汽車發(fā)動機(jī)活塞加工工藝及夾具設(shè)計

1、ISB6.7L汽車發(fā)動機(jī)活塞加工工藝及夾具設(shè)計系 部： 機(jī)電工程系 學(xué)生姓名： 朱艷 專業(yè)班級： 機(jī)電13D2班 學(xué) 號： 131012244 指導(dǎo)教師： 于霜 2016年 1 月 20 日聲 明本人所呈交的ISB6.7L汽車發(fā)動機(jī)活塞加工工藝及夾具設(shè)計，是我在指導(dǎo)教師、公司領(lǐng)導(dǎo)、同事的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行分析研究所取得的成果。本論文不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。作者簽名： 日期： 【摘要】現(xiàn)在敏捷制造、快速原型制造、快速模具工裝制造技術(shù)已經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)零件工業(yè)特別是活塞行業(yè)競爭的焦點。因此，針對各種內(nèi)燃機(jī)活塞機(jī)械加工

2、工藝過程的廣泛探索，從而縮短或簡化工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)制造成本也變得越來越重要。本畢業(yè)設(shè)計論文通對分析活塞加工技術(shù)的發(fā)展、活塞的結(jié)構(gòu)特點、活塞各個工作面的加工特征及其工作環(huán)境，確定了ISB6.7L活塞的加工方案及加工過程。并對精鏜銷孔夾具定位與夾緊進(jìn)行了設(shè)計，分析其工作原理，以及在夾具設(shè)計過程中應(yīng)該注意的問題。并分析論證其可行性。關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)活塞 加工工藝 夾具設(shè)計Title The Engine Piston Processing Technology and Fixture Design Of ISB6.7L AutomobileAbstractNow the agile m

3、anufacturing, rapid prototyping and rapid tooling die & mould manufacturing technology has become the focus of internal combustion engine parts industry, especially the piston industry competition.Therefore, in view of all kinds of internal combustion engine piston machining process widely, thus

4、 shortening or simplified technological process, improve product quality, reduce the production cost is also becoming more and more important.The graduation design paper through the analysis of the piston processing technology development, the structure characteristics of piston, piston each working

5、 face processing characteristics and its working environment, determine the processing scheme and processing process of ISB6.7L piston.And the fine boring and pin hole positioning and clamping jig design, analyzes its working principle, and the problems should be noticed in the process of fixture de

6、sign.And analyzed its feasibility.Key words Engine piston processing fixture design目 次1 緒論1.1選題的背景及意義1.2本課題主要內(nèi)容2 ISB6.7L活塞結(jié)構(gòu)及加工工藝分析2.1 ISB6.7L活塞結(jié)構(gòu)2.2 鑄造工藝2.3 活塞加工特征分析3 ISB6.7L活塞機(jī)加工工藝3.1 毛坯選擇3.2 定位基準(zhǔn)的選擇3.3 活塞加工工藝制訂4 ISB6.7L活塞的表面處理4.1 活塞的清洗4.2 活塞的絲網(wǎng)印刷4.3 活塞的固化4.4 活塞的鑄鐵圈防護(hù)4.5 活塞的烘干5 精鏜銷孔夾具設(shè)計5.1 活塞銷孔夾具定

7、位及誤差分析5.2 工件的夾緊裝置的設(shè)計5.3 標(biāo)準(zhǔn)間的選用5.4 夾具體的設(shè)計5.5 精鏜銷孔夾具工作原理結(jié) 論致 謝參 考 文 獻(xiàn)附錄A附錄B鍵入文字1 緒論制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展程度體現(xiàn)了一個國家科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展水平。近年來我國國民經(jīng)濟(jì)增長迅速，社會購買力不斷提升，汽車工業(yè)更是呈現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢頭。2012年中國汽車產(chǎn)銷量突破2000萬輛，2013年更是突破了2300萬輛，當(dāng)今，中國已成為世界最主要的汽車產(chǎn)銷大國之一。汽車市場的持續(xù)增長為汽車零部件制造業(yè)提供了廣闊的市場空間和難得的發(fā)展機(jī)遇。在汽車當(dāng)中，活塞相當(dāng)于汽車的“心臟”，它在運行過程中它承受交變的機(jī)械負(fù)荷同時

8、又承受熱負(fù)荷，是發(fā)動機(jī)中工作條件最為惡劣的零部件之一，是影響發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)和平均無故障使用壽命的較為薄弱的零件，同時也是最為關(guān)鍵的零部件之一。隨著汽車整車對發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性以及可靠性要求越來越嚴(yán)格。何實現(xiàn)活塞生產(chǎn)中的高產(chǎn)量、低成本、高標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)時交付、快速響應(yīng)以及使產(chǎn)品快速占領(lǐng)市場等要求，已經(jīng)越來越成為現(xiàn)在制造業(yè)中企業(yè)所追求的目標(biāo)。因此，針對各種內(nèi)燃機(jī)活塞機(jī)械加工工藝過程的廣泛探索從而縮短或簡化工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本尤為顯得重要。1.1選題的背景及意義ISB6.7L活塞是為了滿足英國康明斯DEP工廠而開發(fā)的，之前該工工廠有另外一家活塞供應(yīng)商在供貨，2011年由于全球活

9、塞需求持續(xù)增長，原供不能滿足產(chǎn)能需求，導(dǎo)致工廠B系列發(fā)動機(jī)活塞交付困難，影響最終客戶訂單。在此背景下，馬勒南京工廠經(jīng)過康明斯全球的供應(yīng)商選點后緊急作為新的貨源開發(fā)此活塞。南京馬勒公司成立于2000年，位于南京市浦口區(qū)泰馮路65-1號，公司致力于汽車發(fā)動機(jī)活塞的制造，主要供應(yīng)大眾、神龍、cummins等，產(chǎn)品銷往全球，從最初的十幾個品種增加到現(xiàn)在的100多種活塞。年產(chǎn)值4個億。公司有7條柴油機(jī)生產(chǎn)線，7條汽油機(jī)生產(chǎn)線，一條自動化生產(chǎn)線，2條鋼活塞生產(chǎn)線，公司主要以鋁活塞為主，鋼活塞占的比重較少。現(xiàn)在公司采用數(shù)控技術(shù)加工活塞，不但能夠輕易滿足活塞的技術(shù)要求；而且數(shù)控技術(shù)既可以保證批量生產(chǎn)的加工精度

