活塞的加工工艺及其夹具设计（全套含CAD图纸）
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1 绪 论 设计是高等工业学校教学中的一个主要组成部分 ,是专业学习过程是最后的一个主要的实践性的教学环节 ,是培养学生独立思考和科学工作方法重要的实践性的过程 . 设计的目的和要求在于培养学生综合运用所学知识和技能去分析和解决机械工程实际问题的能力 培养学生树立工程技术必备的全局观点 ,生产观点和经济观点 培养学生调查研究 ,查阅技术文献资料 ,手册进行工程运筹 ,图样的绘制及编写技术文件的独立工作能力 . 在毕业设计时 ,我们通过到莱阳动力机车 厂的实际调研 ,对设计内容有了基本的了解 ,并仔细观察和了解各加工工序的加工过程 ,查阅了大量的资料 ,在老师的指导及同组同学的帮助下，我逐渐掌握和了解了如何去完成对一个零件的加工工艺的分析以及所需机床夹具的设计，完成了设计任务 ,并编写了设计说明书 . 由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 2 第 1 章 活塞功用结构特点及技术要求 塞的作用 活塞位于发动机的汽缸内，多往复运动，主要承受气缸中的气体压力，并且此压力通过活塞销传给连杆，以摧动曲轴的旋转。 活塞顶部与气缸盖 、气缸壁共同组成燃烧室。 发动机做功是由进气 、压缩、作工、排气四个行程完成的一个工作循环的。不断的循环，发动机才能连续的工作，这就要求发动机内活塞顶以上的空间有非常好的密封效果，密封是活塞的第二个作用。 活塞在工作中应不敲缸、不拉缸、不漏气，保持正常的活塞与缸空的配合间隙，使发动机能稳定有效的工作，获得更大的功率，既要求活塞应有良好的导向作用。 由于活塞顶部直接与高温气体周期性的接触，燃起的最高温度可达 2500K， 此外气体的吸入，压缩，废气的排放，也都有活塞的运动来完成，因此活塞的工作主要特点是在高温高压下 做长时间的连续变幅和往复运动，并且承受着燃气的带冲击性的高压力，为了提高活塞的工作性能和寿命，它 对活塞合金材料性能 具有以下的要求： （ 1）在高温高压下具有足够的强度和刚度 ; （ 2）密度小，好的加工性能 ; （ 3）良好的耐磨性和耐蚀性 ; （ 4）良好的导热性 ,热膨胀系数小 ; （ 5）保证气缸内部空间密封 . 活塞有顶部、头部和裙部三部分组成。裙部包括销座、销孔等，机构见图（活塞零件图）。 由于活塞十字阿高温高压的腐蚀条件下连续变负荷运动的， 所以必须有相适应的结构来满足 活塞的这一特定的工作条件。铝合金材料的导热性好重惯性力小，用它制造活塞有利于活塞的工作。 活塞顶部工作条件最为恶劣，从活塞整体结构上，设计成顶部及头部的壁较厚，一下壁厚逐渐减薄，并使销孔至内顶面为整体销座；对非整体结构也涉及了加强筋，使整个活塞具有足够的刚性。 活塞顶部受热最严重，往下温度渐低，考虑的奥活塞受热变形，头部直径尺寸设3 计的较小，裙部尺寸大于头部尺寸。这样在正常的工作状态下，活塞不至于受热膨胀而卡死为防止活塞头部热量过多地传给裙部，所以大部分活塞在有环槽处开有隔热槽， 有的整体裙 部活塞纵向开有膨胀槽，以适应热变形引起的裙部直径尺寸变化。 为使得到满意的配缸间隙，理想的活塞应该和缸筒一样是正圆的。实际工作状态下的活塞，其侧压力主要在垂直于销孔的方向，又引起再热变形的情况下要求它能正常稳定的工作，即在热变形后趋于正圆，所以大多数活塞群不是设计成椭圆的。也有的活塞考虑到自上而下的温度渐低的特点，将裙部设计成锥体（ 上 小下大）。 6120发动机活塞是裙部桶形变椭圆活塞，变椭圆就是活塞裙部自上而下椭圆度逐渐变小，祥见活塞零件图。 为使活塞能够在极其恶劣的条件下稳定长期的连续工 作 ，加工时必须满足设计要求： 1）环岸及环槽对活塞裙部轴心的径向跳动最大允许差为 2）环槽侧面对活塞裙部轴心线垂直度不超过 25： 槽侧面对活塞裙部轴向 跳动不超过 槽侧面粗糙度及槽宽尺寸等，这些参数直接影响活塞及活塞环的工作状态。 以上两个参数超差，会晒活塞在汽缸内往复运动处于不正常状态，活塞与其港币出现偏磨现象，从而导致侨港或拉缸等故障的发生，使发动机达不到设计功率。 