美国赛车连杆专用工装夹具设计

1、美国赛车连杆专用工装夹具设计作者姓名：吴贺专业班级：机械工程及自动化 2005060401班指导老师：孙未摘要连杆属典型零件，目前国内外都有比较成熟的加工工艺。美国赛车连杆的杆身横截面工字型方向与普通连杆不同，且它的每一个面都要求加工，这使得它比普通连杆更难加工。本文针对美国赛车连杆本身的结构特点、工作情况和现有的加工条件，根据已制定的工艺规程为钻连杆小头孔空间斜工艺孔设计专用钻床工装夹具、为铣连杆大头孔的两侧面设计专用铣床工装夹具。本文首先对连杆零件结构特点、主要表面加工技术要求、材料工艺性、加工工艺性进行了分析，然后提出加工工艺路线。主体内容为夹具的设计，分别提出两套钻床夹具和铣床夹具方案

2、，进行分析、比较，选出最佳方案。再对所选方案进行精度分析，论证可行性。关键词： 连杆 工艺规程 专用夹具A appropriative fixture designing for United States race car connecting rodAbstract： The connecting rod is a typical part. There are many mature technical schedules at home and abroad currently. The body of the United States races car connecting ro

3、d has a different exposure of the I -shaped to the common connecting rods. In addition to, its each face require to machining, which make it more difficult to be processed than those common connecting rods. This text based on the structure characteristics, the work circumstance and the existing proc

4、ess condition, and according to the established technical schedules, design appropriative fixture for drill press and milling machine.At first this test analyze the structure characteristics , main surface processing technology to be require , material processibility and machining processibility of

5、the connecting rod. Then propose the technical schedule. The main content is fixture designing. Bring forward two set projects of appropriative fixture for drill press and milling machine separately. Then analyze, compare and choose the best project. At last do the accuracy analyzing and demonstrate

6、 feasibility of the project. Key word: connecting rod technical schedule fixture目录第1章 前言11.1本课题的提出和研究意义11.2主要研究内容11.3研究步骤1第2章 连杆零件分析22.1作用及工作状况分析22.2零件的结构分析22.3零件材料的工艺性22.4零件主要表面的技术要求32.5零件加工工艺分析4连杆加工的主要问题及工艺过程设计所采取的措施4定位基准的选择：5第3章 零件工艺路线的制定63.1毛坯种类及其工艺过程的确定63.2工艺路线方案选择6第4章 专用夹具设计84.1专用机床夹具8专用机床夹具的组

7、成84.2机床夹具设计要求94.3专用机床夹具设计的步骤104.4工件的六点定位规则114.5夹紧装置的组成和要求12第5章 专用钻床夹具设计155.1夹具设计任务165.2. 确定工件的定位方案175.3. 确定刀具的引导方式18 5.3.1 钻床夹具的刀具导向元件钻套185.4确定工件夹紧方案195.5.确定夹具体的形式和夹具总体结构205.6夹具方案分析：21第6章 专用铣床夹具设计2461夹具设计任务：246.2.确定工件的定位方案256.3.确定对刀装置256.4.确定工件的夹紧方案266.5.确定夹具体的形式和夹具总体结构266.6.方案分析：29结论31致谢32参考文献33第1章

8、 前言1.1本课题的提出和研究意义随着生活水平的提高以及工业的迅速发展，汽车行业也进入了一个全新的领域。汽车产品在质量，重量，工作稳定性以及可靠性等技术要求上也有了大的提高。赛车作为汽车的一种，有着比其他汽车更高的技术要求，尤其在发动机上面，超强的功率是无法比拟的。连杆作为发动机的一个重要零件，它的质量直接影响发动机的质量，从而影响赛车的整体性能。美国赛车连杆与普通连杆一样都具有刚性差，加工要求高，加工面复杂的特点，此外，该连杆还具有许多自身的特点，譬如，它的每个面都需要加工，截面工字型方向与普通连杆不同等。虽然连杆是典型零件，但为了确保加工精度，提高生产率，必须对某些工序设计专用夹具。而夹具

9、质量的高低则是通过生产效率的高低，维护方便与否，操作是否安全，以及成本的高低等指标来衡量的。1.2主要研究内容根据已制定的工艺规程，为加工该零件设计两套专用夹具（铣床专用夹具，钻床专用夹具）。对该两套专用夹具分别进行方案比较，确定最佳方案，画出草图及设计装配图，对定位基准及精度加以分析。1.3研究步骤、零件图分析；、毛坯分析；、加工工艺分析；、夹具设计；、方案对比分析，选择最佳方案； 、精度分析。第2章 连杆零件分析2.1作用及工作状况分析连杆是发动机的重要零件之一，它连接活塞与曲轴（其小头经活塞销与活塞连接，大头与曲轴连杆颈连接），把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴，将活塞的往复直线运

