機械機床夾具課程設(shè)計鏜活塞銷孔的夾具設(shè)計（完整圖紙）

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1、 車輛工程系 課程設(shè)計說明書 題目名稱： 鏜活塞銷孔的夾具設(shè)計 全套CAD圖紙，聯(lián)系153893706 學生姓名： 專 業(yè)： 機械工程及自動化（汽車工程） 班 級： 汽車04-2 學 號： 指導教師： 時 間：2007年12月10日—2008年1月13日

2、 遼寧工程技術(shù)大學 機械工程學院 課程設(shè)計任務(wù)書 一、 設(shè)計題目： 鏜活塞銷孔的夾具設(shè)計 二、設(shè)計參數(shù)： 1．零件的公差要求見零件圖 2 . 生產(chǎn)綱領(lǐng)：4000件/年 三、設(shè)計要求： 1．產(chǎn)品零件圖 1張 2．機械加工工藝過程卡片（含在說明書內(nèi)） 1份 3．機械加工工序卡片（含在說明書內(nèi)） 1套 4．夾具設(shè)計裝配圖 1張 5．

3、夾具設(shè)計零件圖 1張 6．課程設(shè)計說明書 1份 四、進度安排： 第一周：查找課程設(shè)計所需要的書籍，資料。 第二周：對零件進行分析，制定機械加工工藝過程。 第三周：繪制零件圖，制作加工工藝過程及加工工序卡片。 第四周：繪制夾具設(shè)計裝配圖及夾具設(shè)計零件圖。 第五周：編寫課程設(shè)計說明書。 五、總評成績及評語： 指導教師 簽名日期

4、 年 月 日 目 錄 前言 1 1 零件的分析 2 1.1 活塞的功用、結(jié)構(gòu)特點及工作條件 2 1.2 活塞的主要加工表面及技術(shù)要求 2 2 工藝規(guī)程設(shè)計 4 2.1 活塞的毛坯材料及制造方法 4 2.2 定位基準的選擇 4 2.3 制定工藝路線 5 2.3.1 工藝路線方案一 5 2.3.2 工藝路線方案二 5 2.3.3 工藝方案的比較與分析 6 2.4 機械加工余量及工序尺寸 6 3 專用夾具設(shè)計 9 3.1 設(shè)計主旨 9 3.2 夾具的設(shè)計 9 3.2.1 定位基準的選擇 9 3.2.2 切削力及夾緊力的計算 9 3.2.3 定位誤差分

5、析 10 3.2.4 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 10 4 結(jié)論 11 參考文獻 12 遼寧工程技術(shù)大學課程設(shè)計 前言 我國的汽車行業(yè)正在飛速發(fā)展，汽車的動力部分也在不斷改進，活塞是汽車動力不可缺少的一部分，它的工作情況會直接影響汽車的運行狀態(tài)。所以，如何能使活塞的生產(chǎn)高效率、高質(zhì)量，省成本、省時間是我們今天汽車行業(yè)的努力方向。 本文根據(jù)活塞加工的一個特殊工序來對其夾具的設(shè)計，使其加工過程得以順利進行，保證活塞銷孔的位置及精度的準確性，同時也借助這個夾具的設(shè)計，來提高活塞加工的效率，解決活塞的定位、夾緊問題，為活塞的加工提供一個更方便的路徑。 由于能力有限，

6、設(shè)計尚有很多不足之處，希望各位老師給予指導。 1零件的分析 1.1 活塞的功用、結(jié)構(gòu)特點及工作條件 活塞是曲柄連桿機構(gòu)中的主要零件之一，是發(fā)動機的心臟。 在活塞壓縮行程終了時，燃燒室內(nèi)的工作混合氣被火花塞點燃后爆發(fā)，產(chǎn)生強大的壓力，推動活塞沿氣缸向下運動，并通過連桿使活塞的直線往復(fù)運動變?yōu)榍男D(zhuǎn)運動，這就是發(fā)動機動力的來源。活塞的第一個作用就是使發(fā)動機做功。 發(fā)動機做功是由進氣、壓縮、爆發(fā)、排氣四個行程來完成的一個工作循環(huán)的。不斷地循環(huán)，發(fā)動機才能連續(xù)地工作，這就要求發(fā)動機內(nèi)活塞頂以上的空間要有非常好的密封效果。密封是活

