1447 翻转臂加工中心夹具设计 张周洲

湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文毕 业 设 计 论 文课题名称翻转臂加工中心夹具设计课题来源东风公司21厂夹具生产车间专 业机械设计制造及其自动化班 级T813-4学 号20080130421学生姓名张周洲指导教师赵国华完成日期2012.05.27独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密 ，在_年解密后适用本授权书。不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要翻转臂是车厢悬置系统中十分重要的零件，它的精度高、形状较复杂，机械加工不是很容易，由于处于车厢的最下面，经常会遇到强摩擦强腐蚀等环境，是关键的构建，在整个车厢悬置系统加工中也是一个重点。而在翻转臂机械加工中，精度要求最大的就是上臂面及臂孔的加工。翻转臂加工中心夹具可以保证加工精度高，提高加工效率。因此夹具设计是翻转臂加工中的一个重要环节。本文通过对翻转臂类型结构、加工工艺、夹具设计及使用情况的分析，阐述了定位基准的选择，压紧方式的确定，正确的复杂尺寸及强度计算，完成了翻转臂重要夹具工装的设计液压夹紧配套装置，提出了针对整体工艺装备提高翻转臂表面粗糙度的解决方法。关键词：翻转臂 尺寸及强度计算 液压夹紧配套装置AbstractThe flip arm is car mount system very important parts ，for its high precision、shape is more complex, mechanical processing is not so easy, because of the compartment in the bottom, often will meet the strong strong corrosive environment such as friction, is the key to building, in the whole carriage mount system processing of also is a key point。And in flip arm mechanical processing, the accuracy of the largest is the upper arm face and arm of the hole processing. Flip arm processing center fixture can guarantee the machining precision and the improvement of the machining efficiency. So fixture design is the process of a flip arm important segment. This article through to flip arm type structure, processing technology, fixture design and use of the situation analysis, elaborated the locating datum choice, press the way the determination, the right size and complex strength calculation, the completion of the flip arm important fixture tooling design-hydraulic clamping supporting device, the paper improve the overall process equipment over the surface roughness of the arm solution. Keywords: Flip arm Size and strength calculation Hydraulic clamping supporting device