【導(dǎo)讀】發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的心臟，其制造質(zhì)量直接影響著汽車的使用性能。要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能，就必須控制發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中關(guān)鍵零件的加。工精度與加工質(zhì)量。件的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，對(duì)汽車行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。線，這種途徑在今天已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展。由于缸體各個(gè)結(jié)合面面積較大，且有較高的位置精度和粗糙度的要

　　

【正文】 會(huì)松動(dòng)、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 （ 1）對(duì)刀 調(diào)整刀具切削刃相對(duì)工件或夾具的正確位置。 （ 2）導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板和鉆套能迅速確定鉆頭的位置并引導(dǎo)其進(jìn)行鉆削。 夾具的分類 夾具的通用特性是夾具分類的主要依據(jù)，目前我國(guó)常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動(dòng)生產(chǎn)夾具五大類。 （ 1）通用夾具 通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、無(wú)需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用以裝夾不同工件的夾具。如三爪自定心卡盤(pán)、四爪單動(dòng)卡盤(pán)、機(jī)用平口虎鉗和萬(wàn)能分度頭等。這類夾具主要用于單件小批量生產(chǎn)。 （ 2）專用夾具 指專為某一工件的某一加工工序而設(shè)計(jì)制造的夾具。其結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，主要用于固定產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。 （ 3）可調(diào)夾具 包括通用可調(diào)夾具和成組夾具，它們都是通過(guò)調(diào)整或更少元件就能 加工一定能夠范圍內(nèi)的工件，兼有通用夾具和專用夾具的優(yōu)點(diǎn)。通用可調(diào)夾具適用范圍較寬，加工對(duì)象并不十分明確；成組夾具是根據(jù)成組工藝要求，針對(duì)一組形狀及尺寸相似、加工工藝相近的工件加工而設(shè)計(jì)的，其加工對(duì)象和范第五章 夾具的設(shè)計(jì) 25 圍很明確，又稱專用可調(diào)夾具。 （ 4）組合夾具 是指按一定的工藝要求由一套預(yù)先制造好通用標(biāo)準(zhǔn)元件和部件組裝而成的夾具。適用于數(shù)控加工、新產(chǎn)品的試制和中、小批量的生產(chǎn)。 （ 5）自動(dòng)化生產(chǎn)用夾具 自動(dòng)化生產(chǎn)用夾具主要分為自動(dòng)化夾具和數(shù)控機(jī)機(jī)床用夾具兩大類。 夾具的組成 雖然各類機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)有所不 同，但各類夾具的基本組成卻類似，機(jī)床夾具一般由以下基本組成部分。 （ 1）定位元件 定位元件是夾具的主要功能元件之一，用于確定工件在夾具中的正確位置。定位元件的定位精度直接影響工件的加工精度。 （ 2）夾緊裝置 夾緊裝置也是夾具的主要功能元件之一，夾緊裝置用于保持工件在夾具中的既定位置，保證定位可靠，使其在外力作用下不致產(chǎn)生移動(dòng)，包括夾緊元件、傳動(dòng)裝置及動(dòng)力裝置等。 （ 3）夾具體 夾具體是夾具的基本骨架，通過(guò)它將夾具的所有元件構(gòu)成一個(gè)整體。 （ 4）其他組成部分 如連接元件、對(duì)刀與導(dǎo)向裝置等。 定位精度的分析 定位誤差是工件在夾具或機(jī)床上定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。 （ 1）由于工件的定位表面或夾具上的定位元件制作不準(zhǔn)確引起定位誤差，成為基準(zhǔn)位置誤差。 （ 2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。 ：幾何方法和微分方法。 工件夾緊裝置的要求和選擇 工件夾緊裝置的要求 夾緊裝置是夾具的重要組成部分，它用來(lái)保持工件定位時(shí)所確定的正確加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力 等作用下發(fā)生移位和振動(dòng)。