10、动变为曲轴的旋转运动,又受曲柄的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆工作时由于受到汽缸内气体压力的作用产生很大的压应力和纵向弯曲应力，加上活塞和连杆的自重所引起的惯性力，在连杆横断面上产生周期性变化且具有冲击性的拉压应力和横向弯曲应力。可见连杆在工作中承受着剧烈的变压力、惯性力和离心力等多向交变载荷的作用，在这样的工作环境下，不但要求连杆的精度高、表面质量高，而且要求其强度高、重量轻、刚性好、韧性好、使用寿命长。2.2零件的结构分析从零件图（图21）上看该连杆主要组成为：连杆体、连杆盖、螺栓、定位套筒、衬套，它们的外观尺寸不大，但形状及其复杂。由于大头孔安装轴瓦后与曲轴连杆轴颈装配在一起，小头

11、孔用活塞销和活塞连接在一起，因此其结构刚性要求高，并且加工精度要求高。连杆杆身采用从大头到小头逐渐变小的工字截面形状以减轻重量且使连杆具有足够的强度和刚度。从零件图上看美国赛车连杆与一般连杆的工字形方向不同。连杆体和连杆盖的接合面是垂直于杆身轴线的平面，要求较高。在连杆的小头孔中压入锡青铜衬套以减少活塞销和连杆小头孔的磨损及磨损后便于修理。为了保证连杆大头孔和曲轴连杆轴颈之间的运动要求，在大头孔内装入轴瓦。在连杆小头的两侧设有方向朝下的两个油孔，发动机工作时，高速旋转把气缸下部的润滑油飞溅到油孔内，以润滑连杆小头铜衬套与活塞销之间的摆动运动副。2.3零件材料的工艺性 为满足强度高、韧性好的使用

12、要求，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢，如45钢、65钢、40Cr、40CrNiMo等。美国赛车连杆采用40CrNiMo合金钢，经调质处理图2-1连杆零件图后HRC3HRC38。40CrNiMo的综合机械性能比较好，Cr合金元素可提高淬透性,Ni合金元素可提高抗冲击，Mo合金元素可防止回火发生脆性。40CrNiMo调质状态下具有相当高的强度的同时，又具有良好的韧性，屈服强度850MN/m2,强度极限，淬透性良好，油淬临界淬透直径60100冷变形塑性中等，可焊性差，切削加工性较45#钢差。由此可见40CrNiMo合金钢适合于受冲击载荷的高强度零件，但为了保证设计图的要求，还必须对其进行消除锻件

13、残余应力，提高综合机械性能。2.4零件主要表面的技术要求（1） 大头孔56.515，加工精度为IT9，粗糙度为Ra0.4。（2） 小头孔衬套底孔25，加工精度为IT7，粗糙度为Ra0.8。（3）大、小头孔的中心距影响到气缸的压缩比。进而影响发动机的效率，该连杆的中心距为152.40.05。大、小头孔在两个相互垂直的方向上的平行度误差（即两孔轴心线的平行度和交叉度）会使活塞在气缸中倾斜，致使气缸壁磨损不均匀，缩短使用寿命，同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧。该连杆小头孔的轴心线对大头孔轴心线在100mm长度上公差为0.1mm.。（4） 连杆大头孔两端面对大头孔轴线的垂直误差过大，将加剧连杆大头端面与

14、曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损，甚至引起烧伤，一般规定其垂直度公差等级应不低于9级，该连杆的大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度不大于0.05mm。（5） 连杆体与连杆盖的结合面为配合面，它的表面粗糙度为Ra0.8。（6） 螺栓孔的主定位孔轴线对连杆体与连杆盖的结合面的垂直度在100mm长度上小于0.15mm，精度IT7。套筒外圆精度IT6，粗糙度Ra1.6配合尺寸。2.5零件加工工艺分析连杆是典型的零件，位置精度和粗糙度的要求较高，其加工工艺已经比较成熟，但美赛车连杆与普通连杆技术要求有所不同，该连杆的所有表面全部要求加工且要求高。从外观上看，外形较复杂，不易定位，大小头孔是由细长的杆身连接，刚

15、性差，容易产生变形。此外，毛坯虽经调质处理，仍可能存在残余内应力，对整体模锻而言，毛坯在加工中尚需将体和盖切开，体和盖装配成连杆总成后还需加工，由于内应力重新分布而产生的变形不可忽视。2.5.1连杆加工的主要问题及工艺过程设计所采取的措施(1) 连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力，夹紧力）的作用下容易产生变形，从而影响精度。因此，必须正确确定夹紧力的方向、及其大小。夹紧力应尽量作用于连杆大、小头端面上，并垂直于端面，尽量避免使夹紧力作用于连杆杆身上；在需要将夹紧力作用于杆身时，应使夹紧力作用于刚性好的那个方向上，并采用双向浮动夹紧。在需要将夹紧力连杆轴线方向时，夹紧力大小应适当，并应使连杆端