10、，又可以減少加工時間和加工成本，提高效益，是加工活塞的首選方式。數(shù)控加工中心是一種功能較全的數(shù)控加工機(jī)床。它把車削，銑削、鏜削、鉆削等功能集中在一臺設(shè)備上，使其具有多種工藝手段。加工中心設(shè)置有刀庫，刀庫中存放著不同數(shù)量的各種刀具或檢具，在加工過程中由程序自動選用和更換。這是它與數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的主要區(qū)別。特別是對于必需采用工裝和專機(jī)設(shè)備來保證產(chǎn)品質(zhì)量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工裝和專機(jī)。這會為新產(chǎn)品的研制和改型換代節(jié)省大量的時間和費用，從而使企業(yè)具有較強(qiáng)的競爭能力?；钊鳛榘l(fā)動機(jī)的核心部件，對發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)有著決定性的作用。由于活塞加工工藝精良，對提高發(fā)動機(jī)的工作效率和

11、效益上有很大幫助。而數(shù)控技術(shù)使得活塞的大批量高精度生產(chǎn)成為可能。利用數(shù)控加工，提高加工精度，減少加工成本和減少加工用時,其意義非常重大。1.2本課題主要內(nèi)容活塞的加工工藝是本設(shè)計的重點內(nèi)容，在設(shè)計過程中，必須嚴(yán)格地選擇毛坯、制訂工藝規(guī)程、確定加工余量，并計算工藝尺寸、分析定位誤差等。此外，為了與實際生產(chǎn)相吻合，還必須對加工設(shè)備、切削用量等進(jìn)行選擇和設(shè)計，此階段內(nèi)容較多，所涉及的范圍也比較廣，為了使設(shè)計更為合理，必須廣泛查閱相關(guān)書籍，是設(shè)計更為合理和使用。 為使工件定位更加準(zhǔn)確，夾緊更為快速，安裝更為方便，從而提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強(qiáng)度，提高零件加工精度，夾具設(shè)計要采用專用夾具。在夾具設(shè)計過

12、程中，統(tǒng)一采用以端面和止口為主要定位面來進(jìn)行加工。以前未學(xué)過夾具的設(shè)計和計算。因此工作量大大地增加，只有通過在實習(xí)過程中對夾具的感性認(rèn)識和夾具設(shè)計參考書以及夾具圖冊來進(jìn)行設(shè)計和計算。所以，夾具的設(shè)計是整個設(shè)計的重點，也是一個難點。 2 ISB6.7L活塞結(jié)構(gòu)及加工工藝分析2.1 ISB6.7L活塞結(jié)構(gòu)活塞連桿組主要有活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等零件組成。活塞的主要作用是與汽缸蓋、氣缸共同構(gòu)成燃燒室，將做功行程所承受的燃?xì)鈮毫νㄟ^活塞銷傳給連桿以推動曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機(jī)工作時，由于活塞頂部直接與高溫燃?xì)饨佑|，燃?xì)獾淖罡邷囟瓤蛇_(dá)2500K以上，因此活塞的溫度也很高，因高溫時材料的力學(xué)性能降低，甚至發(fā)生

13、高溫蠕變。當(dāng)頂部溫度超過640K700K時還會產(chǎn)生熱裂現(xiàn)象。第一環(huán)槽超過80K500K時，就會造成活塞環(huán)粘結(jié)?；钊麥囟雀咔彝鶑?fù)變速運動，潤滑困難，所以極易磨損。在進(jìn)氣時活塞又接觸到冷的可燃?xì)怏w，造成溫度不均勻，產(chǎn)生的熱應(yīng)力容易使活塞變形和活塞頂表面開裂。因此要求ISB6.7L活塞具有： （1）足夠的強(qiáng)度、剛度和韌性；良好的導(dǎo)熱性和極小的熱膨脹性； （2）很小的重量，以保持很小的慣性力；良好的潤滑性和耐磨性，以提高壽命?；钊身敳俊㈩^部和裙部三部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1 活塞的基本結(jié)構(gòu)活塞頂部是燃燒室的組成部分，其形狀與選用的燃燒室形式有關(guān)。活塞頭部是指活塞環(huán)槽以上的部分?；钊?/p>

14、頭部主要作用有：第一，承受燃?xì)鈮毫Σ鹘o連桿；第二，與活塞環(huán)一起實現(xiàn)氣缸的密封；第三，將活塞頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳到氣缸壁上。在活塞頭部切有幾道環(huán)槽，用以安裝活塞環(huán)。上面的12道環(huán)槽用來安裝氣環(huán)，下面的一道用來安裝油環(huán)。在油環(huán)底部鉆有若干徑向小孔，以使油環(huán)汽缸壁上刮下的多余機(jī)油經(jīng)此流回油殼底。活塞環(huán)槽的磨損是影響活塞使用壽命的重要因素。發(fā)動機(jī)中熱負(fù)荷較高，活塞的第一道環(huán)槽溫度較高，磨損嚴(yán)重。為保護(hù)加強(qiáng)活塞環(huán)槽，常在第一道環(huán)槽處鑲嵌耐熱護(hù)圈。為保護(hù)喉口不因過熱而開裂，在ISB6.7L活塞頭部鑲嵌奧氏體或高錳奧氏體鑄鐵護(hù)圈。活塞裙部是指活塞頭部一下的部分。其是為活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動導(dǎo)向以及承

15、受側(cè)壓力。為改善鋁合金活塞的磨合性，在ISB6.7L鋁活塞外表面涂石墨。2.2 鑄造工藝2.2.1鑄造工藝的簡述鑄造是將通過熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過程。鑄造是常用的制造方法，優(yōu)點是：制造成本低，工藝靈活性大，可以獲得復(fù)雜形狀和大型的鑄件，在機(jī)械制造中占有很大的比重。鑄造是一種古老的制造方法，在我國可以追溯到6000年前。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，鑄大型鑄件的質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，鑄造在機(jī)械制造業(yè)中占有重要的地位。鑄造技術(shù)的發(fā)展也很迅速，特別是19世紀(jì)末和20世紀(jì)上半葉，出現(xiàn)了很多的新的鑄造方法，如低壓鑄造、陶瓷鑄造、連續(xù)鑄造等，在20世紀(jì)下半葉