第五章 夾具的設(shè)計(jì) 26 在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)注意滿足一下要求： （ 1）在夾緊過(guò)程中應(yīng)能保持工件定位時(shí)所獲的的正確位置。 （ 2）夾緊力大小適當(dāng)。夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)能保證在加工過(guò)程中工件不產(chǎn)生松動(dòng)或者振動(dòng)，同時(shí)又要避免工件產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)淖冃魏捅砻鎿p傷。夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)有自鎖作用。 （ 3）夾緊裝置應(yīng)操作方便、省力、安全。 （ 4）夾緊裝置的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該力求簡(jiǎn)單、緊湊，并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。 夾緊力的確定 （ 1）夾緊力的方向應(yīng)有利于工件的準(zhǔn)確定位，而不 能破壞定位。 （ 2）夾緊力作用方向應(yīng)盡量與工件剛度大的方向一致，以減小工件夾緊變形。 （ 3）夾緊力方向應(yīng)盡量與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力。 （ 1）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)正對(duì)支承元件或位于支承元件所形成的支撐面內(nèi)，以保證工件已獲得的定位不變。 （ 2）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)處于工件剛性較好的部位，以減小工件夾緊變形，保證加工精度。 （ 3）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面，以減小切削力對(duì)工件造成的翻轉(zhuǎn)力矩。 估算夾緊力的一般方法是將工件市委分離體，并分析作用在工件 上的各種力，再根據(jù)力系平衡條件，確定保持工件平衡所需最小夾緊力，最后將最小夾緊力乘以以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，即得到所需夾緊力。 夾緊裝置動(dòng)力方案選擇 一般夾緊裝置的動(dòng)力提供裝置有氣壓動(dòng)力、液壓動(dòng)力、電動(dòng)、氣液聯(lián)動(dòng)裝置。 現(xiàn)代高效率的夾具，大多數(shù)都是采用機(jī)動(dòng)夾緊方式。因此，對(duì)其夾緊力源選擇也有了較高的要求，主要有一下幾種： 氣壓動(dòng)力夾緊裝置 氣壓動(dòng)力裝置：是通過(guò)壓縮空氣的方式來(lái)提供動(dòng)力。 第五章 夾具的設(shè)計(jì) 27 氣動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn) （ 1）工作介質(zhì)獲取容易 .工作介質(zhì)為空氣，能夠在大氣中獲取 .同時(shí)用過(guò)的空 氣能夠直接 排放到大氣中去，處置便當(dāng)。而且能夠應(yīng)用空氣的可緊縮性貯存能量，集中供氣。 （ 2） 輸出力和速度調(diào)理容易。氣缸動(dòng)作速度普通為 50500mm/s，工作壓力 。 （ 3） 氣動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、維修便當(dāng)，管路不易梗塞，也不存在介質(zhì)蛻變、補(bǔ)充改換等問(wèn)題 。 （ 4）壓縮空氣具有粘度小、不污染，傳送分配方便。 氣動(dòng)裝置缺點(diǎn) （ 1） 由 于 空氣具有可樂(lè)縮性 .因而傳送運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性差 . （ 2） 系統(tǒng)工作壓力低 ()又因構(gòu)造尺寸不易過(guò)大，因而氣缸的愉出推力不可能很大。 （ 3） 排氣聲音大，需加消聲器 。 （ 4） 氣壓傳動(dòng)的傳送效率還比擬低。 液壓動(dòng)力夾緊裝置 液壓動(dòng)力裝置： 是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件做功 。 液壓裝置優(yōu)點(diǎn) （ 1） 易于完成無(wú)級(jí)調(diào)速。經(jīng)過(guò)調(diào)理流量就能夠完成無(wú)級(jí)調(diào)速，而且 磁翻板液位計(jì) 調(diào)速范圍大，最大可達(dá) 2021:1，容易取得極低的速度 . （ 2） 傳送運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)?？