3）活塞销孔圆柱度 面粗糙度 端销孔同轴度；销孔轴心线相对裙部轴心线垂直度 100： 销孔直径尺寸公差，这些参数如超过上述要求回事活塞销与活塞销孔配合不正常，破坏活塞、活塞销、炼钢的正确装置位置，保证不了正常的润滑，将产生不正常的磨损。 4）裙部形状及尺寸要求 为了保证规定的配缸间隙，裙部的形状及尺寸必须满足产品图设计要求，否则，发动机达不到设计功率差生不正常的磨损，严重影响发动机使用效果。 为减少活塞与缸壁磨擦损耗，要求裙部保留又间距 刀痕，以便能储存润滑油 ，使发动机在工作中活塞与缸壁之间形成一层油膜。 佩及其制造方法 塞的材料 活塞的材料除少数采用铸铁外，大部分采用系数高、热膨胀导热系数地的硅铝合金作为活塞的材料。也有的为了增加活塞的刚性或隔热性或为避免环槽早期磨损，在其头4 部或群部铸有钢护圈、铸铁圈或钢片，这类活塞称为双金属活塞。铝活塞除了导热性能好外， 还具有重量轻、易加工等优点，所代替小型发动机大部分采用铝合金作为活塞材料，由于铝合金和铸合材料的不同，造成县膨胀系数不一样，以可能出现光环选用铸铁活塞的趋势，用以代替铝活塞。 坯及其制造方法 一般的铝合金活塞大部分采用金属模浇注，这样也可以得到较高精度的毛坯，减少了机械加工余量，也保证活塞间较小的重量差。活塞毛坯 见下图： 6102 发动机活塞毛坯图采用液态锻造形式，用 200t 锻压机锻压成型。液锻的筒形外模固定在液压机工作平台上，周围用水冷却，内心固定在压头上，将铝水倒入筒形模具后，芯子在压头带动下压入筒内，保持 25s 后压头抬起，内芯同时将被凝固 的毛坯带出来，成型的毛坯经热处理后进行机械加工 。 图 15 第 2 章 活塞的机械加工工艺的制定 制定工艺规程时，应该在充分调查研究的基础上，提出多种方案进行分析比较。因为工艺路线不但要影响加工的质量和生产效率，而且影响到工人的劳动强度、生产成本等。 拟定工艺路线就是制定工艺过程的总体布局。其主要的任务是选择各个加工表面的加工方法和加工方案，确定各个表面的加工顺序以及整个工艺工程中工序数目等。 除合理选择定位基准外，拟定工艺路线还要考虑表面加工方法、加工阶段的划分、工序的集中与分散和加工顺序等方面。 面的加工方法的选择 （ 1）首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于或的统一精度要求及表面粗糙度的加工方法往往有若干种， 时机选择时还要结合零件的结构形状、尺寸大小以及材料和热处理等要求。例如对于 7级精度的空，采用镗削、较削、拉削和磨削均可以达到要求，但对于变速箱提上的加工孔时，铸铁的材料孔壁较薄，一般不宜选择拉削或磨孔，而常选择镗孔或铰孔，孔径大时选择镗孔，孔经小时选择铰孔。 （ 2）工件材料的性质对加工方法的选择也有影响。如淬火钢应该采用磨削加工，对于有色金属零件，为避免磨削是堵塞砂轮，一般 都采用高速镗、精密铣或告诉精密车铣进行加工。 （ 3）在选择表面加工方法时，除了首先要保证质量的要求外还应考虑和经济性的要求。大批量生产时， 应尽量采用高效率的选进工艺方法。但是在年产量不大的生产情况下采用高效率的加工方法及专用设备，则会因设备利用率不高，造成经济上的损失。此外，通过任何一种加工方法所获得的加工精度和表面质量均有一个相当大的范围，但只是在一定的范围内这种方法才是经济的。这种一定的范围的加工精度，即为该种加工方法的经济精度。选择加工方法时，因该根据工件的精度要求选择与经济精度是相适应的加工方 法。 （ 4）为了能正确的选择加工方法，还要考虑本厂、本车间现有的设备情况及技术条件，充分利用现有设备，挖掘企业潜力，发挥工人及技术人员的积极性和创造性。同时也应考虑不断改进现有的方法和设备，摧光新技术，提高工艺水平。 6 工阶段的划分 对于加工质量的要求较高的零件，工艺过程应分阶段进行，这样才能保证零件的进度要求，充分利用人力资源、物力资源。加工的工艺过程一般可以分为以下几个阶段： （ 1）粗加工阶段 主要任务是切除个加工表面上的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上尽量接近成 品。因此，此阶段中应采取措施尽可能提高生产率。 （ 2）半精加工阶段 他的任务是使表面消除粗加工留下的误差，达到一定的精度及留有精加工余量，未经加工做好准备，并完成一些次要的表面（如钻孔、铣槽等）的加工。 （ 3）精加工阶段 精加工阶段主要市去除半精加工所留的加工余量，施工价格主要表面达到图纸要求的尺寸精度和表面粗糙度。 在拟定工艺路线时， 一般应遵循划分加工阶段至一原则。但具体运用是要灵活掌握，不能绝对化。例如，对于要求较低而刚性有较好的零件，可不必划分加工阶段。对于一些刚性较好的重 型零件，由于装夹吊运很费工时，往往不划分加工阶段。而在一次安装中完成表面的粗、精加工，更以保证位置精度要求。 序的集中与分散 对同一工件的同样加工内容，可以安排两种不同形式的工艺规程：一种是工序集中的工艺规程，另一种是工序分散的工艺规程。所谓工序集中，是使每个工序中包括尽可能多的工步内容，因而失踪的工序数目减少，夹具的数目和工件的安装次数也相应的减少。所谓工序分散， 是将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中去完成，因而每道工序的工步少，工艺路线长。 工顺序的安排 安排机 械加工顺序时，应考虑以下几个原则： （ 1）先粗后精 当零件需要分阶段进行加工时，先安排个表面的粗加工，中间安排半精加工，最后 安排主要表面的精加工和光整加工。由于次要表面的精度要求不高，一般经粗、半精加工即可完成；对于那些与主要表面相对位置关系密切的表面，通常至于主要表面精加工之后进行。 （ 2）先主后次 零件深的装配基面和主要工作表面等先进行安排加工，紧固用的光孔和螺纹等 ,由于加工面小，又和主要表面有相互位置要求， 一般应安排在主要表面达到一定精度之后进行加工，但应在最后精加工之前进行加工。 7 （ 3）基面先加工 每一个加工阶段总是应先安排基面加工工序。例如轴类零件的加工中采用中心孔作为充一基准，因此每个加工阶段总是加工中心孔，以作为精基准。如果精基准面不止一个，则应按照基面转换的次序和逐步提高精度的原则安排加工。例如精密轴套类零件，其外圆和内孔就要互为基准，反复进行加工。 （ 4）先面后孔 因平面所占轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可靠。因此，其工艺过程总是选择平面作为定位精基准，先加工平面在加工孔。 制定工艺路线的出发点是使另加的几何形状， 尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证，在生产纲领以确定为大量生产和条件，故可以恰当的采用专用机床配以专用夹具，除此还应该考虑经济效果，使生产成本尽量下降。 其加工顺序为： 减应力孔； 23销孔： 车顶部； 车有环槽，粗车环岸； 半精镗销孔； 8 案二 其加工工艺如下： 减应力孔； 23销孔： 车顶部； 车有环槽，粗车环岸； 面到交精车环岸； 6. 铣回油槽； 中心孔； 9 19. 清洗、吹净、打印 ； 标记 ； 以上两个方案中，各有优缺点。主要区别有在加工销孔和止口时工序安排，各主要口的加工顺序安排。 在方案一中，工序安排主要考虑将粗加工和精加工分开，先粗车后精车，且先加工止口段面，而在方案二中则主要考虑减少工件装夹得次数，先价外圆面，然后加工止口面。每次装夹完成粗、精加工。方案一中的装夹次数比较多，但是多了中间检查，而是工件的可靠性大大的提高了 ，方案二中把各种倒角和其他主要工序安排在一起，严重影响了主要工序的加工。 综合比较两个方案，方案一设计比较合理，因此最终选择方案一。 基准的选择 活塞工艺精度要求最高的部位是活塞销孔、 群部外形及环槽部分为保证这些部件的加工精度，必须采用粗加工分段进行的方法。只小孔加工一项就分五道工序，即钻孔、扩空、粗镗、精镗、滚挤。精度要求不高的部件采用一次性加工。例如：销座凹坑， 4座油控、销座锁环槽等。顶部燃烧室利用专用进刀装 置加工。一次即可保证尺寸，群部的定位止口只有六轴车床使用一次，所以也采用一次加工。 整个工艺流程遵循先粗后精的原则，因群部及一受磕碰伤，随意也排在后面加工。 前三道工序轴向定位基准室内腔顶面，分别采用内外强子定心夹具，四工序选择粗基准销孔中心线。第五道工序的基准选择是活塞的垂直中心线，在精车顶部及燃烧室的时候是群部定位止口，精车环岸和半精车群部，车积炭曹、精车环槽的时候基准选择是活塞的垂直中心线。