汽車活塞加工工藝規(guī)程及夾具設計【銑頂部16槽+鏜孔】【含圖紙+文檔全套】

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主編，《機械設計手冊》，機械工業(yè)出版社2010.1 3．蔣建強、張義平 主編，《機械設計基礎(chǔ)》，北京師范大學出版社2009.8 4．楊雪寶 主編，《機械制造裝備與設計》，西北大學出版社2008.5 5．王凡 宋建新 主編，《實用機械制造工藝設計手冊》，機械工業(yè)出版社 2008.5 6．田培棠 石曉輝 米林 主編，《夾具結(jié)構(gòu)設計手冊》，國防工業(yè)出版社 2011.1 7．趙桂范 楊娜 主編，《汽車制造工藝》，北京大學出版社2008.6 指導教師簽名 教研室審核意見 二級學院審核意見 任務接受人（簽名） 年 月 日 負責人： 年 月 日 負責人： 年 月 日 年 月 日 備注：1、本任務書一式三份，由指導教師填寫相關(guān)欄目，經(jīng)二級學院審核同意后，二級學院、指導教師和學生各執(zhí)一份。 2、本任務書須裝入學生的畢業(yè)論文（設計）檔案袋存檔。 廣東技術(shù)師范學院天河學院 本科畢業(yè)設計開題報告 題 目：汽車活塞加工工藝規(guī)程及夾具設計 院 別： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 姓 名： 蔡贊強 學 號： 2012020643202 指導教師： 李俊武 年 月 日 - 16 - 本科畢業(yè)設計開題報告 二級學院 機電工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機制122 姓名 蔡贊強 學號 2012020643202 聯(lián)系方式 13751764123 題目 汽車活塞加工工藝規(guī)程及夾具設計 一、 選題背景 活塞是曲柄連桿機構(gòu)的重要零件煤氣主要功用是承受燃燒氣體壓力和慣性力，并將燃燒氣體壓力通過活塞銷傳給連桿，推動曲軸旋轉(zhuǎn)對外作功。此外，活塞又是燃燒室的組成部分。 活塞是內(nèi)燃機中工作條件最嚴酷的零件。作用于活塞上的氣體壓力和慣性力都是周期變化的，燃燒瞬時作用于活塞上的氣體壓力很高，如增壓內(nèi)燃機的最高燃燒壓力可達14—16MPa。而且活塞還要承受在連桿傾斜位置時側(cè)壓力的周期性沖擊作用，在氣體壓力、往復慣性力和側(cè)壓力的共同作用下，可能引起活塞變形，活塞銷座開裂，活塞側(cè)部磨損等。由此可見，活塞應有足夠的強度和剛度，而且質(zhì)量要輕。 活塞頂部直接與高溫燃氣接觸，活塞頂部的溫度很高，各部的溫差很大，柴油機活塞頂部常布置有凹坑狀燃燒室，使頂部實際受熱面積加大，熱負荷更加嚴重。高溫必然會引起活塞材料的強度下降，活塞的熱膨脹量增加，破壞活塞與氣缸壁的正常間隙。另外，由于冷熱不均勻所產(chǎn)生的熱應力容易使活塞頂部出現(xiàn)疲勞熱裂現(xiàn)象。所以要求活塞應有足夠的耐熱性和良好的導熱性，小的線膨脹系數(shù)。同時在結(jié)構(gòu)上采取適當?shù)拇胧?，防止過大的熱變形。 活塞運動速度和工作溫度高，潤滑條件差，因此摩擦損失大，磨損嚴重。要求應具良好的減摩性或采取特殊的表面處理。 由于于柴油的物理化學特性，所以柴油機的構(gòu)造是一個非常復雜的系統(tǒng)。而活塞就是這個系統(tǒng)中一個很關(guān)鍵的部位，對整個動力系統(tǒng)起著決定性影響，在某種意義來說它是柴油機里面的“心臟”。而活塞則是柴油機機里“心臟中的心臟”?；钊挥诎l(fā)動機汽缸內(nèi),作往復運動,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傳送給曲柄。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)變負荷往復運動。本課題就是研究活塞這個汽車當中的一個重要零件的加工。 改革開放以來，隨著中國與世界的接軌，中國不斷的引進了西方先進的加工技術(shù)，而且隨著世界科技的飛速發(fā)展，數(shù)控機床，加工中心，柔性制造單元，柔性制造系統(tǒng)等一系列高端設備得以廣泛的運用，使得我國的加工精度和加工方法也發(fā)生了革命性的改變。產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，產(chǎn)品需求的多樣化，是制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)。夾具方面人們也從過去傳統(tǒng)的夾具的裝夾，定位，刀具的引導定位為夾具的裝夾和定位，隨著數(shù)字化加工設備的擴大化，已經(jīng)將夾具的引導刀具功能完全替代，給今后的夾具的快速裝夾與定位提出了更高的要求。 