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A212 铣床 夹具 设计

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本科毕业论文（设计）开题报告姓 名： 王思琪学 号：0612120124学 院：机械电子工程学院专 业：机械设计制造及其自动化班 级：B1201指导教师：杨佳开题日期：2015年 12月15日毕业论文（设计）题目 气缸体液压夹紧铣床夹具设计课题来源 科研 应用教学 其它成果类别论文 设计一、课题的研究意义：（选题的目的、依据，课题的理论意义和现实意义）在机械制造的各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象使之占有正确的位置，以便接受施工的工艺设备，统称为夹具。在机械加工、装配、检验以及焊接等工艺中，都大量地采用夹具。而在机械加工中应用在金属切削机床上的夹具，将其称为机床夹具。机床夹具是在金属切削加工中用以准确地确定工件的位置，并将其夹紧，从而保证工件与刀具间正确的相对位置的工艺设备。而气缸体是发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连接在一起，是安装活塞、曲轴、以及其他零件的骨架，所以结构较为复杂，需要设计专门的夹具来提高生产效率。本课题与机械设计制造的内容密切相关，需要我能够熟练掌握机械制图、机械设计、机械制造工程学等理论知识的同时，还要熟练使用CAD、SolidWorks等制图软件。只有将理论与技能相结合，才能更好地完成本课题的设计工作。为了设计出更好的夹具，我进行了大量的前期工作。在老师的指导下查阅了大量的书籍，结合之前所学的机械制造工程学、机械设计等课程，积极思考，最后选择了这个我认为最优的设计方案。 二、课题研究的主要内容：（课题研究的重点和在研究过程中要解决的关键问题，所要实现预期成果）课题研究重点：1. 气缸体液压夹紧铣床夹具的设计。2. 气缸体液压夹紧铣床夹具部件图设计。3. 气缸体液压夹紧铣床夹具的工序卡片和工艺卡片的设计。4. 设计说明书。解决的关键问题：1.机械参数的计算：由于需要制作工序卡片和工艺卡片，所以设计一些机械参数需要查询机械设计手册，并且进行计算。 2.绘制二维和三维图：由于制作实物成本过高，所以需要将设计好的二维CAD图转换为三维图，进行模拟。 3.制作工艺过程：设计出来的夹具要满足工件加工所需要的加工精度、安全性、方便性、结构工艺性等的要求，根据这些要求，选择最优的制作工艺。 所要实现预期成果：我希望我设计出来的夹具要满足机床夹具的保证工件的加工精度、提高加工的劳动生产率、结构简单、有良好的结构工艺性、降低工件制造成本等的基本要求。三、课题的研究方法：（课题研究所采用的方法、技术路线以及研究思路等）1. 采用的方法：定值计算法、文献法、理论分析法2. 设计路线及研究思路：通过文献法查阅资料。然后绘制气缸体二维零件图，根据零件图采用SolidWorks绘制三维模拟图，然后绘制气缸体液压夹紧铣床夹具的二维图和三维图，通过定值计算法算出各个参数，完成工艺卡片和工艺过程卡片，最后整理资料撰写说明书。四、课题计划进度：（各阶段计划完成的内容和所需时间）第一周至第二周：书写开题报告，开题答辩。第三周至第五周：查阅相关资料与书籍，利用所学的知识完善课题。第六周至第八周：采用AutoCAD绘制气缸体的二维图。第九周至第十一周：采用SolidWorks绘制气缸体的三维立体图。第十二周至第十四周：进行气缸体专用夹具的初步设计。第十五周至第二十周：绘制夹具的总体结构二维CAD图和三维SolidWorks图第二十一周至第二十四周：采用CAXA制作工序卡片，计算相关数据。第二十五周至第二十六周：完善设计说明书。5、 指导教师评语和意见：为了做好本次的毕业设计，该生已经做了很多前期工作，已经绘制了部分零件图，基本达到了预期的要求。因此，同意开题，要求再做后期的调整，以达到设计任务书的要求。指导教师（签字）： 年 月 日 六、所在系审查意见： 系主任（签字）： 年 月 日注：1此表一式四份，指导教师一份，二级学院存档一份，学生本人二份一份留用、一份装订于毕业论文（设计）资料中。2开题报告后需附关于本课题的文献综述。3各项若不够请加附页或扩展表格。4指导教师、系主任的签字及日期必须手写，不得打印。