16、得到完善和實用化。鑄造主要工藝過程包括：金屬熔煉、模型制造、澆注凝固和脫模清理等。鑄造用的主要材料是鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金(銅、鋁、鋅、鉛等)等。由于現(xiàn)今對鑄造質(zhì)量、鑄造精度、鑄造成本和鑄造自動化等要求的提高，鑄造技術(shù)向著精密化、大型化、高質(zhì)量、自動化和清潔化的方向發(fā)展，例如我國這幾年在精密鑄造技術(shù)、連續(xù)鑄造技術(shù)、特種鑄造技術(shù)、鑄造自動化和鑄造成型模擬技術(shù)等方面發(fā)展迅速。2.2.2 ISB6.7L活塞鋁水的制備在進(jìn)行活塞鑄造前，要先對采購過來的合金的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行檢驗，檢驗合格后再按照技術(shù)部門提供的作業(yè)指導(dǎo)書要求進(jìn)行合金化，先將原合金材料預(yù)熔，再將其加入工頻爐進(jìn)行熔化與合金化，使合金充分融合，

17、制備鋁水，其步驟如表2.1所示。其中ISB6.7L活塞用的合金型號為：M174+ ，其M174+的合金的主要合金的百分比如表2.2所示。序號過程描述必須值要求備注/程序1）（1）配料比例（2）新材料（純鋁）20-60%（3）內(nèi)部回爐料和/或其它合金20-50%不要使用工頻爐重熔帶濾網(wǎng)的澆道（4）鋁屑條30%使用單獨的爐子熔化鋁屑條（5）每個工廠配料成分狀況穩(wěn)定配料材料比例必須指定并恒定±10%2）（1）合金錠（2）狀態(tài)干凈干凈且干燥（3）儲存干燥保存3）（1）磷銅的過加熱（2）溫度800-840磷銅的過加熱對磷的活化是必要的（基于對初晶硅的細(xì)化）（3）保溫時間30min不超過8小時4

18、）（1）合金溫度（2）廢活塞等或鋁屑條熔化的鋁液760-820過加熱后的鋁液溫度取決于車間實際需要（3）滲鋁液高溫度導(dǎo)致高氧化、高氫含量、高能耗5）（1）熔化均勻化（2）方法均勻的攪拌工頻爐可產(chǎn)生一個可接受的均勻攪拌因為電磁感應(yīng)（3）工頻爐頻率500-1000Hz50或60Hz也可接受（4）通過葉輪、多孔轉(zhuǎn)子等攪拌氬氣（5）氬氣純度100.00%至少Argon 4.06）（1）材料放行（2）分析方法光譜分析（3）光譜試樣-車削深度1mm初步車削0.5mm完成車削表2.1制備鋁水順序表表2.2 M174+合金成分百分比表材料組分合金的質(zhì)量百分比Cu3.0-5.0Mg0.5-1.2Si11.0-1

19、3.0Ni1.0-3.0Femax.0.7Timax.0.2Zrmax.0.2Vmax.0.18Mnmax.0.3Znmax.0.3Crmax.0.05Pbmax.0.05Snmax.0.05Camax.0.01NaPSrsonstigemax.0.05zusammenmax.0.15AlRest 2.2.3 ISB6.7L活塞毛坯的澆鑄在澆鑄錢先清除澆包上氧化皮，檢查澆包上涂料情況，決定是否需要更換澆包 ，清理滲鋁鉤粘鋁 ，檢查滲鋁液是否需要添加，鋁水溫度等 ，準(zhǔn)備鑄鐵圈，鹽芯（如有需要），注意鑄鐵圈和鹽芯型號是否是生產(chǎn)ISB6.7L活塞的。為了更好的澆鑄和澆鑄過程的順利進(jìn)行，要對保溫爐鋁水

20、表面氧化皮進(jìn)行清除 ，澆鑄時，操作工應(yīng)注意保溫爐內(nèi)鋁水表面氧化皮情況并對其進(jìn)行清除 ，如圖2.2，左圖為需要清除氧化皮的狀態(tài)，右圖為清除氧化皮后的狀態(tài) 。清潔頻率為1小時/次。 a 清除氧化皮前 b 清除氧化皮后 圖2.2保溫爐中的鋁水澆鑄前鹽芯要充分預(yù)熱，鹽芯在正式澆鑄生產(chǎn)時必須在鑄造工位旁的鹽芯加熱爐中進(jìn)行再次加熱，鹽芯預(yù)熱與加熱工藝規(guī)范見文件RH920 216 9C 。夾鹽芯的鉗子上不能有油污和水氣，避免在用鉗子夾取鹽芯時，鹽芯上粘上油污和水氣造成油冷通道內(nèi)產(chǎn)生氣泡。在夾取鹽芯時要注意觀察鹽芯上是否有裂痕，表面是否平整無殘缺。在上鹽芯時注意觀察鹽芯銷是否有變形，鹽芯是否好壓，如不是，要盡

21、快通知替換工或調(diào)試工。正確的裝鹽芯如圖2.3所示。 鑲鑄鐵圈如圖2.4所示。 a 取出鹽芯 b 對準(zhǔn)位置 c 插入鹽芯 d 壓鹽芯 圖2.3裝鹽芯的步驟示意圖 a 拎圈 b 夾取 c 輕甩表面懸掛的鋁水 d 上圈 圖2.4裝鑲?cè)Φ牟襟E示意圖 澆鑄時要快速、平穩(wěn)、連續(xù)。澆鑄鋁液量不可太少，以鋁液與澆道口齊平為宜，避免補(bǔ)縮不夠造成廢品。澆包緊貼澆口，鋁液充滿澆道，鋁液與澆道口平齊，鋁水澆鑄完畢，多余鋁水倒入鋁盆中，并用澆包柄輕磕鋁盆邊緣去除澆包內(nèi)氧化皮。 需要使用腳踏開關(guān)的模具，必須在模具型腔充滿鋁液，鋁液注至模具冒口部位時，澆鑄工方 能踩下腳踏開關(guān)。 澆鑄過程中隨時注意鋁水溫度超出范圍報警，若指