7、塞的第二個作用。 發(fā)動機在點燃爆發(fā)時，溫度高達2000~2500，主要靠活塞和活塞環(huán)將高溫傳給氣缸壁，再由氣缸壁外側(cè)水套內(nèi)的循環(huán)水將熱量帶走?；钊牡谌齻€作用是傳熱。 活塞由頭部（環(huán)槽、環(huán)岸和絕熱槽）、裙部和頂部三部分組成。 1頂部。汽車發(fā)動機大多采用平頂式活塞，這是因為與其它形式的活塞相比，具有工作可靠、制造簡單、重量最輕和受熱面積最小等優(yōu)點。一般選用優(yōu)質(zhì)鋁合金。 2頭部?；钊h(huán)的主要功用是保證燃燒室和氣缸工作腔的密封性。它的高度主要取決于必須安裝的活塞環(huán)數(shù)。 3活塞裙。活塞裙是指活塞油環(huán)槽以下的部分。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

8、的階梯形或截錐形?；钊共康臋M截面應(yīng)作為橢圓形，并使橢圓的長軸方向垂直于活塞銷孔軸線方向。 活塞裙部內(nèi)有一止口。它由一小段內(nèi)孔、倒角和端面構(gòu)成。它是專為活塞加工過程中定位而設(shè)置的輔助精基準面，在活塞工作過程中沒有任何用途。 4銷座。銷座位于活塞裙部內(nèi)，且有厚筋與活塞頂相連。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油孔，用作潤滑活塞銷與活塞銷孔，減少它們的摩擦。 總之，活塞為薄壁零件，它是在高溫高壓的條件下，在氣缸內(nèi)做高速往復(fù)直線運動。為減小活塞在做高速往復(fù)運動時的慣性力，一般活塞材料采用鋁合金。 1.2　活塞的主要加工表面及技術(shù)要求 1．環(huán)岸及環(huán)槽底對活塞

9、裙部軸心的徑向跳動最大允差為0.1mm~0.15mm.全部槽底Ra3.2μm. 2.環(huán)槽側(cè)面對活塞裙部軸心線垂直度不超過25：0.07，環(huán)槽側(cè)面對活塞裙部軸心線跳動不超過0.05mm，全部槽側(cè)Ra0.4μm。 3．活塞銷孔尺寸及精度為φ（280.075）mm；銷孔圓柱度為0.00125mm；表面粗糙度Ra0.125μm；兩銷孔同軸度誤差，在最大實體狀態(tài)時為零；銷孔軸心線對裙部軸心線垂直度為100：0.035；這些參數(shù)超差會使活塞銷與活塞孔配合不正常，破壞活塞、活塞銷、連桿的正確裝配位置，不能保證正常的潤滑，并產(chǎn)生不正常磨損。 4．裙部保留有0.2mm，深0.008mm~0.016mm的刀

10、痕，以便能儲存潤滑油，使發(fā)動機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。 5為了改善活塞的機械加工性能，在活塞的制造過程中對銷孔尺寸、外圓尺寸和重量分別進行分組，然后按裝配工藝要求進行分組裝配。 2　工藝規(guī)程設(shè)計 2.1　活塞的毛坯材料及制造方法 活塞的材料除少數(shù)采用鑄鐵外，大部分采用導熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)較底的硅鋁合金。為了增加其剛性、隔熱性和避免環(huán)槽早期磨損，也有在其頭部或裙部鑄有鋼護圈、鑄鐵圈或鋼片，這類活塞稱為雙金屬活塞。 鋁活塞除了導熱性能好外，還具有重量輕、易加工等特點。所以目前中