16、面不脱离定位元件。(2)由于连杆在工作中随着急剧变化的动载荷，受力大，要求强度高，所以要采用锻件毛坯。锻件的纤维组织方向尽量与受力方向一致，这样，综合性能较好。锻件毛坯加工余量大，切削时的切削热和切削力将产生较大的残余应力，从而会产生变形而影响加工精度，因此，在安排工艺过程时，就需要遵循粗，精加工分开的原则来划分粗，细，精，三个加工阶段的主要任务是切除掉大部分余量，并给细加工提供精度较高的基准。细加工安排在中间，粗加工之后，精加工之前，这样，粗加工产生的变形可以在半精加工中得到修正逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用逐步修正加工后的变形，最后达到零件的技术条件。2.5.2定位基准的选择：由零

17、件图分析可知，该连杆大小头的端面不在同一个平面上，为定位准确特采用了如下措施来避免因落差而产生的定位误差。首先，在加工过程中大部分工序中把大小头加工成一样的厚度，保持着同一平面，这样定位方便，夹紧也容易多，这样不但避免了上述存在着的不足之处，而且还加大了定位面积，增加了定位的稳定性，直到的最后几道工序中再加工出落差。大头端时采取铣削加工紧接着进行下一道磨销加工便可以达到图纸要求。由此可见，毛坯选取大小头两端面等高并对称的模锻件为佳。粗基准的确定：该连杆的所有表面都要求加工，这给加工带来一定的困难，为了确保连杆大小端与杆身的对称性及便于杆身后续工序的余量加工，选连杆大小头端面为粗基准。粗铣两端要

18、求两端面与杆身的尺寸差<0.5mm（要求毛坯单边尺寸差<0.5mm），必限自由度三个（一平面），但为了使夹具制造简单，夹紧加工方便，限制六个自由度。在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为精基准来定位，并用大头处指定的一侧面作为另一定位基面，这样端面的面积大，定位比较稳定，这样不仅实现了加工过程中基准统一，更重要的是使连杆的主要技术要求，如大小头孔之间的中心距要求，大小头孔的平行度要求，端面与大头孔的要求，两端面间的距离要求等，在加过程中实现基准重合，减少了定位误差。按照“基准先行”原则，作为连杆主要定位精基准的端面加工，一般安排在工艺过程最初工序进

19、行，所以在粗加工大小头孔前，先铣两端并粗磨两端面。第3章 零件工艺路线的制定3.1毛坯种类及其工艺过程的确定美国赛车连杆材料结构要求金属纤维方向沿着连杆杆身轴线并与连杆的外形轮廓相适应，并且没有旋状和中断现象。不允许有分层、气泡、裂纹和夹渣等。中批量生产钢制连杆时多用模段法制造毛坯。连杆锻坯形式有两种，一种是杆体和杆盖分开锻造，另一种是将杆体和杆盖锻成一体。整体锻造的毛坯需要在以后的机械加工中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分开锻造而言，整体锻存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少，锻造工时少，模具少等优

20、点，故该连杆采用整体锻造。由于连杆是中批量生产，故采用锤上模锻较好 。连杆毛坯工序如下：下料加热拔长预锻终锻切飞边冲孔校正热处理清理检验。毛坯也可采用辊锻，其毛坯工序如下：下料加热多次辊锻整形切边冲孔热校正清理检验，但辊锻需经多次逐渐成型，比较适应大批大量生产，不适合该连杆。查机械工艺设计手册中模锻的加工余量为内外 表面加工余量为 1.72.2mm，内孔直径加工余量为2.0mm，所以统一取毛坯机加工余量为2.0mm。3.2工艺路线方案选择下面的工艺路线是参考了同组成员的设计得出来的。表3-1 工艺路线方案车间工作程序型别零件号零件名称材料毛料种类第 1 页QP02804赛车连杆40CrNiMo

21、共 1 页工序号工序名称设备型号工序号工序名称设备型号0 毛坯图检查110 镗大头孔CA6140 5 铣两端面X52115 铣杆身两侧面X62W 10 磨两端面M7132120 铣小头圆弧X52 15钻、扩、铰小头孔Z535125铣杆身凹下表面X52 20 铣两侧面X62w130磨杆身凹下表面M7130 25 磨两侧面M7130135 铣杆身圆弧槽X62W 30 标印基准140 车大小端圆弧面CA6140 35 裂解开盖体145 钳修圆弧、装配衬套 40 铣盖台阶面X62W150 钻两斜孔Z4006A 45 磨盖台阶面M7130155 打毛刺、倒角 50 锪盖台阶孔Z518160 精镗小头孔T

22、71401 55 钻铰盖孔Z525B165 磨大头孔M2100 60 钻铰盖台阶孔Z525B170 铣大端平面X62W 65 钻螺纹底孔Z5121175 磨大端平面M7130 70 扩铰台阶孔Z525B180抛光、清洗、磁力擦伤、喷丸 75 攻螺纹孔Z525B185 标印分解清洗 80铣连杆盖顶部圆弧面X52190 铣连杆盖锁口槽X52 85铣杆盖顶部形槽X62W195 铣连杆体锁口槽X52 90钳修R5和接刀台200 钝化 95中检、装配205 检验装配 100磨两端面M7130210 珩磨大头孔M4216A 105 磨两侧面M7130215 终检、油封入库第4章 专用夹具设计3在机床上加工