IV目 录摘 要IAbstract1 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义(1)1.2 课题背景及国内外研究现状(2)1.3 本课题研究的主要内容(2)2 系统功能及总体结构2.1 概述(3)2.2 系统功能(3)2.3 系统结构(3)2.4 小结(4)3 翻转臂零件的工艺分析3.1 零件的功用材料和性能(4)3.2 加工工序内容(4)3.3 定位夹紧方式(5)3.3.1工件的装夹(6)3.3.2工件的定位(6)3.4 定位方法(7)3.4.1平面定位(8)3.4.2 圆柱孔定位(9)3.4.3 圆柱面及特殊表面定位(9)3.5小结(10)4 夹具结构分析4.1 夹具选择(10)4.1.1 夹具分类(11)4.1.2夹具组成(11)4.1.3夹具体(11)4.1.4夹具的确定(11)4.2 液压夹具(12)4.2.1简介(12)4.2.2液压夹具基本形式(13)4.2.3 液压夹具的组成部分(13)4.3 小结. (13) 5.计算与设计5.1夹紧装置设计(14)5.1.1夹紧机构的分类. (15)5.1.2夹紧装置的组成与基本要求(16)5.1.3夹紧力作用点的选择(16)5.1.4夹紧力的确定(16)5.1.5铰链夹紧机构的设计步骤(17)5.2油缸设计(18)5.2.1油缸各部分计算(19)5.2.2油缸各部分的结构、材料及制造技术(20)6 结论与展望6.1 本文总结(21)6.2 将来展望(22)致 谢(23)参考文献(24)1 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义1.1.1课题的来源新一代的东风商用车驾驶室具有豪华、舒适、安全等显著优点，深受客户的喜欢，今天我主要以驾驶室的舒适性为出发点，来介绍相关重点产品以及本产品的加工工艺流程、工序夹具设计等内容。1.1.2本课题研究目的随着国民经济的高速发展对机械装备制造业提出了愈来愈高的要求，作为生产各种工业产品和民用产品的重要工艺装备，夹具已发展成为一门产业。专用机床夹具产品的应用也越来越广泛，优秀夹具的应用对产品的加工成本，质量及生产效率产生很大的影响。驾驶舒适性更好的车辆，可以降低驾驶员的疲劳程度，行驶更长的距离，从而提高车辆每天的使用率，驾驶室的舒适性是通过什么来保证呢？当然是以与之相匹配的车身悬置系统来做保障。目前中、重型商用车生产商都非常重视驾驶室的悬置系统的设计，悬置系统会根据路面情况调节波动幅度，只有这种技术才能带来舒适性的驾驶效果。因此本产品的重点功能在于辅助生产出能够提高驾驶室舒适度的产品1.1.3本课题研究的意义通过对东风公司21厂现场调研发现如果能改良翻转臂的生产夹具可以大大提高翻转臂的加工精度。而生产线上的某些夹具已远远不能满足市场发展的需求。基于上述原因，对新一代专用夹具的研究已势在必行。通过对夹具的改良，不但能够缩短生产周期，降低制造成本，提高加工精度，延长刀具寿命，而且进一步可以提高车辆驾驶室的舒适度，从而提高企业的市场竞争优势。1.2 课题背景及国内外研究现状改革开放以来，机械工业充分利用国内外两方面的技术资源，有计划地进行企业的技术改造，引导企业走依靠科技进步的道路，使制造技术产品质量和水平以及经济效益有了很大的提高，为繁荣国内市场、扩大出口创汇、推动国民经济的发展起了重要作用。 制造业是国民经济的基础，随着以计算机技术为主导的现代科学技术的迅速发展，以时间驱动为特征的市场竞争、产品更新换代的加速、商品需求的多样化等使制造业面临着巨大的挑战，特别是像翻转臂等影响汽车舒适度类零件的加工在现阶段还没有达到自动化的加工水平。在批量生产中，它的加工工艺还要人工画线的方法来保证其精度，而对工件的装夹也是通过人工的方法进行的。因此，我国对这类零件的加工还处于效率低、加工成本高的阶段。随着机械工业的迅速发展，对产品和生产率提出了越来越高的要求，是多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对夹具提出更高的要求。