130 粗镗活塞销孔组合机床夹具设计
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江西农业大学毕业设计,粗镗活塞销孔组合机床 专用夹具设计 指导老师:肖怀国 工学院 机制051班 黄建新 20050401,设计任务,为粗镗活塞销孔组合机床设计专用夹具,此专用夹具是为粗镗解放牌活塞销孔工序所设计的夹具。以下是工序简图:,设计思路,一、研究原始资料二、夹具结构的方案制定三、绘制夹具总装图四、绘制夹具零件图,研究原始资料,1、了解活塞零件工作图、结构、材料、技术条件,着重理解活 塞销孔粗镗工序的加工工艺过程。2、了解活塞生产批量和对夹具的需用情况,以确定所采用夹具 的合理性和经济性。3、研究组合机床的主要技术参数、规格、安装夹具的有关连接 部分尺寸。4、了解刀具的主要结构尺寸、制造精度、主要技术条件。5、收集有关夹具零部件标准、典型夹具结构、夹具设计资料。,工件的定位方案,1、活塞结构分析: 活塞是薄壁零件,容易产生变形,且加工工艺路 线又长,若没有一个统一的定位基准,很难达到 所要求的位置精度。 2、定位元件确定: 这里用活塞止口及端面定位,形成“一面一孔”定位。 通过夹具体上表面及短柱销作为定位元件消去5个自由 度,剩下的转动自由度用一根装在尾座套筒中的削边 销插入孔中来位, 从而保证加工余量均匀。,关于刀具的引导,根据机床夹具设计手册关于金刚镗床夹具的 典型例子,其中金刚镗床为刚性主轴,孔的位置精 度主要由主轴与夹具之间正确位置保证,夹具没有 镗套。所以,这里我也效仿这个例子,不用设计镗 套。,夹紧机构,根据活塞结构、工艺条件及 生产批量,设计如图夹紧构每次在夹具体上夹两个工件。,主要夹紧件立体效果图,夹紧机构中的11-压板,夹紧机构中的9-压块,夹具体的结构形式,根据工件、定位元件、夹紧装置总体上的配置以及达到夹具体的设计要求,夹具体的结构如图示,传动方式,因为夹紧件是压板、压块、六角螺母和开口垫圈,所以需要用相应的扳手对六角螺母进行拧紧和拧松。因此,本设计中以操作工人手臂之力作为动力源利用选定的扳手通过夹紧机构来实现夹紧工作。,原动力计算,Me=Wk【rtg1+rztg(+2)】/0(N.mm) =484.7(N.mm) (其中Wk=450.4N,实际所需夹紧力,其它系数值查夹具 设计手册) 初选螺纹公称直径为10(mm)的螺栓,查得其许夹 紧力为3924(N),加在螺母上的夹紧扭9.320(N.mm) M10的许用夹紧力=3924450.4(N) M10的螺栓满足强度要求。,扳手和螺栓的选用,当用扳手扳动初选M10螺栓上的六角螺母时,查手册得: 手柄长度L=120(mm),作用力为45(N),而夹紧力为3550(N),远大于450.4(N)。 所以,用M10的螺栓,并用扳手长度L=120(mm)的扳手的方案符合要求。,专用夹具装配立体效果图,结束语,衷心祝全院老师身体健康,工作顺利! 谢谢!,江西农业大学毕业设计,粗镗活塞销孔组合机床 专用夹具设计 指导老师:肖怀国 工学院 机制051班 黄建新 20050401,设计任务,为粗镗活塞销孔组合机床设计专用夹具,此专用夹具是为粗镗解放牌活塞销孔工序所设计的夹具。以下是工序简图:,设计思路,一、研究原始资料二、夹具结构的方案制定三、绘制夹具总装图四、绘制夹具零件图,研究原始资料,1、了解活塞零件工作图、结构、材料、技术条件,着重理解活 塞销孔粗镗工序的加工工艺过程。2、了解活塞生产批量和对夹具的需用情况,以确定所采用夹具 的合理性和经济性。3、研究组合机床的主要技术参数、规格、安装夹具的有关连接 部分尺寸。4、了解刀具的主要结构尺寸、制造精度、主要技术条件。5、收集有关夹具零部件标准、典型夹具结构、夹具设计资料。,工件的定位方案,1、活塞结构分析: 活塞是薄壁零件,容易产生变形,且加工工艺路 线又长,若没有一个统一的定位基准,很难达到 所要求的位置精度。 2、定位元件确定: 这里用活塞止口及端面定位,形成“一面一孔”定位。 通过夹具体上表面及短柱销作为定位元件消去5个自由 度,剩下的转动自由度用一根装在尾座套筒中的削边 销插入孔中来位, 从而保证加工余量均匀。,关于刀具的引导,根据机床夹具设计手册关于金刚镗床夹具的 典型例子,其中金刚镗床为刚性主轴,孔的位置精 度主要由主轴与夹具之间正确位置保证,夹具没有 镗套。所以,这里我也效仿这个例子,不用设计镗 套。,夹紧机构,根据活塞结构、工艺条件及 生产批量,设计如图夹紧构每次在夹具体上夹两个工件。,主要夹紧件立体效果图,夹紧机构中的11-压板,夹紧机构中的9-压块,夹具体的结构形式,根据工件、定位元件、夹紧装置总体上的配置以及达到夹具体的设计要求,夹具体的结构如图示,传动方式,因为夹紧件是压板、压块、六角螺母和开口垫圈,所以需要用相应的扳手对六角螺母进行拧紧和拧松。因此,本设计中以操作工人手臂之力作为动力源利用选定的扳手通过夹紧机构来实现夹紧工作。,原动力计算,Me=Wk【rtg1+rztg(+2)】/0(N.mm) =484.7(N.mm) (其中Wk=450.4N,实际所需夹紧力,其它系数值查夹具 设计手册) 初选螺纹公称直径为10(mm)的螺栓,查得其许夹 紧力为3924(N),加在螺母上的夹紧扭9.320(N.mm) M10的许用夹紧力=3924450.4(N) M10的螺栓满足强度要求。