23、工件时，为了使工件在该工序所加工的表面能达到规定的尺寸和位置公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先使工件占用一正确位置。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。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。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、加紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生

24、产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛。机床夹具的作用可归结为以下四个方面：l 保证加工精度 机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可保证加工精度。l 提高生产效率 机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。l 减轻劳动强度 采用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。l 扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，可使机床的加工工艺范围扩大，例如在卧式车床刀架处安装镗孔夹具，可对箱孔进行镗孔加工。4.1专用机床夹具 机床专用夹具是为某一零件在某一道工序上的装夹而专门设计和制造的夹具，这类夹具定位准确，装卸工件迅速，但设计和制造的周期较长，费用

25、较高。因此主要用与产品相对稳定而产量较大的成批或大量生产。在实际生产中，技术人员所设计的夹具通常是专用机床夹具。4.1.1专用机床夹具的组成 在生产中使用的机床夹具种类繁多，结构千变万化，根据其元件，机构所起的作用，可以归纳出夹具一般由以下几部分组成：1. 定位元件定位元件是用以确定工件正确位置的元件。用工件定位基准或定位基面与夹具定位元件接触或配合来实现工件定位。2. 夹紧装置夹紧装置是在工件定位后将工件夹牢的装置。3. 对刀、导向元件对刀导向元件是志用于确定或引导刀具的元件。如钻套、镗套、对刀装置等，其作用是使刀具与定位元件之间获得正确的相对位置。4. 夹具连接元件夹具连接元件是指用于保证

26、夹具在机床上定位和夹紧用的元件。如铣床夹具底面上安装的定位键等。5. 其他元件及装置根据工件的加工要求，有些夹具除上述组成部分外，还需要设置其他元件或装置。如进行多工位加工用的分度装置、某些夹具的靠模装置、工件抬起装置和辅助支撑等。6. 夹具体夹具体是用于联接夹具各元件及装置，使之成为一个整体的基础件。通常定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其他部分根据夹具所属的机床类型、工件加工表面的特殊要求设置。4.2机床夹具设计要求1. 机床夹具的结构应与其用途和生产规模相适应夹具的用途和生产规模的大小不同，夹具的结构形式也不相同。在大批大量生产中，夹具的主要作用一方面是要保证产品质量，另一

27、方面还要考虑尽量提高生产效率的问题，应广泛采用多件夹紧机构，气动、液压和电动夹紧装置等高效、省力的夹具；在 中小批生产中，由于受到生产条件的限制，为使经济性良好，夹具的作用主要是达道保证产品质量的目的，应尽量使夹具结构简单，广泛采用单件加工的夹具及手动夹紧机构。在条件允许的情况下，应考虑采用可调夹具、成组夹具和组合夹具等。2. 机床夹具零件标准化程度高夹具设计时尽量采用结构成熟的标准夹紧机构、标准夹具元件和标准件，减少非标准零件，以提高夹具的标准化程度，缩短夹具设计时间，提高夹具设计质量和降低夹具制造周期及成本。3. 机床夹具结构应具有足够的刚度、强度和良好的稳定性为保证工件加工要求和夹具本身

28、的精度不受破坏，以及加工中夹具不发生振动等，夹具结构应具有较高的刚度和强度。夹具安装在机床工作台上应具有良好的稳定性，注意降低夹具重心，夹具底面轮廓尺寸与夹具高度尺寸应适当成比例。4. 保证使用方便和安全 为了便于操作,夹紧机构的操作手柄一般应放在右边或前面。为便于夹紧工件，操作夹紧件的手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间。要注意防止夹紧机构的活动件与机床、刀具相碰撞。因此，在设计时要认真阅读机床有关数据。同时，还要考虑清除切屑方便、安全。5. 有良好的工艺性所设计的夹具应便于夹具制造、检验、装配、调整和维修。对于夹具上精度要求高的位置尺寸，应考虑能在装配后用合并加工的方法来保证，或依靠装

29、配时调整的方法得到保证。4.3专用机床夹具设计的步骤1. 收集和研究有关资料（1） 分析零件图和工序图了解零件的功用，特点，材料，生产类型及技术要求，详细分析工件加工工艺过程和本工序加工要求，如工序尺寸，工序基准，加工余量，定位基准和夹紧部位等。（2） 了解本工序使用的机床和刀具 了解机床的规格，主要参数以及在机床上安装夹具部位的机构和配合尺寸。了解本工序使用的刀具类型，主要结构尺寸等情况。（3） 熟悉夹具设计用的国家标准，行业标准和企业标准 查阅夹具设计手册和夹具设计指导资料等。（4） 了解夹具典型机构 在着手设计之前，应多参阅一些典型夹具结构图册及夹具部件的典型结构，以增加对夹具结构的认识

