柴油机连杆钻床夹具毕业设计.docVIP

1 江苏城市职业学院 毕业论文 （ 2011 届） 设计（论文）题目 柴油机连杆钻床夹具毕业设计 办 学 点 （系） 宿迁办学点机电系 专 业 机电一体化 班级 08 机电普专（ 1）班 学号 081301350221 学生姓名 张辉 起讫日期 2010 年 12 月 1 号 2011 年 4 月 5 号 地点 江苏城市职业学院宿迁分校 指导教师 朱月娥 职称： 高 级 2011 年 4 月 1 日 江苏城市职业学院教务处制 江苏城市职业学院 1 摘要摘要 机械制造业是一个国家经济发展的重要支柱。而制造业的生产能力主要取决于制 造装备机床的先进程度。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生 产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 本组合机床是为了保证加工柴油机连杆大端的两个螺纹孔的位置精度、加工精度 以及提高生产率而设计的。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床的资料并 结合了被加工零件的结构特征上改进而成的。 本次设计主要是对夹具部分的设计，夹具的好坏直接影响工件加工表面精度，是 加工过程中最活跃的因素。夹具可以扩大机床的应用范围，降低加工成本，提高劳动 生产率。 关键词关键词：组合机床攻丝 连杆夹具 3 abstract machinery manufacturing industry of a countrys economy. the productive capacity of the manufacturing sector depends largely on manufacturing equipment - the sophistication of the machine. combination of both machine tools and high-efficiency low-cost advantages of large. mass production to be widely applied. and which is part of automated production lines. this combination of processing machine tools is to ensure that the two big diesel engine connecting rod screw hole location accuracy. precision machining, as well as designed to increase productivity. during the design process. both at home and abroad to learn from some of the existing portfolio of information tools and a combination of parts to be machined to improve the structural features formed. the design of the main part of fixture design. fixture a direct impact on the accuracy of the workpiece surface is most active during the processing factor. fixture can expand the scope of application tools and lower processing costs and improve labor productivity. keywords: modular machine tooltapping linkfixture 1 目录 摘要 .1 abstract .2 绪论 .1 第一章 夹具设计 .1 1.1 机床夹具在加工中的作用2 1.2 机床夹具的分类7 1.3 机床夹具的组成8 1.4 夹具的选材8 1.5 夹具体的热处理8 1.6 问题的提出8 1.7 确定夹具体的结构8 1.7.1 确定工件的定位方案8 1.7.2 定位基准的选择9 1.7.3 夹具的定位基准的选择 .9 1.7.4 工件自由度分析9 1.7.5 夹紧方案 10 1.7.6 夹紧力的确定.10 1.7.7 夹紧力的计算 11 1.7.7.1 确定夹紧力时应考虑的计算系数.13 1.7.7.2 夹紧力的确定.14 江苏城市职业学院毕业设计说明书 5 1.8 夹具的主要元件.15 1.9 工件在夹具中加工精度分析.16 1.9.1.