扩孔和铣回油路槽的基准选择是已经精车过后的顶部。钻销座油孔以活塞外圆为基准。粗镗和半精销孔的 时候还是用顶部为基准。车销孔环槽 以销孔中心线为基准。 要加工工序的切削用量、加工余量 切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得较高的生产率和地加工成本的切削用量。 10 为了保证零件图上某平面的精度和粗糙度值，需要从其毛坯表面切取金属层，这一金属层的总厚度称为 该表面的加工总余量。每一个工序所切除的金属层厚度称为工 序余量。可见某表面的加工总余量与该表面工序之间的关系为： 2+ +中 n 加工该表面的工序（或工步）数目。 共建加工余量的大小，将直接影响工件的加工质量、生产率和经济性。例如加工余量的太小时，不易去掉上道工序所遗留下来的表面缺陷及表面的相互位置误差而引起很大的切削热和切削力，使工件产生变形，影响加工质量。 在设计过程中， 我们主要计算了车群部定位止口的加工余量，要求从毛坯终车销掉 2车前半部外圆时要求保持表面粗糙度为 圆半径为 差为 车后半部外圆时要求保持表面粗糙度为 106m，外圆直径为 差为 车顶部端面的外圆时保证顶部到群部底部的长度为 差为 车群部外圆时保证直径为 差保证为 销孔时保证销孔内壁粗糙度为 径为 差为 证表面粗糙度为 差为 11 第 3 章 夹具的设计 工 件在机床上的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位两个方面。他们的原理是相同的，本次设计中，我更多的是考虑了工件在夹具上的定位。两个工件都要在钻床上进行加工，只要在家具体的底部设计一个带螺栓的底板，划线找正后将夹具体固定在钻床的工作台上，就可以进行加工。 确理解定位 定位的定义：确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程叫工件的定位。 定位的目的：是同一批工件在夹具中占有一致的正确加工位置。 我们在 车床上加工工件时，若采用通过夹具如单动卡盘或自定心卡盘安 装工件，确定工件的位置找正的方法，即被加工工件表面旋转轴心线与车窗主轴旋转中心线重合，最后把工件夹紧。对大批量的产品生产使用专用夹具，这是工件的定位必须使一批共建逐渐放入夹具中都能占有一个相同的正确位置，能否保证工件位置的一致性，直接影响到加工工件的精度，所以，工件的定位十分重要。 定位的实质是工件在夹具中有确定的加工位置。 正确的加工为之可转化为空间直角坐标系中决定刚体坐标位置。在空间的任意自由状态的刚体共有六个自由度，即： X、Y、 Z、 X、 Y、 方法：将定 位援建转化为相适应的定位支撑点，用这些定位止点来限制工件的自由度。 点定位原理 任何一个自由刚体，在空间均有六个自由度，即沿空间坐标的 X、 Y、 件定位的实质就是限制工件的自由度。由此可见，工件安装是主要靠机床工作台或夹具上的这六个支撑点，他的自由度即全部被限制，工件便获得一个完整确定的位置。无论是进行那种工序内容，都必须遵守六点定位原则，以保证工件准确的夹紧，从而在加工时能够确保要求的位置度等的精确性。 工件定位时，用合理分布的六个支撑点 与工件的定位基准相接触 来限制工件的六个自由度，使工件的位置完全正确，成为“六点定则 ”。 六点定则是工件 定位的基本法则，用于实际生产时，起支撑作用的是一定形状的12 几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。 图 3件的六点定位原理 一面两销组合定位： 在实际生产中为了实现共建的完全定位，常常要以两个或两个以上的表面为组合定位基准，此时已需要有两个以上的定位元件组合使用。如常见的一面两销定位方式即被广乏应用于中、大型零件的加 工中。这种定位的方式简单可靠，加紧方便。又使工件上没有合适的小孔时，常把紧固螺钉孔的精度提高或专门作出两个工艺孔来，以备一面两销定位之用。 为了避 免两销定位时的过定位干涉，实际应用中将其中一之一做成菱形销（如图 3 2所示），圆柱销如图 3 3所示。 13 图 3 2定位销 图 3 3定位销 全定位、不完全定位和欠定位 加工时，工件的六个自由度被完全限制了的定位成为完全定位。 