缸蓋主油道孔鉆削夾具設計含10張CAD圖.zip

缸蓋主油道孔鉆削夾具設計含10張CAD圖.zip,缸蓋,主油道孔鉆削,夾具,設計,10,CAD 缸蓋主油道孔鉆削夾具設計 摘要 機械加工是生產(chǎn)和制造的基石。機床與機床夾具是分不開的，夾具在制造業(yè)中也占有著非常重要的地位。其次，使用專用夾具不僅可以擴大原來機床的使用范圍，還可以實現(xiàn)功能多樣化。從而夾具在加工中起著十分顯著的作用。 發(fā)動機缸蓋是發(fā)動機的關鍵零件之一，而主油道孔是缸蓋的關鍵部位，可以起到潤滑和冷卻的作用。本課題以槍鉆機床為例，針對某型發(fā)動機缸蓋主油道孔鉆削工序開展夾具設計，通過分析零件的結構、外形等特點，從而確定工件的定位方案、夾緊方案以及夾具的結構方案。同時，通過計算定位誤差、夾緊力、校核定位誤差和夾具剛度等來保證設計要求。同時考慮制造成本和制造工藝，優(yōu)化零件的結構。由于發(fā)動機缸蓋主油道孔的加工屬于深孔加工，考慮到加工效率的問題，采用槍鉆機床兩端同時加工，因此，本夾具是帶有雙鉆模的深孔加工夾具。 本次夾具設計是與生產(chǎn)實踐相結合，同時也是本著加工成本和功能并重的設計理 念，從零件出發(fā)，根據(jù)加工要求逐步的對每個零件進行設計。另外，在設計過程中， 通過利用相關計算機輔助設計軟件進行三維構型，以校核在設計過程中的不合理之處； 零件設計完成后，再通過三維軟件進行配合，以保證零件設計的合理性，通過多方面 考慮設計后，完成裝配圖的繪制。 關鍵詞：夾具設計，定位誤差，夾具結構設計，雙鉆模 ABSTRACT Machining is the cornerstone of production and manufacturing. Machine tools and machine tool fixtures are inseparable, and fixture plays a very important role in the manufacturing industry. Secondly, the use of special fixture can not only expand the scope of the original machine tool, but also realize the diversification of functions. Therefore, the fixture plays a very significant role in processing. The engine cylinder head is one of the key parts of the engine, and the main oil hole is the key part of the cylinder head, which can play the role of lubrication and cooling. This topic takes the gun drill machine tool as an example to carry out the fixture design for the main oil channel hole drilling procedure of a certain type engine cylinder head. By analyzing the features of the structure and shape of the parts, the positioning scheme, the clamping scheme and the structural scheme of the fixture are determined. At the same time, the positioning requirements, clamping force, location error and fixture stiffness are calculated to ensure the design requirements. At the same time, considering the manufacturing cost and manufacturing process, the structure of parts is optimized. Because the machining of the main oil channel hole of the engine cylinder head belongs to the deep hole processing, considering the problem of machining efficiency, the two ends of the gun drill machine are processed simultaneously. Therefore, this fixture is a deep hole machining fixture with double drills. The fixture design is combined with the production practice, and is also based on the design concept of the processing cost and function. From the parts, according to the processing requirements, each part is gradually designed. In addition, in the design process, through the use of related computer aided design software for three-dimensional