雅马哈摩托车左曲轴箱盖工艺及气动夹具设计

雅马哈摩托车左曲轴箱盖工艺及气动夹具设计 第 1 页 共 32 页 1 引言 机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，是一个国家或地区经济发展的支柱产业，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平和国防实力。机械制造业的生产能力和发展水平标志着该国家或地区国民经济现代化的程度而机械制造的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，产品的性能和质量的好坏则取决于它的机械制造业的基础，是生产高科技产品的保障。随着科学技术的进步和发展，加之市场需求的变化多端，为适应机械工业更快的发展，机床夹具的设计与制造技术也必须与时俱进。本次毕业设计制定了雅马哈摩托车发动机左曲轴箱盖的加工中心工艺及夹具设计，通过对左曲轴箱盖结构分析及所学相关知识对其加工工艺进行分析和夹具 [1]的设计。 1.1 机械行业的现状 机械行业是一个国家的支柱性产业之一，在国民经济中占有重要地位。近几年来，我国机械行业的快速发展主要归功于中国重化工业进程的快速推进，我国宏观经济的持续高速发展和良好的世界经济环境，国家振兴装备制造业的产业政策以及世界机械产业的转移。 机械工业是国民经济的装备产业，是科学技术物化的基础，是高新技术产业化的载体，是国防建设的基础工业，也是为提高人民生活质量提供消费类机电产品的行业。机械工业具有产业关联度高，需求弹性大，对经济增长带动促进作用强，对国家积累和社会就业贡献大等特点。各工业化国家经济发展的历程表明，没有强大的装备制造业，就不可能实现国民经济的工业化、现代化和信息化。目前装备制造业发展滞后是制约我国经济发展和产业升级的重要因素，加大结构调整力度，推进机械工业持续、健康、稳定发展，对于转变经济增长方式，提高国民经济整体素质，增强我国经济的 [2]国际竞争力，保障国防安全等都具有重要而深远的意义。 1.2 机械行业的发展前景 由于当前国内外宏观经济环境比较严峻，所以今年的金融危机对机械工业的影响已经并将继续显现;宏观经济政策已转变为努力扩大内需、确保经济平稳较快增长，经济运行环境趋紧的局面有望松动。综上，在国家宏观经济政策转向力保经济平稳较快增长的大背景下，机械工业明年经济运行可能呈前低后高之势，仍有望继续实现两 第 2 页 共 32 页 [3]位数的增长。机械制造已经经历了很长的发展过程，对社会的工业发展起到了相当重要的作用。机械制造正朝着零件材料、制造方法、机械加工精度、高效自动化生产方式和产品的科学管理的方向发展。21世纪的制造技术将向大型化、高精度、高效率、高度自动化方向发展，即向“三高一大”。同时，由于空间和能源的限制，机械行业正在向微型机械方向发展，新型领域的发展必将充满挑战和乐趣。 面对越来越激烈的国际市场竞争，我国机械制造业面对着严峻的挑战。我们在技术上已经落后，加上资金不足以及管理体制也存在许多问题，这些都给我们迅速赶超世界先进水平带来极大的困难。但另一方面，我国改革的不断深入，对外开放的不断扩大，为我国机械制造业的振兴和发展提供了前所未有的良好条件。 随着社会劳动生产率的不断提高，沉重的人员负担已经成为制约工程机械国企快速发展的桎梏之一。工程机械国企有必要紧紧抓住国企改革以及行业快速发展的有利时机，充分利用自身的行业地位优势、市场优势和品牌优势，通过产权制度改革，力争从根本上解决自身存在的重大问题，全面提升市场竞争能力，并进一步谋求国际化 [4]发展，参与国际竞争，在世界工程机械领域树立中国民族品牌。 2 左箱盖的零件分析 2.1 1E52FMD左曲轴箱盖的作用和结构 本零件为雅马哈摩托车发动机上的左曲轴箱盖，它是发动机的重要组成部分。箱盖内有润滑油具备润滑密封作用。如图2.1所示。 零件具体结构见附件“左曲轴箱盖零件图”。 图2.1 左曲轴箱盖零件结构图 2.2 左曲轴箱盖的工艺性分析 由1E52FMD左曲轴箱盖零件图可知。箱盖需要进行正反面粗精铣加工，定位销孔 第 3 页 共 32 页 精加工，螺孔加工等。可将其分为两组加工表面。 以大面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括:大面的铣削加工，51,外圆的加工，55外圆的加工，70外圆的加工，2-10销孔的加工，R6面的加工，,,, 2-12平面的加工，26孔的加工，4-M6底孔和中心孔的加工，R26.5圆弧的要求的,, 加工，4-M6底孔的加工。