附：文献综述一、国内外研究状态及发展现状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3-4年就要更新50-80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方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。1. 标准化。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. 精密化。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。3. 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。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。参考文献 1 许曙宏. SolidWorks2012机械设计入门与实战.北京：人民邮电 ,2013.11 2 张树森.机械制造工程学.沈阳：东北大学出版社，2013.3 3 陈宏钧.典型零件机械加工生产实例.第二版.北京：机械工业出版社，2010.94 濮良贵. 机械设计.第九版. 北京：高等教育出版社，2013.5 5 孙桓. 机械原理.第八版. 北京：高等教育出版社，2013.5 辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文（设 计）气缸体液压夹紧铣床夹具设计学 院（系）： 机械电子工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化学 生 姓 名： 王思琪 学 号： 0612120124 指 导 教 师： 杨佳 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2016年5月20日 辽 东 学 院Eastern Liaoning University气缸体液压夹紧铣床夹具设计摘 要本设计是针对汽车气缸体上平面的铣削加工时的铣床专用夹具，采用液压夹紧，是气缸体的第一道铣削加工工序，设计时需要满足两个加工精度要求，即该零件要求平面度为0.05和该零件的表面粗糙度为1.6。（不仅是两个加工要求的）；同时完成气缸体零件的工艺加工规程的设计。具有六个缸的气缸体是汽车发动机的核心部分，它用于安装气缸、活塞等零件及连接曲轴箱的外部框架，由于气缸体体积庞大，结构复杂，采用通用的机床夹具是满足不了气缸体零件的加工要求，因此为提高生产效率和加工要求需要设计专用夹具。本设计涉及的内容与机床夹具设计和机械制造工艺的内容密切相关，要求能够熟练掌握机械制图、机床夹具设计、机械制造工艺学等理论知识，同时还要熟练使用AutoCAD绘图软件、SolidWorks制图软件和CAXA工艺图表制作软件。只有将理论与技能相结合，才能更好地完成本课题的设计工作。查阅了大量关于夹具设计的书籍，结合之前所学的机械制造工程学、机械设计课程，设计出满足要求的汽车六缸气缸体上平面加工工艺的专用夹具，通过SolidWorks设计出三维零件图、装配图、二维零件图，通过零件装配动画演示判断装配后各个零件是否干涉；完成了气缸体零件的工艺卡片设计，满足零件的实际加工要求。关键词：机床夹具；定位；精度；生产效率- I -气缸体液压夹紧铣床夹具设计目 录摘 要I引 言11 概述21.1 夹具的概念21.2 夹具的主要功能21.3 夹具的分类21.4 夹具的组成31.4.1 定位装置31.4.2 夹紧装置31.4.3 对刀引导装置31.4.4 其他元件及装置31.4.5 夹具体31.5 夹具设计的基本要求42 气缸体液压夹紧铣床夹具的设计52.1 工艺规程的设计52.1.1 气缸体零件的结构特点52.1.2 气缸体零件的主要技术要求62.1.3 气缸体零件的毛坯选择62.1.4 零件的工艺路线的确定72.1.5 气缸体主要平面加工余量的确定72.2 定位方案的分析与确定82.2.1 自由度的概念82.2.2 六点定位原则82.2.3 气缸体液压夹紧铣床夹具的定位分析与方案确定92.3 工件中的定位基准92.3.1 定位基准的基本概念92.3.2 定位基准的分析92.3.2 定位与元件和定位装置的设计与选择103 定位误差133.1 定位误差的分析133.2 定位误差的计算134 其他元件的设计154.1 夹紧方案和夹紧元件的选择154.4.1 夹紧的原因154.4.2 夹紧装置的设计原则154.4.3 夹紧动力装置的方案164.2 夹具体的设计164.3 夹紧力的分析174.4 装配总图18结 论21参 考 文 献22致 谢23- III -引 言本毕业设计主要是设计汽车六缸气缸体零件的铣床专用夹具。