机械工艺夹具毕业设计202镗活塞销孔的夹具设计说明书

课程设计说明书
题目名称：镗活塞销孔的夹具设计
学生姓名：
专业：机械工程及自动化（汽车工程）
班级：
学号：
指导教师：
时间：
课程设计任务书
一、设计题目：
镗活塞销孔的夹具设计
二、设计参数：
1．零件的公差要求见零件图
2 . 生产纲领：4000件/年
三、设计要求：
1．产品零件图 1张2．机械加工工艺过程卡片（含在说明书内） 1份3．机械加工工序卡片（含在说明书内） 1套4．夹具设计装配图 1张5．夹具设计零件图 1张6．课程设计说明书 1份
四、进度安排：
第一周：查找课程设计所需要的书籍，资料。

第二周：对零件进行分析，制定机械加工工艺过程。

第三周：绘制零件图，制作加工工艺过程及加工工序卡片。

第四周：绘制夹具设计装配图及夹具设计零件图。

第五周：编写课程设计说明书。

五、总评成绩及评语：
指导教师签名日期年月日
目录
前言 (1)
1 零件的分析 (2)
1.1 活塞的功用、结构特点及工作条件·····························错误！未定义书签。

1.2 活塞的主要加工表面及技术要求·································错误！未定义书签。

2 工艺规程设计 (4)
2.1 活塞的毛坯材料及制造方法 (4)
2.2 定位基准的选择 (4)
2.3 制定工艺路线 (5)
2.3.1 工艺路线方案一 (5)
2.3.2 工艺路线方案二 (5)
2.3.3 工艺方案的比较与分析 (6)
2.4 机械加工余量及工序尺寸 (6)
3 专用夹具设计 (9)
3.1 设计主旨 (9)
3.2 夹具的设计 (9)
3.2.1 定位基准的选择 (9)
3.2.2 切削力及夹紧力的计算 (9)
3.2.3 定位误差分析 (10)
3.2.4 夹具设计及操作的简要说明 (10)
4结论 (11)
参考文献 (12)
前言
我国的汽车行业正在飞速发展，汽车的动力部分也在不断改进，活塞是汽车动力不可缺少的一部分，它的工作情况会直接影响汽车的运行状态。

所以，如何能使活塞的生产高效率、高质量，省成本、省时间是我们今天汽车行业的努力方向。

本文根据活塞加工的一个特殊工序来对其夹具的设计，使其加工过程得以顺利进行，保证活塞销孔的位置及精度的准确性，同时也借助这个夹具的设计，来提高活塞加工的效率，解决活塞的定位、夹紧问题，为活塞的加工提供一个更方便的路径。

由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。

1
1零件的分析
1.1活塞的功用、结构特点及工作条件
活塞是曲柄连杆机构中的主要零件之一，是发动机的心脏。

在活塞压缩行程终了时，燃烧室内的工作混合气被火花塞点燃后爆发，产生强大的压力，推动活塞沿气缸向下运动，并通过连杆使活塞的直线往复运动变为曲柄的旋转运动，这就是发动机动力的来源。