目前，大批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中，要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性，以缩短生产准备时间、降低生产成本，所以，按手动夹紧的方法已不能满足生产发展的要求，而气动液压夹紧等夹具正是适应这一生产模式的工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式，也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段并将其作为机械制造业的主要发展。 1.3 本课题研究的主要内容本次主要研究的是现运用于天龙系列车型的车身悬置系统，这种车型的车身采用的是比较先进的四点悬浮形式，这种全浮系列是目前比较先进悬置系统（它也是作为东风商用车推销的一个亮点），全浮驾驶室是在车身四个悬置点以浮式减震系统与车架底盘相连接成支撑。为了提高翻转臂在实际使用当中的性能，该夹具仿照薄板类零件夹具设计的方案改装而成，本方案重在设计能完成松紧动作、加压、自锁的动力装置，并设计传力装置和夹紧装置实现传递动力和夹紧动作。2 系统功能及总体结构2.1 概述加工工艺作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得了很大的进步，进入了以发展高速切削、开发新的加工工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。2.2 系统功能为了满足企业的实际需要，本系统预期实现液压夹具的准确、快速、精确的定位。在大批量生产中保证所有零件具有很高的精度，基本上不受工人操作水平的影响，质量稳定。在动力设计上显示出液压夹具的独到优势，同时能够迅速地对工件进行定位夹紧，无需校正，从而减少很多装卸和校正工件所带来的辅助工时。而且，可以多工件、多工位的使用夹紧机构。同时保证产品质量统一和稳定。在设计上充分的考虑了工人的劳动强度，液压为动力，比单纯的人力和机械的配合省下了很多力气，大大减轻了工人的劳动强度。2.3 系统结构本课题研究整体构架如下图：从下往上看有连接作用的底座合件、面板，起吊作用的起吊螺栓，定位作用的定位座、定位轴，夹紧机构杠杆式油缸、油缸压板2.4小结本章从整体上比较粗略的介绍了本次设计的功能和结构，关于各个部件的设计、分析、计算、选材会在以后的各章节中介绍到3 翻转臂零件的工艺分析3.1 零件的功用、材料和性能翻转臂是前悬工艺合件重要组成零件之一，组合成前悬置工艺合件以后与稳定杆一起安装于车身和车架之间，起到连接和支撑车身作用，分前悬置和后悬置，半浮、全浮两大系列。翻转臂为精密铸件，材料40MnVZ，毛坯重量为7.31Kg40MnVZ有很多优良性能：第一， 铸造性能好，熔点低、流动性好。第二， 减振性好，阻止了振动的传播，并将振动能量转变为热能而消失。第三， 切削加工性能好，有减振作用，减少了刀具的磨损。第四， 缺口敏感性低。3.2 加工工序内容铣面：铣Ra6.3两端面、保证高度差尺寸130.1和121.5钻孔：钻孔2-15孔和6.8孔，保证各孔距尺寸（前悬工艺合件）下图为工序图：3.3定位夹紧方式3.3.1工件的装夹工件装夹的方法有两种：1、 将工件直接装夹在机床的工作台或花盘上2、 将工件装夹在夹具上采用第一种方法装夹的效率低，一般要求先按图纸要求在工件的表面上划线，画出加工表面的尺寸和位置，装夹时，用划针或面分表赵正后再夹紧。一般用于单件和小批生产。批量较大时，都采用夹具装夹工件。采用夹具装夹工件有如下优点：a、 保证加工精度，稳定加工质量b、 速度按辅助时间，提高劳动生产率c、 扩大机床的使用范围，实现“一机多能”d、 改善工人的劳动条件，降低生产成本3.3.2工件的定位（1）六点定则用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为“六点定位原则”，简称“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，起支承点作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。（2）限制工件自由度与加工要求的关系工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制；不影响加工要求的自由度，有时要限制，有时可不限制，视具体情况而定。