序    言 

机械制造工艺设计是大学教育的{zh1}一个环节，且在整个大学习过程中占非常重要的地位，通过毕业设计，可以使自己对过去所学课程进行一次深入的综合性总复习，是一次理论联系实际的训练，因此占有重要地位。

通过设计前夕的毕业实习和有关资料查阅以及指导老师的帮助，对毕业设计的各项要求我都做了充分准备，特别是对现代制造技术有了一些了解，并且对设计题目有关的环节都加深了了解，从中看到了我们的发展，同时也认识了不足；目前，同发达国家的先进机械制造工艺水平相比，我们还有一定的差距；因此，我们更应从国外先进技术和经验中吸取长处、积极探索，尽{zd0}的努力不断的缩小差距，甚至迎头赶上，这是我的一点儿微不足道的感想和希望。

就我个人而言，希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，在设计中培养自己分析问题、解决问题的能力，力争独立思考、勇于创

新，为今后的工作打下一个良好的基础。

    由于我能力有限，设计上有许多不足之处，希望各位老师给予指教。

1. 绪论

1.1 课题背景

汽车工业在国民经济中占有重要的地位和作用。汽车是一种机动性很强的陆上交通工具，它广泛应用于交通、工业、建筑、农林、商业、军工和社会团体等国民经济各部门，并可供私人使用，承担人员和货物的转移，以及完成其它各种特殊作业。由于汽车运输具有很多独特的优势，他在国民经济中的重要性日益增强。随着公路网的不断发展和完善，特别是高速公路的出现，汽车运输将成为一种最重要的运输方式，而且越来越收到较高的经济效益。

1.2 汽车发展的概况

1.2.1 世界汽车工业的发展过程

    1886年，德国工程师高特里勃?戴姆勒制成了装有汽油机的、被认为是世界上{dy}辆使用的四轮汽车。从那时算起，世界汽车工业的历史至今已超过100年了。自汽车问世到汽车工业的历史至今已超过100年了。自汽车问世到汽车工业成为世界主导的制造业，经历了三次重大的变革。即：美国开创了大量生产汽车的新时代；欧洲汽车产品多样化促进了汽车生产的发展；日本从管理入手使汽车生产再创辉煌。这三次变革形成了日本、美国、欧洲三足鼎立的局面。

1.2.2 我国汽车工业的发展概况

汽车工业是一个综合性的产业,随着汽车使用的普及,特别是现代汽车制造业的兴起,带动着汽车制造行业向生产多边化、性能多样化、动力多元化的方向大力发展,一汽1953年始建于长春,我国有了自己的汽车工业,通过三次创业的一汽集团在产品结构上更趋成熟。 

我国{dy}家汽车制造厂于1953年在长春开始建设，自此，中国有了自己的汽车工业。汽车工业从无到有，从小到大，现在已经成为国民经济中的重要产业部门。总括起来，我国汽车工业的发展历程大体上可以分为三个阶段：1953～1977年，我国汽车工业的起步时期，建成长春一汽和十堰二汽；1978～1991年，我国汽车工业的发展时期，产品的结构有了重大调整，产业的组织结构向合理化发展，汽车工业的整体水平有所提高，进入国际市场，出口创汇额连年增长；1992年以后，我国汽车工业的转折时期，以轿车需求的增长为契机，掀起汽车工业大发展的高潮。

1.3 毕业设计主题

   汽车发动机厂是一汽的专业生产厂，本次毕业实习我们就是以CA6102发动机生产线为研究对象,对其连杆、活塞和曲轴的加工工艺及其夹具进行学习设计,我的设计内容是发动机活塞的加工工艺和夹具设计。

2.零件的分析

2.1 零件的作用

    题目所给定的是解放牌汽车活塞,活塞是曲柄连杆机构(由活塞、活塞销、连杆及曲轴组成)中的重要零件之一，是发动机的心脏，它主要有三个作用。{dy}是使发动机作功；第二是密封，它能使发动机内活塞顶以上的空间保持密封，使发动机能连续工作；第三是传热，它能将发动机点燃爆发时的高温传给气缸，再由气缸壁外侧水套内的循环水将热量带走。