22、示紅燈亮，則鋁水溫度不合格，應(yīng)立 即停止?jié)茶T。 不能人為的去阻礙機(jī)械手夾活塞時的動作，讓活塞能及時入水淬火，機(jī)械手夾持毛坯完全運動至鑄淬水槽正上方時才可以進(jìn)行吹氣，插過濾網(wǎng)等帶有遮擋住光柵的操作?；钊淙胨壑?，水面高度應(yīng)按照相應(yīng)規(guī)范要求控制，水槽水溫不高于60 。第一只活塞生產(chǎn)出來，需檢查毛坯外觀有無缺陷（依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定）。合格后方能放行澆鑄，并將首件毛坯放入首件盒中。澆鑄過程中每件活塞毛坯都要按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外觀檢驗，不合格的廢品毛坯在面窗上噴紅漆并置于毛坯最上層流至下一工序。將澆鑄好的毛坯放入倉儲籠內(nèi)，去除內(nèi)冷油道進(jìn)出油孔飛邊，進(jìn)入下一道工序沖洗鹽芯（即沖洗內(nèi)冷油道）。用高壓水槍對準(zhǔn)回油孔沖

23、洗60秒，檢查內(nèi)冷。去除不合格品，鋸澆冒口，最后進(jìn)行熱處理，M174+合金如處理按照表2.3執(zhí)行。清點毛坯數(shù)量，收入毛坯庫。表2.3活塞熱處理表合金M174+過程存放時間澆鑄結(jié)束后至少12h至少24h（冷卻鑲?cè)Γr效溫度230 ± 5保溫時間7 ± 0.2 h冷卻方式在靜止上網(wǎng)空氣中爐型箱式爐備注毛坯取出后的冷卻：鑄淬標(biāo)準(zhǔn)值100-140HB2.3 活塞加工特征分析2.3.1 活塞頂部加工特征活塞頂部是燃燒室的組成部分因而制成不同的形狀，主要有平頂、凹頂、和凸頂幾種形式，部分活塞還具有氣門坑及其開口等結(jié)構(gòu)。因此，活塞頂部加工特征一般包括：燃燒室、活塞頂面、氣門坑、氣門坑開口

24、等。活塞頂面與止口的平行度一般為0.015mm，其粗糙度要求一般為Ral1.63.2um，在加工過程中一般要經(jīng)過粗加工和精加工來完成，粗加工的加工余量一般為1mm，精加工的加工余量一般為0.4mm。從活塞頂面到活塞銷孔中心線的距離稱為壓縮高，該距離影響發(fā)動機(jī)的壓縮比，在精加工活塞頂面時需要保證活塞的壓縮高。燃燒室多為回轉(zhuǎn)體形狀，其素線由方向、半徑不同的圓弧與直線圓滑連接而成，燃燒室精加工時需要保證燃燒室的粗糙度一般為Ra3.2um。活塞毛坯一般是鑄造而成，鑄造時一般鑄造有燃燒室凹坑，燃燒室加工同樣需要經(jīng)過粗加工和精加工兩次加工完成，燃燒室粗加工的加工余量一般為1mm，精加工的加工余量一般為0.

25、4mm，與頂面基本相同。對于個別的活塞毛坯為平頂?shù)蔫T造件，燃燒室加工需經(jīng)過粗加工、半精加工和精加工三次加工才能完成，因此在進(jìn)行工藝分析時需要判斷是否鑄造有凹坑。而氣門坑及其開口由于余量較小一般一次加工至成品尺寸。根據(jù)頂面與燃燒室的加工特征及其定位方式，一般采用車削加工，而氣門坑及其開口一般采用銑削加工。2.3.2 活塞頭部加工特征活塞頭部主要有2-4道環(huán)槽及環(huán)槽之間的環(huán)岸、槽側(cè)油帶、第一環(huán)槽至頂部的火力岸組成。因此，其加工特征主要是鐵、鋁環(huán)槽的加工及環(huán)岸、火力岸外圓的加工，有時在環(huán)槽底部或槽側(cè)油帶部位還有通向內(nèi)腔的徑向回油孔。鐵環(huán)槽為距離頂部最近的環(huán)槽，承受的燃?xì)鉁囟茸罡?、沖擊力也最大?；谶@

26、一原因，該環(huán)槽一般為兩槽，并具有一定的斜度，以便于與密封環(huán)更好地接觸，避免高壓燃?xì)獯饺共?。鐵環(huán)槽傾斜側(cè)面的加工具有波紋度要求，其基準(zhǔn)直徑、粗糙度都有一定的要求，且高鎳鑄鐵由于具有“粘性”加工特征，加工一般至少需要粗加工、精加工兩次加工完成，粗加工加工出鐵環(huán)及環(huán)槽形狀并為精加工留出0.30.5mm余量。鋁環(huán)槽槽側(cè)為直槽，對槽側(cè)的粗糙度、槽側(cè)與活塞中心線的垂直度、槽側(cè)的直線度以及槽側(cè)的平面度等都有較高的加工要求，而且鋁環(huán)槽的加工余量比較大、容易加工變形，因此一般至少分為粗、精兩次加工來完成，粗加工加工出形狀，給精加工留下0.10.2mm的余量。由于加工鑄鐵環(huán)槽時產(chǎn)生較大的切削力和熱量，容易引起鋁

27、環(huán)槽的形狀誤差和變形，因此需要把鋁環(huán)槽的加工放在鐵環(huán)槽精加工之后進(jìn)行。2.3.3 活塞裙部加工特征 活塞裙部是自環(huán)槽部分的油環(huán)槽下端面起至活塞底的部分，它用作引導(dǎo)活塞在氣缸內(nèi)運動和承受側(cè)壓力。受活塞結(jié)構(gòu)的影響，為保證熱態(tài)下活塞裙部的圓筒形狀，以便能夠與氣缸很好地貼合，不至于被卡住或拉傷，需要將活塞裙部的徑向外形設(shè)計加工為橢圓形狀，其長軸在垂直于銷座孔中心線平面內(nèi)，短軸在銷座孔中心線平面內(nèi)，且橢圓度在不同的軸向位置是變化的；而活塞長軸軸向輪廓設(shè)計加工為上小下大、到底部再小的中凸形狀，這種外圓形狀稱為中凸變橢圓。在活塞裙部下端及內(nèi)腔部位還需要加工出止口作為后續(xù)工序的定位基準(zhǔn)?；钊共客鈭A粗糙度一般