其中大面有表面粗糙度的要求为Ra3.2um，平面度要求0.06mm;51外圆表面有表面粗糙度要求为Ra1.6um;55外圆端面到大平面距离为,, 71;要求70外圆表面的表面粗糙度Ra3.2um，70端面到大平面的距离为72;2-12,,,销孔要求深8.5，销孔内表面粗糙度要求为Ra3.2um，倒角1×45?，位置度要求销孔的中心轴在A基准和M基准所确定的直径为0.03mm以内的圆柱内;R6面要求距离大平面53mm;2-12端面距离大平面距离为54，表面粗糙度为Ra3.2um;26孔要求,,粗糙度Ra1.6um，深66mm，倒角30?，宽1mm，两孔的中心距为90mm;R26.5圆弧要求深44mm，表面粗糙度要求为Ra12.5um。 以箱盖反面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括:箱盖反面的加工，16塔子的加工，R6.5塔子的加工，55孔的加工，8孔的加工，10孔的加工，,,,,5孔的加工，6.8孔的加工，3-M6-6H通孔的加工，1-M6-6H深10孔的加工，3M6-6H,, 深12孔的加工。其中50孔深8mm，8孔与50孔同轴度要求直径为0.03mm的,,, 圆柱内，10孔与51孔的同轴度要求直径为0.03的圆柱内，5孔要求深16，粗糙,,, 度要求为Ra6.3um，孔6.8的位置度要求其中心轴在由M基准和A基准所确定的直, 径为0.3mm圆柱以内。 3 毛坯的选择 零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而最后形成的。毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用，而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。因此，正确地选择毛坯有着重大的技术经济意义。 3.1 毛坯的种类 常见的毛坯种类有以下几种: (一)铸件 第 4 页 共 32 页 对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力 [5]铸造、熔模铸造和离心铸造等。各种铸造方法及工艺特点见下表3-1。 第 5 页 共 32 页 (二)锻件 机械强度要求高的钢制作，一般要用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。 (三)型材 型材按截面形状可分为:圆钢、方钢、六角钢、扁钢、槽钢及其他特殊截面的型材。型材有冷拉和热轧的两种。热轧的精度低，用于一般零件的毛坯。冷拉的尺寸较小，精度高，但价格贵，多用于批量较大在自动机床上进行加工的情况。 (四)焊接件 焊接件主要用于单件小批生产中制造大型毛坯。其优点是制造简单、周期短、节省材料、毛坯重量轻。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。 (五)其它毛坯 其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。 3.2 毛坯的确定 零件材料为ADC12属于一种铝合金材料。考虑到零件结构形状较为复杂，而其余相当数目的尺寸由铸造毛坯来保证，故选用铸件，从而提高生产率，保证加工精度，降低成本等。由于该零件年产量为4000，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大质量较轻，铸造表面精度的要求高，故可采用铸造质量稳定适合大批生产的压铸。 第 6 页 共 32 页 4 左曲轴箱盖的工艺规程设计 机械加工工艺规程简称工艺规程，是规定零件加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。它是在具体的生产条件下，将最合理或较合理的工艺过程和操作方法，按规定的形式制成工艺文本，经审批后用来指导生产并严格贯彻执行的指导性文件。它一般包括以下内容:工件加工工艺路线及所经过的车间和工段;各个工序的内容及采用的机床和工艺装备;工件的检验项目及检验方法;切削用量;工时定额及工人的技术等级等。 