configuration, to check the unreasonable in the design process, after the completion of the design, and then through the three-dimensional software to cooperate to ensure the rationality of the design of parts, through many aspects of the design to complete the drawing of assembly drawing. Key words: Fixture design; positioning error; design of fixture structure; double jig II 目錄 摘要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 項目研究的目的與意義 1 1.2 發(fā)動機缸蓋概述 1 1.3 目前研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3 1.4 本論文主要研究內(nèi)容 4 1.5 本章小結 5 2 加工零件的分析 5 2.1 汽車發(fā)動機缸蓋結構及工藝分析 5 2.2 零件加工技術要求及工藝流程設計 7 2.3 本章小結 8 3 定位裝置的設計 9 3.1 工件定位的基本原理 9 3.2 工件的定位方法及其定位元件 12 3.3 定位誤差分析與計算 14 3.4 本章小結 15 4 夾緊裝置的設計 16 4.1 夾緊裝置的組成及其設計原則 16 4.2 夾緊力的確定 18 4.3 本章小結 20 5 夾具體及引導裝置設計 21 5.1 夾具體的設計 21 5.2 引導裝置的設計 22 5.3 本章小結 25 6 設計總結 26 參考文獻 27 致謝 28 附錄 1：外文譯文附錄 2：外文原文 缸蓋主油道孔鉆削夾具設計 1 緒論 1.1 項目研究的目的與意義 機床是機械行業(yè)的基礎加工設備，機床的質(zhì)量直接影響到其加工產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟效益。目前，許多機床制造商緊跟國內(nèi)外發(fā)展趨勢，不斷改進產(chǎn)品，注入新技術， 并持續(xù)進行改進，逐步提高專用機床的質(zhì)量。 夾具是在加工過程中保持工件正確位置的裝置。 它廣泛應用于機械制造業(yè)。 夾具的重要性非常突出，夾具的質(zhì)量將直接影響產(chǎn)品的成本，質(zhì)量和效益。 一般而言， 與夾具制造和設計相關的成本可占總成本的 10％至 20％。在生產(chǎn)的產(chǎn)品中約有 40％ 的產(chǎn)品被拒絕，這主要是由于夾具設計不佳或錯誤。夾具設計工作非常耗時，并且通常取決于夾具設計工程師的知識和經(jīng)驗。定位精度高，加工效率好的夾具設計通常基于設計師的經(jīng)驗，通過了解產(chǎn)品，了解過程并不斷改正的過程。因此，在日益激烈的全球競爭中，所有制造商為提高其市場競爭力必須盡最大努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短交貨時間并將產(chǎn)品推向市場，因此開發(fā)合理的夾具設計是一項非常重要的任務。在過去的幾十年里，許多學術論文和應用論文已經(jīng)發(fā)表，但關于發(fā)動機缸蓋主油道孔鉆削夾具相對較少。 因此，本課題以槍鉆機床出發(fā)，針對發(fā)動機缸蓋主油道孔的鉆削進行夾具設計。發(fā)動機缸蓋是汽車發(fā)動機的關鍵零件之一，而且缸蓋主油道孔是缸蓋的關鍵部位，它可以起到冷卻和潤滑的作用，因此，缸蓋主油道孔鉆削夾具占據(jù)著非常重要的位置， 因而夾具的重要性應運而生。另外，發(fā)動機缸蓋主油道孔 L/D>5，屬于深孔加工的范疇。深孔加工是機械制造的重要分支。 廣泛應用于造船，石化，航空航天，煤礦， 醫(yī)療和汽車設備制造等行業(yè)。隨著社會、經(jīng)濟的高速發(fā)展，顧客的需求日益多樣化和個性化。那么必須要求產(chǎn)品的市場周期正在縮小，產(chǎn)品種類也在不斷增加。汽車發(fā)動機氣缸蓋的加工主要涉及車，鉆，銑和鏜等加工工藝?，F(xiàn)有的數(shù)控車床，銑鏜床基本能夠滿足汽車，銑，鏜等加工缸蓋的要求，但主油道深孔鉆削卻不易控制。由此，本論文從加工零件出發(fā)，旨在設計出一種既能保證加工質(zhì)量，又能提高生產(chǎn)效率和減輕工人勞動強度的夾具。 1.2 發(fā)動機缸蓋概述 汽車發(fā)動機是汽車的核心“決定了汽車的動力，穩(wěn)定性，經(jīng)濟性和環(huán)保性”。汽油機轉速高，質(zhì)量低，噪音低，起動容易，制造成本低。據(jù)了解，柴油機熱效率高， 壓縮比大，比汽油機的經(jīng)濟性和排放性好。 38 目前，汽車發(fā)動機都是內(nèi)燃機。內(nèi)燃機將燃料燃燒的化學能轉化為熱能，并通過熱能轉化為機械能。內(nèi)燃機雖然是熱效率最高的熱力發(fā)動機，但節(jié)能和減少尾氣污染的發(fā)展?jié)摿θ匀缓艽蟆Ｒ虼?，我們必須探索新的方法。汽油直噴技術就是基于這個想法。目前世界各國正在研制均質(zhì)混合氣壓力點火的理論。一旦將這一新理論應用到實踐中，可以預測未來的發(fā)動機將更加高效和清潔，并且使用該車將更安全并有利于環(huán)境保護。 氣缸蓋是內(nèi)燃機的重要結構部件。其功能是關閉汽缸并形成燃燒室。內(nèi)燃機的氣缸蓋是一種閥機構，主要用于密封氣缸的上部并形成燃燒室，并且用作凸輪軸，搖臂軸和進氣管以及排氣管的支撐件 將空氣吸入氣缸?；鸹ㄈc燃可燃氣體以驅動活塞， 排氣離開排氣管。 氣缸蓋對內(nèi)燃機的性能起著非常重要的作用。