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机械毕业设计论文
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机械工艺夹具毕业设计243专用镗床夹具设计,机械毕业设计论文
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题目： 专用镗床夹具设计 班 级： 姓 名： 专 业： 机械设计 指导教师： 答辩日期： nts i 专用镗床夹具设计 摘 要 机床夹具是机械加工工艺系统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺装备。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、生产率和生产成本以及工人的劳动强度等。因此机床夹具设 计是机械加工工艺准备中的一项重要工作。 在专用夹具的设计中，根据设计任务主要就连杆、泵体的装用镗床夹具进行了设计，完成了对夹具用的定位件、导向件对刀件、导引件等夹具中用到的零件的设计，并用 Soidworks 进行了三维建模。夹具的设计，根据所设计出的工件外形及加工要求，设计出合适的夹具。考虑到泵体的外形较大，故应在选用夹具的定位件时使用支承板，而连杆的工件尺寸较小，但加工精度要高。 本文设计的夹具，基本上可以满足工程需要，本文使用的设计方法，也可为同类夹具的设计提供参考。 关键词 ：镗床夹具； Solid Works；专用夹具；泵体；连杆 nts ii Design of Special Boring Fixture Abstract Tool fixture machining process is an important component of the system is an important mechanical manufacturing technology and equipment. Tool fixture in machining plays an important role, which directly affect machining quality, productivity and production costs and labor intensity and so on. Therefore, the design of jigs and fixtures machining process is an important work in preparation. Dedicated fixture design, based mainly on the connecting rod design task, the pumps installation jig boring machine has been designed with complete fixture with the positioning of parts, pieces of guidance documents on the knife, guidance documents and other parts used in fixtures design, and conducted a three-dimensional modeling with Soidworks. Fixture design, based on the design of the workpiece shape and processing requirements, design a suitable fixture. Taking into account the shape of a larger pump, it should be in the selection of the positioning fixture used parts bearing plates, and connecting rod workpiece size smaller, but higher precision. This fixture was designed to basically meet the engineering needs of the design used in this method can also be designed for similar reference fixture. Key Words： boring fixture； Solid Works； special fixtures； pmp； link nts iii 目 录 摘 要 . i Abstract. ii 主 要 符 号 表 . i 1 绪 论 . 