4.1 基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，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，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 (1)粗加工时，加工精度与表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大，因此，选择粗加工切削用量时，要尽量保证较高的单位时间金属切除量(金属切除率)和必要的刀具耐用三要素(切削速度、进给量和切削深度a)中，提高任何一项，都能提vfp 高金属切削率。但是对刀具耐用度影响最大的是切削速度，其次是进给量，切削深度影响最小。所以，粗加工切削用量的选择原则是:首先考虑选择一个尽可能大的切削 a深度，其次选择一个较大的进给量，最后确定一个合适的切削速度。 vfp 在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以选则以浮动支承杆支承的毛坯孔作为粗基准，以限制工件的X、Y两个方向上的移动和Z方向上的转动，再用三个压板压在零件的三处搭子上，通过三个定位杆顶于搭子面，用以消除X、Y方向上的转动和Z方向的移动，达到完全定位。 (2)精加工时加工精度和表面质量要求比较高，加工余量要求小而均匀。因此，选取精加工切削用量时应着重考虑，如何保证加工质量，并在此前提下尽量提高生产 a率。所以，在精加工时，应选用较小的切削深度和进给量f，并在保证合理刀具耐p v用度的前提下，选取尽可能高的切削速度，以保证加工质量和表面质量。 精基准的选择，主要应该考虑基准重合的问题。精基准的选择应能保证左曲轴箱盖在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从左曲轴箱盖零件图分析可知， 第 7 页 共 32 页 它的结合面与支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。 4.2 拟定工艺路线 拟订零件的机械加工工艺路线是制订工艺规程的一项非常重要工作，拟订工艺路线时主要解决的问题有:选定各加工表面的加工方法;明确的选择所加工零件的定位粗基准;加工阶段的划分;合理的安排各工序的先后顺序;确定工序的集中和分散程 [6]度等。 4.2.1 工艺路线 制订工艺路线的出发点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。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用数控加工中心机床配以专用夹具，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。 制定工艺路线如下: (一)左曲轴箱盖正面铣铰结合面工艺路线 方案一: 工序1 加工设备:车床 工步? 粗、精铣结合面M (保证粗糙度3.2和平面度0.06) 工步? 粗镗Φ26孔至尺寸要求 (R01) 工步? Φ26孔倒角 (R01) 工步? 精镗Φ26孔至尺寸要求 (R01) 工步? 套车外圆Φ51，Φ55和Φ71至尺寸要求 (成型刀) 工步? Φ51孔倒角 工序2 加工设备:钻床 Z4012 (以结3处塔子，2个毛坯孔定向) 工步? 铣铰2-Φ10销孔至尺寸要求 工步? 铰2-Φ10销孔 工序3 加工设备:车床 工步? 铣R6面至尺寸要求 (立铣刀) 工步? 铣2-Φ12平面至尺寸要求 (保证粗糙度3.2) 工步? 镗Φ26孔至尺寸要求 第 8 页 共 32 页 工步? Φ26孔倒角 工序4 加工设备:钻床 Z4012 工步? 钻4-M6底孔和中心孔 (中心钻16) 工步? 铣R26.5圆弧至尺寸要求 (专用铣刀) 工步? 钻4-M6底孔Φ5 (Φ4.9直钻) 检验 工步? 方案二: 工序1 加工设备:MCV 610 工步? 粗、精铣结合面M (保证粗糙度3.2和平面度0.06) 工步? 套车外圆Φ51，Φ55和Φ71至尺寸要求 (成型刀) 工步? Φ51孔口倒角 (R01) 工步? 铣铰2-Φ10销孔至尺寸要求 工步? 2-Φ10销孔倒角 工序2 加工设备:MCV 610 (立铣刀) 工步? 铣R6面至尺寸要求 工步? 铣2-Φ12平面至尺寸要求 (保证粗糙度3.2) 工步? 镗Φ26孔至尺寸要求 工步? Φ26孔倒角 工步? 钻4-M6底孔和中心孔 (中心钻16) 工步? 铣R26.5圆弧至尺寸要求 (专用铣刀) 工步? 钻4-M6底孔Φ5 (Φ4.9直钻) 工步?? 