习惯上，工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位，工件限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。（3）在工件定位时，以下情况允许不完全定位：a 加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。b 毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制。c 加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。夹具上的定位元件重复限制工件的同一个或几个自由度的定位称为重复定位。重复定位分两种情况：当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影响的重复定位，称为不可用重复定位。它将造成工件定位不稳定，降低加工精度，使工件或定位元件产生变形，甚至无法安装和加工。因此，不可重复定位是不允许的。当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增强工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。在生产实际中，可用重复定位被大量采用。工件的六个自由度全部被夹具的定位元件所限制，使工件在夹具中处于完全确定的位置，称为完全定位。如果某个工序加工只需要限制部分自由度，允许有一个或几个自由度不许限制但不影响加工要求，此种定位称为不完全定位。按加工要求应该限制的自由度但没有得到限制的定位，称为欠定位。欠定位不能保证该工序的加工要求。因此，欠定位是不能允许的。两个或两个以上定位元件重复限制同一个自由度的情况，称为过定位。过定位会使工件的位置不确定，夹紧工件时会造成工件或定位元件变形而严重影响工件的定位精度。因此夹具设计时一般应尽量避免出现过定位。在特定的加工情况下，过定位使用得当可起到增加工艺系统刚性和定位稳定性的作用。工件定位时，定位支承点的合理配置，对保证定位精度和定位稳定性十分重要，其基本原则是：工件上与三个支承点接触的定位面应尽可能大，三个支承点的分布应当尽量分散。而工件上与两个支承点接触的定位面应尽量远离。至于工件上只和一个支承点接触的定位面，也应当与其它两个定位面相距较远为好。3.4定位方法设计夹具时，必须根据工件的加工要求和已确定的定位基面，来选择定位方法及定位元件。工件上常被选作定位基面的表面有平面、圆柱面、圆锥面、成形面以及它们的组合。定位元件的选择，包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等。（1） 基准、对定位元件的基本要求a. 定位基准的选择定位基准的选择，应尽量使工件的定位基准相重合；尽量用精基准；遵守基准统一原则；应使工件安装稳定，加工中所引起的变形最小；应使工件定位方便，夹紧可靠。b 对定位元件的基本要求足够的精度、足够的强度和刚度、耐磨性好、便于清理切削。（2）工件定位方式及其定位元件a工件以平面定位。工件以平面作为定位基准时，所用定位元件一般可分为主要支承和辅助支承。主要支承用来限制工件的自由度，具体独立定位的作用。辅助支撑用来加强工件的支撑刚性，不起限制工件自由度的作用。b工件以圆柱孔定位。工件以圆柱孔为定位基准，如套类、齿轮、拨叉等。此种定位方式所用的定位元件有圆柱定位销、定位心轴和圆锥定位销等。c工件以外圆柱面定位。工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有V形块、定位套和半圆套。3.4.1平面定位以平面定位时的定为元件：1. 支承钉 支承钉与夹具体孔的配合为H7/r6或H7/n6，支承钉可加衬套，其外径与夹具体孔配合为H7/r6或H7/n62. 支承板 支承板用螺钉紧固在夹具体上，若受力或有移动趋势时，要增加圆锥销或将支承板嵌入夹具槽内，采用两个支承板时，装配后磨平工作面，以保证等高性3. 