1 1.1 研究的目的及意义 . 1 1.2 国内外的发展及研究状况 . 1 1.3 本课题研究的内容 . 2 1.3.1 研究内容 . 2 1.3.2 研究意义 . 3 2 镗床夹具设计的基本理论 . 4 2.1 夹具设计基本过程 . 4 2.2 镗床夹具的基本组成与设计特点 . 4 2.2.1 镗床夹具的设计要点 . 5 2.2.2 镗床类夹具主要技术条件 . 7 2.2.3 镗床规格和主要联系尺寸 . 8 2.2.4 镗床类典型刀 具 . 9 2.3 镗孔加工主要特点 . 9 2.4 连杆、泵体工件的典型结构 . 10 2.4.1 连杆的零件结构分析 . 10 2.4.2 泵体零件结构分析 . 11 2.5 镗床夹具的典型结构分析 . 11 2.6 工件在夹具中的定位 . 12 3 精镗连杆小头孔夹具设计 . 13 3.1 设计任务 . 13 3.1.1 连杆工艺分析 . 13 3.1.2 连杆的技术要求 . 13 3.2 确定各表面的加工方案 . 14 3.2.1 加工方案的拟定 . 14 3.2.2 最优方案的确定 . 14 3.3 连杆各工序加工余量和毛坯尺寸的确定 . 14 3.3.1 毛坯的工艺要求 . 14 nts iv 3.3.2 连杆的加工余量及毛坯尺寸的确定 . 15 3.4 连杆的夹具设计 . 18 3.4.1 定位基准的选择 . 18 3.4.2 误差分析 . 19 3.4.3 夹具使用操作简介 . 19 3.5 夹具结构设计 . 19 3.6 夹紧机构设计 . 21 3.7 夹具装配图 . 22 4 精镗连杆大头孔夹具 . 23 4.1 设计任务 . 23 4.1.1 连杆工艺分析 . 23 4.1.2 连杆的技术要求 . 24 4.2 确定各表面的加工方案 . 24 4.2.1 加工方案的拟定 . 24 4.2.2 最优方案的确定 . 25 4.3 连杆各工序加工余量和毛坯尺寸的确定 . 25 4.3.1 毛坯的工艺要求 . 25 4.3.2 连杆的加工余量及毛坯尺寸的确定 . 25 4.4 连杆的夹具设计 . 28 4.4.1 定位基准的选择 . 28 4.4.2 切削力 和夹紧力的计算 . 29 4.4.3.零件加工工艺过程 . 30 4.5 夹具结构设计 . 30 4.5.1 定位设计 . 30 4.6 其它元件设计 . 31 4.7 夹具装配图 . 31 5 镗泵体两相垂直孔夹具 . 32 5.1 设计任务 . 32 5.1.1 泵体工艺分析 . 32 5.1.2 泵体的技术要求 . 33 5.2 确定各表面的加工 方案 . 33 5.2.1 加工方案的拟定 . 33 5.3 泵体各工序加工余量和毛坯尺寸的确定 . 33 5.3.1 毛坯的工艺要求 . 33 nts v 5.3.2 镗泵体两孔的加工余量及毛坯尺寸的确定 . 33 5.4 泵体的夹具设计 . 35 5.4.1 定位基准的选择 . 35 5.4.2 误差分析 . 35 5.4.3 夹具使用操作简介 . 36 5.5 夹具结构设计 . 36 5.6 夹紧机构设计 . 36 5.7 其它元件设计 . 39 5.8 夹具装配图 . 40 6 总结 . 41 参考文献 . 42 致 谢 . 44 毕业设计 (论文 )知识产权声明 . 45 毕业设计 (论文 )独创性声明 . 46 nts i 主 要 符 号 表 cF 主切削力 pF 进给力 fF 进给力 cP 切削功率 v 切削速度 f 进给量 0 刀具前脚 0 刀具后角 k 主偏角 k 副偏角 s 刃倾角 p被吃刀量 nts1 绪 论 1.1 研究的目的及意义 机床夹具是机械加工工艺系统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺装备。工件在机床山改进加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，完成这一功能的辅助装置称为机床夹具。机床夹具在机械加工中起 着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、生产率和生产成本以及工人的劳动强度等。