但生产中并不是任何工序都需要采用完全定位的。究竟应该限制几个自由度和那几个自由度，应由工件的加工要求决定。 例如在一个长轴上铣一个两头不通的键槽，加工要求除了键槽本身的宽度、深度和长度外，还需要保证键槽距轴端的尺寸及槽队外圆轴线的对陈度 。此时绕工件轴线传动的自由度就不必限制而只要限制五个自由度就行了。工件的六个自由度没有被完全限制的现象称为不完全定位。在平面磨床上磨削平板零 件的平面也是不完全定位的一个例子。 在满足加工要求的前提下，采用不完全定位是允许的。但是根据加工要求应该限制的自由度而没有限制是不允许的，它必然不能保证加工的要求，这种现象称为欠定位。 定位现象 工件的某个自由度被重复限制的想象称为过定位。一般情况下应该尽量避免过定位。 但是在某些条件下，过定位的现象不仅允许，而且是必要的。此时应当采取恰当的措施提高定位基准之间及定位元件之间的位置精度，以免产生干涉。 如在机床地板上安装工件时，或在下面介绍得钻磨搬上的安装支承时，由于三点决定一个平面 ，只需三个支撑便可以限制倒应限制的自由度 ，但我们却采用了四个支承这14 就是过定位了，不过我们把四个支承时在一个平面上一刀磨平的话，便起到了更加稳定定位的作用，这种过定位是允许的，也是常见的。 在实际的设计中，常常会出现过定位的现象。过定位是允许的，但欠定位是绝对不允许的。 位误差 定位误差是由于工件在夹具上定位不准确所引起的加工误差，在采用调整法加工时，工件的定位误差实际上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 定位误差的组成 ： 1）基准不重合误差 B：定位基准与工序基准不重合引起的误差 。 大小：等于定位尺寸公差。 定位尺寸：定位基准与工序基准之间的尺寸。 基准不重合误差分析：在工序图上寻找定位尺寸的公差。 2）基准位移误差 Y：定位基准渝线为基准不重合引起的误差。 这是由于定位基面和限制基面的制造公差和间隙造成的。 定位基准与限位基准的最大变动量： i=位基准的变动方向与工序尺寸方向相同时：基准位移误差 y= i；不同时 y= 种定位方式下定位误差的计算 1）定位误差的计算 工序基准不在定位基准 面上： D= B+ Y 工序基准在定位基准面上： D= B Y + - 确定方法： 、限位基面接触，定位基面直径由小变大（或由大变小），分析定位基准变动方向； 位基面直径同样变化，分析工序基准的变动方向； 响取负。 2） 轴水平防止或有固定的方向的力作用）： Y=+ 轴垂直放置）： 15 Y=D+)、一面两孔组合定位 平面内任意方向移动的基准位移误差：取决于第一定位幅的最大间隙，即圆柱销、孔的配合间隙。 平面内转动的基准位移误差（转角误差）：转角误差则考虑最不利因素，通过几何关系求得。 图 3 4基准位移误差 由圆柱销决定，工件孔中心相对中心左右分别移动 即：单方向移动 双方向移动 I、在连心线垂直方向的移动 圆柱销：上下各 ,单 ，双 边销：上下各 ,单 ，双 6 图 3 5 一面两孔组合定位的定位误差 : 同侧（上或下）单边接触是转角及位移 2 m a x 1 m a 1 12 O +l* :同侧双边接触位移 Y 2=2 ： 上下错移单边接触转角及位移 2 m a x 1 m a 1 1 2 O 17 1 m a XY a ： 反向错移双边接触位移 4 1 m a x 2Y X a 见的定位方法 一）工件以平面定位 平面定位的主要形式是支撑定位， 常见的有以下四种： 1）固定支撑 固定支撑有支撑钉和支撑扳两种形式。 2）可调支撑 支撑点的位置是可以调整的，成勇于攻坚定位表面不规整，或工件 批与批之间尺寸变化较大时，有时也用于做成组夹具的调整元件。 3）自位支撑 支撑本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应，他一般只起一个自由度的定位作用，常用于毛坯表面、阶梯表面和有较大角度误差的平面的定位。 4）辅助支撑 不起定位作用，在工件定位后才参与支撑，主要用来加工过程中加强被加工部件的刚度。 件以圆孔定位 工件以圆孔为定位基准面时 ，常用圆柱体和圆锥体作为定位元件。 