调节支承 适用于形状或尺寸变化较大的粗基准定位；也适用于形状相同而尺寸不同的工件；也适用于专用可调整夹具和成组夹具中；一批工件加工前调整一次，然后用螺母锁紧4. 自位支承 支承所处位置，随工件定位基准面位置变化而自动与之适应，相当于一个固定支承，只限制一个自由度；由于增加了与定位基准面接触的点数，故可提高工件安装的刚性和稳定性；适用于工件以粗基准定位或刚性不足的场合5. 辅助支承 螺旋式辅助支承能提高工件的安装刚性和定位的稳定性，但不应限制工件的自由度；使用时，为适应工件支承表面的位置变化，工件要逐个进行调整；结构简单，但效率低。自位式辅助支撑，支承销高于支承面，安装工件时支承销被定位基准面压下，并与其它主要支承一起与工件定位基准面保持接触，然后锁紧；适用于工件重量轻，垂直作用的切削负荷较小的场合。3.4.2圆柱孔定位以圆柱孔定位的元件：定位销 定位销在根部倒成圆角R，夹具体上应有沉孔，使销圆角部分沉入孔内而不影响定位；定位销工作部分直径，按工件加工要求和安装方便，可按g5、g6、f6、f7制造，与夹具体孔配合为H7/r6或H7/n6；为了便于更换定位销，当设计成带衬套的结构时，衬套外径与夹具体孔配合为H7/n6，内径与定位销配合为H7/h5；当采用工件上孔与端面组合定位时，应该加上支承垫板或支承垫圈；当工件部分直径D3mm时，采用小定位销，大批量生产时，应采用可换定位销（GB2204-1991）锥度心轴 在圆锥体上定位时用锥度心轴，它的定位精度高，但轴向基准位移较大；由于靠基准孔与心轴表面弹性变形夹紧工件，故传递扭矩较小，适用于精加工圆锥销 工件以单个圆锥销定位时易倾斜，故应和其它定位元件组合定位3.4.3圆柱面及特殊表面定位以外圆柱面定位时的定位元件：锥形套 在圆锥孔中定位时用锥形套，圆柱面的端部在圆锥孔中定位，夹具体锥柄插入机床主轴孔中V形块 在V形块上定位，对中性好，能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响；V形块定位安装方便工件以V形导轨槽面定位 在V形导轨槽中设置两个段圆柱，车床拖板等带有V形导轨槽的零件，用V形导轨槽作为定位基准；在设计该定位装置时，首先确定短圆柱直径D，应使短圆柱中心线高于V形座的高度H，相应的工件导轨槽也是如此，留有一定间歇，以免碰撞3.5小结Y方向定位点本次设计的夹具只需要完成铣面、钻孔两道工序，综合以上分析本次采用的定位夹紧方式为：X方向在左端开档，右端端头两点定位；Y方向在右端端面定位；Z方向在零件底面定位。（见工序图定位符号“V”） 采用液动夹紧方式。采用两点夹紧方式，（见工序图压紧符号，或下图三维图）X方向定位点4 夹具结构分析4.1夹具选择4.1.1夹具分类机床夹具的种类和形式很多，可以按照不同的方法进行分类。若根据夹具的使用特点来划分，则有通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调夹具和成组夹具等。若按使用夹具的机床类型来划分，则为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮加工机床夹具、组合机床夹具等。若按夹具夹紧动力源的不同来划分，则有手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具和真空夹具等4.1.2夹具的组成通常，夹具的组成部分如下：（1） 定位装置定位装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在 中的位置。常用的定位元件有支承钉、定位销、V型块等。（2） 夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置，在加工过程中不因受外力（切削力、重力、惯性力等）作用而产生位移，同时可以减轻或防止振动。它通常由夹紧元件（夹爪、压板等）、传动机构（如杠杆、斜楔等）和动力装置（气缸、液压缸等）组成。（3） 对刀、导引装置对刀、导引装置的作用是确定刀具相对于夹具的位置，或引导刀具进行加工。常用的对刀、引导元件有对刀块、钻套等。（4） 其它元件及装置（5） 根据夹具特殊功能需要而设置一些元件或装置，如分度装置、靠模装置、连接件、操作件以及其它辅助元件等。