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• 本文标题：活塞式空压机部件加工工艺研发-活塞加工及夹具设计-1.doc
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• 内容摘要：活塞式空压机部件加工工艺研发 活塞加工及夹具设计 学院， 专业， 姓名， 指导老师， 工业自动化学院 机械工程 李文鸿 学号， 职称， 160406102773 尹沾松 副教授 中国珠海 2020年5月  诚信承诺书 本人郑重承诺，本人承诺呈交的毕业设计活塞式空压机部件加工工艺研发活塞加工及夹具设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 本人签名，李文鸿 日期，2020年4月23日 活塞式空压机部件加工工艺研发活塞加工及夹具设计 摘要 通过对活塞式空压机发展状况国内外夹具的现状和零件综合分析，设计了一条活塞的加工工艺路线和一套生产方案，其中主要包含，选取毛坯材料确定毛坯制造方法选取粗精基准拟定合理工艺线路确定机械加工余量确定各个工序加工余量计算工序时间等。根据工序镗销孔设计了一套镗销孔专用夹具以确保加工精度。其中包含选取定位元件夹紧装置标准件和夹具体的设计。最后，通过分析定位误差和计算夹紧力来验证夹具的合理性。 关键词，活塞，工艺路线，工序，定位，夹具设计  Pistonaircompressorpartsprocessingtechnologydevelopment pistonprocessingandfixturedesign Abstract Byanalyzingthedevelopmentbackgroundofthepistonthedevelopmentstatusofthefixturesathomeandabroadandthestructureofthepartsaprocessingrouteandasetofproductionplaforthepistonaredesignedwhichmainlyinclude:selectingtheblankmaterialdeterminingtheblankmanufacturingmethodselectingtheroughandfinebenchmarkDrawupreasonableprocesslinesdeterminethemachiningallowancedeterminethemachiningallowanceforeachprocedurecalculatetheproceduretimeetc。Asetofspecialfixturesforboringpinholesisdesignedaccordingtotheprocessofboringpinholestoeuremachiningaccuracy。Itincludesthespecificdesignofselectedpositioningcomponentsclampingdevicesstandardpartsandclamps。Finallytherationalityofthefixtureisverifiedbyanalyzingpositioningerroandcalculatingclampingforce。 Keywords:Pistonprocessrouteprocesspositioningfixturedesign 目录 1。1研究背景和意义 就现代加工工艺上讲，不管是中小型还是大批量生产的零件，都具备夹具。夹具能保证标准零件的大量生产，也能为企业保证生产速度，节约生产时间。对于我国的中小企业，机械加工必须更新换代，避免被市场淘汰。我国各个机械加工企业，普遍都拥有近万套加工专用夹具，但仍需要对专用夹具进行更新和质量保证来确保加工能够持续高效进行。 a在多个方面保证了产品的生产质量，并且对新产品的生产效率和便捷性有了一定提高，同时不仅仅对生产周期需要缩减，还较大程度的代替了人力，对生产的人工等成本大幅度减少。 