毕业设计（论文）-发动机连杆铣端面工位工装与夹具设计

发动机连杆铣端面工位工装与夹具设计PAGE-EQ目录摘要 1Abstract 21绪论 31.1选题的目的和意义 31.2国内现状 31.3国外现状 41.4国内外发展趋势 41.5本次研究设计的课题要求与内容 52机床夹具 72.1机床夹具分类 72.2机床夹具组成 82.3机床夹具与机床,工件,刀具的关系 93铣端面夹具设计 103.1连杆的结构特点与材料 103.2对连杆的加工要求分析 103.3定位基准的确定 113.4连杆定位方案 123.5定位元件尺寸计算与选取 143.6连杆的夹紧 153.7切削力与夹紧力计算 153.8加工时切削用量 173.9压紧装置的计算与选择 173.9.1气缸设计 183.9.2气动机构设计 193.10压板设计 203.10.1轴的强度校核 213.10.2压板扛弯曲强度校核 223.10.3斜楔与支撑装置和斜楔与推杆连接的设计 233.10.4压板与滚轮及其结合部设计 243.10.5压紧装置工作时运动分析 254夹具体设计 284.1夹具体结构设计 284.2夹具体材料选取和尺寸设计 295结论 30致谢 31参考文献 32附录 34摘要随着汽车制造业的迅猛发展，对于汽车发动机的性能要求也越来越高，对于发动机中各种结构的复杂工件，一般的机床已经满足不了加工要求了。这时候，针对某一道加工工序而专门制造的专用夹具便起到了至关重要的作用。连杆是发动机传递动力的重要组成部分，要满足对连杆加工中越来越高的要求，有必要专门针对连杆加工中的某一道工序设计并制造夹具，这次设计任务为针对连杆铣端面工序设计专用夹具。这次设计论文根据连杆的结构特点，采用一面两孔的定位方案，采用短圆柱销，菱形销和支撑板为定位元件，连杆杆身采用气动压紧方式的夹具设计方案。对加工中的夹紧力和切削力进行了计算，也根据资料选取了各个零件的基本尺寸公差以及其使用材料。最后完成了气动夹具的设计。这种连杆铣端面的装夹方式，既降低了劳动强度，同时也提高了生产效率。关键词：连杆铣端面定位气动压紧AbstractWiththerapiddevelopmentofautomobilemanufacturingindustry,Forautomotiveengineperformancerequirementsarealsogettinghigherandhigher.Forcomplexpartsofvariousstructuresintheengine.Generalmachinetoolscannotmeettheprocessingrequirements.Atthistime,Thespecialfixtureforacertainmachiningprocesshasplayedavitalrole.Connectingrodasanimportantpartofenginepowertransmission,Inordertomeettheincreasingdemandsofconnectingrod,Needtodesignandmanufacturespecialfixture.Thisdesignaccordingtothestructurecharacteristicsoftheconnectingrod,thesideofthetwoholesinthepositioningscheme,usingashortcylindricalpin,diamondpinandasupportingplateforpositioningcomponents,connectingrodbygasdynamicclampingfixturedesign.Theclampingforceandcuttingforcearecalculated,andthebasicsizetoleranceofeachpartandtheuseofthematerialareselectedaccordingtothedata.Keywords:connectingrodMillingfacelocationPneumaticcompression1绪论1.1选题的目的和意义这次从众多的设计题目中选择了连杆铣端面工位工装夹具设计这一研究设计课题，旨在加深自己对工位工装与夹具知识的了解与熟悉程度，了解夹具的分类以及夹具的组成，让自己了解国现今国内外夹具的状态和夹具行业的发展趋势，也使自己能够了解一些国内外的先进夹具以及制造技术和工艺，知道并熟悉夹具设计的基本步骤和设计中的注意事项。