活塞的第一个作用就是使发动机做功。

发动机做功是由进气、压缩、爆发、排气四个行程来完成的一个工作循环的。

不断地循环，发动机才能连续地工作，这就要求发动机内活塞顶以上的空间要有非常好的密封效果。

密封是活塞的第二个作用。

发动机在点燃爆发时，温度高达2000~2500，主要靠活塞和活塞环将高温传给气缸壁，再由气缸壁外侧水套内的循环水将热量带走。

活塞的第三个作用是传热。

活塞由头部（环槽、环岸和绝热槽）、裙部和顶部三部分组成。

1顶部。

汽车发动机大多采用平顶式活塞，这是因为与其它形式的活塞相比，具有工作可靠、制造简单、重量最轻和受热面积最小等优点。

一般选用优质铝合金。

2头部。

活塞环的主要功用是保证燃烧室和气缸工作腔的密封性。

它的高度主要取决于必须安装的活塞环数。

3活塞裙。

活塞裙是指活塞油环槽以下的部分。

为保证在正常工作条件下活塞与气缸内壁之间自上而下间隙均匀，必须把活塞制成上小下大的阶梯形或截锥形。

活塞裙部的横截面应作为椭圆形，并使椭圆的长轴方向垂直于活塞销孔轴线方向。

活塞裙部内有一止口。

它由一小段内孔、倒角和端面构成。

它是专为活塞加工过程中定位而设置的辅助精基准面，在活塞工作过程中没有任何用途。

4销座。

销座位于活塞裙部内，且有厚筋与活塞顶相连。

其作用是保证把作用于活塞上的力可靠地传给活塞销孔，在活塞销座上有一个油孔，用作润滑活塞销与活塞销孔，减少它们的摩擦。

总之，活塞为薄壁零件，它是在高温高压的条件下，在气缸内做高速往复直线运动。

为减小活塞在做高速往复运动时的惯性力，一般活塞材料采用铝合金。

1.2 活塞的主要加工表面及技术要求
1．环岸及环槽底对活塞裙部轴心的径向跳动最大允差为0.1mm~0.15mm.全部槽底R
3.2μm.
a
2
2.环槽侧面对活塞裙部轴心线垂直度不超过25：0.07，环槽侧面对活塞裙部轴心线跳动不超过0.05mm，全部槽侧R
0.4μm。

a
3．活塞销孔尺寸及精度为φ（28±0.075）mm；销孔圆柱度为0.00125mm；表面粗糙
0.125μm；两销孔同轴度误差，在最大实体状态时为零；销孔轴心线对裙部轴心线垂度R
a
直度为100：0.035；这些参数超差会使活塞销与活塞孔配合不正常，破坏活塞、活塞销、连杆的正确装配位置，不能保证正常的润滑，并产生不正常磨损。

4．裙部保留有0.2mm，深0.008mm~0.016mm的刀痕，以便能储存润滑油，使发动机在工作中活塞与缸壁之间形成一层油膜，从而减少活塞与缸壁的摩擦。

5为了改善活塞的机械加工性能，在活塞的制造过程中对销孔尺寸、外圆尺寸和重量分别进行分组，然后按装配工艺要求进行分组装配。

3
2 工艺规程设计
2.1 活塞的毛坯材料及制造方法
活塞的材料除少数采用铸铁外，大部分采用导热系数高、热膨胀系数较底的硅铝合金。

为了增加其刚性、隔热性和避免环槽早期磨损，也有在其头部或裙部铸有钢护圈、铸铁圈或钢片，这类活塞称为双金属活塞。

铝活塞除了导热性能好外，还具有重量轻、易加工等特点。

所以目前中小型发动机的活塞大部分采用铝合金材料。

由于铝合金和铸铁材料的不同，造成线膨胀系数不一样，亦可能出现广泛选用铸铁活塞的趋势，用以取代铝活塞。

一般的铝活塞大多采用金属模浇铸，这样不仅可以获得较高精度的毛坯，减少机械加工余量，同时还可以保证活塞间较小的重量差。

2.2 定位基准的选择
由于毛坯的精度较高，所以毛坯的外表面、内圆及顶面可直接作为粗基准，如粗车外圆、环槽、顶部、裙部及端面。

由于液态模锻后的毛坯内孔与外圆的同轴度及内孔、外圆对内顶面的垂直度误差均较小，因此，车削后顶部及裙部的壁厚均匀，可为以后的半精加工及精加工留有较均匀的余量。

活塞属薄壁筒形零件，径向刚度很差，而主要表面尺寸精度及个主要表面之间的位置精度要求又较高，所以在产品设计时就针对活塞的结构特点，设计了专供加工时定位用的辅助精基准——止口内孔及端面。