28、要求1.63.2um，且外圓對加工紋理有特殊要求，基于外圓特殊的形狀和表面紋理要求，需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工三次加工才能達(dá)到技術(shù)要求，總加工余量一般在2mm左右；活塞止口粗糙度一般要求1.63.2um，總加工余量一般在1 mm左右，因此經(jīng)過粗、精兩次加工可以達(dá)到技術(shù)要求。2.3.4 活塞銷座孔加工特征活塞銷座將作用在活塞頂部的氣體力經(jīng)過活塞銷傳給連桿。銷座常用加強(qiáng)筋與活塞內(nèi)壁相連，以提高強(qiáng)度。為減少銷座上側(cè)的壓力，常把銷座鑄造成一些特殊形狀，其中楔形銷座是最常見的一種形式?；钊诠ぷ鲿r銷座孔內(nèi)側(cè)受到活塞銷的反復(fù)沖擊，為防止活塞該處應(yīng)力集中及疲勞損壞，常將該處設(shè)計為喇叭口形狀，因其加工實

29、現(xiàn)起來較困難，稱為異形銷孔。活塞銷孔不僅本身尺寸精度與相互位置精度要求較高，而且粗糙度要求較低，一般為0.40.8um。銷座孔內(nèi)有安放彈性卡簧的卡簧槽，為安裝方便，銷孔內(nèi)、外側(cè)常加工出較大的內(nèi)、外口倒角。基于以上加工特征，活塞銷孔加工一般需要粗、半精、精加工及超精加工三次以上加工才能達(dá)到技術(shù)要求。為防止銷孔變形，精加工一般安排在工序的最后面完成。有些活塞為增加銷孔的儲油作用，還加工成橢圓形狀，稱為減壓腔，有時還需要在銷座上加工油孔。3 ISB6.7L活塞機(jī)加工工藝3.1 毛坯選擇3.1.1 毛坯的發(fā)放 毛坯一般由鑄造車間生產(chǎn)，經(jīng)檢測合格后入庫，再由物流部按照生產(chǎn)計劃統(tǒng)一發(fā)放毛坯進(jìn)入機(jī)加工車間進(jìn)

30、行生產(chǎn)。3.1.2 確定機(jī)械加工余量鑄鍛件的機(jī)械加工余量按JB3735-85確定，加工余量的確定應(yīng)根據(jù)估算的鍛件的重量、加工精度及鍛件形狀的復(fù)雜系數(shù)來確定，由簡明機(jī)械加工工藝手冊查得：金屬型鑄件的尺寸公差等級為68級。相應(yīng)的加工余量為：外圓加工余量為4.0mm， 銷孔加工余量為3.0mm。3.2 定位基準(zhǔn)的選擇3.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)從以下幾方面考慮： （1）應(yīng)當(dāng)盡量選用不加工表面作為粗基準(zhǔn)，當(dāng)在工件上有很多不需加工的表面時，以其中與加工面的位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。 （2）選擇加工余量較為均勻的表面作為粗基準(zhǔn)。 （3）選擇加工余量較小的表面作為粗基準(zhǔn)。 （4）作為粗基準(zhǔn)的

31、表面應(yīng)盡量平整，沒有冒口、澆口以及飛邊等缺陷，以便定位可靠。 （5）一般粗基準(zhǔn)只能使用一次，特別是對于主要的定位基準(zhǔn)，這樣可以避免產(chǎn)生較大的位置誤差。3.2.2 精基準(zhǔn)的選擇活塞屬于薄壁筒形零件，其徑向剛度較差，并且其主要表面的尺寸精度以及各主要表面之間的相對位置精度要求較高。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)特點和和其技術(shù)要求，精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)主要從以下幾方面考慮： （1）盡量用設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，實現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。 （2）當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以較方便地加工很多表面時，應(yīng)盡可能的采用此組精基準(zhǔn)定位，實現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一”，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。 （3）當(dāng)精加工或光整加工工序要求加工余量

32、盡量小而均勻時，應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準(zhǔn)，即遵循“自為基準(zhǔn)”的原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。 （4）為獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可遵循“互為基準(zhǔn)”、反復(fù)加工的原則。 （5）有多種方案可供選擇時，應(yīng)選擇定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定、加緊可靠，可使夾具結(jié)構(gòu)簡單的表面作為精基準(zhǔn)。ISB6.7L活塞生產(chǎn)采用止口和端面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)。活塞止口在結(jié)構(gòu)上和功能上沒有作用，它是為加工活塞而專門設(shè)置的輔助基準(zhǔn)面。在精加工時,只有精車外圓等少數(shù)工序采用止口處的錐面和頂面上的中心孔定位,其余工序均采用止口和端面定位。采用止口和端面作為定位基準(zhǔn)主要有下列優(yōu)點：第一，此種定位方式可以加工裙部、

33、頭部、頂面、銷孔等主要加工表面及其他次要加工表面。并且，這種定位方式一次安裝可車削多個表面，能夠提高生產(chǎn)效率，保證活塞主要加工表面的位置精度。第二，由活塞裙部在半徑方向的剛性比較差，利用此種定位方式能夠沿活塞軸向夾緊，這樣就不會引起嚴(yán)重的變形，從而可以進(jìn)行多刀切削，提高加工效率。3.3 活塞加工工藝制訂加工過程的最后確定,通常是通過一系列的論證，通過幾條工藝路線的分析和比較,選擇一個符合實際生產(chǎn)條件的,并且能夠確保加工質(zhì)量、提高加工效率、降低加工成本 的最佳工藝路線。3.3.1 加工方法的確定零件表面的加工方法,應(yīng)根據(jù)加工表面的技術(shù)要求來確定。根據(jù)加工表面的工藝要求,先選擇能保證加工表面加工要

34、求的最終加工方法,然后根據(jù)生產(chǎn)條件來確定每個工序和每個工步的具體加工方法。選擇處理方法還應(yīng)該考慮每個處理方法的加工經(jīng)濟(jì)精度范圍，每種處理方法能夠達(dá)到的精度和表面粗糙度都有一定范圍。每種加工方法只要精心操作,選擇適當(dāng)?shù)那邢饔昧?、加工精度均可以提高其加工?jīng)濟(jì)精度。但是如果經(jīng)濟(jì)精度越高、表面粗糙度值減少越小,相應(yīng)的會消耗更多的時間和加工成本。實際生產(chǎn)中的加工經(jīng)濟(jì)精度一般是指正常條件下所能夠保證的加工精度。加工方法的確定還與生產(chǎn)率的要求有關(guān)。ISB6.7L活塞零件的生產(chǎn)類型屬于大批量生產(chǎn)。對生產(chǎn)率要求相對較高。綜合以上幾點分析，結(jié)合現(xiàn)階段的工藝能力和所能達(dá)到的加工經(jīng)濟(jì)精度，查機(jī)械加工工藝手冊擬訂本零件