能够按照设计任务和要求完成夹具的设计。在不断学习和巩固自己知识的同时也锻炼自己独立分析并完成任务的个人能力，让自己学会了安排时间，学会了制定计划，加强了自己自学的能力，相信这对自己以后的工作和学习会有莫大的益处。机床夹具的设计制造与安装是保证着机械加工质量，并且能提高生产效率，还能减轻劳动强度和降低机械加工中对工人操作技术的过高的要求，机床夹具是生产过程自动化至关重要的工艺装备之一，机床夹具被广泛用于制造业中，大量专用机床夹具的使用为大批量生产提供了必要条件[1]。夹具从发明被使用至今，夹具的广泛使用对机械制造文明来说具有划时代的意义。没有夹具的出现以及发展，那后果可想而知。1.2国内现状目前我国机床夹具行业的问题主要有两个方面，一是行业整体规模还比较小，夹具行业很多都是中小企业，很多时候只能采取小批量生产模式，经济效益也不是很高很高，行业总体实力相对国外还比较弱;二是机床夹具的行业标准化、专业化程度低，制约着夹具产品朝专业化、市场化方向发展，夹具产品标准的制定工作有待加强。很多高端夹具产品仍需要从国外进口，才能满足国内生产需要。虽然现阶段我国夹具行业并不乐观，即使与国际先进的夹具制造水平还差距比较大，但在我国机械制造业和研发专家的共同努力下，还是有很大突破的。传统专用夹具设计耗时长，生产制造时间长，研制和生产成本也比较高，深圳市中德焊邦科技有限公司专注-三维柔性组合夹具。三维柔性焊接组合夹具以带有网格孔和标尺的五个工作面的三维焊接工作台为基础，配备各种用于定位的标准模块，通过快速锁销连接，对于各种形状的工件进行快速的装夹，保证焊接或加工的工件达到很高的精度，三维焊接工装夹具代替了传统的专用工装，使用户缩短大量的设计、制造时间，并且可以反复使用，节约研制和生产成本。又比如夹2015年11月14日在中央财经频道【第一时间】介绍了辽宁大连光洋科技集团液压公司自主研发的一款液压工装夹具，获得了16项国际发明专利，该工装夹具能够迅速紧固工件，使机床、刀具、工件保持相对稳定的位置，加工精度高，密封性好，解决了传统夹具漏油的普遍现象。工作时不用电不发热，节省大量资源。为了安装精度，防止因安装操作导致密封性下降，产生漏油，连安装人员指甲硬度和形状都有严格要求。但主持人也提到：此前我国高端工装夹具需求几乎全靠进口，年进口额近100亿元。同时该公司总经理提到：国内很多工装夹具企业都不重视加工工艺，但在国外工艺是最重要的，设备可以买国外的，但没有一家会把工艺卖给你。这进一步说明了我国工装夹具行业形势不容乐观。我相信在研发人员的努力下，一定会摆脱困境，使我国的夹具行业跟上世界先进水平。1.3国外现状德国dcmmclcr公司制造的4米长2米宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为±0.03毫米，精密平口钳平行度和垂直度在5微米以内，夹具重复安装定位精度可以达到±5微米。瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度能够达到2到5微米。机床夹具的精度已经实现了微米级。美国Mitee-Bite公司制造的真空吸盘夹具，产品适用于平面磨床，铣床和车床,数控机床,加工中心，该公司研制开发的真空吸盘，取代了传统的通过真空泵来实现工件的吸附夹持，而是采用车间里的标准压缩空气来实现真空，此吸盘无需任何电子元器件，无电力消耗，超长使用寿命等特点，是真空夹持领域的一次革命，曾多次在美国及欧洲获得技术创新奖。特别适合非磁性材料，及薄壁材料的吸附夹持。真空夹具在加工过程中能够平稳、安全可靠的地夹紧被加工工件并且不容易破坏工件的表面，所以脆薄零件的加工精度能够很好的保证。夹具行业的高端技术和加工工艺大都掌握在欧美等国，他们走在夹具行业的最前沿，在夹具行业处于主导地位。