b对同一批的加工零件可以互相适应，还能满足升级或形状类似的零件加工 c满足精密化的现代生产需求，新的需求方向要求更新夹具设计或设计新的加工专用夹具，来确保加工的精度和加工工艺 d面对现代自动加工的机床，设计新型的专用夹具不仅能确保快速精密进行加工，还能适应不同的加工机床， e现代制造业的零件趋向标准化精密化，与之相配套的加工夹具亦应该也趋向标准化。 1。2国内外发展研究现状 随着工业时代的发展赋予了全球范围内传统的机械制造技术新的生命。然而对整个行业提出了更高的生产要求，对整个机械制造行业的都产生了举足轻重的影响，其主要原因就是夹具能确保生产精度和效率。对每个零件进行夹具设计不仅需分析生产工艺考虑加工精度，也得参考下国内外的研究现状。 自上个世纪60年代我国建立了机械夹具厂以来到今天，在高精尖的一些组合夹具中不仅仅停留在满足自需，还出口世界各国满足他需。尽管我国如今在高端机床加工中心领域相对强国较为薄弱，而我国却在很多昂贵的高精尖夹具配套上能够自我满足，节省巨大外汇。 看向全球尤其是美国德国和俄国这些在组合夹具领域发展顶尖的国家，凭借着自己在夹具领域中的高新技术和设备，对通用性较强的组合夹具市场进行垄断，特别是对组合夹具的大型基础件售价极其高昂。对比于我国的夹具市场，我国在组合夹具技术并不落后多少，夹具售价较低拥有性价比优势，在经济日益全球化的今天我国的夹具市场拥有者良好的出口前景。 2。活塞的工艺分析 2。1活塞的作用 活塞是活塞式空气压缩机的重要组成零件之一，活塞连杆曲轴构成一个机构，曲轴转动传递给连杆带动活塞运动，从而改变活塞与气缸共同形成压缩容积形成了运动条件。另外也可以说，活塞的品质直接影响到空压机的性能。 2。2活塞零件分析 活塞一般是圆柱形状，由于是空压机的活塞，但是也有用于设备的不同，导致活塞也有不同的结构形式，但是活塞的大致结构可以分为三部分，头部，销部，裙部如图所示。 图2。1活塞零件图 2。3活塞的重要结构及加工要求 2。3。1活塞关键尺寸 此活塞是一个圆筒型零件，裙部壁薄。其顶部拥有二个气环和一个油环，活塞重要结构尺寸为活塞的外径D取值为90mm。活塞高度H=(0。65，1。5)D，系数取值为0。8 =0。8×90 =72mm 环槽顶部距离活塞顶部距离C=(1。2，3)h，系数取值为2。4 =2。4×2。5 =6mm 气环岸C1=(0。8，1。5)h =1。2×2。5 =3mm 油环底面到活塞底部距离L=0。7H =0。7×72 =50。4mm取值51mm 2。3。2明确活塞加工要求 尺寸为90mm的外圆表面，公差等级规定不高于IT7，表面粗糙度要求为Ra1。6um，圆柱度为0。005，活塞外圆为基准AA。 尺寸为82mm的三个活塞环槽，其中上边两个是气环环槽，公差等级规定不高于IT8槽璧表面粗糙度Ra3。2um，槽高2。5mm，槽深4mm，气环岸为3mm，最下边的油环环槽公差等级和槽璧表面粗糙度与气环环槽一致，槽高4mm，槽深4mm，与气环相距3mm。 尺寸为25mm的活塞销孔，公差等级规定不高于IT6，销孔内部的粗糙度为Ra0。8um，形位公差的圆柱度为0。005，垂直度0。02。活塞销孔轴线固定的距离为38±0。05mm。 销孔内部有两个相距78。0mm宽1。5mm的卡簧槽，距外圆表面4。5mm。 活塞裙部有82mm的内圆，公差等级规定不高于IT7，其表面粗糙度为Ra1。6，内圆同轴度均为0。02。 活塞的上端面和底面公差等级规定不高于IT7，表面粗糙度要求为Ra1。6um，圆柱度为0。005。 2。4确定活塞生产纲领 活塞的生产纲领就是活塞的年生产总量。根据企业的生产数量要求一年所需8000台空压机，一台活塞式空压机需要两个活塞配合，因此确定为16000个活塞。计算生产纲领的公式如下， ，，→年生产总数， Q→年生产总量， n→一台产品含此零件的数目， a，→备品率， b，→废品率。 根据前文有，备用率废品率，。 代入公式2。1中，有 根据活塞体积小和质量较轻的特点，又根据N=16960件年，查找相关生产纲领可知此毛坯生产类型为大批量生产。 