夹具设计（精选12篇）
夹具设计 篇1
摘要：在制造业中, 夹具是产品在制造各个工艺阶段中地位处在非常重要的工艺装备之一。在生产中, 厂家所使用到的夹具的工作效率、质量、精度及夹具的使用的可靠性和安全性, 都会对所要生产的产品的加工质量及生产效率造成决定性的影响。因此夹具选择, 使用对于厂家非常重要。夹具用于对加工对象的固定, 使工件处在正当的加工位置上, 以便于下一步的加工需要。夹具的类型分为普通夹具, 专用夹具, 组合夹具, 标准夹具, 可调夹具等。本文是针对半轴轴承套设计的专用夹具, 主要参考了《机床夹具设计》和《机床夹具及应用》里面所介绍的一系列方法, 并大量查阅了《机床夹具设计手册》中的设计参数从而设计出来。通过对夹具进行合理化的设计, 保证夹具的精度, 可靠性和生产率。
关键词：夹具,半轴端盖,夹具设计
1 零件的分析
零件:半轴端盖, 铸造, 部分精度要求较高。
1.1 零件的功用及结构分析
端盖主要用于零件的外部, 结构简单, 形状普通, 端盖作为一种重要的机械零件, 用途十分广泛。
作用: (1) 轴承外圈的轴向定位;
(2) 防尘和密封, 除本身可以防尘密封外, 也常和密封件配合以达到密封的作用;
(3) 在电动机与主轴箱之间的端盖主要起到传动扭矩和缓冲吸震的作用, 使主轴箱的传动平稳。
1.2 零件的材质分析
零件采用铸钢进行铸造, 铸钢 (cast steel) 铸钢是在凝固过程中不经历共晶转变的用于生产铸件的铁基合金的总称。铸造合金的一种。铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。铸钢是以铁、碳为主要元素的合金, 碳含量0-2%。铸钢又分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。
铸造碳钢。以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。含碳小于0.2%的为铸造低碳钢, 含碳0.2%~0.5%的为铸造中碳钢, 含碳大于0.5%的为铸造高碳钢。随着含碳量的增加, 铸造碳钢的强度增大, 硬度提高。铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性, 成本较低, 在重型机械中用于制造承受大负荷的零件, 如轧钢机机架、水压机底座等;在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩等。
铸造低合金刚。含有锰、铬、铜等合金元素的铸钢。合金元素总量一般小于5%, 具有较大的冲击韧性, 并能通过热处理获得更好的机械性能。铸造低合金钢比碳钢具有较优的使用性能, 能减小零件质量, 提高使用寿命。
铸造特种钢。为适应特殊需要而炼制的合金铸钢, 品种繁多, 通常含有一种或多种的高量合金元素, 以获得某种特殊性能。例如, 含锰11%~14%的高锰钢能耐冲击磨损, 多用于矿山机械、工程机械的耐磨零件;以铬或铬镍为主要合金元素的各种不锈钢, 用于在有腐蚀或650℃以上高温条件下工作的零件, 如化工用阀体、泵、容器或大容量电站的汽轮机壳体等。
钢铸件的优点:
(1) 更大的设计灵活性
这种设计有与对铸件形状和大小有最大的选择自由度, 尤其是复杂的形状和空心部分, 而且钢铸件可以由核心铸件的独特工艺制造。易成型和易改变形状并可以快速根据图纸制作出成品可以提供快速响应并缩短交货时间。
(2) 冶金制造最强的灵活性和可变性
你可以选择不同的化学成分和组织结构来满足不同项目的需求。不同的热处理工艺可以选择力学性能而且可在大范围内使用该属性并提高可焊性和可使用性。
(3) 提高整体结构强度
由于项目可靠性高, 再加上减重设计和较短的交货时间, 可在价格和经济方面提高竞争优势。
(4) 大范围的重量变化
小型钢铸件有可能仅有10克, 而大型钢铸件可达数吨, 几十甚至数百吨。
与锻钢部件相比:
钢铸件的力学性能在各个方向相差不大, 比锻钢零件占优。设计师在进行一些高科技产品的设计时必须在三个方向上考虑材料的性能, 这样的就突出了铸件的优势。不考虑重量、体积和一次所制量, 钢铸件很容易做出复杂的形状和非应力集中部件。
与焊接结构相比:
在形状和大小方面, 焊接结构的灵活性比锻钢零件强, 但与钢铸件相比, 有仍然以下缺点:
(1) 在焊接过程中容易变形。
(2) 很难形成流线型结构。
(3) 焊接过程中内部应力高。
(4) 焊缝影响部件的外观和可靠性。
与铁铸造和其他合金铸件相比:
钢铸件可用于各种各样的工作条件, 且力学性能优于其他合金铸件。
当我们需要高拉伸强度或动态载荷部件、重要的压力容器铸件和在低或高温下承担重负荷的核心部件时, 原则上, 我们应该优先使用钢铸件。
然而, 钢铸件的吸振性、耐磨性和机动性不如铁铸件, 而且, 成本也比铁铸件高。
1.3 零件的精度分析
直径为74的外圆精度要求0.8, 直径为62的内孔圆精度0.8较高, 其余的精度要求都不高, 可以较容易的加工。且由零件图可知零件不易直接车出, 需要铸造。同时根据技术要求:零件需去除毛刺飞边, 铸件表面上不允许有冷隔, 裂纹, 缩孔和穿透性缺陷及严重的残缺类缺陷 (如欠铸, 机械损伤等) , 并且铸件应该清理干净, 不得有毛刺, 飞边, 非加工表面上的浇冒口应清理与铸件表面齐平。总体而言零件精度复杂度较高。
1.4 零件的工艺分析
工艺程序分析是对现场的宏观分析, 把整个生产系统作为分析对象。目的:改善整个生产过程中不合理的工艺内容、工艺方法、工艺程序和作业现场的空间配置。通过严格的考查与分析, 设计出最经济合理、最优化的工艺方法、工艺程序、空间配置。
注释:工艺卡与工序卡在论文最后附录中.
1.5工艺流程图
2加工误差分析
2.1元件的选择 (定位)
工装夹具的任务是对一个或几个工件进行准确地固定定位。定位应为工件的全方位定位, 但不过定位。每个物体由3个坐标轴X、Y、Z决定其空间位置。一个工件也按其加工要求在一个、两个或者3个平面上确定其位置。如果在一个定位平面大于一个定位需要的面, 则工件为过定位。工件过定位存在不平衡, 由此会出现尺寸变化和形状误差。
定位面的选择
工件在工装夹具中可以按其加工状态和形状以其未加工面、已加工面、孔或其他结构元素定位。定位面原则上是选择用作测定要加工面尺寸的工件表面和形状。对于未加工的铸件, 常常是适当的选择一个或两个预加工的面用作定位面。
由于φ62孔与φ64外圆有同心度要求, 定位面选择为下端面, 同时使用短圆柱定位, 夹具上的定位夹限制Z两个方向, 与X、Y旋转, 而短圆柱限制X、Y方向位移。
2.2 定位误差分析与计算
由于定位引起的同一批工件的工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量, 成为定位误差, 以ΔD表示。定位误差研究的主要对象是工序基准和定位基准。它的变动量将影响工件的尺寸精度和位置精度。
(1) 工件底面与支承板接触, 由于地面已经达到加工要求, 所以认为工序尺寸h的基准位移误差为0。
(2) 定位轴与圆孔孔定位, 其中由基孔制制定定位短圆柱的直径为:φ58 (假设基孔制代号:H7/g6) , 则:
(1) 工序尺寸为:62mm
ΔB=0 (定位基准与工序基准重合)
已知δD=0.025, δd0=0.000, Xmin=0mm
则得:ΔY=δD+δd0+Xmin=0.025+0.019=0.044mm
所以:ΔD=ΔY=0.044mm
(2) 平行度公差
ΔB=0, L1=8mm, L2=44.3mm
则ΔY= (δD+δd0+Xmin) L1L2=0.044×8÷44.3=0.0079mm
3 夹紧方式以及力的计算
3.1 列出常用的夹紧机构
常用的典型夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构及铰链夹紧机构等。
(1) 斜楔夹紧机构
(1) 原理:采用斜楔作为传力元件或者夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。斜楔主要是利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。
(2) 特点和应用范围:斜楔夹紧机构的优点是结构简单, 易于制造, 具有良好的自锁
性, 并有增力作用。其缺点是增力比小, 夹紧行程小, 且动作慢, 故很少用于手动夹紧机构中, 而在机动夹紧机构中应用广泛。
(2) 螺旋夹紧机构
螺旋夹紧机构可分为简单螺旋夹紧机构、螺旋压板夹紧机构、快速螺旋夹紧机构三大类。
(1) 简单螺旋夹紧机构:单个螺旋夹紧机构直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构。单个螺旋夹紧机构夹紧动作慢, 装卸工件费时, 为克服这一缺点, 可采用各种快速螺旋夹紧机构。
(2) 螺旋压板夹紧机构:采用压板作为夹紧元件的机构成为螺旋压板夹紧机构。螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、自锁性能好、夹紧可靠, 是手动夹紧中常用的一种夹紧机构。
(3) 快速螺旋夹紧机构:为了减少辅助时间, 可以使用各种快速接近或快速撤离工件的螺旋夹紧机构, 在手动夹紧装置中被广泛使用。
(3) 偏心夹紧机构
(1) 原理:用偏心件直接或间接夹紧工件的机构, 称为偏心夹紧机构。常用的偏心件是圆偏心轮和偏心轴。
(2) 特点和应用范围:偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速, 但夹紧力和行程较小, 一般用于切削力不大、振动小、夹压面公差小的情况。
(4) 铰链夹紧机构
(1) 常用的铰链夹紧机构的三种基本结构: (a) 单臂铰链夹紧机构; (b) 双臂单作用铰链夹紧机构; (c) 双臂双作用铰链夹紧机构。
(2) 特点和应用范围:铰链夹紧机构是一种增力机构, 其结构简单, 增力比大, 摩擦损失小, 但一般不具备自锁性能, 常与具有自锁性能的机构组成复合夹紧机构。所以铰链夹紧机构适用于多点、多件夹紧, 在气动、液压夹具中获得广泛应用。
(5) 联动夹紧机构
(6) 定心夹紧机构
对自己设计的夹具进行夹紧机构的选择:
选择夹紧机构为螺旋夹紧机构, 同时夹紧机构与定位有关, 所以决定自行设计。
3.2 夹紧机构力的计算
(1) 方案设计半轴轴承套夹紧力的方向和作用点如图所示;
(2) 验算夹紧力
切削力的计算:
刀具:φ6mm高速钢钻头;
加工材料:高速钢, 强度为σb=0.655GPa
加工机床为:立式钻床
查《切削用量手册》可得, 进给量:f=0.2mm/r。
查《切削用量手册》可知:CF=600 ZF=1.0 yF=0.7 kF=1.0
CM=0.305 ZM=2.0 yM=0.8 kM=1.0
计算的轴向力:F=1055N 轴向转矩:M=2.44N/m
夹紧力的计算:
设夹紧力为FN, 由夹紧产生的摩擦力为Fμ
由于钻削要满足扭矩要求, 故Fμ·l≥M, 由夹具结果得l=36mm,
对夹紧力进行修正:
安全系数K=K0K1K2K3K4K5K6=1.5×1.2×1.5×1×1.3×1×1=3.51
则修正后的夹紧力F=K·FN=311×3.51=1092N
4 总体结构设计
4.1 单个零件的设计 (钻套)
采用固定钻套, 安装于钻模板中, 配合为H7/n6。
(1) 钻套已经标准化, 根据实际要求查阅相关手册后, 选用:
d=准14F 7 (+0.034) , D=准18n6 (+0.023) , H=12/20/25, h=4
(2) (a) 基轴制间隙配合。钻孔时公差用F7
(b) 导向高度取H=10mm
(c) 排屑空间取h= (0.3~0.7) d=4mm
4.2 钻模板的设计
根据设计的要求, 决定选用铰链式钻模板, 采用此模板较好进行加工, 以及较易维护。
4.3 夹具体的设计
整体采用铸造, 结构自行设计, 直到符合工件对于夹具的要求。
支脚设计
为了减少夹具体与机床工作台的接触面积, 使夹具能够平稳地放置, 可以对夹具设计支脚。支脚的结构只要有: (1) 矩形截面支脚; (2) 圆形截面支脚。
在此, 选用矩形截面支脚。
4.4 总图
夹具设计是一个长期的过程, 需要不断的进行精心的修改, 不断地去整理各方面的资料, 不断的想出新的方案, 认真总结。
参考文献
[1]薜源顺.机床夹具设计[M].北京:机械工业出版社, 2011:49-52.
[2]杨金凤, 何丁勇, 王春焱, 等.机床夹具及应用[M].北京:北京理工大学, 2011.8:64-89.
[3]E.Keller, R.Kilgus, W.Klein, et al..模具、工装夹具制造实用技术 (刘希恭) [M].德国:Europe出版社, 2001:190-229.
[4]徐发仁.机床夹具设计[M].重庆:重庆大学出版社, 1993:16-20.
[5]蔡光耀.机床夹具设计[M].北京:机械工业出版社, 1990:60-70.
[6]GB/T 8045.1-1999, 中华人民共和国国家标准[S].
[7]黄继昌, 徐巧鱼, 张海贵, 等.实用机械图册[M].机械工业出版社.