正由于它的重要性，在設計中對它 提出了很高的要求。氣缸蓋主要在高溫環(huán)境下運行，底部還受到熱沖擊載荷。由于溫 度不均勻，氣缸蓋的內(nèi)部設計有垂直和水平連接的通道作為冷卻水孔和油孔，油路孔 的布置應與冷卻系統(tǒng)的方案和類型相配合。氣缸蓋在蒸發(fā)器與蒸發(fā)箱之間的水孔較大， 以促進冷卻水的對流和蒸汽的排放。潤滑油的流量取決于氣缸蓋結構尺寸和柴油機負 載，進氣口和出氣口的尺寸，數(shù)量和位置，經(jīng)常以經(jīng)驗為參考進行設計。進入汽缸蓋 的潤滑油應分布在汽缸蓋的周圍，起到潤滑和冷卻的作用。由于內(nèi)燃機缸體體積較大， 缸蓋壁厚較厚，潤滑冷卻范圍較大，即潤滑油流動范圍大，所以缸蓋的主油道孔是深 孔，深孔加工就必須用專用機床及專用夾具。 發(fā)動機缸蓋油道孔的分布如圖 1-1 所示。 圖 1-1 發(fā)動機缸蓋主油道孔位置 1.3 目前研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.3.1 研究現(xiàn)狀： 近幾年，我國制造業(yè)發(fā)生翻天覆地的變化，正在由制造大國轉變?yōu)椤爸窃齑髧薄C床夾具的設計水平也在不斷提高。但是，從通用性和多功能性的角度來看，還有很大的改進空間，這在一定程度上限制了機床的進展。為了提高夾具的多功能性，許多公司都在不斷優(yōu)化目前常用的機床夾具，其現(xiàn)狀主要情況如下： ① 組合夾具 為了提高特殊夾具的使用率并降低廢品率，可以將不同形狀和規(guī)格的標準夾具組合成一個夾具，以便它們可以用于在各種不同的機床上加工不同的產(chǎn)品，從而提高設備的性能 和夾具的穩(wěn)定性。 同時確保處理的準確性。 由于組合夾具是多夾具組合， 因此夾具體積大，重量大，安裝使用時造成一定的不便，高昂的一次性投資限制了其應用和推廣。 ② 成組夾具 成組夾具也從一個特殊的夾具轉換而來。它主要由可更換部件和固定部件組成。這套夾具特別適用于不同規(guī)格零件的加工。加工零件后，可以通過快速更換夾具單元進行加工。 ③ 自動化夾具 為了適應自動化加工，其相應的夾具也加速了自動化過程。在自動裝配線或生產(chǎn)流水線的過程中，夾具可以根據(jù)加工需要自動更換，這就是自動化夾具。在處理過程中不需要手動干預，因此更換速度更快。在使用自動夾具時，應注意設計運輸和更換夾具的裝置，以便在更換前將夾具準確地運送到預定位置，并可用氣動，電動或液壓動力快速更換。 另外，由于高速切割帶來大量碎片，因此有必要在夾具上設計自動碎屑清潔裝置。同時，應該對夾具和機床的觸點進行潤滑以防止加工過程中的過度磨損。由于自動化生產(chǎn)線工藝一般時間較長，因此有必要預先制定相關程序，以便它可以在無人操作的情況下完成相關操作。 ④ 數(shù)控機床夾具 數(shù)控機床加工精度更高，加工速度更快。適用于多種工件，高精度，多工序，小批量的工件加工。在數(shù)控機床中，數(shù)控機床對夾具需要更高的要求。首先，夾具應具有高精度制造要求，夾具本身可以快速更換，可以快速夾緊工件，為了避免誤差，夾具的制造精度高；其次，夾具應具有良好的性能和開放性；最后，夾具還應有可操作性。 在大批量生產(chǎn)中，公司習慣于使用傳統(tǒng)的專用機床和夾具。 一般來說，中型生產(chǎn)能力的工廠大約有一萬個專業(yè)夾具。 在許多生產(chǎn)企業(yè)中，特殊固定裝置每 3 至 4 年更換一次，而固定裝置的實際磨損僅為 10％至 20％。 固定裝置往往落后，難以使用。 然而，拋棄它們造成巨大的浪費是非常遺憾的。 這些已成為困擾企業(yè)的實際問題。 近年來，由于新加工技術的出現(xiàn)，對機床夾具提出了如下新的要求： ① 安裝迅速，操作方便，縮短輔助時間。 ② 具有相似性特征的工件都能進行加工。 ③ 可適用精密加工的機床夾具。 ④ 可應用于各種現(xiàn)代制造技術。 ⑤ 減少人力操作，采用氣動或液壓等，可降低勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。 ⑥ 提高標準化程度。 當需要設計一個良好的夾具時，這些要求都是是放在技術人員面前的新任務。 1.3.2 發(fā)展趨勢： 據(jù)國際生產(chǎn)與研究協(xié)會統(tǒng)計，中、小批量，多品種工件數(shù)量約占工件總數(shù)的 80%?，F(xiàn)代社會要求企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品不斷更新，以適應市場的快速變化?，F(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要包括靈活性，高效性，標準化和高精度： ① 靈活性。即夾具可適應多種類型的工件；減少夾具的種類。 ② 高效率?，F(xiàn)代社會中“時間就是金錢”。從另一方面來說，縮短加工時間，提高加工效率可減少工件的成本。高效夾具包括自動夾具，高速夾具和夾具裝置。 ③ 標準化。標準化是一個工藝裝備達到成熟的標志。目前，我國已具備國家標準夾具部件：GB/T 2148?T225991。夾具的標準化有助于夾具的商業(yè)化，并有助于提高技術人員設計效率。 ④ 高精度。未來的產(chǎn)品及設備會更高的追求穩(wěn)定性和精確性，這就需要零件加工的高精度，因而夾具也需高精度的配置。 1.4 本論文主要研究內(nèi)容 1.4.1 分析加工零件及其結構 ① 研究零件圖紙技術條件。 ② 了解生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)量和零件的生產(chǎn)組織狀況。 ③ 知道工件的工作過程和該工件的具體技術要求。 ④ 分析所用測量工具的精度水平，以及工具和輔助工具的類型和規(guī)格等。 