我坚信在不久的将来夹具设计的精度将更加高，加工出来的产品质量也更加好。1.4国内外发展趋势现代机床夹具技术正朝着高精度，高效率通用化、模块化、经济化发展[2]。1）高精度化德国美国等发达国家，他们的夹具制造生产技术处在夹具行业的最前沿，他们自主研发了很多高精度的夹具，精度早已经达到了微米级。随着技术的不断提高，相信将来夹具制造精度将更高。2）高效率化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，新型的电控永磁夹具，夹紧和松开工件只需要一到两秒，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。3）通用化机床夹具的具有越高的通用性，则会使加工经济性越好，要求夹具系统应该具有较强的可重构性，重组性，应用范围比较广，通用性能很好，夹具利用率也就高。4）模块化夹具的组合化是靠组合夹具模块化来实现的，各种先进的创新的优秀夹具一般都具有省时、省工、节能、节材的特点。采用计算机辅助设计并装配是以机床夹具模块化为基础的。运用CAD技术进行设计，可以很容易的建立元件库、典型夹具库、各项设计标准和用户使用信息库，并对夹具优化进行设计[3]。数控铣床，就是在计算机辅助设计与组装的基础上应用的。数控铣床和加工中心近年来得到了广泛的应用，以其加工高效率、高精度和对工件的高适应性使传统的机械加工发生了巨大的变化[4]。控机床高精度柔性夹具通过组装-分解-再组装，周而复始循环使用，与专用夹具相比较，具有明显的技术经济效果：可节约夹具制造工时90%，缩短生产周期85%，节约金属材料95%，降低成本80%。使用这类夹具能在短时间内可以收回全部投资[5]。1.5本次研究设计的课题要求与内容这次设计的任务是根据连杆铣端面加工工艺，设计此工位装夹工件的工装夹具。课题任务要求：必须满足该工位加工的基本要求，不能出现定位基准错误等原则性错误；装夹方案应当合理可行；装夹必须牢靠，安装应当简便；若涉及到电动或者液压机构，应当设计或者选配相应的器件；5、绘制此工装夹具的装配图和零件图。2机床夹具2.1机床夹具分类按照夹具使用范围和使用特点来分，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、自动线夹具这几类[6]。1）通用夹具通用夹具的结构，尺寸实现了经规格化，具有一定的通用性，在一些特定情况下可以作为加工不同工件的夹具。通用夹具一直是作为机床的附件在进行使用的。比如铣床的平口钳和回转工作台、万能分度头，平面磨床的工具台等。通用夹具具有适应性强的特点，有些时候不需要调整或稍微调整就能用于安装特定形状和规定尺寸内的不同工件，使用这类夹具进行生产，既能减少生产准备时间周期，又能够减少加工中所使用的夹具的种类,因此减少了产品生产加工的成本。虽然有点很多，但也有缺陷，就是定位精度不是很高，所以对操作员操作技术要求比较高，同时生产效率也不是很高，主要用于多品种的小批量生产加工。随着夹具行业的发展，对产品的加工以及加工精度要求也越来越高，逐步出现了一些精度较同时效率也比较高的通用夹具，比如高精度的自动定心卡盘、液压虎钳、多角度磁性工作台等。2）专用夹具专用夹具一般是在产品批量生产加工中使用，是机械制造厂应用最多的一种机床夹具，是在使用通用机床夹具难以保证产品零件加工精度和生产数量较大的情况下才采用的夹具，此类夹具的特点是针对性强，结构紧凑，操作简便，生产率高，缺点是设计制造周期很长，产品更新换代之后，一旦被加工工件尺寸形状发生变化，夹具就失效了[7]。3）可调夹具。在使用可调夹具时，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件或夹紧元件即可使用，目的是减少设计和制造专用夹具的数量。他一般分为通用可调夹具和成组夹具。前者加工对象不很确定，通用性大，如滑柱式钻模夹具、带各种钳口的通用虎钳等；后者是针对加工工艺中某道工序中某一组零件的加工而专门设计的，使用的时后进行调整或更换很少的元件就可以用来加工同一组中的各个不同的零件[8]。