活塞的加工工艺及夹具设计-毕业设计

毕业设计（论文）题目活塞的加工工艺及夹具设计学院专业班级学生姓名学号指导教师职称评阅教师职称201_年_月_日绪论1.1本课题的研究意义活塞是内燃机重要零件之一，发动机在工作的时候，燃油燃烧所产生的气体膨胀力使活塞运动，通过连杆的传动，使曲轴快速旋转。活塞在很高的温度、很高的压力下做长时间变负荷的高速往复运动。因此对活塞的各项指标要求很高。它在工作时的状况会影响到发动机的燃油消耗率和使用持久度的关键，而且还关系到发动机的排放功能。若活塞设计不合理，内燃机工作时所会让活塞的整个温度都非常高。并且热量的不平均分布会让活塞发生变形。所以，活塞的加工在发动机的设计中非常重要。1.2活塞的加工工艺国、内外研究状况中国活塞加工技术通过四五十年的成长，具备了较好的基础，在经过了技术人员的不断进步和学习外国的技术，使活塞的加工技术得到了很好的发展，活塞质量有了提高，新产品在市场中所占比例越来越大。但是，由于发动机活塞的每项技术指标每个企业的技术条件不一样，活塞加工方法之间有一些不一样。我国的大多数工厂都是用的改装车床或者专用机床所组成的流水线来加工活塞。目前,我国的活塞制造企业大所属都运用如下活塞加工工艺,所用的技术不够先进,制造成本很高、环境危害大。下面是我国大部分活塞生产工厂所用的工艺过程:买铝材料溶解铝材料合金化变质加工精炼加工(除气、除渣)毛坯铸造加热融化再淬火机械加工美化外表封装存库。活塞精加工过程是重点，所以必须使用数控机床,再由普通的车床来进行粗加工。这是我过大部分工厂所使用的方法,然而还是有许多私人工厂依然使用一般的机床制作活塞。这样会使活塞的精细度不高，尺寸误差大，制造速度慢，不合格产品多，工人的劳动时间也很长。我国现在很合理加工活塞的方法如下：高温电解铝液——用剩余热量合金化——用余热来变质处理——精练处理——制造毛坯——加工冒口——锻造猝火+时校热处理——机加工——外表处理——封装存库。在高温下来电解铝液、通过优化活塞铸造工艺改性的途径,利用高温电解铝液（1000℃）融合合金（680~780℃）铸坯,除去溶解铝材料的步骤。这个工序不仅减少了溶解铝材料需要的能量,而且降低了铝的烧损,提升了铝的使用率;同时,也降低了铝材料溶解过程时的废渣、废气的排放,减少了对环境的危害,经济、社会效益得到了很大的提高。随着大马力汽车发动机高速发展，特别是重型柴油发动机的涡轮增压，中冷器的应用，技术和大口径的高压缩比，低排放的规定不断提高。如今的铝活塞已经没有办法让使用要求的到满足，现在我国已经用于活塞生产的材料有:铝合金活塞铸铁活塞铸钢活塞④镶体活塞。在国外，除上面的几类活塞材料以外，已经把铝基复合材料用在了活塞上。1984年日本已经把这样材料的活塞成功的用在了丰田内燃机上。1.3本设计的基本内容，估计会遇见的困难和排除困难的方法1）在课题入手前，咱们应当研究一下活塞结构图，理解所加工活塞机构持征和与它有关的工艺特性，对于活塞的各个特征，应必须细心研究。比如活塞制造外表得同轴度、粗糙度、平行度等。主要是注重每个部位本身的精度和它的彼此位置精度，活塞各孔的尺寸是这个工艺地重点，一定要搞懂它各个尺寸的含义。咱们要画一张零件图出来以加强我们对这个零件的理解。2）活塞的加工工艺过程是该论文的核心内容，在设计过程中，咱们务必认真地选取活塞的毛坯、订制工艺计划、算出工艺大小与定位差距，为了负荷实际生产过程，我们必然要对加工设备、加工装备、切削用量、单边余量等进行合理的抉择和计划，它波及的规模很大，为了设计的数据合适，我们必须去图书馆和网上查看与之有关的书籍和文献，来让这个设计合理性和实用。3）为了零件的夹紧的迅速和定位确切，提升生产速率和减少人员的工作强度，提升工件加工精度，我们要使用专用夹具。在夹具的设计时，咱们把端面与止口作为第一定位面来加工活塞。2活塞的加工工艺2活塞的加工工艺2.1活塞的结构特点1）活塞上面作为燃烧室的一部份，受到的压强来自高温气体。零件的头部有平、凸、凹顶等不一样外形，一些活塞的头部在和汽门相应的地方存在凹陷，这么做得原因是让气门和上止点不碰撞在设计的。