,扳手和螺栓的选用,当用扳手扳动初选M10螺栓上的六角螺母时,查手册得: 手柄长度L=120(mm),作用力为45(N),而夹紧力为3550(N),远大于450.4(N)。 所以,用M10的螺栓,并用扳手长度L=120(mm)的扳手的方案符合要求。,专用夹具装配立体效果图,结束语,衷心祝全院老师身体健康,工作顺利! 谢谢!, 学校代码:10410序 号:20050401本 科 毕 业 设计题目: 粗镗活塞销孔组合机床专用夹具设计 学 院: 工 学 院 姓 名: 黄 建 新 学 号: 20050401 专 业: 机械设计制造及其自动化 年 级: 机制 051 指导教师: 肖 怀 国 二 OO 九年 五 月江西农业大学毕业设计(论文)任务书设计(论文)课 题 名 称粗镗活塞销孔组合机床专用夹具设计学生姓名 黄建新 院(系) 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化指导教师 肖怀国 职 称 副教授 学 历 本科毕业设计(论文)要求:1、要求在完成论文期间,态度端正,积极主动,大量查阅文献资料。2、按时完成毕业设计内容,技术路线准确,可行。3、绘制零件图和装配图,图纸量不少于 1.5 张 A0 图纸。4、完成毕业设计说明书,格式正确,要求字数不少于 6000 字。5、完成电子文档及 PPT 文档,并打印装成册。毕业设计(论文)内容与技术参数:1、粗镗活塞销孔工序简图一张。2、零件生产纲领:大批量。3、要求完成活塞零件粗镗销孔工序的装夹,完成装夹所需夹具的总体设计。毕业设计(论文)工作计划:1、2008 年 1 月2 月:接受毕业设计任务,查阅整理文献资料;2、2009 年 3 月:确定课题设计方案;3、2009 年 4 月:绘制设计图纸及编写设计说明书;4、2009 年 5 月 10 日之前:定稿打印,装配毕业设计答辩。接受任务日期 2009 年 2 月 10 日 要求完成日期 2009 年 5 月 10 日学 生 签 名 年 月 日指导教师签名 年 月 日院长(主任)签名 年 月 日粗镗活塞销孔组合机床夹具设计摘 要根据设计任务书的要求,本设计说明书针对粗镗活塞销孔组合机床的夹具设计进行说明。设计中的专用夹具是为活塞零件的粗镗工序所设计的夹具。此处专用夹具主要包括定位装置、夹紧装置、夹具体及其它装置。设计的主要内容包括研究原始资料,夹具设计初步方案制定,主要零件的设计说明,绘制夹具总装配图,标注尺寸、技术要求、零件编号及编制零件明细表,绘制夹具零件图。设计过程中经过对不同方案的比较,最后确定最优方案。关键词 活塞销孔 夹具结构设计Abstract Book design task in accordance with the requirements, the design specification for rough piston pin hole boring machine-specific description of the fixture design. Dedicated fixture design for the Pistons rough boring parts of the fixture design process. Dedicated fixture here include positioning devices, clamping devices, and other device specific folder. The main elements of design including raw data, the preliminary fixture design program development, the design of the main parts that draw the general assembly jig, mark size, technical requirements, part number and schedule of the preparation of parts, drawing parts diagram fixture. The design process through the comparison of different programs, and finally to determine the optimal program.Keywords: pistons thole hole、 fixture structural design粗镗活塞销孔组合机床夹具设计目 录1 前 言 .32 夹具概述 .43 活塞零件与组合机床概述 .43.1 活塞概述 .43.2 粗镗活塞销孔主要技术条件分析 .63.3 活塞的材料及毛坯制造 .73.4 活塞销孔的机械加工工艺过程的分析 .73.5 机床的主要技术参数以及刀具主要参数 .83.5.1 机床尺寸参数 .83.5.2 机床主要参数计算 .93.5.3 安装夹具连接部分尺寸 .104 