由于可调夹具可以多次使用，减少了夹具的重复设计，降低了金属材料的消耗、夹具制造劳动量和制造费用，因此，可获得较高的经济效益，适宜在多品种小批量生产中应用。4）组合夹具。组合夹具的元件具有精度高、耐磨、可完全互换、组装及拆卸方便、迅速、省时、省工、节材节能等特点[9]。夹用完后即可拆卸，将元件清洗分类存放在夹具库里，留待组装新的夹具，由于使用组合夹具可以缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有减少夹具品种、数量和存放空间等优点，因此组合夹具除适用新产品试制和单件小批量生产外，还适用于柔性制造系统及批量生产中。组合夹具缺点是一次性投资较大。5）自动线夹具。自动线夹具主要是用于大批量生产的且自动化程度较高的生产线中。自动线夹具可以分为随机夹具和随行夹具这两种，主要用于工件表面形状复杂并且又没有良好定位基面和输送基面的情况。在随行夹具使用的过程中，首先是将工件装夹到随行夹具上，之后由随行夹具通过生产输送线上的拨动机构将工件沿着自动线从一个位置输送到下一个位置，进行不同工序的加工。2.2机床夹具组成定位元件和装置它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证在加工时工件相对于刀具和机床的相对正确位置[10]。夹紧装置夹紧装置的作用是使工件在加工的整个过程中不会因为加工中的震动等因素而改变原本安装的位置。T.Phoomboplab和D.Ceglarek提出了一种夹具三维装配过程的布局设计，其功能是设计要求定位稳定性和确定性工件的位置[11]。件装夹往往依赖于摩擦，防止工件滑动或滚动，在实际的生产中是必须避免的，所以我们必须通过选择合适的夹紧装置，选择合适的夹紧力。在定位中，由于工件相对于数控机床的坐标原点具有严格的坐标位置，柔性夹具应用在机床上实现完全定位，夹具的定位元件相对于机床的坐标原点应具有准确和稳定的可靠目标。对刀、引导元件和装置这些元件的作用是保证刀具和工件在加工过程中始终保持着相对正确的位置。对刀元件的作用是保证加工前刀具与工件的相对正确的位置。引导元件是用于保证刀具的正确位置同时在加工中对刀具进行引导。夹具体夹具体是夹具的基本元件，用于连接并固定夹具上个元件及位置，使其成为一个整体，它与机床有关部位进行连接、对定，使夹具对机床具有确定的位置。在夹具的分析与合成中，对工件自由度的约束是至关重要的[12]。其它元件和装置有些夹具根据工件的加工要求，为使工件在一次安装中多次转位而加工不同位置上的表面所设置的分度机构，铣床夹具和定位键等。以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但任何夹具都必须有定位元件，夹紧装置和夹具体，他们是夹具的基本组成部分[13]。2.3机床夹具与机床,工件,刀具的关系夹具体主要有连接元件、定位元件、夹紧压紧元件和导向元件组成。加工时，工件通过夹具中的夹紧压紧元件固定在夹具体上，夹具体通过连接元件与机床连接，导向元件则是对刀具走刀对刀的保证。整个过程必须保证工件的安装定位准确，这样刀具就可以按照预定的加工方案对工件进行加工。整个系统缺一不可。工件的安装定位准确，夹具以及夹具安装定位是否良好是影响工件加工的精度的直管重要的条件。3铣端面夹具设计3.1连杆的结构特点与材料连杆是汽车发动机中主要的传动件之一，在传动过程中，将活塞顶部所受到的压力传递个曲轴，反过来又被曲轴带动使活塞压缩气缸里的气体。连杆分连杆体和连杆盖两部分。用螺栓和螺母将连杆及连杆盖与曲轴装在一起。我们为了便于维修和减少摩擦损失，会在连杆大小头孔内装薄壁金属轴瓦。发动机工作的过程中，连杆受的是交变载荷法律惯性力作用，所以连杆不仅需要具有足够的刚度和强度，而且还要尽量轻一些，也可以减小惯性力作用。连杆一般都采用工字型截面形状，其中大头到小头逐渐变小。我们必须保证发动机在运动中保持均衡，在同一发动机的各个连杆质量一定要相差很小。油孔设置在连杆小头的顶部，缸体下部的润滑油通过飞溅的形式溅射到小头顶部的油孔中，来润滑小头衬套和活塞之间的运动机构。而这一过程的实现是靠通过发动机工作时曲轴的高速转动来实现的。