因此机床夹具设计是机械加工工艺准备中的一项重要工作。传统的机床夹具设计工作量大，标准零件选用程序复杂。随着企业三维软件的逐渐普及，在三维设计时机床夹具零部件的建模需占用设计师大量时间，因此，开发机床夹具的标准零部件图库，可在一定程度上减少夹具设计，使用者的工作量，在机械设计中利用计算机技术，实现组合夹具的计算机辅助设计和计算，可是设计人员把更多的时间投入到创造性工作中去以达到缩短产品开发周期的目的。事实上对夹具的研究有很重要的实际 意义， 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，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 1.2 国内外的发展及研究状况 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，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 1. 高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度对夹具的制造精度要求更高高精度夹具的定位孔距精度高达 5m，夹具支承面的垂直度达到 0.01mm/300mm，平行度高 达 0.01mm/500mm。德国 demmeler(戴美乐 )公司制造的 4m 长、 2m 宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在 5m 以内；夹具重复安装的定位精度高达 5m；瑞士 EROWA 柔性夹具的重复定位精度高达 2 5m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。 2. 高效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减 少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、nts 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 2 凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，夹紧和松开工件只用 1 2 秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典 3R 夹具仅用 1 分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens(杰金斯 )公司的球锁装夹系统， 1 分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。 3. 模块 、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用 CAD 技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹 具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。 4. 通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国 demmeler(戴美乐 )公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套 的费用低，经济实用才有推广应用的价值。 1.3 本课题研究的内容 1.3.1 研究内容 本次课题中 ，我的研究项目是专用镗床夹具设计。其中设计到精镗连杆小头孔夹具设计、精镗连杆大头孔夹具设计、镗泵体两相垂直孔的镗床夹具设计。 专用夹具的组成： 1.定位装置 这种装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置，即通过它使工件加工时相对刀具及切削成形运动处于正确位置，如支撑钉、支撑板、 V 形架、定位销等。 2.夹紧装置 它的作用是将工件夹紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位nts 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 3 置在工件过程中不因受重力、惯 性力等外力作用而产生位移，同时防止或减小振动。