1.4.2 確定夾具的結構方案 ① 確定加工的定位原理，確定工件的定位方法，并選擇定位元件。 ② 工件夾緊方案的確定及夾緊機構的設計。 ③ 設計夾具的其他部件，如導向元件。 ④ 協(xié)調(diào)零件和設備的布局，確定夾具的整體尺寸及結構。 1.4.3 夾具的精度校核 在夾具設計的制定結構方案時，應對夾具方案的精度進行分析和估計。在完成總夾具圖的設計后，應根據(jù)夾具的相關部件的匹配性和技術要求進行重新檢查。 ① 定位誤差的計算及校核； ② 夾緊力的計算及校核； ③ 夾具剛度的校核。 1.5 本章小結 本章從實際出發(fā)，介紹了本課題研究的內(nèi)容、目的及意義，也從國內(nèi)外的發(fā)展趨勢來定位該夾具設計的重要性，同時，還介紹了汽車發(fā)動機缸蓋。最后，給出了本論文的結構及內(nèi)容。 2 加工零件的分析 2.1 汽車發(fā)動機缸蓋結構及工藝分析 汽缸蓋是汽車發(fā)動機的重要組成部分。它的結構很復雜，有凸輪軸安裝在頂部。汽缸蓋的兩側是進氣口和排氣管。從圖 1-1 可以看出，發(fā)動機缸蓋對發(fā)動機功率和性能的影響非常顯著。當氣缸蓋運轉時，燃燒室內(nèi)的氣體燃燒，釋放出大量的熱量，溫度可達 1100℃。高溫熱沖擊在氣缸蓋和氣缸體之間的連接處直接產(chǎn)生 7MPa 或更大的壓力。因此，在發(fā)動機的整個運轉過程中，氣缸蓋一直處于高溫狀態(tài)，并受到大的熱沖擊。從缸蓋鑄造結構的角度來看，形狀各不相同，內(nèi)腔結構比較復雜。 隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我們對能源的需求不斷增加，資源越來越少。開發(fā)一個效率高、油耗低、污染少的發(fā)動機也不失為一種措施。為了降低油耗，氣缸蓋向重量輕， 高精度，高強度，高韌性和復合方向發(fā)展。鋁合金的應用是汽車工業(yè)的一個重要趨勢， 使用鋁合金不僅可以降低發(fā)動機的質(zhì)量，而且具有良好的散熱性能，對發(fā)動機的使用壽命具有一定的好處。然而，氣缸蓋的生產(chǎn)過程需要大量的生產(chǎn)機床。由于種種原因， 中國的制造技術還不是很先進，這也制約了氣缸蓋的生產(chǎn)。 發(fā)達國家的發(fā)動機制造技術已相當成熟，多年來一直領先中國。（FMS）生產(chǎn)線等先進的生產(chǎn)工藝，不僅使材料更輕，重量更輕，質(zhì)量也越來越高。中國是汽車銷售的大國，因而，汽缸蓋的生產(chǎn)和研發(fā)具有重要的意義。 2.1.1 缸蓋功用 汽車發(fā)動機的汽缸蓋是發(fā)動機的重要組成部分。如圖 2-1 所示。它位于發(fā)動機的上部，其底部平面經(jīng)襯墊用螺栓固定在缸體頂面上，主要功能如下： ① 關閉氣缸的上部，形成燃燒室。 ② 作為上氣門發(fā)動機的氣門機構，兼進氣管和出口管的裝配底座。 ③ 缸蓋內(nèi)設有冷卻水路，底面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔連通，以冷卻燃燒室等高溫部件。 2.1.2 結構特點 由以上的敘述可知，汽缸蓋應具有足夠的剛度和強度。汽缸蓋與氣缸墊的結合應具有良好的密封性，進氣和排氣通道應使流動阻力達到最小，而且汽缸蓋應冷卻可靠， 保證安裝在汽缸蓋上的部件可靠的工作；缸蓋一般為六面體，具有多孔薄壁，并帶有閥座，閥管孔。 2.1.3 工藝性分析 氣缸蓋的頂面，底面和排氣管的組合是高精度的大面積表面。因此，在處理這些大面積表面時應注意處理加工順序的合理安排和有效的熱處理。 作為頂面的汽缸蓋的上表面要求高精度，因此，可以先進行粗銑，然后進行半精加工。 汽缸蓋的底面要求較高精度，位置度為 0.4mm，可以先進行粗銑，然后在精加工后進行其他精加工操作。 氣缸蓋上的閥座孔，管孔和凸輪軸孔都是交錯孔，需要注意協(xié)調(diào)加工工序。其定位精度，表面粗糙度和尺寸精度都非常嚴格。因此，這些高精度孔加工工藝是氣缸蓋加工的核心工藝。 進排氣門的表面粗糙度為 0.8um，孔軸線平行度為 0.05 毫米，圓柱度為 0.01 毫米?？上韧瓿纱帚姡缓缶?，最后研磨。氣缸蓋的主油孔需要很高的加工精度并且 屬于深孔加工，加工時需使用專用機床進行加工。 2.2 零件加工技術要求及工藝流程設計 該缸蓋大批量生產(chǎn)，材料為壓鑄鋁合金 ZAlSi5Cu1-Mg，機械性能良好。 2.2.1 基準的選擇 定位基準的選擇是制造過程中要解決的首要問題。 （1）粗基準的選擇 ① 如果首先保證工件某個重要表面，則應選擇該表面作為粗基準。 ② 粗基準面應光滑，無裂縫、冒口、翻邊等缺陷。 ③ 粗基準只能使用一次，以避免較大的位置誤差等。 （2）精基準的選擇精基準的選擇原則 ① 要盡量利用設計基準作為定位基準。 ② 統(tǒng)一基準原則； ③ 互為基準原則，反復加工的原則； ④ 自為基準原則。 精基準可選擇了一面兩銷定位法，可選擇底面和兩個對角孔。 2.2.2 加工階段的劃分 當零件的質(zhì)量要求較高時，整個工序必須分為以下幾個階段。 ① 粗加工階段。 ② 半精加工階段。 ③ 精加工階段。 ④ 光整加工階段。如果工件表面粗糙度小且工件精度要求高，需要對其進行光整加工。光整加工階段的目的主要是為了降低零件的表面粗糙度，以此來提高零件的尺寸精度。 2.2.3 加工順序的安排 （1）切削加工順序 ① 先粗后精。 ② 先主后次。 ③ 先基面后其他。 ④ 先平面后孔。 ⑤ 為了保證加工質(zhì)量，一些零件必須在最終裝配過程進行加工。 （2）熱處理工序 汽缸蓋由鑄鋁合金制成。由于鑄造后的殘余應力，其機械性能仍不理想，需要熱處理。 對于鋁合金，淬火后硬度和強度不會明顯立即增加。塑性不僅不降低，而且還會上升，但強度和硬度都會顯著增加，并且可塑性在一段時間內(nèi)會顯著下降。淬火后， 鋁合金的強度和硬度隨時間顯著增加。老化可發(fā)生在室溫下，稱為自然老化。 