本专用夹具的使用范围就是六缸气缸体零件上平面的铣削加工。由于汽车的六缸气缸体的结构非常复杂，体积也很庞大，而且作为气缸体零件它还需要承受压力、摩擦力等等的外力作用，所以对于毛坯的选择很有要求。但是由于我设计的夹具主要是应用于上平面的加工，所以在夹具的设计过程中，仅需要满足两个工艺需求，即表面的粗糙度和零件的平面度。因为本设计是针对于气缸体的某一道工序进行的专用夹具设计，所以它的设计要遵循专用夹具设计过程。首先，要对零件加工的工艺过程进行分析，明确本设计定位方案、定位基准和定位元件；第二，在确定好定位方案之后，需要确定夹紧方案。第三，夹具的结构设计方案，这其中比较重要的部分就是夹具体的设计，本次设计的夹具体的设计上面延续了以往气缸体专用夹具的夹具体，只进行了小部分的优化。在所有的方案都确定下来之后，本专用夹具的设计也就圆满完成了。1 概述本专用夹具的设计主要是应用于汽车的六缸气缸体上平面的铣削加工，这是气缸体的第一道加工工序。本专用夹具的设计要满足两个加工精度要求，即该零件要求平面度为0.05和该零件的表面粗糙度为1.6。1.1 夹具的概念在机械的制造、加工、装配等等的工艺过程中，为了制造出符合工艺需求的零件，所以需要装备来将它们的相对位置确定，以此来保证工件的加工精度，这种情况下所采用的装备就被称为夹具。夹具是机械制造、加工过程中不可或缺的要素，就像最简单的外圆切削加工，也必须使用三爪卡盘来定位。但是这种夹具属于通用夹具，它的结构在夹具制造的发展过程中已经标准化了，有的还俨然成为了机床结构不可或缺的一部分。当然这是对于比较简单的工件，但是像气缸体这种形状复杂的工件，通用夹具必然满足不了它的要求，所以我就需要针对气缸体上平面的加工工序和加工精度的要求来设计满足它加工需求的专用夹具。1.2 夹具的主要功能在传统制造工艺中，各种简单的、用于固定的夹具就已经被发明出来了。所以可以说，夹具无论是在传统的制造中还是现代科技的制造中都起着重要的作用。夹具最基本的功能就是夹紧工件，使工件的相对加工位置不因外力的作用而产生变动，以此来确保加工的精度，保证零件的质量，提高加工的效率。1.3 夹具的分类机械制造业的发展与夹具的发展是相辅相成的，所以由此衍生的夹具的种类非常多，目前根据1994年出版的机床夹具设计手册这本书上所写的内容可知，夹具根据它的使用属性有三种分类的方法：（1） 根据夹具的自身特点进行分类，可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具、自动线夹具六种1。我需要设计的就是气缸体上平面加工所使用的专用夹具。（2） 根据夹具使用的机床进行分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等等2。我需要设计的就是铣床夹具。（3） 根据夹具的夹紧动力源进行分类，可分为手动夹具和机动夹具两大类，其中我要设计的就是机动夹具中的液压夹具3。1.4 夹具的组成虽然夹具的种类很多，但是本质基本相同，所以一般的夹具都具有定位支承元件、夹紧元件、连接定向元件、导向元件、其他装置或元件、夹具体这六个组成部分,其中，定位支撑元件、夹紧元件和夹具体是夹具的最基本组成部分4。那么，我需要设计的专用夹具，它主要有以下五个组成部分。1.4.1 定位装置定位装置由定位元件和它的辅助元件构成。定位装置是用来找出加工时零件参照夹具的唯一正确的位置并且能够起到支撑的作用，零件的精度也一定受定位装置的定位精度的影响。常用的定位装置主要有支撑钉、定位销等等，它们通过限制工件的自由度的方法来进行工件的定位。1.4.2 夹紧装置夹紧装置由增力装置、夹紧元件、传动装置以及动力装置构成5。它的作用顾名思义就是负责夹紧工件，保证工件在夹具中被紧紧的压住夹牢，不因为外力的作用而发生偏移，影响工件的加工精度。1.4.3 对刀引导装置对刀引导装置的主要作用就是在夹具和零件的体积比较庞大的时候，用来辅助对刀的装置。