基于UG的橢圓活塞仿形裝置設(shè)計

基于UG的變橢圓活塞仿形加工裝置設(shè)計DesignofVariable-ellipsePistonMachiningEquipmentBasedonUG摘要隨著我國交通行業(yè)的飛速開展,對發(fā)動機的需求越來越多，同時對發(fā)動機產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的要求也在不斷提高。薄壁零件活塞作為發(fā)動機的核心零件，其設(shè)計與加工都起著舉足輕重的作用?，F(xiàn)今廣泛采用的各種變橢圓形的活塞，為保證在高溫高壓的條件下活塞與汽缸體內(nèi)壁之間自上而下間隙均勻，把活塞制成裙部各截面上的橢圓度不斷變化，并且裙部母線也多為曲線的形狀。加工制造這種特殊形狀的工件，雖然在大型企業(yè)可以用先進的數(shù)控加工技術(shù)解決，但對于產(chǎn)品品種多變，批量小，設(shè)備較陳舊的中小企業(yè)那么是一個難題。為了解決這種狀況，我們研究了一種操作簡單、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟適用的工藝裝備及加工方法。對現(xiàn)有的車床進行改良設(shè)計，可以完全滿足加工精度要求，并取得了良好的效果。為了解決中小企業(yè)加工變橢圓活塞既要節(jié)省設(shè)備投資，又要保證加工精度的實際問題，介紹了一種在現(xiàn)有車床上使用專用工裝設(shè)備加工變橢圓的活塞的加工方法及工藝裝備的設(shè)計。通過實際使用證明，此工裝設(shè)計合理,能保證活塞加工精度及要求。本文針對加工變橢圓活塞的裝置及其設(shè)計原理進行闡述，其加工部件主要有立體靠模裝置和擺動刀架，對其進行參數(shù)設(shè)計，同時，利用CAD以及UG對立體靠模裝置和擺動刀架進行設(shè)計。最后本文對擺動刀架的UG畫法難點進行闡述。關(guān)鍵詞:車床；活塞；變橢圓

AbstractAlongwithourcountrytransportationprofession'sswiftdevelopment,engine'sdemandisgettingmoreandmore,andengineproduct'sperformanceandthequalityrequestisalsoenhancingunceasingly.Thethinwallcomponentspistontakesengine'scorecomponents.Itsdesignandtheprocessingareplayingthepivotalrole.Nowadayswidelyuseseachkindchangestheellipsethepiston,thegapisfromthetopdownwardevenfortheguaranteebetweenthehightemperaturehighpressure'sconditionlowerpistonandthecylinderblockendophragm,makesonskirtdepartmentvarioussectionsthepistontheellipticitytochangeunceasingly,andskirtdepartmentbusbaralsomanyforcurveshape.Theprocessingmakesthiskindofspecialshapetheworkpiece.ItalthoughmayusetheadvancednumericalcontrolprocesstechnologysolutionintheMajorindustry,butchangeableregardingtheproductvarietyadifficultproblemtothosesmallandmedium-sizedfactorieswhosebatcharesmallandtheequipmentobsolete.

Inordertosolvethepracticalproblemthatthesmallandmiddlescaleenterprisesneednotonlytocutdowntheinvestmentinequipment,butalsotoensuretheprocessingprecisionandrequirement,thisarticleintroducedamachiningmethodwithaspecial-purposeequipmenttoprocessvariable-ellipsepiston,andbriefedtheequipmentdesignmethod.Inordertosolvethepracticalproblemthatthesmallandmiddlescaleenterprisesneednotonlytocutdowntheinvestmentinequipment,butalsotoensuretheprocessingprecisionandrequirement,thisarticleintroducedamachiningmethodwithaspecial-purposeequipmenttoprocessvariable-ellipsepiston,andbriefedtheequipmentdesignmethod.Thisarticlechangesinviewoftheprocessingovalpiston'sinstallmentandtheprincipleofdesignmainlycarriesontheelaboration,itsprocessingparthasthethree-dimensionalduplicatorandtheclapper,carriesontheparameterdesigntoit,simultaneously,carriesonthedesignusingCADandUGtothethree-dimensionalduplicatorandtheclapper.Finallythisarticlecarriesontheelaborationtoclapper'sUGdrawingtechniquedifficulty.Keywords:Lathe;Piston;Variable-ellipse