检验 工艺方案的比较与分析:方案一中的位置度要求不易保证，而方案二在数控加工 中心上加工时定位精度和重复定位精度较高，都能保证位置度要求。方案一的操作人 员较多，工序分散，基准不统一，使成本较高。所以我使用第二种方案，因为方案二 效率高，省时间，而第一种方案要换夹具，要换刀，工件经过多次装卸,误差较大,影 响了加工精度。对于大批量生产的来说不符合经济效益，最终选择方案二。 (二)左曲轴箱盖反面工艺路线 工序3 加工设备:MCV 610 (以结合面M和1-Φ10, Φ26定位) 工步? 铣E面至尺寸要求 工步? 铣Φ1.6塔子至尺寸要求 第 9 页 共 32 页 工步? 铣R6.5塔子至尺寸要求 (保证粗糙度3.2) 工步? 镗Φ50孔至尺寸要求 (可调镗刀) 工步? 扩铰孔Φ8孔 工步? Φ8孔口倒角 (成型刀) 工步? 扩铰孔Φ10孔 工序4 加工设备:Z4012 (以大平面及2-Φ10销孔定位) 工步? 钻3-Φ5至尺寸要求 (直钻) 工序5 加工设备:Z4012 工步? 扩4-Φ6.8孔 (直钻) 工序6 加工设备:攻丝机 工步? 攻丝3M6-6H通 工步? 攻丝1-M6-6H深10 工步? 攻丝3M6-6H深12 (机用中锥) 清洗 工步? 工步? 检验 根据第一次制定的工艺路线，我们可以得出相同的结论，所以右箱盖反面工艺路线最终拟订如上。可知第二次加工过程基准选取比较合理，能够保证它们之间的位置精度要求。 [7] [8]4.2.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 1E52FMD左曲轴箱盖零件材料为ACD12，铝合金材料。硬度HB75,100，大批量生产，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如下:(下面所用计算尺寸、及表见参考文献“机械制造工艺设计实用手册”) 工序(一): (1) 铣结合面M 根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下: (a) 粗铣结合面M余量 考虑粗糙度和缺陷层深度确定粗铣结合面M余量为1.2mm 第 10 页 共 32 页 (b) 精铣结合面M余量 工步? 加工结合面M毛坯尺寸到定位基准尺寸为13mm,工序尺寸为13mm,粗铣 底面余量为1.2mm,精铣底面余量为0.3mm 。 毛坯的名义尺寸为:12.7+1.2+0.3=14.12 mm 毛坯最小尺寸为:14.12-0=4.12 mm 毛坯最大尺寸为:14.12+0=4.12 mm 粗铣后最大尺寸为:13+0=13mm 粗铣后最小尺寸为:13-0=13mm 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即13mm (2) 套车外圆 工步? 套车Φ51外圆，Φ51mm外圆毛坯尺寸Φ52.5mm，先进行粗车，工序尺寸为Φ51mm，其加工余量为1mm。精镗到工序尺寸Φ51mm，加工余量为0.5mm。 工序(二): 工步? 铣R6面 加工R6面毛坯尺寸到指定平面尺寸为55mm,工序尺寸为53.5mm, 粗铣余量为1.2mm,精铣余量为0.3mm 。 毛坯的名义尺寸为: 53.5+1.2+0.3=55 mm 毛坯最小尺寸为:55-0.1=54.9 mm 毛坯最大尺寸为:55+0.1=55.1 mm 粗铣后最大尺寸为:53.5+0.1=53.6mm 粗铣后最小尺寸为:53.5-0.1=53.4mm 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即53.5?0.1 工序(三): 工步?铣E面 加工E面毛坯尺寸到指定平面尺寸为91.5mm,工序尺寸为90mm,粗 铣余量为1.2mm,精铣余量为0.3mm 。 毛坯的名义尺寸为: 90+1.2+0.3=91.5 mm 毛坯最小尺寸为:91.5-0.05=91.45 mm 毛坯最大尺寸为:91.5+0.05=91.55 mm 粗铣后最大尺寸为:90.3+0.05=90.35mm 粗铣后最小尺寸为:90.3-0.05=90.25mm 第 11 页 共 32 页 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即90?0.05 工步? 镗Φ50孔 孔毛坯尺寸Φ48mm先进行粗镗孔，工序尺寸Φ49.5mm，其加 工余量为1.5mm。再进行精镗孔，到工序尺寸Φ50mm。加工余量为0.5mm。 [9]4.2.3 确定切削用量及基本工时 第一道工序:左曲轴箱盖正面铣铰结合面 工步? 