1.4.4 其他元件及装置不一样的工件会有不一样的制作需要，所以就需要根据加工工件的特征，安装不一样的装置。例如，设计阀体零件的三孔共圆这一个工序的专用夹具时，就需要分度装置和平衡块等装置。1.4.5 夹具体夹具体是夹具的骨架，需要在夹具体上安装上述的各种元件和装置，并且起到支撑和连接的作用，使它们结合成一个整体机构。常用的夹具体主要有铸造、装配、锻造等等，它的形状主要有底座形和回转体型。1.5 夹具设计的基本要求要想设计出一个满足零件的加工要求的夹具，需要满足很多条件，其中最基本的有以下五点：（1） 保证工件加工精度。毋庸置疑，在设计夹具的过程中，最基本的要求就是保证零件的加工精度。为了保证汽车六缸气缸体工件的加工工艺，就必须选取正确的定位基准，采用正确的定位方法，使用正确的定位元件，还要做好定位误差的分析。而且，为了确保工件的加工精度，夹具必须具有足够的刚度、强度，对于需要反复使用的夹具，还需要具有耐磨性，注意各个装置的强度和它们彼此之间的配合度。（2） 提高工件生产效率。设计专用夹具的根本目的就是要提高零件的加工精度。所以在设计专用夹具的时候要时刻注意使用一些高效的装置，尽量使之操作方便，以便于减少人工辅助的时间，从而提高生产效率。（3） 工艺性能好。因为需要设计专用夹具的零件也多为结构复杂的零件，所以在做专用夹具的结构设计时，应尽量简单，便于制造与加工。而且要是它出现了一些困难，最好也能便于之后的检查与维修。（4） 使用性能好。专用夹具的设计应满足方便、简单、省力等要求。对于比较庞大的夹具，应尽量使用机动夹具，采用液压、气压等装置。例如，本气缸体的夹具设计，汽车的气缸体本身的体积就比较庞大，所以为了降低工人们的工作强度，我可能会考虑采用液压夹紧的装置，液压夹紧比较安全可靠，也比较省力。（5） 经济性能好。专用夹具的设计应尽量采用制造容易、比较经济的结构，根据生产纲领对夹具设计的方案进行经济分析，然后在既定的设计方案中选择最适当的方案，提升其经济效益。2 气缸体液压夹紧铣床夹具的设计2.1 工艺规程的设计2.1.1 气缸体零件的结构特点本汽车六缸气缸体零件是汽车发动机的核心部分，它的作用就是将各个气缸、曲轴箱等等的有关零件连接起来，是承载活塞、曲轴和其他零件的基本框架。所以本气缸体零件的加工质量会直接影响到汽车发动机的使用寿命和使用性能。由图2.1气缸体主视图和图2.2气缸体俯视图可知，气缸体的结构复杂且体积庞大，表面多，孔也多，而且在加工中需要时刻保证壁厚要一致。近两年来，由于生活条件的变好，人们对于汽车的需求量在逐年增加，所以对于汽车的“心脏”来讲，每年的需求量也是很庞大的。所以，我要设计的是能够满足大批量生产的气缸体上平面加工的专用夹具。图2.1 气缸体主视图图2.2 气缸体俯视图2.1.2 气缸体零件的主要技术要求根据气缸体加工规程的分析，气缸体零件主要有以下几点精度要求：（1） 主要表面的精度。气缸体在后续的气缸孔的加工时，经常采用上平面作为定位基准，为了保证各个气缸孔的相对位置和壁厚一致，所以对平面度要求严格。（2） 表面粗糙度。气缸体上平面的粗糙度可能会影响到接触刚度，所以要求表面粗糙度Ra=1.6m，各个气缸孔的表面粗糙度Ra=3.2m，其他面的表面粗糙度Ra=6.3m。（3） 孔的位置精度。由于本零件是六缸气缸体，所以对于这六个气缸孔的位置精度也有很多要求。在设计的过程中要考虑到气缸孔的垂直度的要求，以免在安装气缸时出现歪斜，最后导致噪声很大，磨损严重。2.1.3 气缸体零件的毛坯选择因为气缸体需要在高温、高压、高摩擦的环境中工作，所以在选择材料的时候，需要具有一些必要的性能。（1） 耐高温。对于材料的选择上我们尽量选择耐高温的。在零件的设计中，我们需要额外增加冷却水套，用于带走部分气缸体工作时产生的热量。（2） 耐磨。因为气缸体在工作时，由于活塞的急速运动中会产生很大的摩擦，所以为了保证气缸体的使用寿命，需要采用高耐磨性的材料。（3） 高强度和刚度。由于气缸体是气缸和曲轴箱的基本骨架，所以要保证各个工件的正常运动位置的确定和减少噪音的产生，需要气缸体的材料具有高强度和刚度。综上所诉，我选择较高强度铸铁，即HT200灰铸铁，它的强度、耐磨性、耐热性都比较好，而且减振性和铸造性能都比较好。这些性质都满足了气缸体的性能需求，再参考经济性，我认为这是最合适的材料。 