目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題目的及意義 11.2變橢圓活塞仿形加工裝置的目前開展狀況 11.3活塞簡介 21.3.1活塞裙部變橢圓曲線及加工要求 41.4課題主要內(nèi)容 5第2章立體靠模裝置的設(shè)計 62.1立體靠模裝置簡介 62.2加工原理 82.3加工要點 92.4回轉(zhuǎn)靠模尺的設(shè)計制作 102.5立體靠模裝置的相關(guān)參數(shù)確定 112.5.1彈簧的計算 112.5.2齒輪的計算 142.5.3幾何尺寸計算 162.5.4齒輪的驗算 162.5.5立體靠模與靠模指最正確摩擦副匹配 162.5.6立體靠模與靠模指的潤滑裝置 172.5.7活塞加工中常見的質(zhì)量問題 18第3章擺動刀架的設(shè)計 193.1擺動刀架工作原理 193.2擺動刀架簡介 203.3擺動刀架局部零件功用 223.4彈簧的設(shè)計及計算 253.4.1刀具的參數(shù)確定 253.4.2彈簧的相關(guān)計算 27第4章三維建模 304.1UG介紹 304.2擺動刀架三維建模 314.2.1UG三維建模難點 314.2.2擺動刀架模型圖 34第5章結(jié)論 36參考文獻 37致謝 39第1章緒論1.1課題目的及意義活塞的功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞頂部還是燃燒室的組成局部。工作條件活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作?；钊苯优c高溫氣體接觸，瞬時溫度可達2500K以上，因此，受熱嚴重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時溫度很高，頂部高達600～700K，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，這就使得活塞產(chǎn)生沖擊，并承受側(cè)壓力的作用；活塞在氣缸內(nèi)以很高的速度(8～12m/s)往復運動，且速度在不斷地變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷?；钊谶@種惡劣的條件下工作，會產(chǎn)生變形并加速磨損，還會產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力，同時受到燃氣的化學腐蝕作用。發(fā)動機工作時，活塞在氣體力和側(cè)向力的作用下發(fā)生機械變形，而活塞受熱膨脹時還發(fā)生熱變形。這兩種變形的結(jié)果都是使活塞裙部在活塞銷孔軸線方向的尺寸增大。為使活塞工作時裙部接近正圓形與氣缸相適應(yīng)，在制造時應(yīng)將活塞裙部的橫斷面加工成橢圓形。沿活塞軸線方向活塞的溫度是上高低低活塞的熱膨脹量自然是上大下小因此為使活塞工作時裙部接近圓柱形，須把活塞制成上小下大的圓錐形或桶形[1]。1.2變橢圓活塞仿形加工裝置的目前開展狀況活塞是內(nèi)燃機中的重要部件，內(nèi)燃機就是燃燒室內(nèi)的高壓氣體推動活塞通過曲軸、連桿將動力傳遞出去，進而帶動其他機械做功[2]?；钊c缸體的配合程度極大地影響著括塞的工作性能，是衡量活塞質(zhì)量的重要標志。為提高活塞的工作性能，活塞裙部型面不斷得到改良，如今廣泛采用的中凸變橢圓形就是一種公認的活塞裙部優(yōu)良型面。所謂中凸變橢圓活塞，形狀如圖1所示:其裙部橫截面是橢圓形，過軸線的縱截面是一形狀不對稱的中凸鼓形，而且，橫截面橢圓的橢圓度沿軸向是變化的。這種活塞在工作時，裙部變形后橫截面成近似圓形，使裙部與缸套之間有足夠的接觸面積，壓力分布均勻，從而防止了活塞與缸套之間的邊緣接觸，改善潤滑條件。同時裙部的縱向鼓形曲線使缸壁與裙壁之間形成一雙向油楔，使活塞具有良好的潤滑條件和對中性，可防止發(fā)生尖角負荷，減少振動和噪聲，提高活塞的工作性能和使用壽命。由于具有以上諸多優(yōu)點，中凸變橢圓活塞的應(yīng)用越來越多[3]。然而在國內(nèi)活塞生產(chǎn)廠家中，目前該類活塞仍然主要是采用平面靠模車床和套車機床進行加丁，它們具有維護本錢高、精度低、系統(tǒng)柔性差等缺點。因而開發(fā)實用的中凸變橢圓活塞數(shù)控車床成了生產(chǎn)對科研的迫切要求[4]，〔見圖1-1〕圖1-1中凸變橢圓活塞形狀1.3活塞簡介一般活塞都是圓柱形體，根據(jù)不同發(fā)動機的工作條件和要求，活塞本身的構(gòu)造有各種各樣，一般將活塞這個小東西分為頭部、裙部和活塞銷座三個局部。如圖1-2所示[5]。

