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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
活塞的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
（北華航天工業(yè)學(xué)院 ）
第一章 緒論
1.1 本課題的研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢
活塞是發(fā)動機(jī)中的重要零件之一。它在工作時承受發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)高溫氣體的壓力，并通過活塞銷、連桿將壓力傳給曲軸。因此活塞是在高溫、高壓和連續(xù)變負(fù)載下工作的。
發(fā)動機(jī)活塞的材料為鋁合金，它的導(dǎo)熱性好、重量輕、慣性力小，并具有較好的切削加工性。鋁活塞的毛坯采用金屬模澆鑄。毛坯的精度較高，活塞銷孔也能鑄出，因此機(jī)械加工余量可以相應(yīng)地減少。毛坯在機(jī)械加工前要切去澆冒口，并進(jìn)行時效處理，以消除鑄造時因冷卻不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
1.2 本課題的基本內(nèi)容，預(yù)計可能遇到的困難，解決問題的方法和措施
本課題基本內(nèi)容是某活塞機(jī)械加工工藝及其夾具設(shè)計，要研究的主要內(nèi)容有：
1）設(shè)計開始的過程中，我們應(yīng)該認(rèn)真分析零件圖，了解要加工零件的結(jié)構(gòu)特點和相關(guān)的技術(shù)要求，對活塞的每一個細(xì)節(jié)，都應(yīng)仔細(xì)的分析，如活塞加工表面的平行度、同軸度、粗糙度等，特別是要注意各部分自身精度（同軸度、圓度、粗糙度）和它們的相互位置精度（軸線之間的平行度、垂直度以及軸線與平面之間的平行度、垂直度等要求），該加工零件的各孔的尺寸是整個設(shè)計加工的關(guān)鍵，必須弄懂其每個尺寸的意義。我們采用Solideworks軟件繪制零件圖，一方面增加對零件的了解認(rèn)識，另一方面增加我們對Solideworks軟件的熟悉。
2）活塞的加工工藝過程是整個設(shè)計的重點內(nèi)容，在設(shè)計過程中，我們必須嚴(yán)格地選擇毛坯、制訂工藝規(guī)程、確定加工余量、計算工藝尺寸、計算工時定額以及定位誤差的分析，為了與實際加工相吻合，我們還必須對加工設(shè)備、切削用量、加工裝備等進(jìn)行選擇和設(shè)計，這個階段內(nèi)容較多，涉及的范圍也比較廣，為了設(shè)計的參數(shù)合理，我們必須廣泛查閱相關(guān)的書籍，達(dá)到設(shè)計的合理性和實用性。
3）為了工件定位準(zhǔn)確和夾緊的快速，提高效率和降低工人的勞動強(qiáng)度，提高零件加工精度和安裝找正方便，我們要采用專用的夾具。在夾具設(shè)計過程中，我們統(tǒng)一采用以端面和中心孔為主要定位面來進(jìn)行加工。因為我們未學(xué)習(xí)過夾具的設(shè)計和計算。所以工作量大大地增加了，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。
夾具的設(shè)計必須要保證夾具的定位準(zhǔn)確和機(jī)構(gòu)合理，考慮夾具的定位誤差和安裝誤差。我們將通過對工件與夾具的認(rèn)真分析，結(jié)合一些夾具的具體設(shè)計事例，查閱相關(guān)的夾具設(shè)計資料，聯(lián)系在工廠看到的一些活塞加工的夾具來解決這些問題。
1.3 本課題采用的研究手段和可行性分析
根據(jù)活塞零件的特點，活塞加工不宜采用工序集中的原則，一般采用工序分散的原則來安排加工順序，因為活塞加工一般為大批生產(chǎn)，加工要求較高，且剛性較差，所以加工應(yīng)劃分階段，盡可能將粗、精加工分開進(jìn)行。逐步提高定位基準(zhǔn)的精度和加工表面的精度。
在加工發(fā)動機(jī)活塞零件的工藝過程中，我們必須保證其各部分的加工精度和與連接部件的裝配精度，其主要技術(shù)要求如下：
1）裙部外圓要求與汽缸精密配合，尺寸公差為6級精度等級，表面粗糙度
Ra0.63um。
2）為了使活塞銷工作時能在空中自由轉(zhuǎn)動，活塞銷孔尺寸公差為6級以上精度、表面粗糙度Ra0.16um、圓度公差0.0015mm、孔的圓柱度公差0.003 mm。
3）為了使活塞銷和銷孔受力均勻，減少不均勻摩擦，活塞銷孔對裙部軸線必須垂直，在100 mm長度上公差為0.035mm，對稱度為0.2 mm。
4）銷孔軸線到頂面距離為56，上下偏差為+0.08 mm，-0.08 mm。
5）為使活塞環(huán)能隨氣缸套孔徑大小而自由地漲縮，環(huán)槽的寬度尺寸、表面粗糙度及對裙部外圓軸線的位置也有較高的要求。 [1]
第二章 活塞結(jié)構(gòu)特點
2.1 活塞的工作環(huán)境及承受的作用力
活塞在氣缸內(nèi)工作時，混合氣在燃燒室內(nèi)燃燒時產(chǎn)生的溫度超過890攝氏度；活塞高速運動時其加速度達(dá)到25000～70000m/s；四沖程發(fā)動機(jī)工作時活塞頂部中心溫度在330攝氏度左右，二沖程發(fā)動機(jī)則為400到450攝氏度。由此可見，活塞是在一個高溫的環(huán)境中工作。在發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)，活塞在一部分工作循環(huán)壓縮氣體，而在另一部分工作循環(huán)，汽缸內(nèi)的混合氣體燃燒膨脹，活塞承受高溫氣體壓力，并把壓力通過活塞銷、連桿傳給曲軸?？梢娀钊窃诟邷馗邏合伦鏖L時間變負(fù)荷的往復(fù)運動，活塞的結(jié)構(gòu)就要適應(yīng)這樣的工作條件。
2.2 活塞的結(jié)構(gòu)特點
活塞頂面用于承受高溫氣體的壓力,在活塞外圓表面上有三個環(huán)槽，離頂面最遠(yuǎn)的一個環(huán)槽是油環(huán)槽，槽內(nèi)裝有油環(huán)，將氣缸壁上多余的潤滑油刮去，第一環(huán)為氣環(huán)槽 ，用于安裝氣環(huán)，密封燃燒工質(zhì)，第二環(huán)為扭曲環(huán)。活塞環(huán)上部分稱為頭部，其余部分稱為活塞裙部。
活塞采用ZL101鋁銅合金材料鍛造，它由頂部、頭部、裙部三部分組成。頭部呈圓錐體，裙部呈橢圓，頂部為ω形；頭部有三道環(huán)槽，上面兩道安裝氣環(huán)，下面一道安裝油環(huán)；油環(huán)底部分布著兩排回油孔，油槽下面還有一排油孔；活塞頭部從上至下呈圓錐體，裙部呈橢圓，內(nèi)腔復(fù)雜，壁厚較均勻。