4.1.3夹具体夹具体是用于连接夹具上所有的元件和装置，使其成为一个整体的基础件，它还用来与机床的有关部位连接，以确定夹具在机床上的位置。4.1.4夹具的确定由于翻转臂最终要在加工中心进行生产加工，这样就必须考虑到夹紧松卸时不能话费大量的时间，有关资料统计表明液压夹紧相比其他的夹紧方式节省90%-95%的时间，缩小了生产循环周期，使加工中心的高效率可以得到有效的发挥，从而增加了产量也就意味着降低了成本。一件产品要保证质量高的定位精度就必不可少，而液压夹具刚好具备这一性能，它可以保证夹紧力在定位和夹紧过程中保持恒定不变。从而确保了同一道工序下的加工质量一致性。由此变形造成的废品率将会微乎其微。加工中心由于为了满足零件的批量生产在实际当中零件的摆放比较紧凑如果采用手动夹紧肯定会受到空间限制，液压夹具可以通过换向阀的操作非常方便的来解决这些问题，这就可以实现多个零件在一个夹具上同时装夹，大大提高了工作生产率。4.2液压夹具4.2.1液压夹具简介液压夹具，顾名思义就是使用液压元件来取代传统的机械零件夹具。它是把液压元件与机械的结构安装在一起得到的新一代夹具，对工件进行各种加工起到定位、支撑等作用。液压夹具与液压钳的原理有相似之处。利用的是液压液体在液压缸里产生的压力，然后压力作用与活塞产生压力形成夹具。液压元件与机械元件精确装配在一起得到想要的夹具类型。4.2.2液压夹具的基本形式从被加工零件的形状、所用的设备类型和加工的一般要求来分类：（1） 方箱式四面液压夹具形状规整，适合大批量的零件。类似于汽车的启动电机壳体、汽化器壳体以及空调或者冰箱的压缩机零件等等。在方箱四个面上都可以用来安装零件。一般安装数量在四个到八个左右。夹具的装载位置基本上是在卧式加工中心或者回转式的工作台上。（2） T型碑式液压夹具这种夹具能工作的有两个面，但是每个面都很大。因此可以装夹大型的零件。也就是说每个面可以装载一两个大型零件或者十多个小型零件。而且在针对不同的零件加工需要时，能够在工作面的上面设置若干窗口，从而让零件的一次装夹更简单，更能够按照对应的两个方向加工多道程序。这样做不仅在精度上使所有零件更加适配，也大大提高了工作的效率。这种夹具的用途多在卧式加工中心。（3） 平板式液压夹具这种液压夹具最为简单实用，仅仅有一个工作面。在工作面的上面可以根据需要安置出1-10个工作单位。主要适用范围是立式加工中心或者是立式的多工位组合回转机床。由于相对来说结构比较简单，因此这种夹具造价不是很高。所以加工的工序不是很复杂、而其对于批量不是很大的工件来说比较合适。4.2.3液压夹具的组成部分由于方箱式液压夹具最接近与本次夹具设计所以下面就以方箱式为例；（1） 方箱体方箱体一般为铸铁所造，是夹具的最基础部分。大概有两种定位方式来两节方箱体外观和托板。第一种：以两边定位板和底面进行连接。第二种：以箱体四周的螺栓通孔定位和底面进行连接。其中第二种连接方式最为常用。（2） 底板底板作为整个夹具的最关键部分，它的制作和设计工艺都比较复杂。它是负责连接的过渡板，连接的是方箱体和机床上的托板结构，能够控制夹具的动作和顺序。更是连接液压油路莪液压动力源的装置。事实上液压夹具在通过底板市，已经两节了所有的液压油路并且也把所有的工作位置上的执行元件连接了起来。因此，对于各个板内的油路分布线路来说一定要有相当准确的位置。油路孔的设计一般比较深，这样能够防止意外使得钻头穿出发生泄漏从而造成一些不必要的损失。一般较为常用的底板有如下的基准面尺寸：320、400、500、630、800等，而对于底板油路的连接方式也通常有两种，一是双油路，基本上是靠液压来完成夹紧和松开的；二是单油路，虽然夹紧还是由液压来完成，但是松开工件是由机械结构中的弹簧完成的。（3） 夹具的基础元件这些基础元件包括油缸、支撑板、压板、定位鞘以及辅助支撑装置和其他的辅助元件。他们主要作用是负责零件的定位以及夹紧系统的完善。a.摆动式的油缸是最为常用的油缸系统。基本上分为两种形式：分别为双油路控制和单油路控制。其中油缸的尺寸大小根据夹紧力决定。b.压板的分类也基本上有两种，包括双向压板、单向压板。在确定压板的同时需要考虑的是指点间距否则会影响夹紧力。c.支撑板的种类莪有区别，分为点支撑和面支撑。点支撑用于未经加工过的表面或者不规则的表面；面支撑则用于已经加工的零件表面。d.