11、小型發(fā)動機的活塞大部分采用鋁合金材料。 由于鋁合金和鑄鐵材料的不同，造成線膨脹系數(shù)不一樣，亦可能出現(xiàn)廣泛選用鑄鐵活塞的趨勢，用以取代鋁活塞。 一般的鋁活塞大多采用金屬模澆鑄，這樣不僅可以獲得較高精度的毛坯，減少機械加工余量，同時還可以保證活塞間較小的重量差。 2.2　定位基準的選擇 由于毛坯的精度較高，所以毛坯的外表面、內(nèi)圓及頂面可直接作為粗基準，如粗車外圓、環(huán)槽、頂部、裙部及端面。由于液態(tài)模鍛后的毛坯內(nèi)孔與外圓的同軸度及內(nèi)孔、外圓對內(nèi)頂面的垂直度誤差均較小，因此，車削后頂部及裙部的壁厚均勻，可為以后的半精加工及精加工留有較均勻的余量。 活塞屬薄壁筒形零件，徑向剛度很差，而主要表面尺

12、寸精度及個主要表面之間的位置精度要求又較高，所以在產(chǎn)品設(shè)計時就針對活塞的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計了專供加工時定位用的輔助精基準——止口內(nèi)孔及端面。在回油槽、外圓、環(huán)槽、頂面等加工時，就采用了該精基準定位。這不僅符合“基準統(tǒng)一”和“工序集中”原則，而且便于軸向夾緊，可采用一套夾具即可。 但以此作為精基準不僅不符合“基準重合”原則，而且還為此增加了工序和設(shè)備。由于活塞銷孔沿活塞軸線方向位置尺寸的設(shè)計基準是頂面，所以精鏜削孔時以頂面為軸向定位基準，而止口的精加工以頂面為定位基準，這樣可以減少因基準不重合而產(chǎn)生的定位誤差。 在鉆、擴銷孔時采用了以銷座外端作為角向定位基面。這是因為若采用銷孔自定位，定位元件不

13、易布置，夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而由于活塞毛坯精度較高，以此作為角定位可以滿足加工要求。 在鏜、滾擠銷孔時，以銷孔為角向定位基準，遵循了“自為基準”原則，使加工余量均勻，容易保證精度要求。 2.3　制定工藝路線 2.3.1　工藝路線方案一： 1．鉆活塞銷孔 使用設(shè)備： Z148組合機床 2．銑兩側(cè)銷座凹坑 80618專用機床 3．粗車外圓、環(huán)槽、裙部及端面 504680四軸數(shù)控車床 4．粗車定位止口

14、 C2-112車床 5．銑回油槽 ZF041活塞專用銑床 6．擴活塞銷孔 Z149組合機床 7．鉆銷座油孔 4023抬鉆 8．去毛刺 9．粗精鏜活塞銷孔 T617A臥式銑鏜床 10．銷孔內(nèi)側(cè)倒角

15、 80226專用機床 11．車削孔鎖環(huán)槽 C2-115車床 12．精車止口 504690二軸數(shù)控車床 13．車外圓、環(huán)槽、環(huán)岸及倒角 504700三軸數(shù)控車床 14．滾擠活塞銷孔 ZA125立式鉆床 15．去毛刺 16．清洗吹凈活塞

16、 DTX40-I-G通過式清洗床 17．終檢 18．裝配前裙部分組尺寸復(fù)檢 2.3.2　工藝路線方案二： 1．粗車底面止口 使用設(shè)備： C2-112車床 2．粗鏜活塞銷孔 T617A臥式銑鏜床 3．粗車頂面，外圓及環(huán)槽 504680四軸數(shù)控車床 4．精車下端面，內(nèi)止口 504690二軸數(shù)控車床 5．精車環(huán)槽、外圓面、頂

17、面 504700三軸數(shù)控車床 6．精車燃燒室 C2-115車床 7．銑裙部圓弧 ZF041活塞專用銑床 8．精細鏜活塞銷孔 JL6靜壓鏜床 9．車鎖環(huán)槽 504700三軸數(shù)控車床 10．液壓銷孔