2）活塞头部。指的是在活塞环槽上面的部分，作用是用来装活塞环，来使气缸能够被封好。活塞头部具备环槽用以安放活塞环，大多数有3根活塞环槽，在最底下这个环槽的作用是用作安放油环其余的环槽的作用是用以安放气环。油环环槽下面的孔的作用是使气缸内壁上剩余的润滑油能够顺利的回到曲轴箱。一些油环槽的下面是一根很窄的槽，除了让润滑油回到曲轴箱的功用以外，还可以用来降低活塞整体的温度，则叫做隔热槽。一些活塞在裙部下面设有隔热槽。另外一些活塞再第一个环槽的上面做有隔热槽，来降低活塞顶部朝下面传输的热能。

3）活塞裙部。活塞槽以下的部分我们称之为活塞的裙部，对活塞的重复运动起到一个引导的功能。在室温下，活塞裙部的轴是垂直于活塞椭圆的方向，以确保在热状态的活塞和气缸之间的间隙均匀。在常温下活塞呈上小下大的锥形。

一些活塞的裙部除设置隔热层之外，另设有膨胀槽，膨胀槽让活塞裙部拥有了一些韧性，在温度比较小的时候与缸壁之间的距离很小，还有在高温度很大时在气缸中不会拉缸。膨胀槽一定要斜着，不能与活塞的轴处于同一个平面，来防止气缸的损毁。为了让槽根除不至于损毁，在隔热槽和膨胀槽的底部都一定要添加止裂孔。活塞的环槽会导致其强度和刚度的减小，因此这个方法只能运用于小负荷内燃机。

为了降低活塞裙部的胀大量，一些活塞在销孔中装配得有“恒范钢片”。

4）活塞销。活塞销座位于活塞裙上端，加工一个孔，用于安装活塞销。在大多数活塞销孔内设有卡环槽，用来方便的装配卡环，制止活塞销运作时候的轴向运动。大多数活塞销座上钻有油孔，用来方便润滑内燃机。为了减少加热后的活塞销座的变形，在活塞销座的外表面有凹陷。在活塞内部的活塞销座与活塞顶部之间都设有加强筋，来增加活塞的强度。2.2活塞的主要技术要求2.2.1尺寸精度(1)与活塞销与销孔的精度要求比较高，如果装配互换的方法，然后尺寸公差销与活塞销孔很小，甚至比IT6级精度更高。所以我们就使用分组的选择方式，把活塞销和活塞销孔公差等级都放大到合理的精度加工，再按照实际的尺寸来分组选择，这样使工件可以有较高的精度和生产简单。这个活塞销孔尺寸是，粗糙度是Ra0.4。(2)活塞裙部的配合的圆柱度要求很高，它基本上是IT7级，二转速高的内燃机对活塞裙部的要求更加苛刻，大多为IT6级。为了降低活塞的机械加工困难，我们还是用分组选配法，把气缸的直径和活塞裙部直径均增加3倍，分为三组来装置，来完成该设计的间隔距离。(3)环槽应确保活塞环与气缸套的孔径尺寸变化和自由膨胀环槽应确保和气缸的尺寸变化和自由膨胀和收缩的活塞环。公差等级，其宽度约IT7，粗糙度ra6.3。(4)活塞销孔中心线到底面的距离是22.5mm，主要考虑影响发动机工作时的压缩比。(5)活塞环槽外圆应不和汽缸相连接，精度等级取IT8，粗糙度为Ra6.3。2.2.2几何形状精度(1)销孔圆柱度和线平面度不高于1.8um。(2)裙部必须是椭圆，长轴应该和活塞销孔中心线成90度。(3)裙部外圆是锥形的，较大的一方在下面。锥度和圆柱度都必须在合理的范围中。2.2.3相互位置精度(1)销孔中心对裙部外圆的平行度差距会让汽缸损坏不平均，大多数情况下，活塞的直径比100mm小的时候是0.1mm，活塞的直径比100mm大时候是0.15mm。本次研究的活塞的直径为63.5mm，则销孔中心线对裙部外圆的平行度差距是0.1mm。(2)销孔中线对裙部外圆中线的直角误差让活塞在内燃机不平行，工作时回有倾斜里，加快了损坏。这个设计的活塞规定该垂直度是0.06mm。(3)环槽的侧面必须要和裙部外圆轴线成90度，侧面与裙部轴线的园跳动大小是0.06毫米。2.2.4活塞的重量差为了使内燃机能平顺工作，相同的引擎，每个活塞重量差异应该不是很大，活塞的重量1453g。因此活塞还应按重量分组装配。2.3精准的选择2.3.1定位精准的选择定位基准的选择一般原则:a.安装面应该是表面尺寸最大的面，导向面应该是距离最长的表面，支承面应该是表面尺寸最小的表面。b.首要确保的是位置精度，其次确保的是尺寸精度。c.尽可能选取工件的重要面来定位。2.3.2粗基准的选择和精基准的选择(1)粗基准选择应考虑上述的一般原则，还必须考虑以下原则：a.尽可能找非加工平面来当粗精准，若零件有较多不加工平面，那么应该选择精度很高的非加工面来作为粗基准。