粗镗活塞销孔专用机床的夹具设计 .114.1 夹具结构的初步设计方案 .114.1.1 工件的定位方案 .114.1.2 夹具的引导方式 .114.1.3 工件的夹紧机构 .124.1.4 夹具体的设计 .154.1.5 传动方式 .164.2 定位误差分析 .174.3 夹具设计的计算 .174.3.1 原动力计算 .174.3.2 扳手和螺栓的选用 .185 夹具(零件)的公差配合和技术条件 .185.1 夹具公差的制定以及技术条件 .185.2 夹具零件的公差和技术条件 .186 总结 .19参考文献 .20致 谢 .21粗镗活塞销孔组合机床夹具设计1 前 言毕 业 设 计 是 高 等 工 业 院 校 学 生 毕 业 前 进 行 的 全 面 综 合 训 练 , 是 培 养 学 生综 合 运 用 所 学 知 识 与 技 能 解 决 实 际 问 题 的 教 学 环 节 , 是 学 生 在 校 获 得 的 最 后训 练 机 会 , 也 是 对 学 生 在 校 期 间 所 获 得 知 识 的 检 验 。这 次 设 计 的 题 目 是 : 粗 镗 活 塞 销 孔 专 用 机 床 的 夹 具 设 计 。 通 过 设 计 粗 镗活 塞 销 孔 专 用 机 床 的 夹 具 , 培 养 综 合 运 用 所 学 基 本 理 论 , 基 本 知 识 , 基 本方 法 和 基 本 技 能 , 分 析 问 题 和 解 决 问 题 的 能 力 。设 计 的 要 求 : 设 计 方 案 和 计 标 正 确 , 叙 述 清 楚 , 图 纸 符 合 制 图 规 范 。我需学习“机械制造工艺学” , “机床夹具设计” , “组合机床设计” , “机械零件手册”等方面知识和参考资料。根 据 原 始 资 料 及 组 合 机 床 的 技 术 参 数 进 行 设计 夹 具 , 并 绘 制 出 解 放 牌 汽 车 用 铝 活 塞 销 孔 零 件 图 、 专 用 夹 具 总 装 图 、 夹 具零 件 图 。在这次设计中,我明确设计目的,并决定好好把握和利用这踏上工作岗位前的最后一次“演习”机会,仔细查阅资料,精心设计,努力工作,终于完成了这次设计任务,但由于水平和时间有限,设计出专用夹具的总体结构,基本能实现对零件的夹紧工作,并且设计中错误难免,希望老师们批评指正,从而能得到不断的进步。粗镗活塞销孔组合机床夹具设计2 夹具概述机床夹具是在金属切削加工中,用以准确地确定工件位置,并将其牢固地夹紧,以接受加工的工艺装备。在机床上对工件进行加工时,为了保证加工表面相对其它表面的尺寸和位置精度,首先需要使工件在机床上占有准确的位置,并在加工过程中能承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变,前者称为工件的定位,后者称为工件的夹紧,这一整个过程统称工件的装夹。工件的装夹,可根据工件加工的不同技术要求,采用先定位后夹紧或在夹紧过程中同时定位两种方式,其目的都是为了保证工件在加工时相对刀具及切削成形运动(通常由机床所提供)具有准确的位置。工件装夹的方法:在机床上对工件进行加工时,根据工件的精度要求和加工批量的不同,可采用一下两种装夹方法(1)找正装夹法通过对工件上有关表面或划线的找正,最后确定工件加工时具有准确位置的装夹方法。(2)夹具装夹法通过安装在机床上的夹具对工件的定位和夹紧,最后确定工件加工时应具有准确的装夹方法。此法装夹效率高、操作简便和易于保证加工精度,故多在成批或大量生产中采用。夹具的组成: 定 位 元 件 及 定 位 装 置 , 夹 紧 装 置 , 对 刀 及 导 引 元 件 , 夹 具 体 ,其 它 元 件 及 装 置在机械制造批量生产中根据加工工件的工艺要求,合理使用夹具是充分发挥机床的作用,保证产品质量,缩短辅助时间,提高劳动生产率,降低生产成本以及减轻劳动强度的重要生产手段,因此机床夹具在机械制造行业中占有十分重要的地位。3 活塞零件与组合机床概述3.1 活塞概述往复式发动机与压缩机的活塞,是将直线运动变成旋转运动或者将旋转运动转变成直线运动的零件之一。活塞结构如 2-1 图所示,平面 4 称为活塞顶面,它承受气体压力,并受到高温气体的直接作用。活塞顶面 4 与环槽 5 称为活塞头部。四条圆环形的槽 5,其中靠近顶面的三条环槽称为气环槽,在气环槽中放置有弹性的活塞环,用以密封活塞顶粗镗活塞销孔组合机床夹具设计面上部燃烧室里的高温高压气体;离顶面最远的一天环槽称为油环槽,在油环槽哦中放置油杯(或称刮油环) ,把飞溅到汽缸套内壁上多余的润滑油刮去,使油从油环槽的回油小孔 3 中流回曲轴箱。活塞下部无环槽部分 1 为活塞裙部,活塞裙部在活塞工作过程中起导向作用。活塞中间的贯穿通孔 7 称为活塞销孔,活塞销孔的两端有锁环槽 6,安装挡圈限制活塞销的轴向窜动。8 是短圆柱面与圆锥面的组合部分,称为活塞止口,是为加工活塞而设置的辅助精基准面,在活塞工作过程当中不起作用。1- 活塞裙部 2-活塞头部 3-回油小孔 4-活塞顶面5-环槽 6-锁环槽 7-活塞销孔 8-活塞止口图3-1 活塞简图活塞在汽缸里承受高温、高压气体的压力,并将压力经连杆传给曲轴,驱动发动机运转,或将曲轴的旋转压力经连杆、活塞而压缩气体,即空气压缩机。