影响加工精度因数 17 1.9.2 保证加工精度17 结论18 参考文献20 致谢21 江苏城市职业学院毕业设计说明书 1 绪论 一一 本次设计的内容本次设计的内容 本设计主要是针对夹具部分的设计。夹具设计是组合机床设计中的重要部分，夹 具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。在设计中，设计的主 要思路是用工件以已加工端面为定位基准，夹具体的凸台和大端面孔为定位面，工件 以气动夹紧，这样设计主要是为了解决了手动夹紧时夹紧力不一致、误差大、精度低、 工人劳动强度大等缺点；气动夹紧采用空气作为动力源，资源丰富并且干净、清洁， 对周围环境没有污染；不足是噪音比较大。 具体的设计思路是：首先确定工件的已加工端面定位方式，通过夹具体的凸台、 内孔，再用气动装置将其夹紧，这样连杆的六个自由度全部限制，实现了零件的定位 夹紧，然后确定零件的夹紧方式。在本次设计中采用的是气压夹紧方式；然后进行误 差分析、夹紧力的计算，对夹具的主要零件进行结构设计。 江苏城市职业学院毕业设计说明书 27 第一章 夹具设计 由机械制造工艺系统的组成机床、工件、刀具和夹具可以看出，夹具在机 械加工中占有很重要的地位。尤其在成批生产时更是大量的采用机床夹具。它们是机 床和工件之间的联结装置，使工件相对于机床或刀具获得正确的位置。机床夹具的好 坏直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工 作，是加工过程最活跃的因素之一。正确设计和合理使用机床夹具，对保证机械加工 质量、提高生产率、扩大机床使用范围及降低成本都有重要意义。 1.11.1 机床夹具在加工中的作用机床夹具在加工中的作用 对工件进行加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正 确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变得。主要有以下几点作用： （1）能稳定地保证工件的加工精度; （2）能提高劳动生产率; （3）能扩大机床的使用范围； （4）能降低成本； 1.21.2 机床夹具的分类机床夹具的分类 机床夹具的种类很多，可以从不同的角度对夹具进行分类，常用的分类方法有以 下几种。 1.1.按夹具的使用特点分类按夹具的使用特点分类 （1）通用夹具 已经标注化的，可加工一定范围内不同工件的夹具，称通用 夹具。 （2）专用夹具 专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称专用夹具。专 用夹具 江苏城市职业学院毕业设计说明书 1 般在批量生产中使用。 （3）组合夹具 采用标准的组合夹具元件、部件，专为某一工件的某道工序 组装的夹具，称组合夹具。 （4）可调夹具 夹具的某些元件可调整可更换，以适应多种工件加工的夹具， 称可调夹具。它还可以分为通用可调夹具和组成可调夹具两类。 （5）拼装夹具 用专门的标注化、系列化的拼装夹具零件拼装而成都夹具，称 为拼装夹具。它具有组合夹具精度高、效能高、结构紧凑，它的基础板和夹紧部件中 常带有小的液压缸。此类夹具个办法适合在数控机床上使用。 2.2.按使用机床来分类按使用机床来分类 夹具按使用机床可分车床夹具、铣床夹具、钻车夹具、 镗床夹具、 齿轮车床夹 具、 数控机床夹具 、自动机床夹具 、自动线随行夹具以及其他机床夹具等。 3.3.按夹紧的动力源分类按夹紧的动力源分类 夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具 、气液增力夹具、 电磁夹 具以及真空夹具等。 1.3.3 机床夹具的组成机床夹具的组成 机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为下面几个部分。 1.定位装置 2.夹紧装置 3.导向装置或对刀 4.连接元件 5.夹具体 6.其他装置或元件 1.41.4 夹具的选材夹具的选材 根据零件图的加工条件可以知道，夹具可以由铸造成型，选用 ht200,铸造夹具体 的优点是工艺行好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、但生产周期长，需 进行时效处理，以消除内应力。 江苏城市职业学院毕业设计说明书 29 1.51.5 夹具体的热处理夹具体的热处理 由于本夹具体属于复杂型夹具，热处理主要采用时效或退火处理。 1.61.6 问题的提出问题的提出 本夹具主要是加工柴油机连杆大端面两个螺纹孔。为了保证他的位置精度和提 高生产率，特制了一套专用夹具，孔 的轴线与分合面有垂直度的要求，孔 122 与螺纹孔有圆度要求，公差为 0.20。 162 1.71.7 确定夹具体的结构确定夹具体的结构 1.7.11.7.1 确定工件的定位方案确定工件的定位方案 方案 1：以机床为立式时的定位方式安装，攻丝力是由上向下，由于工件重力 的存在，从而使夹紧力的紧系统更加复杂，定位基准也不好选择，夹具体设计较为复 杂。 