為了減少向裙部傳導(dǎo)的熱量，在活塞（主要是高速內(nèi)燃機(jī)用活塞）上銑有橫槽，以減少向下傳熱的面積。在活塞上還銑有縱向槽（稍斜）以增加活塞裙部的彈性（橫向槽也有類似作用）。為了活塞的氣密性和耐磨性，增加其壽命，在氣環(huán)槽下鑲嵌一高鎳鑄鐵環(huán)。使鑄鐵的熱膨脹系數(shù)更接近ZL101，以便滿足零件要求。
活塞銷孔內(nèi)裝活塞銷與連桿小頭孔相連接。為了使活塞銷的磨損均勻，在工作溫度下，應(yīng)使活塞銷在活塞孔及連桿小頭襯套孔中能自由轉(zhuǎn)動，即所謂“浮動式”活塞銷。為了避免活塞銷在工作過程中軸向竄動，在鎖環(huán)槽中裝有鎖環(huán)。[4]
3 活塞的工藝規(guī)程的制訂
3.1 制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程的原始資料及活塞的工藝分析
3.1.1 產(chǎn)品的零件圖(見圖紙)
3.1.2 產(chǎn)品驗收的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
活塞的技術(shù)要求已由國家科委制定了國家標(biāo)準(zhǔn)，對各部分的尺寸公關(guān)、形狀和位置公差以及表面粗糙度均有詳細(xì)的規(guī)定，現(xiàn)采用JB3931—85標(biāo)準(zhǔn)說明如下：
(1) 活塞裙部外圓要求與氣缸很精密的配合，因此裙部外圓尺寸公差一般為IT6，對于高速內(nèi)燃機(jī)要達(dá)IT5。為了減少機(jī)械加工的困難，將活塞裙部和氣缸套孔徑的制造公差放大三倍，裝配時將活塞按裙部尺寸分為三組，氣缸套按孔徑尺寸分成三組，對相應(yīng)的組的進(jìn)行裝配，以保證達(dá)到要求的間隙。裙部的橢圓度和錐度公差在分組尺寸公差范圍內(nèi)。裙部外圓粗糙度Ra≤0.63μm。[5]
(2) 對于浮動式活塞銷孔，為了使活塞在工作過程中能在孔中自由轉(zhuǎn)動，銷孔尺寸公差I(lǐng)T6級以上。為了減少機(jī)械加工工作量，活塞銷孔和活塞銷的裝配也采用分組裝配法，當(dāng)銷孔內(nèi)圓表面粗糙度Ra≤0.16。
(3) 活塞銷孔的位置公差要求如下：
a. 銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比，影響發(fā)動機(jī)的效率，對于此活塞這一距離為56±0.08mm。
b. 銷孔軸心線對裙部軸心線的垂直度過影響活塞銷、銷孔及連桿的受力情況。垂直度誤差過大將使活塞銷、銷孔及連桿單側(cè)受力，活塞在氣缸中傾斜，加劇磨損，垂直度在100mm長度上為0.030mm。
c. 銷孔軸心線在裙部軸心線的對稱度誤差也會引起不均勻磨損，對稱度公差為0.030mm。
(4) 為了使活塞 環(huán)能隨氣缸孔徑大小的變化而自由地脹縮，對活塞環(huán)槽作下列規(guī)定：
a. 活塞環(huán)平面母線對裙部軸線的垂直度，且在長度上為0.06mm。
b. 活塞環(huán)槽平面對裙部軸線圓跳動為0.04mm。
c．環(huán)槽寬度尺寸公差為0.015～0.035mm
d.活塞環(huán)槽上下面平面粗糙度Ra≤0.63μm。
(5) 為了保證發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，同一發(fā)動機(jī)各活塞的重量不應(yīng)相差很大，重量差不得大于名義重量的2.2％?；钊粗亓糠纸M裝配。[6]
Error! No bookmark name given.3.1.3 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型
生產(chǎn)綱領(lǐng)是企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的包括備品和廢品在內(nèi)的年產(chǎn)量?？砂聪率接嬎?
( 1 )
式中：——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件／年）；
——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺／年）；
——每臺產(chǎn)品中，該零件的數(shù)量（件／臺）；
——備品率；
——廢品率；
根據(jù)零件易磨損和損壞的程度，備品率定為2.8 %-4.7 %，現(xiàn)取4%，此活塞屬于機(jī)械零件，一般廢品率取1 %。
故 ＝ 6 × 1 ×（1 + 4 %+ 1 %）
＝6.3 ?。ㄈf件）
生產(chǎn)類型是企業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類，一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)三種類型。其中成批生產(chǎn)又可以分為大批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和小批生產(chǎn)。
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》中查得：本產(chǎn)品屬于輕型機(jī)械，且生產(chǎn)綱領(lǐng)為6.3萬臺，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5萬臺，所以此活塞的生產(chǎn)屬于大量生產(chǎn)。結(jié)合活塞加工JB3931--85標(biāo)準(zhǔn)其工藝過程的主要特點為:
(1) 工件具有互換性,裝配采用分組選擇裝配法。
(2) 鑄件廣泛采用金屬模機(jī)器造型高生產(chǎn)率毛坯制造方法，毛坯精度高，加工余量小。
(3) 廣泛采用高生產(chǎn)率的專用機(jī)床及自動機(jī)床，按流水線形式排列。
(4) 廣泛采用高生產(chǎn)率刀具、夾具和量具。
(5) 對操作工人的技術(shù)要求較低，對調(diào)整工人的技術(shù)要求較高。
(6) 必須制定詳細(xì)的工藝規(guī)程。[7]
3.2 活塞的材料及毛坯制造
鑄造鋁合金按化學(xué)成分可分為：鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金。
3.2.1 材料選擇
采用高碳合金工具鋼整體淬火的活塞，在工作中和釬桿接觸的平面不變形，不易產(chǎn)生裂紋，而采用低碳合金鋼滲碳淬火的活塞，在工作中和釬桿接觸的平面易產(chǎn)生變形（平面凹陷）和裂紋，如果裂紋擴(kuò)大，就會產(chǎn)生斷裂使活塞報廢。
在高速柴油機(jī)中，為了減少往復(fù)直線運動部分的慣性作用,都采用了銅硅鋁合金作為活塞材料。在低速、重負(fù)荷、低級燃料的發(fā)動機(jī)中，有時用鑄鐵作為活塞材料。在汽車工業(yè)中很少用鑄鐵活塞。
銅硅鋁合金比鑄鐵具有下列優(yōu)點:
(1) 導(dǎo)熱性好,使活塞頂面的溫度降低較快，可以提高發(fā)動機(jī)的壓縮比，又不至于引起混合氣體的自燃，因而可以提高發(fā)動機(jī)的功率；
(2) 重量輕,慣性力??；
(3) 可切削性好。但它也有一些缺點:
a. 材料的價格比較貴；
b. 熱膨脹系數(shù)大,約為鑄鐵的兩倍；
c. 機(jī)械強(qiáng)度及耐磨性較差。
但總的來說,鋁合金的優(yōu)點超過缺點，所以在高速內(nèi)燃機(jī)中都用它。而且耐磨性方面可以通過鑲嵌一高鎳鑄鐵環(huán)來提高其氣密性和耐磨性，增加其壽命。
3.2.2 毛坯的選擇
選擇毛坯應(yīng)考慮的因素：
(1）零件力學(xué)性能的要求 相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其力學(xué)性能有所不同。鑄鐵件的強(qiáng)度，離心澆注、壓力澆注的鑄件，金屬型澆注的鑄件，砂型澆注的鑄件依次遞減。
(2）零件的結(jié)構(gòu)形狀和外輪廓尺寸 形狀較簡單、壁厚均勻的毛坯可采用金屬型鑄造。
(3）生產(chǎn)綱領(lǐng)和批量 生產(chǎn)綱領(lǐng)大時宜采用高精度與高生產(chǎn)率的毛坯制造方法。(4）現(xiàn)場生產(chǎn)條件和發(fā)展 應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和論證。
從生產(chǎn)批量來看，此零件屬于大批量生產(chǎn)，宜采用精度和生產(chǎn)率高的毛坯制造方法，以減少材料消耗和機(jī)械加工工作量?？煽紤]用金屬鑄造、熔模鑄造、模鍛、精鍛等方法獲得毛坯；從零件的結(jié)構(gòu)來看，由于此零件屬于外形較復(fù)雜的小型零件，而且它的壁厚不算薄。故可以考慮采用壓鑄、金屬鑄造、熔模鑄造等精密鑄造方法。同時可以減少切削加工或不進(jìn)行切削加工；從毛坯的制造方法來看，鑄鋁和鑄銅等有色金屬材料適合用鑄造方法獲得毛坯；從鑄鋁件的力學(xué)性能來看，可采用金屬型鑄造的鑄件、金屬型澆注的鑄件、砂型澆注的鑄件，且強(qiáng)度依次遞減,毛坯質(zhì)量依次降低。
綜上所述，該活塞零件的材料選用ZL101，該材料的成分及性能見表1，毛坯采用金屬型鑄造。用金屬型鑄型，在重力下澆注成型。對鋁合金鑄件有細(xì)化組織的作用，生產(chǎn)率高，無粉塵，但是設(shè)備費用高，手工操作時，勞動條件差。鑄件表面的粗糙度Ra12.5～6.3μm，結(jié)晶細(xì)，加工余量小。適用于成批大量的生產(chǎn)。[8]
3.2.3 確定的機(jī)械加工余量
鑄鍛件的機(jī)械加工余量按JB3735-85確定，確定時，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)，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6～8級?？刹榈茫?
(1) 外圓的加工余量為4.0mm。
(2) 銷孔的加工余量為3.0mm。
3.2.4 毛坯的制造方法及工藝特點
金屬型澆注結(jié)構(gòu)緊密，能承受較大壓力，其生產(chǎn)率較高，適用于鐵碳合金、有色金屬及其合金的大批大量生產(chǎn)。金屬型鑄造允許毛坯的最大質(zhì)量為110kg，毛坯的最小壁厚為1.5mm，形狀復(fù)雜程度一般，精度等級CT要求為6～8級，毛坯的尺寸公差為0.09～0.47，表面粗糙度為Ra為12.5～6.3μm，加工余量等級為F。
3.3 基準(zhǔn)的選擇
3.3.1 定位基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)的選擇一般原則:
a. 選最大尺寸表面為安裝面，選最長距離的表面為導(dǎo)向面，選最小尺寸的表面為支承面。
b. 首先考慮保證空間位置精度，再考慮保證尺寸精度。
c. 應(yīng)盡量選擇零件的主要表面為定位基準(zhǔn)。
3.3.2 粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇
(1) 粗基準(zhǔn)的選擇除了應(yīng)考慮以上的一般原則外，還必須考慮以下幾個原則：
a. 盡量選擇不加工表面作為粗基準(zhǔn)，如果在工件上有很多不需加工的表面，則應(yīng)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)。
b. 選擇加工余量均勻的表面作為粗基準(zhǔn)。
c. 選擇加工余量較小的表面作為粗基準(zhǔn)。
d. 選作粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。
e. 粗基準(zhǔn)一般只能使用一次，特別是主要的定位基準(zhǔn)，以避免產(chǎn)生較大的位置誤差。
(2) 根據(jù)上述的選擇粗基準(zhǔn)的基本原則，綜合以上各個原則并考慮活塞的實際情況選擇加工粗基準(zhǔn)如下：
a. 以活塞毛坯內(nèi)腔為粗基準(zhǔn)加工外圓和端面,再以外圓為基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)止口。因為粗車后的外圓面是加工余量小、較準(zhǔn)確的、光潔的、面積較大的平面，而且它也是一個重要的表面，它的余量比較均勻。
b. 直接以活塞毛坯外圓和端面為粗基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)止口,由于活塞的毛坯加工是采用金屬型鑄造，其鑄造精度較高，加工余量小且余量均勻，以其作為粗基準(zhǔn)同樣可以滿足加工要求。
（3）精基準(zhǔn)的選擇：
和粗基準(zhǔn)一樣，精基準(zhǔn)的選擇除了要考慮一般原則外，還有它自身應(yīng)當(dāng)注意的問題：
a. 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。
b. 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。
c. 當(dāng)精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時，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。
d. 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。
e. 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)。
那么根據(jù)以上的各個原則，結(jié)合實際情況對精基準(zhǔn)的選擇如下：