30、。2. 确定夹具的结构方案在确定夹具结构方案的过程中，工件定位，夹紧，对刀和夹具在机床上定位等各部分的结构以及总体布局都会有几种不同的方案可供选择。因此，都应画出结构原理示意图，通过必要的计算（如定位误差计算）和分析比较，最终选取最为合理的方案。确定夹具结构方案时，主要考虑下列内容：（1） 确定工件的定位方案（2） 确定刀具的对刀或引导方式（3） 确定工件的夹紧方案（4） 确定夹具其他组成部分的结构形式（5） 确定夹具体的形式和夹具的总体结构3. 绘制夹具的装配草图和装配图夹具总图绘制比例除特殊情况外，一般均按1：1绘制，以保证良好的直观性。总图上的主视图，应尽量选取与操作者正对的位置。夹具装

31、配图可按如下顺序进行：把工件视为透明体，用双点画线画出工件的轮廓，定位面，夹紧面和加工表面；画出定位原件和导向原件；按夹紧状态画出夹紧装置；画出其他元件或机构；最后画出夹具体，把上述各组成部分联结在成一体，形成完整的夹具；标注必要的尺寸，配合和技术条件；对零件编号，填写标题栏和零件明细表。4. 绘制夹具零件图5. 编写专用机床夹具设计说明书4.4工件的六点定位规则一个自由刚体，在空间直角坐标系中，有六个方向活动的可能性，即沿三个坐标轴的移动自由度 和绕三个和坐标轴的转动自由度 ，见图41。图41 刚体的六个自由度 图42 工件在空间的六点定位 一般把某一个活动的可能性称为一个自由度，自由刚体在

32、空间共有六个自由度。 工件可近似的看成为自由刚体。工件在没有采取定位措施时，其位置具有六个可活动方向。要使工件在某个方向有确定的位置，就必须限制该方向的可活动方向。可以通过布置支承点的方式来限制自由度。如图42所示，若使一个六方体工件在空间占有唯一确定的位置，可在空间直角坐标系的三个垂直平面上，适当布置六个支承点，即在底平面布置三个支承点1、2和3（位置不在同一条直线上），限制工件Z、X、y三个自由度；在侧平面布置两个支承点4和5，限制工件X、Z两个自由度；再在后平面布置一个支承点6，限制工件y一个自由度，则实现了限制工件在空间六个方向的活动性，使工件在空间占据唯一确定的位置。4.5夹紧装置的

33、组成和要求4.51夹紧装置的组成：1. 动力装置：产生夹紧动力的装置。2. 夹紧元件：直接用于夹紧工件的元件。3. 中间传力机构：将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。4.5.2对夹紧装置的要求1. 夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。2. 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。3. 操作安全、省力。4. 结构应尽量简单，便于制造，便于维修。4.5.3夹紧力的确定1. 夹紧力作用点的选择1) 夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支承面内2) 夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位3) 夹紧

34、力作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠2. 夹紧力作用方向的选择1) 夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面2) 夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧变形3) 夹紧力作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，这样可以减小夹紧力。4.5.4典型夹紧机构1. 斜楔夹紧机构斜楔是夹紧机构中最为基本的一种形式，它是利用斜面移动时所产生的力来夹紧工件的，常用于气动和液压夹具中。在手动夹紧中，斜楔往往和其他机构联合使用。斜楔夹紧机构的缺点是夹紧行程小，手动操作不方便。斜楔夹紧机构常用在气动、液压夹紧装置中，此时斜楔夹紧机构不需要自锁。2. 螺旋夹紧机构采用螺旋装置

35、直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧的机构，统称螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。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，在手动夹具上应用较多。螺旋夹紧机构可以看作是绕在圆柱表面上的斜面，将它展开就相当于一个斜楔。3. 偏心夹紧机构偏心夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种变型，它是通过偏心轮直接夹紧工件或与其他元件组合夹紧工件的。常用的偏心件有圆偏心和曲线偏心，圆偏心夹紧机构具有结构简单，夹紧迅速等优点；但它的夹紧行程小，增力倍数小，自锁性能差，故一般只在被夹紧表面尺寸变动不大和切削过程振动较小的场合应用。4. 定心夹紧机构定心夹紧机构能够在实现定心作用的同时，又起着

36、将工件夹紧的作用。定心夹紧机构中与工件定位基面相接触的元件，既是定位元件，又是夹紧元件。5. 铰链夹紧机构铰链夹紧机构是一种增力装置，它具有增力倍数较大、摩擦损失较小的优点，广泛应用于气动夹具中。6. 联动夹紧机构联动夹紧机构是一种高效夹紧机构，它可通过一个操作手柄或一个动力装置，对一个工件的多个夹紧点实施夹紧，或同时夹紧若干个工件。4.5.5夹紧的动力装置在大批大量生产中，为提高生产率、降低工人劳动强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置。驱动方式有气动、液动、气液联合驱动，电（磁）驱动，真空吸附等多种形式。1. 气动夹紧装置气动夹紧装置以压缩空气作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。常用的气缸结构有活

