缸盖主油道孔钻削夹具设计【含CAD图纸、说明书】
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本科毕业论文(设计)开题报告论文题目: 缸盖主油道孔钻削夹具设计学院: 机械工程学院专 业 、班级: 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 指导教师(职称): 年 12 月 28日填毕业论文(设计)开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节,又是完成高质量毕业论文(设计)的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化,特制定本要求。一、选题依据1. 论文(设计)题目及研究领域;2. 论文(设计)工作的理论意义和应用价值;3. 目前研究的概况和发展趋势。二、论文(设计)研究的内容1.重点解决的问题;2. 拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路);3. 本论文(设计)预期取得的成果。三、论文(设计)工作安排1. 拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数);2. 论文(设计)进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料,并在此基础上通过分析、研究、综合,形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面,要求思路清晰,文理通顺, 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1. 开题报告应在毕业论文(设计)工作开始后的前四周内完成;2. 开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过;3. 开题报告不合格或没有做开题报告的学生,须重做或补做合格后,方能继续论文(设计)工作,否则不允许参加答辩;4. 开题报告通过后,原则上不允许更换论文题目或指导教师;5. 开题报告的内容,要求打印并装订成册(部分专业可根据需要手写在统一纸张上,但封面需按统一格式打印)。一、选题依据1. 论文(设计)题目缸盖主油道孔钻削夹具设计2. 研究领域夹具设计3. 论文(设计)工作的理论意义和应用价值夹具是在加工零件过程中保持工件正确定位于机床的一种设备,广泛应用于制造方面,夹具直接影响产品的质量,生产率和成本。一般来说,工装夹具的设计和制造相关的成本可以占到10% 20%的制造系统的总成本。大约40%的被拒绝的部分是由于尺寸都归咎于不良的夹具的设计错误所产生的。夹具设计的工作是费时的,它往往依赖于夹具设计工程师的经验和知识,通常需要10年以上的制造实践设计经验。一个定位精度高,加工效率好的夹具设计往往是根据设计者的经验,了解产品,并不断修正的过程。因此,在日趋激烈的全球竞争中,为了提高其市场的竞争力的各厂商只有为提高产品的质量做最好的努力,压缩生产成本,减少交货时间将产品推向市场,对于制定合理的夹具设计更高效、低成本的希望的夹具设计方法升级一个强烈的愿望。开发的计算机辅助夹具设计(CAFD)就是为了实现这一目标。作为制造业的一个重要领域,夹具设计的研究与应用一直受到人们的广泛关注, 在过去的几十年,许多学术和应用的论文已发表,从中知道了发动机缸盖是发动机的关键零件之一,而主油道孔是缸盖的关键部位,可以起到冷却和润滑的作用。所以夹具的重要性也就应运而生,因为在机械加工过程中,夹具占有非常重要的地位,它可靠地保证了工件的加工精度,提高了加工效率,减轻了劳动的强度,夹具的设计过程中,应深入生产实际,(对工件的图纸,工艺文件,生产纲领等分析),精心调查研究,吸取国内外的先进技术,制订出合理的设计方案。4. 目前研究的概况和发展趋势(1)、研究概况:随着我国加工业的发展,机床夹具也在不断改进,然而在通用性以及精度方面还有待改进,这在一定程度上阻碍了机床加工的发展,为提高夹具的通用性,很多企业正在不断和优化,目前常用的机床夹具有以下几种: 组合夹具为了提高专用夹具的使用效果、降低其报废率,将这些不同形状、不同规格的标准专用夹具组合成为一体,使其可以在多种不同的机床上使用,以加工不同的器件, 从而提高了夹具的通用性,同时保证加工的精度。由于组合夹具是将多个夹具组合在一起,故体积和重量较大,在安装使用过程中会造成一定的不便,并且一次性投资高, 从而限制了其应用推广。 成组夹具成组夹具也是对专用夹具改造而成,主要由固定部分和可更换部分组合而成,其中可更换部分可根据加工对象的不同而更换相应的夹具单元使之成为一个新的夹具, 从而提高夹具的通用性,成组夹具尤其适用于一台机床加工不同规格零部件的场合, 在加工完一种零部件后,可通过快速更换夹具单元的方式来继续加工另一种规格零件,因此具有高精度、高通用性的优点,并且比组合夹具的成本更低,但其自动化程度不够,无法满足数控机床加工的要求。 自动化夹具为适应自动化机械加工,其相应的夹具也正加快自动化进程,在自动化的流水线加工过程中,自动化夹具可根据加工的需要实现自动更换,整个过程不需人工介入, 因此更换的速度较快,在对自动化夹具使用的过程中,要注意设计好夹具输送、更换的工艺,使预更换的夹具能够准确输送到预定部位,并用气动、电动或者液压等作为动力实现快速更换,另外,由于自动化的高速切削会带来大量的切屑,因此必须同时在夹具上设计自动清屑装置,避免影响切削工作,同时要做好夹具以及夹具与机床接触部位的润滑工作,防止在加工过程中磨损过大,而由于流水线式的加工过程一般持续性较强,因此这些工作都需要预先设定好程序,使之可以在无人操作的情况下完成。 数控机床夹具随着机械加工行业的飞速发展,数控机床得到了广泛的应用,数控机床的加工精度更高、加工速度快、加工产品的转换容易实现,自动化程度较高,适合用在多种不同规格、种类工件的加工以及高精度、多工序、小批量工件的加工等,在数控机床中, 对夹具提出了更高的要求:首先,夹具要具备高精度加工的要求,并且能够做到自身的快速更换以及夹具对加工工件的快速装夹,其次,夹具应具有良好的敞开性和机动性,机床坐标系中坐标关系明确,数据简单,便于坐标的转换计算;最后,部分数控机床要求相应夹具还需要具备协助刀具的自动对刀的功能。(2)、发展趋势:国际生产研究协会的统计表明,目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代,以适应市场的需求与竞争。