活塞是一個薄壁零件,在外力作用下很容易產(chǎn)生變形?；钊饕砻娴某叽缇群托挝痪鹊囊蠖己芨?因此希望以一個統(tǒng)一基面定位來加工這些要求高的表面。目前生產(chǎn)活塞的工廠大多采用止口和端面做為統(tǒng)一基準(zhǔn)。止口是專門為加工活塞而設(shè)置的輔助基準(zhǔn)面，在結(jié)構(gòu)上和功能上沒有任何作用。在精加工時,除精車外圓等少數(shù)工序用止口處的錐面和頂面上的中心孔定位,其余工序都采用止口和端面定位。
3.4 擬定工藝路線
機(jī)械加工工藝路線的最終確定，一般要通過一定范圍的論證，即通過對幾條工藝路線的分析與比較，從中選出一條適合本廠條件的、確保加工質(zhì)量、高效和低成本的最佳工藝路線。下面將從以上幾個方面來確定活塞的機(jī)械加工工藝路線。
3.4.1 加工方法的確定
零件表面加工方法的選擇應(yīng)考慮的問題:
（1）零件表面的加工方法，主要取決于加工表面的技術(shù)要求。這些技術(shù)要求還包括由于基準(zhǔn)不重合而提高了對作為精基準(zhǔn)表面的技術(shù)要求。根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，首先選擇能保證該要求的最終加工方法，然后確定各工序、工步的加工方法。
（2）選擇加工方法應(yīng)考慮每種加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度范圍；材料的性質(zhì)及可加工性；工件的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大??；生產(chǎn)綱領(lǐng)及批量；工廠現(xiàn)有設(shè)備條件等。
(3) 加工經(jīng)濟(jì)精度分析。各種加工方法所能達(dá)到的加工經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度都是在一定的范圍內(nèi)的。任何一種加工方法只要精心操作、細(xì)心調(diào)整、選擇合適的切削用量，其加工經(jīng)濟(jì)精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度值就可以減少。但是加工經(jīng)濟(jì)精度提高得愈高，表面粗糙度值減少得愈小，則所消耗的時間與成本也會愈大。
生產(chǎn)上加工經(jīng)濟(jì)精度的高低是用其可以控制的加工誤差的大小來表示的。加工誤差小，則加工精度高；加工誤差大，則加工精度低。一般來說，加工誤差和加工成本之間成反比例關(guān)系。
可以看出：對一種加工方法來說，加工誤差小到一定程度，加工成本提高很多，加工誤差卻降低得很少；加工誤差大到一定程度以后，即使加工誤差增大很，加工成本降低得很少。 因此所謂加工經(jīng)濟(jì)精度是指在正常加工條件下所能保證的加工精度和表面粗糙度。
（4）材料的性質(zhì)及可加工性。本零件的材料采用ZL101，它的化學(xué)成分是:Si6.5～7.5％,Cu＜0.1%,Mg0.25~0.45%,Zn＜0.1%,其余為Al。這種材料的工藝性能如下：
a. 切削性能：ZL101的硬度為100HB，為易切削材料。
b. 熱處理性能：鋁活塞毛坯在機(jī)械加工前要切去澆冒口，并進(jìn)行時效處理，消除鑄造時因冷卻不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。時效處理是將活塞加熱至210～240℃，保溫7～9h后，自然冷卻，活塞經(jīng)過時效處理后能增加強(qiáng)度和硬度。
(5) 生產(chǎn)率的要求。本活塞零件的生產(chǎn)類型屬于大批大量生產(chǎn)。因而對生產(chǎn)率要求就相對的比較高。
綜合以上幾點，再考慮工廠的工藝能力和現(xiàn)有設(shè)備的加工經(jīng)濟(jì)精度，查《機(jī)械加工工藝手冊》對擬訂本零件的加工方法如表4。
3.4.2 加工工序的安排
按照加工順序的選擇原則：
(1）先加工基準(zhǔn)面，再加工其它表面。
(2）一般情況下，先加工平面，后加工孔。
續(xù)表4
加工階段
加工要求
粗加工階段
主要是去除各加工表面的余量，并作出精基準(zhǔn)，因此這一階段關(guān)鍵問題是提高生產(chǎn)率
半精加工階段
在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，為精加工作好準(zhǔn)備
精加工階段
在精加工階段，應(yīng)確保尺寸、形狀和位置精度達(dá)到圖紙規(guī)定的精度要求以及表面粗糙度要求
續(xù)表5
加工階段
加工要求
精密、超精密加工、光整加工階段
這是對那些要求很高的零件安排的，是為了達(dá)到零件最終的精度要求
(3）先加工主要表面，后加工次要表面。[11]
(4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
根據(jù)活塞零件加工的實際情況，本設(shè)計擬定了加工路線來進(jìn)行比較分析：
a. 工藝過程
15：粗車端面
20：粗車小端外圓
25：粗鏜內(nèi)孔
30：粗車大端外圓
35：半精車小端外圓
40：粗切外圓環(huán)槽、頂面
45：精車小端外圓
50：鉆四孔
60: 鉆斜油孔
65：鉆六孔
70: 鉆斜油孔上端直孔
80：銑環(huán)槽
85：銑小端五槽
90:大端锪孔
100：精車止口
115：精車外圓、環(huán)槽并倒角
120：精中心孔
125：鉆大端小孔
127：銑氣門內(nèi)槽
圖形見所附機(jī)械加工工藝過程卡片。
b. 熱處理工序的安排：
時效處理：為了消除殘余應(yīng)力，對于尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，需在粗加工之前、后各安排一次時效處理；對于一般鑄件在鑄造后或粗加工后安排一次實效處理；對于精度高、鋼度低的零件，在粗車、粗磨、半精磨后需要各安排一次實效處理。
鋁合金熱處理安排在機(jī)加工前，鋁活塞毛坯在機(jī)械加工前要切去冒口，并進(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。時效處理是將活塞加熱至180～200攝氏度，保溫6～8h后，自然冷卻?；钊?jīng)過時效處理后還能增加強(qiáng)度和硬度。
c. 其它輔助工序的安排：
檢查、檢驗工序、去毛刺、平衡、清洗工序等也是工藝規(guī)程的重要組成部分。檢查、檢驗工序是保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的關(guān)鍵工序之一，每個操作過程中和操作結(jié)束以后都必須自檢。在工藝規(guī)程中，下列情況下應(yīng)安排檢查工序：零件加工完畢之后；從一個車間到另一個車間的前后；工時較長或重要的關(guān)鍵工序前后。
故根據(jù)以上原則，在零件加工完畢后安排一次終驗工序。
在工藝過程的適當(dāng)之處安排去毛刺處理。
在工藝過程的最后一般安排清洗工序。
