柴油发动机连杆夹具设计.docx

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柴油发动机连杆夹具设计

机电及自动化学院

《机械制造工艺学》课程设计说明书

设计题目：

柴油发动机连杆夹具设计

姓名：

学号：

0811114019

班级：

机电

（1）班

届别：

2008

指导教师：

2012年12月

摘要

连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。

连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。

逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。

机械加工工艺是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保障。

然而夹具又是制造系统的重要部分，工艺对夹具的要求也会提高，专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具都朝着柔性化、自动化、标准化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。

所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。

目录

一、夹具设计任务及要求1

2.精度及批量分析1

二、夹具设计方案的确定1

2.1.基准面的选择（夹具体方式的确定）1

2.2定位原理及定位方案的选择及实现2

2.3．夹紧方式及元器件的选择2

2.4.夹具总装结构3

三、定位误差与夹紧分析及计算3

3.1影响加工精度的因素3

3.3夹紧方式3

3.4夹紧力的数值计算4

3.5确定夹紧力时应考虑的计算系数4

3.7夹紧点的数目及位置7

四、夹具的主要零件结构设计7

4.1定位板定位销孔校核7

五、夹具设计及操作简要说明7

六、结束语9

七、参考文献9

一、夹具设计任务及要求

1.柴油发动机连杆的重要技术要求：

M18孔与端面的垂直度为0.15mm

M18孔与Φ126面的轴线的位置公差为0.05mm

M18孔之间的位置公差为0.15mm

2.精度及批量分析

本夹具主要用于2-M18孔，∮126半圆孔对于两个孔2-M18都有一定的技术要求，但在加工本工序时，两孔尚未加工，而且这两个端面在工序Ⅶ时还要进行加工，因此，在本工序加工时，主要应该考虑如何提高生产率，降低劳动强度，而精度则不是问题。

二、夹具设计方案的确定

2.1.基准面的选择（夹具体方式的确定）

夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。

因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。

在设计夹具体时应满足以下基本要求。

1具有足够的强度和刚度。

2结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。

3安装稳定牢靠。

4结构的工艺性好，便于制造、装配和检验

5尺寸要稳定且具有一定精度。

6清理方便。

7达到零件所须的技术要求

故本方案的基准面以导轨槽∮126面及其端面做为基准面

2.2定位原理及定位方案的选择及实现

1.工件的定位原理

自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。

要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。

工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。

根据零件的技术要求：

定位方案确定为两销一面定位。

2.定位方案的选择及实现

由零件图可知，∮126对2-M18有垂直度要求，其设计基准为2-M18的中心线，为了使定位误差为零，应该选择以两个∮18的孔为定位的自动定心夹具，但这种自动定心夹具在结构上过于复杂，因此，这这是只选用M18两孔为主要定位基面。

为了提高加工效率，为了缩短辅助时间，准备用气动夹紧。

2.3．夹紧方式及元器件的选择

夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大笑的确定。

对夹紧机构的基本要求如下：

1夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。

2夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量

3夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。

4结构力求简单，便于制造和维修。

为了提高加工效率，为了缩短辅助时间，准备用气动夹紧。

2.4.夹具总装结构

根据被加工零件的结构特诊，选择六点定位原理。

∮126孔面的支承块限制3个自由度，半圆销限制2个自由度，∮55孔的削边销限制1个自由度。

总装图参见附件。

三、定位误差与夹紧分析及计算

3.1影响加工精度的因素

一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造成的极限值之差称为定位误差。

产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。

用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：

定位误差ΔP、对刀误差ΔT、夹具在机床上的安装误差ΔA和夹具误差ΔE，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差ΔG。