隨著汽車整車對發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保性及可靠性的要求越來越嚴格，活塞已發(fā)展成為集輕質(zhì)高強度新材料、異型外圓復合型面、異型銷孔等多項新技術(shù)于一體的高技術(shù)含量的產(chǎn)品，以保證活塞的耐熱性、耐磨性、平穩(wěn)的導向性和良好的密封功能，減少發(fā)動機的摩擦功損失，降低油耗、噪聲和排放。為滿足以上的功能要求，通常將活塞的外圓設計成異型外圓(中凸變橢圓)，即垂直于活塞軸線的橫剖面為橢圓或修正橢圓，且橢圓度沿軸線方向按一定的規(guī)律變化(如圖1所示)，橢圓度精度達0.005mm；活塞縱剖面的外輪廓為高次函數(shù)的擬合曲線，輪廓精度為0.005～0.01mm；為提高活塞的承載能力，以提高發(fā)動機的升功率，通常將高負荷活塞的銷孔設計成微內(nèi)錐型或正應力曲面型(異型銷孔),銷孔尺寸精度達IT4級，輪廓精度為0.003mm。 二、課題設計 2.1課題的內(nèi)容 學習研究制定汽車活塞零件工藝規(guī)程和夾具設計，制定零件的機械加工工藝規(guī)程作為生產(chǎn)的指導性技術(shù)文件，使工件能按照零件圖的技術(shù)要求加工。通過仔細了解零件結(jié)構(gòu)，認真分析零件圖,培養(yǎng)我們獨立識圖能力,增強我們對零件圖的認識和了解,通過對零件圖的繪制,不僅能增強我們的繪圖能力和運用Auto CAD等軟件的能力。制訂工藝規(guī)程、確定加工余量、工藝尺寸計算、工時定額計算、定位誤差分析等。在整個設計中也是非常重要的,通過這些設計,不僅讓我們更為全面地了解零件的加工過程、加工尺寸的確定,而且讓我們知道工藝路線和加工余量的確定,必須與工廠實際的機床相適應。 活塞作為典型的汽車關(guān)鍵零部件，在切削加工方面具有很強的工藝特點。目前，國內(nèi)活塞制造行業(yè)通常是由通用機床和結(jié)合活塞工藝特點的專用設備組成機加工生產(chǎn)線，因此，專用設備就成為活塞切削加工的關(guān)鍵設備，其功能和精度將直接影響最終產(chǎn)品的關(guān)鍵特性的質(zhì)量指標。 本文根據(jù)活塞加工的特殊工序來對其夾具的設計，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。 2.2課題的目的 隨著世界經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和科學技術(shù)的騰飛，市場不斷國際化全球化，各行各業(yè)的競爭日益激烈。企業(yè)要想在殘酷的競爭中生存下來謀求發(fā)展，就要想方設法提高競爭力。縮短新產(chǎn)品的研發(fā)和開發(fā)時間，提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量，降低研發(fā)成本，進行創(chuàng)新性設計，只有這樣，才能滿足市場不斷變化的需求。 在現(xiàn)代企業(yè)的機械生產(chǎn)中，如何保證零件加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，是企業(yè)不斷追求的目標。隨著市場競爭的日趨激烈，對機械零件的技術(shù)性和經(jīng)濟性提出了更高的要求，而良好的技術(shù)經(jīng)濟性很大程度取決于機械加工工藝的制定。汽車活塞零件是機械產(chǎn)品中最常見的一種零件，其生產(chǎn)工藝比較特殊，改造后的汽車活塞零件可達到較高的精度，同時夾具結(jié)構(gòu)簡單，操作方便快捷，能重復使用，降低了成本。 汽車活塞的加工工藝及夾具設計為本課題的研究內(nèi)容，對此研究查閱的大量的資料，首先明白機械加工工藝過程就是用切削的方法改變毛坯的形狀、尺寸和材料的物理機械性質(zhì)成為具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。 為了能具體確切的說明過程，使工件能按照零件圖的技術(shù)要求加工出來，就得制定復雜的機械加工工藝規(guī)程來作為生產(chǎn)的指導性技術(shù)文件，學習研究制定機械加工工藝規(guī)程的意義與作用就是本課題研究目的。 2.3課題的意義 活塞頂部有燃燒室,混合氣體在里面進行燃燒,它的容積大小就決定著里面能夠容納混合氣體多少,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?；钊娜共吭诨钊墓ぷ鬟^程中起導向的作用,底部有精加工的止口,它是為加工活塞而設置的輔助精基面,在結(jié)構(gòu)和功能上沒有起到直接的作用。 