圖1-2活塞頭部是指活塞頂端和環(huán)槽局部?；钊敹送耆Q于燃燒室的要求，頂端采用平頂或接近平頂設(shè)計有利于活塞減少與高溫氣體的接觸面積，使應(yīng)力分布均勻。多數(shù)汽油機采用平頂活塞，有些發(fā)動機〔例如直噴式柴油機和新型的缸內(nèi)噴注汽油機〕為了混合氣形成的需要，提高燃燒效率，將爆燃減少到最小程度，需要活塞頂端具有較復雜的形狀，設(shè)有一定深度的凹坑作為燃燒室的一局部。活塞的凹槽稱為環(huán)槽，用于安裝活塞環(huán)?；钊h(huán)的作用是密封，防止漏氣和防止機油進入燃燒室?；钊共渴侵富钊南戮植浚淖饔檬潜M量保持活塞在往復運動中垂直的姿態(tài)，也就是活塞的導向局部?；钊共康男螤顦O有講究，尤其是象轎車一類的輕型乘用車，設(shè)計者從發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和性能出發(fā)，常在活塞裙部上動腦筋，以盡量使發(fā)動機結(jié)構(gòu)緊湊運行平穩(wěn)?；钊共咳鐖D1-3〔CAD截圖〕活塞銷座是活塞通過活塞銷與連桿連接的支承局部，位于活塞裙部的上方。高速發(fā)動機活塞銷座的特別之處在于銷座孔不一定與活塞在同一中心線平面上，可向一側(cè)偏移一點點，即向作功行程時活塞接觸缸壁的一側(cè)偏移，這樣當活塞到上止點變換方向后活塞敲擊缸壁的程度會減少，從而減少了發(fā)動機噪聲。圖1-3活塞裙部CAD圖1.3.1活塞裙部變橢圓曲線及加工要求表1-1表示了活塞裙部的變橢圓曲線，即給出了在不同高度上橢圓度(長軸與短軸之差)的變化和裙部母線尺寸(長軸或短軸的尺寸)的變化[6]。表1-1活塞裙部的變橢圓和母線的尺寸mm高度短軸橢圓度長軸198.5239.2650.250239.515186239.3000.240239.540180239.3150.234239.549160239.3600.215239.575140239.4000.196239.596120239.4300.183239.613100239.4650.163239.62881239.4950.147239.64263239.5200.134239.65445239.5480.116239.66428239.5700.100239.67010239.5790.085239.6643.5239.5800.080239.6601.4課題主要內(nèi)容隨著我國交通行業(yè)的飛速開展，對發(fā)動機的需求越來越多，同時對發(fā)動機產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的要求也在不斷提高。薄壁零件活塞作為發(fā)動機的核心零件。其設(shè)計與加工都起著舉足輕重的作用?，F(xiàn)今廣泛采用的各種變橢圓形的活塞，為保證在高溫高壓的條件下活塞與汽缸體內(nèi)壁之間自上而下間隙均勻，把活塞制成裙部各截面上的橢圓度不斷變化，并且裙部母線也多為曲線的形狀。加工制造這種特殊形狀的工件。雖然在大型企業(yè)可以用先進的數(shù)控加工技術(shù)解決，但對于產(chǎn)品品種多變，批量小，設(shè)備較陳舊的中小企業(yè)那么是一個難題。為了解決這種狀況。我研究了一種操作簡單、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟適用的工藝裝備及加工方法。對現(xiàn)有的車床進行改良設(shè)計,可以完全滿足加工精度要求，并取得了良好的效果。第2章立體靠模裝置的設(shè)計2.1立體靠模裝置簡介為了提高性能，各種變橢圓形的活寒已經(jīng)在發(fā)動機上得到了普遍應(yīng)用。這些活塞不僅在裙部各截面上橢圓度不斷變化，并且裙部母線也大多采用曲線形式。目前加工這類活塞.仁要采用兩種方法[7]。一種是用專用機床直接加工變橢圓活塞，另一種是采用靠模仿形加工。后種方法生產(chǎn)率高，操作簡單，特別適合大批最生產(chǎn)。但是在采用這種加工方法之前，。必須首先制造出仿形使川的變橢圓靠模。針對國內(nèi)工廠現(xiàn)行生產(chǎn)情況，下面介紹一種加工變橢圓活塞靠模的裝置。