2。5毛坯的设计 2。5。1选取毛坯材料 选取毛坯材料需考虑零件的设计要求， 1根据活塞的工作条件选取工艺性能良好的材料具有以下要求，耐热性和耐磨性良好，导热性能良好，热膨胀系数较小， 2活塞形状与活塞壁厚要合理规划。以便活塞散热，在保证强度刚度能达到要求同时应该选取重量较轻的材料来改善应力集中的问题。 3活塞是构成压缩容积的重要部分，需确保密封性良好避免发生泄气现象。 定位活塞制造常用材料可知铝硅合金作为目前应用较为广泛的材料。另外铝硅合金基本满足以上毛坯材料设计要求，因此选用导热性能良好和热膨胀系数较低的铝硅合金代号是ZL101。 2。5。2确定制造方法 根据生产纲领可知此毛坯的生产类型为大批量生产，从毛坯的生产要求考虑应该选用能够提高生产率和毛坯精度的制造方法。 从制造毛坯所需材料和制造毛坯的工作量上斟酌，结合活塞所需的加工精度等级，初步考虑金属铸造精锻或熔模铸造的制造方式。分析零件结构可知活塞内腔结构复杂程度一般，再根据活塞的重量以及大小判定此零件为小型零件。铝合金适合采用铸造的方式来获得毛坯。毛坯的生产要求在满足精度等级条件下不进行切削加工亦或是减少加工，根据金属型浇铸结构紧密承压能力大高生产率以及适合大批量生产，因而选用金属型浇铸来制造毛坯。采用金属型浇铸能够获得强度较高和质量较好的毛坯，符合本设计的毛坯生产理念。 所生产的毛坯精度等级一般在6，， 2。5。3毛坯的设计 活塞的原材料定位铝合金，生产方式为批量生产，毛坯制作方式是金属模铸造，根据活塞结构基本特征，确定毛胚图，根据零件资料及加工工艺，确定活塞毛坯尺寸为Ф95mm×78mm，如图所示。 图2。2毛坯 2。6定位基准的选择 在整个加工工艺过程中，定位基准的选择可以说是至关重要。每一道工序的加工都有其相对应的定位基准，定位基准的选取直接影响到零件的加工。如果定位基准的选取相较合理与准确就可以保证零件的加工精度，否则，不但会影响零件的精度要求甚至会导致产品大量报废造成成本的大量损耗。定位基准应有足够的支撑面积，表面粗糙度值小，精度高。 重要表面原则不加工表面原则余量最小原则使用一次原则平整光洁原则 2。6。2精基准的选择 跟粗基准选择不同的是，精基准的选择在较大程度考虑加工零件的精度要求同时也需考虑零件的装夹是否便捷可靠，保证精基准的选取遵循以下原则，基准重合原则基准统一原则自为基准原则互为基准原则 活塞作为一种筒形零件，在外力的作用下 根据活塞毛坯的精度较高，因此在钻销孔时销座外端作为角向定位基准。采用销孔自定位，定位元件布置，夹具复杂。 镗销孔以为定位基准，的精加工也是以顶面为定位基准的，这样也减少了由于基准不重合而产生的定位误差。 在精车这道工序中，。 采用端面作为基准面有下列优点， 1 2。采用端面作基准轴向夹紧零件，保护活塞不产生变形。 2。7工艺路线的拟定 设计工艺路线需多个方面考虑零件特性，首先工艺路线应该尽可能把工序设计综合应综合考量零件的形状尺寸和位置要求是否能够得到保证。在确定毛坯生产纲领为大批量生产的情况下，应该选取能够使工序集中的车床并配合专用夹具来生产。此外，拟定的工艺路线在保证加工精度有所保障的情况下还应结合生产经济成本。 工艺路线一 工序1，铸造 工序2，时效处理 工序3，粗车外圆 工序4，粗车上端面 工序5，粗车下端面 工序6，粗车底部内圆 工序7，钻销孔 工序8，精车外圆 工序9，精车上端面 工序10，精车下端面 工序11，精车底部内圆 工序12，粗车活塞环槽 工序13，半精车活塞环槽 工序14，钻Ф3油孔 工序15，粗镗销孔 工序16，精镗销孔 工序17，镗卡簧槽 工序18，去毛刺锐边 工序19，清洗吹净活塞 工艺路线二 工序1，， 工序3， 工序4，，:粗车下端面 工序7:外圆定位粗车环槽 工序8:下端面粗车底部内圆 工序9:端面定位精车外圆 工序10，自为基准精车上端面 工序11，粗镗销孔 工序12，，，， 工序16， 工序17， 工序18，去毛刺锐边 工序19，清洗吹净活塞 两个工艺路线仅仅是销孔加工方法和顺序不太相同，其他工序基本一致。