張瑋瑋　董　昭　何　強(qiáng)

(安陽(yáng)工學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000)

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粗銑發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上端面專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)

張瑋瑋董昭何強(qiáng)

(安陽(yáng)工學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000)

以HT250缸體數(shù)控加工夾具為例，介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)缸體在數(shù)控銑削過(guò)程中的定位和夾緊的方法，提出杠桿調(diào)節(jié)機(jī)制，解決缸體定位難問(wèn)題。在實(shí)際生產(chǎn)中，可有效地縮減工件的裝夾和定位時(shí)間，提高了加工效率和加工精度，使產(chǎn)品的工藝性、經(jīng)濟(jì)性得到顯著提高。

HT250缸體;杠桿調(diào)節(jié);夾具設(shè)計(jì)

夾具按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及專(zhuān)門(mén)化程度主要分為通用夾具、專(zhuān)用夾具、組合夾具和可調(diào)夾具4種。其中專(zhuān)用夾具是專(zhuān)為某一特殊加工工序而設(shè)計(jì)制造的夾具。依據(jù)其結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便的特點(diǎn)，多用于固定產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。

本文是為10L汽缸體(如圖1)加工過(guò)程的裝夾定位設(shè)計(jì)一套專(zhuān)用夾具，并根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際情況對(duì)夾具進(jìn)行了改良優(yōu)化。在使用此專(zhuān)用夾具工作時(shí)，可有效地減少工件的裝夾、定位時(shí)間，促進(jìn)了加工功率和加工精度的提高，使得工件在批量生產(chǎn)時(shí)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

1　加工方案的分析

10L汽缸體如圖1所示，該工件是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，HT250材料產(chǎn)品加工技術(shù)要求為：

(1)工件表面不能有明顯的擠壓形變、劃痕等破壞工件表面的缺陷。

(2)加工表面的形狀公差應(yīng)符合IT8的要求。

(3)產(chǎn)品表面需要與其它工件聯(lián)接應(yīng)滿(mǎn)足Ra6.3μm要求。

(4)切削深度為5mm。

加工工藝的思考：本產(chǎn)品是鑄造毛坯件，本文所述加工是整個(gè)加工工藝的第一道工序，對(duì)夾具的定位要求比較高。要設(shè)計(jì)好該夾具首先解決的問(wèn)題是確保粗銑后的上端面與缸孔垂直，其次是夾緊元件的選取。

2　加工難點(diǎn)分析

此道工序只需加工上端面，然而由于工件為鑄造成型的毛坯件，各面均尚未加工，缺乏定位基準(zhǔn)，這給加工的定位帶來(lái)很大的難題。

對(duì)于這種道道工序加工的工件，保證其能夠快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行定位裝夾并且符合生產(chǎn)要求是關(guān)鍵。因此，為了實(shí)現(xiàn)工件的裝卸方便，并避免工件振動(dòng)刀具崩刃等問(wèn)題的出現(xiàn)，需要設(shè)計(jì)和制造一副簡(jiǎn)單的夾具，完成工件快速、準(zhǔn)確的定位裝夾工作，保證加工精度，同時(shí)要求夾具制造簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可供改裝并能夠長(zhǎng)期使用。夾具設(shè)計(jì)如圖2所示，工件為豎直放置，加工上端面。

如圖3所示，該夾具定位采用曲軸孔和缸孔的鑄坯畫(huà)定位。由于工件質(zhì)量約350kg，在安裝時(shí)不太方便，在設(shè)計(jì)中要設(shè)計(jì)一組導(dǎo)向元件，便于工件安裝到夾具上。導(dǎo)向元件如圖4所示。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，便于工件在安裝時(shí)快速定位，輔助裝料工人準(zhǔn)確地把工件安裝到夾具體上，節(jié)省時(shí)間、提高安裝效率。由于工件表面存在鑄造誤差，所以在夾具體的左夾具上設(shè)計(jì)一套杠桿調(diào)節(jié)裝置(如圖4所示)，右?jiàn)A具體上設(shè)計(jì)圓柱壓板，壓住工件。兩者相互配合，便于左夾具調(diào)節(jié)工件直到缸孔豎直。

3　夾具體的設(shè)計(jì)

3.1中間夾具的設(shè)計(jì)