2.1.4 零件的工艺路线的确定表2.1 零件的加工工艺过程工序具体内容1铸造2时效处理3喷底漆4粗铣上平面A5精铣上平面A6粗铣下平面B7精铣下平面B8粗镗680H7孔C9半精镗680H7孔C10粗镗2个923长铸孔D和12个925长铸孔E11粗铣两端面F、G及前面H12粗镗各个横向孔13精镗各个横向孔14加工各个纵向孔及各面上的次要孔15粗铣后面I的各个平面16清洗、去毛刺倒角17检验2.1.5 气缸体主要平面加工余量的确定由机械加工工艺设计手册可查的下面各个工序的加工余量：（1） 气缸体上平面铣削余量的确定如下表2.2所示：表2.2 气缸体上平面铣削余量工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um精铣1.3IT81.6粗铣2.0IT93.2（2） 气缸体下平面铣削余量的确定如下表2.3所示：表2.3 气缸体下平面铣削余量工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um精铣1.3IT81.6粗铣2.0IT93.2（3） 气缸孔C的加工余量确定如下表2.4所示：表2.4 气缸孔C的加工余量工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um半精镗0.2IT93.2粗镗1.7IT106.32.2 定位方案的分析与确定2.2.1 自由度的概念关于自由度的概念有很多，这其中跟机械加工有关的概念就是一个工件它在没有被定位的时候，它的位置是不确定的，所以这个位置上的不确定性就称之为自由度。根据机械原理我们可知，一个工件正常情况下在空间中拥有六个自由度。这六个自由度分别是X轴方向上的移动、Y轴方向上的移动，Z轴方向上的移动和绕X轴的旋转、绕Y轴的旋转，绕Z轴的旋转。在我们进行机械加工的过程中，必然会有外力的作用。根据物理学常识，空间中自由的物体在外力的作用下会产生运动或者产生运动的趋势。所以为了保证零件的加工质量，我们就必须要定位准确，因此需要限制零件的自由度。只有这样，零件才会被加工成我们想要的样子，满足我们的应用需求。2.2.2 六点定位原则夹具的定位装置的原则之一就是要使每一个工件在夹具中占有同一正确的位置。我们知道一个工件在空间中有且只有六个自由度，所以，要想工件在夹具中拥有确定的位置，就必须限制工件的六个自由度。在工件定位时，基本上一个支撑点能够约束一个自由度。所以在正常情况下，正确使用六个定位元件就能够限制住零件的六个自由度，并且使它们在夹具中拥有唯一正确的位置，这种方法就是六点定位原则。所以，定位旨在限制零件的自由度。2.2.3 气缸体液压夹紧铣床夹具的定位分析与方案确定本次设计是汽车六缸气缸体的专用夹具的设计，本专用夹具只适用于汽车六缸气缸体上平面的加工。由于气缸体工件庞大，它的结构也比较复杂，而且对于各个孔之间的相对位置和孔与面的相对位置的要求也很严格，所以我综合以上的条件，准备采用以下定位方案。正常情况下，为了满足待加工零件的加工需要，必须要限制住工件的六个自由度。但是由于我设计的这个专用夹具只是用于气缸体上平面的铣削，所以我不必要限制住气缸体零件的所有自由度，只需要满足气缸体零件的加工需求即可。本专用夹具的设计采用“一面两孔”的定位方法。因为该气缸体是汽车发动机的六缸气缸体，所以这两个孔是气缸体结构中带有的，就不需要再专门设置工艺孔。首先，我采用两个支承钉和一个调节销来完成“一面两孔”的定位。具体操作方法就是，将两个支承钉放在最两端的气缸体内孔上，然后通过一个调节销来巩固定位。通过“一面两孔”的定位方法就限制住了三个自由度。为了保证这六个气缸孔的壁厚一致，所以本专用夹具的设计采用校正块装置，校正块的校正精度可以随意调节，以此来满足气缸体的孔中心与气缸体前平面的尺寸精度要求。由于气缸体的下表面以后也是要与主轴连接，所以为了保证气缸体前后两个半圆孔的壁厚一致，本专用夹具采用定向块来进行巩固定位，防止工件在加工的过程中发生偏转。最后通过一个挡销来完成工件的定位。（要说明一面是那个平面定位，两个孔是那个孔，尺寸都是什么）2.3 工件中的定位基准2.3.1 定位基准的基本概念定位基准就是工件在加工中用于定位的基准。定位基准的选择至关重要，因为它直接影响到工件的加工精度。在研究气缸体的定位方案时，由于我设计的这个夹具是专门为气缸体的上平面加工准备的，是气缸体零件加工的第一道加工工序，而且工件在之后工序的加工时需要保证气缸体零件的气缸孔的壁厚要一致，并且还要保证尺寸的要求，所以定位基准的选择变得更加困难。