别是近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS) 等新加工技术的应用,对机床夹具提出了如下新的要求:能迅速而方便地装备新产品的投产,以缩短生产准备周期,降低生产成本;能装夹一组具有相似性特征的工件;能适用于精密加工的高精度机床夹具;能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具;采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率;提高机床夹具的标准化程度。夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,特别是计算机在夹具设计中的应用,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济的方向发展。二、论文(设计)研究的内容1. 重点解决的问题(1) 工件的定位;(2) 工件的夹紧;(3) 定位误差的计算及校核;(4) 夹具的结构设计;(5) 编制钻削夹具加工工艺过程;(6) 绘制钻削夹具加工夹具总装配图;(7) 绘制钻削夹具加工夹具重要零件图;2. 拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路)(1) 夹具分类组成概述;(2) 工件在夹具中的定位和定位误差的分析计算;(3) 工件夹紧和夹紧装置选择与设计;(4) 夹具结构设计及方案比较;(5) 编制钻削夹具加工工艺过程;(6) 绘制钻削夹具加工夹具总装配图;(7) 绘制钻削夹具加工夹具重要零件图;(8) 编制设计说明书一份。3. 本论文(设计)预期取得的成果(1) 正确拟定方案;(2) 定位夹紧元件选用正确、规范并完成校核;(3) 机械结构图纸绘制要求视图完整、符合最新国家标准,图面整洁、质量高(图纸绘制要求采用计算机绘图);(4) 用 AutoCAD 完成夹具的零件图、组装图;(5) 用 SolidWorks 完成夹具的三维图形;(6) 图纸工作量折合成图幅为 A0 号的图纸约 3 张。(7) 毕业设计说明书(论文)。三、论文(设计)工作安排1. 拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数);a) 技术路线:(1) 对于结构的合理性,可通过提出几个方案,着重考虑误差计算和定位方案比较,通过与指导老师和大连机床厂工程师交流,选择最优的方案;(2) 对于运用 AutoCAD 或者 SolidWorks 相关软件,可通过老师的指导和通过我借阅相关的夹具设计书籍,以及通过大连机床厂的工程师指导;(3) 对于查阅国家标准及结构问题,学校图书馆有良好的资源及相关机械夹具设计书籍。b) 设计参数:(1) 加工零件:发动机缸盖;(2) 加工工序:主油道孔钻削;(3) 加工机床:枪钻机床。2. 论文(设计)进度计划第 1 周:确定研究题目第 2 周:收集、查阅相关资料第 3 周:撰写文献综述第 4 周:撰写开题报告,进行开题答辩第 5 周:分析零件及图纸转化第 6 周:确定该工序定位方案第 7 周:确定夹紧方案第 8 周:完成钻削夹具设计第 10 周:完成夹具的全部零件图第 11 周:完成夹具的总装图第 12 周:详细审阅设计计算及图纸并修改第 14 周:准备答辩材料,并进行答辩四、需要阅读的参考文献1 王先逵编著机械制造工艺学(上下册)M北京:清华大学出版社,19892 任家隆,李菊丽,张冰蔚主编.机械制造技术基础M.北京:高等教育出版社,2009.3 李德庆,吴锡英编著计算机辅助制造M北京:清华大学出版社,19924 赵志修主著机械制造工艺学M北京:机械工业出版社,19855 孙大涌主编先进制造技术M北京:机械工业出版社,20006 John Louis Feirer,Earl E Tatro. Machine Tool Metalworking,Principles and PracticeM. Literary Licensing, LLC.2013.10.7 Weck, Manfred.Handbook of machine toolsM. Chichester West Sussex, New York : Wiley, c1984,1984.8 Haffman E G. Jig and Fixture Design AmericaM. VNR Co,1980.9 Boyes W E. Jigs and FixtureM.America,SME,1982.10尹相昶.阀体加工工艺夹具设计J.机电工程技术,2017,46(09):52-57. 11李峰.枪钻在深孔加工中的应用J.机床与液压,2017,45(4):198-201. 12周泽华.金属切削原理M.上海:上海科学技术出版社,1993.13华健.现代汽车制造工艺学M.上海:交通大学出版社,2002. 14杨竣峰.机床与夹具M.北京:清华大学出版社,2005.15 孙厚芳.机械工程英语M.北京:机械工业出版社,1996.16 龚定安,柴建国.机床夹具设计新原理M.西安:陕西科学技术出版社,1981. 17吴拓.简明机床夹具设计手册M.北京:化学工业出版社,2010.18 赵罘,杨晓晋,刘玥.SolidWorks 2013 中文版机械设计从入门到精通M.北京:人民邮电出版社,2013.19 毛平淮.互换性与测量技术基础(第 3 版)M.北京:机械工业出版社,2015.12.20 大连理工大学工程图学教研室.机械制图(第七版)M.北京:高等教育出版社,2013.7. 21罗蕊,齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司.机床夹具的设计J.自动化应用,2015,12:65-67.附:文献综述或报告文献综述夹具设计是毕业前对专业知识的综合运用训练。制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段,所有国家都在寻求、获得、开发和利用它。它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置,其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置,并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义。从 1949 年以来,我国机械工业有了很大的发展,已经成为工业中产品门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的产业部门之一,其机械加工和夹具也有很大的发展,但是与工业发达国家相比,我们这方面的水平还存在着阶段性的差距,主要表现在机械产品质量和水平不够高,加工工艺过程不合理,夹具应用也比较少,使其加工工人劳动强度大,加工出来的产品也不理想。