b.选取加工均匀的平面作为粗基准。c.精基准的选取必须是加工余量很小的表面。d.选择的定位表面必须要平顺，缺陷很少，这样可以使定位可靠。e.作为粗基准的表面应光滑，无浇冒口，Flash等缺陷，以让定位可靠。(2)依据上面选取粗基准的准则，归纳上面每个原则和思考活塞的切实情况选取加工基准如下：a.让活塞腔作为粗基准加工端面外圆，外圆为精基准车止口。由于粗车后的外圆面的加工余量小、准确度高、表面光滑、面积很大，并且它的表面非常重要，拥有比较均匀的加工余量。b.精加工止口要用活塞的外圆和端面作为粗基准，应为制造活塞毛坯的方法是用铝来铸造，它的铸造精确度高，加工余量小而且很匀称，让它来作为粗基准依然可以满足要求。（3）精基准的选择：作为精基准，除了考虑一般原则参考精选，还应注意的问题：a.尽量用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以避免产生基准不重合误差。b.当一个精基准定位工件可以更容易地处理了许多的表面，应尽可能的这组精密定位的使用，实现了“基准”，以避免基准转换误差。c.当精加工对加工余量的要求比较小的时候，那么就该选取需要加工面自己来做为精基准。这个加工面的位置精度应该优先考虑。d.为了做出更准确的定位，加工余量小，可以遵循“共同参考”，反复加工的原则。e.当选择方案很多的时候，选择定位准确，稳定，夹紧可靠，可以让夹具结构紧凑的表面作为精基准。所以按照上述的每个准则，根据实际情况对精基准的选取如下：活塞是薄壁零件，容易在荷载作用下产生变形。活塞的重要表面的定位精度要求比较高,所以要找一个统一定位面来定位来制造那些要求很高的面。现今的活塞生产基本使用止口和端面来定位。止口是加工活塞的辅助基准面，对结构和功能没有一点影响。使用止口与端面当做基准面具有如下的好处：a.用这种定位方法可以加工裙部、头部、顶面、销孔等主要表面及其他次要表面。安装一次就可以车几个面，不仅是生产效率增加，而且可以确保这些面的位置精度。b.活塞裙部沿轴线的刚性差，运用止口和端面（或锥面和中心孔）定位沿着的活塞中心线方向夹紧。便不回产生严重的形变，那么就可以用多刀来切削。3活塞材料及毛坯的选择3活塞材料及毛坯的选择3.1选择毛坯应考虑的因素零件应力的要求同样的材料使用不一样的毛坯生产方法，他的应力就会不一样。这些浇铸方法的铸造强度依次递减离心浇注、压力浇注的铸件，金属型浇注的铸件，砂型浇注。(2）工件的外形和构造不很复杂而壁厚平均的毛坯能够用金属型铸造。生产批量和任务生产任务多的时候应使用高精度和高生产效率的毛坯生产方式。(4）当场制造条件和发展通过技术经济研究和取证。通过制造批量来观察，这个工件的生产批量很大，应使用高精度和高生产效率的毛坯生产方式，来降低材料的使用和工人的工作量。金属铸造，锻造，精密铸造，精密锻造方法可以考虑可以考虑使用这些方法来制造毛坯；从工件的结构方面来说，由于这些小零件的外形很复杂，并且壁厚比较厚。所以应该使用压铸、金属铸造、熔模铸造等比较精细铸造方式。也可以减少和没有切削加工；通过毛坯的生产方法来观察，铜和铝等金属比较适用铸造法来得到毛坯；从铸铝的应力来考虑，就可以使用金属铸造和金属浇铸的方法来获得铸件，并且刚度逐渐减小,毛坯的质量逐渐下降。结合上面的情况，这个工件的原料选取ZL101，毛坯采用金属铸造地方式。采用金属型铸造，在重力的作用下浇注完成。使铝合金逐渐的组织更加细化，生产效率增加，没有粉尘，然而设备的费用却很高，人工生产时，劳动条件不好。毛坯的Ra为10.5～6.3μm，结晶很小，加工余量合适。适合大批量制造。3.2活塞材料的选择活塞的设计应当根据发动机的各项指标，使用条件和加工条件的各方面考虑，先设计出加工技术上与经济上很合理的何塞接够方法，再设计出相关的技术需要。活塞结构特征选择重点如下：1）根据活塞单位面积效率或者表面平均压力，设计出适当的活塞构造，确保活塞所受到的机械负荷和热负荷达到要求。2为了降低活塞的惯性力和质量应该选用密度很小的材料。3）运用导热系数较大的材料，来减低活塞顶部的温度，使活塞能够得打哦充分的散热。4）线膨胀系数应很小。