2.3.2 定位基准的分析本专用夹具的设计主要用于汽车六缸气缸体的上平面的铣削，这是六缸气缸体零件加工的第一道加工工序。对于精基准的选择，由于工件比较复杂，而且是大批量生产，所以我采用以工件的内平面D、前面的半圆、后面的半圆、前端面和上平面的水套孔的侧面A为工件的定位基准。如图2.3气缸体左视图所示。对于粗基准的选择，由于C面距离B孔中心的位置精度为1230.02mm，位置精度较高，而且气缸体工件在后面气缸孔的加工工序时，还需要保证这六个气缸孔壁厚一致。所以，综上所述，我不使用毛坯的底面作为气缸体工件的粗基准，我准备使用工件的内平面D作为第一道加工工序的粗基准，所以我需要采用校正块装置来保证C面与B孔中心的位置精度。图2.3 气缸体左视图2.3.2 定位元件和定位装置的设计与选择要想工件在定位时获得正确的位置，首先要考虑的就是定位基准的选择，其次就是要选择正确的定位元件。在选择定位元件时，也要考虑定位元件需要满足的一些要求。（1） 足够的精度。定位元件就是你用来确定工件的正确加工位置，所以定位元件的精度与定位精度是密不可分的。（2） 足够的刚度和强度。在加工过程中，定位元件必然需要承受工件自身的重力、夹紧力和金属切削力，所以为了避免在工件加工过程中定位元件的受热变形或者受力损坏，定位元件必须要有一定的强度和刚度。（3） 足够的耐磨性。定位元件是和被加工工件接触最频繁的装置，在接触的过程中定位元件会比较容易磨损，所以为了保证夹具的使用寿命，选择的定位元件必须要有足够的耐磨性。（4） 较好的工艺性。在选择定位元件时，要尽量选择结构简单、经济性好、便于制造、便于装配和更换的定位元件。（5） 便于切削的清洁。因为在工件加工的过程中，肯定会产生切削，如果切削不能及时处理，可能会卡到夹具中，进而会影响到工件的定位精度和加工精度。所以在选择定位元件的时候，要考虑好它的结构，尽量选择比较容易清理切削的定位元件。本专用夹具采用2个C型顶面网纹的支承钉，用它来支撑气缸体工件的内平面D。如图2.2支承钉所示。（图中黄的看不见）图2.4 支承钉本夹具采用两个浮动定向块来进行定向，这两个浮动定向块分别用于前半圆和后半圆的定位。如图2.3定向块所示。图2.5 定向块本夹具采用挡销来对气缸体的前平面进行定位。如图2.4挡销所示。图2.6 挡销本夹具最后采用校正块来进行最后的定位，通过校正块来保证C面与B孔的中心线的距离为1230.02mm。如图2.5校正块所示。图2.7 校正块因为气缸体零件的体积庞大，所以本专用夹具的体积也很庞大。那么，为了更好地保证定位的稳定性和增强定位的刚性，还需要在气缸体零件的地面额外增加四个辅助支承钉用来巩固定位的准确。3 定位误差3.1 定位误差的分析在专用夹具的使用过程中，工件的同一道工序是需要一个一个的去加工。尽管是同一批工件，但是不能保证所有工件的尺寸都是一致的，而且夹具的定位元件也会有一些尺寸误差，夹具的各个定位元件之间也还会存在着位置公差。所以，虽然每个工件的位置确定，但是实际上还是会有相应的误差存在，这也是无法避免的。3.2 定位误差的计算在工件的加工过程中，为了满足工件的加工精度，要是工件的定位误差低于工件的加工误差的1315，就认为这个定位方案基本满足该工件的加工精度。即 (3.1）式中， 定位误差，单位mm； 工件的加工误差，单位mm；由于本专用夹具是应用于大批量的生产中，所以在每个零件加工时，各个零件的毛坯状况不尽相同，那么在进行定位时还是会产生一些定位误差。具体情况如图3.1所示。但是由于本气缸体专用夹具在平面定位时，采用的是网状支承钉，相对于平头支承钉，网状支承钉的表面摩擦力更大，而且由于网状支承钉本身也不是个光滑的平面，凸起的部分正好可以伸入到凹凸不平的表面，所以工件就更不容易发生移动。因此定位误差也就非常的小，几乎可以忽略。图3.1此时，零件的定位误差为：定位=位置=H （3.2）气缸体工件是以气缸体的内平面D定位，铣削加工气缸体的上平面，需要保证气缸体上平面与气缸体底面的尺寸精度为3120.12和气缸体上平面与气缸体内平面D的尺寸精度为1070.6。因为本夹具采用的是网状支承钉，与气缸体D面的接触良好，所以Y=0。因为工序基准是气缸体的地面，而定位基准是气缸体的D面，所以基准不重合。基准不重合误差的计算公式：B=icos （3.3）已知，i=0.24，=0。