夹具设计 篇2
课 程 名 称 机械制造装配设计
设 计 课 程 钻模夹具设计 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名
年 月 日
课 程 设 计 任 务 书
机械械工程 系 机械设计制造及其自动化 专业 学生姓名 班级 学号
课程名称： 机械制造装备设计 设计题目： 钻模夹具设计
课程设计内容与要求：
设计内容：钻削夹具装配图一张，零件图一张。要求：
1、设计（装配图按夹具要求设计，相关的配合尺寸要标明，在说明书中要有夹具定位计算，夹紧等方案的选择）。
2、零件图要符合工程图的根据要求，图纸的标题要有材料。
设计（论文）开始日期 年 月 日 指导老师
设计（论文）完成日期 年 月 日
年 月 日
课 程 设 计 评 语 第 页
机械械工程 系 机械设计制造及其自动化 专业 学生姓名 班级 学号
课程名称： 机械制造装备设计 设计题目： 钻模夹具设计
课程设计片篇幅：
图 纸 共 2 张
说明书 共 16 页
指导老师评语：
年 月 日 指导老师
目 录
序言................................................................................................................................1 第一章 设计准备工作..................................................................................................2
1．1 设计前的准备工作.........................................................................................................2
1．1．1明确工件的年生产纲领....................................................................................2 1．1．2 机床的选择.......................................................................................................2 1．2 熟悉工件图.....................................................................................................................2
第二章 夹具设计..........................................................................................................4
2.1 定位方案...........................................................................................................................4
2．1．1 定位基准的选择...............................................................................................4 2．1．2 定位元件的布置...............................................................................................5 2．2 结构方案.........................................................................................................................5
2．2．1 夹具体设计.......................................................................................................5 2．2．2 分度装置设计...................................................................................................7 2．2．3 对刀—导向装置设计.......................................................................................8 2．2．4 加紧装置设计...................................................................................................9 2．3 夹具装配图的绘制.......................................................................................................10 2．3．1 夹具装配图上尺寸、公差的标准.................................................................10 2．3．2 夹具公差与配合的选择.................................................................................11 2．3．3 夹具装配图上形位公差的标准.....................................................................11 第三章 方案设计论证................................................................................................14
3．1 设计思路.......................................................................................................................14 3．2 设计方法与结果...........................................................................................................14 致谢..............................................................................................................................15 参考文献......................................................................................................................16
序言
本课程设计的目的：
1、运用已学过的机床夹具设计及有关课程的理论知识以及生产实习中所获得的实际知识，根据被加工零件的要求，设计既经济合理又能保证加工质量的夹具。
2、培养结构设计能力，掌握结构设计的方法和步骤。
3、学会使用各种手册、图册、设计表格，规范等各种标准技术资料，能够做到熟练运用机械制造技术课程中的基本理论，正确的解决一个零件在加工中的加工基准的选择、定位、夹紧等。
4、进一步培养机械制图、结构设计、等基本技能。专用夹具设计的基本要求 :
1、夹具设计应满足零件加工工序的精度要求。
2、应能提高加工生产率。
3、操作方便、省力、安全。
4、具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本。
5、具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。机床夹具在机械加工中起着十分重要的作用，归纳起来，主要表现在以下几个方面。
1、缩短辅助时间，提供劳动生产率，降低加工成本。
2、保证加工精度，稳定加工质量。
3、降低对工人的技术要求，减轻工人的劳动强度，保证安全生产。
4、扩大机床的工艺范围，实现“一机多能”。
5、在自动化生产和流水线生产中，便于平衡生产节拍。
第一章 设计准备工作
1．1 设计前的准备工作
1．1．1明确工件的年生产纲领
企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。
该产品年产量为1000件，其设备品率为2%，机械加工的废品率为3%。
N=Qn(1+α%)(1+β%)=1000*1*(1+2%)(1+3%)=1051
该工件的年产量为1051件，其属于轻型零件。故生产类型属于中批生产。
1．1．2 机床的选择
夹具与机床的连接方式，主要可以分为以下两大类：第一类属于夹具安装在机床的回转主轴上。第二类属于夹具安装在机床的工作台上。
根据工件设计要求，此工件要求加工3－Φ16H7的孔。因此该夹具设计应选用第二类连接方式。查《机床夹具设计手册》，选用Z525-1立式钻床。
1．2 熟悉工件图
工件图应该无遗漏地给出制造零件所需的全部信息，包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形状公差和表面粗糙度要求、材料和热处理要求、其他特殊技术要求等。
该工件的工件图如下：
已知该工件的材料为HT200，加工3–Φ16H7(其它工序已经加工完成)。
第二章 夹具设计
2.1 定位方案
2．1．1 定位基准的选择
加工时，使工件在机床上或夹具上占据一正确位置所依据的基准称为定位基准。分析该工件所要加工的孔，该孔与Φ32H7孔之间的距离为60±0.2mm,又是工件的测量基准，这样设计基准与工序基准重合。因此确定该孔的中心线为定位基准。
2．1．2 定位元件的布置
为了限制其自由度，定位元件的布置有一下三种方案： 1）、方案一：用一个圆柱销伸入Φ32H7mm孔中限制了两个自由度，用一个支承板支承A面这样限制了三个自由度，用一个浮动圆柱销伸入Φ16H7mm的孔中限制了两个自由度。显然此方案不能满足“六点定位”原理，出现了过定位，并且加工时比较费时需不断移动工作台。
2）、方案二：用一个圆柱销伸入Φ32H7mm孔中限制了两个自由度，用一个支承板支承A面这样限制了三个自由度，用一个浮动V形块限制Φ40的外圆表面。虽然V形块有对中作用，但是其外圆表面没有进行任何加工，其不能保证加工精度的要求。
3）、方案三：用一个圆柱销伸入Φ32H7mm孔中限制了两个自由度，用一个支承板支承A面限制了三个自由度，用一个浮动菱形销伸入Φ16H7mm孔中限制一个自由度。很明显此时满足了“六点定位”原理，在加工完一个孔后，旋转工件90度，在其位置安装一个菱形销用其定位，之后加工第二个孔，以此类推加工第三个。此方案不仅能满足“六点定位”原理，还缩短了加工时间。
在以上三个方案中，第一、二种方案不能采用；第三种方案使定位误差等于零，其结构比前两种方案复杂，但中批量生产的条件下来看，第三种方案较合适。
2．2 结构方案
2．2．1 夹具体设计
夹具体是夹具的基础体，它将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并通过它将夹具安装到机床上。它的结构形状及尺寸大小，取决于加工工件的特点、尺寸大小，各种元件的结构和布局，夹具于机床的连接方式，切削力、重力等大小的影响。
夹具体应满足以下几点计算要求：
1、应有足够的强度和刚度。
2、力求结构简单及装卸工件方便。
3、结构工艺形好。
4、排屑切屑要方便。
5、在机床上安装稳定可靠。
6、具有适当的精度和尺寸稳定性。
夹具体毛坯可以分为四类：
1、铸造夹具体。铸造夹具体如图2-1（a）所示。
2、焊接夹具体。焊接夹具体如图2-1（b）所示。
3、锻造夹具体。锻造夹具体如图2-1（c）所示。
4、装配夹具体。装配夹具体如图2-1（d）所示。
（a）
（b）
（c）
（d）
图2-1 夹具体毛坯的类型
分析工件本次夹具体的设计采用装配式夹具体，这样可以降低生产成本，减少生产周期，并且精度稳定。
2．2．2 分度装置设计
为了易于保证加工表面间的位置精度，或减少装夹次数，提高生产率，通常多采用分度加工的方法。即在完成一个表面加工以后，依次使工件随同夹具的可动部分转过一定角度或一定距离，对下一个表面进行加工，直至完成全部加工内容，具有这种功能的装置称为分度装置。
按分度的运动形式可以分为回转式和直线移动式两类：
1、回转分度装置。
2、直线分度装置。
对于本工件来说，该工件体积较小，质量较轻，易于手动操作。在夹具设计中，该夹具为单件加工。这样可以提供以下几个方案。
1）、方案一：利用伸入Φ32的圆柱销当做旋转装置，进行手动旋转。分别用浮动菱形销和夹具体底座上的菱形销当做定位装置。
2）、方案二：用浮动菱形销定位Φ16H7的孔，在A面上安装一个旋转装置，使之与Φ16H7的一起旋转。在旋转装置上进行定位。
3）、方案三：在夹具体底座上安装三个浮动菱形销，手动旋转工件，依次对Φ16H7的孔进行定位。
由于加工的工件体积较小质量较轻且夹具为单件生产，不宜采用较复杂的夹具。在上述三个方案中属方案一比较简单，因此采用方案一的方案。
2．2．3 对刀—导向装置设计
对刀装置由对刀块和塞尺组成。借助对刀装置可以迅速而准确地确定夹具与刀具的相对位置。
导向装置用于在钻、镗类机床上加工孔和孔系时对刀具进行导向，引导元件主要有钻模和镗模。借助于引导元件可提高被加工孔的几何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。
这次加工是对孔系的加工，因此选取导向装置。钻套按其结构和使用特点可以分为以下几种类型。1）、固定钻套。如图2-2（a）和图2-2（b）所示，固定钻套分为A型和B型两种。钻套安装在钻模板或夹具体中，其配合为H7/n6或H7/r6.固定钻套的结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序和小批生产。
2）、可换钻套。如图2-2（c）所示，当工件为单一钻孔工序的大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。钻套于衬套之间采用F7/m6或H7/m6配合，衬套与钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止加工时钻套的转动，或退刀时随刀具自行拔出。
3）、快换钻套。如图2-2（d）所示，当工件需钻、扩、铰多工序加工时，为能快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。快换钻套的有关配合同可换钻套。更换钻套时，将钻套削边转至螺钉处，即可去钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。
（a）固定钻套
（c）可换钻套
（d）快换钻套
图2-2 标准钻套
由于钻孔只能到达IT10~IT13精度，不能达零件所要求的IT7精度，零件所钻孔径为Φ16mm，钻、扩两次便能达到所要求精度，因此需要快换钻套。
2．2．4 加紧装置设计
工件定位后将其位置固定下来，称为夹紧。设计夹紧装置应遵循以下原则：
1、工件不移动原则；
2、工件不变形原则；
3、工件不振动原则；
4、安全可靠原则；
5、经济实用原则。
设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。1）、夹紧力的方向
夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。
2）、夹紧力的作用点
夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置。确保工件定位准确、不变形。
3）、夹紧力的大小
夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。夹紧力的大小要适当。
在实际设计中，常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。当采用估算法确定夹紧力时，其公式为
FwkKFw
式中
Fwk——实际所需夹紧力，N；
Fw——在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，N；
K——安全系数，粗略计算时，粗加工取K=2.5~3，精加工取K=1.5~2。
夹紧机构的旋转 1）、方案一：在Φ50mm圆柱上表面采用开口垫圈的螺旋夹紧机构。2）、方案二：在Φ50mm圆柱外圆表面利用夹紧机构夹紧外圆。
由于本工件体积较小质量较轻，在加工工件时为单件生产，劳动强度不大。为了是夹紧力的方向与切削力、重力同向，则夹紧力在Φ50mm的轴心上，因此可以选用螺母夹紧。
2．3 夹具装配图的绘制
夹具装配图的绘制，是在夹具结构方案草图经过老师审定之后进行的。夹具的总装配图应按国家制图标准绘制，绘制比例尽量采用1：1。主视图应按操作者的视线方向绘制。总装配图应将夹具的工作原理、各种装置的结构及其互相关心表达清楚。在完整地表达出夹具工作原理和构造的基础上，视图的数量尽可能少。
2．3．1 夹具装配图上尺寸、公差的标准
一般说来，在夹具总装配图上应标注的基本尺寸和公差有以下几种： 1）、夹具的轮廓尺寸
指夹具的最大轮廓尺寸。当夹具结构中有可动部分时，应包括可动部分处于极限位置时，在空间所占的尺寸。
2）、影响定位精度的尺寸和公差
主要指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸、公差。
3）、影响对刀精度的尺寸和公差
主要指刀具与对刀或导向元件之间的尺寸、公差。
4）、影响夹具在机床上的安装精度的尺寸和公差
主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差。
5）、影响夹具精度的尺寸和公差
主要指定位元件、对刀元件、安装基面三者之间的位置尺寸和公差。
6）、其他重要尺寸和公差
主要指定位元件、对刀元件、安装基面三者之间的位置尺寸和公差。
2．3．2 夹具公差与配合的选择
夹具尺寸会直接影响工件加工精度，取其公差为
j~k
35式中
j——夹具装配图上的尺寸公差或位置公差；
11k——与j相应的工件尺寸公差。
2．3．3 夹具装配图上形位公差的标准
1）、钻套轴线相对于定位表面（或轴线）的平行度、垂直度、对称度。2）、钻套轴线相对于底座底平面的垂直度。3）、处于同一圆周位置上的钻套所在圆的圆心相对定位元件的轴心的同轴度。
4）、活动定位件的对称中心线相对定位元件、钻套轴心线的位置度。
第三章 方案设计论证
3．1 设计思路
1）、首先根据已知工件的需要，选择加工机床，应选用立式钻床加工比较合理。
2）、工件主要定位部分为Φ32mmH7的圆孔轴心以及Φ16H7的圆孔，我设想用长销小平面组合与菱形销定位，这样虽限制了五个自由度，但可以满足定位要求。
3）、最后将长销小平面组合固定在一块底板上，长销小平面组合与菱形销定位后，利用内六角螺钉和定位销定位进行夹紧，工件的夹紧力的方向垂直与工件的轴线方向，作用点为轴线上。
3．2 设计方法与结果
1）、首先对工件的加工要进行分析，已知工件上钻3-Φ16H7的孔，根据工件的形状和加工要求，采用钻床比较合理。
2）、在定位方面，采用了长销小平面组合与菱形销定位方式，仅限制了五个自由度，但满足了定位要求。所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在垂直方向上进行夹紧。利用六角螺母拧紧的方式进行夹紧，由于工件是中批量生产，并且此方式简单使用，而且不影响加工过程，所以最总选择此方案进行夹紧。
3）、最后，对整个夹紧方案分析得出，定位可靠，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。
致谢
本次课程设计是在指导老师的关怀和悉心的指导下完成的。他严谨的治学精神，严肃的科学态度，精益求精的工作作风，深深的感染了我。在指导老师的指导和关心下，我才有信心更好的完成此次课程设计。
机械制造装备课程设计是学完了机械制造装备设计和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次课程设计过程中我遇到了不少的困难，在老师的帮助和在图书馆查阅资料下，最终解决了困难。
这次课程设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力和独立解决问题的能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
参考文献
1.赵雪松 《机械制造装备设计》 武汉：华中科技大学出版社，2011.1 2.王先逵 《机械制造工艺学》 北京：机械工业出版社，2011.6 3.吴拓 《简明机床夹具设计手册》 北京：化学工业出版社，2010.4 4.李名望 《机床夹具设计实例教程》 北京：化学工业出版社，2009.9 5.陈立德 《机械制造装备设计课程设计》 北京：高等教育出版社，2010.8 6.孙恒 《机械原理》 北京：高等教育出版社，2000.8 7.喻子建 8.张玉 9.成大先 10.高小康
基于车床夹具加工与设计研究 篇3
关键词：工装 夹具 组合夹具
笔者结合实际操作重点就夹具的设计步骤和方法进行了分析，设计了一套符合夹具的设计思路，并在保证工件加工质量的前提下，提高了生产效率，降低了生产成本，且操作方便、工作安全和减轻了工人的劳动强度。类似的夹具设计在生产车间是会经常碰到的，因此，在平时生产过程中，应注意积累和总结，在需要时才能设计出简单、适用的专用夹具，为社会主义建设作出应有贡献。
1、夹具的分类
按照使用的机床种类可以分为：车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、磨床夹具和镗床夹具等。按照其通用性格和使用特点，通常可以分为通用夹具、专用夹具和组合夹具三类。其中专用夹具是为某工件的某一工序的加工要求专门设计制造的夹具。这种夹具结构紧凑、操作方便。
2、夹具的组成
定位装置作用是使工件在夹具中占据正确的位置。夹紧装置作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确位置。对刀或导向装置作用是确定刀具相对定位元件的正确位置。连接元件作用是确定夹具在机床上的正确位置。夹具体是机床夹具的基础件，通过它将家具的所有连接元件连接成一个整体。其他元件或装置是指夹具中因为特殊需要而设置的元件或者装置。根据加工需要，有些夹具上设置分度装置、靠模装置；为能方便、准确定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。以上各组成部分中，定位元件、夹紧装置和夹具体是机床夹具的基础组成部分。
3、专用夹具的作用
保证加工精度提高加工质量采用夹具后，由于工件相对于机床和刀具的正确位置由夹具保证，所以工件的加工过程中，各相关表面间的位置精度就可以得到保证，并比划线找正所能达到的位置精度高。同时每一批工件基本上都能达到相同的位置精度。因而不仅工件加工精度高，而且质量也稳定。提高劳动生产率降低生产成本采用夹具后，既省去了划线、找正等辅助时间，且定位、夹紧快捷；有些夹具还可以提高了工件或车刀的刚性，这样便可以提高切削用量，因面提高劳动生产率。若再采用气动或液压传动来驱动夹紧装置，则效果更为显著，同时可以大大减轻工人的劳动经度。在批量生产中使用夹具，可以保证加工精度、稳定产品，质量、提高劳动生产率、降低对工人技術水平的要求均利于降低生产成本。
解决车瘩加工装夹中的特殊困难有些工件不论数量多少，不用夹具是很难保证加工质量的，甚至无法加工。扩大机床的加工范围在单件小批量生产时，工件的种类多，而工艺过程较复杂，当机床的种类不齐全时，可对某种机床经过适当改造并加装适当的夹具，使机床“一机多用”。如在车床的中滑板上装上镗模，车床就可以当镗床使用。降低工人劳动强度及技术等级用夹具装工件方便、省力、安全。当采用气动、流动等夹紧装置时，可以减轻工人的劳动强度，保证安全生产。用夹具装夹时，工件的精度由夹具本身保证，因而可以降低对工人的技术要求。
4、专用夹具设计分析
夹具实例分析：钻、铰定位销孔夹具设计，夹具主要用来加工大头端面定位销孔的，在车床曲轴或船舶曲轴等中，定位销孔一直起着关键的作用。要标准才能对后工序飞轮孔加工保证其精度和位置差，才能让主机的跳动、点火和装配飞轮很稳定。定位销孔一直是一个精度和形位公差要求很高的部位，好比曲轴的咽喉。所以，需要有较好工装夹具来保证。为节约成成本，钻床采用一般的ZC40小钻床，钻夹头采用精度高的钻石牌钻夹头；考虑选择采用合理的装夹方式保证其稳定性和工装的耐磨、互换性：工装夹具零部件的材料、热处理和加工工艺能否可行等；对提供加工定位销孔的机床做主轴和主轴套跳动和间隙等；钻夹头的跳动，铰刀的锥度和跳动：工装夹具装配基准、坐标定向和装配校基准的难度。
5、定位元件确定
机床曲轴为大批量生产，采用手动夹紧的夹具不仅结构简单，在生产中的应用也比较广泛，另外，采用手动夹紧，原始夹紧力可以连续作用，加紧可靠，方便实用。曲轴属于轴类零件，在本道工序夹具的定位元件还是选用两个V形块，一个支承板来对曲轴轴向方向定位，采用一个靠山作为角度方向的定位。V形上用的抗磨块，因为它零件是线接触，容易磨损一处，就要采用热处理后，硬度较高的材料，实践证明，用Tl0A的材料的都容易磨损，也为节约成本，我们采用镶嵌白钢的方式，白钢成本较低，能耐磨。曲轴定位销孔的两个方向多的垂直度要求10：100mm，因此，对支承板的要求较高，其经常磨损的地方要进行热处理，同时，不能与轴颈R像干涉，保证装夹中不会存在抵触点。夹具体支承座，该部件采用HT200的材料，主要该材料经过失效处理后，稳定性好，不易变形，加工方便和可在利用价值高有点。
在设计中，支承座底部和背部做削器翻砂处理，便于加工平面过大，平面度达不到。两侧各有一加强劲。上面与套模版接触地方加宽，为了是接触更加稳定，支撑力更好。钻、铰套的设计，该工序因为要采用多次加工才能达到图纸尺寸，因此采用活动钻套和铰套。钻套和铰套都是采用的Cr12的材料，热处理后进行线切割加工，基准统一，才能达到同心的要求。上面采用活动可调式柄套，方便更换产品可用。根据工艺要求，钻定位销孔Ф5.7mm钻花，只需要加工深度达9mm，内孔不能大于5.8mm，即可完成加工。即用直柄钻花钻孔，根据GBl141-84的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为Ф5.7±0.021mm。定位销孔夹具体设计主要考虑零部件的形状及将上述一个主要零件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。
本篇文章中，我们设计主要是机床夹具设计分析及加工工艺过程：在工艺部分中，我们涉及到要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，夹具转速和切削速度，其中，机床的进给量，夹具转速和切削速度需要计算并查手册确定。
参考文献：
[1]李洪主编，机械加工工艺手册[M].北京：北京出版社，2009，12.