来降低活塞因受热二产生的形变，来使运行时不拉缸，启动时不敲缸。5）可以保持良好的高温力学性能。6）拥有优秀的减小摩擦力的性能，来降低摩擦损失并拥有充足的热稳性和耐磨性。7）易于铸造或模压，易于加工。8）具有较好的耐腐蚀性。3.3活塞毛坯的选择选择毛坯应考虑的因素：(1）工件的应力要求同样的原料使用不一样的毛坯生产方式，他的应力分布会有所不同。铸铁的刚度，离心浇注、重力浇注的工件，金属型浇注的铸件，砂型浇注的铸件顺次递减。(2工件的构造和外形尺寸外形不复杂、壁厚平均的材料就可以使用金属铸造。制造纲领和数量制造纲领比较多的时候适合用生产效率很的毛坯生产方式。从制造数量来说，这个工件生产数量很大，比较适合使用生产效率很很高的毛坯生产方式，这样可以减低材料的使用和工人的工作量。那么我们就可以使用金属铸造和精锻的方式来制造毛坯；从工件的构造来说，因为这个弓是外形很复杂的小工件，并且它的壁厚比较厚。所以我们可以使用荣模铸造和压铸等很精密的制造方式。并且还能降低或者不进行切削；从毛坯的生产方式来说，铝与铸等这类金属适宜使用铸造的方式来得到毛坯。综合上面的情况来看，这个工件的材料就用铝合金，毛坯使用金属铸造的方式来获得。用金属铸造，在重力的作用下制造成型。对铝合金材料可以起到细化组织的功用，制造速度快，没有灰尘，然而对设备的磨损却很大，人工作业时，精度不够高。铸件外表的粗糙度Ra为12.5～6.3μm。比较适合大批量的制造。3.4拟定工艺过程3.4.1加工工序安排方案一：粗车止口，端面粗车外圆粗镗销孔粗车外圆环槽，顶面钻油孔铣直横槽去内腔毛刺精车止口精车外圆精车环槽及倒角精镗销孔车锁环槽精车顶面级倒角精磨外圆滚压销孔方案二：1、粗车外圆、车顶面2、粗车止口、打中心孔3、粗铰销孔4、车环槽及梯形槽5、车环槽环岸及其倒角6、钻直油孔7、钻斜孔8、铣气门内槽9、铣气门外槽10、精车止口11、精车外圆12、精铰销孔13、切卡环槽14、靠磨椭圆裙部15、细铰销孔（1）热处理工序的安排：时效处理：为使剩余的应力能够除去，相对外形尺寸较大然而都早有很复杂的工件，就必须有时效处理在粗加工前后；相对不特殊的工件只需要有一次时效处理在粗加工之后；相对硬度较低然而精度要求有高的工件来说，每个工序之后都要有一次时效处理。对于铝合金来说在机械加工之前便要进行热处理。工件的毛坯必须要除去冒口在加工之前，而且还要时效处理，用以除去由于冷却不平均所产生的铸造应力。时效处理即把活塞升温到160～220摄氏度，恒温保持7小时左右，放在空气中冷却。活塞在通过时效处理之后便能使刚度提高。（2）其它辅助工序的安排：制造的一个重要组成部分的检查，检查过程中，去毛刺，平衡，也是一种清洁程序过程。进行质检可以保证活塞的质量，并且每一个工序结束后都要进行自检。在制造的时候，每个工序都应该安排质检，特别是零件冲一条生产线转到另一条生产线上的时候。故根据以上原则，在零件加工完毕后安排一次终验工序。在再制造的时候需要有一些去毛刺的工序。在工艺过程的最后一般安排清洗工序。表面镀锡：将活塞的外表镀锡可以使活塞在初期时磨合得更加好。可以让内燃机在启动的时候不会拉缸。3.4.2加工工序的分析与选择方案一、二除了对销孔的加工方法不同以外，其余基本相同。所以我们将比较他们的成本、技术、经济等各方面来让我们选择更好的工序。（1）产品工艺方案技术特性主要指标：a.人工的消耗：方案一更好，因为它消耗的时间较少，制造效率高，而且制造出的零件精度也高。b.设备的使用数量比：上述两个工序所用到的设备数量差不多一样，只不过种类有一些差异。c.工艺装备系数：上述两个方案大致一样。d.铝材料的消耗：大致一样。e.生产是所占地面积：大致一样。（2）加工工艺的技术特点：加工工艺的技术特点：生产的数量、毛坯制造量、生产毛坯所用铝的质量、毛坯质量、生产毛坯成功率、生产时的能源下好率、夹具的使用率、刀具使用率、所需工人数量；制造时所用到的占地面积。相对上述的指标，两个方案基本一致，所以就进行分析了。终上所述，这两个方案的工艺特性指标大致一样，方案一的加工精度更高，并且粗糙度又合适还能达到要求。故相比之下，方案一要优于方案二。