缸蓋采用鑄鋁合金 ZAlSi5CuL-Mg 缸蓋工作，耐高溫，必須經(jīng)熱處理淬火，加熱至 525°C，淬火水溫度為 60?100°C;然后老化處理，加熱至 240°C，保溫 3?5H， 然后冷卻至空氣中。 （3）輔助工序 零件加工完成后，正確的檢查操作可以提高產(chǎn)品的合格率。其中，輔助工藝包括包裝，清潔，表面處理，去毛刺，氣密性測試等。 如圖 2-2 所示，汽車發(fā)動機的工藝過程 圖 2-2 汽車發(fā)動機缸蓋的加工工藝 2.3 本章小結 本章對加工零件進行相關分析，從結構、材料、加工機床以及工藝性方面了解零件的相關技術要求，為缸蓋主油道孔鉆削夾具的設計做出前期準備。 3 定位裝置的設計 3.1 工件定位的基本原理 3.1.1 六點定位原理 如圖 3-1（a）和 3-1（b）所示，空間中的工件位置是任意的，雜亂無章的，也 ? ? ? 就是說，他可以圍繞 Ox、Oy 和 Oz 的三個軸旋轉，稱為旋轉自由度“ x 、y 、 z ”； 同時，它可以沿著 Ox、Oy 和 Oz 的三個軸移動，稱為移動自由度“???、???、???”[1]。因而工件有六個自由度。如果工件缺少任何一個自由度限制，這都會使工件的位置無法確定下來。當然，對于工件的定位來說，有時候是可以缺少某一個自由度的 3-1(a) 矩 形 工 件 3-1（b） 圓 柱 形 工 件 在分析工件的定位時，自由度通常取決于支撐點的約束條件和約束個數(shù)，再通過確定與工件對應的定位方式就可以完全限制工件的六個自由度，工件在夾具中的位置關系也就完全確定，即六點定位原理[1]。 例如，在圖 3-2 所示的零件中，其形狀為矩形時，當需要銑削半封閉矩形鍵槽時， 為了確保加工尺寸 A，可以在圖 3-2 所示的底部設置三個非共線支撐點 1,2,3。就可限 ? ? ? 制工件的三個自由度： ?? 、?? 、???；為了保證 B 尺。使用兩個支撐點 4, 5、約束?? 、???。 為了保證 C 大小，用一個端面支承點 6，就可將 X 限制，這樣工件的六個自由度就全 部受到了約束，從而實現(xiàn)了完全定位，也稱為六點定位。在一些特定的夾具中，支撐點可通過定位元件實現(xiàn)代替。 圖 3-2 零件 1 圖 3-3 零件 2 對于圓柱形工件，如圖 3-3 所示，可在外圓柱的外表面上設置四個支撐點，用支 撐點 2 放置于側槽，并在端面處設置一個支撐點，這樣就限制了?、???、??? ? ? ??? ?? 、?? 、?? 、 六個自由度，實現(xiàn)工件的定位。為了在圓柱形表面上設置四個支撐點，通常使用 V 形塊，如圖 3-3 所示。 3.1.2 工件定位中的約束分析 工件根據(jù)工件在夾具中的限制情況，工件定位的類型可分為以下 4 種： （1） 完全定位 我們稱之為“完全定位”是指工件的六自由度，不受重復約束。也就是說，工件的六個自由度都分別受到相應支撐點的約束。 （2） 不完全定位 例如，如圖 3-4 所示，通過機床加工通孔，根據(jù)加工要求，不需要限制“??? ? 、?? ” 兩個自由度，所以可以利用三爪自定心卡盤定位就可達到加工要求?？梢?，當工件位于機床上時，應根據(jù)加工要求確定定位方式。不完全定位方法簡化了夾具結構，減輕了夾具的重量。 （3） 欠定位 根據(jù)工件加工要求，應限制的自由度并沒有完全限制，這種定位方法稱為欠定位。如果在圖 3-3 所示的工件中沒有側面支撐 2，就會使工件發(fā)生旋轉趨向；如果沒有設置側面兩個定位支撐點 4 和 5，工件上的尺寸和工件槽側的垂直度就不能保證。 （4） 過定位 夾具上設置兩個或兩個以上的定位元件來限制了工件的同一個自由度，這種現(xiàn)象稱為過定位[1]。但有時也在工件和夾具精度比較高的情況下，采用過定位的方法來提高定位和夾緊的剛度，例如在齒輪坯加工過程中就有用到。 3.1.3 工件定位中的定位基準 （1） 定位基準的基本概念 一般情況下，一旦選擇了工件的定位基準，就確定了工件的位置，也就選擇了工件的定位方法。定位方法的選擇直接關系到工件的精度。 （2） 定位基準的分類 根據(jù)定位基準所約束的自由度數(shù)，可將其分為以下幾類： ① 主要定位基準面。 ② 導向定位基準面。 ③ 雙導向定位基準。 ④ 雙支承定位基準面。 ⑤ 止推定位基準面。 ⑥ 防轉定位基準面。 根據(jù)六點定位原理，本次夾具設計選取發(fā)動機缸蓋的底面作為第一定位基準面， 側面作為第二地位基準面。又因為該發(fā)動機缸蓋是通孔，因而采取不完全定位的方式， 即沒有第三定位基準面。這樣既可減輕夾具的重量又可簡化夾具的結構。如圖 3-5 所示。 圖 3-4 機床加工通孔 圖 3-5 工件定位基準 3.2 工件的定位方法及其定位元件 為了將工件定位在夾具中，我們必須首先選擇正確的定位基準，然后通過分析工件的重量及形狀，選擇適當?shù)亩ㄎ辉? 3.2.1 對定位元件的基本要求 夾具設計對定位元件有以下的基本要求： ① 限位基面應有足夠高的精度。 ② 限位基面應有良好的耐磨性。 ③ 支承元件應有足夠的強度和剛度。 ④ 定位元件應有良好好的工藝性。 ⑤ 清除切屑應便捷。 3.2.2 常用定位元件所能約束的自由度 常用定位元件，可按工件定位基準面分為以下 3 類： ① 用于平面定位的定位元件； ② 用于外圓柱面定位的定位元件； ③ 用于孔定位的定位元件； 常用定位元件所能約束的自由度可參考相關文獻，如參考文獻中的《簡明機床夾具設計手冊》。 3.2.3 常用定位元件的選用 （1） 工件以平面定位如表 3-1 所示。 當支撐釘與夾具孔的配合是 H7/n6 或者 H7/r6；如果需要定期更換支撐釘，可增加襯套，襯套和夾具的外徑也使用 H7/n6 或者 H7/r6，內(nèi)徑和支撐釘為 H7/JS6。支撐板用螺釘固定在夾具上。如果力較大或支撐板有移動趨勢，則應增加定位銷來固定。當使用兩個以上的支撐板時，應在裝配后進行磨平，以確保高度相等。 （2） 工件以外圓柱定位 如表 3-2 所示。 V 塊工作面的角度通常為 60 度、90 度和 120 度。