方案 2：以机床为卧式的组合机床时的定位方式安装，攻丝力是水平的，工件 以已加工的大端面和小端面定位，加紧力与攻丝力都在一个水平面上，方向相反。夹 具体易制造，工件安装平稳。 对上述两种方案的对比总结，可以得出方案 2 是比较合理的定位方案。夹紧力 和攻丝力都在水平面上，方向相反；以平面和两个端面定位；夹具体的侧面与工件近 体，足以保证孔的垂直度的要求，夹具体易铸造。 122 1.7.21.7.2 定位基准的选择定位基准的选择 1.1.零件分析零件分析 连杆是柴油机的主要传动构件之一，其作用是把活塞和曲轴连接起来，使活塞 的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出动力。工作时，连杆承受大小、方向为 周期性变化的动载荷，在做工冲程中，燃气压力在连杆轴线上的分力 s 产生压缩应力， 在进气冲程上止点，活塞组和连杆本身的惯性力在横断面内造成拉伸应力，燃气压力 在水平方向的分力引起纵向弯曲应力，摆动时的横向惯性力造成横向弯曲应力。而且， 交变应力值在很宽的范围内急剧变化，弯曲应力引起弯曲变形，导致产生疲劳破坏。 连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。杆身多为工字形断面，大头孔用连杆螺母 江苏城市职业学院毕业设计说明书 1 和螺栓与曲柄轴颈装配在一起，孔内装有薄壁轴瓦。钢质瓦背表面浇有一层耐磨合金； 大头结合面多为平切口，为便于从气缸中装卸，大头结合面也有做成斜切口的。定位 方式有销钉定位、套筒定位、齿形定位和凸肩定位。小头孔已内般压入铜套，用以补 偿磨损，以便更换，当然也有压装轴瓦的。小头、大头与杆身采用较大圆弧过渡，逐 渐变化以减少应力集中，从而可获得足够的强度和刚度。 2 2 连杆的材料连杆的材料 （1）材料 通常采用相同的材料，对于本连杆采用 45 号钢，毛坯整体模锻，正火处理， 加工中间采用调质处理，提高强度和抗冲击能力。 （2）对连杆材料的要求 a)具有较高的机械强度和刚度 b)具有较高的抗疲劳强度 c)为减小惯性力，尽量减轻杆身重量 3.连杆攻丝加工要求 据零件图工艺要求可以看出，零件以大头和小头已加工端面为定位基准，两螺 钉孔（定位孔）在两个互相垂直方向上的平行度及对结合面的垂直度。连杆在工作中 受到急剧变化的动载荷作用，这一动载荷又传递到两个螺钉上。因此除了对螺钉提出 高的技术要求外，对螺钉孔（定位孔）也提出了一定的要求。上述平行度和垂直度误 差会使连杆体和盖的结合面结合不良，影响螺钉的承载能力，并引起大头孔轴瓦与曲 轴的曲轴颈配合不良，而产生不均匀磨损。一般规定两螺纹孔（定位孔）在两个垂直 方向上的平行度为 100mm 长度上公差 0.20.4mm，对结合面的垂直度为 100mm 长度上公 差 0.10.2mm 为了保证柴油机运转平稳，连杆重量差别不能超过一定的范围。 1.7.3 夹具的定位基准的选择 夹具放在机床的床身的导轨上，以夹具体的底面作为夹具的定位基准，为了减少 夹具体的加工量，在不影响夹具体整体刚度的情况下，将底面中间铸造空的，能节约 生产成本。 1.7.41.7.4 工件自由度分析工件自由度分析 江苏城市职业学院毕业设计说明书 211 工件已加工过的端面为定位基准，凸台平面限制 ，夹具体侧面限制 z y x x 。调节支承 z 钉限制。如图 y 21 所示。 1、2、3z 、 y x 4、5、 x z 6 y 图 11 自由度 1.7.51.7.5 夹紧方案夹紧方案 专用夹具分为手动夹紧、气动夹紧及液压夹紧三种方式，下面就其特点分析，再结 合厂家的要求确定最终方案。 1.手动夹紧：是针对较薄的零件、切削余量不大，批量不大而采用的夹紧方法，不 符合本次设计中大批量生产，零件形状较复杂的要求。 2.气动夹紧：夹紧力基本恒定，夹紧动作迅速，省力，但由于空气是压缩的，因此 夹紧刚性差。 3.液压夹紧：油液能够传递较大的压力，抗震性较强，能维持较好的夹紧刚度，但 采用时，必须有一套动力装置及各种泵阀等辅助装置，另外密封性能要求较高。 综上所述，在组合机床上，气动与液压相比，虽然远不及液压应用那样广泛，但 是它却具有许多其它能源所不及的优点： 江苏城市职业学院毕业设计说明书 1 1.空气可以从大气中取之不尽，没有介质费用的损失和供应上的困难。同时，可以 直接将废气任意排放到外界大气中，处理非常方便。气动管路中的泄漏，除引起功率 损失外，不致产生不利于工作的严重影响。 2.空气的粘度很小，在管道中的压力损失很小，一般其阻力损失不到油路损失的千 分之一，因此压缩空气便于集中供应和远距离输送。 3.压缩空气的工作压力较低（一般为 48kg/cm2） ，因此，可降低对气动元件的材 质和制造精度上的要求，但工作压力低，使结构尺寸增大，这是缺点。 4.气动动作迅速，反应快。用作夹紧力时，这是一个突出的优点。 5.气动维护简单，介质清洁，管道不易阻塞，亦不存在介质变质、补充和更换等问 题。 6.