机床夹具设计方法 篇4
夹具是连接机床与工件的机械装置, 其功能是定位与夹紧工件, 使工件相对机床有正确的位置和良好的连接刚性, 进而能够优质高效地完成工件的切削加工, 达到设计要求的尺寸精度、形位精度、表面质量等。机床夹具主要由夹具主体、定位元件、夹紧装置、对刀元件、导引元件等组成。
2 夹具总体设计
2.1 确定工艺路线, 注意各工序节拍平衡, 使夹具规划与
生产匹配
工艺路线决定各工序加工内容, 进而决定各工序夹具形式。同时, 夹具设计时也要考虑各工序节拍平衡, 保证生产流畅, 加工节拍短的工序可以考虑一次装夹多件工件, 以达到延长加工时间、平衡加工节拍的目的。
2.2 确定各工序定位和夹紧方式
粗加工基准只使用一次, 在首序加工时, 加工出后续工序的精基准, 并尽量使后续工序基准统一。
2.3 确定机床各轴行程及机械尺寸, 保证无干涉无超程
等问题
夹具体或夹具零件, 以及工件非加工部位可以超出机床行程, 但须保证在运动过程中无干涉, 否则将使工件或夹具与机床碰撞, 造成损坏。同时, 我们在布置工件时, 应尽量将加工部位避开机床行程极限, 一方面, 机床在行程极限时各轴定位精度有所下降, 另一方面, 某些机床在行程极限时刚性不足, 易造成振刀等问题。笔者曾设计过一套卧式加工中心夹具, 该机床Y轴行程730mm, 工件Y轴方向最高加工部位为700mm, 在工件Y轴方向400mm以上加工时, 就出现严重振刀, 铣面时产生很严重的振纹, 孔加工也由于振刀使孔径偏大超差。
2.4 确定机床工作台载荷, 夹具装夹上工件毛坯后, 其总
重量应小于机床额定载荷
机床切削力与机床载荷受力方向相同时, 其切削力也将成为机床载荷的一部分, 故根据切削力大小不同, 夹具总重量应留有一定安全系数。比如立式加工中心, 其钻孔时切削力全部成为机床工作台载荷的一部分, 那么设计夹具时就应将夹具和工件总重量留有一定安全量。
2.5 保证夹具体具有足够的刚性, 较大型夹具主体可采
用整体铸造形式
对于精密夹具, 其夹具主体如采用铸造件或焊接件, 应经过时效处理, 使其释放残余应力, 减小夹具后期变形, 以防止产生定位精度误差。
2.6 保证工件具有一定的刚性
使工件既不会因为装夹过远造成工件颤振, 也不会因为装夹太近造成加工干涉。同时, 工件装夹受力点应避开工件薄弱部位, 比如需精密加工的内孔正对外表面等。
2.7 夹具基准应尽量统一
夹具基准主要有夹具调校基准、对刀基准、工件测量基准。夹具调校基准是夹具安装时, 其自身相对机床的调校基准, 对刀基准是工件加工时用于确定刀具相对工件位置的基准, 测量基准是工件加工后部分需在线检测的检测基准。以上基准应尽量统一。
2.8 部分夹具应设计防错装置
对于工件具有对称性, 或用于加工系列类似工件的夹具, 应设计防错装置, 以防止工件装夹错误。
3 定位设计
3.1 定位原理
根据理论力学原理, 我们知道刚体在空间具有六个自由度, 定位的原理就是要限制工件的六个自由度, 使其在空间具有确定的几何位置。根据限制自由度的不同, 工件定位存在以下几种情况:
(1) 完全定位。即工件六个自由度刚好被限制, 工件在夹具上占有完全确定的唯一位置, 此种定位方式是夹具设计的理想方式, 也是我们在设计夹具时应努力追求达到的一种状态。
(2) 不完全定位。即工件未完全限制六个自由度, 但是已满足加工要求。例如, 夹具限制了工件五个自由度, 而剩余一个未限制自由度由于不是受力方向, 不会造成工件移位和晃动, 此种情况即为不完全定位, 是夹具设计的次理想状态。
(3) 欠定位。即工件工序加工要求应该限制的几个自由度未得以限制, 此种情况称为欠定位。欠定位可能造成工件加工过程中的移位、崩刀、工件与机床碰撞等严重事故, 是夹具设计的严重失误。
(4) 过定位。部分自由度被重复限制的现象称为过定位。过定位也会造成工件位置的不确定, 可能造成工件加工误差, 但其危害应比欠定位小。
3.2 夹具本身的定位
夹具是连接机床与工件的机械装置, 我们设计夹具的目的, 是使工件相对机床具有确定的几何位置, 而工件的几何位置, 是通过夹具传递到机床上, 所以夹具本身相对机床的定位与工件相对夹具的定位一样重要, 任何一个定位误差, 都将造成工件几何位置的误差, 并最终造成加工质量偏差。不同机床具有不同定位方式, 立式加工中心工作台多采用T型槽定位, 中间一条T型槽是定位槽, 精度较高, 其余槽是夹具夹紧槽, 不具备定位精度;卧式加工中心多采用工作台中心芯轴定位 (也有采用T型槽定位的) , 车床主轴则是以主轴外圆定位, 我们应根据不同机床确定夹具的定位方式。同时, 夹具自身定位基准, 应与本文2.7节所阐述的基准具有确定的几何关系 (平行、垂直或一定的角度等) , 从而达到工件定位准确传递到机床的目的。
3.3 工件在夹具上的定位
根据不同工件, 选用不同定位方式, 箱体类、液压阀体、壳体类零件, 多采用“一面两销”定位方式, 轴类零件则采用外圆定位。
3.4 定位元件的要求
(1) 具有一定的强度和刚性。某些时候, 定位元件要承受工件重力或切削力, 如刚性和强度不足, 久而久之可能造成定位元件的变形甚至损坏。
(2) 具有较高耐磨性。由于工件的拆装, 定位元件经常与工件产生摩擦, 必须具有较高耐磨性, 否则易造成定位元件本身磨损, 带来定位精度误差。
(3) 具备防屑防尘功能。定位元件应具备防屑防尘功能, 避免铁屑和灰尘造成定位精度误差。例如面定位时, 定位平面可开斜槽, 用于容纳铁屑和灰尘等。
(4) 应避开加工边缘和毛刺部位, 进而保证定位精度。例如, 在定位面的直角处开槽, 可防止工件边缘毛刺造成定位误差。
(5) 定位元件拆装方便。由于定位元件是易损件, 需要更换。加工系列化零件时, 也可能需要更换定位元件, 故定位元件应拆装方便。
4 夹紧设计
4.1 夹紧力源
夹具常用夹紧力源主要有机械夹紧、液压夹紧、气动夹紧。机械加工中一般切削力较大, 需要夹紧力也较大, 故气动夹紧使用较少, 多为机械夹紧和液压夹紧。
4.2 夹紧力设计
(1) 主要夹紧力的作用方向应指向主要定位基准。 (2) 夹紧力的作用方向尽可能有利于减小夹紧力。夹紧力过大, 可能造成工件的弹性和塑性变形, 甚至造成夹具夹紧装置的变形。 (3) 夹紧力的作用点和作用方向应不破坏工件的准确定位。例如, 采用一面两销方式定位时, 夹紧力不应施加在定位销径向方向, 而应是轴向方向夹紧。 (4) 尽可能在工件刚性较好的部位。应避免夹紧力方向工件悬空, 同时也应避免工件薄弱部位夹紧。 (5) 夹紧力应尽可能靠近加工部位, 以防止工件振动。但同时需保证不产生刀具干涉, 产生工件加工中“夹具被加工”的现象。
5 结语
以上是笔者在多年工艺工作中从事夹具设计的一些体会, 在实际设计中, 还应根据不同机床、不同工件具体问题具体分析。
摘要：机械加工中, 工件相对机床应具有唯一确定的几何位置。夹具是连接工件与机床的机械装置, 同时起到传递工件位置精度、固定工件的作用。文中介绍了夹具设计的常用方法、设计思路及设计禁忌等经验。
关键词：机床,夹具,设计
参考文献
[1]陈宏钧.机械加工工艺装备设计员手册[M].北京:机械工业出版社, 2008.
[2]曹岩, 等.机床夹具手册与三维图库[M].北京:化学工业出版社, 2010.
[3]钟俊杰, 姚晓东.多工位零件定位的夹具设计[J].广西轻工业, 2011 (11) :50-51.
[4]陈杰, 等.浅谈卧式加工中心专用夹具的设计[J].机电工程技术, 2011 (11) :103-105.
[5]吴磊, 等.计算机辅助夹具设计发展现状与趋势[J].装备制造技术, 2011 (11) :89-91.
气缸缸盖夹具设计 毕业设计 篇5
本文主要研究机车气缸缸盖数控加工工艺和夹具的设计，机车气缸缸盖是机车气缸的重要的组成部分，它在气缸体上部封闭的燃烧室，并与活塞顶部一起形成燃烧室。随着发动机技术的飞速发展现代气缸盖的结构也越来越复杂，加工难度越来越大，精度要求越来越高。而且先进的内燃机越来越多地倾向于采用多气门机构这使得气缸盖加工变得越来越困难，气缸缸盖的加工工艺以及夹具设计一直以来是国内外加工的重点，难点。
本课题主要研究机车气缸缸盖加工工艺以及专用夹具的设计，夹具设计旨在能够达到快速装夹，定位。结合实际，确保加工质量的前提下，达到提高生产速率，降低生产成本
关键词：气缸盖 加工工艺 专用夹具
I
ABSTRACT This paper studies motorcycle cylinder head machining process and fixture design，motorcycle cylinder head is an important part of the cylinder。It closed in the upper part of the cylinder combustion chamber, and together form a combustion chamber and piston top。With the rapid development of modern engine technology structure of the cylinder head more and more complex, more and more difficult process, more and more high precision。And advanced internal combustion engines tend to use more and more multi-valve cylinder head body which makes it increasingly difficult, and the cylinder head of the fixture design process has always been the focus of domestic processing and difficult The main topic of motorcycle cylinder head processing technology and a dedicated fixture design, fixture design to be able to achieve rapid clamping, positioning.Reality, the premise of ensuring the quality of processing, to increase production rates, lower production costs
Keywords: cylinder head;processing;special fixture
II
目录
摘要.................................................................................................................................I ABSTRACT..................................................................................................................II 第1章绪论....................................................................................................................1 1.1气缸缸盖简介......................................................................................................1 1.2气缸缸盖国内外发展的现状..............................................................................1 1.3 本次论文研究的内容和意义.............................................................................1 第2章气缸缸盖的工艺设计........................................................................................3 2.1 机车气缸缸盖的三维建模.................................................................................3 2.2零件的工艺分析..................................................................................................3 2.3确定毛坯的铸造形式..........................................................................................4 2.4基面的选择..........................................................................................................4 2.4.1粗基准的选择................................................................................................4 2.4.2精基准的选择................................................................................................5 2.5制定工艺路线......................................................................................................5 2.5.1工艺路线方案一............................................................................................5 2.5.2工艺方案二....................................................................................................6 2.5.3.工艺方案的比较与分析................................................................................6 2.6机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定..................................................7 2.7确定切削用量及基本工时..................................................................................7 2.7.1 粗铣气缸缸盖的接触面...............................................................................7 2.7.2钻 扩 铰两个定位销孔................................................................................8 2.7.3铣气缸缸盖的底面........................................................................................9 2.7.4钻缸该底面的孔..........................................................................................11 2.7.5 铣气缸缸盖的左侧面.................................................................................12 2.7.6铣气缸缸盖的右侧面..................................................................................13 2.7.7铣气缸缸盖的一个端面..............................................................................13 2.7.8精铣气缸缸盖的接触面..............................................................................15 第3章 专用夹具的设计............................................................................................16 3.1 问题的提出.......................................................................................................16 3.2夹具设计............................................................................................................16 3.2.1定位基准的选择..........................................................................................16 3.2.2定位夹紧原件的介绍..................................................................................16