现在,各工业化国家都把制造技术视为当代科技发展为活跃的领域和国际间科技竞争的主战场,制定了一系列振兴计划、建立世界级制造技术中心,纷纷把先进制造技术列为国家关键技术和优先发展领域。夹具随着制造技术的发展也突飞猛进。机床夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断进步,夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。国际生产研究协会的统计表明,目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代,以适应市场的需求与竞争。然而,一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具,一般在具有中等生产能力的工厂里,约拥有数千甚至近万套专用夹具;另一方面,在多品种生产的企业中,每隔 34 年就要更新 5080左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为 10 20左右。特别是近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS) 等新加工技术的应用,对机床夹具提出了如下新的要求:1) 能迅速而方便地装备新产品的投产,以缩短生产准备周期,降低生产成本;2) 能装夹一组具有相似性特征的工件;3) 能适用于精密加工的高精度机床夹具;4) 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具;5) 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率;6) 提高机床夹具的标准化程度。现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、高效化、精密化和柔性化等四个方面。(1) 标准化机床夹具的目的就在于提高生产效率,这样也就必使其具有标准化和通用化,而机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准:GB/T2148T225991 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化,有利于夹具的商品化生产,有利于缩短生产准备周期,降低生产总成本。(2) 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间,以提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如,在铣床上使用电动虎钳装夹工件,效率可提高 5 倍左右;在车床上使用高速三爪自定心卡盘,可保证卡爪在试验转速为 9000r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件,从而使切削速度大幅度提高。目前,除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外,在数控机床上,尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置,充分发挥了数控机床的效率。(3) 精密化 机床夹具的精度会直接影响到零件的加工精度,而随着机械产品精度的日益提高,势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多,例如用于精密分度的多齿盘,其分度精度可达0.1;用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘,其定心精度为 5m。这些精密化的夹具为以后零件加工的精度提供了保证。(4) 柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似,它是指机床夹具通过调整、组合等方式,以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有:工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要,扩大夹具的柔性化程度,改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构, 发展可调夹具结构,将是当前夹具发展的主要方向。综上,机械加工艺及夹具随着科技的发展都使计算机技术、数控技术、控制论及系统工程与制造技术的结合为制造系统,形成现代制造工程学。而物料流、能量流、信息流是组成制造系统的三个基本要素。现代加工都为集成化的系统加工,这虽减轻了工人的劳动强度,但同时对工人的知识水平要求较高。这需要我们全方位的认知现代科技知识。因此,在以后的学习中需要我们全方位的学习其各个相关领域的知识, 不能只注重一点,为将来的人才战略提出了新的要求。指导教师评阅意见(对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评阅)审核签字:年月日意见教研室主任意见签字:年月日学院教学指导委员会意见签字:年月日公章:压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘要机械加工是生产和制造的基石。机床与机床夹具是分不开的,夹具在制造业中也占有着非常重要的地位。其次,使用专用夹具不仅可以扩大原来机床的使用范围,还可以实现功能多样化。从而夹具在加工中起着十分显著的作用。 发动机缸盖是发动机的关键零件之一,而主油道孔是缸盖的关键部位,可以起到润滑和冷却的作用。本课题以枪钻机床为例,针对某型发动机缸盖主油道孔钻削工序开展夹具设计,通过分析零件的结构、外形等特点,从而确定工件的定位方案、夹紧方案以及夹具的结构方案。同时,通过计算定位误差、夹紧力、校核定位误差和夹具刚度等来保证设计要求。同时考虑制造成本和制造工艺,优化零件的结构。由于发动机缸盖主油道孔的加工属于深孔加工,考虑到加工效率的问题,采用枪钻机床两端同时加工,因此,本夹具是带有双钻模的深孔加工夹具。 本次夹具设计是与生产实践相结合,同时也是本着加工成本和功能并重的设计理 念,从零件出发,根据加工要求逐步的对每个零件进行设计。另外,在设计过程中, 通过利用相关计算机辅助设计软件进行三维构型,以校核在设计过程中的不合理之处; 零件设计完成后,再通过三维软件进行配合,以保证零件设计的合理性,通过多方面 考虑设计后,完成装配图的绘制。 