和液压传动一样，气动也有操作控制方便，元件便于标准化，易于集中控制，程 序控制和实现工序自动化等优点。 由于气压传动具有上述许多优点，因此在组合机床上广泛地采用了气动夹紧机构。 但是由于气动工作压力低，往往需要通过加大结构尺寸和采用增力机构来达到增加夹 紧力的目的，因而使机构庞大而复杂。由于气体的可压缩性，使外载变化对工作速度 的影响较大，气动夹紧所能维持的刚性比液压夹紧的刚性低。 图 1-2 工件的夹紧 1.7.61.7.6 夹紧力的确定夹紧力的确定 所谓确定夹紧力，从广义上说，就是正确地确定夹紧力的三要素：作用点、方向和 江苏城市职业学院毕业设计说明书 213 大小。 1. 夹紧力的作用点。选择夹紧力的作用点时应注意： 1）保证工件在夹紧后定位稳定。为此必须避免产生能使工件离开夹具定位表面的力系 和力矩系，夹紧力的作用点应在工件定位支承面上，或落在由诸支承块所连成的面积 范围内。 2）必须保证夹紧后工件的变形最小。为此，夹紧力应作用在刚性最好的部位，即夹紧 部位应尽量靠近工件的壁或筋，并要避免设在工件被加工孔的上方。此外还要保证夹 紧力和切削力不产生使工件弯曲的力矩。为此，夹紧点应力求对着定位支承面，辅助 支承要尽量地布置在接近被加工表面处。 3）为了满足上述两项要求，只有一个夹紧点往往是不够的，因此，在多数情况下需对 工件进行多点夹压，力求使工件夹紧得比较稳固。但是，要实现多点夹紧，并不等于 每一个夹紧部位都需要有自己单独的夹紧装置，可以借助改变压板的形状和采用联动 夹紧机构来实现。 在本次设计中，夹紧点的位置选择在连杆大端两个螺纹孔的中线上，只有一个夹紧点。 这样选择的原因是：这样能够保证夹紧后连杆的变形比较小，而且在这个部位上连杆 的刚性比较好。另外，夹紧点在两个被加工孔的中线上，不会有夹紧力和切削力产生 的使工件弯曲的力矩，保证了加工精度。 2.2.切屑力的方向切屑力的方向 夹紧力方向的选择与工件定位基准的位置，工件重力的方向和切削力的方向有密切 的联系，夹紧力的方向应朝向工件在夹具上定位时的主要基准面，因为这对于保证夹 压后工件定位的稳定和减小工件的夹紧变形都是有利的。 切削力的大小和方向，是确定夹紧力的方向的另一个重要因素。在加工中、小型零件 时，对夹紧参数来说，切削力的大小和方向具有重要的意义；在加工大型和重型工件 时，工件本身的重量也起着很大的作用。夹紧力和切削力的相关方向可以有下列三种 典型的情况： 1.夹紧力和切削力的方向一致，这一情况最为有利，通常所需的夹紧力较小。 2.夹紧力和切削力的方向相反，这是一种不利的情况，此时夹紧力必须大于切削力。 本次设计的切削力与夹紧力的方向相反，是由于采用的是气动夹紧装置，夹紧力的大 小可以调节，夹紧比较可靠，所以采用的这种情况。 3.夹紧力和切削力的方向互相垂直，这种情况比较多见，此时，切削力是依靠夹紧 力所产生的摩擦力来抵制的，因此所需的夹紧力也很大。 江苏城市职业学院毕业设计说明书 1 4.加工孔时的切屑力 n d t f 3 3 100 . 2 212 1023.12 2 nff 33 100 . 4100 . 222 1.7.71.7.7 夹紧力的计算夹紧力的计算 2.7.7.1 确定夹紧力时应考虑的计算系数 a 摩擦系数 f 在许多情况下，并不是由夹具的定位支承机构或夹紧机构本身直接承受工件所受切削 力，而是由工件在紧急状态下，工件与定位支承机构及夹紧机构之间所产生的摩擦力 来防止工件产生平移或转动，因此在确定夹紧力时，需要考虑各种接触表面之间的摩 擦系数。 摩擦系数主要取决于工件、支承块和已加工夹具体，调节支承钉之间的接触形式： 工件和支承块、夹具体之间的摩擦系数；（均为加工过的光滑表面） 1 f 工件和调节支承钉之间的摩擦系数；（工件侧面毛坯球面） 2 f 查表得，=0.150.25 ， =0.20.3 1 f 2 f b.安全系数 在加工过程中，由于工艺的不同，工件材质和加工余量的不同以及刀具钝化等因素的 影响，欲准确地确定所需夹紧力是很困难的。因此，为了夹紧可靠，必须将计算所得 的切削力乘以安全系数作为实际所需的夹紧力。 3210 kkkk 式中 基本安全系数（考虑工件材料，余量是否均匀） 0 k 加工性质系数 1 k 刀具钝化系数 2 k 切屑特点系数 3 k 江苏城市职业学院毕业设计说明书 215 由表查得=1.2=1.2=1.2=1.0 0 k 1 k 2 k 3 k =1.21.21.21.0 3210 kkkk =1.728 1.7.7.2夹紧力的确定 n fk q 4 3 1 107684 . 2 25 . 0 100 . 4728 . 1 f 夹 本机床设计的夹紧力为 nq27684 夹 1.81.8 夹具的主要元件夹具的主要元件 1 1 夹具体夹具体 夹具体是用来将夹具的各个部分联结成整体的元件，它是夹具上最大的和最复杂的元 件。在它上面要安装定位元件、夹紧装置、刀具引导件以及其它各种装置和元件。此 外，在夹具体上还应有夹具在机床上安装用的定位部分，以保证夹具在机床上获得所 需的相互位置，夹具体也是承受负荷最大的元件，承受着工作时的切削力、夹紧力和 惯性力。 