辅助支撑零件是为避免零件在加工过程中产生不必要的形变而被采取的。e.定位鞘的形状大致上分为圆形或者菱形。根据零件的形状和加工的具体需要而被选用。（4） 液压控制系统A 液压动力源。一般采用汽液动力源转换泵或者是电控液压动力转换泵。所谓的液压动力源就是能够利用车间里的压缩空气作为动力。这种泵用于一些能够自动的快速的链接情况。B 液压控制部分。包括有电控方向阀（控制油缸的送进方向）、溢流阀（限制系统的压力）、顺序阀（控制动力的顺序）、减压阀。4.3小结本章重点分析了各类夹具的优劣、夹具的组成及各部分的功用，综合分析后最终选择了液压夹具，液压夹具作为现代化高精、高速、高效生产的辅助工具，他的优良性能可以使加工中心的特性得到充分发挥。5.计算与设计5.1夹紧装置设计5.1.1夹紧机构的分类（1）斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构是利用楔块斜面移动产生的压力来夹紧工件。生产中广泛应用于气动和液压夹具中，在手动夹紧中，楔块常和其他机构联合使用。（2）螺旋夹紧机构用螺杆直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧工件的机构，称为螺旋夹紧机构。它具有结构简单、通用性好、夹紧可靠、增力比大、行程不受限制等优点，在夹具中得到广泛的应用。其主要缺点是夹紧、松开工件比较费力、费时。（3）偏心夹紧机构 用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。（4）端面凸轮夹紧机构 端面凸轮夹紧机构是利用端面凸轮斜面的楔紧作用，直接或间接夹紧工件，且具有自锁功能。（5） 铰链夹紧机构是利用杠杆原理将杠杆系通过固定铰链和活动链组成的夹紧机构。综合考虑个种机构的特性，结合加工中心的加工特点，本设计采用铰链机构传力，具体请看（如下示意图） 5.1.2夹紧装置的组成与基本要求夹紧装置的种类繁多，综合起来其结构均有两部分组成。a. 动力装置 产生夹紧力。动力装置是产生原始作用力的装置。按夹紧力的来源，夹紧分手动夹紧和机动夹紧。手动夹紧是靠人力：机动夹紧是采用动力装置。常用的动力装置有液压装置、气动装置、电磁装置、电动装置、气-液联动装置和真空装置等。本设计采用了活塞杆液压缸，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。由于油液的不可压缩性，能传递较大的压力，比气压的要大10多倍，因此，在产生同样作用力的情况下，油缸直径可以小许多倍，使夹具体整体结构变的紧凑。b. 夹紧装置 传递夹紧力。动力装置所产生的力要正确地作用到工件上，需有适当的传动机构。传递机构是把原动力传递给夹紧装置。它由两种构件组成，一是接受原始作用力的构件，二是中间传力机构。在传力过程中可将向上的液压推力转化为向下的夹紧力，用螺栓将铰链连接在一起，但加紧力不易过大，可自由的相对运动。 设计夹紧装置时，一般应满足以下基本要求：（1） 加紧过程中不改变工件定位时所占据的正确位置。（2） 夹紧力大小适当，既要保证加工过程中工件不会产生位移和振动，又要使工件不产生允许的变形和损伤。（3） 加紧装置的自动化程度，应与工件的生产批量相适应。（4） 结构要简单，力求体积小，重量轻、并有足够的强度；工艺性好便于制造与维修。（5） 使用性能好，操作方便、省力、安全可靠。5.1.3夹紧力作用点的选择A.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。B夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止火减少工件变形对加工精度的影响。C夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。5.1.4夹紧力的确定估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，省去次要因素在力系中的影响。即： Wk=W*K式中：Wk实际所需夹紧力（N） W理论夹紧力（N） K安全系数 安全系数K可按下式计算 K=K0*K1*K2*K3*K4*K5*K6 式中K0K6为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册P18表1-21-5.1.5铰链夹紧机构的设计步骤 （参阅机床夹具设计手册表1-2-25）1. 