活塞结构如图。因工作过程中受力与受热的影响,活塞裙部将产生如图所示的变形。由于金属分布在活塞销轴方向的刚度小于垂直该方向的刚度,因此在顶面气体压力的作用下,沿活塞销轴向变形量大;同时顶面受高温影响产生热膨胀,而圆周方向金属分布不均,销孔轴线方向金属多,热膨胀量大,也形成销孔轴线方向的膨胀量大于其垂直方向,如 2-2 图所示。若裙部原来呈圆形,则受力,受热后的变形结果使裙部变成椭圆形,两项叠加总是使销轴方向为椭圆长轴,垂直销轴方向为椭圆短轴,这样活塞与汽缸套的间隙,在长轴方向减少甚至消失,容易发生强烈摩擦甚至“咬死” 。为了补偿上述变形,应将活塞裙部设计制造成椭圆形,椭圆的长轴在垂直于活塞销轴的方向,并在活塞裙部销轴附近铸造出两块凹坑,增加裙部与汽缸套内壁的间隙。124567粗镗活塞销孔组合机床夹具设计此外,顶面热量由上向下传递,温度场上面高下面的,热膨胀不均,因此活塞因制成锥形,头部小,裙部大;裙部也带有锥度,大端在下方。(a)受力变形图 (b)受热变形图图 3-2 活塞变形示意图为了进一步减少热传导,有的活塞还铣有横槽和纵向斜槽,以使热变形在开槽处不能连续而减少热变形量。但铣槽增加了工序,且降低了活塞的刚性和强度,现在这种活塞的应用正在逐步减少,而采用改进活塞材料,改进活塞裙部椭圆形状的方法,以补偿热变形误差。3.2 粗镗活塞销孔主要技术条件分析粗镗活塞销孔工序所保证的尺寸、形状位置公差中,查互换性与测量技术基础可知:1、粗镗所能够达到的精度等级为 IT ;1022、销孔圆度和圆柱度不大于 0.05mm,公差等级为 级;123、销孔对称度不大于 0.02mm,公差等级为 级;784、销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度在 100mm 长度上公差为 0.35mm;5、销孔轴心线在裙部轴心线的对称度不大于 0.2mm。由于是粗镗,尺寸和形位公差采用标注形位公差和尺寸公差相互关系的基本公 差原则“独立原则” ,即在图样上给出的尺寸公差和形位公差各自独立,应分别满足要求的公差原则。对于粗镗,可以允许有退刀痕迹,退刀痕迹是由于在刀杆的自重下使刀具下垂一定量而在加工是产生的。下图 3-3 为工序简图:粗镗活塞销孔组合机床夹具设计 120270-.54图 3-3 粗镗活塞销孔工序简图3.3 活塞的材料及毛坯制造在 汽 油 发 动 机 和 高 速 柴 油 机 中 , 为 了 减 少 往 复 直 线 运 动 部 分 的 惯 性 作 用 ,应 采 用 铜 硅 铝 合 金 作 为 活 塞 材 料 。 它 的 化 学 成 分 是 :Si46%, Cu58%,Mg0.20.5%,Fe 1%, 其 余 是 铝 。采用铝合金的优点:导热性好,质量轻,惯性力小,可提高转速,加工工艺性好。铝合金切削性能好,毛坯铸造可采用金属型压铸,毛坯精度高,活塞销孔也能够铸造出来,因此减少了机械加工量。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 时 将 活 塞 加 热 至 180200 , 保温 68 小 时 , 自 然 冷 却 。 活 塞 经 过 时 效 处 理 后 还 能 增 加 强 度 和 硬 度 。3.4 活塞销孔的机械加工工艺过程的分析零 件 名 称 : 解 放 牌 汽 车 活 塞材 料 : 铝 合 金 ZL108年 产 量 : 25 30 万 件活塞外形和内腔形状复杂,裙部为带有锥度的椭圆,外部有直斜槽和横槽,主要表面尺寸精度和活塞销孔的位置精度要求很高。活塞壁薄,刚性差,在外力作用下很容易变形,受切削热的影响,加工过程热变形也大。活塞生产属于大批大量生产,工艺上必须采取一些专用工艺装备。定位基准的选择:活塞是薄壁零件,容易产生变形,且加工工艺路线又长,若没粗镗活塞销孔组合机床夹具设计有一个统一的定位基准,很难达到所要求的位置精度。目前大多数生产厂均采用止口和端面做辅助精基准面,只有在精车外圆和精磨外圆时,才用止口处直面及顶面上的工艺搭子中心孔组合定位。止口和端面定位的特点是:可加工部位多,如裙部、头部、顶面、销孔、横直槽等只要表面,一次装夹情况下,可完成车削外圆、顶面、环槽等加工。活塞加工多采用专用机床,统一采用同一基准,既能够提高生产率,有能够保证表面位置精度。活塞销孔的加工:活塞销孔的技术要求很高,工艺上需安排粗加工、加工及光整加工、销孔加工是活塞加工的主要工序。铝合金活塞毛坯销孔预先铸造出来,因孔带有锥度(拔模斜度) ,直接用来定位与夹紧很不方便,经过粗镗销孔后,销孔便可用作有关工序的定位与夹紧表面。销孔的精加工通常放在金刚镗床上进行,金刚镗床精度高、转速快、切削用量小。为了保证活塞销孔的尺寸、形状和位置精度,金刚镗床主轴回转中心相对工件定位表面有较高的位置精度,因而可保证加工质量。