由于燃料燃燒會產(chǎn)生很大壓力，所以在工作過程中活塞將產(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形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層比較厚,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甚至消失,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計制造成橢圓形,橢圓的長軸在垂直于活塞銷孔軸心線的方向上。 此外，活塞在工作時頂部是直接和高溫氣體接觸的,而裙部是間接傳來的熱量,故而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計得比裙部小,同時頭部也設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。 活塞的主要技術(shù)條件分析 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裝配,以保證大致要求的間隙。要求裙部外圓的粗糙度Ra≤1.6μm 。 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,銷孔的公差等級大小要求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,要求銷孔內(nèi)圓的粗糙度Ra≤0.2μm。 銷孔(活塞的)的位置公差的要求 銷孔(活塞的)的位置公差也應有嚴格要求，銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比,也就影響著發(fā)動機的效率 銷孔軸心線對裙部軸心的垂直度影響著活塞銷,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?；钊跉飧滋字袃A斜,加劇磨損,因此這里垂直度在100mm長度上公差為0.03mm。 銷孔軸心線對裙部軸心線的對稱度誤差也會引起不均勻摩損,故而應該限制。 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相差太大,對于活塞,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按重量進行分組. 零件的加工工藝編制，在機械加工中占有非常重要的地位，零件工藝編制得合不合理，這直接關(guān)系到零件最終能否達到質(zhì)量要求；夾具設計也是不可缺少的一部分，它關(guān)系到能否提高其加工效率的問題。因此這兩者在機械加工行業(yè)中是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。 機械加工工藝過程是指用機械加工方法改變毛坯的形狀，尺寸，相對位置和性質(zhì)使其成為零件的全過程。 機械加工工藝過程的基本單位是工序，工序又由安裝，工位，工步及走刀組成。 規(guī)定產(chǎn)品或零件制造過程和操作方法的工藝文件，稱為工藝規(guī)程。機械加工工藝規(guī)程的主要作用如下： 1. 機械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)準備工作的主要依據(jù)，根據(jù)它來組織原料和毛坯的供應，進行機床調(diào)整，專用工藝裝備的設計與制造，編制生產(chǎn)作業(yè)計劃，調(diào)配勞動力，以及進行生產(chǎn)成本核算等。 2. 機械加工工藝規(guī)程也是組織生產(chǎn)，進行計劃調(diào)度的依據(jù)，有了它就可以指定進度計劃，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和低消耗。 3. 機械加工工藝規(guī)程是新建工廠的基本技術(shù)文件，根據(jù)它和生產(chǎn)綱領(lǐng)，才能確定所需機床的種類和數(shù)量，工廠的面積，機床的平面布置，各部門的安排。 機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片是兩個主要的工藝文件，對于檢驗工序還有檢驗工序卡片，自動，半自動機床完成的工序，還有機床調(diào)整卡片。機械加工工藝過程卡片是說明零件加工工藝過程的工藝文件。機械加工工序卡片是每個工序制定時，用于直接指導生產(chǎn)，用于大批量生產(chǎn)的零件和成批生產(chǎn)中的重要零件。 汽車活塞零件是一種常用零件，研究汽車活塞零件的加工工藝和夾具生產(chǎn)技術(shù)，可以改進汽車活塞零件的生產(chǎn)方法，提高工廠的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高零件精度，對實際生產(chǎn)具有重要意義。 