37、塞式和薄膜式两种。活塞式气缸按照气缸装夹方式分类有固定式、摆动式和回转式三种，按工作方式分类有单向作用和双向作用两种，应用最广泛的是双作用固定式气缸。2. 液压夹紧装置液压夹紧装置的结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同，所不同的是它所用的工作介质是压力油。与气压夹紧装置相比，液压夹紧具有以下优点：1) 传动力大，夹具结构相对比较小；2) 油液不可压缩，夹紧可靠，工作平稳；3) 噪声小。它的不足之处是须设置专门的液压系统，应用范围受限制。第5章 专用钻床夹具设计3钻床夹具简称“钻模”，它是用在钻床上，借助钻模导套保证钻头与工件之间相对正确位置的夹具。这种夹具在结构上一般都与定位元件有一定尺寸要求

38、的钻套和一个安装钻套的钻模板，通过钻套引导刀具进行精确的加工。根据被加工孔的分布情况和钻模板的特点，有一下几种形式钻模。1. 固定式钻模板在使用过程中，钻模的位置固定不动。用于摇臂钻床可加工平行孔系；用于立式钻床，一般只能加工一个孔，或在机床主轴上加装多轴传动头，实现孔系加工。2. 滑动式钻模钻模板固定在可以上下滑动的滑柱上，并通过滑柱与夹具体相联接。这是一种标准化的可调夹具，其基本组成部分，如夹具体、滑柱等已标准化。3. 回转式钻模钻模体可按一定分度要求绕某一固定轴转动。常用于加工同一圆周上的平行孔系，或分布在圆周上的孔径。按固定轴的放置有立轴、卧轴和斜轴三种基本回转形式。4. 移动式钻模用

39、于单轴立式钻床，先后钻削工件同一表面上的多个孔。一般工件和被加工孔的孔径都不大，属小型夹具。5. 翻转式钻模整个夹具可以带动工件一起翻转，加工工件不同表面的孔系，甚至可加工定位基准面上的孔。6. 盖板式钻模一般用于加工大型工件上的小孔。钻模本身仅是一块钻模板，上面装有定位、夹紧元件和钻套，加工时将其覆盖在工件上即可。在上述各种形式的钻模中，钻模板和钻套是它们共有的，并区别于其它夹具的特有元件。钻模板是供安装钻套用的，要求有一定的强度和刚度，以防变形而影响钻套的位置与导引精度。5.1夹具设计任务图51 加工连杆小头孔空间斜工艺孔工序简图图51为工序号150钻两斜孔的工序简图，已知：工件材料为毛坯

40、为锻件，所用机床为Z4006A，成批生产规模。为该工序设计一钻床夹具。要求夹具的相关结构和配合要求来保证以下位置精度： 1) 孔口到定位基面2) 孔中心线与连杆的对称中心面的夹角3) 孔中心线与定位基面的夹角任务分析：工序尺寸要求见图51，一般来说,使用钻床并用专用的刀具,才能加工钢板表面斜孔。其他设备无法加工。但这样投资较大，一般中、小企业无力投资。本工序所加工的孔空间角度复杂，且孔的直径小，故钻孔时钻头容易引偏，所以必须设计专用钻床夹具才能保证孔的位置、形状及尺寸。要求专用夹具的设计一般是根据本工序的具体加工要求来进行。夹具设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本

41、低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为了其衡量指标。5.2. 确定工件的定位方案 根据工序简图规定的定位基准，选用一面双销定位方案，见图52。图52 一面双销定位方案(1) 短定位销与工件定位孔配合（连杆小头孔），限制两个自由度，定位支承面与工件定位端面接触(小头孔端面)，限制三个自由度，削边销与连杆大头孔配合，限制一个自由度。(2) 长定位销与工件定位孔配合（连杆小头孔）,限制四个自由度,长定位销轴肩与工件定位端面接触(小头孔端面)，限制一个自由度,削边销与连杆大头孔配合，限制一个自由度。5.3. 确定刀具的引导方式5.3.1 钻床夹具的刀具导向元件钻套钻套的作用是确定刀具相对夹具

42、定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏斜。本工序要求加工斜油孔，所加工的孔粗糙度Ra3.2，故本工序必须分为钻、扩两个工步。最终达到工序简图上规定的加工要求。在加工过程中必须依次取出或更换钻套亦适应不同加工刀具的需要，故选用快换钻套作为刀具的导向元件。它除在其凸缘铣有台肩供钻套螺钉压紧外，同时还铣有一平面，当此平面转至钻套螺钉位置时，便可向上快速取出钻套。由于加工孔径小，故采用加长快换式钻套。如图：图53快换钻套1.钻套的尺寸及公差：由于夹具设计时尽量采用结构成熟的标准夹紧机构、标准夹具元件和标准件，减少非标准零件，以提高夹具的标准化程度，缩短夹具设计时间