表面鍍錫：在活塞表面鍍錫可以改善活塞初期磨合性，因為錫的質(zhì)地軟，親油性好，可以提高冷啟動時活塞的抗拉缸性能。
d. 集中與分散：
同一個工件，同樣的加工內(nèi)容，可以安排兩種不同形式的工藝規(guī)程：一種是工序集中，另一種是工序分散。前者是使每個工序中包括盡可能多的工步內(nèi)容，因而使總的工序數(shù)目減少，夾具的數(shù)目和工件的安裝次數(shù)也相應(yīng)的減少。后者是將工藝路線中的工步內(nèi)容分散在更多的工序中完成，因而每道工序的工步少，工藝路線長。它們各有所長。前者有利于保證各加工面間的相互位置精度要求，有利于采用高生產(chǎn)效率的機(jī)車，節(jié)省安裝工件的時間，減少工件的搬動次數(shù)。而后者可使每個工序使用的設(shè)備和夾具比較簡單，調(diào)整、對刀也比較簡單，對操作工人的技術(shù)水平要求比較低。
考慮到此活塞零件的結(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，本設(shè)計采用工序相對集中的原則，也就是每個工序所包含的內(nèi)容相對較多，所使用的工藝設(shè)備與裝備少，同時選擇合理的切削用量，減少了工件的搬運、裝夾等輔助時間，它的設(shè)備數(shù)量少，加工過程中大量使用組合夾具、刀具和機(jī)床，生產(chǎn)效率高，廠房占地面積小，總投資少，但該加工方式對工人的技術(shù)水平要求相對較高，不利于產(chǎn)品快速更新?lián)Q代，總體考慮還是適合此活塞零件的生產(chǎn)加工的。[12]
3.5 活塞加工余量的確定
完成某工序所需切除的材料層的厚度稱為工序余量，從毛坯到成品的整個工藝過程中所切除的材料層的厚度稱為總余量。加工總余量的大小取決于加工過程中各個工序所切除的金屬厚度的總和。每一工序所切除的金屬層厚度稱為工序余量。
3.5.1 加工余量的確定方法
對于本設(shè)計加工余量的確定主要查表修正法。因為考慮到對于影響加工余量的個個誤差因素并不是很清楚，而且也沒有一定的測量手段和掌握必要的統(tǒng)計分析資料，所以采用分析計算法也不適合。而經(jīng)驗法確定的加工余量又往往偏大，所以采用查表修正法是最適合的。
3.5.2 加工余量的確定
本設(shè)計主要以《簡明機(jī)械加工工藝手冊》為依據(jù)來確定加工余量。應(yīng)用時再結(jié)合加工實際情況進(jìn)行修正。
由于加工工序相對集中，故對各加工部位的加工余量確定如下：
（1）外圓的加工:
外圓加工為粗～精車,根據(jù)其尺寸選精車加工余量為0.3mm,粗車加工余量為3.7mm。
金剛石車裙部橢圓時長短軸之差為。
（2）端面的加工:
端面的加工:端面的加工采用一次性加工。機(jī)械加工余量則選為1.0mm。
（3）止口的加工:
止口采用粗～精車加工，精車加工余量為0.3mm，粗車加工余量為1.2mm。
（4）銷孔的加工:
銷孔的最終加工為滾壓，故根據(jù)其尺寸選其加工余量為0.10mm，滾壓前的精鏜的加工余量可選為0.20mm，而粗鏜雙邊加工余量可選為2.7mm。
（5）直油孔和斜油孔的加工:
它們的加工方法都是鉆,加工余量直接由它的孔徑來決定。
（6）環(huán)槽的加工:
對環(huán)槽的加工采用粗～精車加工，根據(jù)零件和毛坯的尺寸確定其總加工余量為12.79mm，粗車余量為12.69mm,精車余量為0.3mm。
（7）頂面的加工：
頂面加工路線為粗車—銑氣門內(nèi)、外槽，根據(jù)零件和毛坯的尺寸確定其總加工余量為14.17mm，粗車加工余量為3.17mm,粗銑加工余量均為11.0mm。
（8）銷孔卡環(huán)槽的加工：
銷孔卡環(huán)槽在精鏜銷孔后一次性車削完成，加工余量為4.8mm。
以上對于加工余量的確定只是初步確定,還有待進(jìn)一步的檢驗與修正。
3.6 工序尺寸與公差的確定
工序尺寸是某工序加工后應(yīng)達(dá)到的尺寸，允許工序尺寸的變動量就是工序公差。工序尺寸的計算要根據(jù)零件圖上的設(shè)計尺寸、已經(jīng)確定的工序余量、定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系來進(jìn)行，而工序公差則按各工序加工方法的經(jīng)濟(jì)精度選定。又分兩種情況：
a. 表面要進(jìn)行多次加工而工序基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合時，如外圓和內(nèi)孔的加工，其工序尺寸和工序公差的確定較簡單，可直接計算獲得。
b. 設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)或定位基準(zhǔn)不重合；測量基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合時；零件在加工中要多次轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)時；加工一個面要保證好幾個設(shè)計尺寸時，須用尺寸鏈原理進(jìn)行分析和計算。
（1）工序尺寸與公差的確定的步驟如下：
a. 確定各加工工序的加工余量。
b. 從終加工工序開始，即從設(shè)計尺開始，到第一道終加工工序，依次加上每次加工余量，可分別得到各工序基本尺寸。
c. 除終加工工序外，其它各加工工序按各自所采用加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度確定工序的尺寸公差。
d. 填寫工序尺寸并按“入體原則”標(biāo)注工序尺寸公差。
上面所說的“入體原則”是指對被包容尺寸（軸的外徑，實體長、寬、高），其最大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差為零。對包容尺寸（孔的直徑、槽的寬度），其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差為零。毛坯尺寸按雙向或不對稱偏差形式標(biāo)注。
e. 當(dāng)工藝基準(zhǔn)無法同設(shè)計基準(zhǔn)重合等情況下，確定了工序余量后，需通過工藝尺寸鏈進(jìn)行工序尺寸和公差換算。
（2）具體的計算如下：
a. 對外圓的加工：
粗車： 248＋0.25＝248.255mm
毛坯: 248.25＋3.75＝252mm
（2）公差的選擇：
由《簡明機(jī)械加工工藝手冊》有：
a. 外圓的加工：外圓的直徑處于120～180 mm的范圍
粗車： IT12～I(xiàn)T13 公差530μm
精車: IT7～I(xiàn)T8 公差40μm
金剛石車：IT5～I(xiàn)T6 公差20μm
b. 中心孔的加工：銷孔的孔徑處于50～80 mm的范圍
粗鏜： IT12～I(xiàn)T13 公差400μm
精鏜： IT7～I(xiàn)T8 公差46μm
滾壓： IT6 公差19μm