连杆把曲轴与活塞连接起来，将直线往复运动转化为回转运动来输出动力。连杆加工精度将直接影响发动机的性能。好的工艺能够直接影响加工的精度。所以针对连杆各个加工工序都有必要进行专用的夹具设计。3.2对连杆的加工要求分析在加工工件之前，必须要对连杆的一些加工参数及要求做相应的了解，要明白要加工的部位和相应的加工方法，这次设计研究中需要加工的是连杆两个端面。连杆具体参数如表3-1所示：材料45Mn大头孔中心距111±0.05大头孔孔直径420+0.02加工精度IT6表面粗糙度1.025μm圆柱度0.005㎜小头孔孔直径170+0.035㎜加工精度IT8表面粗糙度0.8μm圆柱度0.007㎜两端面距离220㎜加工精度IT9表面粗糙度0.8μm平行度0.03㎜表3-1连杆参数（1）由零件图以表格可知该连杆零件加工要求：1）经过铣端面，粗磨和精磨后，两加工端面的加工精度为IT9，表面粗糙度Ra=0.8μm。2）两加工表面位置尺寸220mm。（2）从《汽车构造》等书籍资料中可知：1）连杆刚度较差，所以为了保证连杆具有足够的强度和刚度，连杆材料应选择优质中碳钢或者中碳合金钢（40Cr、42CrMo或者40MnB）,模锻而成并进行喷丸处理。连杆结构形状较简单，但定位起来却比较简单，同时夹紧压紧装置设置也比较容易[14]。在这次设计中我舍弃了比较落后的手动夹紧方式，采用先进的气动夹紧压紧方式，在提高生产效率提高机械自动化的同时减轻劳动强度。2）这次设计在专用的铣床上加工，采用立式铣床。3）连杆两端面加工工序：粗铣两端面-精铣两端面-粗磨两端面-精磨两端面，本次设计主要针对工序中铣端面进行夹具设计。3.3定位基准的确定定位基准是指我们在加工过程中用于定位的基准。也就是使工件相对于机床安装位置正确所使用的基准。定位基准一般可分为粗基准和精基准。此次加工连杆的基准选择(定位面选择)：此次我们针对铣连杆端面进行基准选择。可以在连杆毛坯制造时或者加工前可以做个标记，加工过程中可以先铣有标记的一面，即以没有标记的一面作为基准，然后就可以以加工过后的表面作为基准来加工没有标记的一面。这样做不仅使精基准表面质量更高，还使得被铣的两端面平行度较好。3.4连杆定位方案在机械的加工中，被加工工件只有通过工装夹具固定在工位上。必须使工件在加工得过程中不能由于加工时产生的震动等不可控因素影响而发生移动，影响加工精度，甚至使被加工元件报废。从定位到夹紧的整个过程为装夹过程。夹具主要的功能就是通过与夹紧装置的密切配合来实现备加工工件的装夹。工件之所以要在夹具中做到完全定位，是为了使在同一工位加工的批量工件，在被加工时都能够在同一个正确的位置，(定位误差不考虑)。每个工件在夹具中安装定位之前，把它们当成空间坐标系中的自由移动的物体，把它们放在沿三个坐标轴平行的方向上的任意位置，它们有沿三个坐标轴自由移动的自由度X，Y，Z；同样如此，它们也可以任意放置在沿三个坐标轴转角方向的位置可以，他们具有绕三个坐标轴转动的自由度X，Y，Z。所以，为了让被加工工件在夹具中安装定位正确，就有必要控制它的六个自由度。如图3-1图3-1工件的六点定位原则为了限制工件的自由度，我们通常在夹具中用一个支承点来限制工件一个自由度，可以对六个支撑点的合理布置来限制工件的六个自由度，使工件的位置实现完全确定，称为“六点定位规则”。第一种方案：采用一个V块和两块支撑板进行定位。限制了工件的六个自由度。如图3-23-2连杆定位方案一第二种定位方案：与第一种定位方案相似，只不过将左边V块定位换成了支撑板定位，简图如3-33-3连杆定位方案二第三种定位方案：采用一面两孔定位，简图如3-4图3-4连杆定位方案三对三种方案进行总结分析：方案一、方案三和方案二相比，很显然采用的V块和两孔一面的定位方式能够更好的应对加工过程中的震动问题，但我感觉一面两孔的定位方案更加安全，夹紧也比较方便快捷。综合考虑，决定采用第三种定位方案。采用一面两孔的定位方式，通过一个圆柱短销和一个菱形销分别与大头孔和小头孔相互配合来实现被加工连杆的定位。连杆杆身采用压板压紧方式定位。下端面采用支撑板定位。这次设计连杆两端面的位置尺寸与定位误差没多大关系，这里就不用进行定位分析了。两端面的平行度误差分析，该误差由铣刀保证，这里也不用计算分析了。