在回油槽、外圆、环槽、顶面等加工时，就采用了该精基准定位。

这不仅符合“基准统一”和“工序集中”原则，而且便于轴向夹紧，可采用一套夹具即可。

但以此作为精基准不仅不符合“基准重合”原则，而且还为此增加了工序和设备。

由于活塞销孔沿活塞轴线方向位置尺寸的设计基准是顶面，所以精镗削孔时以顶面为轴向定位基准，而止口的精加工以顶面为定位基准，这样可以减少因基准不重合而产生的定位误差。

在钻、扩销孔时采用了以销座外端作为角向定位基面。

这是因为若采用销孔自定位，定位元件不易布置，夹具结构复杂。

而由于活塞毛坯精度较高，以此作为角定位可以满足加工要求。

在镗、滚挤销孔时，以销孔为角向定位基准，遵循了“自为基准”原则，使加工余量
4
均匀，容易保证精度要求。

2.3 制定工艺路线
2.3.1 工艺路线方案一：
1．钻活塞销孔使用设备： Z148组合机床
2．铣两侧销座凹坑 80618专用机床
3．粗车外圆、环槽、裙部及端面 504680四轴数控车床
-112车床4．粗车定位止口 C
2
5．铣回油槽 ZF041活塞专用铣床
6．扩活塞销孔 Z149组合机床
7．钻销座油孔 4023抬钻
8．去毛刺
9．粗精镗活塞销孔 T617A卧式铣镗床
10．销孔内侧倒角 80226专用机床
-115车床11．车削孔锁环槽 C
2
12．精车止口 504690二轴数控车床13．车外圆、环槽、环岸及倒角 504700三轴数控车床14．滚挤活塞销孔 ZA125立式钻床
15．去毛刺
16．清洗吹净活塞 DTX40-I-G通过式清洗床17．终检
18．装配前裙部分组尺寸复检
2.3.2 工艺路线方案二：
-112车床1．粗车底面止口使用设备： C
2
2．粗镗活塞销孔 T617A卧式铣镗床
3．粗车顶面，外圆及环槽 504680四轴数控车床
4．精车下端面，内止口 504690二轴数控车床
5．精车环槽、外圆面、顶面 504700三轴数控车床
6．精车燃烧室 C
-115车床
2
7．铣裙部圆弧 ZF041活塞专用铣床
5
8．精细镗活塞销孔 JL6静压镗床
9．车锁环槽 504700三轴数控车床
10．液压销孔液压销孔车床
11．精磨裙部外圆仿型磨床
12．清洗吹净活塞 DTX40-I-G通过式清洗床13．终检
14．装配前裙部分组尺寸复检
2.3.3 工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先钻销孔，再车定位止口，然后以此为基准加工活塞；而方案二是直接粗车止口，然后镗销孔加工活塞；从工艺路线上分析两套方案都可行，但经比较可见，第一套方案更具体，更适合活塞的批量生产。

2.4 机械加工余量及工序尺寸
+mm
1．钻活塞销孔：φ22.92.0
2．铣两侧销座凹坑：R10
3．粗车外圆、环槽、裙部及端面
外圆：φ102.4±0.1 2Z=1.2mm
环槽：2.25±0.03、4.445±0.03、φ91.6±0.05、φ101.8±0.05、φ90.6±0.05 裙部：8.15±0.03、15.2±0.03、21.83±0.03、26.83±0.03
端面：101.565±0.435 2Z=4.935
+
4．粗车定位止口：87.565±0.15 φ95.510.0
+ 2.5
5．铣回油槽：57.381.0
+ 2Z=3.69
6．扩活塞销孔φ26.591.0
2Z=1.41
7．粗精镗活塞销孔φ280
-
01
.0
8．精车止口 85.565±0.015 φ96.7 2Z=0.8
机械加工工艺过程卡片
6
机械加工工序卡片
3 专用夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