恳簤河偷倪B續(xù)活動(dòng)傳送運(yùn)動(dòng)，液壓抽簡(jiǎn)直不可緊縮，且具有吸振才能，因而執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 （ 3） 承載 能力 大。液壓傳動(dòng)是將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū) 動(dòng)執(zhí)行元件做功的，因系統(tǒng)很容易取得很大的液壓能，因而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件做功的機(jī)械能也大，即承載才能大。 （ 4） 元件運(yùn)用壽命長(zhǎng)。因元件在油中工作，光滑條件充沛，可延長(zhǎng)其運(yùn)用壽命。 （ 5） 易于完成過(guò)載維護(hù)。液壓傳動(dòng)采取了多種過(guò)載維護(hù)措施，能自動(dòng)避免過(guò)載，防止發(fā)生辜故。 （ 6） 易于完成規(guī)范化、系列化和通用化。 （ 7） 體積小、質(zhì)量輕、構(gòu)造緊湊。 液壓裝置的缺點(diǎn) （ 1） 傳動(dòng)比不準(zhǔn)確 .由于運(yùn)動(dòng)零部件間會(huì)產(chǎn)生一定的走漏，加上液壓油并非絕對(duì)不可壓縮，從而招致使傳動(dòng)比不如機(jī)械傳動(dòng)準(zhǔn)確。 （ 2） 不易完成 遠(yuǎn)間隔傳送動(dòng)力 .當(dāng)采用管路傳輸液壓油而傳送動(dòng)力時(shí)，由于第五章 夾具的設(shè)計(jì) 28 存在較多的能量損失 (走漏損失、摩擦損失 )，故不易遠(yuǎn)間隔保送動(dòng)力。 （ 3） 油溫變化時(shí)，液壓油粘度的變化會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定工作 。 (4)液壓油 可能出現(xiàn)泄漏，造成污染 。 (5)發(fā)作毛病不易檢查與掃除。 (6)液壓元件制造精度請(qǐng)求高 。系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)程度請(qǐng)求高 。 氣液聯(lián)動(dòng)動(dòng)力夾緊裝置 氣液聯(lián)動(dòng)裝置： .氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)力源直接取自主管線的高壓天然氣，經(jīng)過(guò)濾后無(wú)需采取任何減壓措施，直接通過(guò)高壓梭閥和單向閥進(jìn)入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存。采用集成模 塊、大流量、高壓設(shè)計(jì)技術(shù)，使較少的控制元件承受高壓 氣液聯(lián)動(dòng)裝置優(yōu)點(diǎn) 氣液聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)具有傳動(dòng)剛性強(qiáng)、不易壓縮、傳動(dòng)平穩(wěn)、易于密封等眾多優(yōu)點(diǎn)；傳動(dòng)中的高壓氣體具有壓縮性大，體積較小、易于蓄能的優(yōu)點(diǎn) 。 氣液聯(lián)動(dòng)裝置缺點(diǎn) 有膨脹顫動(dòng)、傳動(dòng)不平穩(wěn)、容易泄漏 ，設(shè)備精度要求高，技術(shù)要求高，不易控制，制造成本高，經(jīng)濟(jì)性差。 針對(duì)于缸體的加工，采用加工中心加工時(shí)考慮到技術(shù)、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)方面的要求，我們一般不采用氣液聯(lián)動(dòng)裝置。多采用氣動(dòng)或液動(dòng)裝置。 液壓動(dòng)力裝置與氣壓動(dòng)力裝置相比較優(yōu)點(diǎn)有 （ 1） 工作介質(zhì)為液壓油，工作壓力為 6MPa（ 35MPa），采用液壓油缸，油缸尺寸小，夾緊裝置緊湊。 （ 2） 液壓油具有不可壓縮性，動(dòng)力傳動(dòng)平穩(wěn)。 （ 3） 液壓夾緊裝置噪聲小。 （ 4） 液壓裝置承載能力大。 本次設(shè)計(jì)對(duì)缸體進(jìn)行切削加工，工件體積較大，切削力較大，加工精度要求高，并且采用數(shù)控加工中心進(jìn)行加工，而液壓動(dòng)力裝置比較氣壓動(dòng)力裝置由以上優(yōu)點(diǎn)。因此，這里我們選用液壓動(dòng)力裝置來(lái)提供夾緊所需動(dòng)力。 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇 我們對(duì)下缸體進(jìn)行加工 OP10 時(shí)以以缸體缸孔壁、曲軸孔等毛坯基準(zhǔn)點(diǎn)為定位基準(zhǔn)，在曲軸孔處我們采用兩組半球?qū)Ω左w進(jìn)行對(duì)稱定位， 限制工件上下移動(dòng)和左右翻轉(zhuǎn)，再通過(guò)液壓夾具和止推銷對(duì)缸壁進(jìn)行夾緊，因此，為了保證工件定位精度，必須保證個(gè)定位點(diǎn)同時(shí)定位夾緊，這樣工件就不會(huì)因?yàn)槭芰Σ痪鶎?dǎo)致工件變形和移動(dòng)。 