35、的加工工藝方法，如表3.1所示：表3.1 活塞的加工方法及技術(shù)要求加工方法技術(shù)要求端面加工端面的加工精度要求為IT8級，可采用一次車削完成，這樣能夠達(dá)到的精度為IT810，粗糙度為Ra=6.31.6m，滿足其加工技術(shù)要求。外圓面加工其裙部外圓的精度要求為IT6IT5，表面粗糙度值要求為Ra0.63?；钊鈭A的加工可選用：粗車精車金剛石車橢圓，這樣所能達(dá)到的粗糙度為Ra=0.80.2m，符合其加工技術(shù)要求止口加工止口表面是為了精基準(zhǔn)而加工的，其粗糙度要求較低，一般為Ra1.25m，其精度要求一般為IT7，故可采用粗車精車的加工方法,這樣能達(dá)到的精度等級為IT8，粗糙度Ra=3.20.8，符合其加

36、工技術(shù)要求。銷孔加工銷孔是活塞的重要加工面，其精度要求為IT6以上，粗糙度為Ra0.16m，要求較高，故一般采用粗鏜精鏜滾壓的加工方法，這樣能夠達(dá)到的精度等級為IT6IT7，粗糙度值為Ra=0.40.05m，符合其加工技術(shù)要求。環(huán)槽加工環(huán)槽的位置精度要求較高，但其精度要求較低，可采用粗車精車兩個加工階段完成。所能達(dá)到的精度等級為IT78，粗糙度為Ra=6.31.6m，符合其加工技術(shù)要求。銷孔卡環(huán)槽的加工卡環(huán)槽的尺寸精度要求較低，位置精度要求相對較高，故可在銷孔精鏜后采用一次車削完成。達(dá)到的精度等級為IT810，粗糙度為Ra=6.33.2m，符合其加工技術(shù)要求。斜油孔的加工斜油孔的精度要求并不高

37、其表面粗糙度為Ra 12.5m，孔徑小于20mm，故其加工方法直接采用鉆孔來實現(xiàn)，精度為IT11-IT12，符合其加工技術(shù)要求。環(huán)槽加工環(huán)槽位置精度要求較高，尺寸精度要求相對較低，可采用粗車精車兩道工序完成，能夠達(dá)到的精度等級為IT7IT8，粗糙度Ra=6.31.6m，符合其加工技術(shù)要求。3.3.2 活塞加工階段劃分活塞加工工藝過程按階段可劃分為：粗加工階段半精加工階段精加工階段光整加工階段。活塞外圓以及銷孔是活塞的重要加工面，其加工質(zhì)量要求比較高，因此外圓加工時安排了粗車，精車，金剛石車三個加工階段，銷孔加工時安排了粗鏜，精鏜和滾壓三個加工階段。而其余的加工質(zhì)量要求并不高，并且毛坯采用金屬型

38、鑄造精度比較高，加工余量小，故其余工序均安排粗加工、精加工兩階段完成。各階段加工技術(shù)要求如表3.2所示：表3.2 活塞各階段加工要求加工階段加工要求粗加工階段去除各加工表面的余量，作出精基準(zhǔn)，此階段主要加工要求是提高生產(chǎn)率半精加工階段減小粗加工中留下的誤差，使加工面達(dá)到一定的精度，為下一步精加工作好準(zhǔn)備精加工階段確保零件的尺寸、形狀和位置精度達(dá)到所規(guī)定的精度要求3.3.3 加工工序安排及工藝規(guī)程制訂按照加工順序的選擇原則，加工工序安排如下：(1）先加工基準(zhǔn)面，再加工其它表面。(2）先加工平面，后加工孔。(3）先加工主要表面，后加工次要表面。(4）先進(jìn)行粗加工工序，后進(jìn)行精加工工序。根據(jù)活塞零件

39、加工的實際情況，本設(shè)計擬定了加工工藝過程卡，如附錄A表3.3所示。此外，對于尺寸較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的鑄件，為了消除殘余應(yīng)力，需在粗加工之前、或粗加工之后進(jìn)行一次時效處理，即將活塞加熱至180200攝氏度，然后保溫68小時后，自然冷卻。鋁合金熱處理一般安排在機(jī)加工前，在機(jī)械加工前要切去冒口，然后進(jìn)行時效處理，消除鑄造時因冷卻不均勻而帶來的內(nèi)應(yīng)力，增加活塞的強(qiáng)度和硬度。對于同一個工件和同樣的加工內(nèi)容，有兩種不同形式的工藝規(guī)程可供選擇：一種是工序集中原則，另一種是工序分散原則。工序集中是指每個工序包括盡可能多的工步，從而使總的工序數(shù)減少，減少所需要的夾具和工件的安裝次數(shù)。而工序分散是將工步內(nèi)容分散在

40、更多的工序中完成，這樣每道工序的工步較少，但其工藝路線長。這兩種工藝規(guī)程各有所長。工藝集中更有利于保證各加工面間的相互位置精度要求，可以采用高生產(chǎn)效率的機(jī)車，節(jié)省安裝工件的次數(shù)和時間，減少工件的搬動次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，而工序分散的優(yōu)點在于能夠使每個工序的設(shè)備和夾具比較簡單，調(diào)整、對刀更為容易?？紤]到活塞零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求、以及工廠機(jī)床設(shè)備、工人技術(shù)水平等條件，工序相對集中的原則更適合活塞生產(chǎn)。 3.3.4 加工余量的確定本設(shè)計采用的加工余量確定方法為查表修正法，通過查閱簡明機(jī)械加工工藝手冊，并結(jié)合實際加工情況對各加工面的加工余量確定如表3.4所示。表3.4 活塞的加工方法機(jī)加工余量 加工

41、面加工方法加工余量 外圓粗車精車加工粗車3.7mm，精車0.3mm端面一次性加工1.0mm止口粗車精車加工粗車1.2mm，精車0.3mm銷孔粗鏜精鏜，最終加工為滾壓粗鏜2.7mm，精鏜0.2mm，滾壓0.1mm油孔鉆削加工余量由孔徑來確定環(huán)槽粗車精車加工粗車1.2mm，精車0.3mm頂面粗車銑氣門內(nèi)、外槽總加工余量為14.17mm，粗車3.17mm，粗銑總余量11.0mm卡環(huán)槽精鏜后一次車削完成總加工余量4.8mm4 ISB6.7L活塞的表面處理4.1 活塞的清洗活塞從機(jī)加工下線后，上面殘留很多切削液，鋁屑，要將活塞清洗干凈才能進(jìn)行下一道工序表面處理，其裝夾流程如表4.1所示，清洗流程如表4.