3.5活塞加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定止口加工止口的大小是Ф59.5mm，Ra是3.2μm，公差等级是0.025mm，精度等级是IT7~IT8，则所选的加工方式为：先粗车止口然后精车止口。工序名称工序间余（mm）表面粗糙度（μm）经济度工序尺寸（mm）精车止口0.1mm3.2IT7粗车止口0.5mm12.5IT12 毛坯1.3mm12.5顶面加工顶面的尺寸是Ф63.5，粗车之后的经济度为IT13，Ra是12.5mm，所选加工方法为：粗车端面工序名称工序间余量（mm）表面粗糙度Ra（μm）经济度工序尺寸（mm）粗车顶面0.512.5IT13毛坯0.512.5端面加工端面尺寸为45.5mm，粗车后Ra为12.5，经济度为IT11，所选加工方法为粗车端面。工序名称工序间余量（mm）表面粗糙度Ra（μm）经济度工序尺寸（mm）粗车端面0.512.5IT11毛坯0.512.5外圆加工外圆的尺寸为，Ra为1.6，精度等级为IT6，所选加工方法为先粗车外圆，再精车外圆，最后精磨外圆。工序名称工序余量（mm）表面粗糙度Ra（μm）经济度工序尺寸（mm）精磨外圆0.11.6IT6精车外圆0.56.3IT7粗车外圆1.010.5IT11毛坯1.5销孔加工销孔的尺寸为Ф15mm，Ra为0.4μm，进度等级IT7，所选加工方法为：先粗镗销孔，再精镗销孔，最后滚压销孔。工序名称工序间余量（mm）表面粗糙度Ra（μm）经济度工序尺寸（mm）滚压销孔0.050.4IT7精镗销孔0.152.5IT8粗镗销孔0.55IT12毛坯1.0环槽加工环槽的粗糙度Ra为6.3，精度等级为IT6，所选加工方法为先粗车环槽再精车环槽。〈1〉第一环槽的加工工序名称工序间余量(mm)表面粗糙度Ra（um）工序公差（mm）工序尺寸(mm)精车环槽10.63IT7粗车环槽第二次走刀2.012.5IT10第一次走刀2.612.5IT11毛坯4.012.560.8〈2〉第二环槽的加工工序名称工序余量（mm）表面粗糙度Ra（um）工序公差（mm）工序尺寸(mm)精车环槽16.3IT7粗车环槽第二次走刀2.012.5IT10第一次走刀2.612.5IT11毛坯4.060.8〈3〉第三环槽的加工工序名称工序间余量(mm)表面粗糙度Ra（um）经济度工序尺寸(mm)精车环槽16.30.2粗车环槽第二次走刀2.012.5IT10第一次走刀2.612.5IT11毛坯4.031.51.960.83.6确定切削用量（1）止口的加工进行粗加工的时候，精良一次除去粗加工所有的余量，即所需切削深度为粗加工余量。算得单边余量h=1.3/2=0.65mm查《简明机械加工工艺手册》取背吃刀量=0.6选择车刀的刀杆BXH为25X25可以选取进给量f=0.4mm/r，取v=6m/s则车床主轴转速为n===31.43r/s取车床主轴转速n=30r/s则切削速度v==5.61m/s切削工时粗车外圆计算单边余量h=1.5/2=0.75mm查《简明机械加工工艺手册》取背吃刀量=0.7取进给量F=0.4mm/r，取V=6m/s则车床主轴转速n===29.40r/s取车床主轴转速n=30r/s则此时切削速度v===6.04m/s粗车外圆第一、第二、第三环槽计算单边余量h=5/2=2.5mm查《简明机械加工工艺手册》取背吃刀量=1.5取进给量F=0.4mm/r，取V=6m/s则车床主轴转速n===31.43r/s取车床主轴转速n=30r/s则此时切削速度v===5.63m/s钻油孔采用快速钢钻头，Z535钻床查《简明机械加工工艺手册》F=0.08——0.12mm/r，因为活塞的硬度很低所以f=0.50.08——0.12=0.04——0.06，取f=0.05mm/r；取=1.5m/s；则n=r/s;取n=195r/s精车止口查《简明机械加工工艺手册》取背吃刀量=0.15取进给量f=0.2mm/r，取v=8m/s则车床主轴转速n===42.75r/s取车床主轴转速n=40r/s则此时切削速度v===7.473m/s精车外圆查《简明机械加工工艺手册》取背吃刀量=0.15取进给量f=0.2mm/r，取v=8m/s则车床主轴转速n===39.75r/s取车床主轴转速n=40r/s则此时切削速度v===7.99m/s精车外圆第一、第二、第三环槽查《简明机械加工工艺手册》取背吃刀量=0.15取进给量f=0.2mm/r，取v=8m/s则车床主轴转速n===44.08r/s取车床主轴转速n=42r/s则此时切削速度v===7.49m/s4精镗销控夹具设计4精镗销孔夹具设计4.1加工活塞销孔夹具的定位误差解析制造铝活塞的时候在毛坯上大都有锥形销孔（方便拔模）。