因此，我們選擇齒輪和齒條傳動(dòng)的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)如圖 51。液壓推動(dòng)回轉(zhuǎn)自動(dòng)壓板，齒輪是壓板的一部分轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪即實(shí)現(xiàn)壓板夾緊和松開(kāi)。不僅可以使各定位點(diǎn)第五章 夾具的設(shè)計(jì) 29 同時(shí)進(jìn)行夾緊，操作簡(jiǎn)單，減少裝夾時(shí)間，簡(jiǎn)化夾緊機(jī)構(gòu)，而且可以保證定位精度。 圖 51 齒輪齒條聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) 切削力和夾緊力的計(jì)算 我們加工的 WD615 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體是鑄件，材料是鑄鐵，進(jìn) 行切削加工時(shí)切削易脆斷，切削過(guò)程中切削力集中于切削刃處很小區(qū)域，作用在刃口上的局部壓力大，因此要求切削刀具材料強(qiáng)度和韌性較好，抗沖擊能力強(qiáng)，耐磨性好。 YG 類合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金YG3X、 YG6X 在含鈷量相同時(shí)，比中晶粒的硬度和耐磨性要高，適用于加工一些特殊的硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、鈦合金、硬青銅和耐磨的絕緣材料等。因此，我們選擇刀具 YG6X。 刀具牌號(hào)： YG6X（硬質(zhì)合金刀） 刀具有關(guān)幾何參數(shù)： 000 5 ~8? ? 000 6 ~8? ? 005 ~ 20? ? 63D mm? f ? 由參考文獻(xiàn)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 129 可得切削力的計(jì)算公式： 1. 1 0. 72 1. 1 0. 9C p p z PF C a f D B Z K?? 式（ ） 3pa mm?min/20z r?第五章 夾具的設(shè)計(jì) 30 查參考文獻(xiàn)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 1210得： 對(duì)于灰鑄鐵： ()190p HBK ? 式（ ） 取 210HBS? ， 即 ? 所以 : 1. 1 0. 72 1. 1 0. 929 4 4. 5 0. 18 63 60 6 1. 1 26 33 .5 ( )CFN ?? ? ? ? ? ? ? ? 由 參考文獻(xiàn)《金屬切削刀具》表 12 可得： 垂直切削力 ： 237 ( )C N CF F N?? 式（ ） 背向力： 144 ( )PCF F N?? 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即： KW K F?? 式（ ） 安全系數(shù) K可按下式計(jì)算： 0 1 2 3 4 5 6K K K K K K K K? 式（ ） 式中： 06~KK為各種因素的安全系數(shù)，見(jiàn)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 121可得： ? ? ? ? ? ? ? ? 所以 : 263 592 ( )KCW K F N? ? ? ? ? 式（ ） 2 3 7 0 .1 5 2 .2 5 5 3 3 2 .8 4 ( )K C NW K F N? ? ? ? ? 式（ ） 144 325 ( )KPW K F N? ? ? ? ? 式（ ） 雙桿活塞液壓夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算 221 2 1 2( ) ( ) ( )4F p p A D d p p?? ? ? ? ? 式（ ） 式中參數(shù)： A—— 活塞的有效工件面積 294pC ?第五章 夾具的設(shè)計(jì) 31 1p —— 液壓缸的進(jìn)油腔壓力 2p —— 液壓缸的回油腔壓力，若液壓缸的出口直接連油箱， 2p =0 D—— 活塞的直徑 d—— 活塞桿的直徑 F—— 液壓缸的推力 其中： D = 80 mm d =32 mm 1p = 6MPa 2p = 0 液壓夾緊力： 3 10 ( )FN?? 易得： KFW 經(jīng)過(guò)比較實(shí)際夾緊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要求的夾緊力，因此采用液壓夾緊裝置工作是可行的。 第五章 夾具的設(shè)計(jì) 32