III 3.3切削力及夹紧力计算........................................................................................18 3.3.1计算钻直径为15.75的孔的切削力...........................................................18 3.3.2法兰式转角缸的选择..................................................................................19 3.4误差分析............................................................................................................21 第4章 气缸缸盖数控加工仿真............................................................................23 4.1气缸缸盖数控加工..........................................................................................23 4.2生成G代码及刀具路径后处理.....................................................................25 总结..............................................................................................................................28 参考文献......................................................................................................................29 致谢..............................................................................................................................30
IV
第1章绪论
1.1气缸缸盖简介
缸盖安装在缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分，因此缸盖的性能与缸体的安全系数息息相关，对于现代化安全和高效生产缸盖的性能起着至关重要的作用。
气缸盖处在内燃机的心脏是内燃机的核心部件，它在气缸体上部封闭燃烧室并与活塞顶部一起形成燃烧室，气缸盖体上一般铸有冷却水腔气道等其上有安装燃油系统及配气机构的座孔，结构复杂，孔系繁多是气缸盖加工的特点，尤其是其阀座孔与导管孔的加工因其尺寸精度和形位公差要求严格，长期以来都是国内外内燃机制造行业研究的重点难点。随着内燃机发动机技术的飞速发展现代气缸盖的结构也越来越复杂而且先进的内燃机越来越多地倾向于采用多气门机构这使得气缸盖加工变得越来越困难
气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多
1.2气缸缸盖国内外发展的现状
近年来国内外内燃机行业发展的新趋势和工作实践，对结构复杂的气缸盖机械加工提出了进、排气门座圈锥面与导管孔的加工是其工艺技术关键，从定位方式、基准选择、气门座底孔与导管孔底孔的加工，气门座圈锥面加工方式和导管孔的加工方式等方面进行了探讨和分析
气缸盖的机械加工工艺技术关键和整体工艺水平正在随着高技术含量内燃机的发展而日趋提高和完善，国外工艺水平已与产品开发水平呈现同步水平，国内工艺水平随着与国际接轨和科技发展将由落后变为逐步接近产品开发水平，解决好加工工艺技术关键是工艺设计的核心和前提。但是工艺的设计编制，受到诸多因素的影响，如产品的精度高低，产品的工艺性好坏，生产纲领的大小，投资力度的强弱，企业现状等等。因此，合理的最佳的工艺方案不仅需要对某一关键部位或某一关键工序认真论证、合理配置，更必须整线统盘考虑，最终是否取得最佳效果必须经过实践检验.1.3 本次论文研究的内容和意义
针对机车的气缸缸盖利用三维软件进行建模，2对机车气缸缸盖进行可靠的工艺设计，3通过机车气缸缸盖的三维模型对机车气缸缸盖设计某一步的夹具，夹具设计要求能够快速安装 定位 夹紧，夹具要求是气动夹。
本次课程设计的主要意义熟悉箱体零件的加工工艺路线，并能正确的设计出 1 机车气缸缸盖的加工路线，夹具设计能够实现快速定位 夹紧，能够投入大规模的技术生产，给企业带来效益。
近年来随着发动机的快速发展，使得机车对气缸缸盖的要求也越来越高，气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多，本次课题旨在能够完善气缸缸盖的加工工艺，并能更好的提高机车气缸缸盖的夹具设计。
第2章气缸缸盖的工艺设计
2.1 机车气缸缸盖的三维建模
利用三维建模软件对机车气缸缸盖建模 机车缸盖三维图如（图1-1）所示
图1-1机车气缸缸盖
2.2零件的工艺分析
机车气缸缸盖是机车气缸部件的基础件，机车气缸缸盖主要加工面是平面和孔，气缸缸盖毛坯是铸造出来的，缸盖的接触面作为主轴孔的设计基准，缸盖的接触面与接触面上的两个通孔作为定位基准 “一面双销定位”，上下两面的平行度要求为0.1mm/300mm,箱体腔内的孔不仅本身有较高的尺寸精度要求，而且有较高的位置精度要求，缸盖加工中的定位基准的选择可以先加工它的一个端面, 3 再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面以及孔的加工。
2.3确定毛坯的铸造形式
基于成本和力学性能方面约综分考虑，扩大铝合金的应用是目前乘用车轻量化，降低油耗的主要手段，如机车气缸缸盖已经实现铝合金化制造。尽管铝合金缸盖的生产方法有多种，但主流的制造工艺则是金属型铸造和低压铸造，其中欧洲和中国以金属型为主，而日本、美国则更多采用低压铸造 相对于金属型铸造，低压铸造由于是在压力下充型和结晶凝固，因而具有成形质量好、工艺出品率高等优点，但对于形状复杂、性能要求高的缸盖铸件，则存在着工艺复杂，控制要求高等技术难关。因此采用了铝合金缸盖的低压铸造技术，用以充分发挥低压铸造工艺的技术，低压铸造工艺技术应用多个浇口即多权分流的形式。缸盖，具有代表性的两种浇注系统即在燃烧室侧是设置2个或4个浇口，铸造后再进行机械加工。这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的
2.4基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
2.4.1粗基准的选择
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。
粗基准选择应当满足以下要求：
1.粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。
2.选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。
3.应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。
4.应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。
5.粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次 使用难以保证表面间的位置精度。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置。
但对于一般箱体零件来说，以接触面作为粗基准是完全合理的。对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则），即综上所述选择加工底面为粗基准。
2.4.2精基准的选择
1.基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
2.基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。
3.互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。
自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。
此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，适于作精基准使用。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。
2.5制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降
2.5.1工艺路线方案一
工序 1 粗铣气缸缸盖的接触面。
工序 2 钻 扩 铰缸盖接触面的两个定位销的孔。工序 3 粗 精 铣气缸缸盖的底面。工序 4 加工气缸缸盖底面的孔。工序 5 粗 精铣气缸缸盖的一个侧面。工序 6 粗 精铣气缸缸盖的另一个侧面。工序 7 粗 精铣气缸缸盖的一个端面。工序 8 粗 精铣气缸缸盖的另一个端面。工序 9 精铣气缸缸盖的接触面。
工序 10 加工气缸缸盖的接触面，加工接触面上一些孔，并且加工气缸缸盖内部的一些孔。
工序 11 加工气缸缸盖侧面一些孔。工序 12 加工气缸缸盖另一侧面的一些孔。工序 13 加工气缸缸盖端面的一些孔。工序 14 加工气缸缸盖端面的一些孔。工序 15 清洗。工序 16 去毛刺。
2.5.2工艺方案二
工序 1粗铣气缸缸盖的接触面
工序 2钻 扩 铰缸盖接触面的两个定位销的孔 工序 3粗 精 铣气缸缸盖的底面 工序 4加工气缸缸盖底面的孔 工序 5精铣气缸缸盖的一个侧面。工序 6粗 精铣气缸缸盖的另一个侧面 工序 7粗 精铣气缸缸盖的一个端面。工序 8粗 精铣气缸缸盖的另一个端面
工序 9加工气缸缸盖的接触面，加工接触面上一些孔，并且加工气缸缸盖内部的一些孔
工序 10精铣气缸缸盖的接触面。
工序 11加工气缸缸盖侧面一些孔。工序 12加工气缸缸盖端面的一些孔。
工序 13加工气缸缸盖端面的一些孔 工序 14加工气缸缸盖端面的一些孔。工序 15清洗 工序 16去毛刺
2.5.3.工艺方案的比较与分析
在大批大量生产中，毛坯的质量较高，各个孔的镗孔的余量较小，为使镗孔的余量均匀，最好是粗镗 半精镗 精镗和金刚镗都统一采用精加工过的精基准面定位一次进行，这就要在粗镗空之前安排精加工基准面。这种违反先粗后精原则 6 的工序安排有一个前提条件，箱体毛坯制造质量较高
综上所述我选择第一种的工艺安排作为加工工艺，以上工艺过程详见“机械加工工艺过程综合卡片”。
2.6机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“机车气缸缸盖”零件材料为铝制合金，硬度200HB，生产类型为大批生产，采用铸造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸下：
1.参照《机械加工工艺手册》表2.3-6查得压力铸造及壳型的尺寸公差等级ZJ1。
2.选用压力铸造查《机械加工工艺手册》得，在实际生产中，有的工厂根据工厂的生产技术条件和生产经验来确定铸件的加工余量，在这里初步定铸件的加工单边的加工余量为1。
3.精铣的单边余量为0.2 4.粗铣的单边余量为1-0.8=0.2 2.7确定切削用量及基本工时
2.7.1 粗铣气缸缸盖的接触面 1.粗铣气缸缸盖的接触面（1）刀具选择
根据《机械加工工艺手册》表4.4-5及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径50mm, ,L=0.8mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.8mm（3）由《机械加工工艺手册》表2.4-79 ae=15采用硬质合金材料加工铝合金取af=0.1~0.2mm/r,取af=0.2mm/r（4）确定切削速度Vc
由《机械加工工艺手册》表2.4-90,当取V=6m/s
n查=
1000vc=（1000x6）/3,14x50=38r/s
（1-1）πdW根据机床说明书(见《机械加工工艺手册》表.取主轴转速n机=38r/s则实际切削速度为V = 10m/s 当n =38r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度V=fm=fz×z×n机=0.2X10X38=76mm/s（5）计算基本工时
L=645
L2=5 7 T=
ll1l2l3=（645+5）/76=9s
（1-2）
fm即 横向每次走刀是9s.2.7.2钻 扩 铰两个定位销孔 1.钻两个定位销孔
（1）刀具选择：查《机械制造工艺设计简明手册》选用15.75高速钢直柄标准麻花钻。
（2）切削用量选择：
查《机械加工工艺手册》得：f=0.31mm/r~0.37mm/r,根据所选机床定f=0.35mm/r查《机械加工工艺手册》取V =1.25m/s 由公式（1-1）n =1000 V /3.14x D=1000×1.25/3.14×15.75=25r/s 按机床选取n =1000r/min（3）计算基本工时 由公式（1-2）T=2.扩16.75孔
（1）刀具选择：选用16高速钢直柄扩孔钻。（2）确定切削用量：
查《机械制造工艺手册》得：f=0.90~1.1mm/r,再由所选的机床确定进给量取f =0.9mm/r。扩孔时的切削速度，由《机械制造工艺手册》得公式：V=0.4m/s 由公式（1-1）n=1000 V/ 3.14xD=1000×0.4/(3.14×16)=8r/s=480r/min 按机床选取n =480r/min 机床扩孔时的切削速度为0.4m/s（3）计算基本工时： 由公式（1-2）T=3.铰17的孔
（1）刀具选择： 17高速钢直柄机用铰刀（2）确定切削用量：
背吃刀量ap=0.25。切削速度与粗铰，故n =200r/min。由《机械制造工艺手册》f=1.0mm/r,取f=1mm/r
V= d n /1000=17x200 /1000=3.4mm/min
（1-3）（3）计算基本工时： 由公式（1-2）T=
LL1L2L3=(91+11+0)/(0.76×322)=0.42min。
nwfLL1L2L3=(91+14+2)/(0.92×136)=0.86min。
nwfLL1L2L3 =(91+14+2)/(1.24x132)=0.65min
nwf其中
L=91,L1=14,L2=2 2.7.3铣气缸缸盖的底面 1.粗铣气缸缸盖的底面（1）刀具选择
根据《机械加工工艺手册》 及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径50mm, ,L=0.8mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.8mm（3）由《机械加工工艺手册》 ae=15采用硬质合金材料加工铝合金取af=0.1~0.2mm/r,取af=0.2mm/（4）确定切削速度V 由《机械加工工艺手册》表2.4-90,当取V=6m/s 由公式（1-1）n查=
1000vc=（1000x6）/3,14x50=38r/s πdW根据机床说明书(见《机械加工工艺手册》表.取主轴转速n机=38r/s则实际切削速度为V= 10m/s 当n =38r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度V=fm=fz×z×n机=0.2X10X38=76mm/s（5）计算基本工时
L=610
L2=5 由公式（1-2）T=
ll1l2l3=（610+5）/76=8s 即 横向每次走刀是8s
fm2.精铣气缸缸盖的底面（1）刀具选择
根据《机械加工工艺手册》表4.4-5及铣刀样本手册，选柄立铣刀，外径50mm, ,L=0.2mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.2mm（3）由《机械加工工艺手册》表2.4-75，由数控铣床的功率在10KW以上，af=0.1mm/z~0.2mm/z,取af=0.2mm/z（4）选择铣刀磨钝标准及耐用度
根据《机械加工工艺手册》表2.4-71,铣刀齿后刀面最大磨损限度为1.5mm,由《机械加工工艺手册》表2.4-72,铣刀直径d0=50mm,则硬质合金铣刀T=200min（5）确定切削速度V
由《机械加工工艺手册》,当取V=2m/s 由公式（1-1）n查=
1000vc=（1000x2）/3.14x50=12r/s
πdW9 根据数控机床的实际情况，取主轴转速n=500r/min.则实际切削速度为Vc = 78.5r/min 当n机=500r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=fz×z×n机=0.2X10X12=24mm/s 根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为24mm/s（6）计算基本工时
L=610
L2=5 由公式（1-2）T=ll1l2l3=(610+5)/24=26s 即机床走刀一次的时间是24s
fm3.粗铣气缸缸盖底面1（1）刀具选择
根据《机械加工工艺手册》表4.4-5及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径50mm, ,L=0.8mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.8mm（3）由《机械加工工艺手册》表2.4-79 ae=15采用硬质合金材料加工铝合金取af=0.1~0.2mm/r,取af=0.2mm/（4）确定切削速度Vc
由《机械加工工艺手册》表2.4-90,当取Vc=6m/s 由公式（1-1）n查=
1000vc=（1000x6）/3,14x50=38r/s πdW根据机床说明书(见《机械加工工艺手册》表.取主轴转速n机=38r/s则实际切削速度为Vc = 10m/s 当n =38r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=fz×z×n机=0.2X10X38=76mm/s（5）计算基本工时