2.2 零件的结构组成分析

    活塞是在高温高压高腐蚀条件下进行连续变负荷运动，必须有相应的结构来满足这一特定工作条件。它主要是由头部（环槽、环岸、隔热槽）裙部和顶部三部分组成。

     1.顶部：CA6102汽车活塞采用平顶式活塞，这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。

  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。CA6102用三个气环，在气环槽中放置密封环，用以密封活塞顶部上边的燃烧室，防止漏气，并将活塞上部热量传给气缸壁。下边有一个刮油环，内放刮油环，使气缸壁的润滑油分布均匀，并把飞溅到气缸壁上的多余润滑油刮掉，使其经回油槽流回曲轴箱。

     3.活塞裙：活塞做直线往复运动时，靠裙部起导向作用。由于上部热膨胀大于下部，CA6102发动机采用变椭圆活塞，即裙部椭圆由上而下递减。活塞裙部内有一止口，是专为加工定位设置的辅助精基准面，在活塞工作中无作用。

     4.销座：其作用为把作用于活塞上的力可靠地传给活塞销孔。在销座上有一油孔，用作润滑活塞与活塞销孔，减少它们的磨损。销座外端设锁环槽，用以安装锁环，限制活塞销的轴向串动，以免刮伤气缸壁。为避免活塞工作过程中发生“拍击”，设计将CA6102活塞销轴线向受载一面偏出1 。为了避免活塞裙部和曲轴平衡块相碰，有时需要在裙部下端面上与活塞销平行方向减少部分金属（铸件成型），这样还可减少活塞重量是裙部有较大弹性。

2.3 零件的工艺分析

    从零件图上可以看出CA6102汽车发动机活塞有两组主要加工加工表面，并且加工表面之间有一定的位置要求，现将两组加工表面表述如下：

    1. 以活塞销孔为中心的加工表面。

    这一组加工表面主要包括：两个 28 的销孔及倒角，尺寸为 30.5 的两个锁环槽，两个 5 的油孔，以及位于销座上端的销座凹坑。

2．以活塞中心线为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：裙部﹑环岸﹑环槽﹑顶面及倒角。环岸中{dy}环岸尺寸为 100.8 ，第二环岸尺寸为 100.88  ，第四环岸尺寸为 100.3 ，{dy}﹑二﹑三环岸环槽尺寸为 91.2 ,宽度为2.5  ,第四环槽为 90.2 ,宽度为4.76 ,裙部尺寸为 101.6  。顶面加工按图纸要求。

    这两组加工表面之间有一定的位置要求。环岸对活塞轴心的径向跳动{zd0}允差为0.1 ,环槽底对活塞裙部轴心的{zd0}允差为0.15 ,环槽侧面对活塞裙部轴心线垂直度不超过25∶0.07,跳动不超过0.25 。活

塞销孔圆柱度为0.00125 ,两销孔同轴度误差在{zd0}实体状态时为零，销孔轴心线对裙部轴心线垂直度为100∶0.035。

3.工艺规程设计                 

3.1 确定毛坯的制造形式

零件材料采用硅铝合金，有导热性好﹑重量轻﹑易加工等优点。为了克服铸造缺陷，获得优秀毛坯，采用压铸法制造，在机加工以前先切去浇冒口，然后进行热处理。

3.2定位基准的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则会使加工工艺过程中的问题百出，甚至使零件大批报废，生产无法进行。                             

1.    精基准选择

由于是大批量生产，所以对工序5（见{zh1}工序确定一章）来说采用止口定位比较合适，它有下列优点：

﹝1﹚基准统一，用止口定位可以做到活塞各主要表面及次要表面加工都可用统一基准定位，有利于保证各表面之间的位置精度。

﹝2﹚减少变形，采用止口定位可沿活塞轴向夹紧，减小变形。虽然这样不符合“基准重合”原则，但由于活塞销孔沿活塞轴线方向位置尺寸的设计基准为顶面，所以精镗销孔时以顶面为轴向定位基准。

 2．粗基准选择

由于毛坯精度较高， 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.