因为很多工序的夹紧力都作用在销孔上，那么就必须对销孔实行精镗加工在所有的精加工之前，这样可以让家境里能够平均的分布，确保重要的表面处理，可以获得较高的精度，而不破坏销孔的位置精度。4.1.1定位方式和定位元件设计夹具的时候应当根据工艺步骤来选择定位精准。不管是定位基准或者工艺基准，都必须满足六点定位的要求。某个东西在三维空间里能运动的方向叫做自由度。在三维空间里，物体能沿着X、Y、Z轴的平移或者绕着X、Y、Z轴的旋转，总共可以拥有六个互不干扰的运动，就是所谓的六个自由度。零件的位置确定，即是使用合适的方式来约束它，用以去除零件的这六个自由度，来使零件能准确的定位，叫做六点定位原理。依据上面的加工工艺，这个工艺步骤我们使用止口、端面和销孔来进行定位，为使和止口能配合，我们就用止口盘来作为定位的原件。零件的端面和止口与止口做接在一起，这样便制止的除Z轴之外的5个白由度；Z轴方向的定位方式为在销孔中插入菱形销。零件的所有自由度被确定下来，便完成了定位。4.1.2定位元件尺寸及公差计算菱形销的直径、宽度及公差的确定先看下表中的D2，确定b1，再根据公式算出菱形销和销孔配合是的最小间隔，然后算出菱形销的直径。D２3~6>6~8>8~20>20~25>25~32>32~40>40~50b12345568BD２－0.5D２－1D２－2D２－3D２－4D２－5D２－5式中——菱形销宽度（mm）；——零件上菱形销定位孔的直径（mm）；——定位的时候菱形销和销孔的最小配合间隔（mm）；——夹具上两销孔中心距公差（mm）；——零件上两个孔中心距公差（mm）；——菱形销名义尺寸（mm）；菱形销配合为基孔制间隙配合，它的公差也可按配合H/g，销精度等级高于孔精度1级来确定。我们这个工序中夏空和菱形销的配合是H7/f6，菱形销的公差等级△＝0.016mm，直径为15mm，查GB2204—80，可以知道他的长度是35mm。持外活塞之后和止口做之间的配合是基孔制，止口大小也公差均要由配合来确定。4.1.3定位误差分析与计算（1）、产生定位误差的原因a.基准不重合所产生的定位误差工序定位基准和夹具定位基准和一样，这两个定位基准所产生的位置误差回被反映到加工的位置上，这样产生的误差叫做基准转换误差。b.间隙引起的定位误差在利用销、轴和定位套来进行定位的时候，定位工件和该定位面之间的间隔会使其发生定位的不准确。菱形销和销孔的定位最大间隔是：式中——定位孔最大直径；——定位销最小直径；△——销与孔的最小间隙；——销的公差；——孔的公差；因为菱形销和销孔间有间隔，工件安装时可能会产生一些偏离，它的偏离距离是以δ为直径，把销孔中心店最为圆心的圆。如多在定位的时候永远是以偏向销的一边，那么定位就会以销的一根母线作为精准，零件定位误差便是。在精镗销孔的时候活塞销孔和凌形销之间的配合是H7/f6，那么，=52.08+0.05＝52.13mm，52－0.022＝51.978mm，销孔和菱形销的最大间隔是＝52.13－51.978＝0.152mm。c.定位误差和夹具的相关因素这个原因大都是因为夹具在设计和制造过程中所产生的误差，例如：1）定位基准面与定位元件表面的开关误差。2）导向元件的位置误差，刀具元件与定位元件，其形状误差由于定位误差和差异。3）夹具安装在机床上所产生的误差，对定误差使零件相对于刀具轴向或者移动方向所发生的位置差距。4）夹紧力使工件或夹具产生变形，产生位置误差。5）定位元件相互之间所产生的位置误差，还有导向元件、定位元件和定向元件等相互、关原件的磨损。计算上面所说的的定位误差，大多是在大批量制造时运用调整法加工的时候，相对具体的夹具才能分析出相关的定位误差，要寻找出每个环节所产生的误差，再用概率法求出总的定位误差。