2.4 文獻綜述 機械的加工工藝及夾具設計是在完成了大學的全部課程之后，進行的一次理論聯(lián)系實際的綜合運用，使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打下基礎(chǔ)。機械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設計，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，是企業(yè)進行生產(chǎn)準備，計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟效益的技術(shù)保證。然而夾具又是制造系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是十分重要的。因此，好的夾具設計可以提高產(chǎn)品勞動生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴大機床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設計及制造提出了更高的要求。 從1949年以來，我國機械工業(yè)有了很大的發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)中產(chǎn)品門類比較齊全、具有相當規(guī)模和一定技術(shù)基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)部門之一，其機械加工和夾具也有很大的發(fā)展，但是與工業(yè)發(fā)達國家相比，我們這方面的水平還存在著階段性的差距，主要表現(xiàn)在機械產(chǎn)品質(zhì)量和水平不夠高，加工工藝過程不合理，夾具應用也比較少，使其加工工人勞動強度大，加工出來的產(chǎn)品也不理想。 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關(guān)系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結(jié)合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工緊。人們越來越認識到中不可缺少的工藝裝備。 國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50～80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10～20％左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應用，對機床夾具提出了如下新的要求： 1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本； 2）能裝夾一組具有相似性特征的工件； 3）能適用于精密加工的高精度機床夾具； 4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具； 5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； 6）提高機床夾具的標準化程度。 隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求，使多品種，中小批生產(chǎn)作為機械生產(chǎn)的主流，為了適應機械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出更高的要求。特別像后鋼板彈簧吊耳類不規(guī)則零件的加工還處于落后階段。在今后的發(fā)展過程中，應大力推廣使用組合夾具、半組合夾具、可調(diào)夾具，尤其是成組夾具。在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精高效模塊組合通用經(jīng)濟方向發(fā)展。 （1）特種加工 它是指一些物理的、化學的加工方法，如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、離子束加工等。特種加工方法的主要對象是難加工材料的加工，如金剛石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可達分子級加工單位或原子級加工單位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。特種加工與傳統(tǒng)加工相結(jié)合的復合加工有較大的發(fā)展前途。 （2）快速成形 利用離散、堆積成形概念，可將一個三維實體分解為若干二維實體制造出來，再經(jīng)堆積而構(gòu)成三維實體。 （3）精密工程 它包括精密加工的超精密加工技術(shù)、微細加工和超微細加工技術(shù)、微型機械和納米技術(shù)等方面。當前，以納米技術(shù)為代表的超精密加工技術(shù)和以微細加工為手段的微型機械技術(shù)有重要意義，它們代表了這一時期精密工程的方向。 （4）傳統(tǒng)加工工藝的改造和革新 這一方面的技術(shù)潛力很大，如高速切削、超高速切削、強力磨削、超硬材料磨具的出現(xiàn)都對加工理論的發(fā)展、加工質(zhì)量和效率的提高有重要意義。另一方面，舊設備的改造和挖潛，如普通機床改造成數(shù)控機床等，對機械工業(yè)的發(fā)展和提高是不容忽視的。 三、課題研究現(xiàn)狀 3.1國外研究現(xiàn)狀 　汽車面世以來。發(fā)動機制造技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了兩次變革，現(xiàn)在正醞釀著第三次革命。第一革命發(fā)生在20世紀初，美國FORD汽車公司發(fā)明了大量生產(chǎn)流水線。其主要方式是由組合機床和專用機床組成的自動生產(chǎn)線TL，也稱傳統(tǒng)自動線，最大優(yōu)點是生產(chǎn)效率高和價格低，最大缺點是柔性差，我國汽車行業(yè)從誕生起至上世紀 90年代一直沿用TL，一汽和東風的載貨車發(fā)動機廠都是如此。目前我國轎車行業(yè)大多不采用TL，但國外大量生產(chǎn)穩(wěn)定產(chǎn)品的生產(chǎn)線中，TL仍是最佳選擇。 上世紀90年代出現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速、高快移速度、高加速度、快速換刀的高速加工中心，由其組成的高速柔性生產(chǎn)線FTL是發(fā)動機制造技術(shù)的第二次革命，其突出特點是一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾，缺點是投資大，效率受局限，目前是轎車的熱點生產(chǎn)線，商用車發(fā)動機生產(chǎn)廠也有局部采用，并采用有簡單柔性的數(shù)控專用（可交換多軸頭和夾具）機床組成的TL。 　　為進一步提高高速柔性生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，F(xiàn)TL的最新發(fā)展的敏捷高速柔性生產(chǎn)線AFTL，其目標是對變化的市場需求快速作出反應。滿足汽車發(fā)動機多品種，大中批量、高效率、低成本生產(chǎn)的需要，符合”精益生產(chǎn)“原則。其主要特點：由通用高速加工中心和專用，組合機床組成的混合型柔性生產(chǎn)線 （HSMC+SPM/TM），按照工序流程排列設備并由自動輸送裝置連接，全部生產(chǎn)線上機床，輸送和工件識別均在一個控制系統(tǒng)中；采用敏捷夾具（柔性夾具可控、可調(diào)），采用智能刀具——為特定工件加工設計的一系列專用高速刀具。這種生產(chǎn)線的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，同時又具有相當?shù)娜嵝?，能夠適應大批量生產(chǎn)和變型產(chǎn)品生產(chǎn)，投資較小。缺點是柔性受局限，不能加工不可預見的任意品種的零件。目前，混合型柔性生產(chǎn)線在國外應用廣泛，國內(nèi)一些發(fā)動機廠家通過引進國外設備，同時增加部分國產(chǎn)設備組成生產(chǎn)線的應用較多。 現(xiàn)在發(fā)動機制造技術(shù)正醞釀著第三次革命。發(fā)動機研發(fā)越來越快，新品開發(fā)周期越來越短（從30個月縮短到13個月），車型數(shù)量多，生產(chǎn)批量不確定。目前的柔性生產(chǎn)線價格昂貴、投資風險大，同時產(chǎn)能過剩矛盾越來越突出，尤其在我國更加突出。近年來，人們一直在探討解決多樣性與經(jīng)濟性日益突出的矛盾，以滿足變品種、變批量的需要，且兼顧高柔性、高效率、低投資的要求和市場快速反應的能力。同時，也在探討通過制造系統(tǒng)的革命來解決產(chǎn)能過剩的矛盾。 美國提出了可重構(gòu)制造RMS，原理是通過對制造系統(tǒng)中機床配置的調(diào)整和機床功能模塊的增減，迅速構(gòu)成適應新品生產(chǎn)和生產(chǎn)批量變化。為此，研制克由標準化模塊組成的可重構(gòu)機床RMT。RMS的結(jié)構(gòu)和布置可按需要在用戶現(xiàn)場快速重組。RMS的應用基礎(chǔ)之一是柔性夾具。美國GM公司已經(jīng)開發(fā)出柔性夾具系統(tǒng)，可以快速（在15min內(nèi)把一種夾具變成第一種夾具配置）更換以生產(chǎn)不同的發(fā)動機缸體或缸蓋。