所以，B=icos=0.24cos0=0.24mm 。因为，1070.6的公差为0.36，所以可以保证尺寸精度。气缸体在加工的时候，还需要保证C面距离B孔中心的精度为1230.02mm，由于本气缸体夹具采用的是校正块装置，所以本气缸体夹具可以通过调整螺钉来校定加工精度。4 其他元件的设计4.1 夹紧方案和夹紧元件的选择4.4.1 夹紧的目的工件在夹具中进行装夹有两个必要的过程，即定位与夹紧。这两个过程是相互联系的。大部分情况下，光定位准确还不能进行加工。只有在定好位，并且夹紧工件之后才能进行加工。所以夹紧的目的就是保持工件在加工的过程中所占有的既定位置不改变，从而确保工件的加工精度和生产安全。4.4.2 夹紧装置的设计原则为了保证工件的加工质量，夹紧装置需要满足几个基本的设计要求：（1） 夹紧。夹紧装置的最基本作用就是要夹紧工件，使工件在夹具中占有的正确位置不因为自身重力，切削力等外力的作用而改变。（2） 力度适中。夹紧力的大小要有一个“度”，既不能因为夹紧力太小而导致定不住位，又不能因为夹紧力太大而损伤工件的表面。（3） 工艺性好。夹紧装置也要尽量简单，制造容易。由于我设计的是气缸体的专用夹具，气缸体的结构很复杂，所以我设计的这个夹具的结构只能尽我所能的使它简单。（4） 安全省力。夹紧装置要方便工人的操作，保证工人的操作安全。在气缸体工件定好位之后，首先，通过转动手柄1，把液压油缸锁紧，进而使底面的四个辅助支承钉锁紧。之后，转动调节螺母，使压板伸入到气缸体前后端面的两个孔中，再通过转动手柄2使气缸体零件完全被锁紧。如图4.1夹紧机构所示。4.4.3 夹紧动力装置的方案现在比较高效率的夹紧动力装置主要有气压夹紧、液压夹紧、气液压结合夹紧，这三种方法。（1） 气压夹紧是通过压缩空气作为它的动力。（2） 液压夹紧是通过压缩液压油作为它的动力。（3） 气液压结合夹紧的动力源仍是压缩空气，结合了气压夹紧和液压夹紧的优点。所以我准备在这三种夹紧动力装置中选择一个最合适的作为本专用夹具的夹紧装置。由于气压夹紧的气流速度很快，所以气压夹紧的方式有助于减少很多辅助时间。它的工作环境比液压夹紧干净，而且相对来讲也较为安全。但是气压夹紧力较液压夹紧力小。液压夹紧的好处在于它比气压夹紧力要大，并且对于同样的作用力，由于液压油的不可压缩性，油缸的尺寸要比气压的尺寸小很多，这样也会省下很多地方。液压夹紧相对于气压夹紧，噪音要小很多。虽然液压夹紧需要设置专门的泵站，成本比较高，但是由于我设计的是组合机床上的专用夹具，它本身就存在液压传动的装置，因此设计成本也就没有那么的高。所以在气压夹紧和液压夹紧之间，我更青睐于液压夹紧的方式。气液压夹紧装置虽然结合了气压和液压夹紧的优点，但是综合经济性的考虑，我认为液压夹紧已经能够满足我所有的应用需求，没有必要再花费高价钱高精力再去设计气液压结合夹紧的装置。综上所述，我选择经济性较好，能够满足我加工需求的液压夹紧方式。4.2 夹具体的设计夹具体是夹具的骨架，所以它需要保证各个元件之间的结构要求和尺寸精度的适当与稳定。其次，因为它必须要承受夹紧力、切削力还有机械振动等等的外力，所以它一定要有足够的刚度和强度。另外，机械加工的过程中肯定会产生大量的切屑，切屑如果不能妥善处理，就会直接影响到气缸体的加工精度。夹具体一般有三种毛坯的类型，即开式结构、半开式结构和框架结构。所以本专用夹具的设计准备采用半开式结构。由于夹具体一般情况下是不做力学分析的，所以我准备参考一些类似夹具体的结构，取长补短、去废存益，通过类比法筛选出最适合的设计方案。因为夹具体需要承受较大的强度和刚度，而且气缸体零件的结构比较复杂，有很多的内腔，并且体积还很庞大，所以综合考虑了以上几点元素再结合经济性的考虑，我准备采取铸造的方法来获得夹具体的毛坯，并且进行时效处理，来消除内应力。4.3 夹紧力的分析夹紧力的计算比较复杂，所以一帮情况下只做估算，这样就只考虑切削力的影响。假定工艺系统是刚性的，且切削过程稳定不变。刀具选择的是YG6，它的几何参数查资料可知：0=1015，0=812，an=58，=1525，D=63mm，Z=6，af=0.18mm/Z，ap=4.5mm。则根据机床夹具设计手册的表1-2-9可知切削力Fc的计算公式： Fc=Cpap1.1fz0.72D-1.1B0.9ZKp (4.1)已知，Cp=294，Kp=0.96。