43、，提高夹具设计质量和降低夹具制造周期及成本，所以可换钻套采用标准钻套、钻套用衬套和钻套螺钉，快换钻套查参考书机械制造技术基础课程设计指导教程表9-10，钻套用衬套查表9-11，钻套螺钉查表9-12。2.钻套的尺寸及公差与配合也按以下原则确定:10 套导向孔的基本尺寸取刀具的最大极限尺寸,采用基轴制间隙配合。钻孔时其公差取F7或F8,粗铰孔时公差取G7,精铰时取H7。本夹具中钻套公差取F7; 钻套的导向高度H增大,则导向性能好,刀具刚度高,工精度高,但钻套与刀具的磨损加剧。一般取H=12.5d(其中d为钻套孔径),对于加工精度要求较高的孔,或被加工孔较小且其钻头刚度较差时,应取较大值,反之取较小

44、值。 钻削铸铁时排屑空间取h=(0.30.7) d； 钻削钢件时取h=(0.71.5d)。工件精度要求高时,可取h=0,使切屑全部从钻套中排出。 在加工中,钻套与刀具产生摩擦,故钻套必须有很高的耐磨性。当钻套孔径d26mm时,用T10A钢制造,热处理硬度为5864HRC;当d>26mm时,用20钢制造,渗碳深度为0. 81. 2mm,热处理硬度为5864HRC。本夹具中钻套采用T10A钢制造,并经淬火处理。5.4确定工件夹紧方案在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构

45、中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。（1） 采用螺旋夹紧机构3FJ=2FLd2tan+23f D3-d3D2-d2式中 螺纹升角； 螺纹摩擦角； f 螺杆（螺母）端面与工件之间的摩 擦系数；图54 螺旋夹紧机构 d2 螺杆中径（2）采用圆偏心夹紧机构4图55 圆偏心夹紧机构FJ=FLtan+1+tan2=R+esincos , =arctanecosR+esin式中 接触点升角 偏心轮回转角 1 偏心轮与夹紧面的摩擦角 2 偏心轮与销轴的摩擦角R 偏心轮半径 回转中心到接触的的距离5.5.确定夹具体的形式和夹具总体结构方案一： 夹具体倾斜一定角度，为了保持刚性，设置加强筋。

46、垂直于夹具体分别布置圆柱销和削边销，实现工件在夹具体上的定位，工件在空间垂直平面内前后形成一定的偏角。在夹具体中部设置翻转式钻模板，利于安装和拆卸工件，其上安装长快换钻套。夹紧机构采用单螺旋夹紧机构。A向旋转图56 方案一方案二：夹具体与方案一类似，唯一不同的是工件定位后，在夹具垂直平面内左右形成一定的偏角，两定位销分别特别制造，左端与工件配合定位，右端用螺母联接在夹具体上。钻模板布置于夹具体上方，其上布置长快可换钻套。夹具机构采用圆偏心夹紧机构。5.6夹具方案分析：比较方案一和方案二：1. 定位方案基本一致，均属于一面双销式定位。方案一采用短销和支承板、削边组合定位，方案二采用长销及其轴肩、

47、削边销组合定位，预期定位效果相同。2. 导向元件均采用长快换钻套。3. 夹紧方案不同。 方案一采用单简单的螺旋夹紧机构（图54），螺钉头部直接压紧工件表面，容易压坏工件表面，而且拧动时容易使工件产生转动，破坏原来的定位，而螺钉通过活动压A A旋转 图57 方案二板与工件表面接触，在拧动螺杆时，压块不随螺杆转动，而只作轴向移动，可防止在夹紧时带动工件转动，并避免压坏工件表面。采用衬套可以提高夹紧机构的使用寿命，而当螺纹磨损时也可以通过更换衬套，迅速恢复螺旋夹紧功能。方案二采用偏心夹紧机构紧机构（图55），偏小夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种转化形式。它是通过偏小件直接夹紧或与其他元件组合而实现夹紧工

48、件的。圆心夹紧机构具有结构简单、夹紧迅速等优点。单它的夹紧行程小，增力倍数小，夹紧自锁性能较差，故一般适用于工件被夹紧表面的尺寸公差较小和切屑过程中振动较小的场合。由于铣削加工中断续切削，振动较大，因此铣床夹具不易采用偏心夹紧机构4. 夹具体机构不同。方案一 ： 夹具体设置有加强筋，提高了夹具体的刚度和强度，可以保证在夹紧力和切屑力等外力作用下，不产生过大的变形和振动。 夹具体底平面中间部位适当挖空，夹具体平面与机床工作台接触良好，夹具安装稳定。夹具体结构紧凑，工艺性能良好。 小头孔短销需特别制造，完成定位和夹紧，方法巧妙且易行。 夹紧装置结构简单，且无需特别制造，在短销轴上即可完成，可靠性程

49、度高。方案二：1.夹具体结构设置不是很合理，刚度和强度较低，加工零件时夹具重心和切屑力等力的作用点没有处在夹具安装基面内。2.夹具高度较大，但相应的夹具体底平面面积不够大，且底平面中间部位没有挖空，夹具安装不稳定。3.钻模板置于夹具体上方，水平高度较高，不易于钻床工作，且钻孔时容易导致夹具体重心便宜，夹具体倾斜，最终无法保证斜孔加工精度要求。4.两销轴都需特别制造，夹具制造相对繁琐。5.夹紧装置结构简单、夹紧迅速，但夹紧装置需特别制造和安装，相对繁琐因此，选择方案一作为最终方案。夹具总体结构如下：见图58图58钻床夹具总体结构简图第6章 专用铣床夹具设计铣床夹具的设计特点：3（1） 铣床加工中