它通常是一种机构，包括夹紧元件 (如夹爪，压板等 )，增力及传动装置 (如杠杆、螺纹传动副、斜锲、凸轮等 )以及动力装置 (如气缸、液压缸 )等。 3.对刀 -引导装置 它的作用是确定夹具相对于刀具的位置，或引导刀具进行加工，如对刀块、钻套、镗套等。 4.其它元件及装置 如定向件、操作件以及根据夹具特殊功用需要设置的一些装置，如分度装置、工件顶出装置、上下料装置等。 5.夹具体 用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，并与机床有关部位连接，以确定夹具相对 于机床的位置。 1.3.2 研究意义 工艺装备是制造系统中的一个重要组成部分。随着机械产品更新换代的不断加快，多品种小批量生产成为当前的主要生产方式，要求制造系统的设计制造具有快速响应产品变化的能力，能够缩短产品设计制造周期，增加制造系统的柔性，降低成本，提高产品质量。但是，由于工艺装备尤其是夹具零部件的标准化、系列化、规格化程度差，夹具设计完全依赖设计人员的经验，产品更新换代加快导致夹具设计工作量不断加大。 因此快速实现夹具设计已成为企业的迫切要求。将计算机辅助设计技术应用到夹具设计的过程是解决这一问题的必 然选择。随着计算机技术的发展和应用，计算机辅助夹具设计在理论和应用上都得到了迅速发展，大大提高了夹具的设计效率，缩短了生产准备周期。在产品设计中，大量应用标准件是代表一个国家和企业设计制造水平的重要标志。 在机械产品中，有大约 30%70%的零件是标准件，这些零件大多具有相同或相似的外形特征，只是尺寸规格有所不同，如果没有三维标准件库，将不得不在创建和开发过程中对标准件进行重复建模，不但耗费了设计人员的时间和精力，延长设计周期，而且增加了产品的生产制造成本，所以建立通用的符合国家标准和企业标准的标准件库是提 高设计效率的保证。专用夹具的设计更不例外。因此利用二维 CAD 软件如 Soldworks 等建立通用的标准件库和机床夹具零部件库具有极其深远的意义和价值。 nts2 镗床夹具设计的基本理 论 2 镗床夹具设计的基本理论 2.1 夹具设计基本过程 1.研究原始材料，明确任务书 根据任务书、分析、研究被加工工件的零件图、毛坯图及相关的转配图和工艺规程等技术条件。从中了解工件的作用，结构特点、材料、技术要求、工序前工件的状况。、本工序加工的内容、加工要求。定位基准、夹紧表面、加工余量、切削用量以及工件的生产批量等。此外，还应该熟悉本工序所用机床， 刀具和量具的规格，主要技术参数，安装家具部位的尺寸，并收集家具零部件的标准、夹具结构图册等家具设计资料。 2.拟定夹具的结构方案，绘制结构草图 1) 确定工件的定位方案，根据工件定位原理选择或者设计定位装置，合理设置定位元件，进行定位误差的分析计算，定位误差应小于工序公差的三分之一。 2) 确定刀具的对到或引导方式，设计对到及引导装置。 3) 确定工件的夹紧方案，合理的确定夹紧的方向和作用点，进行夹紧力的分析计算，最后确定夹紧元件及传动装置的主要尺寸。 4) 确定夹具其它元件 (分度装置、定向键等 )的架构模型 。 5) 合理布置夹具元件，确定夹具体的形式及夹具的总体结构。 3.绘制夹具总装配图及零件图 1) 夹具总装配图应尽量采用 1： 1 的比例，越要时可采用 1： 2、 1： 5、 2： 1、 5：1 等比例。主视图应选面对操作者的工作位置。 2) 总装配图绘制的顺序是：用双点划线将工件的外形轮廓、定位 基面，夹紧表面及加工表面 (加工余量用网线表示 )绘制在各个视图的合理位置上，视工件为透明体，依次绘出定位、对刀 导引、夹紧及其它元件或装置，最后绘出夹具体，并对各零件进行编号，填写零件明细表和标题栏。 3) 标注必要的尺寸、公差配合 及技术要求。 4) 夹具中的非标准零件要绘制零件图，并按总装配图的设计要求，确定各零件的尺寸、公差及技术要求。 2.2 镗床夹具的基本组成与设计特点 一个完整的镗床夹具，应该由夹具体、定位装置、夹紧装置、带有引导元件的导向支架及套筒、镗杆等主要部分组成。导引方式及导向支架 镗杆的引导方式分为单、nts 5 双支承引导。 单支承时，镗杆与机床主轴采用刚性连接，主轴回转精度影响镗孔精度，故适于小孔和短孔的加工。 双支承时，镗杆和机床主轴采用浮动联接。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。 