L=610
L2=5 由公式（1-2）T=
ll1l2l3=（507+5）/76=6.7s 即 横向每次走刀是6.7s
fm4.精铣气缸缸盖的底面1（1）刀具选择
根据《机械加工工艺手册》表4.4-5及铣刀样本手册，选柄立铣刀，外径50mm,L=0.2mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.2mm（3）由《机械加工工艺手册》表2.4-75，由数控铣床的功率在10KW以上，af=0.1mm/z~0.2mm/z,取af=0.2mm/z 10（4）选择铣刀磨钝标准及耐用度
根据《机械加工工艺手册》,铣刀齿后刀面最大磨损限度为1.5mm,由《机械加工工艺手册》,铣刀直径d0=50mm,则硬质合金铣刀T=200min（5）确定切削速度V
由《机械加工工艺手册》,当取V=2m/s 由公式（1-1）n查=
1000vc=（1000x2）/3.14x50=12r/s
πdW根据数控机床的实际情况，取主轴转速n=500r/min.则实际切削速度为Vc = 78.5r/min 当n机=500r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=fz×z×n机=0.2X10X12=24mm/s 根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为24mm/s（6）计算基本工时
L=610
L2=5 由公式（1-2）T=
ll1l2l3=(507+5)/24=22 即机床走刀一次的时间是22s
fm2.7.4钻缸该底面的孔
由于气缸缸盖地面的孔很多在这里不一一说明，每类孔只说明一次，其他详见气缸缸盖的加工工艺卡。
1.钻18个15.75通孔
（1）刀具选择：查《机械制造工艺设计简明手册》选用15.75高速钢直柄标准麻花钻。
（2）切削用量选择：
查《机械加工工艺手册》得：f=0.31mm/r~0.37mm/r,根据所选机床定f=0.35mm/r查《机械加工工艺手册》取V =1.25m/s 由公式（3-1）n =1000 V /3.14x D=1000×1.25/3.14×15.75=25r/s 按机床选取n =1000r/min（3）计算基本工时
LL1L2L3由公式（1-2）T==(91+11+0)/(0.76×322)=0.42min。
nwfT1=18 T=18x0.42=7.56 2.半精镗16.25的内孔
（1）刀具选择：选用16.25的镗刀。（2）确定切削用量：
查《机械制造工艺手册》得：f=0.8mm/r~0.15mm/r,再由所选的机床确定进给 量取f =0.9mm/r。镗孔时的切削速度，由《机械制造工艺手册》得0.5m/s~0.83m/s：V=0.5m/s 由公式（1-3）n=1000 V/ 3.14xD=1000×0.5/(3.14×16.25)=10r/s 按机床选取n =600r/min 机床扩孔时的切削速度为0.5m/s 3.精镗16.75的内孔
（1）刀具选择：选用16.75的镗刀（2）确定切削用量：
查《机械制造工艺手册》得：f=0.8mm/r~0.15mm/r,再由所选的机床确定进给量取f =0.8mm/r。镗孔时的切削速度，为了保证精镗的质量定切削速度 V=0.4mm/s 由公式（1-1）n=1000 V/ 3.14xD=1000×0.4/(3.14×16.25)=8r/s 按机床选取n =480r/min 机床扩孔时的切削速度为0.4mm/s 4.金刚镗17的内孔
（1）刀具选择：选用16.75的镗刀（2）确定切削用量：
查《机械制造工艺手册》得：f=0.05mm/r~0.10mm/r,再由所选的机床确定进给量取f =0.08mm/r。镗孔时的切削速度，为了保证金刚镗的质量定切削速度 V=0.3mm/s 由公式（1-1）n=1000 V/ 3.14xD=1000×0.3/(3.14×16.25)=6r/s 按机床选取n =400r/min 机床扩孔时的切削速度为0.35mm/ 2.7.5 铣气缸缸盖的左侧面 1.粗铣气缸缸盖的一个侧面（1）刀具选择
根据《机械加工工艺手册》表 及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径50mm, ,L=0.8mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.8mm（3）由《机械加工工艺手册》表
ae=15采用硬质合金材料加工铝合金取af=0.1~0.2mm/r,取af=0.2mm/（4）确定切削速度V 由《机械加工工艺手册》表 ,当取Vc=6m/s 由公式（1-1）n查=
1000vc=（1000x6）/3,14x50=38r/s πdW根据机床说明书(见《机械加工工艺手册》表.取主轴转速n机=38r/s则实际切削速度为Vc = 8m/s 当n =38r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度V=fm=fz×z×n机=0.2X8X38=61mm/s（5）计算基本工时
L=153
L2=56 T=ll1l2l3=（153+5）/61=2.6 即 横向每次走刀是2.6.fm2.精铣气缸缸盖的这个侧面（1）刀具选择
根据《机械加工工艺手册》，及铣刀样本手册，选柄立铣刀，外径50mm, ,L=0.2mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.2mm（3）由《机械加工工艺手册》，由数控铣床的功率在10KW以上，af=0.1mm/z~0.2mm/z,取af=0.2mm/z（4）选择铣刀磨钝标准及耐用度
根据《机械加工工艺手册》 铣刀齿后刀面最大磨损限度为1.5mm,由《机械加工工艺手册》表2.4-72,铣刀直径d0=50mm,则硬质合金铣刀T=200min（5）确定切削速度Vc
由《机械加工工艺手册》,当取Vc=2m/s 由公式（1-1）n查=
1000vc=（1000x2）/3.14x50=12r/s
πdW根据数控机床的实际情况，取主轴转速n=500r/min.则实际切削速度为V= 78.5r/min 当n机=500r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=fz×z×n机=0.2X10X12=24mm/s 根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为24mm/s（6）计算基本工时
L=153
L2=5 由公式（1-2）T=间是6.5s 2.7.6铣气缸缸盖的右侧面
虽然气缸缸盖的两个侧面不是对称结构，但加工气缸缸盖的两个侧面的方法都是一样的，即都是”先粗后精”,由于气缸缸盖的毛坯单面的加工余量都是1即它们的切削用量 以及他们的切削参数基本相同。相同的计算方法在这里就不再重复，详见加工工艺卡。
2.7.7铣气缸缸盖的一个端面 1.粗铣气缸缸盖的前端面（1）刀具选择
ll1l2l3=(153+5)/24=6.5s 即机床横向走刀一次的时
fm根据《机械加工工艺手册》表 及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径50mm, ,L=0.8mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.8mm（3）由《机械加工工艺手册》表
ae=15采用硬质合金材料加工铝合金取af=0.1~0.2mm/r,取af=0.2mm/（4）确定切削速度V 由《机械加工工艺手册》表 ,当取V=3.5m/s
1000vc由公式（1-1）n查==（1000x3.5）/3,14x50=23r/s
πdW根据机床说明书(见《机械加工工艺手册》表.取主轴转速n机=38r/s则实际切削速度为V = 8m/s 当n =23r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度V=fm=fz×z×n机=0.2X10X23=46mm/s（5）计算基本工时
L=55
L2=5 由公式（1-2）T=
ll1l2l3=（55+5）/46=2即 横向每次走刀是2s.fm2.精铣气缸缸盖的后端面（1）刀具选择
根据《机械加工工艺手册》表4.4-5及铣刀样本手册，选柄立铣刀，外径50mm, ,L=0.2mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.2mm（3）由《机械加工工艺手册》表2.4-75，由数控铣床的功率在10KW以上，af=0.1mm/z~0.2mm/z,取af=0.2mm/z（4）选择铣刀磨钝标准及耐用度
根据《机械加工工艺手册》表，铣刀齿后刀面最大磨损限度为1.5mm,由《机械加工工艺手册》表,铣刀直径d0=50mm,则硬质合金铣刀T=200min（5）确定切削速度Vc
由《机械加工工艺手册》,当取Vc=1.5m/s 由公式（1-1）n查=
1000vc=（1000x1.5）/3.14x50=10r/s
πdW根据数控机床的实际情况，取主轴转速n=500r/min.则实际切削速度为Vc = 78.5r/min 当n机=500r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=fz×z×n机=0.2X10X10=20mm/s 根据数控机床的实际情况取机床的进给速度为24mm/s（6）计算基本工时 L=55
L2=5 由公式（1-2）T=是3s 2.7.8精铣气缸缸盖的接触面 1.精铣气缸缸盖的接触面（1）刀具选择
根据《机械加工工艺手册》表4.4-5及铣刀样本手册，选普通直柄立铣刀，直径50mm, ,L=0.2mm,Z=10（2）切削用量
ap =L=0.2mm（3）由《机械加工工艺手册》表2.4-79 ae=15采用硬质合金材料加工铝合金取af=0.1~0.2mm/r,取af=0.2mm/r（4）确定切削速度Vc
由《机械加工工艺手册》表2.4-90,当取Vc=6m/s 由公式（1-1）n查=
ll1l2l3=(55+5)/20=3s 即机床横向走刀一次的时间
fm1000vc=（1000x6）/3,14x50=38r/s πdW根据机床说明书(见《机械加工工艺手册》表.取主轴转速n机=38r/s则实际切削速度为V= 10m/s 当n =38r/s时,工作台为每分钟进给量是进给速度V=fm=fz×z×n机=0.2X10X38=76mm/s（5）计算基本工时
L=645
L2=5
ll1l2l3由公式（1-2）T==（645+5）/76=9s 即 横向每次走刀是9s.fm本次加工工序大部分主要是铣削平面和加工孔为主，重复的加工方法在这里就不一一介绍。详细的见加工工序卡。
第3章 专用夹具的设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。专业夹具应该满足能够快速夹紧，有良好的定位。满足企业能够大批大量生产的要求。
3.1 问题的提出
本夹具主要用来加工气缸缸盖的底面，此平面的形位公差和表面要求一般，无特殊要求，且加工此平面时机车气缸缸盖的接触面和两个定位销孔都已经都已加工出来，可用来作为此工序的定位基准面。因此在本道工序，在保证提高劳动生产率，降低劳动强度的同时可以设计选用比较简单的夹具
3.2夹具设计
3.2.1定位基准的选择
当加工机车气缸缸盖底面的这些孔时，机车气缸缸盖的接触面已经被粗加工，并且机车气缸缸盖接触面上定位销孔已经被精加工，所以定位基准选择是机车气缸缸盖的接触面和两个定位销的孔
3.2.2定位夹紧原件的介绍 1.定位销的介绍
该夹具属于利用一面双销来定位，所选用的销是阶梯销，如图3-1所示
图3-1 阶梯销
利用两个销来完成机车气缸缸盖与地板的连接与定位，阶梯销的下部直径为40，上部直径为17。
2.法兰式转角缸的介绍 利用三维制图软件对法兰盘转角进行建模，三维模型图3-2所示.图3-2 法兰式转角缸
3.法兰盘转角缸的工作原理
法兰盘转角缸中气缸的活塞做往复的运动，加压时从气缸缸体的上气孔进入，推动活塞向下，带动压臂同时完成两个工作行程，转角形成和压紧形成，两者之和叫做总行程
在转角行程中，活塞连同压臂一起，同时向下作直线运动和按设定的角度转动，使压臂对正被压工件的位置，在压紧过程中，活塞导杆连同压臂一起，同时向下继续做直线运动，直至使压臂把工件压紧为止
卸压时，气压从缸体的下气孔进入，推动活塞杆向上，带动压臂同时完成与述两个工作行程相反的工作行程，压臂首先向上直线运动离开被压工件，然后按原设定的角度转回原来的位置
4.法兰盘转角缸的功能
转角缸能按设定的自动化控制气路，将压臂自动转到被压工件上并随之将其压紧，工件加工完成后，压臂能自动卸压并能自动的转回原位。
工作速度敏捷，一个工作行程使用的时间仅在0.5秒到几秒以下 工作安全可靠，（5）法兰盘转角缸的应用场合
气压转角缸夹具，广泛应用于产品的批量加工和装配，自动化的程度高，夹 具空间小以及要求装卸快速省时的工作场合也适用于各种自动快速锁定压紧和解锁打开的工作场合。
3.3切削力及夹紧力计算
3.3.1计算钻直径为15.75的孔的切削力 切削力的计算公式 切削扭矩：
MCMd0XfYKM108
（3-1）
MM轴向力：
FCFd0XfYKF
（3-2）
FF切削工率：
Pm2Mn010（3-3）
经《机械加工工艺设计手册》铝合金HB190~210 Cm=225.63 X m=1.9 Y m=0.8 C f=588.6 X f=1Y f=0.8 机械手册切削条件变化后，切削力的修正系数
钻头直径d=15.75，进给量F=0.35mm/r 转头的转速n=25r/s 由公式（3-1）：MCMd0XMfYMKM108=32.159 由公式（3-2）：FCFd0XFfYFKF=4453.52
2101900.6当HB=210时，查《机械加工工艺手册》得
K料FK料M实际切削扭矩及轴向力F为
=1.062（3-4）
由公式（3-1）：M=1.062X32.159=34.152 由公式（3-2）：F=4453.52X1.062=4729.63
由公式（3-2）：切削功率Pm2Mn010=5.362（kw）求出切削功率后，知道切削速度即可以求出横向的切削力
3FPM=5.362/1.25=4260
（3-5）v切根据切削力在表3-1和表3-2来选择法兰式转角缸，法兰式转角缸的夹紧力要大于切削 3.3.2法兰式转角缸的选择
图3-3 法兰式转角缸二维图
21.最大使用压力7kg/cm ； 工作压力4-6kg/cm2； 标准转角90o；可定制非标 转角45o、60o、180o型号标注标准：PSFL-40X90o系列标识 转角方向 缸径 转动角度。
2.双臂请在系列号后加“D”。例如：PSFD、MASD 应用：转角缸是提高机加、装配、焊接等工模夹具自动化程度的重要夹紧件适于工业各界对夹持自动化的要求。在任何时候都能尽善尽美体现您的设计思想，表现出动人的夹持功能。
功能：在压力空气的作用下，转角缸将夹具位移和夹持功能和谐的统一体现，工作时，活塞先行完成旋转行程----压臂下压并旋转至设计的规定位置和角度，然后完成夹持行程----即直线下压并夹紧工件，退回则反之。
型式：空压转角缸夹具有顺时针和逆时针旋转两种型式，顺为R、逆为L，即右转(顺)代号标“R”、左转(逆)代号标“L”。标准旋转角度90度，并可定制0、45、60等多种旋转角度型式。
压臂分单臂和双臂两种，夹持型式为旋转角度后向下压紧夹持。
空压转角缸夹具安装型式分为法兰座、外螺牙式、方块型、顶部法兰式及油路板式。
材质：主体为铝合金，硬膜处理。
注意：加长压臂不能超过原装的1.5倍，建议加装空气滤清装置、流量控制阀。
加长压臂不能超过原装的1.5倍，建议加装空气滤清装置、流量控制阀、并请加注润滑剂，以保证其正常使用寿命。
表3-1法兰式转角缸的型号
型号 PSF25R/L PSF32R/L PSF40R/L PSF50R/L A 95.5 102.5 106 113
B 66.5 71 75 80
C 23 23 26 26
D 16 19 19 25.4 25.4
F 30 50 50 70
H 8 9 9 10
O1 O2 M5
J M6X1
K 31 44 48 55
L 40 54 58 68
1/8PT M8X1.25 1/8PT M8X1.25 1/8PT M8X1.25 PSF63R/L 119 86 30 70 10 1/8PT M8X1.25 64 80
表3-2法兰式转角缸的规格
规格
PSF25R/L PSF32R/L PSF40R/L PSF50R/L PSF63R/L 活塞杆直径 14 16 16 20 20 32 40 50 63 12 12 14 14 14 15 15 15 26 27 29 29 30 50 85 140
12.75 20.90 33.91 56.91 90.35
8.76 15.67 28.49 47.80 81.25
缸径
旋转行成
夹持形成
总行程
夹持力
压臂伸出
压臂撤回
根据切削力的计算选取法兰式转角缸 选取PSF63R/L型号的法兰式转角缸。总体的装配图如图 3-5所示。
图3-5 总装配图
由四个法兰式转角缸来快速定位夹紧机车气缸缸盖，使机车气缸缸盖能够稳定加工。
3.4误差分析
该夹具以一面双销定位 中心线与侧面规定的垂直度偏差0.08mm，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。
jwg
（3-6）与机床夹具有关的加工误差j，一般可用下式表示：
jWZDADWjjjM
（3-7）
由《机床夹具设计手册》可得：
平面定位心轴定心的定位误差 ：DW0 夹紧误差 ：
jj(ymaxymin)cos
（3-8）
其中接触变形位移值：
kN y(kRaZRaZHBc1)(Z)n0.004mm
（3-8）
HB19.62l jjycos0.0036mm
（3-9）磨损造成的加工误差：jM通常不超过0.005mm 夹具相对刀具位置误差：DA取0.01mm 误差总和：jw0.0522mm0.11mm
第4章 气缸缸盖数控加工仿真
利用UG进行辅助编程是一个综合的过程。它涉及刀具运动轨迹、加工刀具类型、切削用量选择、加工参数选择和下刀方式等的选择，所有这些内容都反映在由加工刀具路径转化而成的数控加工代码中。曲面加工刀具路径生成过程分为刀具参数设置、加工方式选用、粗精加工参数设置和后处理等步骤，这些参数设置的正确与否是保证零件尺寸精度、提高工效和降低成本的关键所在。
4.1气缸缸盖数控加工