粗精铣结合面M (1) 加工条件 工件材料:ADC12、压铸 加工要求:粗精铣结合面M do刀具:Φ80盘铣刀 (=80mm 齿数Z=6) 机床:MCV-610数控加工中心 [10](2) 计算切削用量及加工工时 (a) 粗铣 aa铣削深度:=1.5mm pp 每齿进给量aa:根据《机械加工工艺手册》表2.4-73，取=0.05mm/z ff VV铣削速度:参照《机械加工工艺手册》表2.4-81，取=20.83m/s 1000×60×20.831000v机床主轴转速:==?4796.11r/min，，取n=4796 r/min nn3.14×80πdw πdn3.14×80×47960′′V?20.08m/s==V实际铣削速度: 10001000×60 VV=aZn=0.05×6×4796/60?23.98mm/s进给量: fff f=V=23.98mm/s=1438.8mm/minf工作台每分进给量: mfm ll被切削层长度:由毛坯尺寸可知=500mm ll刀具切入长度:=200mm 11 ll=2mm刀具切出长度:取 22 走刀次数为1 第 12 页 共 32 页 lll++5002002++12机动时间: t?0.49min==tj1j1f1438.8m (b) 精铣 铣削深度 进给量f:根据《机械加工工艺手册》表2.4-39，取f=0.1 mm/r VV切削速度:参照《机械加工工艺手册》表2.4-41，取=3.33m/s 1000×60×3.331000vnn机床主轴转速:==?11580.8r/min，取n= 11580.8r/min 3.14×5,dw πdn××3.14511580.80′′V?3.33m/s==V实际切削速度: 10001000×60 ll被切削层长度:=50mm D5l=ctgk+(1~2)=ctg120?+2?3.595mml刀具切入长度: 1r122 ll=0刀具切出长度: 22 第 13 页 共 32 页 走刀次数为1 l+l+l+503.59512机动时间: t==t?0.046minj1j1fn×0.111580.8 第一道工序总切削时间:?4.5min T1 由于加工的每道工步中都有换刀和装卸工件的辅助时间。在数控加工中心中大约 每次换刀时间为2秒，一共有12道工步，所以总换刀时间为24秒，而装卸时间为30 秒左右，综上总的辅助时间?1分钟。 T2 ?本道工序总加工时间:T=总切削时间+总辅助时间=+?5.5分钟 T1T2第二道工序:左曲轴箱盖钻镗反面 工步? 镗Φ50孔 (1) 加工条件 工件材料:ACD12、压铸 加工要求:镗Φ50孔 刀具:Φ50可调镗刀 机床:MCV610数控加工中心 (2) 计算切削用量及加工工时 aa切削深度: =1mm pp 进给量:根据《机械加工工艺手册》表2.4-39，取=0.2 mm/r ff VV切削速度:参照《机械加工工艺手册》表2.4-41，取=14m/s 1000×60×141000v机床主轴转速:===5459.5r/min，取n= 5460r/min nn3.14×50,dw πdn××3.145054600′′V?14m/s==V实际切削速度: 10001000×60 ll被切削层长度:=20mm D50l=ctgk+(1~2)=ctg120?+2?7.1mm刀具切入长度l: 1r122 ll=0刀具切出长度: 22 走刀次数为1 l+l+l+207.112t==t?0.025min机动时间: j1j1fn×0.25460 T1第二道工序总切削时间:?2.6min 第 14 页 共 32 页 由于加工的每道工步中都有换刀和装卸工件的辅助时间。在数控加工中心中大约每次换刀时间为2秒，一共有12道工步，所以总换刀时间为24秒，而装卸时间为30秒左右，综上总的辅助时间?0.9分钟 T2 ?本道工序总加工时间:T=总切削时间+总辅助时间=+?3.5分钟 T1T2 5 夹具设计 在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。机床夹具是在机床上用以正确确定工件的位置，并可靠而迅速的将工件夹紧的机床附加装置。它主要有以下几个基本部分组成: 定位元件及定位装置、对刀及导引元件、夹紧装置、联接元件、夹具体及其他联接或 [11]装置等。 5.1 夹具的概述 5.1.1 机床夹具的作用 (1) 保证加工质量 使用机床夹具的作用之一就是保证工件的加工精度，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面相互之间的尺寸与位置精度。