中間夾具體(如圖5)要解決的問(wèn)題是安裝導(dǎo)向和定位。在安裝工件時(shí)，為了使工件能夠準(zhǔn)確地安裝在夾具體上，此方案在中間夾具體以上設(shè)計(jì)了導(dǎo)向元件，導(dǎo)向元件采用錐柱體，并在錐柱體上端安裝一個(gè)粗限位柱，保護(hù)錐柱體不被破壞。在定位支撐板上安裝了6個(gè)液壓控制的輔助支撐，確保工件下端面能夠平穩(wěn)接觸支撐、并輔助工件進(jìn)行調(diào)節(jié)。夾緊元件采用液壓控制，當(dāng)工件完全定位穩(wěn)定后，夾緊裝置發(fā)生自鎖，抱死工件，使得工件完全固定。

3.2左夾具的設(shè)計(jì)

左夾具體(如圖6)的主要功能就是通過(guò)左側(cè)缸孔壁定位油缸和防止工件在銑削過(guò)程中發(fā)生側(cè)翻。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，提出了杠桿調(diào)節(jié)及液壓輔助支撐。在中間液壓缸驅(qū)動(dòng)的作用下，利用鉸鏈聯(lián)接調(diào)節(jié)左右杠桿找尋平衡點(diǎn)，使得工件調(diào)到合理加工位置。當(dāng)確定好加工位置后，液壓缸就會(huì)自鎖，抱死工件。輔助支撐就是為了抵消銑刀在切削時(shí)，對(duì)工件產(chǎn)生的扭矩。當(dāng)工件完全定位穩(wěn)定后，輔助支撐自鎖，抱死工件(頂住工件，但不夾緊工件，當(dāng)工件受到外力時(shí)，又頂不動(dòng)頂桿的效果)。左夾具在輔助支撐板上添加四個(gè)液壓頂頭壓緊工件，防止工件在銑削過(guò)程由于工件振動(dòng)，而加工精度無(wú)法得以保證。

3.3右?jiàn)A具的設(shè)計(jì)

右?jiàn)A具(如圖7)的設(shè)計(jì)考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體右端面需要一組夾緊元件夾緊工件，使得工件完全定位。夾緊元件的頂端是圓柱頂頭(端面作為參考面)。夾緊元件采用液壓調(diào)節(jié)裝置，便于調(diào)節(jié)工件的相對(duì)位置。當(dāng)工件完全定位后，液壓缸體就會(huì)自鎖，抱死工件(頂住缸體，但不夾緊缸體，當(dāng)工件受到外力時(shí)，又頂不動(dòng)頂桿的效果)。同樣考慮到工件在加工時(shí)，由于銑削力的作用，使工件產(chǎn)生扭矩。為了防止工件發(fā)生側(cè)翻，在右?jiàn)A具上添加3個(gè)液壓頂頭。因?yàn)楣ぜ诩庸r(shí)，可能受到振動(dòng)對(duì)加工精度的影響。所以在夾具體輔助支撐板上添加3個(gè)輔助支撐，夾緊工件。

4　工件裝夾設(shè)備設(shè)計(jì)

為了解決工件在裝夾過(guò)程中耗時(shí)比較長(zhǎng)和定位不精確等問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)一套杠桿調(diào)節(jié)裝置和一套輔助支撐裝置，這兩套裝置都是用液壓系統(tǒng)控制。輔助支撐裝置是用于工件在完全定位后，抱死工件的作用。

4.1杠桿調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)原理

工件安裝到中間夾具后，右側(cè)夾具的夾緊元件開(kāi)始頂住缸體向左運(yùn)動(dòng)，由于安裝或鑄造的原因，工件的右側(cè)面不能與右?jiàn)A緊元件的頂頭端面相對(duì)重合。這需要左側(cè)夾具體的杠桿調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)缸體到相對(duì)平衡的位置。左側(cè)杠桿原理的裝置如圖8所示，中間的頂桿通過(guò)杠桿與兩側(cè)的頂桿聯(lián)接。這樣由于力的作用，和右側(cè)夾緊元件的調(diào)節(jié)配合，使的工件快速調(diào)節(jié)到缸孔豎直。