日本MAZAK公司開發(fā)出市場響應型自獨立制造系統(tǒng)MSM，其實質(zhì)是”單臺套件生產(chǎn)“。 目前該項目是國際上熱門話題，我國已列入科技發(fā)展規(guī)劃。RMS和MSM投入發(fā)動機實際使用雖為時尚早，但卻是未來發(fā)動機制造的方向。 目前，J.-Y. Jung以及Ferreira等人在進行CAPP方面的研究中對設備規(guī)劃有詳細論述。計算機輔助夾具設計（CAFD）就夾具方面也做了一些工作；Chou YC Chandru V等人提出的自動夾具定位和夾緊的一種方法；de meter EC提出的利用機械杠桿原理進行定位和夾緊位置選擇的一種算法。目前，關(guān)于工件夾具的自動化配置方面的工作，自動化結(jié)構(gòu)設計AFCD中很少提及。 Cai等提出了一種指導夾具設計的方法，此方案是縮小由于工件表面與夾具安裝誤差所帶來的定位誤差。Hockenberger[4]與Demter提出的模式是在工件加工期間工件的靜態(tài)分析，這種方法是一種定性分析并且是在抓緊或夾緊物體的最壞的情況下的偏差，這種情況是由于干涉扭矩。 3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 幾十年來，我國汽車制造技術(shù)及裝備經(jīng)歷了曲折過程。上世紀70年代，為裝備第二汽車制造廠（生產(chǎn)載貨車）組織了130多個機床生產(chǎn)科研單位研發(fā)了117條自動線和1004種5500臺高效專用設備，汽車制造國產(chǎn)化率達到96％。上世紀80年代，我們汽車工業(yè)重點轉(zhuǎn)入轎車，國內(nèi)機床工業(yè)很不適應，產(chǎn)品及制造技術(shù)和裝備多數(shù)為國外引進。2005年以來，我國汽車行業(yè)每年投資超過1000億元RMB，2007年總產(chǎn)量達888.24萬輛，生產(chǎn)能力超過1000萬輛。動力總成制造工廠中大部分為機械加工設備，主要精加工設備為歐美及日本等國產(chǎn)品，齒輪加工設備國產(chǎn)機床占了大半江山，沈陽機床集團，北京機電院、北京第三機床廠等已經(jīng)為一些汽車廠提供了立式加工中心生產(chǎn)線，東風汽車有限公司的設備制造廠也為東風本部，東風康明斯、東風本田、神龍汽車公司及其他國內(nèi)汽車發(fā)動機及總成廠提供了大量的專用機床生產(chǎn)線，中小型加工中心。目前數(shù)千臺國產(chǎn)數(shù)控車床在汽車行業(yè)應用并獲好評，大連機床集團并購INGERSOLL公司后，近幾年為汽車發(fā)動機工廠提供了上百臺高速加工中心組成的自動線，這些汽車廠家與機床廠家聯(lián)手開發(fā)制造工藝及裝備，其生產(chǎn)線的工藝技術(shù)及裝備部分接近同期世界先進水平。但大部分機械加工設備的刀具（高精度的磨具）及數(shù)控元器件依賴進口。 總體來說，我國機械加工設備與世界先進水平還有不少差距，主要表現(xiàn)在以下方面。 （1）硬件：主要是數(shù)控機床無法滿足汽車對精度、精度保持性、可靠性、壽命的需要。 （2）軟件：缺乏將工藝系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成為制造單元或流水生產(chǎn)線的技術(shù)。 （3）自主創(chuàng)新：我們基本沒有制造技術(shù)自主創(chuàng)新體系，在現(xiàn)代發(fā)動機制造技術(shù)，高速加工技術(shù)中，由高級復合化機床組成的制造單元等方面差距很大，對現(xiàn)代汽車制造裝備特別強調(diào)。解決方案“方面差距更大。 我國于80 年代末開始對組合夾具元件的設計與管理進行了研究和開發(fā),在總結(jié)和吸取我國應用和發(fā)展槽系夾具經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)代機械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢,研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)揮了槽系平移可調(diào)性和孔的旋轉(zhuǎn)可調(diào)性的優(yōu)勢,可直接組裝獲得任何直線尺寸和角度尺寸。此系統(tǒng)把大中小三個系列的元件有機融為一體,可在一塊多夾具基礎(chǔ)板上,既能組裝單個大工件夾具,又能組裝多個中小零件夾具,有利于裝夾具基礎(chǔ)板長期固定在機床工作臺上,此系統(tǒng)還設有孔系和槽系過渡元件,便于實現(xiàn)孔、槽系夾具元件混合使用。北京工商大學麻建東和劉璇開發(fā)的組合夾具元件庫,元件庫模塊的核心程序用ObjectARX SDK2. 02工具包開發(fā),界面程序用AU TOCAD 提供的對話框控制語言DCL (Dialog Cont rol Language) 語言開發(fā),在VC + + 6. 