3.5定位元件尺寸计算与选取连杆大小头孔的尺寸为111±0.05，所以圆柱销与菱形销的中心距基本尺寸为111㎜，根据《机床夹具设计实例教程》中可知两定位销的公差取连杆大小头孔中心距的1/3～1/5[15],这里取1/5，所以两定位销中心距尺寸为111±0.01㎜。短圆柱销：由图得知大头孔最小直径为ø42㎜，所以取短圆柱销的基本尺寸为ø42㎜，公差取g6，查互换性与测量技术基础可得：上偏差为-0.009下偏差为-0.009-0.016=-0.025所以短圆柱销的尺寸：ø42-0.009-0.025㎜。圆柱销长度选取15㎜。由定位销的通用的技术标准选取销的材料为20钢，渗碳深度1.2毫米，硬度能达到HRC55～60，能够满足此次设计需要。菱形销:由图得知连杆小头孔最小尺寸为17㎜，所以选取菱形销的基本尺寸为ø17㎜。由机床夹具设计实例教程可知，菱形销与孔的最小配合间隙Xmin=2ab/Dmin查机床夹具设计实例教程选取b=4㎜，所以EQ按公式菱形销公差等级取IT6=0.011㎜,所以菱形销尺寸㎜。我选取菱形销长度为10㎜。由互换性与测量技术基础等资料中可选取大小头孔与短圆柱销的配合公差为H7[16]。3.6连杆的夹紧首先要有助于工件在机床上有正确的定位，不破坏定位。夹紧装置必须稳定可靠，在连杆端面铣削加工中不会松动或不必要的振动，在压紧过程中以及加工过程中不会使工件产生变形，或是表面出现损伤，也就是要求去其有很好的自锁性能。夹紧装置的选择或设计应该是操作方便，并且省力，保证安全。夹紧装置的选择或是设计应该自动化程度高，与工件生产的基本要求（生产批量和方式）相对应。3.7切削力与夹紧力计算在夹紧力的计算中，我们把工件和夹具体视为刚性的整体。计算出理论夹紧力，乘以安全系数即为实际夹紧力。实际压紧力计算公式：在精加工中，K值取1.5在一面两孔定位中，理论夹紧力计算公式为其中为圆柱销所承受的部分切削力为工件与限位基面之间的摩擦力由表3-2得：μ=0.15摩擦系数选用表摩擦条件μ工件为加工过的平面0.15工件为未加工过的毛坯表面，固定支撑位球面0.2—0.25夹紧元件和支承表面有齿纹，并在较大相互作用力下工作0.7表3-2各种加工条件下的摩擦系数但在计算中，为了防止圆柱销受力造成的不必要的定位误差，我们令F0等于0。所以有选取铣床的背吃刀量为a=2㎜，每转进给量f=0.5㎜/r。由于连杆待加工的连杆为钢材，所以单位切削力P=2000N。F=Pfa所以铣床的切削力所以

所以所以这次夹具设计实际所需的夹紧力约为20000N。3.8加工时切削用量粗铣端面时，选择背吃刀量与加工余量相同，一次就铣完，半精铣时，选择背吃刀量为0.5到2㎜，精铣时选择背吃刀量为0.1到1㎜。根据加工要求，此次设计选用的背吃刀量为2㎜，每圈进给量为0.5㎜/r。这样既保证的铣削精度，也使得切削效率大大提高。3.9压紧装置的计算与选择气动夹紧装置动力来源于对空气的压缩，气缸结构一般采用活塞式和薄膜两种。活塞式的气缸也可以分为摆动、回转和固定式这几种。如果按照工作方式来分，就可以分为单向和双向作用。其中双向作用的固定式气缸应用最为广泛。常见的夹紧装置主要有斜楔压紧装置、螺旋压紧装置、偏心压紧装置、定心压紧装置、联动夹紧装置、电磁夹紧机构。此次设计采用斜楔压紧装置，采用气压为动力源。气动夹紧装置动力来源于对空气的压缩，气缸结构一般采用活塞式和薄膜两种。活塞式的气缸也可以分为摆动、回转和固定式这几种。如果按照工作方式来分，就可以分为单向和双向作用。其中双向作用的固定式气缸应用最为广泛。气动压紧装置简图如图3-5此图3-5气动压紧装置简图（具体尺寸见零件图）此次气动压紧装置主要由于气缸、活塞、配气阀、管道、推杆、斜楔、滚子和压板组成，具体组成以及结构见零件图。其工作原理是通过活塞的运动压缩气缸里面的空气形成相应的气压，此力推动推杆是斜楔向左直线移动，运动的同时斜楔将使得滚子向左斜上方运动，压板通过铰链连接在基座上，运用杠杆原理使压板左端具有一个向下的压力，此压力就是连杆所需的压紧力。此次设计中，以斜楔为中间传力机构，它能够改变力的方向和大小，它还有自锁能力，即夹紧力消失的同时依旧能够使整个夹紧机构处于夹紧状态，斜楔夹紧装置的自锁条件是斜面升角a小于摩擦角b的大小。