对夹具体的一般要求： 1.足够的刚度和强度； 2.较轻的重量； 3.安装要稳定； 4.保证装卸工件方便； 5.工艺性要好； 6.便于清除切屑和赃物；切屑和赃物是否容易清理，不仅影响生产效率，同时也影响 夹具使用的可靠性。 江苏城市职业学院毕业设计说明书 1 图 13 夹具体 2 导套 技术要求 1).对的径向跳动不大于 0.005mm。 3250 2).锐边倒钝。 3).热处理：淬火 hrc6064。 图图 1 14 4 衬套衬套 3.3.支承板支承板 材料：t8 热处理：hrc5560 江苏城市职业学院毕业设计说明书 217 图图 1-51-5支承板支承板 4.4.调节支承调节支承 材料 45； 热处理：hrc4560 图图 1 16 6 调节支承 1.91.9 工件在夹具中加工精度分析工件在夹具中加工精度分析 1.9.1.1.9.1.影响加工精度因数影响加工精度因数 用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多， 江苏城市职业学院毕业设计说明书 1 与夹具有关的因素有：定位误差 p、对刀误差 t、夹具在机床上的安装误差 a 和 夹具误差 e，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误 差 g。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差 1.1.定位误差定位误差 pp 本工序的定位是由凸台平面和一个侧面保证的，孔的中心线和刀具的中心线是 否重合，有安装精度决定，必然存在安装误差为，即 p。也称累积误差。由图可知夹 具体定位平面对基准底面平行度为 0.020.05。中心线与基准工公差为. 03 . 0 可得 01 . 0 05 . 0 06 . 0 p 2.2.对刀误差对刀误差 tt 因为刀具相对于对刀或导向装置不精确造成的加工误差，称为对刀误差。 本工序中丝锥是采用自引导进行导向，所以对刀误差为 0，即 t=0。 3.3.夹具在机床上的安装误差夹具在机床上的安装误差 aa 因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。 根据经验： =0.02mm 水平 =0mm 垂直 4.4.夹具误差夹具误差 e 因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向 元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹 具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。 根据经验取=0.04mm e 5.5.加工方法误差加工方法误差 g 因机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统受力变形和受热变形 等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于 计算，所以常根据经验为它留出工件公差的。计算时可设=。 3 1 g 3 k 工件位置公差取 0.20 k 江苏城市职业学院毕业设计说明书 219 = g mm k 067 . 0 20 . 0 3 1 3 1.9.21.9.2 保证加工精度保证加工精度 工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为 独立随机误差，应用概率法加，因此，保证工件加工精度条件是： 08117 . 0 067 . 0 04 . 0 02. 0001 . 0 22222 22222 geatp 即工件总加工误差应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全 可以保证加工精度。 为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加 工精度时需留出一定精度储备量，因此将上式改为： c j = k c j c j k 当0 时夹具能满足加工要求，根据以上 c j =0.20-0.08117=0.118830，所以夹具完全可以满足加工要求。 c j k 结论 本次是柴油机连杆螺纹孔的夹具设计。以组合机床为设计类型，从机床的起源到 江苏城市职业学院毕业设计说明书 1 组合机床的发展，在国民经济中所占的重要作用等。组合机床发展到现在从总体结构 也发生了变化，使它的作用和功能更强大， 夹具是机床和工件之间的联结装置，使工件相对于机床或刀具获得正确位置，直 接影响工件加工表面精度，是加工过程中最活跃的因素。夹具可以扩大机床的应用范 围，降低加工成本，提高劳动生产率。 课题涉及的知识面很广，综合知识比较强，面对设计过程中很多活跃的因素，如 何做到更好，不仅要用所学的知识，