若使用试切发来加工，大都不会做定位误差的分析计算了。4.2工件的夹紧装置的设计4.2.1夹紧装置的组成一般的夹具，是典型的夹紧装置，是由下列几个部分组成。(1)中心传递结构：中心传递机构是在夹具和力源质检的传递结构。他将力源中的夹紧力传送给夹具，再由夹具来完成对零件的最终加紧。大多数传递机构可以再传输力的同时，还可以变化夹紧力的大小和方向。我们设计的夹具是压杆和拉头的传递力的结构。(2)需要夹紧的零件和夹紧机构:夹紧元件是最后一个元素的夹紧装置。经过夹紧机构和零件的受压面相接触来进行夹紧。我们这个夹具设计是依据工件的特征来设计成螺旋装置来夹紧。3.12夹紧力的确定(1)夹紧力的计算夹紧力必须在确定的场合通过实验来确定下来。通常，切削力估计，和工件支座之间的摩擦系数也类似，所以夹紧力是一个粗略的估计。夹紧力在计算的时候，把夹具和零件当做一个整体系统，根据企鹅学历的大小、方向和作用位置，再通过夹紧力列出静力方程，算出理论夹紧力，然后乘上安全系数来当做实际的夹紧力。本设计中，夹紧机构选用最常用的螺旋夹紧机构。钻活塞销孔是夹紧零件所需要的劳动力不是很多，为了降低本钱，夹紧方式直接用手动夹紧。此时夹紧力符合要求，不会影响到定位。实际所需夹紧力的计算如下。用螺旋夹紧的方式是常见夹紧装置中运用最多的一种，螺旋紧结构荚紧力的计算与斜契夹紧结构的计算相似，因为螺旋可以看作是斜契绕在圆柱体上而形成。下图的螺杆受力示意图，这个螺杆用的是矩形螺纹。最起始的力为，作用在螺丝上的力臂是，它的力矩是T。工件对螺杆的反作用力有垂直方向的反作用力W（等于加紧力）、工件对其摩擦力。这个摩擦力发生在螺丝的端面内的一个换面内，看以将其看做作用力集中在当量半径是r的圆上面，所以摩擦力的力矩为。螺母为固定件，其对螺杆的作用力有垂直于螺旋面的作用力R及摩擦力，其合力为。该合力可分解成螺杆轴向分力和周向分力，轴向分力与工件的反作用轴向力平衡。圆周力可以被视为在螺栓中径上，对螺丝所发生力矩。螺杆得扭矩T、和平衡。通过《机械加工工艺手册》螺旋夹紧力的算式是：螺杆受力示意图式中:—夹紧力（N）；—原始作用力（N）；—力臂（mm）；d2—螺栓中径（mm）；—螺纹升角（）；—螺纹处磨擦角（）；—螺纹端部与工件（或压块）的磨擦角（）；—螺栓和零件的当量磨擦半径（mm）。罗纹外形选择三角性螺栓，螺栓的大径取d=10mm，那么螺栓的中是d2=9.128mm，力臂L=208mm，起始做用力q=20N。剩下的尺寸大小查《机械加工工艺手册》可知道，代进工公式可得到:W=1790N。计算实际所需夹紧力是一个非常复杂的问题，一般只能大致估计。为使计算更加简便，在夹具的设计时，可以仅思考切削是产生的力对夹紧的影响，并且假设这个系统是钢性的，切削时很稳定。在设计手册力镗削是没有明确的公式，因为精镗销孔加工过程中，根据相应的数据处理经验车削的切削用量，镗削力大小估计为F=530N。由于工件是以平面定位，夹紧力与切削力垂直，则式中：—实际所需夹紧力（N）；—切削力（N）；—夹紧元件与工件间的摩擦因数；—工件与夹紧支撑面间的摩擦因数；—为安全系数。安全系数一般可取＝2～3。或根据下式计算式中—这是安全系数，考虑到零件的加工余量和性质不平均导致切削力的变化，＝1.6～2.1；—加工系数处理性能，粗加工＝1.3，精加工＝1；—车刀的钝化系数，＝1.1～1.3；—断续切销系数，断续切削是＝1.2，连续切削时＝1。＝1.6×1×1.2×1＝1.92算出来的安全系数K的值是比2小的，不能达到要求，那么取K=2.5，把上面的数据代进公式中得：螺旋夹紧力和实际需要的夹紧力间的关系是：＝2046.5N式中：—原动力通过螺母施加在压杆上的力（N）；—原动力（N）；r`—螺杆端部与压杆之间的当量摩擦半径（mm），其值视螺杆端部的结构形式而定；—螺杆端部与压板间的摩擦角（°）；—螺纹中径之半（mm）；α—螺纹升角（°）—螺旋副的摩擦角（°）。4.2.2对定装置夹具的低面是夹具最重要基面，对于底面的处理更加精细，夹具上的每个定位工件相对低面来说需要很高的位置精度。为保证夹具在切削是能够准确的运动，在夹具的最下面设计得有定向槽，安设两个确定方向的键，这两个键便可以将夹具体稳定的固定在T行槽内。