镗模 导向支架主要用来安装镗套和承受切削力。因要求其有足够的刚性及稳定性，故在结构上一般应有较大的安装基面和必要的加强筋；而且支架上不允许安装夹紧机构来承受夹紧反力，以免支架变形而破坏精度。 镗套的结构形式和精度直接影响被加工孔的精度。常用的镗套有： (1)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，一边作轴向移动，镗套易磨损，故只适用于低速镗孔。 (2)回转式镗套 随镗杆一起转动，与镗杆之间只有相对移动而无相对转动的镗套。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而 “卡死 ”。因此， 它适合于高速镗孔。 镗杆和浮动接头 镗杆是镗模中一个重要部分。镗杆直径 d 及长度主要是根据所镗孔的直径 D 及刀具截面尺寸 BB 来确定 (参考表 11.1 之值选取 )。镗杆直径 d 应尽可能大，其双导引部分的 L/d10 为宜；而悬伸部分的 L/d4 5，以使其有足够的刚度来保证加工精度。 用于固定镗套的镗杆引进结构有整体式和镶条式两种。 当双支承镗模镗孔时，镗杆与机床主轴通过浮动接头而浮动连接。 2.2.1 镗床夹具的设计要点 1.引导布置原则 镗套的设计如表 2-1 所示。 2.镗套的选择与设计 根据夹具设计中的需要，进行镗 套的选择与设计：镗套的类型有固定式镗套、回转式镗套。 3.镗孔工具设计 一般在设计镗模的结构前，需先确定镗孔工具。 4.支架和底座的设计 镗模支架和底座均为镗末主要零件。支架供安装镗套和承受切削力用。镗模底座承受包括工件、镗杆、镗套、镗模支架、定位元件和夹紧装置等在内的全部重量以及加工过程中的切削力，因此支架和底座的刚性要好，变形要小。 5.在设计支架和底座时要注意： .支架和底座宜分离，以便于制造。支架在底座上必须用两定位销定位，用螺钉紧固。 支架必须有很好的刚性。支架装配基面宽度沿孔轴线方向不小于高 度的 1/2。 支架的厚度应根据高度的大小确定，一般去 15mm25mm。 支架应避免承受夹紧力。 nts 6 .底座应有很好的刚性，底座厚度尺寸与长度尺寸之间比为 1/51/7. 为增强刚性，底座应采用十字形肋条，筋条间距一般为 100mm100mm. .底座的壁厚一般取 2025mm .底座上应有找正基面，以便于夹具的制造和转配，找正基面的平面度为0.05mm。 .底座上应设置供起吊用的吊环螺钉或起重螺栓。 表 2-1 镗套 基本类型 结构简图 使用说明 固定式镗套 外形尺 寸小，结构简单，中心位置准确。适用于低速扩孔、镗孔 底座的设计简图如图 2-1 所示 nts 7 图 2-1 底座 支架的设计简图如图 2-2 所示。 图 2-2 支架 2.2.2 镗床类夹具主要技术条件 夹具设计中，各有关元件间表安眠相互位置精度要求，通过长称之为技术条件，一般包括以下几个方面： 1. 定位元件之间或定位元件对夹具体底面之间的相互位置要求。 2. 定位元件与连接元件 (或找正基面 )间的相互位置要求。 3. 对刀元件与连接元件 (或找正基面 )间的相互位置要求。 4. 定位元件与导向元件间的相互位置要求。 凡与工件加工要求直 接有关者，其位置误差数值可按工件加工技术条件规定数值的 1/21/5 选取；若与工件加工要求无直接关系，可按参考数值确定。在镗床上加工孔和孔系时，其尺寸精度和相对位置精度，是靠导套内，外圈的同轴度公差一般不超过 0.005mm。 导套内径的基本尺寸即为刀具最大极限尺寸，其公差按基轴制配合制定。 nts 8 2.2.3 镗床规格和主要联系尺寸 卧式镗床联系尺寸见表 2-2 所示 表 2-2 卧式镗床联系尺寸 型号 镗床头和立架间最大距离 主轴最大移动量 主轴箱升降行程 镗床头到工作台中心距离 L 主轴轴线到工作台距离H1 立架上孔径 工作台离导轨高度S 工作台移动距离 最大 最小 最大 最小 纵向 横向 168* 262T* 2270 600 755 1660 520 800 45 85 115 345 1140 850 T68 2335 2352 600 755 1660 520 800 30 85 366 345 1140 850 T611 2360 600 755 1740 1745 520 800 30 110 345 1225 850 850 T612 3300 1000 1400 2430 830 1400 0 125 1600 1400 