关键词:夹具设计,定位误差,夹具结构设计,双钻模 IIABSTRACTMachining 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目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 项目研究的目的与意义11.2 发动机缸盖概述11.3 目前研究的现状和发展趋势31.4 本论文主要研究内容41.5 本章小结52 加工零件的分析52.1 汽车发动机缸盖结构及工艺分析52.2 零件加工技术要求及工艺流程设计72.3 本章小结83 定位装置的设计93.1 工件定位的基本原理93.2 工件的定位方法及其定位元件123.3 定位误差分析与计算143.4 本章小结154 夹紧装置的设计164.1 夹紧装置的组成及其设计原则164.2 夹紧力的确定184.3 本章小结205 夹具体及引导装置设计215.1 夹具体的设计215.2 引导装置的设计225.3 本章小结256 设计总结26参考文献27致谢28附录 1:外文译文附录 2:外文原文缸盖主油道孔钻削夹具设计1 绪论1.1 项目研究的目的与意义机床是机械行业的基础加工设备,机床的质量直接影响到其加工产品的质量和经济效益。目前,许多机床制造商紧跟国内外发展趋势,不断改进产品,注入新技术, 并持续进行改进,逐步提高专用机床的质量。 夹具是在加工过程中保持工件正确位置的装置。 它广泛应用于机械制造业。 夹具的重要性非常突出,夹具的质量将直接影响产品的成本,质量和效益。 一般而言, 与夹具制造和设计相关的成本可占总成本的 10至 20。在生产的产品中约有 40 的产品被拒绝,这主要是由于夹具设计不佳或错误。夹具设计工作非常耗时,并且通常取决于夹具设计工程师的知识和经验。定位精度高,加工效率好的夹具设计通常基于设计师的经验,通过了解产品,了解过程并不断改正的过程。因此,在日益激烈的全球竞争中,所有制造商为提高其市场竞争力必须尽最大努力提高产品质量,降低生产成本,缩短交货时间并将产品推向市场,因此开发合理的夹具设计是一项非常重要的任务。在过去的几十年里,许多学术论文和应用论文已经发表,但关于发动机缸盖主油道孔钻削夹具相对较少。 因此,本课题以枪钻机床出发,针对发动机缸盖主油道孔的钻削进行夹具设计。发动机缸盖是汽车发动机的关键零件之一,而且缸盖主油道孔是缸盖的关键部位,它可以起到冷却和润滑的作用,因此,缸盖主油道孔钻削夹具占据着非常重要的位置, 因而夹具的重要性应运而生。另外,发动机缸盖主油道孔 L/D5,属于深孔加工的范畴。深孔加工是机械制造的重要分支。 广泛应用于造船,石化,航空航天,煤矿, 医疗和汽车设备制造等行业。随着社会、经济的高速发展,顾客的需求日益多样化和个性化。那么必须要求产品的市场周期正在缩小,产品种类也在不断增加。汽车发动机气缸盖的加工主要涉及车,钻,铣和镗等加工工艺。现有的数控车床,铣镗床基本能够满足汽车,铣,镗等加工缸盖的要求,但主油道深孔钻削却不易控制。由此,本论文从加工零件出发,旨在设计出一种既能保证加工质量,又能提高生产效率和减轻工人劳动强度的夹具。 1.2 发动机缸盖概述汽车发动机是汽车的核心“决定了汽车的动力,稳定性,经济性和环保性”。汽油机转速高,质量低,噪音低,起动容易,制造成本低。据了解,柴油机热效率高, 压缩比大,比汽油机的经济性和排放性好。 39目前,汽车发动机都是内燃机。内燃机将燃料燃烧的化学能转化为热能,并通过热能转化为机械能。内燃机虽然是热效率最高的热力发动机,但节能和减少尾气污染的发展潜力仍然很大。因此,我们必须探索新的方法。汽油直喷技术就是基于这个想法。目前世界各国正在研制均质混合气压力点火的理论。一旦将这一新理论应用到实践中,可以预测未来的发动机将更加高效和清洁,并且使用该车将更安全并有利于环境保护。 气缸盖是内燃机的重要结构部件。其功能是关闭汽缸并形成燃烧室。内燃机的气缸盖是一种阀机构,主要用于密封气缸的上部并形成燃烧室,并且用作凸轮轴,摇臂轴和进气管以及排气管的支撑件 将空气吸入气缸。火花塞点燃可燃气体以驱动活塞, 排气离开排气管。 气缸盖对内燃机的性能起着非常重要的作用。正由于它的重要性,在设计中对它 提出了很高的要求。气缸盖主要在高温环境下运行,底部还受到热冲击载荷。由于温 度不均匀,气缸盖的内部设计有垂直和水平连接的通道作为冷却水孔和油孔,油路孔 的布置应与冷却系统的方案和类型相配合。气缸盖在蒸发器与蒸发箱之间的水孔较大, 以促进冷却水的对流和蒸汽的排放。润滑油的流量取决于气缸盖结构尺寸和柴油机负 载,进气口和出气口的尺寸,数量和位置,经常以经验为参考进行设计。进入汽缸盖 的润滑油应分布在汽缸盖的周围,起到润滑和冷却的作用。由于内燃机缸体体积较大, 缸盖壁厚较厚,润滑冷却范围较大,即润滑油流动范围大,所以缸盖的主油道孔是深 孔,深孔加工就必须用专用机床及专用夹具。 发动机缸盖油道孔的分布如图 1-1 所示。 图 1-1 发动机缸盖主油道孔位置1.3 目前研究的现状和发展趋势1.3.1 研究现状:近几年,我国制造业发生翻天覆地的变化,正在由制造大国转变为“智造大国”。机床夹具的设计水平也在不断提高。但是,从通用性和多功能性的角度来看,还有很大的改进空间,这在一定程度上限制了机床的进展。为了提高夹具的多功能性,许多公司都在不断优化目前常用的机床夹具,其现状主要情况如下: 组合夹具 为了提高特殊夹具的使用率并降低废品率,可以将不同形状和规格的标准夹具组合成一个夹具,以便它们可以用于在各种不同的机床上加工不同的产品,从而提高设备的性能 和夹具的稳定性。 同时确保处理的准确性。 由于组合夹具是多夹具组合, 因此夹具体积大,重量大,安装使用时造成一定的不便,高昂的一次性投资限制了其应用和推广。 成组夹具 成组夹具也从一个特殊的夹具转换而来。它主要由可更换部件和固定部件组成。这套夹具特别适用于不同规格零件的加工。加工零件后,可以通过快速更换夹具单元进行加工。 自动化夹具 为了适应自动化加工,其相应的夹具也加速了自动化过程。在自动装配线或生产流水线的过程中,夹具可以根据加工需要自动更换,这就是自动化夹具。在处理过程中不需要手动干预,因此更换速度更快。在使用自动夹具时,应注意设计运输和更换夹具的装置,以便在更换前将夹具准确地运送到预定位置,并可用气动,电动或液压动力快速更换。 另外,由于高速切割带来大量碎片,因此有必要在夹具上设计自动碎屑清洁装置。同时,应该对夹具和机床的触点进行润滑以防止加工过程中的过度磨损。由于自动化生产线工艺一般时间较长,因此有必要预先制定相关程序,以便它可以在无人操作的情况下完成相关操作。 数控机床夹具 数控机床加工精度更高,加工速度更快。适用于多种工件,高精度,多工序,小批量的工件加工。在数控机床中,数控机床对夹具需要更高的要求。首先,夹具应具有高精度制造要求,夹具本身可以快速更换,可以快速夹紧工件,为了避免误差,夹具的制造精度高;其次,夹具应具有良好的性能和开放性;最后,夹具还应有可操作性。 