这里的夹具为镗活塞销孔的专用夹具，用于T617A 卧式铣镗床，φ28的刀头。

3.1 设计主旨
本夹具主要用来镗φ28mm 的活塞销孔，且有一定的技术要求。

但加工本道工序时，φ10mm 孔尚未加工，因此，主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，同时还要达到要求的精度。

3.2 夹具的设计
3.2.1 定位基准的选择
由零件图可知，活塞销孔尺寸为φ28065
.0075.0+-mm ，活塞圆柱表面的圆跳度为0.1mm, 由于
毛坯的精度较高，所以毛坯的外表面、内圆及顶面可直接作为粗基准，因此，镗活塞销孔时以顶面作为水平的基准，活塞左右的夹紧以外表面为基准。

3.2.2 切削力及夹紧力的计算
切削刀具：整体双刃镗刀块, 钻头直径D=28mm,则
圆周切削分力F c =902a P f
0.75
K p
其中，a P =8mm,f=5mm, K p==1,所以
F c =902⨯8⨯50.75⨯1=24128.2 N ·mm
径向切削分力F p =5309.0p a f
0.75
K p
所以
F p =530⨯9.08⨯50.7⨯1=10624.6 N 轴向切削分力F f =451p a f 0.4K p
所以
F f =451⨯8⨯50.4⨯1=6868.4 N
计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数K= K 1 K 2 K 3 K 4 式中 K 1 -----基本安全系数，K 1 =1.5
K 2 -----加工性质系数，K 2 =1.1 K 3 -----刀具钝化系数，K 3 =1.1
K 4 -----断续切削系数，K
4
=1.1
于是，K= 1.5⨯1.1⨯1.1⨯1.1=1.9965
所以，圆周切削分力F
c ='
c
F K=24128.2⨯1.9965=48172 N
径向切削分力F
p ='
p
F K=10624.6⨯1.9965=21212 N
轴向切削分力F
f ='
f
F K=6868.4⨯1.9965=13713 N
3.2.3 定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差的确定。

本夹具的主要定位元件为一定位销，定位销与夹具体上相应的孔采用过赢配合且能保证零件的公差要求，即为：
定位销A60 f7⨯178 GB 2203-80
（2）卡爪的定位。

由于活塞的圆柱表面不是均匀的大小，所以卡爪的定位对活塞表面的夹紧会产生相应的误差。

3.2.4 夹具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，为了提高劳动生产率，应首先着眼于机动夹紧，所以采用卡爪用来夹紧活塞。

活塞的顶面再由定位销进行定位，使整个活塞处于完全定位的状态。

加工时将活塞放入夹具体，使活塞的上端面处于定位销的位置，得到顶端面的定位，活塞的圆柱表面通过卡爪、卡环，再由夹具体内的活塞来夹紧，使得待加工的活塞牢固的定位。

4 结论
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。

通过这次课程设计我了解了活塞的加工制造工艺，明白了各步工序的作用，知道了镗活塞销孔夹具的设计方法步骤。

几周的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是如此的贫乏，自己综合应用所学专业知识的能力是如此的不足，因此本次课程设计也使我对以前所学的知识有了一个较为全面的系统复习，尤其是画图的基本工得到了提高，为以后的毕业设计打下了良好的基础。

本夹具还存在不足之处。

一是绘图软件掌握的还不够熟练，二是对夹具设计的知识还有欠缺。

绘图时细节地方会画的不准确，造成重复性的修改，影响工作的效率，另一方面，夹具的工作质量和工作寿命还未探讨，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。

参考文献
[1] 王光斗王春福. 机床夹具设计手册. 第3版. 上海科学出版社,2000.
[2] 肖继德陈宁平. 机床夹具设计. 第2版. 机械工业出版社,2000
[3] 赵家齐. 机械制造工艺学课程设计知道书 . 第2版. 机械工业出版社,2002
[4] 刘守勇. 机械制造工艺与机床夹具 . 第2版. 机械工业出版社,2005
[5] 陆剑中家宁. 金属切削原理与刀具. 第3版. 机械工业出版社,2004。