卧式双面金刚镗床联系尺寸见表 2-3 所示 表 2-3 卧式双面金刚镗床联系尺寸 机床型号 主轴头的型号 过桥上安全主轴头的数量 主轴轴线到工作台面得距离 H 主轴头最小中心距 L 镗孔直径范围 工作台尺寸 长 宽(AB) 工作台最大纵向行程 工作台 T 形槽尺寸 (槽数 槽宽 ) T740K 0 型 4 230 100 1022 600400 275 312 1 型 4 230 125 1022 2 型 3 240 155 2250 3 型 3 250 190 50100 4 型 2 270 245 100200 T740 0 型 4 230 100 1022 600400 400 312 1 型 4 230 125 1022 2 型 3 240 155 2250 3 型 3 250 190 50100 4 型 2 270 245 100200 nts 9 2.2.4 镗床类典型刀具 具有一个或两个切削部分、专门用于对已有的孔进行粗加工、半精加工 或精加工的刀具。镗刀可在镗床、车床或铣床上使用。因装夹方式的不同，镗刀柄部有方柄、莫氏锥柄和 7： 24 锥柄等多种形式。 单刃镗刀切削部分的形状与 车刀 相似。为了使孔获得高的尺寸精度，精加工用镗刀的尺寸需要准确地调整。微调镗刀可以在机床上精确地调节镗孔尺寸，它有一个精密游标刻线的指示盘，指示盘同装有镗刀头的心杆组成一对精密丝杆螺母副机构。当转动螺母时，装有刀头的心杆即 可沿定向键作直线移动，借助游标刻度读数精度可达 0.001 毫米。镗刀的尺寸也可在机床外用对刀仪预调。 双刃镗刀有两个分布在中心两侧同时切削的刀齿，由于切削时产生的径向力互相平衡，可加大切削用量，生产效率高。双刃镗刀按刀片在镗杆上浮动与否分为浮动镗刀和定装镗刀。浮动镗刀适用于孔的精加工。它实际上相当于铰刀，能 镗削 出尺寸精度高和表面光洁的孔，但不能修正孔的直线性偏差。 为了提高重磨次数，浮动镗刀常制成可调结构。 2.3 镗孔加工主要特点 1. 刀具转动 车床加工不同，加工中心加工时由于刀具转动，便不可能在加工中及时掌握刀尖的情况来调节进刀量等。也不可能像数控车床那样可以只调节数控按扭就可以改变加工直径。这便成了完全自动化加工的一个很大的障碍。也正因为这样所以就要求镗刀必须具有微调机构或自动补偿机能，特别是在精镗时根据公差要求有时必须在微米级调节。 另外，加工镗孔时由于切屑的流出方向在不断地改变，所以刀尖、工件的冷却以及切屑的排出都要比车床加工时难的多。 2. 刀具的颠振 镗孔加工时最常出现的、也是最令人头疼问题是颠振。在加工中心上发生颠振的原因主要有以下几点： (1) 工具系统的刚性：包括刀柄、镗杆、以及中间连接部分的刚性。因为是悬臂加工所以特别是小孔、深孔及硬质工件的加工时，工具系统的刚性尤为重要。 (2) 刀具系统的动平衡：相对于刀具系统的转动轴心，刀具自身如有一不平衡质量，在转动时因不平衡的离心力的作用而导致颠振的发生。特别是在高速加工时刀具的动平衡性所产生影响很大。 (3) 工件自身或工件的固定刚性：像一些较小、较薄的部件由于其自身的刚性不足，或由于工件形状等原因无法使用合 理的夹具进行充分的固定。 nts 10 (4) 刀片的刀尖形状：刀片的前角、刀尖半径、断屑槽形状的不同所产生的切削抗力也不同。 (5) 切削条件：包括切削速度、进给量、进刀量以及给切削油方式及种类等。 (6) 机器的主轴系统：机器主轴自身的刚性、轴承及齿轮的性能以及主轴和刀柄之间的连接刚性。 3 . 刀具的装夹 在镗削孔时，最重要的是在加工中心上正确装夹刀具。在小孔镗削中，刀具的中心高是导致刀具失效的重要因素。如果刀具安装低于中心高，将影响刀具的加工性能。主要表现在： (1)切削刃相对于工件的主后角减小，导致刀具的后刀面与工件接触，使刀 片与工件之间发生摩擦，当刀片旋转时，这种摩擦进一步会使刀尖发生偏离，导致刀具更深地切入工件。切削刃的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。 (2)当刀具后角减小时，刀片相对于工件的前角也增大，从而引起刀具刮削工件，引起刀具振动并损坏刀具。这种情况在镗削小孔时更为严重。 为此建议刀具安装应略高于中心高 (但应尽可能接近中心高 )。这样可使刀具相对于工件的法向后角增大，切削条件得到改善，如果加工时产生振动，刀尖会向下和向中心偏斜，从而接近理想的中心高。刀具也可轻微地退出，减小削伤工件的可能性。此外，刀具前角也将减小，这样可稳定工作压力。