c. 油孔的加工：油孔的直徑范圍為＞3～6 mm
鉆孔： IT12～I(xiàn)T13 公差80μm
d. 槽的加工：槽的圓柱直徑范圍為＞120～180 mm
粗車： IT12～I(xiàn)T13 公差530μm
精車: IT7～I(xiàn)T8 公差80μm
其余公差見工藝過程卡,另外毛坯公差由《機(jī)械加工余量手冊》查得，就不再列出。
（4）各種加工方法所能達(dá)到的表面粗糙度：
查《機(jī)械加工工藝手冊》表5.2-6有：粗車：Ra＝5～20μm；精車：Ra＝0.8～1.6μm；金剛石車：Ra＝0.025～0.4μm；粗鏜： Ra＝5～20μm；精鏜： Ra＝0.8～1.6μm；滾壓：Ra＝0.8～1.6μm；圓柱銑刀粗銑： Ra＝2.5～20μm；鉆孔： Ra＝0.08～0.20μm。
（5）主要工序的匯總?cè)绫?所示。
表 7 工序余量和公差表
Tab 7 Process margin and tolerances table
工序名稱
工序余量
（mm）
工序公差
（mm）
工序基本尺寸與偏差
基本尺寸（mm）
上偏差（mm）
下偏差（mm）
精車外圓
0.25
IT7
130.2
0
-0.040
粗車外圓
3.75
IT12
130.45
0
-0.32
滾壓銷孔
0.1
IT6
52.12
+0.010
0
精鏜銷孔
0.2
IT7
52.02
+0.046
0
粗鏜銷孔
2.7
IT12
51.82
+0.20
0
注：其余一次性加工的加工余量沒有逐個列出（詳見后附工序卡）
3.7 機(jī)床與工藝裝備的確定
工藝裝備的確定包括：機(jī)床、夾具、刀具、量具等加工設(shè)備的選擇。
3.7.1 機(jī)床的選擇
本設(shè)計所使用的機(jī)床主要是C620車床。
3.7.2 夾具的選擇
本設(shè)計的夾具均為隨床夾具或使用組合夾具，并且自成系列。
3.7.3刀具的選擇
刀具選擇包括刀具的類型、構(gòu)造和材料的選擇。主要應(yīng)根據(jù)加工方法、工序應(yīng)達(dá)到的加工精度、粗糙度、工件的材料、生產(chǎn)率、和經(jīng)濟(jì)性等因素加以考慮，原則上盡量采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，必要時采用各種高生產(chǎn)率的復(fù)合刀具。
故此根據(jù)零件的實際情況，并依據(jù)《簡明機(jī)械加工工藝手冊》選擇如下所示：
1 YG8普通外圓車刀。2YG8普通車刀3.采用YG8專用鏜刀 4 .采用直柄麻花鉆（GB1436-85） 5.采用普通砂輪 6. YG8X普通外圓車刀、頂尖7. YG8X普通外圓車刀、專用組合刀具 8. YG8專用鏜刀9.專用切槽刀 10.金剛石車刀
11：Φ50圓柱銑刀（GB1115-85） 12.盤銑刀
車刀部分參數(shù)：
主偏角Kr：
系統(tǒng)剛性好（L/D﹤6），加工盤套之類的工件可取30度～45度。當(dāng)切深較小，走刀量大時可取10度～30度。
副偏角Kr′：精車5°～10°；粗車10°～15°；粗鏜15°～20°。
刃傾角λs：精車、精鏜0°～40°；粗車、粗鏜-5°～-10°。
3.7.4 量具的選擇
（1）量具選擇的原則
量具的選擇應(yīng)做到量具的精度應(yīng)與零件的加工精度相適應(yīng)。
量具的量程應(yīng)與被測零件的尺寸大小相適應(yīng)。量具的類型應(yīng)與被測表面的性質(zhì)、生產(chǎn)類型、生產(chǎn)方式相適應(yīng)。
同時按量具的極限尺寸選擇量儀時還與被測尺寸的公差值，測量精度系數(shù)，測量工具和測量方法的極限誤差有關(guān)。
故對于量具的選擇按上面所述確定如下：
按量具的極限尺寸選擇量儀，應(yīng)保證：
≥ ( 4 )
式中: T-被測尺寸的公差值（mm）；
K-測量精度系數(shù)；
-測量工具和測量方法的極限誤差。
根據(jù)上式并查《簡明機(jī)械加工工藝手冊》選游標(biāo)卡尺測量范圍: 0～300mm；用途：測內(nèi)外徑以及長度、高度；選深度游標(biāo)卡尺測量范圍: 0～200mm；用途:測各孔深度；選杠桿百分表測量范圍: 0～18mm；用途:測量油孔等的等高 。對機(jī)床、工夾具及刀具的選擇如附錄機(jī)械加工工藝卡片所示。
3.8 切削用量的確定
正確的選用切削用量，對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高切削效率和經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的作用。切削用量選擇主要依據(jù)工件材料，加工精度和表面粗糙度的要求，還應(yīng)考慮刀具合理的耐用度，工藝系統(tǒng)剛度急機(jī)床功率等條件。 其基本原則是：
（1）應(yīng)首先選擇一個盡可能大的切削深度；
（2）其次選擇一個較大的進(jìn)給量；
（3）最后在刀具和機(jī)床功率允許條件下選擇一個合理的切削速度。[13]
3.8.1 切削用量的選擇
切削用量的選擇方法有：計算法和查表法，本設(shè)計基本上采用查表法。考慮以上因素并查《簡明機(jī)械加工工藝手冊》確定如下：
(1) 活塞外圓的車削加工：
a. 已知條件：工件材料ZL101,金屬型鑄造，時效處理，＝202MPa。加工要求：外圓車削，表面粗糙度Ra＝0.4μm,使用機(jī)床：C620
b. 確定粗加工時的切削用量：
確定切削深度 計算可得單邊總余量 ＝4.0/2＝2.0mm,留0.15mm作為半精車余量，取粗車切削深度 ＝1.85mm。
確定進(jìn)給量 由《機(jī)械加工工藝手冊》可查得＝0.8~1.2mm/r，初步選定＝1.0 mm/r。
確定切削速度 由《機(jī)械加工工藝手冊》可查得＝1.667~4.667m/s，?。?.8m/s。
確定主軸轉(zhuǎn)速 由公式＝π/1000即π×132.3×/1000＝2.0，得＝4.81 r/s，根據(jù)機(jī)床說明書，取n＝5.0 r/s,此時切削速度為V＝πdn/1000＝π×132.3×5.0/1000＝3.1m/s 。
c．校核機(jī)床功率 由《機(jī)械加工工藝手冊》可查得切削力的公式及相關(guān)數(shù)據(jù)。主切削力：
( 5 )
代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得?。?953 (N)
切削功率：
＝×＝1953×2.08＝4062 (kw)＝4.06 (kw)
由機(jī)床說明書查得，機(jī)床電機(jī)功率PN=7.5(kw),取機(jī)床傳動效率η=0.8時：
＝4.06≤×0.8＝7.5×0.8＝6 (kw)
所以機(jī)床功率足夠，最后選定粗車的切削用量為＝0.625mm，＝1.0 mm/r，＝2.08 m/s。
同理可算得，精車時的切削用量為＝0.15mm，＝0.5 mm/r，＝1.66 m/s。車床轉(zhuǎn)速＝4.0r/s。