在大批量生产中,公司习惯于使用传统的专用机床和夹具。 一般来说,中型生产能力的工厂大约有一万个专业夹具。 在许多生产企业中,特殊固定装置每 3 至 4年更换一次,而固定装置的实际磨损仅为 10至 20。 固定装置往往落后,难以使用。 然而,抛弃它们造成巨大的浪费是非常遗憾的。 这些已成为困扰企业的实际问题。 近年来,由于新加工技术的出现,对机床夹具提出了如下新的要求: 安装迅速,操作方便,缩短辅助时间。 具有相似性特征的工件都能进行加工。 可适用精密加工的机床夹具。 可应用于各种现代制造技术。 减少人力操作,采用气动或液压等,可降低劳动强度,提高劳动生产率。 提高标准化程度。 当需要设计一个良好的夹具时,这些要求都是是放在技术人员面前的新任务。1.3.2 发展趋势:据国际生产与研究协会统计,中、小批量,多品种工件数量约占工件总数的 80%。现代社会要求企业生产的产品不断更新,以适应市场的快速变化。现代机床夹具的发展方向主要包括灵活性,高效性,标准化和高精度: 灵活性。即夹具可适应多种类型的工件;减少夹具的种类。 高效率。现代社会中“时间就是金钱”。从另一方面来说,缩短加工时间,提高加工效率可减少工件的成本。高效夹具包括自动夹具,高速夹具和夹具装置。 标准化。标准化是一个工艺装备达到成熟的标志。目前,我国已具备国家标准夹具部件:GB/T 2148T225991。夹具的标准化有助于夹具的商业化,并有助于提高技术人员设计效率。 高精度。未来的产品及设备会更高的追求稳定性和精确性,这就需要零件加工的高精度,因而夹具也需高精度的配置。 1.4 本论文主要研究内容1.4.1 分析加工零件及其结构 研究零件图纸技术条件。 了解生产计划、生产量和零件的生产组织状况。 知道工件的工作过程和该工件的具体技术要求。 分析所用测量工具的精度水平,以及工具和辅助工具的类型和规格等。 1.4.2 确定夹具的结构方案 确定加工的定位原理,确定工件的定位方法,并选择定位元件。 工件夹紧方案的确定及夹紧机构的设计。 设计夹具的其他部件,如导向元件。 协调零件和设备的布局,确定夹具的整体尺寸及结构。 1.4.3 夹具的精度校核在夹具设计的制定结构方案时,应对夹具方案的精度进行分析和估计。在完成总夹具图的设计后,应根据夹具的相关部件的匹配性和技术要求进行重新检查。 定位误差的计算及校核; 夹紧力的计算及校核; 夹具刚度的校核。 1.5 本章小结本章从实际出发,介绍了本课题研究的内容、目的及意义,也从国内外的发展趋势来定位该夹具设计的重要性,同时,还介绍了汽车发动机缸盖。最后,给出了本论文的结构及内容。 2 加工零件的分析2.1 汽车发动机缸盖结构及工艺分析汽缸盖是汽车发动机的重要组成部分。它的结构很复杂,有凸轮轴安装在顶部。汽缸盖的两侧是进气口和排气管。从图 1-1 可以看出,发动机缸盖对发动机功率和性能的影响非常显着。当气缸盖运转时,燃烧室内的气体燃烧,释放出大量的热量,温度可达 1100。高温热冲击在气缸盖和气缸体之间的连接处直接产生 7MPa 或更大的压力。因此,在发动机的整个运转过程中,气缸盖一直处于高温状态,并受到大的热冲击。从缸盖铸造结构的角度来看,形状各不相同,内腔结构比较复杂。 随着经济的高速发展,我们对能源的需求不断增加,资源越来越少。开发一个效率高、油耗低、污染少的发动机也不失为一种措施。为了降低油耗,气缸盖向重量轻, 高精度,高强度,高韧性和复合方向发展。铝合金的应用是汽车工业的一个重要趋势,使用铝合金不仅可以降低发动机的质量,而且具有良好的散热性能,对发动机的使用寿命具有一定的好处。然而,气缸盖的生产过程需要大量的生产机床。由于种种原因, 中国的制造技术还不是很先进,这也制约了气缸盖的生产。 发达国家的发动机制造技术已相当成熟,多年来一直领先中国。(FMS)生产线等先进的生产工艺,不仅使材料更轻,重量更轻,质量也越来越高。中国是汽车销售的大国,因而,汽缸盖的生产和研发具有重要的意义。2.1.1 缸盖功用汽车发动机的汽缸盖是发动机的重要组成部分。如图 2-1 所示。它位于发动机的上部,其底部平面经衬垫用螺栓固定在缸体顶面上,主要功能如下: 关闭气缸的上部,形成燃烧室。 作为上气门发动机的气门机构,兼进气管和出口管的装配底座。 缸盖内设有冷却水路,底面的冷却水孔与缸体的冷却水孔连通,以冷却燃烧室等高温部件。 2.1.2 结构特点由以上的叙述可知,汽缸盖应具有足够的刚度和强度。汽缸盖与气缸垫的结合应具有良好的密封性,进气和排气通道应使流动阻力达到最小,而且汽缸盖应冷却可靠, 保证安装在汽缸盖上的部件可靠的工作;缸盖一般为六面体,具有多孔薄壁,并带有阀座,阀管孔。 2.1.3 工艺性分析气缸盖的顶面,底面和排气管的组合是高精度的大面积表面。因此,在处理这些大面积表面时应注意处理加工顺序的合理安排和有效的热处理。 作为顶面的汽缸盖的上表面要求高精度,因此,可以先进行粗铣,然后进行半精加工。 汽缸盖的底面要求较高精度,位置度为 0.4mm,可以先进行粗铣,然后在精加工后进行其他精加工操作。 气缸盖上的阀座孔,管孔和凸轮轴孔都是交错孔,需要注意协调加工工序。其定位精度,表面粗糙度和尺寸精度都非常严格。因此,这些高精度孔加工工艺是气缸盖加工的核心工艺。 进排气门的表面粗糙度为 0.8um,孔轴线平行度为 0.05 毫米,圆柱度为 0.01 毫米。可先完成粗铣,然后精铣,最后研磨。气缸盖的主油孔需要很高的加工精度并且属于深孔加工,加工时需使用专用机床进行加工。 2.2 零件加工技术要求及工艺流程设计该缸盖大批量生产,材料为压铸铝合金 ZAlSi5Cu1-Mg,机械性能良好。 2.2.1 基准的选择定位基准的选择是制造过程中要解决的首要问题。 (1) 粗基准的选择 如果首先保证工件某个重要表面,则应选择该表面作为粗基准。 粗基准面应光滑,无裂缝、冒口、翻边等缺陷。 粗基准只能使用一次,以避免较大的位置误差等。 (2) 精基准的选择精基准的选择原则 要尽量利用设计基准作为定位基准。 统一基准原则; 互为基准原则,反复加工的原则; 自为基准原则。 精基准可选择了一面两销定位法,可选择底面和两个对角孔。 2.2.2 加工阶段的划分当零件的质量要求较高时,整个工序必须分为以下几个阶段。 粗加工阶段。 半精加工阶段。 精加工阶段。 光整加工阶段。如果工件表面粗糙度小且工件精度要求高,需要对其进行光整加工。光整加工阶段的目的主要是为了降低零件的表面粗糙度,以此来提高零件的尺寸精度。 2.2.3 加工顺序的安排(1) 切削加工顺序 先粗后精。 先主后次。 先基面后其他。 先平面后孔。 为了保证加工质量,一些零件必须在最终装配过程进行加工。 (2) 热处理工序 汽缸盖由铸铝合金制成。由于铸造后的残余应力,其机械性能仍不理想,需要热处理。 对于铝合金,淬火后硬度和强度不会明显立即增加。塑性不仅不降低,而且还会上升,但强度和硬度都会显着增加,并且可塑性在一段时间内会显着下降。