3.5 机床的主要技术参数以及刀具主要参数3.5.1 机 床 尺寸参数机 床 装 料 高 度 的 确 定 : 根 据 我 国 普 通 机 床 提 供 的 数 字 取 H4=850(mm)镗 模 架 厚 度 75( mm)工 件 宽 度 为 102( mm)工 件 和 镗 模 架 间 的 距 离 为 27( mm)夹 具 底 座 的 总 长 尺 寸 ( 加 上 补 偿 铸 件 的 铸 造 误 差 15mm, 再 加 上夹 具 底 座 中 间 底 座 上 固 定 用 的 凸 台 尺 寸 , 每 边 48mm)A=315( mm)L1=240(mm)( 工 件 端 面 至 主 轴 箱 端 面 在 加 工 终 了 时 的 距 离 )L2=138(mm)( 主 轴 箱 厚 度 )L3=102(mm)( 工 件 沿 机 床 长 度 方 向 的 尺 寸 )l 1=138(mm)( 机 床 长 度 方 向 上 , 主 轴 箱 与 动 力 滑 台 的 重 合 长 度 )l2=20(mm)( 加 工 终 了 位 置 , 滑 台 前 端 面 至 滑 座 端 面 的 距 离 )l3=100(mm)( 滑 座 前 端 面 至 侧 底 座 前 端 面 的 距 离 )L=342( mm)3.5.2 机 床 主 要 参 数 计 算查 组 合 机 床 设 计 表 3-11 得 。 粗 镗 的 镗 刀 的 材 料 为 高 速 钢 采用的镗刀的几何参数为:粗镗活塞销孔组合机床夹具设计主偏角 =45,前角 o=20, 刃倾角 s=0.刀尖圆弧半径 r =2.0 . Krm初定镗孔加工余量为 , 切 削 速 度 v( m/min) 在 100150 范 围1.5apm内 选 取 , 初 步 定 为 120,即 主 轴 转 速 为 120。 每 转 进 给 量 f( mm/转 ) 在0.51.5 范 围 内 选 取 , 但 考 虑 到 液 压 滑 台 的 进 给 速 度 v ( 40f1000mm/min) (因 为 液 压 滑 台 初 选 为 HY20A 型 )的 限 制 要 取 合 适 的 值 。由 公 式 n=1000v/ D 得 :n=1000120/ 27=1414.7(r/min)v =fn 取 滑 台 的 进 给 速 度 为 1000, 则f=v /n=1000/1414.7=0.7( mm/r)f最 后 得 每 转 进 给 量 为 0.7( mm/r) .切 削 力 Fc,切 削 扭 矩 M, 切 削 功 率 N, 刀 具 耐 用 度 T 的 计算 公 式 : 初 定 镗 刀 装 在 镗 杆 上 的 几 何 参 数 为 : 主 偏 角 K =45, 前 角 。 =20,刃 倾 角 s 0, 刀 尖 圆 弧 半 径 =20( mm) ,初 定 镗 孔 加 工 余 量ap=1.5mm( 1) 切 削 力 Fc=9.81CFCapXFCfyFCKFC=9.81401.510.70.751200KFC其 中 KFC= KMFC K 0FC KK FC K sFC K FC查 机 械 制 造 技 术 p48 表 2-3, 得 KMFC=1查 表 2-4 得 K 0FC=1.0 KK FC=1.0K sFC=1.0 K FC=1.0 KFC= KMFC K 0FC KK FC K sFC K FC=11.01.01.01.01.0=1 Fc=9.81CFCapXFCfyFCKFC=9.81401.510.70.751200KFC=9.81401.510.70.7512001=450.4(N)( 2) 切 削 功 率 :Pc=FcVc/60103=450.4120/60000=0.895(kW)粗镗活塞销孔组合机床夹具设计即 主 运 动 功 率 为 0.895(kW)( 3) , 以 下 数 据 根 据 组 合 机 床 液 压 滑 台 部 分 的 设 计 :快进时所需电动机的功率为:pPq/.41./(6.7)0.1k工进时所需电动机功率为:pPq/4.52/(60.7)0.2kW3.5.3 安装夹具连接部分尺寸因为专用夹具是固定在机床工作台上,所以在机床工作台上铸造有配合夹具体的凸台来定位,厚度为 10mm 如下图 3-4:图 3-4 机床-夹具定位件 4 粗镗活塞销孔专用机床的夹具设计粗镗活塞销孔组合机床夹具设计4.1 夹 具 结 构 的 初 步 设 计 方 案4.1.1 工 件 的 定 位 方 案工 件 在 夹 具 中 的 定 位 应 符 合 定 位 原 理 , 合 理 设 置 定 位 元 件 , 定 位 误 差应 小 于 工 序 公 差 的 三 分 之 一 。1.定位基准的选择:活塞是薄壁零件,容易产生变形,且加工工艺路线又长,若没有一个统一的定位基准,很难达到所要求的位置精度。目前大多数生产厂均采用止口和端面做辅助精基准面。这里用活塞止口及端面定位,消去 5 个自由度,剩下的转动自由度用一根装在尾座套筒中的削边销插入孔中来定位,从而保证加工余量 均匀。当用螺母与螺杆及压板、压块将活塞压紧后,再将削边销从孔中退出,即可进行加工。定位元件是夹具体上的短圆柱销(此处短圆柱销与夹具体是一个整体,铸造时一起铸造出来的)和削边销。止口和端面定位的特点是:可加工部位多,如裙部、头部、顶面、销孔、横直槽等只要表面,一次装夹情况下,可完成车削外圆、顶面、环槽等加工。活塞加工多采用专用机床,统一采用同一基准,既能够提高生产率,有能够保证表面位置精度。4.1.2 夹 具 的 引 导 方 式因 为 活 塞 销 孔 镗 至 27, 镗 削 量 较 小 , 连 接 在 主 轴 上 的 镗 杆 也 不 长 。 