使用机床夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证 ，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。 (2) 提高生产效率，降低成本 用夹具装夹工件，可减少工件在加工前进行划线、找正、对刀等辅助时间;用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量;可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外，采用夹具 [12]后，产品质量稳定，废品率下降，明显地降低了生产成本。 (3) 扩大机床的工艺范围 使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现“一机多用”。 (4) 减轻工人的劳动强度 用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度。 5.1.2 夹具设计规范化的意义 研究夹具设计规范化程序的主要目的在于: 第 15 页 共 32 页 (1) 保证设计质量，提高设计效率，夹具设计质量主要表现在: (a) 设计方案与生产纲领的适应性; (b) 高位设计与定位副设置的相容性; (c) 夹具设计技术经济指标的先进性; (d) 精度控制项目的完备性以及各控制项目公差数值规定的合理性; (e) 夹具结构设计的工艺性; (f) 夹具制造成本低经济性。 有了规范的设计程序，可以指导设计人员有步骤，有，有条理地进行工作，提高设计效率，缩短设计周期 (2) 有利于计算机辅助设计,有了规范化的设计程序，就可以利用计算机进行辅助设计，实现优化设计，减轻设计人员的负担。有利于计算机进行辅助设计，除了进行精度设计之外，还可以寻找最佳夹紧状态，利用有限对零件的强度、刚度进行设计计算，实现包括绘图在内的设计过程的全部计算机控制。 )有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法。近年来，关于夹具设计的理论、(3 研究和实践经验总结已日见完备，在此基础上总结出来的夹具规范化设计程序，使初级夹具设计人员的设计工作提高到了一个新的科学化水平。 5.1.3 气动夹具的原理 本次设计的产品所用的夹具都是专门设计的，而专用夹具一般都在批量生产中使用的。专用夹具的夹紧机构的动力装置是气动的，气动夹紧装置的工作介质是压缩空气，其工作压力通常为0.4,0.6Mpa。工作原理是从进气口进气，经过调速阀推动气缸的活塞向上活动，活塞杆通过连接杆及四连杆机构推动压板向下夹紧工件。通过换下阀换向使气体从出气口进气，气缸的活塞向下退回原位，带动压板松开，从而将工件松开。如图5.1所示: 第 16 页 共 32 页 5.1 气动夹具原理图 气动传动系统中的执行装置是气缸。常用的气缸有活塞式和薄膜式。活塞式气缸行程可以较长，薄膜式气缸密封性好，结构简单，寿命较长的等优点，缺点是工作行程较短。气动夹具总的优点是结构紧凑，使定位元件与夹紧元件合为一体，并克服传统一面两孔夹紧装置妨碍工件装卸的特点，特别适合自动加工线的随行夹具;装夹方便。拉杆动力采用气动方案, 电气控制, 一次性完成工件6个自由度的定位, 同时夹紧工件, 降低劳动强度低, 提高工作效率。 5.2 零件工艺性分析 对象零件为摩托车发动机上的左曲轴箱盖，材料是ACD12，硬度HB75,100，第一道工序铣结合面在MCV610数控加工中心上进行。零件为薄壁形壳体件，有三处搭子，均匀分布在零件的正面边缘。加工后一道工序中的孔时需要保证它们的尺寸精度及表面粗糙度，还有一个重要的要求就是要加工的孔与中心孔的平行度都有较高的要求，因此在夹具设计过程中要考虑到这些问题，即要保证精度又要考虑到生产率。 5.2.1 定位基准的选择 由零件图可知，两工艺孔位于零件正面，其有尺寸精度和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。根据基准重合、基准统一原则，在进行左曲轴箱盖正面的粗铣加工工序时，结合面M已经精铣，两工艺孔已经加工出。因此工件选用结合面与两工艺孔作为定位基面。选择结合面作为定位基面限制了工件的三个自由度，而两工艺孔作为定位基准，分别限制了工件的一个和两个自由度。即两个工艺孔作为定位基面共限制了工件的三个自由度。