同理可算得其它表面加工的切削用量如表8所示。 [14]
3.9 工序時間的計算
所謂時間定額是指在一定條件下完成一道工序所需要消耗的時間。它是安排作業(yè)計劃、進(jìn)行成本核算、確定設(shè)備數(shù)量、人員編制以及規(guī)劃生產(chǎn)面積的重要依據(jù)。
時間定額訂的過緊，容易導(dǎo)致忽視產(chǎn)品質(zhì)量的傾向，或者會影響工人的主動性、創(chuàng)造性和積極性。時間定額訂的過松又起不到指導(dǎo)生產(chǎn)和促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展的積極作用。因此合理的制訂時間定額對保證產(chǎn) 品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本都是十分重要的。
（1）工時定額的基本組成
單件工時定額由下列公式組成：
( 6 )
式中：—基本時間，對機(jī)床加工工序來說，就是機(jī)動時間。它是直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、表面質(zhì)量等消耗的時間。
—鋪助時間，為保證基本時間的完成進(jìn)行的輔助動作所消耗的時間。如裝卸工件、操作機(jī)床、測量、改變切削用量等?？蓮挠嘘P(guān)表格中查取，也可按
估算；
—工作地點的服務(wù)時間，如調(diào)整和更換刀具、修砂輪、潤滑檫試機(jī)床，清除切屑等。一般可按（0.02～0.07）×（）計算；
—休息時間，可按0.02×（）計算；
—準(zhǔn)備終結(jié)時間，成批生產(chǎn)時間，每加工一批之前工人要熟悉工藝文件、領(lǐng)取毛坯、領(lǐng)取和安裝工藝裝備、調(diào)整機(jī)床等，加工終了時拆下和歸還工裝，送成品等。在大批量生產(chǎn)中，每個工作地點常期固定完成一道工序內(nèi)容，故單件定額中不計入；
基本時間和工序時間之和稱為工序時間，以表示。即：
( 7 )
（2） 現(xiàn)在根據(jù)技術(shù)時間定額的組成確定工序的時間定額
a、工序四
基本時間 ( 8 )
( 9 )
代入數(shù)據(jù)得
＝35.0 (s)
其中： —刀具的行程長度（mm）；
—主軸每轉(zhuǎn)刀具的進(jìn)給量（mm/r）；
—進(jìn)給次數(shù)；
—機(jī)床主軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）；
—加工長度（mm）；
—刀具的切入尺寸（mm）；
—刀具的切出尺寸（mm）；
—試切附加長度（mm）。
輔助時間：輔助時間按 估算,在這里取系數(shù)為0.18。
則工序時間為
帶入數(shù)據(jù)可得 ＝35.4 (s)
b、工序五中端面的加工
基本時間
帶入數(shù)據(jù)得 =5.0 (s)
其中： ——端面外徑 （mm）
——端面內(nèi)徑（mm）
輔助時間按 估算
在這里取系數(shù)為0.17則工序時間為
帶入數(shù)據(jù)可得 ＝5.8 (s)
把將所有工序切削用量和工時定額如表8。
單個活塞的加工時間定額：
( 10 )
其中工作地點的服務(wù)時間Tw系數(shù)取0.05，由于本設(shè)計為大批量生產(chǎn)，準(zhǔn)備終結(jié)時間Tk不考慮，則
＝（1＋0.02＋0.05）×9.083＝9.719 (h)
表 8 切削用量及工時定額表
Tab 8 Time quota and cutting tables
工序號
切削深度
ap（mm）
進(jìn)給量f
（mm/r）
切削速度v
（m/s）
車床轉(zhuǎn)速
（r/s）
基本時間Tj
（s）
工序時間Tg
（s）
0
05
10
15
1.85
1.0
2.08
5.0
30.0
34.9
20
25
2.7
1.2
1.85
11.0
7.6
8.9
30
35
40
43
續(xù)表8
工序號
切削深度
ap（mm）
進(jìn)給量f
（mm/r）
切削速度v
（m/s）
車床轉(zhuǎn)速
（r/s）
基本時間Tj
（s）
工序時間Tg
（s）
45
50
3.19
3.17
3.0
0.4
0.35
0.30
0.62
0.62
0.62
1.5
1.5
1.5
11.0
13.0
60
65
2.4
2.2
0.2
0.19
0.83
0.83
5.0
5.0
2.1
2.5
67
70
4.1
3.8
0.3
0.3
0.69
0.69
2.0
15.3
18.0
80
85
90
0.05
0.05
0.35
0.35
0.75
0.75
4.5
4.5
8.3
9.8
100
0.04
0.35
0.55
3.47
6.0
7.0
110
0.04
0.30
0.50
3.0
7.0
6.0
115
4.1
0.3
0.69
2．0
5.0
5.9
120
125
127
4 銑五槽夾具設(shè)計
4.1 活塞五槽加工夾具的定位及誤差分析
4.1.1 定位方式和定位元件
1.定位方式是運用一面兩銷的方式，定位元件分別是定位板，心軸，菱形銷。
4.1.2 定位誤差分析與計算
(1) 產(chǎn)生定位誤差的原因
a. 基準(zhǔn)不重合帶來的定位誤差
夾具定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，兩基準(zhǔn)之間的位置誤差會反映到被加工表面的位置上去，所產(chǎn)生的定位誤差稱之為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。
b. 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。單菱形銷與孔的定位情況，最大間隙為
( 12 )
式中 ——定位孔最大直徑；
——定位銷最小直徑；
△——銷與孔的最小間隙；
——銷的公差；
——孔的公差；
由于銷與孔之間有間隙，工件安裝時孔中心可能偏離銷中心，其偏離的最大范圍是以δ為直徑，以銷中心為圓心的圓。若定位時讓工件始終靠緊銷的一側(cè)，即定位以銷的一條母線為基準(zhǔn)，工件的定位誤差僅為。
菱形銷與活塞銷孔的配合為H7/g6，所以，=5.12+0.05＝5.17mm，5－0.014＝4.986mm，菱形銷與孔的最大間隙為＝5.17－4.986＝0.184mm。
c. 與夾具有關(guān)的因素產(chǎn)生的定位誤差
這類因素基本上屬于夾具設(shè)計與制造中的誤差，如：
1）定位基準(zhǔn)面與定位元件表面的開關(guān)誤差。
2）導(dǎo)向元件，對刀元件與定位元件間的位置誤差，及其形狀誤差導(dǎo)致產(chǎn)生的導(dǎo)向誤差和對刀誤差。
3）夾具在機(jī)床上安裝誤差，即對定誤差導(dǎo)致工件相對刀具主軸或運動方向產(chǎn)生的位置誤差。
4）夾緊力使工件或夾具產(chǎn)生變形，產(chǎn)生位置誤差。