主軸立體靠模與活塞聯(lián)接方式(如圖2-1):它是在普通車床上附加一套裝置，根據(jù)不同活塞的變橢圓規(guī)律，分別設(shè)計制做好靠模尺后，能方便地加工出所需要的變橢圓活塞靠模[8]，如圖2-2。1.活塞2.拔塊3.定位塊4.立體靠模5.聯(lián)接軸6.機床主軸圖2-1主軸立體靠模與活塞聯(lián)接方式34-靠模尺〔軸〕51-刀架體63-靠模輪圖2-2立體靠模裝置2.2加工原理經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)，活塞裙部各截面上的橢圓度不斷變化，并且變化規(guī)律非線性的，這就給活塞靠模的加工帶來了難度。目前，生產(chǎn)中活塞加工一般采用車削工藝，因此我們設(shè)想能否利用普通車床，根據(jù)活塞靠模加工的特殊要求，設(shè)計一套附加裝置，將車床改裝成為專用活塞靠模加工機床。拆下附加裝置仍不影響原車床的使用。根據(jù)上述思路，我們在普通車床上拆去大拖板，加上一套附加裝置，成功地加工出變橢圓活塞的靠模。該裝置的工作原理如圖2-3所示[9]。刀架局部是由圓柱靠模輪1、回轉(zhuǎn)靠模尺7、頂桿6、小滾輪2、刀架5和小刀頭3等組成。圓柱靠模輪1與回轉(zhuǎn)靠模尺7一起回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)運動是通過齒輪傳動鏈經(jīng)工件心軸與機床主軸相聯(lián)接，從而嚴格保證圓柱靠模輪1與工件4之間的完全同步回轉(zhuǎn)。當圓柱靠模輪1在頂桿6的作用下繞自身軸線偏轉(zhuǎn)θ角后，它回轉(zhuǎn)所形成的運動軌跡是一個標準橢圓。隨著θ角不斷變化，該橢圓的長短軸之差即半徑變化量也不斷改變，在刀架上通過小滾輪2和擺動刀架5，橢圓的半徑變化量傳遞給了小刀頭3。如果圓柱靠模輪1回轉(zhuǎn)一周，小刀頭3那么往復擺動兩次。這樣，當工件4回轉(zhuǎn)帶動回轉(zhuǎn)靠模輪1回轉(zhuǎn)時，小刀頭3就把橢圓的半徑變化量按一定規(guī)律傳遞給了工件4，從而實現(xiàn)了靠模的橢圓加工。當?shù)都?左右移動進給時，由于回轉(zhuǎn)靠模尺7左右不移動(僅與靠模輪1一起回轉(zhuǎn))，靠模尺7上靠模曲線的不同坐標通過頂桿6的作用，便可按要求不斷地改變圓柱靠模輪1的自身轉(zhuǎn)角θ的大小，從而得到橢圓度連續(xù)變化的變橢圓活塞靠模。因此，預(yù)先根據(jù)活塞橢圓度的變化規(guī)律，設(shè)計制作好回轉(zhuǎn)靠模尺的坐標曲線，即可加工出所需要的按一定規(guī)律變化的變橢圓活塞靠模。上述機械只影響活塞裙部的橢圓度大小，而不影響活塞裙部大徑部位的母線形狀。為了簡便可靠，該裝置通過另外一根中凸靠模尺8，利用小滾輪直接頂大拖板，即可方便地得到所需的裙部中凸曲線。1-圓柱靠模輪；2-小滾輪；3-小刀頭；4-工件；5-刀架；6-頂桿；7-回轉(zhuǎn)靠模尺8-中凸靠模尺圖2-3加工原理圖2.3加工要點調(diào)整刀架位置使L2/L1=2:1，然后試切[10]。再根據(jù)實測的變橢圓尺寸，對觸頭與車刀的位置進行適當?shù)恼{(diào)整使其到達要求。必須保證小滾輪與圓柱靠模輪偏轉(zhuǎn)中心與小滾輪的接觸點在同一直線上，否那么，設(shè)計的回轉(zhuǎn)靠模尺的坐標會有誤差。由于刀架5隨著圓柱靠模輪偏轉(zhuǎn)而作少許回轉(zhuǎn)，在一個回轉(zhuǎn)周期內(nèi)刀架5上的車刀刀尖會產(chǎn)生一定的誤差，即不是一個標準的橢圓。但由于其誤差較小，并且在仿形加工時，靠模的誤差的影響可以減小一半，所以加工精度能夠滿足實際需要。2.4回轉(zhuǎn)靠模尺的設(shè)計制作使用上述加工裝置時，必須先設(shè)計制作回轉(zhuǎn)靠模尺?，F(xiàn)在介紹如何根據(jù)某一截面上活塞的橢圓度，計算出回轉(zhuǎn)靠模尺靠模曲線的坐標值。有些機械仿形機構(gòu)加工活塞時，為降低誤差，采用比例仿形，即靠模與活塞之間不是1:1傳遞，而是1:1或2:1，有時仿形比例是可調(diào)的[19]。