即一面两孔定位。工件以一面两孔定位时，夹具上的定位元件是:一面两销。其中一面为支承块，两销为一短圆柱销和一棱型销。 5.2.2 定位元件的选择 在设计夹具的过程中要考虑到工件是否正确定位,保证加工精度,缩短安装时间,提高劳动生产率,扩大机床工艺范围,实现一机多能,操作方便,可降低对工人的技术要求,还可减轻工人的劳动强度。 本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短棱型销进行设计。 由加工工艺孔工序简图可知两工艺孔中心距L。 0.01132.65?0.015mmmm所以两工艺孔的中心距L为 ，而两工艺孔尺寸为Φ6.5。 0.025.2.3 铣削力与夹紧力计算 第 17 页 共 32 页 由于正面加工的工序主要完成的都是铣、镗、钻，而一般来讲钻镗孔时，孔径越大，加工时所受切削力也越大，并且粗镗加工的切削力也大于精镗。因此我们可以从这道工序中进行逐个排除比较，得出我们所要计算铣削力的工步，即第一道工序中的工步?粗、精铣结合面M。 计算工步? 粗、精铣结合面M的铣削力: 刀具:高速钢镶齿盘铣刀，Φ80mm，z =6 铣削力计算公式为(见《切削手册》 表3.28): xyufFFCafaZFpze (5-1) ,FqwFFdn0 其中: =441，=1.5mm，=1.0， =0.3mm，=0.72，a =40mm(在aCxfy epFFzF加工面上测量的近似值)=0.086，d=80mm，=0.86，=0，Z=6 uqw o fFF 1.00.720.86441，1.5，0.3，40，6F,,918.8(N)所以由式(5-1)得: Z0.8680，1 查表可得铣削水平分力:=1.1 F=1010.7(N) FH实 垂直分力:=0.3 F=275.6(N) Fv实 在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数 :。 KKKKK,1234 其中:为一般安全系数，考虑到增加夹紧的可靠性和因工件材料性质及余量不K1 均匀等引起的切削力的变化。取=1.5 K1 为加工性质系数，粗加工取=1.1。 KK22 KK为刀具钝化系数，考虑刀具磨损钝化后，切削力增加。一般取=1 1.3，这33 K里取=1 3 K为断续切削系数，断续切削时取K=1。 44 ,，，1.651010.71668FKF所以 =(N) H i选用气缸—四连杆机构，则扩力比=1.4。 为克服水平切削力，实际夹紧力N应为: NffKF+= (5-2) ()12H 第 18 页 共 32 页 KFH所以由式(5-2)得: N=f+f12 其中及为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，==0.3。则 ffff1212 1668 (N) N==27800.6 气缸选用Φ40mm。当压缩空气单位压力P=0.6MPa时，气缸推力为2260.8N。由 i于已知四连杆机构的扩力比=1.4，故由气缸产生的实际夹紧力为 ,，,2260.81.43165.12 (N) N气 此时N已经大于所需的2780N的夹紧力，故本夹具可安全工作。 气 计算夹紧力Q: MQ= (5-3) L 其中:M为对夹具夹紧力影响最大 Nd278080×oNm (5-4) M===111.232102000× LL 为夹紧力力臂 =85mm 111.2 所以由式(5-3)得: Q==1308.2N 0.085实际预紧力:Q=QK (5-5) 实 KK (为安全系数，=1.65) 即N QN,，,,1308.21.652158.532159 所以夹紧力为:N Q,2159 5.2.4 夹紧元件强度校核 受力分析:当压紧工件时，螺栓除受夹紧力Q作用产生拉应力外，还受转矩T的 扭转而产生扭转剪应力的作用。 Q2159,拉伸应力: (5-6) ,,,27.5MPa,3.1422d，1044 ,,0.5，,,0.5，27.5,13.75MPa扭转剪应力: 由第四强度理论，可知螺栓预紧状态下的计算应力: 2222,,,，3,,27.5，3，13.75,36.4MPa c, n,1.9 450,,Mpa元件材料为45钢，屈服强度为，取安全系数 s 第 19 页 共 32 页 s450ss===则许用挤压应力 236.8Mpa[]n1.9 []ζζ标准

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