3.9.1气缸设计当a＜b时夹紧装置自锁。即对b刚好为30°时，对滚子进行受力分析如图3-6图3-6对传力机构滚子受力分析a为斜面升角，b为摩擦角气缸对推杆（斜楔）的力,随着气压的增大，b逐渐增大，要求在300时F的力最小为11547.005N，由气缸推力公式：D为气缸缸体直径，单位是㎝P为气缸工作压力单位kgf/cm2所以b取300时有，由表3-3选取气缸直径100㎜。所以气缸工作压力P约为。所以气缸工作压力P约为14.702MPa。所以使用空气压力选取0.2MPa。缸径㎜气缸理论输出力（推力）单位：KG/公斤使用空气压力MPa0.20.30.40.50.60.70.8801001512012513003524021001572363143924715506281252453684916157368599821604026038041005120614071608表3-3气缸输出力换算表同时气缸尺寸设计有以下两个注意点：1）这次设计使用的气缸推力公式使用范围是气缸活塞速度控制在50～500㎜/s。2）垂直安装的气缸，向上的推力一般用理论计算推力的百分之五十进行计算。3）气动压紧装置气缸采用的水平安置的气缸，考虑到有惯性的因素存在，所以实力值际出与理论出力值基本相等。3.9.2气动机构设计我设计的气动机构简图如下图3-7气动机构简图（具体尺寸见零件图）其中气缸端盖与汽缸缸体缸体采用螺栓连接，具体尺寸以及结构见零件图根据运动分析得知活塞要有20㎜的有效行程，所以我选的气缸缸内长度75㎜，完全能够满足要求。汽缸壁厚度为15㎜，HT150的抗压强度≥637MPa,完全能够满足此次设计需要。可以根据气缸需要零件材料选取，气缸壁材料为铸铁HT150，活塞材料为铝合金ZL101，端盖材料为铸铁HT200，密封采用O型橡胶，活塞杆材料为优质碳素钢镀铬45。密封采用O型密封圈密封，密封圈为标准件，按照O形橡胶密封圈选用表选取的两个密封圈为90X5.7GGB3452.1和20X2.4GGB3452.13.10压板设计压板简图图3-8压板简图（具体尺寸见零件图）压板材料选用45号钢，对整块钢板进行切除处理，以达到所需要的尺寸及形状，然后进行调质（淬火加高温回火），调质处理后压板具有很高的强度、硬度、和良好的塑形韧性。最后进行发黑或发蓝处理，使外观油亮不生锈。

据机械工程材料一书中可查表得知，调质处理后，钢的硬度可以达到197HBW,屈服强度达到600MPa，抗拉强度达到355MPa。3.10.1轴的强度校核此处校核的是将和底座连接的轴。对压板进行受力分析：图3-9压板受力分析由受力平衡得到，即轴所受到的剪切力为40000N。由于设计时轴上有4个截面受剪力影响（具体结构见零件图）。所以每个截面受力大小为10000N。由轴的材料及其主要力学性能表可选取轴的材料为45钢，热处理方式为正火回火，热处理后剪切疲劳极限能够达到140MPa，硬度达到170～217HBS。所以选取轴的材料为45钢，正火回火处理，轴直径为12㎜，长度为120㎜。轴的强度校核：此时主要考虑的是剪切力的影响所以由应力公式所以轴的设计是合理的。轴与压板上的孔为间隙配合。轴与底座的孔配合为间隙配合。公差配合都选取3.10.2压板扛弯曲强度校核压板受力截面弯矩图如下：图3-10截面弯矩图由图可知，压板中间截面为危险截面，相应的最大弯矩为其中，所以所以危险截面最大正应力所以设计合理。3.10.3斜楔与支撑装置和斜楔与推杆连接的设计斜楔、支撑装置、推杆的连接简图如下图3-11斜楔、支撑装置、推杆的连接简图（具体结构以及尺寸见零件图）燕尾槽底座材料为铸铁，含有石墨，耐磨性非常好。斜楔材料为高锰钢，硬度很高，受冲击载荷时还能产生加工硬化，提高硬度，并且耐磨性很好。斜楔与推杆用销轴连接，销采用45钢，采用过盈配合。斜楔与支撑装置通过燕尾槽来连接，燕尾槽的具体尺寸查表可得：燕尾槽导向装置简图如下图3-12燕尾槽设计图3.10.4压板与滚轮及其结合部设计轴承选用：本次设计采用滚轮轴承，滚轮轴承是采用外圈壁较厚的满装圆柱滚子轴承，滚轮轴承可以直接在滚道上滚动，能够承受较重符合和冲击载荷，能够适用于各种安装尺寸大小受限制的支撑结构。