如果前角减小到 0，就会产生太大的工作压力，导致刀具失效。所以在镗孔时，应选取正前角的镗刀，在镗 1mm 的小孔时，镗杆的直径只有 0.75mm 左右，使刀具承受的切削力减小。 4 . 切屑的排出 在镗削孔时，切屑的有效排出至关重要。加工时，由于刀具在孔内，切削液很难到达切削刃，造成切屑排出 困难，影响刀具寿命。为解决这一难题，一些刀具制造商开发出一种沿切削刃带冷却槽的刀片，使切削液直接流向切削刃，防止切屑堵塞和刀具损坏。 2.4 连杆、泵体工件的典型结构 2.4.1 连杆的零件结构分析 连杆的功用与结构设计：连杆由大头，小头和杆身等部分组成。大头分为开式和闭式结构，连杆体和连杆盖用螺母，螺栓连接。为减少磨损和便于修理，大头孔内分别安装轴瓦和铜套。连杆杆身的截面为工字形，可以减少重量以减少惯性力又试连杆nts 11 具有足够的强度和刚度。连杆大，通过活塞销和活塞连接，将作用于活塞的气体膨胀压力传给曲轴，又 受曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。连杆承受的是高交变载荷，气体的压力在杆身内产生很大的压缩应力和纵向弯曲应力，由活塞和连杆重量引起的惯性力，使连杆承受拉应力，所以连杆承受的是冲击性质的动载荷。因此要求连杆重量轻、强度要好。 连杆由连杆体、连杆盖、定位套、活塞销轴承和螺钉等组成。它的大头孔与曲轴的曲轴颈配合，小头孔与活塞销配合。在小头孔的顶端有一个油孔，依靠飞溅润滑把润滑油注入小头孔内，但这种深油孔加工较困难。连杆体与连杆盖用螺钉或螺栓连接，定位方法一般有两种：一种是用定位套定位，另一种是用定位 销定位。连杆体和盖的结合面也有两种剖分形式：一种是斜剖式，这样连杆大头外形尺寸较小，它能从气缸中通过，装配较方便；另一种是直剖式结合面，即连杆体和盖的结合面垂直于杆身对称面。 2.4.2 泵体零件结构分析 泵体它本身又是一个能量转换装置，工件在该工序中，是加工两个相互垂直的孔，由于加工泵体的尺寸面积大，在装夹工件的时候需要用到吊装装置，泵体的两个相互垂直的孔。 2.5 镗床夹具的典型结构分析 根据镗床的型号及其联系尺寸，以及参考工件的装夹尺寸，选择合适加床，后进行该工序夹具的设计，为了提高劳动生产率，保 证加工质量，降低劳动强度，需要设计装用夹具。镗床夹具通常称为镗模，它有钻模的特点，即被加工孔或孔系的位置精度主要由镗模保证。镗床夹具的结构类型主要决定于导向支架的布置形式，分为以下几种形式： 1. 单面导向： 镗杆在镗模中只用一个位于刀具前面或后面的镗套引导。镗杆与机床主轴采用刚性连接，镗杆的一端为锥柄，直接插入机床主轴莫式锥孔中，镗套轴线应和机床主轴轴线重合。调整较费时间。机床主轴回转精度影响镗孔精度。 单面前导向即支架布置在刀具前方，适用于加工孔径 D60mm、长度比 L/D1.5 以上的孔，或一组同轴线的孔。这种方法的缺点是镗杆较长，刚度差，跟换刀 具不甚方便。 （ 2） 双面双导向。主要适用于专用的联动镗床上从两面加工精度要求较高的工件。 2.6 工件在夹具中的定位 工件在夹具中的定位： 定位的目的是使 4 工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置，并且应用夹具定位公斤按，还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。 在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工件定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。 在确定基准时，需要注意以下几点： (1) 作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如孔的中心线、外圆的轴线以及对称面等，而常常由某些具体的表 面来实现，这些面称为基准面。 (2) 作为基准，可以是没有面积的点或线，但是基准面总是有一定面积的，如代表轴心线的是中心孔面。 (3) 基准的定义不仅涉及尺寸之间的联系，还设计到位置精度 (平行度、垂直度等 )。 工件在定位时，通常应用的是六点定位原理。而应用工件六点定位原理进行定位分析问题时，应注意以下几点： (1) 定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度。 (2) 定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。