淬火后, 铝合金的强度和硬度随时间显着增加。老化可发生在室温下,称为自然老化。 缸盖采用铸铝合金 ZAlSi5CuL-Mg 缸盖工作,耐高温,必须经热处理淬火,加热至 525C,淬火水温度为 60100C;然后老化处理,加热至 240C,保温 35H, 然后冷却至空气中。 (3) 辅助工序 零件加工完成后,正确的检查操作可以提高产品的合格率。其中,辅助工艺包括包装,清洁,表面处理,去毛刺,气密性测试等。 如图 2-2 所示,汽车发动机的工艺过程 图 2-2 汽车发动机缸盖的加工工艺2.3 本章小结本章对加工零件进行相关分析,从结构、材料、加工机床以及工艺性方面了解零件的相关技术要求,为缸盖主油道孔钻削夹具的设计做出前期准备。 3 定位装置的设计3.1 工件定位的基本原理3.1.1 六点定位原理如图 3-1(a)和 3-1(b)所示,空间中的工件位置是任意的,杂乱无章的,也就是说,他可以围绕 Ox、Oy 和 Oz 的三个轴旋转,称为旋转自由度“ x 、y 、 z ”;同时,它可以沿着 Ox、Oy 和 Oz 的三个轴移动,称为移动自由度“、”1。因而工件有六个自由度。如果工件缺少任何一个自由度限制,这都会使工件的位置无法确定下来。当然,对于工件的定位来说,有时候是可以缺少某一个自由度的 3-1(a) 矩形工件3-1(b) 圆柱形工件 在分析工件的定位时,自由度通常取决于支撑点的约束条件和约束个数,再通过确定与工件对应的定位方式就可以完全限制工件的六个自由度,工件在夹具中的位置关系也就完全确定,即六点定位原理1。 例如,在图 3-2 所示的零件中,其形状为矩形时,当需要铣削半封闭矩形键槽时, 为了确保加工尺寸 A,可以在图 3-2 所示的底部设置三个非共线支撑点 1,2,3。就可限制工件的三个自由度:、 、;为了保证 B 尺。使用两个支撑点 4, 5、约束、。为了保证 C 大小,用一个端面支承点 6,就可将 X 限制,这样工件的六个自由度就全部受到了约束,从而实现了完全定位,也称为六点定位。在一些特定的夹具中,支撑点可通过定位元件实现代替。 图 3-2零件 1图 3-3 零件 2对于圆柱形工件,如图 3-3 所示,可在外圆柱的外表面上设置四个支撑点,用支撑点 2 放置于侧槽,并在端面处设置一个支撑点,这样就限制了、 、 、六个自由度,实现工件的定位。为了在圆柱形表面上设置四个支撑点,通常使用 V形块,如图 3-3 所示。 3.1.2 工件定位中的约束分析工件根据工件在夹具中的限制情况,工件定位的类型可分为以下 4 种: (1) 完全定位 我们称之为“完全定位”是指工件的六自由度,不受重复约束。也就是说,工件的六个自由度都分别受到相应支撑点的约束。 (2) 不完全定位 例如,如图 3-4 所示,通过机床加工通孔,根据加工要求,不需要限制“、 ”两个自由度,所以可以利用三爪自定心卡盘定位就可达到加工要求。可见,当工件位于机床上时,应根据加工要求确定定位方式。不完全定位方法简化了夹具结构,减轻了夹具的重量。(3) 欠定位 根据工件加工要求,应限制的自由度并没有完全限制,这种定位方法称为欠定位。如果在图 3-3 所示的工件中没有侧面支撑 2,就会使工件发生旋转趋向;如果没有设置侧面两个定位支撑点 4 和 5,工件上的尺寸和工件槽侧的垂直度就不能保证。 (4) 过定位 夹具上设置两个或两个以上的定位元件来限制了工件的同一个自由度,这种现象称为过定位1。但有时也在工件和夹具精度比较高的情况下,采用过定位的方法来提高定位和夹紧的刚度,例如在齿轮坯加工过程中就有用到。3.1.3 工件定位中的定位基准 (1) 定位基准的基本概念 一般情况下,一旦选择了工件的定位基准,就确定了工件的位置,也就选择了工件的定位方法。定位方法的选择直接关系到工件的精度。 (2) 定位基准的分类 根据定位基准所约束的自由度数,可将其分为以下几类: 主要定位基准面。 导向定位基准面。 双导向定位基准。 双支承定位基准面。 止推定位基准面。 防转定位基准面。 根据六点定位原理,本次夹具设计选取发动机缸盖的底面作为第一定位基准面, 侧面作为第二地位基准面。又因为该发动机缸盖是通孔,因而采取不完全定位的方式, 即没有第三定位基准面。这样既可减轻夹具的重量又可简化夹具的结构。如图 3-5 所示。 图 3-4 机床加工通孔图 3-5 工件定位基准3.2 工件的定位方法及其定位元件为了将工件定位在夹具中,我们必须首先选择正确的定位基准,然后通过分析工件的重量及形状,选择适当的定位元件。 3.2.1 对定位元件的基本要求夹具设计对定位元件有以下的基本要求: 限位基面应有足够高的精度。 限位基面应有良好的耐磨性。 支承元件应有足够的强度和刚度。 定位元件应有良好好的工艺性。 清除切屑应便捷。 3.2.2 常用定位元件所能约束的自由度常用定位元件,可按工件定位基准面分为以下 3 类: 用于平面定位的定位元件; 用于外圆柱面定位的定位元件; 用于孔定位的定位元件; 常用定位元件所能约束的自由度可参考相关文献,如参考文献中的简明机床夹具设计手册。 3.2.3 常用定位元件的选用(1) 工件以平面定位如表 3-1 所示。 当支撑钉与夹具孔的配合是 H7/n6 或者 H7/r6;如果需要定期更换支撑钉,可增加衬套,衬套和夹具的外径也使用 H7/n6 或者 H7/r6,内径和支撑钉为 H7/JS6。支撑板用螺钉固定在夹具上。如果力较大或支撑板有移动趋势,则应增加定位销来固定。当使用两个以上的支撑板时,应在装配后进行磨平,以确保高度相等。 (2) 工件以外圆柱定位如表 3-2 所示。 V 块工作面的角度通常为 60 度、90 度和 120 度。最常用的类型是 90 度 V 块。大直径的轴和曲轴不容易被整个圆孔定位,而采用半圆定位。 表 3-1 常用定位元件的选择(a) 定位情况 选用的定位元件 当使用较小的平面作为基面时 选择平头支撑钉 当基面不是平的或粗糙表面定位时 选择圆头支撑钉 基面定位面积大、平面精度高时 通常选择支撑板 当用于侧表面或顶表面定位时 选择没有斜槽的支撑板 定位基准是底部时 选择带有倾斜槽的支撑板 以粗糙平面、环形平面和台阶平面用于基准面定位时 选择一个自由度的自定位支撑元件 以毛坯面作为基准平面 可按定位面质量和面积大小选用圆头可调支承、锥顶可调支撑和网状平头可调支撑作为定位元件 当定位基准需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时 选择辅助支撑作为辅助定位元件 表 3-2 常用定位元件的选择(b) 定位情况 选用的定位元件 当工件对称性要求较高时 可用 V 块定位 当工件的定位精度较高时 可以使用定位套筒或半圆定位座 当工件的圆柱形表面需要加工时 可以用锥形孔定位 (3) 工件以内孔定位 如表 3-3 所示。 