4.2液壓夾緊裝置的設(shè)計(jì)思考

(1)輔助支撐裝置的目的就是輔助夾緊工件。體積不易過(guò)大，液壓缸行程以滿(mǎn)足要求為主，盡量降低加工成本。

(2)輔助支撐裝置的位置要與工件相對(duì)位置有關(guān)(布局合理，有效地克服工件在加工時(shí)的不利因素)。

(3)防止輔助支撐在工作時(shí)，由于操作不當(dāng)使工件受力過(guò)大夾壞工件。

在設(shè)計(jì)液壓缸的直徑與行程時(shí)，結(jié)合液壓缸需用壓強(qiáng)1～6.3MPa，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取液壓缸內(nèi)的壓強(qiáng)為4MPa。(活塞直徑D與活塞桿直徑d的比值在(1.3～2.0))。

在夾緊工件時(shí)，液壓缸對(duì)工件的夾緊力按以下公式計(jì)算:

(1)

式中：A為活塞的有效面積；P1為液壓缸的進(jìn)油腔壓力，取4MPa；P2為液壓缸的回油腔壓力，若液壓缸的出口直接連油箱，P2=0；D為活塞的直徑；d為活塞桿的直徑；F為液壓缸的推力。

根據(jù)銑削力估算的左夾具夾緊液壓缸的夾緊力F=5 024N，代入式(1)得左側(cè)夾緊液壓油缸：D=50mm，d=30mm。調(diào)整杠桿液壓缸的夾緊力F=17 584N代入式(1)得 調(diào)整杠桿液壓缸：D=80mm，d=40mm。

根據(jù)銑削力估算的右側(cè)夾緊液壓缸的夾緊力F=12 462.67N，代入式(1)得右側(cè)夾緊液壓油缸：D=63mm，d=40mm。

活塞桿的行程距離根據(jù)工件到液壓缸的距離有關(guān)，也與活塞桿的直徑有關(guān)。

5　工件的裝夾步驟

(1) 人工上料，通過(guò)導(dǎo)向條把工件順利的放到夾具內(nèi)，與定位元件接觸。

(2)右側(cè)的液壓缸開(kāi)始工作，頂住被加工件向左運(yùn)動(dòng)。

(3)左側(cè)的調(diào)整杠桿液壓缸工作，頂住工件。在右側(cè)夾緊液壓缸的配合下，調(diào)整工件缸孔的垂直度，直到缸孔豎直。

(4)中心夾具的液壓頂頭開(kāi)始工作，頂緊缸孔內(nèi)壁，抱死工件。

(5)左右?jiàn)A具的輔助支撐裝置開(kāi)始工作，頂住工件。然后完全抱死。

(6)當(dāng)工件加工完成后，所有定位油缸及輔助支撐油缸就會(huì)退回原位，所有夾緊元件松開(kāi)工件。

6　結(jié)語(yǔ)

本文涉及的一套專(zhuān)用夾具，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本比較低，節(jié)約定位裝夾時(shí)間。此夾具只需把工件通過(guò)導(dǎo)向元件，按順序操作液壓控制系統(tǒng)，輔助支撐裝置和定位元件會(huì)把工件完全定位，達(dá)到加工的要求。整個(gè)夾具可以調(diào)整墊板，改裝成適應(yīng)同類(lèi)型不同型號(hào)的缸體工件。該夾具從人工上料到加工完成，只需6min。大大的節(jié)約加工時(shí)間，提高加工效率，降低加工成本，使企業(yè)的效益得到大幅度的提升。

[1]楊可楨,程光蘊(yùn),李仲生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987.

[3]韓榮第,襲建軍,王輝.金屬切削原理與刀具[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2013.

[4]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：北京工業(yè)出版社,2008.

[5]吳拓.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

(編輯孫德茂)

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Design of special fixture for the end face of the cylinder block of rough mill

ZHANG Weiwei, DONG Zhao, HE Qiang

(AnyangInstituteofTechnology,Anyang455000,CHN)

TaketheNCmachiningfixtureofHT250cylinderbodyforexample,introducethemethodsofpositioningandclampingwhichareusedforNCmillingofenginecylinderblock,andputforwardtoalevermechanism,solvetheproblemthatit’sdifficultforcylinderbodytoposition.Intheactualproduction,itcanreducetheworkpiecesclampingandpositioningtimeeffectively,improvethemachiningefficiencyandmachiningaccuracysothatimprovethemachiningandeconomicefficiencyofproducts.

HT250cylinderbody;levermechanism;fixturedesign

TH122

B

2015-08-05)

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