最常用的類型是 90 度 V 塊。大直徑的軸和曲軸不容易被整個圓孔定位，而采用半圓定位。 表 3-1 常用定位元件的選擇（a） 定位情況 選用的定位元件 當使用較小的平面作為基面時 選擇平頭支撐釘 當基面不是平的或粗糙表面定位時 選擇圓頭支撐釘 基面定位面積大、平面精度高時 通常選擇支撐板 當用于側表面或頂表面定位時 選擇沒有斜槽的支撐板 定位基準是底部時 選擇帶有傾斜槽的支撐板 以粗糙平面、環(huán)形平面和臺階平面用于基準面定位時 選擇一個自由度的自定位支撐元件 以毛坯面作為基準平面 可按定位面質(zhì)量和面積大小選用圓頭可調(diào)支承、錐頂可調(diào)支撐和網(wǎng)狀平頭可調(diào)支撐 作為定位元件 當定位基準需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時 選擇輔助支撐作為輔助定位元件 表 3-2 常用定位元件的選擇(b) 定位情況 選用的定位元件 當工件對稱性要求較高時 可用 V 塊定位 當工件的定位精度較高時 可以使用定位套筒或半圓定位座 當工件的圓柱形表面需要加工時 可以用錐形孔定位 （3） 工件以內(nèi)孔定位如表 3-3 所示。 表 3-3 常用定位元件的選擇（C） 定位情況 選用的定位元件 工件上需要定位的孔比較小時 通常選用定位銷 在盤類、套類零件的磨削和齒輪加工中 通常選用心軸定位 當工件定心精度要求較高，而軸向基準位移沒有太大限制時 通常采用錐度心軸定位 （4） 工件以特殊表面定位 通常情況下，工件定位為 V 形導向面，工件定位為燕尾導向面，工件以漸開線齒面定位。 （5） 組合表面定位 上面提到的大多數(shù)定位方法是基于“單一表面”的，但實際上也可以“用工件的兩個或更多個幾何表面定位”即通過組合表面定位。 本夾具以平面作為定位基準，并且是以已加工面作為定位基準，加工精度比較高， 由于缸蓋多孔的存在，定位面積比較小，故定位元件可選用平頭支承釘和網(wǎng)狀支承釘。 那么第一基準面和第二基準面可選擇的方案為：平頭支承釘和平頭支承釘、平頭支承釘和網(wǎng)狀支承釘、網(wǎng)狀支承釘和網(wǎng)狀支承釘、網(wǎng)狀支承釘和平頭支承釘。顯然，網(wǎng)狀支承釘放在第一基準面是不合適的，磨損比平頭支承釘嚴重。而為了減少零件的種類， 確定選擇平頭支承釘和平頭支承釘，即缸蓋的底面是三個不共線的平頭支承釘，側面也采用兩個相平的平頭支承釘。本論文到這里，定位元件也就確定了下來。 定位元件如圖 3-6 所示。 圖 3-6 定位元件 3.3 定位誤差分析與計算 由于一批工件在同一個夾具上先后進行定位，但是每個工件的尺寸大小不一，因此各個工件在夾具中的位置并不是完全相同的。如果各個工件在夾具中占據(jù)的位置不相同，則加工制造出的工件的尺寸必不完全相同，因此會產(chǎn)生加工誤差。該誤差僅與工件的位置有關，稱為定位誤差???。 加工工件時出現(xiàn)錯誤的原因是多方面的。因此，為了確保達到要求的加工精度， 根據(jù)參考文獻[1]可知“一般定位誤差不大于工件加工公差的 1/5 至 1/3”。 即 ， ???≤ (1/5~1/3)?? （3-1） 式中 ???-------------定位誤差，單位 mm； T -------------工件的加工誤差，單位 mm。 3.3.1 定位誤差產(chǎn)生的原因 根據(jù)參考文獻[1]可知：定位誤差產(chǎn)生的原因有：一是定位基準與極限位基準的 不一致引起的基準位移誤差；二是定位基準與工藝基準不一致引起的基準不重合誤差。 （1） 基準位移誤差???。由于定位副之間的的制造或配合不準確所造成的誤差，稱 為基準位移誤差???。 （2） 基準不重合誤差???。此時除了有基準不重合誤差???外，還有基準位移誤差???。 3.3.2 定位誤差的計算 （1） ???= 0，???≠ 0時，只需要計算出基準位移誤差???即可， 即 ， ???= ??? （3-2） （2） ???≠ 0，???= 0時，只要計算出基準不重合誤差???即可， 即 ， ???= ??? （3-3） （3） ???≠ 0，???≠ 0時，定位誤差可以表示為基準不重合誤差???和基準位移誤差 ???的矢量和， 即 ， ???= ??? + ??? （3-4） 本夾具中，不存在基準不重合誤差，即DB = 0 ，采用的是平面作為定位基準，故基準位移誤差DY = 0 ；則由以上敘述可知，本夾具的定位誤差為DD = 0，滿足設計要求，符合設計目標。 3.4 本章小結 本章主要著眼于夾具的定位及定位誤差的計算。以六點定位原理為基礎，可以通過參考相關文獻來選定定位基準以及定位方法，進而能夠確定定位元件，最后計算定位誤差。 4 夾緊裝置的設計 在加工制造工件的過程中，工件將會受到各種外力的影響。為了確保在這些外力的作用下，工件仍然能夠保持工件在夾具中的位置，在夾具結構的設計中，必須設計某些夾緊元件使工件能夠牢牢夾緊工件以便進行切削、鉆孔等操作。同時，夾緊裝置還可使工件不會產(chǎn)生振動及位移。 4.1 夾緊裝置的組成及其設計原則 我們所謂的夾緊裝置是指在工件定位后，能夠固定工件并在加工過程中始終保持工件位置不變的裝置。 4.1.1 夾緊裝置的組成部分 夾緊裝置的組成如圖 4-1 所示，由以下 3 部分組成。 （1） 夾緊元件 如圖 4-1 所示，壓力板就是夾緊元件。 （2） 動力源裝置 如圖 4-1 所示的氣缸就是是氣動動力源。 （3） 傳力機構 如圖圖 4-1 所示的杠桿是力傳遞機構。 圖 4-1 夾緊裝置的組成 1---氣缸 2---杠桿 3---壓板 4.1.2 夾緊裝置的設計原則 夾緊裝置的設計具有以下幾個原則： （1）工件不移動、不變形、不振動原則。 （2）安全可靠原則。 （3）經(jīng)濟實用原則。 （4）在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結構力求簡單； 4.1.3 夾緊機構設計要求 夾緊機構是一個完整的結構，它可以產(chǎn)生一定的夾緊力夾緊工件，并確保夾緊點的位置不變。夾緊機構的設計通常具有以下要求。 （1） 可浮動。 （2） 可聯(lián)動。 為了實現(xiàn)同時或順序的夾緊力和簡單的操作，各種連桿機構被廣泛用于設計中。。 （3） 可增力 為了減少動力源產(chǎn)生動力，在夾緊機構中經(jīng)常使用增力機構。 （4）可自鎖 為了適應自動化的要求，如圖 4-2 所示，本夾具采用液壓缸的夾緊方式。 圖 4-2 夾緊裝置 4.2 夾緊力的確定 4.2.1 確定夾緊力的基本原則 （1） 夾緊力的方向 夾緊力的方向選擇時必須遵守以下準則： ① 夾緊力的方向應保持穩(wěn)定，主夾緊力應與主定位基面的方向一致。 ② 夾緊力的方向應盡可能減小夾緊力。 ③ 夾緊力的方向應能夠利于提高工件的剛性。 （2）夾緊力的作用點 ① 夾緊力的應盡可能落在定位元件的支承范圍內(nèi)，如布置在支撐元件的周圍。 ② 夾緊力的作用點應盡可能選在工件剛性較好的部位，例如壁厚較大的部位。 ③ 夾緊力的作用點應靠近加工表面。 （3） 夾緊力的大小 夾緊力大小應適中。夾緊力太小，夾緊不可靠，工件在加工過程中可能會移位和破壞位置，甚至可能發(fā)生安全事故。夾緊力過大將導致工件變形，影響加工精度。 當夾緊力由估算方法確定時，先通過靜力平衡計算出理論所需的夾緊力，然后再乘以安全系數(shù) K 即可。 即 ， ?????? = ?????? （4-1） 式中 ??????---------------合適的夾緊力，單位 N； ????----------------理論夾緊力，單位 N； K ----------------安全系數(shù)。 我們在粗略計算時，粗加工一般取K = 2.5~3，精加工取K = 1.5~2。 （4） 減小夾緊變形的措施 ① 增加輔助夾緊點和輔助支承。 ② 散布著力點。 ③ 擴大壓緊件接觸面積。 ④ 巧妙利用對稱變形。 4.2.2 夾緊力及鉆削力矩的計算 在本夾具中，根據(jù)? 簡明機床夾具設計手冊 ?單邊鉆削力 F 可以用下式表示， 即 ， ???? = 309????0.8???? （4-2） 式中 ????-----------------軸向切削力，單位 N； d ------------------鉆頭直徑，單位 mm； f -------------------每轉進給量，單位 mm； ????----------------修正系數(shù)，由于是鋁合金，可取????=1.0 又 d=10mm，f=0.8mm。 即 ， ???? = 309 × 10 × 0.80.8 × 1.0 = 2584.82?? （4-3） 可以看出鉆削力是比較大的，又在槍鉆機床上用兩邊同時進給的方式，則兩邊的鉆削力可相互抵銷，綜合下來鉆削力減少為 0。則在平行于鉆削軸線的方向不需要夾緊裝置，另一方面也減化了夾具結構，符合設計原則。 本夾具中，根據(jù)? 簡明機床夾具設計手冊 ?單邊鉆削力矩 M 可用下面的公式表示， 即 ， M = 0.12??2??0.7???? （4-4） 式中 M -----------------切削力矩，單位N ? m； D ------------------鉆頭直徑，單位 mm； F -------------------每轉進給量，單位 mm； ????----------------修正系數(shù)，由于是鋁合金，可取????=1.0 又 d=10mm，f=0.8mm。 即 ， M = 0.12 × 102 × 0.80.7 × 1.0 = 10.26?? ? ?? （4-5） 可見，鉆削力矩 M 是比較小的，又缸蓋重 30kg，缸蓋完全可根據(jù)自身重力抵銷鉆削產(chǎn)生的力矩，但是為了提高工藝系統(tǒng)的剛性，以及保證工件定位不被破壞?？稍诟咨w側面和頂面分別增加一個液壓缸，作為夾緊裝置。如圖 4-3 所示。 圖 4-3 夾緊裝置示意圖 4.3 本章小結 本章主要確定夾緊裝置的結構。從夾緊裝置的構成、設計原則、設計要求以及基本原則，確定夾緊力的大小、方向和作用點；然后通過分析選定夾緊方式和夾緊元件； 最后確定夾緊機構。 5 夾具體及引導裝置設計 5.1 夾具體的設計 夾具體是將夾具上的各種裝置和部件連接在一起的基座構件。在加工過程中，一些碎屑將落在夾具體上。因此，當設計夾具具體時，必須考慮到該結構應該有利于碎屑的清除。此外，設計還必須仔細考慮具體結構的可操作性、運輸、經(jīng)濟性和便攜性。 5.1.1 夾具設計的基本要求 夾具是夾具的基本組成部分，其設計應滿足以下要求。 ① 應有適當?shù)某叽绶€(wěn)定性和精度。 ② 應有足夠的的剛度和強度。 ③ 應有良好的結構使用性和工藝性。 ④ 應有利于排屑。 ⑤ 在機床上安裝應穩(wěn)定、可靠。 5.1.2 夾具體外形尺寸的確定 由于夾具制造屬于單件生產(chǎn)，一般采用基于經(jīng)驗類比法的類比夾具結構進行設計， 一般不進行復雜計算。事實上，在繪制通用夾具圖的過程中“通常根據(jù)工件、定位元 件、夾緊裝置、刀具導向元件等輔助機構和裝置的總體結構”來確定夾具體的形狀及 尺寸。如表 5-1 所示，就是通過先輩得出的一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 表 5-1 夾具體結構尺寸的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 夾具結構部分 經(jīng)驗數(shù)據(jù) 夾具體壁厚 h 15mm~25mm 夾具體加強筋厚度 （0.7~0.9）h 夾具體加強筋高度 不大于 5h 夾具體壁與壁連接的鑄造圓角 1 1 R = ( ~ ) (? + ?2) 5 10 1 式中：? 和? 為圓角相連處的壁厚 1 2 夾具體如圖 5-1 所示。 