也就是說，靠模與活塞的橢圓度不一樣，兩者相差仿形系數(shù)。因此在設(shè)計靠模尺以前，應(yīng)先選定仿形系數(shù)，并將活塞各截面上的橢圓度乘以仿形系數(shù)，轉(zhuǎn)換為靠模各相應(yīng)截面上的半徑變化量△?；剞D(zhuǎn)靠模尺是一根半徑為12.5mm的圓軸，如圖2-4所示。圖2-4回轉(zhuǎn)靠模尺設(shè)靠模距原始點處截面上的半徑變化量為△，根據(jù)加工裝置的有關(guān)尺寸和幾何關(guān)系，可得到以下計算靠模曲線坐標的公式：x=+40-41.905cosαy=12.5-41.907sinα其中，α=arctan-arccos式中的40為圓柱靠模輪半徑。利用計算器即可方便地求得靠模曲線坐標(x、y〕值。當然，也可利用計算機輔助設(shè)計和繪圖技術(shù)，輸入活塞各截面橢圓度和仿形系數(shù)后，計算機根據(jù).上述公式進行計算并光順圓整，然后直接輸出回轉(zhuǎn)靠模尺的工作圖[17]。2.5立體靠模裝置的相關(guān)參數(shù)確定2.5.1彈簧的計算1〕刀架彈簧的計算由結(jié)構(gòu)建立數(shù)學模型如圖2-5所示圖2-5數(shù)學模型〔1〕對該圖進行受力分析，得：〔2-1〕〔2-2〕解得：彈簧中徑，最小載荷0N，最大載荷,最大變形量，最小變形量根據(jù)實際情況，選用鋼絲材料為炭素彈簧鋼絲，依據(jù)機械零件設(shè)計手冊，查表得，〔2-3〕因為〔2-4〕其中，取C=6，〔2-5〕所以取查表得G=80Gpa〔2-6〕取所以，彈簧的總長度彈簧的剛度〔2-7〕2〕底座彈簧的計算由結(jié)構(gòu)建立數(shù)學模型如圖2-6所示。對該圖進行受力分析，得：圖2-6數(shù)學模型〔2〕〔2-8〕〔2-9〕其中，由經(jīng)驗公式可知，〔2-10〕其中,所以,解得：彈簧中徑，最小載荷0N，最大載荷,最大變形量，最小變形量根據(jù)實際情況，選用鋼絲材料為炭素彈簧鋼絲，依據(jù)機械零件設(shè)計手冊，查表得因為,其中，取C=6，所以取查表得G=80Gpa取。所以，彈簧的總長度彈簧的剛度2.5.2齒輪的計算1〕齒輪的計算查表，加工工件的，那么主軸的切削功率〔2-11〕主軸的轉(zhuǎn)速〔2-12〕所以，與主軸相連接的齒輪轉(zhuǎn)速由設(shè)計所選取的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動，7級精度〔GB0095-88〕。齒輪材料選為45鋼〔調(diào)質(zhì)〕硬度為240HBS。齒數(shù)比選主軸相連接的齒輪齒數(shù),那么與相連的齒輪齒數(shù)，取。2〕齒輪的校核按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式進行試算，即〔2-13〕確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1)試選載荷系數(shù)(2)計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩(3)由表選取齒寬系數(shù)(4)由表查得材料的彈性影響系數(shù)(5)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限;大齒輪的接觸疲勞強度極限；(6)由式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)〔2-14〕(7)查得接觸疲勞壽命系數(shù)；(8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，平安系數(shù),由式得〔2-15〕〔2-16〕計算〔1〕計算小齒輪分度圓直徑,帶入中較小的值〔2-17〕〔2〕計算圓周速度〔2-18〕〔3〕計算齒寬b〔4〕計算齒寬與齒高之比b/h模數(shù)〔2-19〕齒寬〔2-20〕〔5〕計算載荷系數(shù)根據(jù),7級精度，查得動載系數(shù)；直齒輪，假設(shè)，查得；查得使用系數(shù)；查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時由,，得；故載荷系數(shù)〔2-21〕按實際的載荷系數(shù)較正所算得的分度圓直徑得〔2-22〕計算模數(shù)m取。