液压自定心夹紧夹具设计.docx

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液压自定心夹紧夹具设计

目录

中文摘要…………………………………………………………………3

一、课题介绍及解决方案…………………………………………….4

1.1理论分析…………………………………………………………….4

1.2解决方案..........................................................................................5

1.3方案选择..........................................................................................5

二、液压自定心自动夹紧夹具设计.........................................…..6

2.1液压自定心自动夹具的主要作用.........................................…..6

2.2液压自定心自动夹具的基本要求.........................................…..6

2.3液压系统简介………………………………………………….….6

2.4液压自定心自动夹紧夹具设计………………………………...….7

2.5液压自定心自动夹紧夹具的使用原理………………………………………8

三、结论……………………………………………………...………9

致谢………………………………………………………………...…10

参考文献……………………………………………….………….…11

附录…………………………………………………………………….12

摘要

装备制造业是为国民经济、国家安全提供装备，为人民物质文化生活提供丰富产品的制造业。

在装备制造业中，机械零件的加工是最基础、最根本的。

随着社会的进步，设计出来的机器越来也精密，随之而来的机械零件的加工也越来越复杂、困难。

随着数控加工的普及，加工困难得到了缓解，同时出现了另一个问题——加工效率。

在当代的社会环境中，机械零件的加工领域一直有两个永恒不变的话题——质量和效率。

要想提高质量和效率，夹具起到了很大作用，自动夹具由于采用自动夹紧，消除了人为因素，使零件加工过程变得简单、稳定。

自定心自动夹具的设计和应用，对机械零件加工的效率得到了很大的提高，由于消除了人为因素，机械零件的质量也有了保障。

关键词：

装备制造业、数控加工、质量、效率、自动夹具

Abstract

Equipmentmanufacturingindustryisthenationaleconomy,nationalsecurityequipmentmanufacturing,toproviderichproductsforthepeople'smaterialandculturallife.

Intheequipmentmanufacturingindustry,mechanicalpartsmachiningisthemostbasic,mostfundamental.Alongwithsociety'sprogress,designoutofthemachineandprecisionprocessingmachineryparts,itismoreandmorecomplicated,difficult.WiththepopularizationofNCmachining,processingdifficultyhasbeeneased,buttherewasanotherproblem--theprocessingefficiency.Inthecontemporarysocialenvironment,processingmachinerypartshastwoeternaltopic--qualityandefficiency.Inordertoimprovetheefficiencyandqualityoffixture,playedabigrole,automaticclampwithautomaticclamping,eliminatehumanfactors,sothatthemachiningprocessbecomessimple,stable.Designandapplicationofself-centeringautomaticfixture,theefficiencyofthemechanicalpartsprocessinghasbeengreatlyimproved,duetotheeliminationofhumanfactors,mechanicalpartsqualityhassafeguard.

Keywords:

equipmentmanufacturing,NCmachining,quality,efficiency,automaticfixture

一、课题介绍及解决方案

课题来源：

本课题来源于无锡鹰普（中国）有限公司。

鹰普（中国）有限公司是一家致力于航空零件和汽车零件精密铸造和精密加工的企业。

其加工的零件都是一些精度要求高、工艺复杂的零件。

零件座体（材料为铝合金）如图1所示，就是典型的壳体零件。

此零件批量大已成为公司的一个新的经济增长点。

此前的工艺装备为普通三爪卡盘对A的同轴度0.1，基本上不能保证，检测结果在0.15左右，这样后道工序定位时，会影响其它孔的加工位置，造成零件废品率较高，必须改进。

又由于该零件批量大，原有三爪定位时车加工转速只有500r/min，按照公司精益生产的要求，也需要改进来提高生产效率。

故提出此课题！

图一

1.1理论分析

针对图纸中的各项要求，初步工艺制定是车加工A基准内孔和端面，然后以A基准内孔和端面定位，车φ92.2的内孔、4-16UN-2A的螺纹和平面，工艺路线很明确，夹具使用三爪撑内孔A基准定位。

从初步的加工数据分析，内孔直径φ92.2+0.05是可以保证的，但同轴度0.1经常超差，废品率居高不下。

经分析，同轴度超差的主要原因是三爪定位加紧过程中容易磨损，并且自定心精度不高，三爪悬臂过长与零件装配后动平衡不好，且在反复使用更换后，易于磨损，会造成加工的内孔同轴度达不到图纸要求；在装夹的过程中，三爪张开力不易控制易导致零件夹不紧或变形。