3.3 制订工艺路线

从所以上考虑的各种安排、方案分析，我们可以据此原则制订合理的工艺路线。制订生产路线的出发点，应使零件的几何形状﹑尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。活塞加工工序应满足先粗后精﹑先基准后其它的原则。在主要表面加工之前，先加工精基准面。

    销座凹坑﹑减应力孔是没有位置精度要求的次要表面，安排在加工止口前加工。将锁环槽车削安排在精镗之后，可以避免因断续切削而产生的振动和刀具耐用度的下降，从而达到提高加工精度和经济效益的目的。将中检安排在精加工之前，以避免半成品不合格而继续加工造成的损失。为提高生产效率，将活塞外圆表面及顶面加工在六轴自动车床上一次装夹下完成，但在精加工阶段应用专用活塞椭圆车床加工裙部椭圆。加工销孔时，采用了“先粗后精”的原则及同一个主要表面的粗和半精﹑精﹑光整加工工序用其它工序隔开的方法，避免粗﹑半精加工时，加紧力﹑切削热等因素使工件变形，破坏已加工表面的加工质量。由于铝活塞毛坯的精度高，粗钻销孔安排在加工止口之前，利用外圆柱表面定位进行加工。

    活塞销孔的加工关键是精加工，此阶段分为半精加工、精加工和光整加工，此外，一些辅助面如销孔倒角、卡环槽等加工。将锁环槽工序安排在精镗加工之后是为了避免因断续切削而产生的震动和刀具耐用度的下降，从而达到提高加工精度和经济效益的目的，根据毛坯情况，可将中间检验安排在精加工之前，以避免半成品不合格而继续加工造成损失。

在生产纲领以确定的情况下，可以考虑采用{wn}机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，此外，还应从经济上考虑降低成本。

3.4 加工工序的{zh1}确定

根据2.3节加工路线分析所述，{zh1}的加工工序确定如下：

工序 1.钻活塞销孔 25.5   

      以外圆表面和内顶及内表面为粗基准，选用Z148组合机床,刀具为高速钢麻花钻。

工序 2.铣两侧销座凹坑　

      以外圆表面内表面为定位基准，选用80618专用铣床，成型铣刀。　

工序 3.车止口  

      以外圆、顶面定位，活塞专用机床，硬质合金刀

      具。      

工序 4.铣回油槽　

      止口定位，ZF014活塞专用机床，高速钢圆盘铣

      刀具。  

工序 5.粗精车外圆﹑顶面﹑环槽﹑环岸并倒角。

  止口定位，六轴自动车床，成型车刀。

工序 6.中间检验　

工序 7.扩活塞销孔 26.8      

      自定心夹紧，销座角向定位基面,Z149组合机  床，高速钢扩孔钻。

工序 8.钻销座油孔 5   

      选用4023台钻，高速钢钻头。

工序 9.粗镗、半精镗活塞销孔 27.52   

      选用金刚镗床加工，硬质合金刀具。

工序10.精车裙部椭圆 101.6   

      活塞套车机加工，高速钢车刀。

工序11.去毛刺  

工序12.精镗活塞销孔  

  以销孔为角向定位， 选用金刚镗床加工,高速钢车刀。

工序13.中间检验 

工序14.切卡环槽 30.5  

      C2-115车床,高速钢车刀。

工序15.销孔座内侧倒角   

      80226专用车床，成型车刀。

工序16.滚挤活塞销孔   

      ZA125 立式钻床，脉冲滚压器。 

工序17.去毛刺  

工序18.清洗吹净活塞   DTX40-J-G通过式清洗机。

工序19.终检活塞  

工序20.装配前裙部分组尺寸复检  

       ------以上工艺过程、工序简图及数据资料详见本毕业设计（论文）说明书所附《机械加工工艺卡片》。

3.5  机械加工余量﹑工序尺寸

     及毛坯尺寸的确定

活塞零件材料为硅铝合金，牌号ZL110,硬度HB80，毛坯重量约为1.3千克，生产类型为成批生产。采用压力铸造，Ⅱ级精度组。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量﹑工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1. 外圆表面及顶面  通过查“机械制造工艺手册” (以下简称“手册” ) 通过查阅（“手册”表 1-43和表1-39）确定外圆顶面等加工余量、工序尺寸。