UG中有粗加工和精加工两种方式，要根据具体情况和实际加工经验，合理选用加工方式，然后确定刀具形式、直径和加工材料等。
精加工气缸缸盖的底面选择刀具为立铣刀，加工方式为跟随工件，精加工余量为1mm。用立铣刀及等距环切方式加工，提高加工效率。
1.气缸缸盖加工底面的刀具路径，如图4-1
图4-1 刀具路径图
2.气缸缸盖加工底面的效果图，如图4-2
图4-2 加工路径效果图
3.气缸缸盖加工接触面的刀具路线图，如图4-3
图4-3 刀具路径图
4.气缸缸盖加工接触面的效果图，如图4-4
图4-4加工路径效果图
4.2生成G代码及刀具路径后处理
对于刀具路径，机床是不能直接识别的。所以，加工方式选择好后，必须要进行后处理，也就是将刀具路径“翻译”成机床能够识别的数控代码。不同的机床能识别的数控代码不尽相同，所以不同的机床必须采用不同的后处理方式。将自动生成的数控代码，进行必要的校核处理后，就能输送给数控机床进行加工了。
1.气缸缸盖接触面精加工数控程序代码 % N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T00 M06 N0040 G0 G90 X-2.838 Y-15.6781 S1800 M03 N0050 G43 Z-2.4569 H00 N0060 Z-2.7365 N0070 G1 Z-2.8546 F9.8 M08 N0080 G3 X-3.5466 Y-14.9694 I-7.086 J0.0 N0090 G1 X-12.8251 N0100 G2 X-13.559 Y-14.7023 I0.0 J1.1417 N0110 G1 X-15.7135 Y-12.8945 N0120 X-15.7317 Y-12.8743 „„ „„
N6150 X4.1896 N6160 Y-10.56 N6170 X-3.5466 N6180 Y-10.245 N6190 X-10.9679 N6200 Y-9.93 N6210 X3.8746 N6220 Y-10.245 N6230 X-3.5466 N6240 G3 X-4.2553 Y-10.9537 I0.0 J-7.087 N6250 G1 Z-2.7719 N6260 G0 Z-2.4569 N6270 M02 % 2.气缸缸盖底面精加工数控程序代码 % N0010 G40 G17 G90 G70 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T00 M06 N0040 G0 G90 X-2.838 Y-15.6781 S1800 M03 N0050 G43 Z-2.4569 H00 N0060 Z-2.7365 N0070 G1 Z-2.8546 F9.8 M08 N0080 G3 X-3.5466 Y-14.9694 I-7.086 J0.0 N0090 G1 X-12.8251 N0100 G2 X-13.559 Y-14.7023 I0.0 J1.1417 N0110 G1 X-15.7135 Y-12.8945 N0120 X-15.7317 Y-12.8743 „„ „„
N6150 X4.1896 N6160 Y-10.56 N6170 X-3.5466 N6180 Y-10.245 N6190 X-10.9679 N6200 Y-9.93 N6210 X3.8746 N6220 Y-10.245 N6230 X-3.5466 N6240 G3 X-4.2553 Y-10.9537 I0.0 J-7.087 N6250 G1 Z-2.7719 N6260 G0 Z-2.4569 N6270 M02 %
总结
本次机车气缸缸盖数控加工工艺研究主要是设计机车气缸缸盖的一套专用夹具，机车气缸缸盖工序设计。
机车气缸缸盖的夹具设计是以一面双销定位,采用法兰式转角缸来夹紧的。法兰式转角缸实现两个自由度，工作时，活塞先行完成旋转行程----压臂下压并旋转至设计的规定位置和角度，然后完成夹持行程----即直线下压并夹紧工件。退回则反之，这样既能完成机车气缸缸盖的快速夹紧定位。
总之，本设计基本完成了初始目的，达到了设计要求。并且通过本次的设计使我所学的知识融会贯通，在查找资料的过程中也使我了解和掌握了许多的课外知识，开拓了视野，使自己专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。也将是走向工作岗位的一个重要的开端。
参考文献
[1] 张耀宸.机械加工工艺设计手册[M].北京:航天工业出版社，1987 [2] 于俊一,邹青.机械制造技术基础(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2009 [3] 陈心昭.机械加工工艺装备设计手册[M].北京:机械工业出版社,1998 [4] 袁哲俊,刘华明.金属切削刀具设计手册[M].北京:机械工业出版社,2009 [5] 陈吉红,胡涛.数控机床现代加工工艺[M].武汉:华中科技大学出版社,2008 [6] 东北重型机械学院,洛阳工业学院,第一汽车制造厂职工大学.机床夹具设计手册（第二版）[M].上海:上海科学技术出版社，1990 [7] 刘朝儒,吴志军,高政一.机械制图(第五版）[M]，北京:高等教育出版社.2006 [8] 天津大学.机械零件手册[M].北京:人民教育出版社，1981 [9] 甘永立.几何量公差与检测（第八版）[M].上海:上海科学技术出版，2007 [10] 寇尊权，王多.机械设计课程设计[M].北京:机械工艺出版社，2006
[11] Dr.Marc Gerdisch Cylinger Head Assembly For An Internal Combustion Engine and Method of Manufacture[P].United States:12/612789, 05/05/2011 [12] Han-Joachin Esch,Heimshcing.Cylinder head for an internal-combustion engine[P].United States:5408958,1995
[13] Ronald J.Hoffman,Phoenix;Robert G.Everts[P].Cylinder head assembly[P].United States:5421292.2000
[14] 王润孝.先进制造技术导论[M].北京:科学出版社，2004 [15] 黄天佑.材料加工工艺[M].北京:清华大学出版社，2004
致谢
在整个毕业设计过程中,我得到了李学光老师的悉心指点。在整个过程中老师体现的那种一丝不苟，细心细致的科学精神让我久久不能忘记,并肃然起敬。特别是李老师的扎实功底和谆谆教导让我受益匪浅。我个人认为我这次毕业设计的完成很大程度上源于老师教导我养成的专心致志，循序渐进,不断积累，决不放过任何一个含糊问题，以高度的责任感面对所有的细节的良好的学习习惯
近一个学期的不懈努力,大学本科学习中非常重要的一个环节---毕业设计终于完成在即！这是我在毕业之前对所学的各门知识的一次深入的综合的总复习，也是一次理论联系实际的真正训练,。因此,它在我四年的大学生活的占有很重要的地位。通过这次毕业设计我对自己的下一个阶段的顺利进行作了一次适应性的演练,很好的锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，回顾了以前的学习内容并为将来的学习和工作打下了很好的基础
由于自己的能力有限,并且经验和知识的储备在一定的程度上也限制了我在设计上的水平, 但是正是这些缺陷激励着我不断的前行。在以后的学习和生活中我会更加的努力去掌握更多的知识,让自己的视野更加广阔,并且这种良好的学习精神也将永远的保留下去
所以在设计中出现的许多不足之处,期望各位老师和同学多多包涵并给予指教,以激励我更好的改进,在将来的生活和学习中不断的完善自己。在本次毕业设计期间，我也得到其他老师的指点，以及同组成员的帮助，在此向所有关心帮助过本文写作的老师、同学及参考文献的作者表示衷心感谢！
焊接工艺分析在夹具设计中影响 篇6
关键词：汽车 夹具 设计
中图分类号：TG75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（b）-0045-01
随着我国汽车工业和汽车制造技术的快速发展，为了占有一定的市场份额汽车的设计理念应该适应市场的需要，做出适当的调整。现在汽车的设计都考虑到客户的要求，具有一定的个性化，同时对于汽车车身焊接的质量也有很高的要求。要想达到要求汽车的焊接生产线必须完备。在汽车焊接的过程中使用焊接夹具是保证汽车焊接质量的主要措施，在我国汽车生产制造水平以及质量主要就是汽车车身的焊接质量，然而控制焊接质量的关键点就是焊装夹具的使用。焊接夹具的使用直接影响汽车工业生产效率和质量，更进一步就是影响汽车生产规模。目前，关于汽车车身的焊装夹具种类比较多，我们根据汽车的不同部位以及焊接的不同对象主要有：总成装焊夹具、总成装焊夹具、小型装焊夹具。根据焊接工作时夹具的位置可分为移动式装焊夹具和固定式装焊夹具[1]。
1 焊装夹具作用
在汽车的生产工艺中把车身冲压件在一定工艺设备中定位、定形并固定好组合成车身组件形成车体就是焊装夹具。在形成汽车车体的过程中采用的焊接方法就是装焊过程。焊接夹具也就是在汽车车身焊接过程中使用的夹具。在汽车的生产环节中，装配焊接这一环节对于汽车的生产质量影响不小，装配焊接的质量也影响汽车的生产效率和经济型。为了提高汽车企业的生产效率和经济效益，我们在汽车装配焊接的过程中采用焊接夹具，这样就可以很好的保证焊接的质量以及汽车装配的精准度，提高汽车生产的效率和汽车感观质量。综上所述，汽车车身焊接夹具的作用就是能够保证汽车焊接工艺顺利进行，提高生产效率和经济效益，减少焊工作业的强度，保证汽车装配的精准度，提高汽车生产的质量[2]。
2 对焊装夹具的基本要求
在汽车装配生产的过程中对于夹具也是有一定的要求：首先，依据汽车本身的设计和焊接工艺要求来看，夹具的形状、尺寸以及精度是否达到设计要求和技术要求，这是不可忽视的环节，在焊装夹具设计中首先考虑的问题。在进行装配时应该使装配的部件或者零件与汽车的设计图纸中的位置保持一致并且用夹具加紧，同时调整位置，保证装配部件的位置准确夹具夹紧，以免在焊接时出现部件产生变形或者移动。因此，这就对焊接夹具提出了更高的要求。为了保证汽车焊接工艺顺利进行，提高生产效率和经济效益，工人操作方便，减少焊工作业的强度，保证汽车装配的精准度，提高汽车生产的质量。因此，在进行夹具设计时应该设计结构相对应简单，有良好的可操作性，制作和维修相对比较容易，出现夹具部件损坏时更换比较方便，成本相对比较经济合理的夹具。但是焊装夹具必须符合施工技术要求。在进行夹具焊接时，夹具结构应开敞，这样焊接设备比较容易接近工作位置，这样降低了工人的劳动强度，提高了生产效率[3]。
3 焊装夹具发展过程及目前的现状
焊装夹具的发展主要经历了以下三个时期：手工操作时期、半自动化时期、自动化时期。随着我国汽车工业和汽车制造技术的快速发展，汽车的设计理念也随之发生了一定的变化，焊装夹具的发展也发生很大的变化，很多汽车生产企业采用自能化的焊接工艺焊装机器人，这一应用使焊接夹具步入了自动化发展时期。下面我就简单的介绍一下焊装夹具发展的三个时期。
（1）手工操作时期。
随着我国汽车工业水平的提高，在汽车的生产过程中已经逐渐的使用焊装夹具设备，但是由于技术原因，这一时期的焊装夹具比较简陋，主要是手工操作時期。
（2）半自动化时期。
随着汽车制造业的水平不断发展和技术的提高，对于汽车焊夹具的要求也是越来越高，这一时期的汽车生产数量也是极具的上升，为了提高汽车生产的效率，减少劳动力，很多汽车生产企业都在汽车焊接的车间采用半自动焊装夹具。
（3）自动化时期。
随着汽车制造技术和科技的发展，汽车生产企业也随之不断的增加，很多国外的汽车生产企业也来分享中国汽车市场这块蛋糕。客户对汽车的质量的要求越来越高，为了满足这种市场要求和在日益激烈的市场竞争中占有一席之地，汽车生产进入自动化阶段，因此汽车部件焊接也随之步入了自动化阶段。
4 焊接工艺分析在夹具设计中影响
在夹具设计的时候，需要重点考虑的一个问题就是焊点工艺分布，我们只有对焊接工艺进行仔细的研究才有可能设计出经济适用的焊接夹具，在汽车的生产工艺中把车身冲压件在一定工艺设备中定位、定形并固定好组合成车身组件形成车体就是焊装夹具。汽车车身焊接夹具的作用就是能够保证汽车焊接工艺顺利进行，提高生产效率和经济效益，减少焊工作业的强度，保证汽车装配的精准度，提高汽车生产的质量。由夹具的作用我们知道 除了考虑焊点工艺分布还应该考虑焊接夹具的可操作性，因此在夹具设计过程中，用焊钳模拟在夹具平台上焊接过程，应当选用较为合适的焊钳电极。在保证接头强度和技术要求的前提下应尽可能减小搭边宽度，以减轻结构重量。为保证焊点质量，对焊点中心离边板最小尺寸要求。因此，我们在对夹具设计时，应该充分的考虑焊点工艺分布和焊接夹具的可操作性，由上述分析我们不难看出，焊接工艺分析在夹具设计中影响是很重要的，而夹具的自动化水平将很大程度上影响到焊接工艺，必须考虑焊接工艺来设计夹具，以能够保证焊接工艺能正常进行，装焊质量。减轻工人劳动强度，降低产品成本，提高劳动生产率[4]。
5 结语
在进行汽车焊接夹具的设计时，我们应该充分的考虑焊接工艺，因此焊接工艺在夹具的设计过程中起到了指导的作用，焊接工艺的确定是车身夹具设计的基础，在夹具设计生产时我们必须考虑的一个因素就是焊接工艺，在夹具设计的时候，需要重点考虑的一个问题就是焊点工艺分布，在进行夹具设计时应该设计结构相对应简单，有良好的可操作性，制作和维修相对比较容易，出现夹具部件损坏时更换比较方便，成本相对比较经济合理的夹具。合理的夹具设计能够保证焊接工艺的顺利进行，对焊接工艺的具体分析也能够找到夹具的设计理念，保证汽车焊接质量[5]。
参考文献
[1] 赵静，张俊华，李春植，等.汽车车身焊装生产线和焊装夹具简介[J].现代制造技术与装备，2007（1）.
[2] 熊晓萍.汽车车身焊接夹具运动机构浅析[J].现代制造工程，2005（1）：80-82.
[3] 杨握全.汽车装焊技术及夹具设计[M].北京：北京理工大学出版社，1996.
[4] 周志强，罗来军.汽车覆盖件焊装夹具设计参数库的开发[J].机械设计，2002（10）：26-29.
轴套钻孔夹具的设计 篇7
夹具是在金属机械加工中, 用以准确地确定工件在机床中的位置, 并将其夹紧, 以便进行正确的机械加工[1]。为了保证轴套上钻孔的加工精度, 选择内孔面作为主定位面, 一个端面作为次定位面, 并从另一端夹紧。这样不仅定位可靠, 还提高了加工精度。
1 夹具设计过程
1) 工件加工工序内容分析。工序内容:钻孔准8 (如图1) 。尺寸精度要求:孔的尺寸精度要求为未注公差。位置精度:孔的轴向位置尺寸及公差为56±0.1 mm, 径向位置要求是对基准A的对称度0.12 mm。工件材料:45钢, 调质硬度20~25HRC。加工设备:立式钻床Z525。加工刀具:锥柄麻花钻准8, 刀具材料为高速钢。
2) 开始绘图, 首先用双点划线画出工件图如图2所示。
3) 确定定位方案如图3 所示, 选择定位元件。圆孔4点定位用间隙配合的圆柱长心轴, 端面1点定位采用小端面定位方式。如图3所示, 孔轴的配合为
4) 确定导向装置, 如图4 所示。由于仅有钻孔工序, 所以选用固定钻套即可。钻套内孔配合, 外圆与钻模板的配合为。如图4所示, 钻套规格A8×20 (JB/T8045.1 -1999 标准) 。
5) 确定夹紧机构, 如图5 所示。此类心轴常采用螺旋夹紧机构, 在定位心轴上接一段螺纹, 加开口垫圈用螺母夹紧。要注意带肩螺母的最大直径要小于工件孔的直径, 以便于工件的拆卸。选择螺母为M16JB/T8004.1 -1999; 选择垫片为A16X60 JB/T8008.5 -1999。
6) 确定夹具体。定位心轴装在夹具体的孔中, 用螺母紧固, 为防止夹紧工件时心轴转动, 加一个平键止转, 如图6 所示。固定钻套装在钻模板上, 钻模板用3 个内六角螺钉固定在夹具体上, 用两个圆柱销定位, 如图7 所示。夹具体采用铸铁件, 也可以采用钢板焊接结构。最后画出夹具装配图样, 如图8 所示。
7) 装配图标注, 如图9 所示。标注夹具轮廓尺寸;标注夹具长、宽、高3 个方向的最大尺寸。标注夹具内的各配合尺寸:定位元件与工件的配合尺寸:心轴定位外圆与工件内孔配合尺寸为;钻套与麻花钻的配合尺寸为;钻套与钻模板的配合尺寸为;标注定位心轴与钻套之间的相对尺寸为56±0.02 (取工件公差的1/3~1/5) , 钻套中心与定位心轴的中心A基准的对称度为±0.02。标注定位心轴与夹具体的配合尺寸为
2 夹具的定位误差分析
1) 轴向定位误差分析 (孔中心与端面尺寸56±0.1) :
a.基准不重合误差 ΔB。夹具的定位基准与工序基准重合, 所以 ΔB=0。
b.基准位移误差 ΔY。因是平面定位, 基准位移误差是可以忽略不计的, 所以 ΔY=0。
c.即轴向定位误差ΔD=ΔB+ΔY=0。
2) 径向定位误差分析 (孔中心与基准A的对称度允差0.12) 。工序基准A是轴线, 定位心轴的定位基准也是此轴线, 两个基准重合, 无基准不重合误差。只存在基准位移误差:
a.基准不重合误差ΔB。夹具的定位基准与工序基准重合, 皆为孔, 所以ΔB=0;
b.基准位移误差 ΔY。定位心轴水平放置时, 销与孔表面单边接触, 基准位移误差按以下公式计算, ΔY= (TD+Td) /2= (0.025+0.025) /2=0.025。
c.即轴向定位误差 ΔD=ΔB+ΔY=0.025。
结论:ΔD=0.025 小于对称度公差0.12 的1/3, 说明定位方案可行。
3 夹紧力的分析
钻孔的切削力比较小, M16 螺纹的许用夹紧力可达5000N以上, 超过切削力的需要, 如果仅从夹紧力的角度考虑可以选用较小的螺纹。但由于工件的定位孔较大, 心轴较粗, 从结构上综合考虑, 选用M16 螺纹是比较合适的。
4 结语
在实际生产中, 经常会遇到轴套类零件钻孔加工, 通常会用心轴定位加工。本例中也是利用心轴进行主要定位, 然后利用零件一段面作为次定位面。实践证明, 这种加工方法简单易行, 保证了加工精度, 这种夹具设计思路可作为类似套筒类零件的钻孔加工[2]。
摘要：文中通过轴套类工件加工工序内容分析、确定定位方案、选择定位元件、确定导向装置、选择夹紧机构、设计夹具体、进行定位误差分析及夹紧力分析, 介绍了轴套类零件的钻孔夹具的结构及设计方法。
关键词：轴套,夹具,设计
参考文献
[1]何理瑞.快速加工中心孔的专用夹具设计[J].机床与液压, 2014 (42) :57.