表 3-3 常用定位元件的选择(C) 定位情况 选用的定位元件 工件上需要定位的孔比较小时 通常选用定位销 在盘类、套类零件的磨削和齿轮加工中 通常选用心轴定位 当工件定心精度要求较高,而轴向基准位移没有太大限制时 通常采用锥度心轴定位 (4) 工件以特殊表面定位通常情况下,工件定位为 V 形导向面,工件定位为燕尾导向面,工件以渐开线齿面定位。 (5) 组合表面定位 上面提到的大多数定位方法是基于“单一表面”的,但实际上也可以“用工件的两个或更多个几何表面定位”即通过组合表面定位。 本夹具以平面作为定位基准,并且是以已加工面作为定位基准,加工精度比较高, 由于缸盖多孔的存在,定位面积比较小,故定位元件可选用平头支承钉和网状支承钉。那么第一基准面和第二基准面可选择的方案为:平头支承钉和平头支承钉、平头支承钉和网状支承钉、网状支承钉和网状支承钉、网状支承钉和平头支承钉。显然,网状支承钉放在第一基准面是不合适的,磨损比平头支承钉严重。而为了减少零件的种类, 确定选择平头支承钉和平头支承钉,即缸盖的底面是三个不共线的平头支承钉,侧面也采用两个相平的平头支承钉。本论文到这里,定位元件也就确定了下来。 定位元件如图 3-6 所示。 图 3-6 定位元件3.3 定位误差分析与计算由于一批工件在同一个夹具上先后进行定位,但是每个工件的尺寸大小不一,因此各个工件在夹具中的位置并不是完全相同的。如果各个工件在夹具中占据的位置不相同,则加工制造出的工件的尺寸必不完全相同,因此会产生加工误差。该误差仅与工件的位置有关,称为定位误差。 加工工件时出现错误的原因是多方面的。因此,为了确保达到要求的加工精度, 根据参考文献1可知“一般定位误差不大于工件加工公差的 1/5 至 1/3”。 即 , (1/51/3) (3-1) 式中 定位误差,单位 mm; T工件的加工误差,单位 mm。 3.3.1 定位误差产生的原因根据参考文献1可知:定位误差产生的原因有:一是定位基准与极限位基准的 不一致引起的基准位移误差;二是定位基准与工艺基准不一致引起的基准不重合误差。 (1) 基准位移误差。由于定位副之间的的制造或配合不准确所造成的误差,称为基准位移误差。 (2) 基准不重合误差。此时除了有基准不重合误差外,还有基准位移误差。 3.3.2 定位误差的计算(1) = 0, 0时,只需要计算出基准位移误差即可, 即 , = (3-2) (2) 0,= 0时,只要计算出基准不重合误差即可, 即 , = (3-3) (3) 0, 0时,定位误差可以表示为基准不重合误差和基准位移误差的矢量和, 即 , = + (3-4) 本夹具中,不存在基准不重合误差,即DB = 0 ,采用的是平面作为定位基准,故基准位移误差DY = 0 ;则由以上叙述可知,本夹具的定位误差为DD = 0 ,满足设计要求,符合设计目标。 3.4 本章小结本章主要着眼于夹具的定位及定位误差的计算。以六点定位原理为基础,可以通过参考相关文献来选定定位基准以及定位方法,进而能够确定定位元件,最后计算定位误差。 4 夹紧装置的设计在加工制造工件的过程中,工件将会受到各种外力的影响。为了确保在这些外力的作用下,工件仍然能够保持工件在夹具中的位置,在夹具结构的设计中,必须设计某些夹紧元件使工件能够牢牢夹紧工件以便进行切削、钻孔等操作。同时,夹紧装置还可使工件不会产生振动及位移。 4.1 夹紧装置的组成及其设计原则我们所谓的夹紧装置是指在工件定位后,能够固定工件并在加工过程中始终保持工件位置不变的装置。 4.1.1 夹紧装置的组成部分夹紧装置的组成如图 4-1 所示,由以下 3 部分组成。 (1) 夹紧元件 如图 4-1 所示,压力板就是夹紧元件。 (2) 动力源装置 如图 4-1 所示的气缸就是是气动动力源。 (3) 传力机构 如图图 4-1 所示的杠杆是力传递机构。 图 4-1 夹紧装置的组成1-气缸2-杠杆3-压板4.1.2 夹紧装置的设计原则夹紧装置的设计具有以下几个原则: (1)工件不移动、不变形、不振动原则。 (2) 安全可靠原则。 (3) 经济实用原则。 (4) 在保证生产效率的前提下,其结构力求简单; 4.1.3 夹紧机构设计要求夹紧机构是一个完整的结构,它可以产生一定的夹紧力夹紧工件,并确保夹紧点的位置不变。夹紧机构的设计通常具有以下要求。 (1) 可浮动。 (2) 可联动。 为了实现同时或顺序的夹紧力和简单的操作,各种连杆机构被广泛用于设计中。 (3) 可增力 为了减少动力源产生动力,在夹紧机构中经常使用增力机构。 (4)可自锁 为了适应自动化的要求,如图 4-2 所示,本夹具采用液压缸的夹紧方式。 图 4-2 夹紧装置 4.2 夹紧力的确定4.2.1 确定夹紧力的基本原则 (1) 夹紧力的方向 夹紧力的方向选择时必须遵守以下准则: 夹紧力的方向应保持稳定,主夹紧力应与主定位基面的方向一致。 夹紧力的方向应尽可能减小夹紧力。 夹紧力的方向应能够利于提高工件的刚性。 (2)夹紧力的作用点 夹紧力的应尽可能落在定位元件的支承范围内,如布置在支撑元件的周围。 夹紧力的作用点应尽可能选在工件刚性较好的部位,例如壁厚较大的部位。 夹紧力的作用点应靠近加工表面。 (3) 夹紧力的大小 夹紧力大小应适中。夹紧力太小,夹紧不可靠,工件在加工过程中可能会移位和破坏位置,甚至可能发生安全事故。夹紧力过大将导致工件变形,影响加工精度。 当夹紧力由估算方法确定时,先通过静力平衡计算出理论所需的夹紧力,然后再乘以安全系数 K 即可。 即 , = (4-1) 式中 合适的夹紧力,单位 N; 理论夹紧力,单位 N; K安全系数。 我们在粗略计算时,粗加工一般取K = 2.53,精加工取K = 1.52。 (4) 减小夹紧变形的措施 增加辅助夹紧点和辅助支承。 散布着力点。 扩大压紧件接触面积。 巧妙利用对称变形。 4.2.2 夹紧力及钻削力矩的计算在本夹具中,根据 简明机床夹具设计手册 单边钻削力 F 可以用下式表示, 即 , = 3090.8 (4-2) 式中 轴向切削力,单位 N; d钻头直径,单位 mm; f每转进给量,单位 mm; 修正系数,由于是铝合金,可取=1.0 又 d=10mm,f=0.8mm。 即 , = 309 10 0.80.8 1.0 = 2584.82 (4-3) 可以看出钻削力是比较大的,又在枪钻机床上用两边同时进给的方式,则两边的钻削力可相互抵销,综合下来钻削力减少为 0。则在平行于钻削轴线的方向不需要夹紧装置,另一方面也减化了夹具结构,符合设计原则。 本夹具中,根据 简明机床夹具设计手册 单边钻削力矩 M 可用下面的公式表示, 即 , M = 0.1220.7 (4-4) 式中 M切削力矩,单位N m; D钻头直径,单位 mm; F每转进给量,单位 mm; 修正系数,由于是铝合金,可取=1.0 又 d=10mm,f=0.8mm。 