42、2所示。表4.1 裝夾流程 類型示意圖片備注 上活塞1、當(dāng)夾具與清洗機(jī)檔板保持在15cm以上時開始裝活塞，左手打開夾具，右手輕輕裝上活塞。2、裝活塞時，為便于外觀檢查，可以不戴手套。 下活塞1、必須戴無紡布手套或指套進(jìn)行接活塞。2、注意手指不得與活塞裙部接觸。表4.2 清洗流程溫度（）工序參數(shù)設(shè)定 壓力（bar）工序參數(shù)設(shè)定預(yù)清洗/預(yù)清洗1.5脫脂I58脫脂I2.0 脫脂II58脫脂II2.0 沖洗I50沖洗I1.5 沖洗50沖洗1.5 沖洗50沖洗1.5純水沖洗45純水沖洗1.5 烘干 100-130(*)4.2 活塞的絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷由五大要素構(gòu)成，即絲網(wǎng)印版、刮印刮板、油墨、印刷臺以及承

43、印物。絲網(wǎng)印刷基本原理是：利用絲網(wǎng)印版圖文部分網(wǎng)孔透油墨，非圖文部分網(wǎng)孔不透墨的基本原理進(jìn)行印刷。印刷時在絲網(wǎng)印版一端上倒入油墨，用刮印刮板在絲網(wǎng)印版上的油墨部位施加一定壓力，同時朝絲網(wǎng)印版另一端移動。油墨在移動中被刮板從圖文部分的網(wǎng)孔中擠壓到承印物上。由于油墨的粘性作用而使印跡固著在一定范圍之內(nèi)，印刷過程中刮板始終與絲網(wǎng)印版和承印物呈線接觸，接觸線隨刮板移動而移動，由于絲網(wǎng)印版與承印物之間保持一定的間隙，使得印刷時的絲網(wǎng)印版通過自身的張力而產(chǎn)生對刮板的反作用力，這個反作用力稱為回彈力。由于回彈力的作用，使絲網(wǎng)印版與承印物只呈移動式線接觸，而絲網(wǎng)印版其它部分與承印物為脫離狀態(tài)。使油墨與絲網(wǎng)發(fā)生

44、斷裂運動，保證了印刷尺寸精度和避免蹭臟承印物。當(dāng)刮板刮過整個版面后抬起，同時絲網(wǎng)印版也抬起，并將油墨輕刮回初始位置。至此為一個印刷行程。絲網(wǎng)印刷的優(yōu)點：(1) 不受承印物大小和形狀的限制一般印刷,只能在平面上進(jìn)行，而絲網(wǎng)印不僅能在平面上進(jìn)行印刷還能在特殊形狀的成型物上如球面曲面上印刷，有形狀的東西都可以用絲網(wǎng)印刷來進(jìn)行。(2) 版面柔軟印壓小絲網(wǎng)柔軟而富有彈性。(3) 墨層覆蓋力強(qiáng)可在全黑的紙上作純白印刷，立體感強(qiáng)。(4) 適用于各種類型的油墨(5) 耐旋光性能強(qiáng)可使印刷品的光澤不變。(氣溫和日光均無影響)。這使得印刷一些不干膠時，不用額外覆膜等工藝。(6) 印刷方式靈活多樣(7)制版方便、價

45、格便宜、技術(shù)易于掌握(8)附著力強(qiáng)(9)可純手工絲印，也可機(jī)印4.3 活塞的固化經(jīng)過絲網(wǎng)印刷后的活塞直接進(jìn)入鏈?zhǔn)焦袒癄t固化，如圖4.1所示。圖4.1 鏈?zhǔn)焦袒癄t4.4 活塞的鑄鐵圈防護(hù)鑄鐵圈上油為了防止活塞上的鑄鐵圈或鋼片上銹，如圖4.2所示。 圖4.2 給鑄鐵圈上油4.5 活塞的烘干用固化后的余熱將活塞烘干，最后將活塞送入待檢區(qū)，由終檢部門進(jìn)行外觀、尺寸、內(nèi)冷油道、鑲?cè)Y(jié)合度的檢測，檢測合格后裝箱入庫。5 精鏜銷孔夾具設(shè)計銷孔是多道工序施加夾緊力的部位，為使其后的工序中夾緊力能均勻分布，在精加工之前需要對活塞銷孔進(jìn)行精鏜加工，保證活塞重要表面所需要的較高的加工精度。5.1 活塞銷孔夾具定位及

46、誤差分析5.1.1 活塞銷孔定位方式及定位元件夾具設(shè)計時原則上一般將工藝基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，不論哪個基準(zhǔn)都應(yīng)符合六點定位原理。所謂六點定位原理就是采用合適的約束來消除工件的六個自由度，來實現(xiàn)工件的定位。根據(jù)前面制定的生產(chǎn)工藝，本加工工序采用活塞止口、活塞端面以及銷孔定位，為與止口相配合，采用止口盤作為定位元件。活塞之后與止口盤相接觸，限制除沿Z軸的5個自由度，然后通過銷孔實現(xiàn)沿Z軸的定位，從而，工件的六個自由度完全被限制，實現(xiàn)完全定位，其夾具圖紙如附錄所示。5.1.2 定位誤差分析與計算定位誤差主要有以下幾方面原因產(chǎn)生：第一，基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的定位誤差。由于工序基準(zhǔn)和夾具定位基準(zhǔn)不重合，兩基準(zhǔn)之間