1）圆柱销（定位销） 短圆柱销 可以限制两个 自由度 ，而长圆柱销可以限制四个自由度。从结构上看，定位销一般可分为固定式和可换式两种。固定式定位销是直接用过盈配合装在夹具体上使用的。当定位销定位部分直径 D10，由于销径太细，为避免销子受力过大而剪断，通常在销子定位端根部倒成大圆角。这是夹具体上安装定位销的部分应设计埋头坑，以便定位销的圆角部分沉入坑内，而不妨碍工件的定位。 2）圆柱心轴 心轴可以做成一个单独的夹具，广乏应用于车、铣、磨床上的加工套筒及盘类零件。心 轴在定位过程中一般限制工件的四个自由度。 3）圆柱销 圆柱销一般只能限制工件的三个移动自由度。 工件在单个圆柱销上容易倾斜，为此，圆柱销一般与其他定位元件组 合使用。 4） 锥度心轴 18 这种定位方式的定心精度较高，可达 攻坚的轴向位移较大，使用与工件定位孔精度不低于 精车和磨削加工。 件以外圆表面定位 工件以外圆柱面作为定位基准时，最常用的定位元件有 V 型块、定位套和半圆套。工件以外圆柱面在 V 型块上的突出优点是对中性好， 即工件上定位用的外圆柱面轴线始终处在 V 型块两斜面的对称面上，且不受定位基准直径误差的影响。用于较短的精基准定位，一般限制工件的两个自由度。用于较长的未加工的定位基准，一般限制工件四个自由度。 V 型块有固定式也有活动式。活动 V 型块限制工件一个转动自由度，其沿 时兼有加紧的作用。 工件以外圆柱面定位时，除 V 型块定位，还可以采用定位套的形式，此时大多与端面定位相结合。定位套的优点是简单方便，缺点是因为定位间隙的影响而是定心精度不够高。 件在夹具中的夹紧 在机械加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力等的作用， 为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已有定位元件确定的加工位置，而不致发生振动或位移、夹具结构中应该设置加紧装置将公家可靠夹牢。 紧装置的组成 夹紧装置的种类很多，但其结构均由两部分组成。 1、动力装置 夹紧力的来源，一是人力；二是某种装置所产生的力。能产生力的装置称为夹具的动力装置。常见的动力装置有：气动装置、液压装置、电动装置、电磁装置、气 液联动装置和真空装置等。由于手动夹具的夹紧力来自人力，因此它没有 动力装置。 2、夹紧部分 接收和传递原始作用力是指变为夹紧力并执行加紧任务的部分，一般由下了机构组成： 1）接受原始作用力的机构。如手柄、螺母及用来连接汽缸活塞杆的机构等。 2）中间 递力机构。如铰链、杠杆等。 3）夹紧元件。如各种螺钉 、压板等。 其中中间递力机构在传递原始作用力至夹紧元件的过程中可以起到诸如改变作用19 力的方向、改变作用力的大小以及自锁等作用。 紧装置的基本要求 在不破坏工件定位精度，并保证加工质量的前提下，应尽量使夹紧装置做到： 1、夹紧力的大小适当。既要保证工件在整个加工过程中起位置稳定不变、振动小，又要保证工件在加工过程中不产生大的夹紧变形。 2、工艺性能好。加紧装置的复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的情况下，其结构应力求简单，以便于制造和维修。 3 实用性好。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。 本夹紧机构 原始作用力转化为夹紧力是通过加紧机构来实现的。在众多的夹紧机构中以斜 楔、螺旋、偏心以及由它们组合而成的夹紧机构应用最为普遍。 1）斜楔夹紧机构 采用斜楔作为传力元件或夹紧元 件的机构称为斜楔夹紧机构。 直接采用斜楔夹紧时，斜楔的自锁条件是：斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和 。 即： 12 为保证自锁的可靠，手动夹紧机构一般取 =6 8 。 用气压或液压装置驱 动的斜楔不需要自锁，可取 =15 35 。 斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自锁性能好等特点，因此获得广乏的应用。 2）螺旋夹紧机构 采用螺杆座中间传力元件的夹紧机构统称螺旋夹紧机构。