 当用硬质合金车刀加工钢料，切削速度4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿

23、命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量 根据切削用量简明手册表1.27与1.28中公式计算：=8.88m/min；根据一下公式，可得：4.4.2车止口、打中心孔 本工序为车车止口、打中心孔的工序，我们选择机床：普通车床 CA6140，功率P=13kw； 刀具：选用高速钢外圆车刀， 查 机械制造工艺设计简明手册3.139，刀具数据如下：d=16 1)车削进宽度的选择根据实际工况，我们通过机械制造工艺设计简明手册3.127可知12 这里取1.52)选择进给量 经过查表可知：0.23 3)选择车削的速度经查表可知所以：4)计算切削时间 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知

24、：所以，5)计算车削力 根据实际工况，我们通过机械制造工艺设计简明手册有 ：式中： 所以，6)校核机床功率 查切削用量简明手册表3.28有 所以，机床的功率足够；4.4.3粗镗销孔 机床：T613卧式镗床刀具：硬质合金钢刀具YG3X (1)粗镗销孔通过查表可知，镗孔深度为；查表可知，由于刀杆伸出长度为，切削深度为。所以我们可以知道，镗刀的进给量；切削速度：通过查找相关设计手册和规范，可知：由表可知，机床主轴转速的计算公式为：，有于是就有机床的切削速度： 计算每分钟进给量：切削的长度l的计算：计算刀具的切入长度：计算刀具的切出长度： 有计算行程次数：计算机动时间：1）粗镗3-57孔通过查表可知，

25、镗孔深度为；查表可知，由于刀杆伸出长度为，切削深度为。于是就有：镗刀的进给量；切削速度：通过查找相关手册可知由表可知，机床主轴转速的计算公式为：，有于是就有机床的切削速度： 计算每分钟进给量：切削的长度l的计算：计算刀具的切入长度：计算刀具的切出长度： 有计算行程次数：计算机动时间： 4.4.5车油环槽环岸及其倒角机床：CA6140普通车床刀具：沟槽车刀 切削深度：进给量：根据实际工况，我们通过实用机械工艺简明手册中2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：由实用机械工艺简明手册中，可以知道4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 即工作台每分钟进给量：被切削层长度

26、：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：4.4.8钻、绞8-22.35直孔至尺寸工件材料为ZL109不锈钢,孔的直径为22.35mm，表面粗糙度12.5。加工机床为Z3050，加工工序为钻，加工刀具为：钻孔20mm。确定进给量 根据参考文献7表28-10可查出，由于孔深度比，故。查Z3050立式钻床说明书，取。根据参考文献7表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献7表28-9，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据表28-15，由插入法得：由于实际加工条件与上表所给

27、条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献7表28-3，故查Z3050机床说明书，取。实际切削速度为由参考文献7表28-5，故校验机床功率 切削功率为机床有效功率故选择的钻削用量可用。即相应地4.4.9钻直油孔 本工序为钻钻直油孔，根据实际工况，我们选择机床：摇臂钻床，刀具我们选择麻花钻。（1）钻底孔3.2孔查机械制造工艺设计手册表，我们知道，切削深度：；进给量：根据实用机械工艺简明手册中表2.4-39，取；切削速度：参照实用机械工艺简明手册中表2.4-41，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切出长度：走刀次数为1 根据切削用量简明手册可知，有一下公式：机动时间：查

28、机械制造工艺设计手册表，我们知道，切削深度：进给量：根据实用机械工艺简明手册中表2.4-52，扩通孔取切削速度：参照实用机械工艺简明手册中表2.4-53，取机床主轴转速：实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1根据切削用量简明手册可知，有一下公式：机动时间： 查机械制造工艺设计手册表342有所以1计算切削深度4)钻削扭矩的计算查机械制造工艺设计手册表336有式中所以5)计算轴向力查机械制造工艺设计手册表336有轴向力式中所以，因零件材料为HB=150，查机械制造工艺设计手册表336有所以，实际的切削扭矩和轴向力分别为：6)计算切削功率因为查机械制造工艺设计手册表3

29、36有所以，机床功率足够。 4.4.19铣气门内槽 本工序为铣气门内槽的工序，我们选择机床：立式铣床 X5032，功率P=13kw； 刀具：选用高速钢圆镶齿三面刃铣刀 查 机械制造工艺设计简明手册3.139，刀具数据如下：d=16 1)铣削进宽度的选择根据实际工况，我们通过机械制造工艺设计简明手册3.127可知12 这里取1.52)选择进给量 经过查表可知：0.23 3)选择铣削的速度经查表可知所以：4)计算切削时间 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知：所以，5)计算铣削力 根据实际工况，我们通过机械制造工艺设计简明手册有 ：式中： 所以，6)校核机床功率 查切削用量简明手

30、册表3.28有 所以，机床的功率足够；4.4.23 细镗销孔通过查表可知，镗孔深度为；查表可知，由于刀杆伸出长度为，切削深度为。所以我们可以知道，镗刀的进给量；切削速度：通过查找相关设计手册和规范，可知：由表可知，机床主轴转速的计算公式为：，有于是就有机床的切削速度： 计算每分钟进给量：切削的长度l的计算：计算刀具的切入长度：计算刀具的切出长度： 有计算行程次数：计算机动时间：本夹具主要钻、攻T1面上4-M10螺纹孔的夹具。由于孔的位置精度较高，只要保证其中心位置正确即可。因此在本道工序加工时主要应考虑何提高劳动生产率，降低劳动强度。5 钻孔夹具的设计5.1定位基准的选择由于加工此孔是在车削好

31、活塞外圆加工的，并且活塞的端面上也经过加工，所以选择车削好的外圆面做位定位基准，通过定位销轴对活塞的内孔来进行孔的钻削加工。5.2定位元件的设计 定位元件为固定压板，一面两孔定位的定位元件大体都为定位销和定位板，本次设计的夹具也不例外。5.3切削力及夹紧力的计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻、攻加工，而钻削力远远大于扩和攻的切削力。因此切削力应以钻削力为准。根据文献18表得：钻削力： 钻削力矩： 式中： 实际所需夹紧力，根据文献18表得：安全系数可按下式计算，由式（3.6）有：式中: 5.4钻套、衬套、钻模板及夹具体设计4-M10螺纹孔的加工需钻、扩两次切削才能满足加工要求。故选可快换钻套（其结构如图9所示）。根据工艺要求：M10螺纹孔分钻、攻两个工步完成加工。即先用8.5的麻花钻钻孔，再用M10丝攻进行螺纹孔的加工；图9可换钻套钻套结构参数如下表：表3钻套基本结构参数dHD公称尺寸允差345648+0.025+0.00966601672741衬套选用固定衬套其结构如图所示：