0 下編譯和聯(lián)接,生成的ARX 可執(zhí)行程序在AU TOCADR14 下直接加載運行。元件庫可為使用者提供7 類組合夾具元件三維圖形的瀏覽以及交互設計功能,并生成三維組合夾具構(gòu)形圖,在CAD 環(huán)境中可進行修改或刪除山東工業(yè)大學的徐志剛在“廣義映射原理”的指導下,開發(fā)了支持“top - down”風范的夾具設計軟件自動化系統(tǒng)。吳玉光博士在這個領(lǐng)域取得了較大的突破。提出孔系基礎(chǔ)板組合夾具設計的系統(tǒng)方法。該方法利用汽車活塞機構(gòu)原理自動確定由直線和圓弧組成定位邊界的零件的全部候選定位方案。并提出定位銷可見概念和定位銷轉(zhuǎn)動支點的概念,進行定位方案的裝卸方便性分析。進一步提出瞬心三角形和同向邊的概念,對工件進行可夾緊性分析,確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)開拓了新的局面。 四、課題設計方案 4.1設計方案選型與分析 工藝路線方案一 工序號 內(nèi) 容 1 粗車止口 2 粗外切槽及頂部 3 鉆斜面油孔 4 鉆環(huán)槽油孔 5 鉆銷座油孔 6 滑銷座油孔 7 粗鏜銷孔 8 精車止口及頂錐 9 精切細外環(huán)岸及倒角 10 精鏜銷孔（順鏜） 11 挖銷孔卡簧 12 切小槽 13 靠模車裙部 14 車凹部 15 車燃燒室 16 精車頂部及導角 17 鉆R7凹坑 18 車燃燒室口 19 銑噴油道曲線 20 清洗 21 滾壓 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R7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 汽車活塞主要零件車、銑、鉆等工序使用的專用夾具，此類夾具的特點是針對性強、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、生產(chǎn)率高。 夾具設計最關(guān)鍵是要求對工件定位正確，且滿足定位精度要求。為了解決此問題，首先得了解影響定位精度的因素。然后采取措施解決具體的問題。如定位基準與定位元件的配合狀況和影響定位精度，那么可以提高夾具的制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度。 4.2方案的確定 (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,在實際工廠的生產(chǎn)中,活塞的毛坯一般都是鑄造出錐形銷孔(便于拔模),而銷孔是許多工序加夾緊力的部位,故應在粗鏜止口之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。故應按照方案二那樣,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,它用止口及端面來定位,消除了五個自由度。.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109.55±0.5的要求,即設計基準是頂面,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。為了使工藝基準和設計基準重合,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)復雜,同時也應適當?shù)氖┘訆A緊力。 工序的安排為：先加工階段的劃分,劃分加工階段應將粗精加工分開,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)工序都由復合工步組成。由于工序集中減少了機床的數(shù)量,相應地操作工人數(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,不但減少了輔助時間,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 備 1 外圓定位粗車端面及其止口 在C620-1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 Z512 5 鉆環(huán)槽油孔 Z512 6 鉆、滑銷座孔 轉(zhuǎn)塔鉆床 7 精車止口及頂錐（外圓定位） 專用立鏜 8 止口定位精切細外環(huán)岸、倒角 多刀自動車床 9 止口定位切小槽及精切梯形槽 C620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 C620 13 外圓定位 以頂面為基準倒鏜（精）銷孔 金剛鏜 14 挖卡環(huán)槽 車床 15 滑油池底 Z535 16 車燃燒室 C620 17 鉆R7凹坑 Z535 18 車燃燒室口 車床 19 銑頂部R16槽 VMC850 20 去毛刺、銳邊 手鉆、砂紙 21 清洗 22 滾壓銷孔 鉆臂鉆床 本課題是汽車活塞加工工藝及其夾具的設計，因此本課題設計重點是機械加工工藝規(guī)程和夾具的設計、定位等問題。 