初步确定结构尺寸q技术条件：（1） 材料：45钢；（2） 热处理：A型调制HB225250；B型HRC3540；（3） 其他技术条件按GB/T2259机床夹具零件及部件技术条件标记：（查机床夹具设计手册表2-1-113） b=10mm，B=24mm，L=100mm，L1=30mm,L2=45mm，a=14mm压板A10*100 GB2188-19912. 计算机构的夹紧力Wk或原始作用力W0 由于本次铰链机构结构比较简单，按表1-2-24公式：W0=Wk*【（L-a）/L1】*（1/）W0为原始作用力、Wk为作用于零件上的力、为铰链机构的效率5.2油缸设计5.2.1油缸各部分计算油缸的分类很多，最基本的分为单作用油缸、双作用油缸、组合油缸由于本次设计的液压夹具液压系统没必要搞的很复杂，所以最终确定为单作用油缸，而单作用油缸又分为活塞油缸、柱塞油缸、伸缩油缸、伸缩式套筒油缸，同样的结合本次设计的实际要求，我选择了活塞油缸活塞仅单向运动，由外力使活塞反向运动。（1）油缸活塞的推力计算液压油作用在油缸活塞上的作用力，对于一般单边活塞杆油缸来说，当活塞杆前进时的推力：(公斤)根据实际需要查机械设计手册表11-133初步确定D为40mm，d为28mm，=63（）经计算得P1=792（公斤）=7920N（2）缸筒内径计算 当P及为已知，则油缸内径D（无活塞杆侧）可按：cm式中 P活塞上的总作用力（公斤）液压油的工作压力（公斤/）（3）缸筒壁厚计算 缸筒壁厚，当D/a16时： a=cm式中 p油缸内工件压力（公斤/） D油缸内径（厘米） 缸体材料的许用应力（公斤/）缸体材料的抗拉强度（公斤/）n安全系数，取n=5.本次设计缸体采用45号钢，整个缸采用内圆外方的结构。由于D/a16，所以只能根据经验值求的外径为7676mm（4）活塞杆直径计算 在设计时，可先取d=（）D，然后再校验其强度，最后把尺寸d圆整到标准数值。活塞杆直径的标准尺寸系列见机械设计手册（石油化学工业出版社）表11-130. 活塞杆在稳定工作情况下，如果仅受轴向拉力或压力载荷时，便可以近似地采用直杆承受拉、压载荷的简单强度计算公式进行计算：活塞杆应力 或 式中 P活塞杆所受的轴向载荷（公斤） d活塞杆直径（厘米） 活塞杆制造材料的许用应力（公斤/厘米）。 如果活塞杆在工作时受到的弯曲作用力（例如承受偏心载荷等），就需要考虑弯曲应力，按压（拉）、弯联合作用来计算活塞杆的强度：活塞杆应力 式中 A活塞杆断面积（）W活塞杆断面模数（）M活塞杆所承受的弯曲力矩（公斤厘米），如果活塞杆仅受纵向载荷，则M=PP纵向载荷（公斤）纵向载荷作用线至活塞杆轴心线最大扰度处的垂直距离（厘米）安全系数 式中 材料屈服限（公斤/）由于活塞杆直径与油缸内径之间存在一定关系，所以在以上公式的基础上查机械设计手册表11-138得d=28mm（5）缸体底板连接螺栓计算缸体与底板连接时，螺栓的强度计算如下：螺纹处的拉应力 （）螺纹处的剪应力 合成应力 （公斤/）式中Z螺栓或拉杆的数量螺栓材料为45号钢时，=30公斤/。查表得螺栓为GB/M81255.2.2油缸各部分的结构、材料及制造技术1.缸体端部连接结构法兰连接 这种结构应用广泛优点有结构简单、易加工、易装卸；缺点有重量比螺纹连接的大，但比拉杆连接的小另外外径较大。螺纹连接 重量较小、外径较小但是端部结构复杂装卸时要用专门的工具。外半环连接 重量比拉杆连接的小，但缸体外径要加工而且半环槽削弱了缸体，相应的要加厚缸体壁厚内半环连接 结构紧凑，重量小；安装时端部进入缸体较深拉杆连接 这种结构应用较广。缸体最易加工、最易装卸、结构通用性大，但是重量大、外形尺寸大焊接 结构简单，尺寸小但是缸体有可能变形，焊后缸内径不易再加工钢丝连接 结构简单，轻，尺寸小2. 缸体材料缸体材料常用20、35、45号钢的无缝钢管。工作温度低于-50摄氏度的油缸缸体，必须用35、45号钢，且要调质处理。与端部焊接的缸体，使用35号钢，机械预加工后再调制。不与其他零件焊接的缸体，使用调制的45号钢。缸体材料也有用锻钢、铸钢和铝合金的3