1.2解决方案

方案一

采用气动自动夹紧夹具，

设计一气动夹紧夹具，用气压带动夹紧装置，实现对零件的自动定位和夹紧

方案二

采用液压自动夹紧夹具

应用机床自身液压夹紧系统设计液压内涨自定心夹具，实现对零件的自动定位和夹紧

1.3方案选择

方案一：

气动自动夹紧夹具

优点：

结构简单，动作迅速，反应快，造价低廉，容易维修。

空气随处可取，用之不尽，用后直接排入大气，对环境无污染。

压力损失小，便于集中供气和远距离输送。

气动元件结构简单，制造容易。

气动系统对环境适应性好，安全可靠，由于空气具有可压缩性，使气动系统能够实现过载保护。

缺点：

装夹效率低下，压力较小，由于空气是可压缩的，使气动系统的稳定性比较差。

噪声大，工作介质本身没有润滑性，需要对气动装置进行给油润滑。

方案二：

液压自动夹紧夹具

优点：

效率高，压力可调节范围广，由于液压传动是油管连接，可以方便灵活的布置传动机构。

液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。

液压系统运动时均匀平稳，容易实现过载保护，液压元件能自行润滑，因此使用寿命长。

缺点：

结构较复杂，造价较昂贵，不易维修。

液压系统中的漏油等因素影响运动的平稳性和正确性，液压系统的配合件制造精度要求较高，加工工艺复杂，液压系统发生故障不易检查和排除。

从上述对两种方案的分析，虽然气动自动夹紧夹具制造容易，考虑到这个液压系统也是机床自身的液压系统，结合实际生产中对自定心自动夹具的要求，从稳定性，经济性以及使用寿命等方面的考虑，我们优先选择第二种方案。

二、液压自定心自动夹紧夹具设计

2.1液压自定心自动夹具的主要作用

总体来说有以下几个作用：

（1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻劳动强度。

减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。

（2）有效的防止和减轻了零件变形。

  （3）使工件处于最佳的加工状态，工艺性好，加工效率高。

  （4）以机械装置代替了手工的定位、夹紧等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。

  （5）可以扩大先进的工艺方法的使用范围，促进机加工的生产机械化和自动化的综合发展。

2.2液压自定心自动夹具的基本要求

（1）、工装夹具应具备足够的强度和刚度。

夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。

（2）、夹紧的可靠性。

夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。

既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。

  （3）、良好的工艺性。

所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。

2.3液压系统简介

液压系统的组成。

液压系统一般由动力元件、控制元件、执行元件和辅助装置等组成。

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，本设计中的动力原件就是机床本身的液压系统。

控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀，流量控制阀和方向控制阀。

压力控制又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等。

流量控制阀包括节流阀、调节阀、分流集流阀等。

方向控制阀包括单向阀、液向单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀，定值控制阀和比例控制阀。

执行元件（如液压缸和液压马达的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动，辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。

各种液压元件分工协作，共同完成液压系统的设计功能。

液压系统的设计除应满足主机要求的功能和性能外，还必须符合质量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、使用维护方便等一般要求及工作可靠这一特别重要的要求。

系统设计的出发点，可以是充分发挥其组成元件的工作性能，也可以是着重追求其工作状态的绝对可靠。

前者着眼于效能，后者着眼于安全；实际的设计工作则常常是这两种观点不同程度的组合，视具体要求不同而有所侧重。

2.4液压自定心自动夹紧夹具设计

经过以上分析，我认为对于这种批量大，同轴度要求精度高的零件，采用机床自身液压夹紧系统，设计了内涨自定心夹具。

夹具由七部分组成，1.连接螺母2.法兰盘3.锁紧螺母4.定位芯轴5.涨紧套6.锥套7.拉杆（如图2）。

在夹具设计中，定位原件的选择是非常重要的，直接影响零件加工的质量，此零件定位内孔较深，考虑到定位的稳定性以及防止零件变形，使用双头锥度定位，这样定位稳定，提高了产品的质量。

