3.3.2 粗基准和精基准的选择
(1) 粗基准的选择除了应考虑以上的一般原则外，还必须考虑以下几个原则： a. 尽量选择不加工表面作为粗基准，如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。
b. 选择加工余量均匀的表面作为粗基准。 c. 选择加工余量较小的表面作为粗基准。
d. 选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。 e. 粗基准一般只能使用一次，特别是主要的定位基准，以避免产生较大的位置误差。
(2) 根据上述的选择粗基准的基本原则，综合以上各个原则并考虑活塞的实际情况选择加工粗基准如下：
a. 以活塞毛坯内腔为粗基准加工外圆和端面,再以外圆为基准加工精基准止口。因为粗车后的外圆面是加工余量小、较准确的、光洁的、面积较大的平面，而且它也是一个重要的表面，它的余量比较均匀。
b. 直接以活塞毛坯外圆和端面为粗基准加工精基准止口,由于活塞的毛坯加工是采用金属型铸造，其铸造精度较高，加工余量小且余量均匀，以其作为粗基准同样可以满足加工要求。
（3）精基准的选择：
和粗基准一样，精基准的选择除了要考虑一般原则外，还有它自身应当注意的问题：
a. 尽量用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以避免产生基准不重合误差。
b. 当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能的采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以避免产生基准转换误差。
c. 当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”的原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。
d. 为获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。
e. 有多种方案可供选择时，应选择定位准确、稳定、加紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。
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那么根据以上的各个原则，结合实际情况对精基准的选择如下：
活塞是一个薄壁零件,在外力作用下很容易产生变形。活塞主要表面的尺寸精度和形位精度的要求都很高,因此希望以一个统一基面定位来加工这些要求高的表面。目前生产活塞的工厂大多采用止口和端面做为统一基准。止口是专门为加工活塞而设置的辅助基准面，在结构上和功能上没有任何作用。在精加工时,除精车外圆等少数工序用止口处的锥面和顶面上的中心孔定位,其余工序都采用止口和端面定位。
采用止口和端面（或锥面和中心孔）作为基面有下列优点：
a. 用这种定位方法可以加工裙部、头部、顶面、销孔等主要表面及其他次要表面。在一次安装中可车削多个表面，既提高了生产率，又能保证这些表面的位置精度。
b. 活塞裙部在半径方向的刚性差，利用止口和端面（或锥面和中心孔）定位可以沿活塞轴向夹紧，就不致引起严重的变形，从而可以进行多刀切削。
3.4 拟定工艺路线
机械加工工艺路线的最终确定，一般要通过一定范围的论证，即通过对几条工艺路线的分析与比较，从中选出一条适合本厂条件的、确保加工质量、高效和低成本的最佳工艺路线。下面将从以上几个方面来确定活塞的机械加工工艺路线。 3.4.1 加工方法的确定
零件表面加工方法的选择应考虑的问题:
（1）零件表面的加工方法，主要取决于加工表面的技术要求。这些技术要求还包括由于基准不重合而提高了对作为精基准表面的技术要求。根据各加工表面的技术要求，首先选择能保证该要求的最终加工方法，然后确定各工序、工步的加工方法。
（2）选择加工方法应考虑每种加工方法的加工经济精度范围；材料的性质及可加工性；工件的结构形状及尺寸大小；生产纲领及批量；工厂现有设备条件等。
(3) 加工经济精度分析。各种加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度都是在一定的范围内的。任何一种加工方法只要精心操作、细心调整、选择合适的切削用量，其加工经济精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度值就可以减少。但是加工经济精度提高得愈高，表面粗糙度值减少得愈小，则所消耗的时间与成本也会愈大。
生产上加工经济精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。加工误差小，则加工精度高；加工误差大，则加工精度低。一般来说，加工误差和加工成本之间成反比例关系。
可以看出：对一种加工方法来说，加工误差小到一定程度，加工成本提高很多，加工误差却降低得很少；加工误差大到一定程度以后，即使加工误差增大很，加工成
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本降低得很少。 因此所谓加工经济精度是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。
（4）材料的性质及可加工性。本零件的材料采用ZL101，它的化学成分是:Si6.5～7.5％,Cu＜0.1%,Mg0.25~0.45%,Zn＜0.1%,其余为Al。这种材料的工艺性能如下：
a. 切削性能：ZL101的硬度为100HB，为易切削材料。