50、切屑力较大，振动也较大，故需要较大的夹紧力，夹具刚性也要好。（2） 借助对刀装置确定刀具相对于夹具定位元件的位置，此装置一般固定在夹具体上。圆形对刀块，在加工水平面内的单一平面时对刀用。方形对刀块，在调整铣刀两相互垂直凹面位置对刀时用。是直角对刀块，在调整铣刀相互垂直凸面位置对刀时用。侧装对刀块，安装在侧面，在加工两相互垂直面或铣槽时对刀用。标准对刀块的机构尺寸，可参阅国标夹具零部件。（3） 借助定位键确定夹具在工作台上的位置。图是标准定位键结构。图定位键上部的宽度与夹具体底面的槽采用H7/h6或H8/h8配合；下部宽度依据铣床工作台T型槽规格决定，亦采用H7/h6或H8/h8配合。两定位键组

51、合，起到夹具在铣床上定向作用，切削过程中也能承受切削扭矩，从而增加了切削稳定性。（4） 由于铣削加工中切削时间一般较短，因而单件加工时辅助时间相对较长，故在铣床夹具设计中，需特别注意降低辅助时间。61夹具设计任务：图61 铣连杆大头孔两侧面工序简图图61为工序20铣连杆大头孔的两侧面的工序简图，已知：工件材料为毛坯为锻件，所用机床为X62W，成批生产规模。为该工序设计一铣床夹具。要求夹具的相关结构和配合要求来保证以下位置精度：两侧面对连杆中心平面的对称度0.15.任务分析：1 为了确保后工序连杆杆身的加工余量均匀和提高生产率，便于后继工序的定位和连杆样品的对称性较好，故本工序需要较高的对称度和

52、尺寸精度。工件若用通用夹具装夹需要找正，这样对称精度太低，若用组合夹具仍需要设计较多的专用元件，中批生产长期占用通用元件成本较高，所以需要设计专用铣床夹具。2 由工序图分析可知，该连杆大小头的端面不在同一个平面上，为定位准确特采用了如下措施来避免因落差而产生的定位误差。首先，在加工过程中大部分工序中把大小头加工成一样的厚度，保持着同一平面，这样定位方便，夹紧也容易多，这样不但避免了上述存在着的不足之处，而且还加大了定位面积，增加了定位的稳定性，直到的最后几道工序中再加工出落差。这样连杆两端面等高（及大、小头孔两端面处于一个水平面）。加工两侧面时需要对连杆对称中心面有较高的对称度和尺寸精度，尺寸

53、精度由刀具直接保证，依靠所设计的夹具来保证加工两侧面对连杆中心平面的对称度0.15.6.2.确定工件的定位方案 方案一： 根据工序简图规定的定位基准，选用一面两销定位方案，短定位销与工件定位孔（连杆大头孔）配合，限制两个自由度，支承板与工件定位端面配合，限制三个自由度，削边销与小头孔配合，限制一个自由度。方案二： 根据工序简图规定的定位基准及铣大头孔两侧面的对中性要求，可设置活动V形块对中。短定位销与工件定位孔配合，限制两个自由度，支承板与工件端面配合，限制三个自由度，活动短V型块限制一个自由度。6.3.确定对刀装置3铣床加工的对刀方法一般有一下三种：（1）试切对刀；（2）应用样件对刀；（3）

54、采用对刀块装置对刀。对刀装置由对刀块和塞尺组成。采用对刀装置对刀时，为防损坏刀刃或造成对刀块过早磨损，刀具与对刀面不应直接接触，而是将对刀面移近刀具，而在对刀面和铣刀之间塞入塞尺，凭抽动的松紧感觉来判断对刀的准确程度。塞尺分为平塞尺和圆塞尺两种，其尺寸可取1mm、3mm、5mm。本铣床夹具选用圆形对刀块，主要用于加工平面，如图62。图62 圆形对刀块6.4.确定工件的夹紧方案铣削大头孔两侧面, 铣削出铣削力较大。采用螺旋夹紧机构（图54）并采用开口快换垫圈,这样有利于装卸方便。这样的结构简单,易行.6.5.确定夹具体的形式和夹具总体结构 方案一和方案二夹具体结构大体相同，如图63所示：夹具体依靠下方的定位键在铣床上准确定位，左右两端对称的环形底端用于将夹具体固定在铣床上。图63 铣床夹具体结构简图夹具总体结构：方案一：采用短销、支承板和削边销组合定位，单螺旋夹紧机构夹紧。夹具总体结构紧凑，刚度强度好，夹具体结构工艺性良好，夹具安装稳定。图54 铣