根据 机 床 夹 具 设 计 手 册 关 于 金 刚 镗 床 夹 具 的 典 型 例 子 其 中 金 刚 镗 床 为 刚 性主 轴 , 孔 的 位 置 精 度 主 要 由 主 轴 与 夹 具 之 间 正 确 位 置 保 证 , 夹 具 没 有 镗 套 。所 以 , 夹 具 相 对 主 轴 的 位 置 要 保 持 很 高 的 精 度 , 从 而 夹 具 在 机 床 上 的 定 位和 夹 紧 一 定 要 非 常 精 准 和 稳 定 。 这 里 我 们 也 效 仿 这 个 例 子 , 粗 镗 活 塞 销孔 组 合 机 床 采 用 刚 性 主 轴 , 可 以 不 采 用 镗 套 , 节 省 材 料 的 同 时 , 也 简 化 了总 体 结 构 。4.1.3 工 件 的 夹 紧 机 构夹 紧 力 的 作 用 点 和 方 向 应 符 合 夹 紧 原 则 。 进 行 夹 紧 力 的 分 析 和 计 算 , 以 确定 夹 紧 元 件 及 传 动 装 置 的 主 要 尺 寸 。工 件 达 到 正 确 夹 紧 的 原 则 :(1)在 夹 紧 过 程 中 , 不 至 于 因 工 件 重 力 的 影 响 而 破 坏 正 确 定 位 ;(2)在 夹 紧 过 程 中 , 夹 紧 力 不 应 使 已 经 获 得 正 确 定 位 的 工 件 脱 离 正 确 位 置 ;(3)在 夹 紧 过 程 中 , 应 使 工 件 不 产 生 超 出 表 面 形 状 精 度 允 许 范 围 的 变 形粗镗活塞销孔组合机床夹具设计(4)在 切 削 过 程 中 , 应 避 免 工 件 产 生 不 能 允 许 的 振 动 在 切 削 过 程 中 , 切 削力 不 应 破 坏 工 件 的 正 确 位 置 , 并 使 平 衡 切 削 所 需 的 夹 紧 力 最 小 。依 照 被 夹 紧 工 件 的 外 形 结 构 、 加 工 条 件 、 技 术 要 求 等 条 件 , 选 用 螺 旋 夹紧 机 构 和 快 速 螺 旋 联 动 夹 紧 机 构 都 能 够 满 足 夹 紧 要 求 。 由 于 夹 紧 机 构 设 计的 是 否 严 谨 是 影 响 被 加 工 工 件 加 工 精 度 的 一 个 非 常 重 要 的 因 素 。 因 此 要 分 析这 两 种 夹 紧 机 构 , 通 过 对 比 , 选 择 一 种 更 有 利 于 加 工 精 度 要 求 的 夹 紧 机 构 。以 下 是 两 种 夹 紧 机 构 的 结 构 图 :4-1 螺 旋 夹 紧 机 构粗镗活塞销孔组合机床夹具设计4-2 快 速 螺 旋 联 动 夹 紧 机 构比 较 以 上 两 种 夹 紧 机 构 ,可 以 发 现 第 一 种 机 构 是 用 刚 性 压 板 对 两 个 工件 进 行 多 件 夹 紧 ,当 采 用 这 种 结 构 时 ,一 旦 所 夹 工 件 高 度 (此 处 指 的 是 活 塞 零 件 上 凸 台 高 度 )有 所 误 差 时 ,其 中 一 个 工 件 在 加 工 时 就 很 难 夹 紧 ,最 终导 致 精 度 太 低 ,还 有 可 能 无 法 加 工 。 此 夹 紧 机 构 违 背 了 夹 紧 过 程 中 不 得 改 变工 件 定 位 时 所 确 定 的 位 置 要 求 。 另 外 , 采 用 图 4-1 中 的 平 垫 圈 , 拧 螺 母 耗时 多 , 效 率 低 。当 采 用 图 4-2 第 二 种 夹 紧 机 构 时 ,用 一 个 原 始 力 ,通 过 一 定 的 机 构 对 两个 相 同 的 活 塞 零 件 进 行 夹 紧 ,这 里 的 结 构 就 是 刚 性 压 板 和 浮 动 压 块 组 合 在 一起 .这 样 就 能 避 免 前 述 情 况 的 发 生 .多 件 夹 紧 之 所 以 必 须 采 用 浮 动 连 接 ,是 由 于 被 夹 紧 的 工 件 尺 寸 有 误 差 ,如 果 采 用 刚 性 压 板 则 各 工 件 所 受 的 夹 紧 力就 有 可 能 不 一 致 ,甚 至 有 些 工 件 夹 不 住 ,所 以 夹 紧 元 件 必 须 做 成 能 浮 动 的 或能 自 动 调 节 的 ,以 便 补 偿 工 件 的 相 应 尺 寸 偏 差 。 而 且 , 采 用 了 快 速 螺 旋 机 构 ,平 垫 圈 换 成 了 开 口 垫 圈 , 拧 螺 母 时 只 需 拧 到 把 开 口 垫 圈 能 取 出 来 的 位 置 就 行 ,大 大 提 高 了 生 产 效 率 。开 口 垫 圈 的 示 意 图 如 下 图 3-3 所 示 :4-3 开口垫圈因 此 选 用 图 4-2 夹 紧 机 构 , 其 中 夹 紧 元 件 有 六 角 螺 母 , 开 口 垫 圈 , 压 块 ,压 板 ; 连 接 元 件 为 是 螺 栓 、 销 轴 。 六 角 螺 母 选 用 的 是 M10, 根 据 机 床夹 具 设 计 手 册 361 页 表 选 用 开 口 垫 圈 D=35mm, H=7mm; 根 据 实 用 机 床设 计 手 册 表 4.1-22 选 用 螺 纹 长 度 b=32mm, 则 螺 栓 长 度125L200mm。