b. 热处理性能：铝活塞毛坯在机械加工前要切去浇冒口，并进行时效处理，消除铸造时因冷却不均匀而产生的内应力。时效处理是将活塞加热至210～240℃，保温7～9h后，自然冷却，活塞经过时效处理后能增加强度和硬度。
(5) 生产率的要求。本活塞零件的生产类型属于大批大量生产。因而对生产率要求就相对的比较高。
综合以上几点，再考虑工厂的工艺能力和现有设备的加工经济精度，查《机械加工工艺手册》对拟订本零件的加工方法如表4。 3.4.2 加工阶段的划分
按加工性质和作用不同，工艺过程一般划分如下加工阶段：粗加工阶段；半精加工阶段；精加工阶段；光整加工阶段。它们的主要工作与要求如表5所示。
表 4 加工方法的拟订
Tab 4 Processing method of preparation
加工步骤
加工方法
活塞裙部外圆的精度要求为IT6～IT5，表面粗糙度要求为Ra≤0.63,材料为ZL
外圆的加工
这样对于活塞外圆的加工选用：粗车——精车——金刚石车椭圆， 这样可以达到的粗糙度为Ra=0.8～0.2μm。
端面的精度要求为IT8级、材料为ZL101，故可采用一次车削完成，这样能达到的
端面的加工
精度等级为IT8～10，粗糙度为Ra=6.3～1.6μm满足要求。
该零件活塞对于外圆以及销孔孔的加工质量要求比较高，其余的加工质量要求并不高，又毛坯采用金属型铸造精度比较高，加工余量小，故除了外圆加工时安排了粗车，精车，金刚石车，加工销孔时安排了粗镗，精镗和滚压三个加工阶段外，其余工序均安排粗加工、精加工两阶段完成。[10] 3.4.3 加工工序的安排
按照加工顺序的选择原则：
(1）先加工基准面，再加工其它表面。 (2）一般情况下，先加工平面，后加工孔。
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续表4
加工步骤 加工方法
这个部分表面是为了加工出精基准而加工的，粗糙度要求不是很高，为Ra≤1.25μm，精度要求为IT7，故可采用两次车削完成，即采用粗车——精车
止口的加工
的加工方法,这样能达到的精度等级为IT8～7，粗糙度为Ra=3.2～0.8μm满足
要求。
销孔的表面的精度要求为IT6以上，要求较高，粗糙度Ra≤0.16μm，故考虑采
销孔的加工
用。粗镗——精镗—滚压的加工方法，这样可以达到的精度等级为IT6～IT7，粗糙度为Ra=0.4～0.05μm满足要求。
斜油孔的表面粗糙度也为Ra小于等于12.5μm，它的精度要求并不高，且孔径也
斜油孔的加工
小于20mm，故它的加工方法也可以直接采用钻来实现，精度为IT11-IT12。 直油孔表面粗糙度也为Ra小于等于12.5μm，它的精度要求并不高，且孔径也小
直油孔的加工
于20mm，故它的加工方法也可以采用钻来实现，精度也为IT11-IT12。
环槽的加工
成。精度等级为IT7～8，粗糙度为Ra=6.3～1.6μm满足要求。
精度要求为IT8～10，而外圆开始已经进行一次粗车，故可以用一次精车就可以达
头部外圆的加
工
求。
气门内、外槽
的加工 销孔卡环槽 的加工
位置精度要求较高，而尺寸精度要求也不是很高，故仍可以考虑采用直接一次铣削完成。精度等级为IT11～12，粗糙度为Ra=12.5～3.2μm满足要求
位置精度要求较高，而尺寸精度要求不是很高，故可在销孔精镗后采用车削完成。精度等级为IT8～10，粗糙度为Ra=6.3～3.2μm满足要求。
表 5 各加工阶段的加工要求
Tab 5 The processing requirements of each processing stage
加工阶段 粗加工阶段
高生产率
半精加工阶段
加工作好准备
在精加工阶段，应确保尺寸、形状和位置精度达到图纸规定的精度要求以及
精加工阶段
表面粗糙度要求
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位置精度要求较高，而尺寸精度要求不是很高，故可以考虑采用粗车——精车完
到要求，这样可以达到的精度等级为IT7～IT8，粗糙度为Ra=3.2～0.8μm满足要
加工要求
主要是去除各加工表面的余量，并作出精基准，因此这一阶段关键问题是提
在半精加工阶段减小粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精
续表5
加工阶段 精密、超精密加
这是对那些要求很高的零件安排的，是为了达到零件最终的精度要求
工、光整加工阶段
加工要求
(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。
根据活塞零件加工的实际情况，本设计拟定了两条加工路线来进行比较分析： 方案一： a. 工艺过程
第一道工序：粗车止口，端面 第二道工序：粗车外圆 第三道工序：粗镗销孔
第四道工序：粗切外圆环槽、顶面 第五道工序：钻直油孔 第六道工序: 钻斜油孔 第七道工序: 去内腔毛刺
第八道工序：精车止口，打中心孔 第九道工序：精车外圆、环槽并倒角 第十道工序：精镗销孔 第十一道工序：切卡环槽 第十二道工序：车椭圆裙部 第十三道工序：铣气门内槽 第十四道工序：铣气门外槽 第十五道工序：滚压销孔
图形见所附机械加工工艺过程卡片。 b. 热处理工序的安排：
时效处理：为了消除残余应力，对于尺寸大、结构复杂的铸件，需在粗加工之前、后各安排一次时效处理；对于一般铸件在铸造后或粗加工后安排一次实效处理；对于精度高、钢度低的零件，在粗车、粗磨、半精磨后需要各安排一次实效处理。
铝合金热处理安排在机加工前，铝活塞毛坯在机械加工前要切去冒口，并进行时
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