即 , M = 0.12 102 0.80.7 1.0 = 10.26 (4-5) 可见,钻削力矩 M 是比较小的,又缸盖重 30kg,缸盖完全可根据自身重力抵销钻削产生的力矩,但是为了提高工艺系统的刚性,以及保证工件定位不被破坏。可在缸盖侧面和顶面分别增加一个液压缸,作为夹紧装置。如图 4-3 所示。 图 4-3 夹紧装置示意图4.3 本章小结本章主要确定夹紧装置的结构。从夹紧装置的构成、设计原则、设计要求以及基本原则,确定夹紧力的大小、方向和作用点;然后通过分析选定夹紧方式和夹紧元件; 最后确定夹紧机构。 5 夹具体及引导装置设计5.1 夹具体的设计夹具体是将夹具上的各种装置和部件连接在一起的基座构件。在加工过程中,一些碎屑将落在夹具体上。因此,当设计夹具具体时,必须考虑到该结构应该有利于碎屑的清除。此外,设计还必须仔细考虑具体结构的可操作性、运输、经济性和便携性。 5.1.1 夹具设计的基本要求夹具是夹具的基本组成部分,其设计应满足以下要求。 应有适当的尺寸稳定性和精度。 应有足够的的刚度和强度。 应有良好的结构使用性和工艺性。 应有利于排屑。 在机床上安装应稳定、可靠。 5.1.2 夹具体外形尺寸的确定由于夹具制造属于单件生产,一般采用基于经验类比法的类比夹具结构进行设计, 一般不进行复杂计算。事实上,在绘制通用夹具图的过程中“通常根据工件、定位元 件、夹紧装置、刀具导向元件等辅助机构和装置的总体结构”来确定夹具体的形状及 尺寸。如表 5-1 所示,就是通过先辈得出的一些经验数据。 表 5-1 夹具体结构尺寸的经验数据 夹具结构部分经验数据夹具体壁厚 h15mm25mm夹具体加强筋厚度(0.70.9)h夹具体加强筋高度不大于 5h夹具体壁与壁连接的铸造圆角11R = ( ) ( + 2) 5101式中: 和 为圆角相连处的壁厚12夹具体如图 5-1 所示。 图 5-1 夹具体5.2 引导装置的设计导向装置用于钻孔和镗孔引导刀具。主要部件是钻套和衬套。借助导向元件,可以提高孔的尺寸精度,几何精度和位置精度。 5.2.1 钻套的基本类型 (1) 固定钻套 钻套直接压在钻模上,如图 5-2 所示。 图 5-2 固定钻套图 5-3 可换钻套(2) 可换钻套 钻套装在衬套中,如图 5-3 所示。 (3) 快换钻套 其结构与可换钻套相似;如图 5-4 所示。 图(4) 特殊钻套当工件的结构形状比较“怪异”而不适合采用标准钻套的时侯,如在一些斜面钻与斜面不垂直的孔或是采用组合的钻套加工多空或不同深度的时候,可自主设计与工件相对应的钻套,如图 5-5 所示。 对于钻削来说,对于较难排屑的工件排屑空间 h 较大,较容易拍屑的工件排屑空间 h 较小。 即, 对钻削较难排屑的(如钢件), h = (0.7 0.15)d 。 对钻削较易排屑的(如铸铁), h = (0.3 0.7)d 。 图 5-5 特殊钻套5.2.2 钻套的尺寸公差在钻孔时位置精度和尺寸精度由导向套和导套之间的位置精度和导套的精度来保证1。 根据相关资料,若已知导套内径的基本尺寸是工具的最大极限,其公差是根据基轴制设置的;铰接孔、钻孔或粗铰孔通常使用 G6 或 G7。如果刀具不被切削部分引导, 而是由圆柱形部分引导,则也允许使用基孔的 G6、F6、G5 和孔 H7。 导套内外同轴度不应超过 0.005mm。 导套的内径偏差如表 5-2 所示。 表 5-2 导套的内径偏差导套类型配合类别孔偏差工具的名义尺寸13366101018183030505080钻孔用导套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+0.030G7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+0.0121 号扩孔钻用导套F8上偏差-0.137-0.170-0.020-0.230-0.280下偏差-0.157-0.194-0.230-0.265-0.32G7上偏差-0.149-0.185-0.220-0.255-0.308下偏差-0.165-0.204-0.242-0.280-0.3382 号扩孔钻用导套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+0.150G7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铰H10孔用导套(粗铰)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+0.120G 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铰 H9 孔用导套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+0.075G7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铰 H7 孔用导套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+0.136G 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 号扩孔钻用于铰孔前扩孔;2 号扩孔钻用于 H11 级精度的最后加工。根据加工要求和设计要求,钻套端部与工件表面间的距离根据参考文献中的简明夹具设计手册可知,钻套端部与工件表面间的距离为 h = (0.7 1.5)d ,其中,d为钻头直径,即 d=10mm,则 h 可取h = 0.8 10 = 8mm,钻套如图 5-6 所示。 5.3 本章小结夹具体及引导装置的设计也是一项非常重要任务。夹具体和引导装置可以很好的保证加工精度,减少误差。本章根据加工要求,得出了以上所述的设计结构。 以上的重要零件设计完成后,根据相关尺寸配合得到如下的夹具,如图 5-7 所示。 图 5-6 钻套 图 5-7 夹具总装示意图 6 设计总结本次设计的缸盖主油道孔钻削夹具应用于发动机缸盖主油道孔的钻削工作。本夹具的设计充分的利用了本科所学的知识,进一步将理论知识与实践相结合,拓宽了自身的文化视野,提高了动手能力和思考能力。 众所周知,机床夹具在机械的加工过程中发挥着十分重要的作用,是现代机械加工的切实可行之路。归纳起来,主要有:缩短辅助时间,提高生产率,降低加工成本; 保证加工精度;降低对工人的技术要求,减轻工人的劳动强度;扩大机床的工艺范围; 在自动化生产和流水线生产中,便于平衡生产节拍。 本夹具由定位装置、夹紧装置、辅助装置、夹具体以及引导装置等部分组成。在设计定位装置的过程中,由工件出发,根据工件的结构和形状,选择定位基准,从而确定定位
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