使用优良配合，大多使用H7/g6。因而得知，为了确保零件在切削是能够沿着规定的方向，上述的两个键和定位元件碧玺有很高的位置精度。4.2.3标准件的选取夹具的紧固螺栓的选择：选择的螺栓是M8，长度为45mm,功能级数是8﹒8级，外表氧化处理，螺栓的原料为35号钢，全螺纹螺栓，标记为：M8×45。选着紧固衬套的螺大小，依照国际标准来选取，螺栓的数据是M4，螺栓长度为10mm，功能级数是4.8级，原料为35号钢，不经表面处理开槽圆柱头螺钉，标记为M4×10。选着选装手柄和压紧螺栓，选着的直径是10mm，长为38mm，原料为35号钢，不经过淬火处理，也不进行外表处理的圆柱销，标记为：10M6X夹具体的设计(1)夹具体的毛坯结构选夹具的毛坯结构时，应该综合考虑经济性、标准性、构造合理性的因素。依据这个夹具的受力条件和工作情况，这个夹具用铸造的方法可以得到。（2）夹具体外形尺寸的确定夹具的生产一般生产的数量比较少，为了减少设计和生产的时间，并且使费用更低，那么夹具的设计大多不回做很复杂的计算。大多数情况都是参考与之相似的夹具，根据经验来估计。在华夹具图时，依据夹紧零件、定位元件盒其他辅助元件在整体上的位置，夹具的基本尺寸和外形便可以确定了。（3）夹具体的排屑结构为方便除去切屑，不让切屑聚集在定位元件上来使定位产生误差，所以在设计夹具的时候，我们必须要一些措施。查阅《机床夹具设计手册》，我们把排屑机构设计为自动排屑。（4）精镗销孔夹具工作原理如下图所示为夹具的装配图。它的工作原理是：从正面将活塞装入夹具里，活塞放置在止口座上，活塞的端面和止口便能限制5个自由度，剩下一个自由度便由菱形销来确定，将菱形销插入销孔后，再旋转手柄，通过螺栓的向下移动，通过圆球吧力传输到压块上，这样就能压紧活塞。当活塞压紧之后，去除菱形销，再把夹具体移动到制定位置开始加工，当加工结束后。旋转手柄将压块松开，取出工件，精镗销孔的任务便完成了，再用同样的方式加工下一个活塞。1、止口座2、活塞3、压块4、压板5、衬套6、压紧螺杆7、销8、手柄9夹具体10、菱形销导套11、衬套12、螺钉13、菱形销14、键15、定位键参考文献参考文献[1]徐圣群.简时机械加工工艺手册.上海：上海科学技术出版社[2]徐嘉元，曾家驹.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社[3]王光斗，王春福.机床夹具设计手册.上海：上海科学技术出版社[4]肖继德，陈宁平.机床夹具设计.天津：机械工业出版社[5]陆剑中，家宁.金属切削原理与刀具.沈阳：机械工业出版社[6]周龙保.内燃机学.北京:机械工业出版社[7]李军.互换性测量技术基础.华中：华中科技大学出版社[8]许锋，满长忠.内燃机制造工艺教程.大连：大连理工大学出版社[9]邓文英，郭晓鹏.金属工艺学.高等教育出版社[10]李硕，粟新.机械制造工艺基础.北京:国防工业出版社.[11]徐灏.机械设计手册.北京：机械工业出版社[12]谈荣望.内燃机设计.北京:中国铁道出版社[13]孙晓,王艳艳,王磊等.铝合金活塞制造工艺现状及发展方向.内燃机与动力装置[14]王茂元.机械制造技术.北京:机械工业出版社致谢致谢在本次毕业设计中，我得到了老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。首先要感谢的是我的指导老师王老师，在整个过程中他给了我很大的帮助。他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。同时感谢所有任课老师四年来对我的培养。是你们在我有困难的时候帮我们解决困难。借此，感谢大学四年中我的班主任和任课老师们给予的教诲，你们的教诲，不仅让我学到了书本的基础知识，更重要的是让我学会了如何做一名优秀的大学生，如果没有你们的辛勤教诲，也不会有我今天的成长。也感谢学院为我们提供了一次这样好的机会，使自己在学习的同时也锻炼了自己的实践能力。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Interne