鞋楦夹具设计方法研究 篇8
制鞋业是我国国民经济中的一个重要产业, 经过多年的发展, 已经有了相当的基础。我国虽然是制鞋大国, 但不是制鞋强国, 国内的制鞋工业仅靠廉价的劳动力、产量和规模的优势获取经济效益。国内鞋类产品在款式和质量上都不及国外, 因而在国际市场上缺乏有力的竞争。根本原因在于国内鞋业设计缺乏创新性和高水平的独立开发能力, 鞋类制作生产力落后, 自动化水平非常低, 很多工序尚未摆脱手工操作。技术的欠缺正越来越成为其发展的桎梏[1,2]。
而鞋楦的夹具设计正是利用现代科学技术改造传统制鞋业的一个重要方面。近十几年来, 学者们对表面几何形状规则的工件夹具的设计投入了大量的研究, 但对鞋楦这类表面为自由曲面的工件的夹具的设计研究非常少, 所以对鞋楦设计没有统一的规定。
本研究主要讨论鞋楦夹具设计的方法, 并提出运用CATIA软件二次开发功能进行鞋楦模型信息的提取, 从而得到一种新的曲面法向量计算方法, 对鞋楦夹具设计进行分析并提出初步方案, 并对鞋楦夹具布局和夹紧力进行同步优化设计。
1 鞋 楦
鞋楦是以人体脚的形状为依据, 用作设计皮鞋或其它品种鞋的模型和定型工具, 目前以塑料鞋楦为主。它的造型、材料、结构、精度与鞋的生产和质量都有着密切联系。在皮鞋的生产过程中, 很多工艺比如打磨、喷胶、烘干等都必须要有鞋楦在鞋腔内的支撑, 皮鞋的造型才能坚固。
鞋楦是一个由复杂的不规则的异形曲线和曲面所组成的自由型闭合曲面体, 如图1所示, 其外形轮廓不能由初等解析曲面构成, 也不能用简单的机械三视图来描述它[3]。
a—底面;b—底面的对立面;c—左后表面;d—右后表面;e—左前表面;f—右前表面
2 鞋楦夹具设计流程
根据夹具的实际设计过程, 本研究将鞋楦夹具的设计过程分为3个阶段:概念、优化设计和结构设计。将鞋楦夹具的概念和优化设计融合在一起, 可以更好的发挥数字化设计的优势, 减少夹具设计和试制的成本。
基于零件的数学模型以及Pro/E、ANSYS、CAD/CAM/CAE软件上的鞋楦现代夹具设计流程图如图2所示。本设计流程的特点是采用主模型原理, 建立统一的鞋楦夹具分析模型, 从概念设计、结构分析指导优化设计以及后面的环节都采用唯一的数学模型, 设计能够在虚拟状态下构思、设计、制造、测试和对产品进行分析, 以提前解决那些将在时间、成本、质量等方面产生的问题。
3 鞋楦表面信息提取
鞋楦表面信息主要包括采样点坐标和法向量, 本研究中的夹具设计中的夹紧点正是基于这两种数据。由于鞋楦表面是由复杂的不规则的异形曲线和曲面所组成的自由型闭合曲面体, 其外形轮廓不能由初等解析曲面构成。鞋楦表面难于用上述曲面、曲线方法表示出曲面函数, 且该方法计算复杂。而在本例中, 因为鞋楦CAD模型是已知的, 所以采取的是CATIA二次开发技术[4], 求取曲面上的点作为采样点, 并通过CATIA中自动计算功能计算该采样点相对于曲面表面的法向量。结合三维软件CATIA的二次开发功能来进行求取鞋楦表面信息, 操作方便, 且计算简单。程序主要的提取过程:
(1) 定义基本参数和变量。
用Initvars () 函数初始化全局变量, 设定偏移平面、偏移距离、主控元素、基准平面、参考平面、构造线等参数及变量。
(2) 创建主控元素MasterElement () 。
首先添加一个几何图形集“主控元素”, 用set命令在鞋楦模型坐标系中创建4个点, 根据三点确定一个平面的原理, 用AddNewPlane3Points通过空间三点对应建立相互垂直的两个基准平面, 分别为水平平面和垂直平面。
(3) 创建参考平面。
用添加偏移平面的命令AddNewPlane-Offset对水平方向和垂直方向上的基准平面分别进行偏移。偏移个数和偏移距离可以通过VB程序主界面输入框输入。本研究中水平偏移平面个数为n, 垂直偏移平面个数为m。
(4) 创建构造线。
通过AddNewIntersection相交命令首先对鞋楦表面和垂直偏移平面进行相交处理, 可以得到多组交线, 作为构造线。
(5) 创建构造点。
通过AddNewIntersection相交命令对 (3) 中所得到的水平偏移平面和 (4) 中的构造线进行相交处理, 得到本研究中所需要的采样点, 采样点个数为n×m, 且这些采样点均匀分布。
(6) 创建作为法向量的直线。
在采样点上通过AddNewLineNormal命令添加直线, 使直线通过采样点, 并垂直于曲面表面, 直线长度为一个单位, 则该直线的方向信息即为研究中所需要的法向量信息。
(7) 提取采样点坐标值和法向量。
最后通过CATIA函数GetCoordinates和GetDirection分别提取出采样点的坐标值和法向量, 并保存为文本文档输出。
鞋楦表面采样点坐标和法向量信息提取结果图如图3所示。
4 鞋楦夹具布局方案分析
鞋楦夹具方案设计主要是指概念设计阶段, 主要任务是根据鞋楦工件的表面形状和打磨喷胶等工艺要求, 分析具体的设计要求, 对鞋楦工件进行定位夹紧规划, 确定整个鞋楦夹具的定位元件和夹紧元件的布局方案。
鞋楦CAD模型如图1所示, 是通过三维设计软件CATIA生成的鞋楦几何模型。根据模型生成过程, 可以把鞋楦表面分解成6块自由曲面, 曲面a为鞋机打磨、喷胶等工艺的待加工面;b面是一普通平面;其余四面均为自由曲面。基于点的鞋楦模型理论可得, 主要的鞋楦表面特征点有两点:楦头点和楦尾点, 且c面和d面为近似对称面。
据鞋楦表面形状分析可得, b面可以用来作为定位面来使用, 但考虑实际鞋楦外形, 则作为加工面的鞋底表面上, 鞋楦头部和鞋楦尾部曲率有可能相差很大。所以假如用b面作为定位面, 有可能会导致鞋机打磨、喷胶时z轴方向移动范围较大, 而且可能导致鞋底曲率变化较大的地方无法加工, 所以在此不能选择b面作为定位面。考虑鞋机的加工需要, 通过鞋楦底面创建一个辅助定位面进行辅助定位。
鞋机提取出来的鞋底打磨、喷胶等工艺的轨迹线如图4所示, 根据鞋底加工轨迹上40个离散点的坐标值及法向量, 确定一个平面, 使加工轨迹上40个点到该平面的总距离最小。为了简化计算, 在本研究中, 取40个轨迹操作点的三维坐标平均值
在本研究中, 笔者采用形封闭定位夹紧原则[5,6], 夹具元件与零件保持点接触, 选择夹紧点的时候尽量要使夹紧点分布均匀。因为定位与夹紧的相互联系, 夹紧并非是工件完全定位后为防止定位被破坏而附加的夹紧元件提供的夹紧, 而是包含有定位与夹紧双重功能, 所以定位元件和夹紧元件可以是同一个夹具元件。且根据形封闭定义可知[7], 定位夹紧接触点数目m≥6+1=7。考虑鞋楦底面为加工面, 所以需从底面的对立面选取两点作为代替定位点。鞋楦定位夹紧布局安排步骤如下:
(1) 在c面和d面上分别选取近似的对称点作为辅助定位基准, 执行定位夹紧功能;
(2) 以鞋楦底面加工轨迹线建立的近似平面α为辅助定位面, 转化为待加工面上的点S1和点S2作为辅助定位点, 因为鞋楦底面为加工面, 所以在b面上选取一个定位点L1, e、f面上选择一个定位点L2;L1和L2分别为S1和S2对应的两点, 作为该鞋楦的主定位点进行定位, 执行定位后点S1和点S2撤去;
(3) 最后把鞋楦楦尾点作为第三定位点L3, 在e面和f面也分别选取夹紧点C3和C4夹紧。
鞋楦夹具布局图如图5所示。
根据研究中确定的夹具方案以及定位夹紧算法, 选定一组采样点L1、L2、L3, C1、C2、C3和C4。这些点的坐标值及此处的法向量 (指向零件) 如表1所示。
根据零件的确定性定位判定[8], 组成的雅可比矩阵J为:
通过矩阵的初等变换, 可得出矩阵J的秩R (J) =6, 并且这些点都符合上述的夹具设计方案, 所以可以作为合理定位夹紧点。
5 结束语
本研究针对如鞋楦等表面形状为不规则自由曲面的工件, 提出了一种基于CATIA二次开发的曲面鞋楦表面信息提取方法, 其表面采样点相对于曲面的法向量计算方法, 简单有效, 且操作方便。笔者还对鞋楦模型进行了分析, 根据形封闭原则确定鞋楦零件的定位夹紧方案, 并运用雅可比矩阵进行方案夹紧验证, 可以得出:提出的定位夹紧方案是符合要求的。
参考文献
[1]韦桂华.中国制鞋业面临五大挑战[J].中外鞋业, 2001 (10) :41-42.
[2]陶维, 史伟民, 陈赵颖.前帮机轨迹涂胶系统设计[J].机电工程, 2009, 26 (4) :12-14.
[3]徐从富, 刘勇, 蒋云良, 等.个性化鞋楦CAD系统的设计与实现[J].计算机辅助设计与图形学学报, 2004, 16 (10) :1437-1441.
[4]何朝良, 杜廷娜, 张超.基于CAA的CATIA二次开发初探[J].自动化技术与应用, 2006, 25 (9) :37-40.
[5]来新民, 陈关龙, 林忠钦, 等.薄板冲压件焊装夹具设计方法[J].机械科学与技术, 2000, 19 (5) :785-787.
[6]刘雯林, 熊蔡华.夹具的封闭性和工件的可分离性分析[J].华中科技大学学报:自然科学版, 2003, 31 (8) :7-9.
[7]熊有伦.点接触约束理论与机器人抓取的定性分析[J].中国科学A辑:数学, 1994, 24 (8) :874-883.
不停车切削夹具的设计 篇9
1 加工轴类零件常用的装夹方法
1.1 用单动卡盘 (俗称四爪卡盘) 装夹
由于单动卡盘的4个卡爪各自独立运动, 因此工件装夹时必须将加工部分的旋转中心找正, 并且与车床主轴旋转中心重合后才可车削。单动卡盘虽然夹紧力较大, 但找正比较费时, 所以适用于装夹大型或形状不规则的工件。单动卡盘可装成正爪或反爪2种形式, 反爪用来装夹直径较大的工件, 但如果用其来车削轴类零件, 找正时间比较长, 工作效率也不高。
1.2 用自定心卡盘 (俗称三爪卡盘) 装夹
自定心卡盘的3个卡爪是同步运动的, 能自定心, 适用于装夹外型规则的中、小型工件, 工件装夹后一般不需找正。但车削较长轴类零件的时候, 就很难保证其刚性和形位公差, 所以用自定心卡盘还是不太适合车削轴类零件。
1.3 用两顶尖装夹
对于较长的, 或必须经过多次装夹才能加工好的工件 (如长轴、长丝杆等的车削) , 或工序较多, 在车削后还要铣削和磨削的工件, 为了保证每次装夹时的装夹精度, 可用两顶尖装夹 (即前、后顶尖装夹) 。两顶尖装夹不需找正, 装夹精度高, 应用很广泛。但其装拆工件比较麻烦, 而且用两顶尖装夹工件, 必须在工件端面钻出中心孔。所以用来车削轴类零件也比较浪费时间, 生产效率难以保证。
1.4 一夹一顶装夹
一夹一顶装夹 (一端用卡盘夹住, 另一端用顶尖顶住) 轴类零件, 这种装夹方法刚性好, 能承受较大的轴向切削力, 但装夹比较麻烦, 而且用于多次装夹或精车时, 工件形位公差很难保证且比较费时。
2 不停车切削夹具的设计及工作原理
2.1 工作原理
不停车切削夹具是一种新型夹具, 这种夹具可以实现不用停机床就可以装拆工件, 且可实现批量生产。该夹具制造简单, 装拆比较方便, 省时、效率高, 可以减轻工人劳动强度, 可以弥补上述那几种装夹方法的不足, 在精加工中显出其优势。
不停车切削夹具工作原理见图1。
由图1所示, 其工作原理是将夹具锥体2装入车床主轴锥孔内 (夹具锥体的大小可以根据所用机床主轴的内锥大小来设定) , 启动车床。左手托住工件9, 使工件一端的中心孔先与活顶尖10接触, 右手摇动活顶尖手轮向前进给, 使工件的另一端中心孔先与定心顶尖7接触。放开左手继续进给, 3个卡爪口通过定心顶尖7后锥面的作用便将工件夹紧, 锁紧活顶尖手柄即可进行车削加工。加工完后, 松开活顶尖并后退, 工件便随着定心顶尖7在弹簧3的作用下前移, 使卡爪8自动松开, 工件即可卸下, 由此完成1个加工循环。
1-调力螺钉;2-夹具锥体;3-弹簧;4-小轴;5-开口销;6-限位螺钉;7-定心顶尖;8-卡爪;9-工件;10-活顶尖
图中的限位螺钉6起着防止定心顶尖7自转的作用。调力螺钉1可调节弹簧3的压力大小。
2.2 夹头的制作和使用过程中的注意事项
应当注意以下几点: (1) 夹具锥体2的锥度应与车床主轴内孔的锥度配作, 其表面要求精磨, 并按H8/h7公差带配合。 (2) 对于加工同轴度要求较高的工件, 应在加工前利用辅助工具和内圆弧刀, 将3个卡爪8的内外接触圆弧面修刮一下, 以保证装夹工件时的同轴度。 (3) 该夹头不宜装夹直径较大的工件或车削大直径的外圆。
3 结束语
实际生产中使用上述不停车切削夹具, 收到了很好的效果, 零件质量合格率达98%以上, 零件加工时间比原来制定的工时数大大减少, 生产率成倍提高, 节约了能源和财富。
摘要：针对轴类零件的精加工, 设计出不停车切削夹具。经实践证明, 不停车切削夹具不但制造简单, 而且在车削批量零件时, 可以大大提高生产效率, 加工质量也得到了保证。
机床夹具设计方法的应用 篇10
关键词：机床,作用,设计方法
机床夹具是在进行机械制造时, 用于固定工件的一种装备, 在机械生产中发挥着重要的作用。工业企业生产的工件, 对尺寸、规格有很严格的要求, 很小的偏差就会造成工件不能使用, 给后续的操作带来不便。机床夹具的使用可以减少工件不合格的几率, 在对工件进行作业时, 将工件固定在机床夹具内, 可以方便作业, 保证生产的工具满足生产的要求。
一、机床夹具的作用
机床夹具在生产工件时有很重要的作用, 主要体现在以下方面:
首先, 使用机床夹具可以保证工件的加工精度, 我们知道, 机械产品的规格要求比较严格, 有些工件的尺寸较小, 可是又是机械设备中必不可少的, 传统的手工生产很难保证规格不出现偏差, 使用机床夹具就可以有效的避免尺寸不准确的问题, 因为将需要加工的工件固定的夹具内, 能够精准的确定刀具和机床的位置, 保证生产的产品准确无偏差。
其次, 使用机床夹具可以提高生产效率, 减轻工作人员的劳动强度, 使用机床夹具可以很快速的将需要加工的工件加紧, 进行加工操作, 不会进行其他的辅助操作, 节约时间。现在采用的机械、气动、液压夹具装置可以大大的减轻工人的劳动强度, 提高工作效率。
最后, 可以扩展机床的使用范围, 许多工件的加工都可以采用机床夹具的模式来完成, 不管尺寸多少, 规格怎样, 只需要选择恰当的夹具。例如传统的生产镗具的时候需要用到镗床, 现在只需要在机床上加入镗模就可以, 是机床具有了镗床的功能, 从而扩宽了机床的使用范围。
二、机床家具设计方法的应用
(一) 机床夹具的总体设计思路
首次要明确产品的要求, 协调好各工序之间的生产程序, 让生产能够流畅顺利的进行, 对于生产时间短, 用量大的工件可以一次夹装多个, 以保证各环节的平衡。
其次, 要精准的确定夹具的规格, 要保证生产出的产品准确无误, 在产品生产的过程中, 也要保证生产夹具体和加工工件的生产的流程中, 没有碰撞, 以防止夹具之间碰撞造成损伤。另外的生产的过程中, 也要注意机床的使用极限, 不能盲目的追求效率而不注重质量, 极限作业就造成机床生产的精度下降, 影响产品的质量。
再次, 要保证夹具的刚性, 工件的加工生产完全依靠夹具的形状, 因此夹具的质量直接影响着工件的质量, 在选择夹具材质时, 要选择刚性较强的, 防止夹具在多次的使用中出现变形, 影响生产。
最后, 夹具的基准要统一, 夹具调校基准、对刀基准和工件测量基准是夹具设置基准的几个方面, 在夹具安装的期初, 就需要把这些基准调整好, 以保证工件的精确生产。
(二) 机床夹具的定位设计
夹具是连接机床和工件的只要设备, 我们使用夹具的目的是为了精准的确定工件在机床中的几何位置, 因此做好机床夹具的定位设计是很有必要的, 稍微的偏差就会造成工件在机床中的位置不准确, 从而影响产品的质量。工件定位中有完全定位、不完全定位、欠定位和过定位几种方式, 不同的机床可以根据生产的工件的要求选择不同的定位方式。在确定工件规格以后, 就要选择恰当的夹具定位方式, 并合理的进行夹具定位设计, 以保证产品的顺利生产。定位原件的选择也是很重要的, 最好是应用强度大和刚性强的材质, 不易磨损, 在工件的加工过程中会有粉屑产生, 定位原件也要具备较好的防尘、防屑效果。生产不同的工件需要的夹具是不一样的, 因此定位原件要便于拆装, 方便更换定位原件, 进行不同的工件生产。
(三) 机床夹具的加紧设计
机械加工中所生产的工件的材质一般比较硬, 所需要的切削力比较大, 因此对于夹具的夹紧力也要求较高, 现阶段夹具采用的加紧力源主要有机械力源、液压力源和气动力源。首先, 要确定夹紧力的作用方向, 这样可以轻松的进行夹紧力增大或减小的操作。夹紧力的大小要控制得当, 因为太小会夹不住工件, 不便于进行工具操作, 夹紧力太大, 可能会造成工件变形, 所生产的工件也会不符合要求。其次, 选择合理的加紧位置, 要选择刚性好、部件厚的部位加紧, 否则容易造成工件的损伤。同时加紧力要靠近加工的部位, 但是也要与刀具保持一定的距离, 防止在工件的加工过程中, 夹具也被刀具加工的现象发生。
三、结语
总之, 机床夹具在机械生产中发挥着重要的作用, 企业要根据自己的生产需要合理的设计夹具, 让其更好的为生产服务。
参考文献
[1]唐敦兵, 钱晓明, 王晓勇, 楼佩煌.公理化设计矩阵与设计结构矩阵同步演化机制研究[J].计算机集成制造系统, 2007 (08) .