47、的位置誤差在加工過程中會反映到被加工表面的。第二，間隙引起的定位誤差。在使用心軸、銷、定位套定位時，定位面與定位元件間的間隙可使工件定心不準(zhǔn)產(chǎn)生定位誤差。其最大間隙為 （1） 其中定位孔最大直徑；定位銷最小直徑；孔與銷之間的最小間隙；孔的公差； 銷的公差；由于銷與銷孔孔之間有一定間隙，工件安裝時銷孔中心可能偏離銷中心，所偏離的最大范圍是一個以為直徑，以銷的中心為圓心的圓。若定位時始終讓工件靠緊銷的一側(cè)，即以銷的一條母線為基準(zhǔn)來定位，此時工件的定位誤差僅為。第三，夾具設(shè)計與制造中的誤差，如：定位元件表面與定位基準(zhǔn)面間的誤差、定位元件與對刀元件之間的誤差、定位元件與導(dǎo)向元件只見的誤差、夾具在機(jī)床上

48、安裝誤差、夾緊力使工件或夾具產(chǎn)生變形而產(chǎn)生的位置誤差、定位元件與定位元件間的位置誤差等。上述定位誤差的分析計算，一般是在成批大量生產(chǎn)中用調(diào)整法加工時，需要分析，對于具體夾具的定位誤差需要具體分析，要找出各個產(chǎn)生定位誤差的環(huán)節(jié)及大小，然后按照極值法或概率法求出總的定位誤差。如果采用試切法加工，一般就不作定位誤差的分析計算了。5.2 工件的夾緊裝置的設(shè)計5.2.1 夾具裝置的組成夾具體一般由中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)兩部分組成。（1）中間遞力機(jī)構(gòu): 中間遞力機(jī)構(gòu)是一個傳力機(jī)構(gòu)，它介于夾緊元件和力源之間。其主要作用是把力源裝置的夾緊力傳遞給夾緊元件，然后由夾緊元件完成對工件的夾緊。一般遞力機(jī)構(gòu)可以在傳力

49、過程中，改變夾緊力的大小和方向。本夾具設(shè)計采用一壓桿形式和拉頭的組合遞力機(jī)構(gòu)。（2）夾緊機(jī)構(gòu): 夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。通過它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊動作。本夾具的設(shè)計根據(jù)零件的特點采用螺旋式夾緊裝置。5.2.2 夾緊力的確定夾緊力確定需要準(zhǔn)確的場合 ，一般通過實驗來確定。但是，由于切削力本身是估算的，支撐件與工件之間的摩擦因數(shù)也是近似值，因此夾緊力也只能粗略估算。在計算夾緊力時，先將工件和夾具看作為一個剛性系統(tǒng)，以切削力的方向、大小和作用點處于對夾緊最不利的狀況作為工件的受力狀況，然后，根據(jù)夾緊力、切削力（工件重力和運動速度較大時，其重力和速度也應(yīng)考慮在內(nèi)），以及夾緊機(jī)構(gòu)的

50、具體尺寸，列出工件的靜力方程式，求出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)，作為實際所需夾緊力。本方案中，夾緊機(jī)構(gòu)采用螺旋式夾緊機(jī)構(gòu)。活塞加工時夾緊工件的強(qiáng)度也不是很大，為了節(jié)約成本，夾緊裝置的動力裝置采用手動夾緊。此時夾緊力的方向也符合“夾緊力的方向應(yīng)用有利于工件的準(zhǔn)確定位，不會破壞定位”的原則。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是夾緊機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較廣泛的一種，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)可以看作一斜契繞在圓柱體上而形成。圖5.1所示為矩形螺紋螺桿受力圖。其原始動力為，力臂為，作用力作用在螺桿上，力矩為。工件對螺桿的反作用力有垂直方向的反作用力W（等于加緊力）和摩擦力。此摩擦力作用于螺桿端面上的一環(huán)面內(nèi)，可看作是集中作用于當(dāng)量半徑為的圓周上

51、，所以此摩擦力矩為。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中螺母為固定件，螺母對螺桿的作用力為垂直于螺旋面的作用力R及摩擦力，可看作為合力為。該合力可分解成螺桿的軸向分力和沿螺桿的周向分力，其中軸向分力與工件的反作用力平衡。周向力可看作為作用在螺紋中徑上，軸向力對螺桿產(chǎn)生的力矩為。圖5.1 螺桿受力示意圖根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊查得螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力的計算公式為： （2） 其中: 夾緊力 （N）； 原始作用力 （N）； 作用力臂 （mm）； 螺紋中徑 （mm）； 螺紋升角（rad）； 螺紋處磨擦角（rad）； 工件與螺紋端部的摩擦角（rad）； 螺紋與工件的當(dāng)量摩擦半徑（mm）。本設(shè)計選用三角形螺紋，取螺紋公稱直徑為d

52、= 10mm，中徑為d 2= 9.132，作用力臂L = 212mm，原始作用力Q = 20N。其余尺寸由機(jī)械加工工藝手冊表63-5、63-6、63-7、63-8查得，并代入工公式計算可得:W = 1780N。實際生產(chǎn)狀況下所需要的夾緊力的計算是一個非常復(fù)雜的問題，故一般只作粗略估算。為簡化計算，在夾緊裝置計算設(shè)計時，可只考慮切削力對夾緊過程的影響，并且假定工藝系統(tǒng)是剛性系統(tǒng)，切削過程穩(wěn)定不變。鏜削加工的切削力在設(shè)計手冊上沒有明確的計算公式，本工序為精鏜銷孔加工，根據(jù)切削加工余量并參照相關(guān)加工經(jīng)驗，鏜削力可估算為F =520（N）。工件以平面定位，切削力與夾緊力垂直，則 (3) 其中： 實際所需夾緊力（牛頓）； 切削力（牛頓）； 夾緊元件與工件之間的摩擦因數(shù)；夾緊支撐面與工件之間的摩擦因數(shù)； 安全系數(shù)。安全系數(shù)一般可取23。一般可根據(jù)下式計算 (4)其中： 一般安全系數(shù)，與工件本身性質(zhì)及加工余量不均勻等引起的切削力變化有關(guān)，一般為 1.52； 加工性質(zhì)系數(shù)，粗加工1.2，精加工1； 刀具鈍化系