1#连接螺母和7#拉杆与车床主轴拉杆连接，通过3#螺母锁紧，2#件法兰盘φ140的止口与车床主轴定心连接，法兰盘平面与零件端面定位，4#定位芯轴与法兰盘连接，螺钉锁紧，5#涨紧套受力后与零件内孔接触，起到定位作用，6#活动锥套与4#定位芯轴间隙配合，涨紧套使用两边开口的夹套，提高定心精度，6#锥套与7#拉杆通过螺钉锁紧，在使用过程中通过拉杆拉动6#与5#内孔接触后涨紧零件。

考虑到工件的装卸问题，设计时在5#涨紧套与6#锥套间有一定的间隙，并且5#是弹性开口套，可以收缩。

本设计的亮点就是机床主轴、夹具和工件连接得充分，在高速加工回转时动平衡非常好，转速可以提高到1500r/min，节约了2/3的时间。

夹具投产后，加工零件的质量和加工效率都有了很大提高，加工出的零件，经检测，零件的同轴度在0.02-0.04之间。

不但满足了图纸要求且提高了效率，还大大降低了废品。

图2

1.连接螺母2.法兰盘3.锁紧螺母

4.定位芯轴5.涨紧套6.锥套7.拉杆

2.5液压自定心自动夹紧夹具的使用原理

1.装夹过程

首先零件装夹在涨紧套外，机床油缸向后运动时带动拉杆和6#锥套，由于6#的锥度定心，向后运动后，锥套与涨紧套的作用直径慢慢变大，5#涨紧套开始与零件接触定位，实现自定心加紧。

2.卸料过程

加工完成后，机床油缸向前运动，推动拉杆并带动6#锥套，涨紧套向内收缩，夹紧力慢慢松开后，取下零件，工序加工完成。

三、结语

经过零件小批量的试制，座体内孔的同轴度仅只有0.03mm左右，符合工艺0.10mm要求，能够进一步保证后道加工的精益生产。

并且由以前加工单件机床500r/min提高到1500r/min，节约了2/3的时间，提高了车削速度，节约成本。

符合公司求精创新的工作作风。

此车削用内涨自定心夹具对于一些薄壁零件具有推广应用价值。

本设计是对常规夹具的补充和延伸，要达到的目的明确，经过实际加工效果也是明显的，这个是我最感到高兴的地方。

毕业设计前期工作即将结束，虽然时间是一个月，但工作量还是比较大的。

从分析设计课题到寻找相关的资料，从制定初步设想到拟定可行性方案，期间我花费了不少精力，受益非浅。

其实此次的实践训练让我能够更加直观地认识工艺设计的流程。

以往我在课本上学到的只是理论，并没有感性的认识。

将所学到的书本知识运用到设计环节中是我通过本次实践学习获得的最大收获。

这期间巩固复习了以前学习过的内容并进行了综合运用，提高了我们综合运用所学知识以及理论结合实际的能力。

通过此次的学习不仅使我对课本内容有了更深入的认识，而且激发了我思考问题的潜力、培养了我分析问题的能力。

对灵活运用工具手册解决问题的能力有了明显地提高。

我基本掌握了一个中等复杂零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。

由于自己的能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正。

致谢

本研究课题是在我的导师XXX老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。

他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

从课题的选择到项目的最终完成，XXX都始终给予我细心的指导和不懈的支持。

一学期来，XXX不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，教导我们一些做人的道理，和为人处事的方法，在此谨向XXX致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

最后我还要感谢所有的老师以及同学们，谢谢你们，是你们给了我丰富的知识、做人的道理以及丰富多彩的生活!

参考文献

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化学工业出版社，2006

●崇凯主编，机械制造技术基础课程设计指南，北京：

化学工业出版社，2006

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上海科学技术出版社，1990

●李洪编，机械加工工艺手册，北京：

北京出版社，1990

●李庆余、张佳主编，机械制造装备设计，北京：

机械工业出版社，2003

●冯之敬主编，机械制造工程原理，北京：

清华大学出版社，1999

●李云主编，机械制造工艺及设备设计指导手册，北京：

机械工业出版社，1996

●解同信，金英姬主编.　液压与气压传动技术入门.北京:

化学工业出版社，2007

●周恩涛主编.液压系统设计元器件造型手册.北京：

机械工业出版社，2007

●王守城，段俊勇主编.液压元件及选用.北京:

化学工业出版社，2007

附录