[2]高卫国, 徐燕申, 陈永亮, 章青.广义模块化设计原理及方法[J].机械工程学报, 2007 (06) .
[3]姜莉莉, 习小英, 李敏, 李宗斌.基于多色集合理论的夹具概念设计研究[J].中国机械工程, 2006 (08) .
关于汽车焊接夹具设计的初步探讨 篇11
在对汽车车身进行装配工作时，通常都将夹具叫做装配夹具。我们都知道，装配夹具的组成包括样板设备、装配件设备、型架设备以及与之相关的装配台设备等，这些与基础设备位置装配定位方式相关的夹具工作都主要依靠获取零件来完成，在进行焊接工作时为了满足产品装配的要求以及汽车的使用要求，在开始焊接前的定位焊操作中都需用到上述设备。
一、汽车焊接线车身主检具特点与要素分析
汽车的闭合件、车身翼子板和汽车的内部外部装饰组合而成的形式叫做汽车车身自检，借助这种组装方式能够比较准确的确定各个零件的安装位置、零件安装间隙、两个零件之间的形面高差。并且在整个基础上能够对已运行的相应零件及零件功能进行科学的检测。借助汽车车身主检设备完成车体规格和使用效果检查时，各种零件的基础工作情况都比较稳定，但是也不能忽略有关校正问题，要及时发现并对实物或模型进行调整。
通过上述方式能有效的减少汽车车身产品开发所需的生产周期，同时还能提高零件质量，降低零件生产的误差。零件供应商在供给零件时一般都要对供货质量进行检查，然后才能对装配工艺有一个深入的了解并加以研究。开始生产前必须进行严格的检查，以便于及时发现、解决问题，减少不必要的损失。我们还应该知道，现今的供应商较多，在零件制作上已不会出现太大的问题。可是在实际工作中，还要受到我国汽车开发现状的制约，不过主检具已开始在我国得到推广并有着良好的发展态势。
二、装焊夹具的具体作用要点分析与概述
在对车身进行焊接时，各个车身零件的夹紧及定位工作都需要借助相应的装焊夹具才能完成，因为只有使用这些设备，才能使车身组件分总成及车身组件总成都能超过规定的标定位置，还能保证两者一直维持原有的几何形态。装焊夹具的质量决定着焊接施工能否顺利进行，在选择焊枪时，如果使用了反作用焊枪则能对有关机构系统起到预订支撑装置的作用，然后再进行焊接连接位置的压紧工作，这样才能保证后面的焊接能顺利完成。焊接夹具的质量越高，则装配耗时越短，工作效率越高，所以，在焊接工作中，一定要保证焊接夹具的高质量。
三、装焊夹具在整体系统结构中主要特点分析
定位零件的形态、种类都较多，对精度也有较高得到要求，所以设计起来有较大的难度。汽车车身零件的冲压件几乎都是曲面，这种曲面冲压件的形态较繁复但其刚性比较小，深度加工时容易发生变形。所以在开展夹具定位工作时，一定要先确定好操作定位面，一般定位面都选取在车身的断面。为使汽车车身的装配精度能够符合有关标准，我们就要选择零件表面和车身定位表面一致的零件。所以，最好使用装焊夹具远近定位表面仿形定位方式来完成焊接操作，这样能够借助数控加工设备对零件的最终形态和规格进行较准确的确定。夹紧设备处于敞开状态能使后面的续焊夹具制件操作更便捷，装焊焊接时要本着循序渐进的原则。把零件准确排放在夹具的相应位置，等到焊接工作结束后，夹具车身组件也已经被拿出，分总成及总成件也大致成形。
四、焊接夹具的设计方法及流程分析
开展夹具焊接的基础设计之前，一定要尽快熟练了解生产设计纲领、产品自身的特性、生产工艺、具体生产流程，还要保证所掌握的设计纲领的准确性。此外，要善于收集国内外与此有关的信息，更好的掌握这类技术的特点和各种设备的结构、使用功能及普遍性问题。还要根据制定的生产计划、产量要求，来科学的确定夹具的复杂程度和自动化程度。还应对具体焊件的形态、质地、规格和复杂程度进行实地考量，以准确选择其结构形式。然后科学的选用焊接方法，也就是科学控制焊接设备的运行，焊件的规格和夹压部位。根据冲压件的焊接特征和后面的工作需要，合理确定关键点和定位点。还要根据工件的流向，将夹具的各种辅助装置、传送装置、承托装置等连接起来。主体结构确定完毕后，还要确定辅助装置，包括设计所需的水、气、电等。设置快速接头时要严格按照规定，还要对气动元件盒覆盖件外部焊点的铜板科学的安排。在整个操作过程中还要时刻保证操作的安全性。
五、装焊夹具的构成和相关要求
5.1 夹具地板
一般情况下，汽车焊接夹具由夹具地板定位设备、夹紧设备、测量仪器和辅助系统组成。其中夹具地板是最基本的组成，对精度有较高的要求，这是为了避免其影响定位设备的工作。因此，对工作地面的平整度和光滑度要求近乎苛刻。夹具地板是夹具进行自身测量的基准装置，因此在设置夹具地板时，要留有合适的空间来安装测量装置的基准槽和基准孔，这样能使实际测量工作更加方便。
5.2 定位装置
汽车中的定位装置结构包含多种定块，例如：固定销定块、插销定块、挡铁定块和依据据焊件实际形状确定定位块等。焊接夹具工作时的频率较高、应用范围也较广，所以要求定位元件有较好的刚度及硬度。为了使调整、更换定位元件的工作更便捷，一般都将定位机构装置成组合可调式。所以，一旦确定某个定位元件的具体形状，就可以将其用于多个车型，这样还可把定位元件设计成标准通用系统元件。各个汽车的结构差异是很大的，特别是重、中、轻、微型车之间，所以，要根据车型来科学的确定各种焊接夹具的标准，以满足不同车型的需求。
5.3副车架下板分总成焊接夹具设计制作应包括工装旋转台，工装能够在旋转台上快速安装、拆卸。
5.4副车架总成焊接工装包含夹具安装架，保证焊接时焊枪的可达性及可操作性。
5.5工装局部结构设计时，必须保证定位端部（工装基准）的刚性，使用30Kg的力向下压时，定位端部的变形量应该在0.1mm以下。
5.6焊接工装采用模块化、标准化设计制造，采用SMC品牌气动元件，工装气动机构主动防护工装定位面或定位孔。所有气缸带有缓冲装置，并装有消声器。
5.7工装设计要充分考虑工件定位及焊接工艺性，保证最小的焊接变形，各压紧机构均带有死点，每个机构连接的定位点或压紧点最多不超过2个。
6 结束语
综合本文论述，焊接流水线生产工作的顺利与否与夹具结构的合理程度有着极大的关系，焊接耗时也受此影响，所以必须选择结构合理的夹具，这样才能保证生产质量，提高生产效率。笔者分析了汽车焊接施工的特点和发展现状，并对汽车焊接夹具的设计理念和方式进行了详尽的阐述。
参考文献
[1]赵静，张俊华，李春植，邓早春.汽车车身焊装生产线和焊装夹具简介[J].现代制造技术与装备，2007（01）：44-46.
[2]张无忧.焊接夹具影响车身制造精度[J].现代零部件，2010（05）：15-17.
衬套夹具的设计与加工 篇12
1.1 设计的准备
分析零件图形。 (1) 需要加工的零件如下图, 零件为常见的轴承衬套。 (2) 分析零件的需设计夹具的工序, 本工序要求铣外形Φ78X3-R6X3-R10及加工3-Φ20如图, 半成品件为加工好的内外径, 加工好3-Φ7孔, 加工余量不大。使用机床为立式加工中心。 (3) 所使用的刀具为专用刀具。
1.2 夹具的总体设计
1.2.1 定位方案的的选择。
从分析工序图可知, 被加工面的是主要的位置要求是3-Φ20孔与基准位置度Φ0.1。从保证这项加工要求出发, 选取第一定位基准有二种方案:选用平面C或选用平面A。以平面C为第一定位基准消除三个不定度的最大优点是可以获得最大的支撑面积, 使定位稳定。因为平面C是工件上的一个最大平面。选用平面C为定位基准的一个缺点是不符合基准重合原则 (尺寸1.3的起始面为A面) 。当然, 若在前面平面加工中能保证平面C与平面A之间 (工序基准) 达到较高的位置要求, 则也不必一定追求基准重合。以C为定位面, 消除X、Y旋转及Z向移动了三个不定度。以平面A作为第一定位基准的优点是符合基准重合原则。其不足之处是支撑面积较小, 定位不稳定。对于第二和第三定位基准问题, 也有两种方案可供比较。一种方案是以内孔为第二定位基准, 这样不符合基准重合。另一种方案是以外径Φ74定位。消除X、Y移动两个不定度。以未加工的R6毛坯面为第三定位基准, 这样定位不可靠, 另一种方案是为Φ7为第三定位基准用菱形销或插棒定位, 消除Z向旋转一个不定度。
1.2.2 对定方案的确定。
为了使夹具与机床保证正确位置, 夹具体应设计出拉直找正基面, 中心则找正夹具定位止口。
1.2.3 夹紧方案的选择及夹紧机构设计。
夹紧装置的结构与空间位置的选择取决于工件形状, 工件在加工中受力情况, 以及对夹具的生产率和经济性等方面要求, 其复杂程度应与生产类型相适应。夹紧力的方向应作用在定位支承上。夹紧力作用点应考虑工件上的结构特点, 选在刚度较高的部位。因此, 应当以作用在与C面相连的部位为宜, 这样可以避免工件变形而影响加工精度。由于生产规模属于小批量生产, 工件尺寸小, 夹紧机构不宜太庞大, 所以选用螺旋夹紧机构。同时考虑到操作迅速和便于装卸工件, 采用了移动压板。为了便于加工内形及外形采取倒换压板。
1.2.4 设计夹具体, 形成夹具总图。
夹具体应能保证夹具的整体刚度和强度, 在此前提下, 要尽量减轻重量。通过夹具体将定位元件、对刀元件及夹紧装置联系成一个整体。夹具体还用于保证夹具相对于机床的正确位置。夹具体应有足够的强度、刚度和制造精度, 为了提高夹具的制造工艺性, 夹具体很少做成整体的, 而是分成底座、立柱等零件, 它们之间用螺钉和销钉进行连接和定位。
1.2.5 确定夹具的主要尺寸、公差和技术要求。
如图为夹具设计总图
1.3 夹具零件的设计
1.3.1 关键件材料的选择。
因为是单件小批生产, 对于夹具中的定位元件及底板均采用中碳钢45#钢, 热处理硬度为HRC33-38。定位面及定位止口的精度平行垂直0.01, 表面粗糙度为0.8。
1.3.2 防护措施。
为了防止夹伤零件, 不宜使刚性压板直接与零件接触, 防止压伤零件, 通常使在接触面上焊一铜层, 采用铣削方式使其表面粗糙度Ra在1.6以下。
2 夹具的加工
2.1 零件加工方案
2.1.1 内磨磨削定位止口。
(1) 首先将工件两平面在平面磨床上磨平行0.01内后, 装夹在主轴的卡盘内, 或用磁力吸盘吸住, 然后以内圆柱及端面为基准找正后, 紧固各卡爪。 (2) 经过调整后, 砂轮作横向进给, 工作台作纵向进给, 进行试磨, 试磨时进给量要小, 待工件磨圆后, 检查圆度正确与否。如有误差应进行调整, 再试磨, 直到圆度符合技术要求为止, 然后再正式磨削内孔即可。 (3) 为防止变形, 粗精磨分开进行, 粗磨后重新校正, 然后精磨。每磨削一会儿, 就停车用冷却水在外部冷却, 后继续磨削。 (4) 测量时用内径勾子表测量, 用块规为测量对表件。
2.2.2 角向孔的加工。
首先拉直B基准面, 找正内圆中心, 旋转主轴使千分表在内圆面Φ74上沿周旋转, 调整主轴位置, 直到千分表在整个旋转圆周上的读数都是一样为止, 此时, 主轴中心轴线便通过中心。然后按坐标尺寸移动机床工作台, 使主轴中心轴线到达Φ6+0.012孔的位置, 即镗孔位置。孔镗合格后, 用内径表量内径大小, 在三坐标测量机上检验位置度。
3 结束语
设计夹具时, 不但要满足夹具的使用性能, 而且还要考虑夹具零件的结构工艺性。为了获行良好的工艺性, 设计夹具零件时, 应注意如下几项原则: (1) 便于安装。即便于准确地定位、可靠地夹紧。例如, 增加工艺凸台, 增设装夹凸缘或装夹孔, 改变结构或增加辅助安装面。 (2) 便于加工和测量。例如, 刀具的引进和退出要方便, 尽量避免箱体内的加工面, 凸缘上的孔要留出足够的加工空间。尽可能避免弯曲的孔, 必要时留出足够的退刀槽、空刀槽或越程槽。 (3) 利于保证加工质量和提高生产效率。例如, 有相互位置精度要求的表面, 最好能在一次安装中加工。同类结构要素应尽量统一。 (4) 提高标准化程度。例如, 尽量采用标准件, 应能使用标准刀具加工。 (5) 合理地规定表面的精度等级和粗糙度的数值。 (6) 既要结合本单位的具体加工条件, 以要考虑与先进的加工方法相适应。
参考文献
[1]王志平.磨工[M].机械工业出版社, 1987.
【夹具设计】推荐阅读：
基于机床夹具设计08-15
夹具毕业设计07-16
钻床夹具毕业设计07-06
拨叉夹具的课程设计06-02
机械夹具设计毕业论文08-15
焊接夹具设计及标准化05-23
夹具装配05-31
磨削夹具07-05
夹具优化08-24
快速夹具08-25