已知：毛坯外圆 103.6±0.4 ，顶面至至口外端毛坯尺寸 106.5±1.5

    (1)粗车前后部外圆 102.96 ，  2Z=0.7

粗车顶面 102.27 ，  Z=2.23

粗车环槽{dy}、二、三环槽 91.8   2Z=11.16

第四环槽 90.8    2Z=12.16  

(2)精车顶平面 101.565     Z=0.605  

关于活塞加工工艺及夹具设计

  摘  要                 

活塞被喻为发动机的“心脏”。本文从活塞的分析入手，详细对其工艺规程设计、夹具设计进行了全面的研究。

在加工工艺过程中详细分析了零件的毛坯类型和具体结构,工艺路线制订，各工序定位基准，装夹方式，加工余量及切削工时的计算。在夹具设计中，对典型工序的夹具进行了设计与分析。对切削力、夹紧力及定位误差分析等也作了说明，还对夹具体、夹具结构原理及夹具操作了简单介绍。

夹具设计是重要的一个环节，其设计正确与否和加工工艺是否合理，都直接影响夹具的使用性能和寿命，同时也关系到劳动生产率和劳动强度等问题。在参考了汽车活塞加工生产线和机床夹具的基础上，我进行了认真分析和研究，选定“扩活塞销孔”这道工序的夹具进行设计。

目    录

摘要 ……………………………………………………………………… Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………… Ⅱ

序言 …………………………………………………………………………1

1.     绪论 …………………………………………………………………..2

1.1    课题背景 …………………………………………………………2

1.2    汽车发展概况 …………………………………………………..2

1.3    毕业设计主题 …………………………………………………..3

2.     零件的分析 ……………………………………………………………4

2.1 零件的作用 ……………………………………………………..4

2.2 零件的结构分析 ………………………………………………..4

2.3 零件的工艺分析 ………………………………………………..5

3.     工艺规程设计 …………………………………………………………7

3.1 确定毛坯的制造形式 …………………………………………..7

3.2 基面的选择 ……………………………………………………..7

3.3 制订工艺路线及分析 ……………………………………………7

3.4 加工工序的{zh1}确定 …………………………………………..9

3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ……………….10

3.6 确定切削用量及基本工时 …………………………………….13

4.  夹具的设计 ………………………………………………………….24

4.1 设计问题的提出 ……………………………………………….24

4.2 夹具定位基准选择 …………………………………………….24

4.3 切削力及夹紧力计算 ………………………………………….24

    4.4 定位误差分析 ………………………………………………….29

4.5 夹具结构、原理及操作的简要说明 ………………………….29

参考文献

1．吉林大学，于俊 主编。典型零件制造工艺。机械工业出版社，1989年

2．东北重型机械学院、洛阳工学院、{dy}汽车制造厂职工大学 编。机床设计手册。上海科学技术出版社，1990年2月

3．王启平主编，王振龙 狄士春 副主编。机械制造工艺学。哈尔滨工业大学出版社，1999年9月

4．哈尔滨工业大学，王绍俊 主编。机械制造工艺手册。机械工业出版社，

   1987年10月

5．大连理工大学，戴曙 主编。金属切削机床。机械工业出版社，1999年

6．哈尔滨工业大学，赵家齐 主编。机械制造工艺学课程设计指导书。机械工业出版社，1986年11月

7．姜继海 李志杰 尹九思 主编。汽车厂实习教程（一汽）。哈尔滨工业大学出版社，1998年12月

8．大连理工大学，王小华 主编。机床夹具图册。机械工业出版社，1992年

9．南京机械研究所 主编。机床夹具图册（下）（专用夹具）。机械工业出版社，1984年12月北京{dy}版

10．王昆 何小柏 汪信远 主编。机械设计基础课程设计。高等教育出版社，

   1995年12月{dy}版

11．[孟少农] 主编。机械加工工艺手册（{dy}卷）。机械工业出版社。

目  录 

{dy}章  活塞的技术要求---------------------------------------------------------------------------------------2

第二章  活塞的加工-----------------------------------------------------------------------------------------------5

§2-1生产类型的确定--------------------------------------------------------------------------------------------------5

§2-2  毛坯的分析------------------------------------------------------------------------------------------------------5

§2-3  制定工艺路线---------------------------------------------------------------------------------------------------7

§2-4  确定加工余量--------------------------------------------------------------------------------------------------16      

§2-5  确定各工序的工艺装备   ----------------------------------------------------------------------------------20

§2-6  确定切削用量--------------------------------------------------------------------------------------------------25

§2-7  工序时间的确定-----------------------------------------------------------------------------------------------28结