首先，確定零件的毛坯及毛坯圖的繪制。 其次，選擇加工方法、制定工藝路線及工藝卡片；它一般包括： 1.根據(jù)零件的類別和技術(shù)要求，對每個加工面選擇合理的加工方法。 2.安排加工順序： （1）工件的精基準表面應先進行加工； （2）先加工主要表面再加工次要表面； （3）先粗加工后精加工； （4）先加工平面，后加工內(nèi)孔。 3.工藝的檢驗項目及檢驗方法、切削用量、時間定額等。 4.填寫加工工藝卡片。 另外，夾具是保證零件加工精度的重要工具。 夾具設計的內(nèi)容主要包括： 1.明確設計要求，收集和研究有關(guān)資料：了解零件作用、結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求；充分研究并了解工藝規(guī)程，及某一工序的加工要求。分析夾具設計任務書上選用的定位基準和工序尺寸。 2.確定夾具的結(jié)構(gòu)方案： （1）確定定位方案，選擇定位元件，計算定位誤差。 （2）確定對刀或?qū)蚍绞?，選擇對刀塊或?qū)蛟? （3）確定夾緊方案，選擇夾緊機構(gòu)。 （4）確定夾具體的形式和夾具的總體結(jié)構(gòu)等等。 3.繪制夾具零件的裝配圖及夾具零件圖。 4.3方案的特點及創(chuàng)新 通過進行本次畢業(yè)設計，全面系統(tǒng)地對學生進行設計方法和研究方法的基本訓練。要求學生樹立正確的設計思想，培養(yǎng)學生進行科學的研究。學生能獨立進行資料的收集、加工與整理，能綜合運用科學的理論、知識和技能，鍛煉獨立解決設計問題的能力，圖紙繪制規(guī)范，符合國家標準，編寫符合要求的設計說明書并答辯，從而使學生樹立嚴謹、實事求是的科學態(tài)度，并掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。創(chuàng)新之處： CAD/CAE/CAM的實施使設計人員不用在復雜用手工畫圖，能將更多的精力用于其他創(chuàng)造性的設計上，設計制造效率大大提高。 五、預期結(jié)果 (1)畢業(yè)設計（論文）的工作量要求：不少于15000字； (2)圖紙（幅面和張數(shù)）：A0圖紙2張（折合），工藝卡片1份 (3)其他要求：參考文獻不少于15篇（其中外文文獻不少于3篇），外文文獻翻譯漢字3000字以上 六、設計主要步驟 摘 要 第1章 緒論 第2章 加工工藝規(guī)程設計 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 2.1.2 零件的工藝分析 2.2 汽車活塞加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施 2.2.1 孔和平面的加工順序 2.2.2 孔系加工方案選擇 2.3 汽車活塞加工定位基準的選擇 2.3.1 粗基準的選擇 2.3.2 精基準的選擇 2.4 汽車活塞加工主要工序安排 2.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 2.6確定切削用量及基本工時（機動時間） 第3章 銑夾具設計 3.1 研究原始質(zhì)料 3.2 定位、夾緊方案的選擇 3.3切削力及夾緊力的計算 3.4 誤差分析與計算 3.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu) 3.6 夾具設計及操作的簡要說明 第4章 鏜夾具設計 總 結(jié) 參考文獻 致 謝 七、進度計劃 序號 任務名稱 開始時間 結(jié)束時間 1 選題 2 查閱中、外文獻資料，外文資料翻譯，確定系統(tǒng)設計方案 3 開題 4 進行畢業(yè)設計 5 中期檢查 6 上交畢業(yè)設計正稿打印版及電子材料，畢業(yè)設計及設計說明書光盤，完成畢業(yè)答辯ppt 7 畢業(yè)答辯 八、參考文獻 [1]?孫麗媛，機械制造工藝及專用夾具設計指導，北京：冶金工業(yè)出版社，2002。 [2] 東北重型機械學院等，機床夾具設計手冊，上海：上海科學技術(shù)出版社，1979。 [3]?劉守勇等，機械制造工藝與機床夾具.?北京:機械工業(yè)出版社，1994.7 [4]?王啟平，機床夾具設計[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1988. 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