仔细对比工艺路线一和二，发现路线一比路线二所需工时数和台时数较少，并且生产率和加工精度较高，综合考虑线路一的加工精度与表面粗糙度更符合生产要求。因此，工艺路线一优于工艺路线二。 2。8加工余量确定 确定加工余量是加工工艺重要的环节之一，合理确定加工余量影响后续的加工能否顺利进行，余量 外圆表面加工余量的确定外圆直径90mm表面粗糙度为1。6。查机械加工工艺设计实用手册表810得外圆表面粗车加工余量取2。2mm，表813得精加工余量取0。3mm，外圆表面总加工余量为2。5mm。 确定销孔加工余量销孔直径为25mm且内部粗糙度为0。8。查表817得钻孔加工余量取11。5mm，粗镗销孔加工余量为1。8mm，表824得精镗加工余量为0。2mm，销孔总加工余量为25mm。 确定上端面加工余量顶面直径为90mm且表面粗糙度为1。6。查表829得粗车端面加工余量为2。4mm，半精车上端面加工余量为0。6mm端面总加工余量为3mm。 确定底面加工余量底面直径为90mm且表面粗糙度为3。2。查表829得粗车上端面加工余量为2mm，半精车上端面加工余量为1mm上端面总加工余量为3mm。 环槽加工余量的确定环槽直径为82且表面粗糙度为3。2。查表837得环槽粗车加工余量为3。4mm，半精车环槽加工余量为0。6mm，环槽总加工余量为4mm。 确定底部内圆加工余量底部内圆需要从78mm车到82mm表面粗糙度为1。6。查表810得内圆表面粗车加工余量取1。7mm，表813得精加工余量取0。3mm内圆总加工余量为2mm。 表2。1加工余量加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸 外圆 粗车 h11~12 Ф90。6 精车 h7 Ф90 销孔 钻 11。5 ， 粗镗 1。8 H9~H10 Ф24。8 精镗 0。2 H7 Ф25 上端面 粗车 2。2 ， ， 精车 0。 H8 ， 粗车 ， ， 精车 0。 H9 ， 钻 3 H12~H13 3 环槽 粗车 6。8 ， 半精车 1。2 h8 Ф82 底部内圆 粗车 1。7 h11~h12 Φ78。6 精车 0。3 h7 Φ78 2。9确定切削用量以及工时定额 粗车外圆， 外圆表面粗糙度为加工精度要求相对较高，粗车加工余量取2。2mm。 ，1，机床和刀具选择，机床选取CA6140卧式专用车床，刀具焊接式外圆车刀。 车床的中心高，选择刀杆尺寸，刀片厚度h=3mm。 ，2，查表1。9选取车刀后刀面最大磨损量为1mm，车刀寿命T=60min。 切削用量的选取， a，确定切削深度ap ，式2。2， b)确定进给量f，查表1。4据刀杆尺寸，mm，工件直径d=60~100mm时，，查表1。31取 c，确定切削速度Vc和主轴转速no使用YT15硬质合金车刀代入ap，f 查表1。10表1kKv=1。0kTv=1。0knv=0。8krv=0。92ktv=0。65 则Vc=，式2。3， 转速，式2。4， 查表1。31取转速 那么实际切削速度，式2。5， 所以切削用量为 ，4，基本工时的计算 ，工时，式2。6， 粗车上端面， 上端面表面粗糙度为粗车加工余量取2。2mm。 ，1，机床和刀具选择，机床选取CA6140卧式专用车床刀具端面车刀。 车床中心高，选择刀杆尺寸，刀片厚度h=3mm。 ，2，查表1。9选取车刀后刀面最大磨损量为1mm，车刀寿命T=60min。 ，3，切削用量的选取， a，确定切削深度ap b)确定进给量f，查表1。4据刀杆尺寸，mm，工件直径d=60~100mm时，，查表1。31取 c，确定切削速度Vc和主轴转速no使用YT15硬质合金车刀代入ap，f 查表1。10表1 则Vc= 转速 查表1。31取转速 那么实际切削速度 所以切削用量为 ，4，基本工时的计算 ，工时 粗车下端面，与上端面粗车一致 精车外圆， ，1，刀具与机床选择，与粗车相同。 a)确定切削深度ap b)确定进给量f，刀杆尺寸，mm，工件直径为60...
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