2.5.3幾何尺寸計算計算分度圓直徑計算中心距〔2-23〕計算齒輪寬度取。2.5.4齒輪的驗算〔2-24〕〔2-25〕合理2.5.5立體靠模與靠模指最正確摩擦副匹配立體靠模工作時以60r/min的速度旋轉(zhuǎn)，靠模指同刀具一起前進S=0.192mm。這時靠模指采用何種材料能使這一對摩擦副為最正確匹配，將提高活塞車床的生產(chǎn)效率。進行了靠模指材料比照試驗。試驗機床、轉(zhuǎn)速、行程速度、潤滑油材料流量、彈簧壓力、靠模直徑、長度等條件都相同[16]。磨損結(jié)果見圖2-7。圖2-7磨損效果圖注：鋁青銅材料為德國引進的靠模車床(FD3)靠模指材料，經(jīng)過化驗分析后確定。試驗結(jié)果紫銅與膠木材料做靠模指與立體靠模作一對摩擦副，其匹配為最正確[11]。2.5.6立體靠模與靠模指的潤滑裝置活塞在高速旋轉(zhuǎn)中切削產(chǎn)生大量切屑和灰塵[15]，同時靠模與靠模指摩擦產(chǎn)生熱量，傳統(tǒng)上是用毛刷上加機油來冷卻和去塵，這種方法冷卻效果差會導致靠模指磨損快，從而嚴重影響零件加工質(zhì)量，并增加調(diào)整時間,降低生產(chǎn)率。為解決這一矛盾，利用機床原有冷卻泵把油箱中的20號機油抽上來，通過油管送入靠模指中心油孔噴向立體靠模對其進行冷卻。沖刷灰塵及切屑，潤滑油經(jīng)過濾后可重復使用。但需在立體靠模外圓周上圍裝著密封防護罩以免機油噴出。2.5.7活塞加工中常見的質(zhì)量問題活塞是由鋁合金制成的薄壁零件，其裙部加工是斷續(xù)切削，要想生產(chǎn)出高質(zhì)量的活塞，主要靠設(shè)備及立體靠模等工裝的高精度。其次在生產(chǎn)過程中需要利用精密儀器進行測量，對日常生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題要及時進行改良、調(diào)整?；钊庸ぶ谐Ｒ姷馁|(zhì)量問題[14]：a.大直徑尺寸公差值超差；b.大直徑偏移；c.中凸線尺寸超差；d.變橢圓度值超差；e.粗糙度達不到圖紙要求；f.外表產(chǎn)生振紋。第3章擺動刀架的設(shè)計3.1擺動刀架工作原理擺式刀架仿形靠模加工方法，其原理如圖3-1所示。車床的刀架局部撤除后，將擺式刀架7裝在車床的滑板上，再將變橢圓靠模3的心軸2插入車床的主軸孔內(nèi)。調(diào)整定位工件6用的定向螺栓5，使工件6與靠模長短軸方向一致(靠修磨心軸上的調(diào)整墊)。工件6裝在心軸上的止口胎4上，其右端用頂尖頂住。最后調(diào)整好擺動刀架的仿形觸頭8與車刀9的位置。由于設(shè)備上的工件與靠模、車刀與仿形觸頭完全同步,因此保證了工件形狀尺寸精度。由于擺動刀架的仿形觸頭8與車刀9的位置與擺動刀架中心的距離L1和L2成2倍的關(guān)系，即L2=2L1，又因擺動刀架的擺角很小可以忽略擺桿的弦與弧的差異，所以加工出的工件與靠模的橢圓度成2倍的關(guān)系，從而反映到工件上的靠模加工誤差也可以減小一半，很大程度上保證了加工精度。主軸；2-心軸；3-變橢圓靠模；4-止口胎；5-定向螺栓；6-工件；7-擺動刀架8-仿形觸頭；9-車刀圖3-1擺式刀架仿形靠模加工方法圖3.2擺動刀架簡介擺動刀架是CA6140上的一套附屬設(shè)備，可將CA6140上刀架局部撤除后裝在CA6140上。擺動刀架如圖3-2所示圖3-2擺動刀架CA6140車床如圖3-3所示圖3-3CA6140車床CA6140車床：主要用于內(nèi)圓、外圓和螺紋等成型面加工的金屬切削機器。車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應(yīng)的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)外表的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床[12]。