18、 液壓銷孔車床 11．精磨裙部外圓 仿型磨床 12．清洗吹凈活塞 DTX40-I-G通過式清洗床 13．終檢 14．裝配前裙部分組尺寸復(fù)檢 2.3.3　工藝方案的比較與分析 上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先鉆銷孔，再車定位止口，然后以此為基準加工活塞；而方案二是直接粗車止口，然后鏜銷孔加工活塞；從工藝路線上分析兩套方案都可行，但經(jīng)比較可見，第一套方案更具體，更適合活塞的批量生產(chǎn)。 2.4　機械加工余量及

19、工序尺寸 1．鉆活塞銷孔：φ22.9mm 2．銑兩側(cè)銷座凹坑：R10 3．粗車外圓、環(huán)槽、裙部及端面 外圓 ：φ102.40.1 2Z=1.2mm 環(huán)槽 ：2.250.03、4.4450.03、φ91.60.05、φ101.80.05、φ90.60.05 裙部 ：8.150.03、15.20.03、21.830.03、26.830.03 端面 ：101.5650.435 2Z=4.935 4．粗車定位止口：87.5650.15

20、 φ95.5 5．銑回油槽：57.38 2.5 6．擴活塞銷孔φ26.59 2Z=3.69 7．粗精鏜活塞銷孔 φ28 2Z=1.41 8．精車止口 85.5650.015 φ96.7 2Z=0.8 機械加工工藝過程卡片 （廠名） 加工工藝卡片 產(chǎn)品型號 產(chǎn) 品 名 稱 活塞 零 件 名 稱 零件圖號 數(shù)量 材料名稱 材料規(guī)格mm 毛料重量kg 活

21、塞 4000 45 序 號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 設(shè)備名稱 1 鉆削 鉆活塞銷孔φ22.9 鉆床 2 銑削 銑兩側(cè)銷座凹坑 銑床 3 車削 粗車外圓、環(huán)槽、裙部及端面 車床 4 車削 粗車定位止口 車床 5 銑削 銑回油槽 銑床 6 車削 擴活塞銷孔 車床 7 鉆削 鉆銷座油孔 鉆床 8 鉗工 去毛刺 9 鏜削 粗精鏜活塞銷孔 鏜床 10 磨削 銷孔內(nèi)側(cè)倒角 磨床 11 車削 車削孔鎖環(huán)槽 車床 12 車削 精車止口 車床 13 車削 車外圓、環(huán)槽、環(huán)岸及

22、倒角 車床 14 鉆削 滾擠活塞銷孔 鉆床 15 鉗工 去毛刺 16 磨工 磨削撥叉腳兩端面 磨床 17 清洗吹凈活塞 18 終檢 編制 標準化 校對 會 簽 更改單號 更改標記 更改處數(shù) 更改人 更改日期 審核 批 準 機械加工工序卡片 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 產(chǎn)品名稱 零件名稱 活塞 工序號 工序名稱 材料名稱 01 45號鋼 毛坯種類 每毛坯可制件數(shù) 每臺件數(shù) 模鍛件 1 1

23、 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 同時加工件數(shù) 1 工步號 工步內(nèi)容 工藝設(shè)備 1 鉆活塞銷孔：φ22.9+00.2mm Z148組合機床 2 粗車外圓、環(huán)槽、裙部及端面 504680四軸數(shù)控車床 3 粗精鏜活塞銷孔 T617A臥式銑鏜床 設(shè)計（日期） 簽字 3 專用夾具設(shè)計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。這里的夾具為鏜活塞銷孔的專用夾具，用于T6

24、17A臥式銑鏜床，φ28的刀頭。 3.1　設(shè)計主旨 本夾具主要用來鏜φ28mm的活塞銷孔，且有一定的技術(shù)要求。但加工本道工序時，φ10mm孔尚未加工，因此，主要應(yīng)該考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，同時還要達到要求的精度。 3.2　夾具的設(shè)計 3.2.1　定位基準的選擇 由零件圖可知，活塞銷孔尺寸為φ28mm，活塞圓柱表面的圓跳度為0.1mm, 由于毛坯的精度較高，所以毛坯的外表面、內(nèi)圓及頂面可直接作為粗基準，因此，鏜活塞銷孔時以頂面作為水平的基準，活塞左右的夾緊以外表面為基準。 3.2.2　切削力及夾緊力的計算 切削刀具：整體雙刃鏜刀塊, 鉆頭直徑D=28mm,則 圓周切