粗镗活塞销孔组合机床夹具设计4-4 压 板 的 立 体 效 果 图粗镗活塞销孔组合机床夹具设计4-5 压 块 立 体 效 果 图4.1.4 夹具体的设计夹 具 体 一 般 是 夹 具 上 最 大 和 最 复 杂 的 基 础 元 件 。 在 夹 具 体 上 , 要 安 装 组 成该 夹 具 所 需 要 的 各 种 元 件 、 机 构 和 装 置 , 并 且 还 要 考 虑 便 于 装 卸 工 件 以 及 在机 床 上 的 固 定 。 因 此 夹 具 体 的 形 状 和 尺 寸 应 满 足 一 定 的 要 求 , 它 主 要 取 决 于工 件 的 外 廓 尺 寸 和 各 类 元 件 与 装 置 的 布 置 情 况 以 及 加 工 性 质 等 。 所 以 在 专 用夹 具 中 , 夹 具 体 的 形 状 和 尺 寸 很 多 是 非 标 准 的 。设 计 时 应 满 足 以 下 基 本 要 求 : 应 有 足 够 的 强 度 和 刚 度 ;结 构 简 单 , 具 有 良 好 的 工 艺 性 ;减 轻 重 量 、 便 于 操 作 ;安 放 稳 定 、 可 靠 ;尺 寸 稳 定 , 有 一 定 的 的 精 度 ;便 于 排 屑 。因 为 前 面 已 经 要 求 夹 具 安 装 非 常 稳 定 以 保 证 加 工 精 度 , 此 夹 具 是 固 定 在机 床 上 的 夹 具 应 使 夹 具 体 重 心 尽 量 低 , 夹 具 越 高 , 支 承 面 积 应 越 大 。 为 了 使接 触 面 紧 密 接 触 , 夹 具 体 底 面 中 部 一 般 应 挖 空 。 本 设 计 中 夹 具 体 挖 空 的 状况 从 夹 具 体 零 件 图 中 得 知 , 这 样 的 结 构 符 合 夹 具 体 的 设 计 要 求 ( 1) .夹具 体 的 毛 坯 结 构 :在 选 择 夹 具 体 的 毛 坯 结 构 , 应 以 结 构 合 理 性 、 工 艺 性 、 经 济 性 、 标 准 化 的可 能 性 以 及 工 厂 的 具 体 条 件 为 依 据 综 合 考 虑 。 在 本 设 计 中 所 加 工 的 零 件 需 要批 量 生 产 , 查 机 床 夹 具 设 计 手 册 表 1-9-1 可 知 应 该 选 用 铸 造 结 构 。 这种 结 构 容 易 产 生 内 应 力 , 故 应 进 行 时 效 处 理 。 材 料 多 采 用 HT200-400, ,粗镗活塞销孔组合机床夹具设计这 里 就 定 为 HT200。( 2) .夹 具 体 外 形 尺 寸 的 确 定 :夹 具 制 造 属 单 件 生 产 性 质 , 为 缩 短 设 计 和 制 造 周 期 , 减 少 设 计 和 制 造 费 用 ,所 以 夹 具 体 设 计 , 一 般 不 作 复 杂 计 算 。 通 常 都 是 参 照 类 似 的 夹 具 结 构 , 按 经验 类 比 法 估 计 确 定 。 查 机 床 夹 具 设 计 手 册 表 1-9-2 得 以 下 参 考 数 据 :经 验 数 据 夹具体结构部位铸造结构 焊接结构夹具体壁厚 h 825mm 610mm夹具体加强筋厚度 (0.70.9)h夹具体加强筋高度 不大于 5h夹具体上不加工的毛面与工件之间的间隙夹具体是毛面,工件也是毛面时,取 815mm夹具体是毛面,工件是光面时,取 410 mm4.1.5 传动方式因为夹紧件是压板、压块、六角螺母和开口垫圈,所以需要用相应的扳手对六角螺母进行拧紧和拧松。因此,本设计中以操作工人手臂之力作为动力源利用选定的扳手通过夹紧机构来实现夹紧工作。4.2 定位误差分析粗镗活塞销孔工序是以零件止口和端面作为基准定位,以工件端面为第一基准在短柱销上定位时,工件为第一基准的端面没有基准位置误差 端位置=0,又因为工序基准和定位基准重合,则 端不重合=0。第二定位基准为活塞止口,而工序基准为活塞裙部中心线。因而位置误差为活塞止口对端面的垂直度误差 止位置=L 止 xtg =0.052, 不重合=0.185(因为短柱销与活塞的配合为 ) ,即误差 =0.237mm。56hH4.3 夹具设计的计算( 本 设 计 查 表 选 择 东 北 重 型 机 械 学 院 , 机 床 夹 具 设 计 手 册 , 上 海 科 学技 术 出 版 , 1987)4.3.1 原动力计算Me=Wk【 rtg1+rztg(+2)】 /0(N.mm)其 中 :Wk-实 际 所 需 夹 紧 力 (N)r-螺 杆 端 部 与 工 件 间 的 当 量 摩 擦 半 径 (mm), 参 见 表 1-2-20粗镗活塞销孔组合机床夹具设计 螺 杆 端 部 的 结 构 形 式 为 点 接 触 r=01-螺 杆 端 部 与 工 件 的 摩 擦 角 ( )rz-螺 纹 中 径 之 半 (mm), 初 选 M10, P=1, 查 表 1-2-21 得 rz=4.675-螺 纹 升 角 ( ) , 初 选 M10, P=1, 查 表 1-2-21 得 =1572-螺 旋 副 当 量 摩 擦 角 。 