車床開展：古代的車床是靠手拉或腳踏，通過繩索使工件旋轉(zhuǎn)，并手持刀具而進行切削的[13]。1797年，英國機械創(chuàng)造家莫茲利創(chuàng)制了用絲杠傳動刀架的現(xiàn)代車床，并于1800年采用交換齒輪，可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年，另一位英國人羅伯茨采用了四級帶輪和背輪機構(gòu)來改變主軸轉(zhuǎn)速。

為了提高機械化自動化程度，1845年，美國的菲奇創(chuàng)造轉(zhuǎn)塔車床。

1848年，美國又出現(xiàn)回輪車床

1873年，美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床，不久他又制成三軸自動車床

20世紀初出現(xiàn)了由單獨電機驅(qū)動的帶有齒輪變速箱的車床。

第一次世界大戰(zhàn)后，由于軍火、汽車和其他機械工業(yè)的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速開展。為了提高小批量工件的生產(chǎn)率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到開展。50年代中，開展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數(shù)控技術(shù)于60年代開始用于車床，70年代后得到迅速開展[20]。主要組成部件有：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身[18]。

主軸箱：又稱床頭箱，它的主要任務(wù)是將主電機傳來的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過一系列的變速機構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時主軸箱分出局部動力將運動傳給進給箱。主軸箱中等主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，那么機床的使用價值就會降低。

進給箱：又稱走刀箱，進給箱中裝有進給運動的變速機構(gòu)，調(diào)整其變速機構(gòu)，可得到所需的進給量或螺距，通過光杠或絲杠將運動傳至刀架以進行切削。

絲杠與光杠：用以聯(lián)接進給箱與溜板箱，并把進給箱的運動和動力傳給溜板箱，使溜板箱獲得縱向直線運動。絲杠是專門用來車削各種螺紋而設(shè)置的，在進行工件的其他外表車削時，只用光杠，不用絲杠。同學們要結(jié)合溜板箱的內(nèi)容區(qū)分光杠與絲杠的區(qū)別。

溜板箱：是車床進給運動的操縱箱，內(nèi)裝有將光杠和絲杠的旋轉(zhuǎn)運動變成刀架直線運動的機構(gòu)，通過光杠傳動實現(xiàn)刀架的縱向進給運動、橫向進給運動和快速移動，通過絲杠帶動刀架作縱向直線運動，以便車削螺紋。