在轴承的安装之前，一般都会注入适量的润滑脂。所以在通常的情况下，产品安装完成之后，就不需要再单独加入润滑油了。产品的封面进行封闭了，已达到能够起到密封的作用，并且能够承受在较小的轴向环境下进行滑。这种产品，还有相对比较长的使用寿命。根据滚轮轴承选用表选取滚轮轴承。此次设计采用的滚轮轴承型号为CF12VE，内径为12㎜，外径为30㎜，宽度40㎜。轴的设计：由轴的材料及其主要力学性能表可选取轴的材料为45钢，热处理方式为正火回火，热处理后剪切疲劳极限能够达到140MPa，硬度达到170～217HBS。所以选取轴的材料为45钢，正火回火处理，轴直径为12㎜，长度为80㎜。轴的强度校核：此时主要考虑的是剪切力的影响，由于压板对斜楔的正压力即滚轮轴承对轴的剪切力为23094N。由公式所以轴的设计是合理的。设计要求轴与轴承为间隙配合，轴承可以在轴上转动，配合公差选取。轴与压板孔连接采用过盈配合，轴不可以在压板孔中窜动，。3.10.5压紧装置工作时运动分析运动机构原理图如下图3-13机构原理图由连杆尺寸和定位销尺寸可知：要使连杆能够顺利装卸，只需要压板左端向上直线运动至少10㎜（菱形销的长度）即可。运动简图如下图3-14全过程运动简图此图夹紧装置由夹紧状态到完全松开（能够去取出工件）的运动简图。压板长度为140㎜，斜楔长度为65㎜，推杆长度为50㎜，直径为20㎜，活塞直径为100㎜。经过前面的强度校核结果知道尺寸设计是合理的。通过CAD画图可以很直接清楚的得到此过程中，压板右端向下直线移动距离为10㎜。斜楔往右运动了16.6㎜，活塞也往右水平运动了16.6㎜。所以我设计的从压板开始松开直到工件能够取出来的推杆的行程为20㎜。这样既满足了夹紧装置松开工件时推杆所需要的行程，还留有一定的缓冲行程。夹紧过程，当斜面升角a小于摩擦角b的大小，即装置达到自锁条件，运动停止，具体计算与运动位置前面已经说明，此处不再叙述。接螺栓选取此次设计用到6个螺栓，包括连接底座与夹具体的4个螺栓和固定气缸用的两个螺栓。具体螺栓连接选取可查表图3-15螺栓结构图最后选取螺栓的具体信息：螺纹规格d=M16S=24㎜螺栓头部厚度k=10㎜R=0.6㎜b=57㎜螺栓轴到被连接体的边缘这里取40㎜通孔直径，这里取18㎜可根据表3-5选取螺栓性能等级几相应处理方式。材料采用45钢（中碳钢），性能等级选8.8级，进行淬火回火处理，其抗拉强度达到800MPa,屈服强度为640MPa,硬度经过处理后达到286HBW。以达到此次设计要求。F=Pfa4夹具体设计4.1夹具体结构设计夹具体一般都是铸造成型的。他它的作用是将定位元件和夹具的各个部分连接组成在一起，正确的安装在机床上，夹具体一般都能承受部分切削力，采用铸铁制造夹具体的情况比较多。在这次夹具体设计中必须注意一下几个问题。1）必须保证夹具体要有足够的强度和刚度。此次设计夹具体选用铸造体，铸造夹具体厚度在20到30厘米左右，此次设计选取铸造夹具体厚度为28厘米。还可以使用加强筋等结构提高夹具体的刚度。2）结构上应该尽量简单，保证安装和拆卸方便。尽可能缩小体积减轻重量。3）夹具体制造中可以进行相应的热处理，防止使用时间过长而变形后报废。4）要保证夹具体在机床上安装稳定，可靠安全。具有足够的强度。为满足以上条件，我设计的夹具体结构如图3-8图3-16夹具体结构图（具体压紧方式见装配图）4.2夹具体材料选取和尺寸设计在夹具制造中，铸铁是很常见的夹具体材料。中碳钢一般用作连接构件，压板，螺杆和螺母，高碳钢用于制造易磨损件，有些定位装置元件，对刀引导元件等。工具钢一般用于高强度和耐磨的夹具体。铝材的加工性能很好，重量也轻，因此在夹具中也经常使用。这次设计考虑到材料的刚度、强度、耐磨性、抗振性、加工性能。最后决定夹具体材料为HT200灰铸铁。夹具体长度设计为300㎜，宽度设计为200㎜。5结论通过这段时间的努力，在老师和同学的指导帮助下，连杆端面铣夹具设计终于完成了。通过此次设计了解了机床夹具的国内外现状以及发展趋势，也了解了机床夹具的分类与组成。这次设计通过对连杆的特点与材料，以及加工要求的分析，确定了两孔一面的定位