25、削分力Fc=902aPf0.75Kp 其中，aP =8mm,f=5mm, Kp==1,所以 Fc=902850.751=24128.2 Nmm 徑向切削分力Fp=530f0.75Kp 所以 Fp=53050.71=10624.6 N 軸向切削分力Ff=451f0.4Kp 所以 Ff=451850.41=6868.4 N 計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)K= K1 K2 K3 K4 式中 K1 -----基本安全系數(shù)，K1 =1.5 K2 -----加工性質(zhì)系數(shù)，K2 =1.1 K3 -----刀具鈍化系數(shù)，K3 =1.1 K4 -----斷續(xù)切削系數(shù)，K

26、4 =1.1 于是，K= 1.51.11.11.1=1.9965 所以，圓周切削分力Fc=K=24128.21.9965=48172 N 徑向切削分力Fp=K=10624.61.9965=21212 N 軸向切削分力Ff=K=6868.41.9965=13713 N 3.2.3　定位誤差分析 （1）定位元件尺寸及公差的確定。本夾具的主要定位元件為一定位銷，定位銷與夾具體上相應(yīng)的孔采用過贏配合且能保證零件的公差要求，即為： 定位銷A60 f7178 GB 2203-80 （2）卡爪的定位。由于活塞的圓柱表面不是均勻的大小，所以卡爪的定位對活塞表面的夾緊會產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。 3.2

27、.4　夾具設(shè)計及操作的簡要說明 如前所述，在設(shè)計夾具時，為了提高勞動生產(chǎn)率，應(yīng)首先著眼于機動夾緊，所以采用卡爪用來夾緊活塞?；钊捻斆嬖儆啥ㄎ讳N進行定位，使整個活塞處于完全定位的狀態(tài)。 加工時將活塞放入夾具體，使活塞的上端面處于定位銷的位置，得到頂端面的定位，活塞的圓柱表面通過卡爪、卡環(huán)，再由夾具體內(nèi)的活塞來夾緊，使得待加工的活塞牢固的定位。 4 結(jié)論 課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。通過這次課程設(shè)計我了解了活塞的加工制造工藝，明白了各步工序的作用，知道了鏜活塞銷孔夾具

28、的設(shè)計方法步驟。 幾周的課程設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是如此的貧乏，自己綜合應(yīng)用所學專業(yè)知識的能力是如此的不足，因此本次課程設(shè)計也使我對以前所學的知識有了一個較為全面的系統(tǒng)復(fù)習，尤其是畫圖的基本工得到了提高，為以后的畢業(yè)設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)。 本夾具還存在不足之處。一是繪圖軟件掌握的還不夠熟練，二是對夾具設(shè)計的知識還有欠缺。繪圖時細節(jié)地方會畫的不準確，造成重復(fù)性的修改，影響工作的效率，另一方面，夾具的工作質(zhì)量和工作壽命還未探討，這些都需要進一步研究和進一步實踐來解決。 參考文獻 [1] 王光斗 王春福. 機床夾具設(shè)計手冊. 第3版. 上?？茖W出版社,2000. [2] 肖繼德 陳寧平. 機床夾具設(shè)計. 第2版. 機械工業(yè)出版社,2000 [3] 趙家齊. 機械制造工藝學課程設(shè)計知道書 . 第2版. 機械工業(yè)出版社,2002 [4] 劉守勇. 機械制造工藝與機床夾具 . 第2版. 機械工業(yè)出版社,2005 [5] 陸劍中 家寧. 金屬切削原理與刀具. 第3版. 機械工業(yè)出版社,2004 11