圖 5-1 夾具體 5.2 引導裝置的設計 導向裝置用于鉆孔和鏜孔引導刀具。主要部件是鉆套和襯套。借助導向元件，可以提高孔的尺寸精度，幾何精度和位置精度。 5.2.1 鉆套的基本類型 （1） 固定鉆套 鉆套直接壓在鉆模上，如圖 5-2 所示。 圖 5-2 固定鉆套 圖 5-3 可換鉆套 （2） 可換鉆套 鉆套裝在襯套中，如圖 5-3 所示。 （3） 快換鉆套 其結構與可換鉆套相似；如圖 5-4 所示。 圖 （4） 特殊鉆套 當工件的結構形狀比較“怪異”而不適合采用標準鉆套的時侯，如在一些斜面鉆與斜面不垂直的孔或是采用組合的鉆套加工多空或不同深度的時候，可自主設計與工件相對應的鉆套，如圖 5-5 所示。 對于鉆削來說，對于較難排屑的工件排屑空間 h 較大，較容易拍屑的工件排屑空間 h 較小。 即， ① 對鉆削較難排屑的（如鋼件）， h = (0.7 ~ 0.15)d 。 ② 對鉆削較易排屑的(如鑄鐵)， h = (0.3 ~ 0.7)d 。 圖 5-5 特殊鉆套 5.2.2 鉆套的尺寸公差 在鉆孔時位置精度和尺寸精度由導向套和導套之間的位置精度和導套的精度來保證[1]。 根據(jù)相關資料，若已知導套內(nèi)徑的基本尺寸是工具的最大極限，其公差是根據(jù)基 軸制設置的；鉸接孔、鉆孔或粗鉸孔通常使用 G6 或 G7。如果刀具不被切削部分引導， 而是由圓柱形部分引導，則也允許使用基孔的 G6、F6、G5 和孔 H7。 導套內(nèi)外同軸度不應超過 0.005mm。 導套的內(nèi)徑偏差如表 5-2 所示。 表 5-2 導套的內(nèi)徑偏差 導套類型 配合類 別 孔偏差 工具的名義尺寸 >1~3 >3~6 >6~10 >10~18 >18~30 >30~50 >50~80 鉆孔用導套 F8 上偏差 +0.022 +0.027 +0.033 +0.040 +0.050 +0.060 +0.070 下偏差 +0.008 +0.010 +0.013 +0.016 +0.020 +0.025 +0.030 G 7 上偏差 +0.013 +0.017 +0.021 +0.025 +0.030 +0.035 +0.042 下偏差 +0.003 +0.004 +0.005 +0.006 +0.008 +0.010 +0.012 1 號擴孔鉆用導 套 F8 上偏差 — — -0.137 -0.170 -0.020 -0.230 -0.280 下偏差 — — -0.157 -0.194 -0.230 -0.265 -0.32 G 7 上偏差 — — -0.149 -0.185 -0.220 -0.255 -0.308 下偏差 — — -0.165 -0.204 -0.242 -0.280 -0.338 2 號擴孔鉆用導 套 F8 上偏差 — — +0.093 +0.110 +0.130 +0.160 +0.190 下偏差 — — +0.073 +0.086 +0.100 +0.125 +0.150 G 7 上偏差 — — +0.081 +0.095 +0.110 +0.135 +0.162 下偏差 — — +0.065 +0.076 +0.088 +0.110 +0.132 鉸 H10 孔用導套 （粗 鉸） F8 上偏差 +0.052 +0.063 +0.077 +0.093 +0.113 +0.135 +0.160 下偏差 +0.038 +0.046 +0.057 +0.069 +0.083 +0.100 +0.120 G 7 上偏差 +0.043 +0.053 +0.065 +0.078 +0.093 +0.110 +0.132 下偏差 +0.033 +0.040 +0.049 +0.059 +0.071 +0.085 +0.102 鉸 H9 孔用導套 F8 上偏差 +0.037 +0.046 +0.056 +0.066 +0.084 +0.098 +0.115 下偏差 +0.023 +0.029 +0.036 +0.042 +0.054 +0.063 +0.075 G 7 上偏差 +0.028 +0.036 +0.044 +0.051 +0.064 +0.073 +0.087 下偏差 +0.018 +0.023 +0.028 +0.032 +0.042 +0.048 +0.057 鉸 H7 孔用導套 F8 上偏差 +0.021 +0.027 +0.034 +0.040 +0.048 +0.057 +0.066 下偏差 +0.011 +0.014 +0.018 +0.021 +0.028 +0.032 +0.136 G 7 上偏差 +0.018 +0.022 +0.027 +0.032 +0.038 +0.047 +0.053 下偏差 +0.011 +0.014 +0.018 +0.021 +0.025 +0.031 +0.034 注：1. 1 號擴孔鉆用于鉸孔前擴孔；2 號擴孔鉆用于 H11 級精度的最后加工。 根據(jù)加工要求和設計要求，鉆套端部與工件表面間的距離根據(jù)參考文獻中的《簡明夾具設計手冊》可知，鉆套端部與工件表面間的距離為 h = (0.7 ~ 1.5)d ，其中，d 為鉆頭直徑，即 d=10mm，則 h 可取h = 0.8 ′10 = 8mm ，鉆套如圖 5-6 所示。 5.3 本章小結 夾具體及引導裝置的設計也是一項非常重要任務。夾具體和引導裝置可以很好的保證加工精度，減少誤差。本章根據(jù)加工要求，得出了以上所述的設計結構。 以上的重要零件設計完成后，根據(jù)相關尺寸配合得到如下的夾具，如圖 5-7 所示。 圖 5-6 鉆套 圖 5-7 夾具總裝示意圖 6 設計總結 本次設計的缸蓋主油道孔鉆削夾具應用于發(fā)動機缸蓋主油道孔的鉆削工作。本夾具的設計充分的利用了本科所學的知識，進一步將理論知識與實踐相結合，拓寬了自身的文化視野，提高了動手能力和思考能力。 眾所周知，機床夾具在機械的加工過程中發(fā)揮著十分重要的作用，是現(xiàn)代機械加工的切實可行之路。歸納起來，主要有：縮