若二者脱离，则意味着失去定位作 用。 (3) 一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则山不应超过六个。 (4) 分析定位支承点的作用时，不考虑力的影响。 (5) 定位支承点是由定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支承点总是通过具体的定位元件体现，至于具体的定位元件应转化为几个定位支承点，需结合其结构进行分析。 nts 13 3 精镗连杆小头孔夹具设计 3.1 设计任务 3.1.1 连杆工艺分析 连杆的功用与结构设计：连杆是由大头，小头和杆身等部分组成。大头分为闭式结构，连杆杆身的截面为工字形，可以减少重量以减少惯性 力又试连杆具有足够的强度和刚度。 连杆用大、小头孔及大头端面为定位基准面。大头孔用连杆用大、小头孔及大头端面为定位基准面。大头孔用液性塑料心轴 3 定位，小头孔用削边削 9 定位，端面采用布质胶木板 5 定位。当液压缸 1 中的活塞杆像右移动时，顶杆 4 挤压液性塑料，塑料心轴 3 中间薄壁部分向像四周作均匀细微膨胀，使连杆定位并夹紧。而后两个堆成安装的小液压缸 6 中的活塞杆 7 有一斜面，从而使 V 形卡爪 8 像外伸出而夹紧连杆。最后，削边销 9 像左退出后即可加工连杆小头孔。由于两个 V 形卡爪对称安装，浮动夹紧，所以连杆小头孔的位置在削边销 9 退出 后不会发生改变。 连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，从而使得活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。 连杆承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组成往复运动时的惯性力。这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此，连杆收到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆在质量尽可能小的条件先，有足够的刚度和强度。若连杆的刚度不够，则可能产生的后果是：其大头孔矢圆，导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧坏而烧损；来能干杆身弯曲，造成活塞与气缸偏磨、活塞环漏气和窜油等。 连杆一般用中碳钢和合金钢经磨锻而成，然后经机械加工 和热处理。 连杆的材料 40Cr 合金调制钢。 连杆的结构如图 3-1 所示 。 3.1.2 连杆的技术要求 1.连杆的小头孔 23mm 为主要的加工表面，粗糙度要求 Ra=0.8，与底面 的垂直度公差为 0.02mm。 2车 32H7 外圆面外圆面，粗糙度要求 Ra=1.6，与内孔的圆度公差为 0.02mm。 3.加工 32mm 孔的两个端面，粗糙度为 Ra=3.2。 4.加工连杆端面 13mm，粗糙度为 Ra=3.2。 nts 14 图 3-1 连杆 3.2 确定各表面的加工方案 3.2.1 加工方案的拟定 在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，考虑到经济效果和降低生产成本，现拟定两个加工工艺方案，见表 3-1。 3.2.2 最优方案的确定 符合可以提高定位和加工精度粗精；符合加工分开的原则，且适合中小批量的加工；充分考虑到工人加工中的安全，更适合加工选方案 和方案 比较发现，两个在加工过程中都是可行的，所以二者任选其一。现以第一案为主要加工工件。 3.3 连杆各工序加工余量和毛坯尺寸的确定 3.3.1 毛坯的工艺要求 连杆 的毛坯为锻件，且对毛坯的结构工艺有一定的要求，其 材料是 40Cr，生产类型为中批量生产，具体要求如下： 1) 锻件的壁厚要均匀，不应有较大的截面变化。 2) 锻件的选材要合理，以便于锻造。 3) 锻件要有圆角，不得出现尖角棱角等。 nts 15 表 3-1 加工方案的比较 方案 1 方案 2 工序号 工序内容 定位基准和夹紧 工序内容 定位基准和夹紧 10 粗、半精车、精车小头孔、 外圆面 以大头孔为定位基准，杆身夹紧 钻小头孔 以连杆的下端面和侧面为定位面，连杆身为夹紧 2
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