当 选 用 三 角 螺 纹 时 , 由 表 1-2-22 查 得 2=9500-除 螺 旋 外 机 构 的 效 率 , 其 值 为 0.850.95, 取 0.90由 表 1-2-24 中 , 初 选 螺 纹 公 称 直 径 为 10(mm)的 螺 栓 , 查 得其 许 用 夹 紧 力 为 3924(N), 加 在 螺 母 上 的 夹 紧 扭 矩 9.320(N.mm)Me=450.4【 0+4.675tg(157+950)】 /0.9=484.7(N.mm) M10 的 许 用 夹 紧 力 =3924 450.4(N) M10 的 螺 栓 满 足 强 度 要 求 。4.3.2 扳手和螺栓的选用 当 用 扳 手 扳 动 M10 螺 栓 上 的 六 角 螺 母 时 , 查 表 1-2-25 得 : 手 柄 长 度L=120(mm),作 用 力 为 45( N) , 而 夹 紧 力 为 3550( N) , 远 大 于450.4( N) 。所以,用 M10 的螺栓,并用扳手长度 L=120(mm)的扳手的方案符合要求。5 夹具(零件)的公差配合和技术条件5.1 夹具公差的制定以及技术条件夹具公差的制定及技术条件参阅 机 床 夹 具 设 计 手 册 第 227 页 至 250 页 ,夹 具 上 常 用 配 合 的 选 择 可 参 考 表 1-10-4.因 此 本 设 计 中 的 尾 部 套 筒 与 削 边销 的 配 合 选 60 , 削 边 销 与 工 件 工 序 孔 间 的 配 合 选 择 , 销 轴 与 压7fH 6nH板 间 的 配 合 选 ,销轴与压块间的配合选 。562h 76fH粗镗活塞销孔组合机床夹具设计5.2 夹具零件的公差和技术条件设计专用夹具零件及部件,其公差和技术要求可依据夹具总装图上的配合性质和技术要求,并参照 机 床 夹 具 零 件 及 部 件 技 术 要 求 ( GB2259-80)制 定 。 一般 包 括 以 下 内 容 (查 机 床 夹 具 设 计 手 册 ) :1、 夹 具 零 件 毛 坯 的 技 术 要 求 如 毛 坯 质 量 、 硬 度 、 毛 坯 热 处 理 以 及 精 度要 求 等2、 夹 具 零 件 热 处 理 的 技 术 要 求 包 括 为 改 善 机 械 加 工 性 能 和 为 达 到 要求 的 机 械 性 能 提 出 的 热 处 理 要 求 。 3、 夹 具 零 件 的 尺 寸 公 差 ( 见 表 1-10-20)4、 夹 具 零 件 主 要 表 面 的 粗 糙 度 ( 见 表 1-10-21)夹 具 定 位 元 件 工 作 表 面 的 粗 糙 度 应 比 工 件 定 位 基 准 表 面 的 粗 糙 度 提 高 1 3 级 。5、 夹 具 主 要 零 件 的 材 料 ( 见 表 1-10-22)6 总结这次毕业设计,历时两个月。在此期间,针对设计内容进行了大量的工作,比较好的完成了毕业设计中所提出的各项任务,达到了毕业设计的目的。通过此毕业设计,掌握了对零部件的加工工艺过程的分析及专用夹具的设计方法和步骤,并结合具体的零件进行了具体的设计工作。先了解原始资料:被加工零件工序、机床联系尺寸及主要参数、零件的加工工艺过程等;再确定夹具的结构方案,最后绘制铝 活 塞 销 孔 零 件 图 、 专 用 夹 具 总 装 图 、 夹 具 零 件 图 , 制 定 公 差 和技 术 条 件 。在设计期间,我学习并运用 CAD 对解放牌汽车的活塞、专用夹具总装图进行绘制,提高了我对 CAD 的运用能力。通过选择零件材料,对材料的热处理和性能有深一步的了解。为以后的工作奠定了基础。粗镗活塞销孔组合机床夹具设计参考文献1 郑 修 本 , 机 械 制 造 工 艺 学 , 机 械 工 业 出 版 社 , 1991。2 于 永 泗 , 机 械 工 程 材 料 , 大 连 理 工 大 学 出 版 社 , 2007。3 哈 尔 滨 工 业 大 学 , 机 床 夹 具 设 计 , 上 海 科 学 技 术 出 版 社 , 1990。4 东 北 重 型 机 械 学 院 , 机 床 夹 具 设 计 手 册 , 上 海 科 学 技 术 出 版 设 ,1987。5 周 开 勤 , 机 械 零 件 手 册 , 高 等 教 育 出 版 社 , 1994。6 濮 良 贵 , 机 械 设 计 , 高 等 教 育 出 版 社 , 1996。7 大 连 组 合 机 床 研 究 所 , 组 合 机 床 设 计 , 机 械 工 业 出 版 社 , 1978。8 陈 于 萍 、 周 兆 元 , 互 换 性 与 测 量 技 术 基 础 机 械 工 业 出 版 社 ,1997。 9 实用机械设计手册 编 写 组 , 实用机械设计手册 机 械 工 业 出 版 社 ,1992。 粗镗活塞销孔组合机床夹具设计致 谢本设计及论文是在我的导师肖怀国老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度,严谨的治学精神,深深地感染和激励着我。从课题的选择到论文的最终完成,肖老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向肖老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时还要对帮助过我的老师、同学、朋友、亲人表示真诚的感谢!
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