5）定位元件與定位元件間的位置誤差，以及定位元件、對刀元件、導(dǎo)向元件、定向元件等元件的磨損。
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。
4.2 工件的夾緊裝置的設(shè)計
4.2.1 夾緊裝置的組成
典型的夾緊裝置，是由下列幾個部分組成。
(1) 夾緊元件與夾緊機(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)零件的特點設(shè)計螺旋夾緊裝置。樣式見總裝配圖。
4.2.2 夾緊力的確定
(1) 夾緊力的計算
夾緊力的大小需要準(zhǔn)確的場合 ，一般需要實驗來確定。通常，由于切削力本身是估算的，工件與支撐件間的摩擦因數(shù)也是近似的，因此夾緊力也是粗略估算。在計算夾緊力時，將夾具和工件看作一個剛性系統(tǒng)，以切削力的作用點、方向和大小處于最不利于夾緊的狀況為工件的受力狀況，根據(jù)切削力、夾緊力（大工件還應(yīng)考慮重力，運動速度較大時應(yīng)考慮慣性力），以及夾緊機(jī)構(gòu)的具體尺寸，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。[17]
本設(shè)計中，夾緊機(jī)構(gòu)選用最常用的壓板夾緊機(jī)構(gòu)。加工活塞時采用的夾緊工件的勞動強(qiáng)度也不是很大，為節(jié)約成本，動力裝置采用手動夾緊機(jī)構(gòu)。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。實際所需夾緊力的計算如下。
壓板夾緊機(jī)構(gòu)是夾緊機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的一種，
4.3 對定裝置
夾具體底面是夾具的主要基準(zhǔn)面，要求底面經(jīng)過比較精密的加工，夾具的各定位元件相對于此底面應(yīng)有較高的位置精度要求。為了保證夾具具有相對切屑運動的準(zhǔn)確的方向，夾具體底平面的對稱中心線上開有定向槽，安裝上兩個定向鍵，夾具靠這兩個定向鍵定位在工作臺面中心線上的T型槽內(nèi)，采用良好的配合，一般選用H7/h6，再用T型槽螺釘固定夾具。由此可見，為了保證工件相對切屑運動方向有準(zhǔn)確的方向，夾具上的第二定位基準(zhǔn)（導(dǎo)向）的定位元件必須與兩個定向鍵保持較高的位置精度。
4.4 標(biāo)準(zhǔn)件的選取
壓板連接夾具體壓緊螺栓的選取GB/T5783—2000，螺紋規(guī)格為直徑d＝M8，長L＝45mm,性能等級為8﹒8級，表面氧化，材料45＃鋼，全螺紋螺栓，標(biāo)記為： GB5783 M8×45。
連接夾具與機(jī)床定位鍵選取GB2206—80，寬度B＝20mm，熱處理：HRC40～45,偏差為h6的A型定位鍵，標(biāo)記為： 定位鍵 A20h6 GB2206—80。
與定位鍵配合使用的螺釘同樣選取GB/T65－2000，螺紋直徑分別為d＝M6，公稱長度L＝10mm,性能等級為4.8級，材料45＃鋼，不經(jīng)表面處理開槽圓柱頭螺釘，標(biāo)記為： GB/T65 M6×16。
與銷孔配合定位的菱形銷選取GB2204－80可換定位銷，材料20鋼，表面滲碳處理，深度0.8～1.2mm，HRC55～60。
連接菱形銷與襯套的鍵選取GB/1096－1979，圓頭普通平鍵（A型），寬度b＝10mm,h＝8mm，長度L＝80mm，材料45鋼，標(biāo)記為： 鍵 10×80 GB/T1096。[19]
4.5 夾具體的設(shè)計
4.5.1 夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)
在選擇夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)時，應(yīng)以結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。根據(jù)夾具的工作條件和受力情況，本夾具的毛坯采用鑄造結(jié)構(gòu)可滿足要求。
4.5.2 夾具體外形尺寸的確定
夾具制造屬單件生產(chǎn)性質(zhì)，為縮短設(shè)計和制造周期，減少設(shè)計和制造費用，所以夾具體設(shè)計，一般不作復(fù)雜的計算。通常都是參照類似的夾具結(jié)構(gòu)，按經(jīng)驗類比法估計確定。實際上在繪制夾具總圖時，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置以及其他輔助機(jī)構(gòu)和裝置在總體上的配置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》表1-9-2 夾具體結(jié)構(gòu)尺寸的經(jīng)驗數(shù)據(jù)及表1-9-3 夾具體座耳尺寸兩表可初步擬訂夾具體的尺寸。（見銑四槽夾具體零件圖）
4.5.3 夾具體的排屑結(jié)構(gòu)
為了便于排除切屑，不使其積聚在定位元件工作表面上而影響工件正確定位，一般在設(shè)計夾具體時，應(yīng)采取必要的措施。參閱《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》表1-9-4，采用切屑自動排除結(jié)構(gòu)。
5 鉆四孔夾具設(shè)計
5.1 工件的定位
1.由于加工的四孔沒有嚴(yán)格的位置要求，只限制四個自由度就行。所以采用中心孔定位。
5.2 定位誤差的分析與計算
本設(shè)計是采用孔定位，因而可能產(chǎn)生的誤差是元件的中心孔與定位軸之間的間隙引
起軸向的誤差和心軸與活塞內(nèi)壁配合產(chǎn)生的徑向誤差。以中心孔與定位軸的定位誤差為例：
根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計》第265頁可查最大間隙公式為
(17)
圖 6 夾具裝配圖
式中 —定位孔最大直徑；
—定位心軸最小直徑；
Δ —銷孔的最小間隙；
—銷的公差；
—孔的公差。
由于銷孔與之間有間隙，工件安裝時孔中心可能偏離銷孔中心，其偏離的最大范圍是以δ為直徑，以銷中心為圓心的圓。若定位時讓工件始終靠緊銷的一側(cè)，即定位以銷的一條母線為基準(zhǔn)，工件的定位誤差公為：。
本設(shè)計選用的活塞中心孔最大直徑為 = 127.12mm + 0.05mm =127.17mm，定位銷直徑選定為 = 127.1mm，其長度選定為 = 10mm。定位銷與銷孔間采用H7/g6，銷軸最小尺寸為＝127.1－0.014＝127.086，所以其定位誤差最大間隙由公式得：
＝0.084。
5.3 工件的夾緊
查《機(jī)械加工工藝手冊》表10·4—11有：鉆孔加工時軸向力計算公式為：
( 18 )
式中 — 鉆削加工軸向切削力；
— 鉆頭