刀架、尾架和床身。3.3擺動刀架局部零件功用35-螺母37-擺動架圖3-4擺動刀架局部圖〔1〕21-球22-支承座23-螺母圖3-5擺動刀架局部圖〔2〕1〕如圖3-4所示螺母35為上下2個，由于擺動刀架懸伸臂比擬長，但是其懸臂精度也需要保證，所以要對其進行調(diào)整和限制，圖示3-4螺母35即是對其進行調(diào)節(jié)，通過上下兩個螺母35和球21、支承座22、螺母23那么可以保證懸臂的水平位置，使其保證精度。2〕如圖3-5所示擺動架37為空心圓柱體，通過上下頂尖可以保證其正確位置。3〕如下圖左側(cè)刀架體為靠模刀，右側(cè)為切削刀，懸臂上面有導軌凹槽，可使刀架體在上面移動，以確保刀架體在加工時的正確位置。2-內(nèi)六角圓柱頭螺釘圖3-6擺動刀架局部圖〔3〕1-把手位置2-螺栓3-把手位置4-凸板圖3-7擺動刀架把手示意圖〔1〕1-塊2-板3-螺母圖3-8擺動刀架把手示意圖〔2〕4〕如圖3-7、圖3-8所示，為擺動刀架把手示意圖的二視圖，當把手由圖3-7的1運動到3時，把手帶動凸板4一起運動，使其帶動螺栓2運動，由圖3-7可以看出，當把手下壓時，可時螺母及螺栓3向圖3-8中左側(cè)移動，并最終脫離塊1，使擺動刀架上的彈簧處于自然狀態(tài)，所以，當把手下壓時，可使擺動刀架處于靜止狀態(tài)，即可以裝配或撤除擺動刀架或其中零件。3.4彈簧的設(shè)計及計算3.4.1刀具的參數(shù)確定刀具材料：高速鋼，活塞大局部采用硅鋁合金前角：γ=30°后角：α=20°刀傾角：λs=5°主偏角：Kr=60°對工件材料的修正系數(shù)，當=0.343Gpa對主偏角的修正系數(shù)，=時，當前角γ=30°時，當刃傾角λs=5°時，當刃尖角半徑時于是：==0.98==0.53==1.36代入所消耗的功率設(shè)計一彈簧，用于承受負載，作用次數(shù)N在以內(nèi)，安裝負載P1取稍大于Fy=500N，工作負荷P2=610。工作行程h應(yīng)取0.5mm〔應(yīng)為橢圓度的2倍左右〕。3.4.2彈簧的相關(guān)計算〔1〕選擇材料根據(jù)要求選用油淬火碳素彈簧鋼絲B類。初步假設(shè)鋼絲直徑d=5mm。材料切變模量G=-7.9X103N/mm2最大試驗切應(yīng)力=0.44=369.6此值小于最大值，符合要求取試驗切應(yīng)力=1.2[]=336〔2〕材料直徑=根據(jù)題意取外徑D2=16mm時，那么彈簧中徑D=D2-d=11從而取旋繞比C=D/d=11/5=2.2查圖得曲率系數(shù)K=1.28將有系數(shù)值代入公式得假設(shè)根本相符按GB1358等列值，取d=5mm?！?〕彈簧直徑彈簧中徑：D=cd=2.2×5=11彈簧內(nèi)徑：彈簧外徑：〔4〕彈簧所需剛度，按公式計算彈簧剛度〔5〕彈簧的圈數(shù)和實際剛度彈簧圈數(shù)：取n=12圈那么彈簧實際剛度〔6〕彈簧的初拉力當C=2.2時，初拉切應(yīng)力取。那么初拉力〔7〕彈簧變形量安裝變形量工作變形量工作行程符合要求?！?〕結(jié)構(gòu)參數(shù)自由長度安裝長度試驗長度節(jié)距螺旋角彈簧開展長度〔鉤環(huán)局部〕〔9〕校核滿足的要求。第4章三維建模4.1UG介紹UG是Unigraphics的縮寫，這是一個交互式CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造)系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的開展和個人用戶的迅速增長，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計的一個主流應(yīng)用。UG的開發(fā)始于1990年7月，它是基于C語言開發(fā)實現(xiàn)的。UGNX是一個在二和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不同的應(yīng)用再利用。一個給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學或工程)、數(shù)學(分析和數(shù)值數(shù)學)及計算機科學的知識。然而，所有這些技術(shù)在復雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。這是因為組合所有這些方法需要巨大的復雜性及交叉學科的知識。最終軟件的實現(xiàn)變得越來越復雜，以致于超出了一個人能夠管理的范圍。一些非常成功的解偏微分方程的技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加密〔adaptivemeshrefinement〕和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù)學家研究，同時隨著計算機技術(shù)的巨大進展，特別是大型并行計算機的開發(fā)帶來了許多新的可能。UG的目標是用最新的數(shù)學技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計算，為復雜應(yīng)用問題的求解提供一個靈活的可再使用的軟件根底。一個如UGNX這樣的大型軟件系統(tǒng)通常需要有不同層次抽象的描述。UG具有三個設(shè)計層次，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(architecturaldesign)、子系統(tǒng)設(shè)計(subsystemdesign)和組件設(shè)計(componentdesign)。至少在結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)層次上，UG是用模塊方法設(shè)計的并且信息隱藏原那么被廣泛地使用。所有陳述的信息被分布于各子系統(tǒng)之間。4.2擺動刀架三維建模4.2.1UG三維建模難點對于同一個部件的復制粘貼且圍繞同一軸線進行循環(huán)粘貼，利用UG內(nèi)含有的實例特征進行操作。其步驟如下：1〕調(diào)用一個擺動刀架的局部UG模型，如以下圖4-1所示圖4-1擺動刀架局部模型2〕點擊“插入〞→“關(guān)聯(lián)復制〞→“實例特征〞3〕生成下面對話框，點擊“圓形矩陣〞。圖4-2條件對話框4)生成下面對話框，點擊選取需要的體，然后點擊確定。圖4-3條件對話框5〕生成下面對話框，選取“數(shù)字〞及“角度〞后點擊確定。圖4-4條件對話框6〕生成下面對話框后點擊“基準軸〞。圖4-5條件對話框7〕點擊所需基準軸后點擊“確定〞，生成下面模型。圖4-6擺動刀架局部模型4.2.2擺動刀架模型圖本次設(shè)計利用UG三維建模軟件對擺動刀架的全部179個零件進行了三維建模，擺動刀架見圖4-7，圖4-8，圖4-9。.圖4-7擺動刀架〔1〕圖4-8擺動刀架〔2〕圖4-9擺動刀架〔3〕

第5章結(jié)論通過本次的設(shè)計完成了對活塞變橢圓的理解，著重對擺動刀架的結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性進行設(shè)計以及用UG對其工作原理進行動態(tài)分析?；钊诟左w內(nèi)原那么上是完全密封的，也只有這樣，才能保證活塞在運動中具有很高的效率。但是事實上并非如此，由于缸體內(nèi)氣體在膨脹時會產(chǎn)生很高的溫度，由活塞本身的材料決定了其膨脹的幅度，活塞裙部由上至下溫度逐漸變低，導致活塞裙部由上至下的變形改變。為使得活塞的效率高原那么，必須使活塞裙部由上至下加工成變橢圓，用以保證在受熱膨脹時活塞與缸體匹配。擺動刀架即是這種可以將活塞裙部加工成變橢圓的工件。擺動刀架具有體積