由于它结构简单、夹紧可靠、通用性好，而且由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。 1）、简单螺旋夹紧机构 最简单的螺旋夹紧机构由于直接用螺钉头部加紧工件，易使工件受压表面损伤，或带动工件旋转。因此常在头部装有摆动的压块。 由于压块与工件间的摩擦力矩大于压块与螺钉间的摩擦力矩，压块不会随螺钉一起运动。 夹 紧动作慢，工件装卸费时是单个螺旋夹紧机构的另一个缺点。为克服这个缺点，可采用快速夹紧机构 。 20 2）、螺旋压板加紧机构 在加紧机构中。螺旋压板的使用非常普遍，常见的螺旋压板典型机构其机构尺寸均以标准化，设计者可参考有关国家标准和夹具设计手册进行设计。 3）、偏心加紧机构 用偏心角直接或间接加紧工件的机构，称为偏心加紧机构。偏心件有两种形式，即圆偏心和曲线偏心，其中，圆偏心机构因结构简单、制造容易而得到广乏的应用。 偏心加紧加工操作方便、夹紧迅速、缺点是夹紧力和夹紧行程都小。一般用于切削力不大、振动小、没有偏心力 影响的加工中。 1）、圆偏心轮的工作原理 2）、圆偏心轮的夹紧行程几工作段 3）、偏心轮的自锁条件 m 2 摧导出 ： 1 2/f e D 当 f=， e/D 20 当 f=e/D 14 当工件被加工面以中心为要素（轴线、中心平面等）为工序基准时，为使基准重合以减少定位误差，须采用定心夹紧机构。 定心夹紧机构具有定心和夹紧两种功能，如卧式车窗的三爪自定心卡盘几位最常用的典型实例。定 心夹紧机构按其定心作用原理有两种 类型，一种是依靠传动机构定心夹紧元件等速移动，从而实现定心夹紧，如螺旋式、杠杆式、楔式机构等；另一种是利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性变形（收缩或及扩张），来实现定心夹紧，如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料等。 1）螺旋式定心夹紧机构 螺杆两端的螺纹旋向相反，螺距相同。当其螺旋时，使两个 V 形钳口所对向等速移动，从而实现对工件的夹紧和松开。 V 形钳口可按工件不同形状进行更换。 这种定心夹紧机构的特点是：机构简单、工作行程大 、通用性好，但定心精度不高，主要适用于粗加工或半精 加工中需要行程大而定心精度要求不高的场合。 2）杠杆定心装置夹紧机构 杠杆式三爪自定心卡盘中，滑套作轴向移动 时 ， 圆周匀分的三个构型杠杆便绕轴转动，拨动三个活块沿径向移动，从而带动起上的卡抓将工件定心并加紧或松开。这种定心夹紧机构具有刚性大、动作快、增力倍数大、工作行程也比较大等特点，但其定心精21 度较低。一般为 右，它主要用于工件的粗加工。由于杠杆机构不能自锁，所以这种机构自锁要靠气压或其它机构。 3）、楔式定心夹紧机构 机动的楔式夹爪自动定心机构中，当工件以内孔及端座端面在夹具上定位后，气 缸通过拉杆十六个夹爪左移，由于本体上斜面的作用，夹爪左移的同时向外长开，将工件定心夹紧；反之，左爪右移时，在弹簧卡圈的作用下使夹爪收拢，将工件松开。 这种定心夹紧机构的机构紧凑，定心精度一般可达 比较是用于工件内孔做定位基面的半精度加工工序。 4）、弹簧筒夹式定心夹紧机构 这种定心夹紧机构常用于安装轴套类工件。 弹簧定心夹紧机构的结构简单、体积小、操作方便迅速，因而应用十分广乏。其定心精度可稳定在 间。除上述介绍的定心夹紧机构外，常用的还用膜片卡盘机构、波纹套定心夹紧机构及液性塑料加紧机构等。 夹紧力方向的选择一般应该遵循以下原则： 1）力的作用方向应该有利于定位，而不能破坏定位。因此一般要求主要夹紧力应该垂直指向主要定位面。一般由平面参与定位，则夹紧力的作用方向就垂直于这两个平面中起主要定位作用的那个平面。 2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减少工件变形。 3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向相一致，以减少所需的夹紧力。 