上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差∑Δ。

a.定位误差ΔD

第一类误差

第一类误差是指工件在夹具上定位时所产生的那部分定位误差。

基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合而产生的那部分定位误差。

在本设计中，由于定位基准和工序基准是重合的，所以基准不重合误差为0。

第二类误差

第二类误差是定位元件对夹具基准面的尺寸误差及位置度所产生的那一部分定位误差。

夹具的主要定位元件为M18两孔，该定位M18两孔的尺寸与公差规定为本零件在工作时应该有的公差。

计算φ126+00.015的孔外端面铣加工后与两孔2—φ18的最大垂直度误差。

零件两孔与φ126+00.019的最大间隙为

бmax=+0.015-0=0.015mm

当定位孔的共度取100mm时，则上述间隙引起的最大倾角为0.015/100，此即为由于定位而引起的φ70+00.015的半圆端对两孔中心线而不起最大垂直度误差。

由φ70+00.019孔要进行精加工，故上述垂直度误差可以允许。

3.3夹紧方式

夹紧装置中产生源动力的部分叫做力源装置，常用的力源装置有气动、液压、电动等夹紧装置中直接与工件的被夹压面接触并完成压夹作用的元件称为夹紧元件，本设计采用了液压夹紧，解决了手动夹紧是夹紧力不一致，误差大，精度低，工人劳动强度大等缺点。

由于油液的不可压缩性，能传递较大的压力，一般工作压力可达

pa,比气压大10多倍，因此，在产生同样作用力的情况下，油缸直径可以小许多倍，使夹具结构更为紧凑。

3.4夹紧力的数值计算

选择夹紧力的作用点和方向应注意：

a）夹紧力应朝向主要限位面；

b）夹紧力的作用点应落在定位元件支承范围内；

c）夹紧力的作用点，应落在工件刚性较好的方向和部位；

d）夹紧力作用点应靠近工件的加工表面；

夹紧力大小主要取决于切削力和重力的大小和方向。

夹紧力作用点和方向的选择，通常应与工件定位基准的选择同时考虑，因此这两个参数在制定机床工艺方案时已确定，这里仅作重点叙述的是确定夹紧力的大小的问题。

3.5确定夹紧力时应考虑的计算系数

a.摩擦系数ƒ

在许多情况下，并不是由夹具的定位支承机构或夹紧机构本身直接承受工件所受切削力，而是由工件在紧急状态下，工件与定位支承机构及夹紧机构之间所产生的摩擦力来防止工件产生平移或转动，因此在确定夹紧力时，需要考虑各种接触表面之间的摩擦系数。