所以,切削力Fc=2944.51.10.180.7263-1.1600.960.96=10768N那么,垂直切削力的计算公式为：Fcn=0.9Fc （4.2）所以，Fcn=0.9Fc=970N背向力的计算公式为：Fp=0.55Fc （4.3）所以，Fp=0.55Fc=592N则，实际所需的夹紧力Wk的计算公式：Wk=KF （4.4）其中，K为安全系数。它的计算公式为：K=K0K1K2K3K4K5K6 （4.5）式中K0K6为各种因素的安全系数K值。查表后得：K=1.21.21.01.21.31.01.0=2.246所以，Wk=KFc=2.2510768=24228NWk=KFcn=2.25970=21825NWk=KFp=2.25592=1332N液压夹紧时产生的夹紧力F的计算公式：F=P1-P2A=4（D2-d2）（p1-p2） （4.6）已知，D=80mm，d=32mm, P1=16Mpa, P2=0。所以，F=35168N。因为液压夹紧力为35168远大于实际所需的夹紧力，所以FWk （4.7）因此，本夹具的夹紧装置的设计还是很合理的。4.4 装配总图本专用夹具的二维装配图详见夹具装配主视图4.1、夹具装配左视图4.2和夹具装配俯视图4.3，本专用夹具的三维图详见夹具装配总图4.4。图4.2 夹具装配主视图图4.3 夹具装配左视图图4.4 夹具装配俯视图图4.5 夹具装配总图结 论这次的毕业设计对我来讲是一次知识结合的过程。因为我之前在学的时候基本上是学一个科目是一个科目，从来没有把它们联系起来，所以很感谢这个毕业设计，给了我再次学习的机会。其实，在选择这个课题之后，有一段时间我是无从下手的，因为我所学的知识都是零散的，所以我先上网查阅了一些资料，又去图书馆找了一些关于气缸体和夹具设计的书籍，做了很多准备工作。功夫不负苦心人，在我掌握了一些资料之后，我对气缸体有了一定的了解，也对于这个夹具设计有了一定的想法。接下来的一段时间，我先分析了一下工件的生产纲领，以此为标准来制定满足加工要求的，并且很有经济效益的专用夹具的设计方案。我需要做的是汽车六缸气缸体的上平面的铣削加工，这也是气缸体的第一道加工工序，它对平面度要求较高。之后，我采用Solider works制图软件把气缸体的三维立体图画了出来。在有一个直观的形象之后，我开始制作气缸体的工艺卡片，分析它的工序基准、工序尺寸、工序精度等等，以此为夹具设计的依据。在准备工作完备之后，我开始专用夹具的设计。我先选好定位基准。在选好了定位基准之后，我开始选择恰当的定位元件和适当的夹紧装置。在之后我就开始选择其他的元件，最后依据各元件的布局，确定夹具体的尺寸和结构。在有了基本的夹具方案之后，我开始画夹具总图，并且为了更加直观的表现出夹具的工作状态，我制作了一个模拟这个专用夹具工作状态的动画。因为毕业设计是在大学学习的所有知识的整合，所以我一直想交一份满意的答卷，以此来给我的大学生活画一个圆满的句号。我这么想也这么做了。我的立体感真的是不好，但是却偏偏选择了这个和立体感分不开的专业。记得在我找到杨佳老师的时候，杨佳老师跟我说，正好你可以在我这里练练你的立体感。在做完这个毕业论文之后，不得不说，我的立体感真的是有了很大的进步。虽然在刚开始的时候，我做起来真的很困难，没少去问我的同学。但是尽管如此，我还是征服了自己。专用夹具的设计不是一个很难的事情，但绝对是个很麻烦的事情。因为所有的事情你必须都要考虑的清楚、全面，而且你要根据零件的生产纲领尽量选择经济效益最高的方案。我觉得这是设计专用夹具的一个难点，我不知道我现在选择的方案是不是气缸体这道工序中的所有专用夹具设计中的最优方案，但是这是我能想到和采用的最优方案。所以，这个设计中肯定会有考虑不周的地方，我坚信活到老学到老的道理，我会在今后的学习中不断改正。请大家谅解！参 考 文 献1 东北重型机械学院,洛阳工学院,第一汽车制造厂职工大学.机床夹具设计手册M.上海:上海科学技术出版社,1994. 2 吴拓.现代机床夹具设计M.北京:化学工业出版社,2009.3 李昌年.机床夹具设计与制造M.北京：机械工业出版社,2006.4 王启平.机床夹具设计M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1996.5 王光斗,王春福.机床夹具设计手册M.上海:科学技术出版社,1980.6 Asada H.Kinematics of Workpart FixturingJ.IEE