夹 紧力作用点的选择是指在夹紧力作用方向一定的情况下，确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点的数目，一般应该注意以下几点： 1）夹紧力的作用点应正对支撑软件或位于支撑软件所形成的支撑面内，以保证工件以获得的定位不变。 2）夹紧力作用点因处在工件刚性较好的部位，以减少工件变形。 对于薄壁类零件常采用增加均匀的作用点来减少工件的变形。 3）夹紧力作用点尽可能靠近被加工表面，一边建校切削力对工件造成的反转力矩，必要时可以在工件刚度差的部位增加辅助支撑并施加夹紧力，以减少切削过程中的振动22 和变形。 至于夹紧 力的大小则因该根据具体情况进行估算，要得到准确的夹紧力大小数值，通常采用试验的方法。 本次设计中设计了一套活塞车夹具，该家具中用于普通车床扩浇活塞销孔。工件以群部端面，止口和小孔外圆柱面在定位销 1和 V 型块 2上面定位，有铰链压块 4手动夹紧。 为保证正确定位，防止干涉， V 型块 2 采取浮动机构。压块 4 和轴 3 也可以浮动，以使夹紧力均匀。 在这夹具中，夹紧力的计算见第一节中关于夹紧力的计算问题。 床的分类 镗床有成镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密孔和孔系。主 要有镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。 镗床加剧的种类按镗套支架的布置形式分为单面导向镗模和双面导向镗模。单支撑时，镗杆与机床注重采用刚性连接，注重回转精度影响镗孔精度，故适于小孔和短孔的加工。 双支撑时，镗杆和机床主轴采用浮动连接。所镗孔的位置精度取决于镗模两导向孔的位置精度，而与机床主轴精度无关。 单面导向只有一个导向支架，镗杆与机床主轴钢性联结 。根据支架的布置位置，分为前导向和后导向。前导向的支架布置在刀具前面，如图 种布置形式适合于加工孔径大于 60径比小于 1 的通孔。其优点是：在加工过程中便于观察和测量，对需要根据换刀具进行多工委或多工步的加工很方便。支架布置在刀具后面称为后导向，依据衬套情况分为两种形式，如图 c 所示。这种形式主要用于盲孔或直径小于 60孔的加工。被加工孔长径比小于 1 时，选用 置形式。镗杆引导部分直径可以大于孔径，镗杆刚性好，加工精度易于保证，换刀方便，不必更换导套。当加工孔的长径比大于 1时，镗杆直径应制成统一尺寸，并小于被加工的直径，如图所示。这种形式镗杆可以进入孔中，加工深度较大的孔。 23 a) b) c) 图 3 6导向镗孔示意图 双面导向有两个镗模支架，分别分布在刀具的前、后方。分为前后支承镗模和后双支承镗模。要求镗杆与机床主轴浮动连接。此时，镗孔的精度完全由夹具保证，而不受机床精度的影响。常见布置方式如图所示。常用于加工长径比大于 a) 24 b) 图 3a) 双面单支承 b)单面双支承 模的设计要点 1）、镗套 镗套可用来引导镗杆。分以下两种形式： a)、固定式镗套 固定式镗套外形尺寸小，结构简单，导向精度高，但镗杆 在镗套内一边回转，以便作轴向移动，镗套易磨损，故适用于低速镗孔（ 如图 ）。 b) 随镗杆一起转动，与镗杆之间只有相对移动而 无相对转动得镗套。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死”。因此，它适用于高速镗孔。 当镗套需要在镗模支架外面安装调整且镗套直径小于被加工孔孔径时，镗刀通过镗套要安装镗刀的定向机构。回转式镗套应安装尖头定向健，镗杆顶部为双螺旋面。 2) 镗杆按照引进结构有整体式和镶条式两种。镗杆直径 及刀具截面尺寸 B*悬伸部分的 L/D 45，以使其有足够的刚度来保证加工精度。 3）、镗模支架 镗模支架用于安装镗套，保证被加工孔系的加工精度并可承受切削力。 他要求有足够的强度和刚度常在结构上设计较大基面和必要的加强筋。且支架上不能安装加紧机构，也不能承受加紧力，以免引起支架变形而影响加工精度。 夹具中设计的是一套活塞销孔液动镗床夹具。该夹具用于卧式金刚镗床，精镗启25 动活塞销孔。 图 3工件以外圆，代加工销孔在三瓣中间卡爪 2集安装于镗头主轴上的定位销 7上定位，螺钉 1
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