摩擦系数主要取决于工件和支承件，压板之间的接触形式：

ƒ1——工件和支承件之间的摩擦系数；

ƒ2——工件和压板之间的摩擦系数；

查表得

ƒ1=0.2，ƒ2=0.7

b.安全系数

在加工过程中，由于工艺的不同，工件材质和加工余量的不同以及刀具钝化等因素的影响，欲准确地确定所需夹紧力是很困难的。

因此，为了夹紧可靠，必须将计算所得的切削力乘以安全系数作为实际所需的夹紧力。

K=K0×K1×K2×K3×K4×K5×K6

式中，K0——考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数

K1——加工性质

K2——加工钝化系数

K3——切削特点

K4——夹紧力的稳定性

K5——手动夹紧时的手柄位置

K6——仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的情况

刀具：

采用硬质合金钻头

F=CfapXFfzaeUYfz/d0qfnWf（见《切削手册》表3-28）

其中

Cf=650

Ap=3.1mm

XF=1.0

fz=0.08mm

d0=225mm

Wf=0

Ae=40（在加工面上测量近似值）

Uf=0.86

Qf=0.86

Z=20

Yf=0.72

所以

F=650*3.1*0.08*40*20/225

=1456N

在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。

安全系数

K=K1*K2*K3*K4

其中

K1：

基本安全系数1.5

K2：

加工安全系数1.1

K3：

刀具钝化系数1.1

K4：

断续切削系数1.1

所以

F=KFH

=1.5*1.1*1.1*1.1*1456

=2906.904N

选用汽缸斜锲加紧机构，锲角a=10°，其结构形式选用Ⅳ型，则扩力比I=3.42,故由汽缸产生的实际夹紧力为：

N汽=3900i=3900×3.42

=13338N

此时N汽所需要5813.808N的夹紧力，故本来夹具可安全工作。

3.7夹紧点的数目及位置

3.7.1夹紧点的数目

在确定夹紧力作用点的数目时，应遵从的原则是：

对刚性较差的工件，夹紧力的数目应增多，力求避免单点集中夹紧，以图减小工件的夹紧变形；但夹紧点愈多，夹紧机构愈复杂，夹紧的可靠性愈差。

所以采用多点夹紧时，应力求夹紧点的数目为最小。

考虑到Z3080机床尾座体是铸铁件，使夹紧力分散，应采用多点夹紧。

所以本设计采用压板进行压紧，二个压板可将压紧力分为二个。

3.7.2夹紧点的位置

夹紧力的作用点的位置应能保证工件的定位稳定，而不会引起工件在夹紧过程中产生位移或偏转。

夹紧力的作用点应处在夹具定位支承所在的位置上。

由于工件的结构和形状较为复杂，故工件的刚度在不同的部位和不同方向上是不相同的。

由Z3080机床尾座体的结构图可分析出：

工件的两个支撑面的刚性最好。

因此，夹紧力着力点应分别在左右支撑面上。

四、夹具的主要零件结构设计

4.1定位板定位销孔校核

45钢的许用剪切应力[τ]=95MPa,定位销孔直接为28mm，Ff=1086.2N，设计两个定位销，则

τ=Ff×4/（2

2）=10.8MPa<[τ],符合要求。

夹具设计及操作简要说明

五、夹具设计及操作简要说明

如前所述，在设计夹具时，应注意提高该产品的生产率，为此，应该先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。

因此这是提高产品生产率的重要途径。

本道工序的铣床夹具就选择该夹紧方式。

本工序由于是粗加工，切削力较大，为了夹紧工件，势必要增大汽缸直径，而这样使整个夹具庞大。

因此，应首先改进降低切削力；目前采取措施有三：

一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；

二是选择一种比较理想的斜锲机构，尽量增加该机构的扩展力。

三是在可能的情况下，适当提高压缩完全的工件压力，以增加汽缸推力，结果本夹具总

的感觉还比较紧凑。

定位方案的设计是夹具设计的第一步，也是夹具设计中的最关键一步。

定位方案的

好坏，将直接影响加工精度和加工效率。

定位方案一经确定，夹具的其他组成部分也大体

随之而定，因此，对于定位方案必须慎重考虑，以满足设计的要求。

由于定位元件的精度对加工精度影响很大，所以在设计定位元件时，其材料的选择和技术条件应有较高的要求；定位元件与工件定位基准面或配合的表面，一般不低于IT8，常选IT7甚至IT6制造；定位元件工作表面的粗糙度值一般不大于Ra1.6um，常选Ra0.8um和Ra0.4um；采用调整法和修配法提高装配精度，以保证夹具安装面的平行度或垂直度要求。

定位方案的设计，不仅要求符合六点定位要求，而且应有足够的定位精度；不仅要求定位元件的结构简单，定位可靠，而且应容易加工和装配。

此外，还应对其热处理性能，经济性等多方面进行分析，论证，才能确定最佳方案。

本夹具是由定位块，定位柱和定位板来实现连杆体加工时的定位的。

在安装工件时先拧松螺母24，使T型压板松动，然后将工件装上，拧紧即可。

在机床工作时，双轴通过钻模板对工件进行加工，在钻模板上，钻套和衬套，衬套和钻模板都有一定的配合公差要求。

六、结束语

在设计指导老师的悉心指导下，本次设计任务已初步完成，对在本设计过程中的种种因素，方案均作了适当的考虑，同时采取了相应的措施。

在设计过程中，基本围绕连杆体的设计步骤进行并力求使结构简单，便于安装，调整和维修，但由于设计者知识水平和实践机会有限，所在设计过程中对课题的深度和广度，难免有出现漏洞及不如意之处，加上时间有限，对整个升降机全部设计还有较多工作来做，这都需要在今后的工作中使自己更加努力学习，不断完善自己，最终不断促进自己。

二个月的辛勤劳动结束了，在这段时间内使自己已经受到一次严格、正规、有序的锻炼，获得了很多知识，从许多手册，以及参考资料中汲取丰富的未曾学过的东西。

在这里，我要感谢我的指导老师，非常感谢他在我设计过程中的淳淳教导以及对有关问题的指点。

本设计中难免有不足之处，敬望各位答辩老师多多谅解指正，谢谢。

七、参考文献

参考文献

1.《毕业设计指导书》青岛海洋大学出版社出版

2.《机械制图》高等教育出版社出版

3.《切削用量简明手册》机械工业出版社出版

4.《机械制造工艺简明手册》机械工业出版社出版

5.《机械夹具设计手册》上海科技出版社出版

6.《CAD技术》电子出版社出版