夹具设计 [1]

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第一章 加工工件

1.1 工件用途

夹具是加工设备的主要传动部件之一,它在设备中,把作用于加工工件的力传递到设备,并在工作中承受着急剧变化的动载荷.夹具由夹具体及固定盖两部分组成.夹具体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起.为了减少磨损和便于维修,夹具的大头孔内装有薄壁金属轴瓦.轴瓦有钢质的底,底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属.在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片,可以用来补偿轴瓦的磨损.连杆小头用活塞销与活塞连接.小头孔内压入青铜衬套,以减少小头孔与活塞销的磨损,同时便于在磨损后进行修理和更换.

§1.1.2 工件的毛坯制造方式

夹具在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，夹具

材料一般采用高强度碳钢和合金钢：如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此，采用粉末冶金的办法制造夹具是一个很有发展前途的制造方法。 夹具毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，夹具多用模锻制造毛坯。夹具模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成—体。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为夹具毛坯的一种主要形式。总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。

目前我国有些生产夹具的工厂，采用了夹具辊锻工艺。图（——3）为辊锻示意图．毛坯加热后，通过上锻辊模具2和下锻辊模具4的型槽，毛坏产生塑性变形，从而得到所需要的形状。用辊锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平，并且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便于实现机械化、自动化，适于在大批大量生产中应用。辊锻需经多次逐渐成形。

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§1.1.3工件的工艺分析

为了使大头孔与轴瓦及曲轴，小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热，大头孔与小头的衬套孔尺寸公差均为IT6。大头孔表面粗糙度Ra＜0.8μm，衬套孔表面粗糙度Ra＜0.4μm。大头孔的圆度公差为0.005㎜，圆柱度公差为0.01㎜；小头孔衬套的底孔的圆柱度公差为0.007㎜，圆柱度公差为0.015㎜。小头衬套孔的圆度公差为0.004㎜，圆柱度公差为0.008㎜. §1.1.4工件定位基准的选择

两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，从而造成气缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度要求较高;而两孔轴心线用垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。此处规定为：两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度在100㎜长度上公差为0.03㎜；在垂直于转套轴线方向的平行度在100㎜长度上公差为0.06㎜。

§1.2工件的定位方法和定位误差

大小头孔的中心距影响到夹具精确度，即影响到夹具的使用精度，所以规定了比较高的要求:180±0.05㎜。

§1.2.2工件的定位误差及产生原因

大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度影响到轴瓦的安装和磨损；同时，这个垂直度在加工过程中将影响到加工小头孔两端面时的定位精度，所以对他也提出了一定的要求:大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度在100㎜长度上公差为0.1㎜。 §1.2.3定位销的设计步骤

夹具在工作过程中承受着急剧变化的动载荷，这一动载荷又传递到连接连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出搞的要求外，对于安装着两个螺栓的螺栓孔及端面也提出了一定的要求：螺栓孔按公差等级IT8和表面粗糙度Ra＜3.2μm；两螺栓孔在互相垂直的两个方向的平行度在100㎜

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长度上公差为0.15㎜；螺栓孔两端面对螺栓孔轴心线的圆跳动在100㎜长度上公差为0.2㎜。

§1.2.4设计定位销、分析定位误差 在夹具受动载荷时，结合面的歪斜使夹具盖及夹具体沿着结合面产生相对错位，使曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体.连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。此处规定：结合面对大头孔端面的垂直度在100㎜长度上公差为0.2㎜，结合面的平面度公有效期为0.01㎜

§1.3加工工件应选用的机床类型及该机床的特点

1.大承重和高刚性

这是由于模具正在向大型化方向发展，加工设备必须具有足够大的台面尺寸和工作行程与之适应。现在，几吨到几十吨的模具非常普遍，要求机床工作台面能承受大重量。模具材料的强度和硬度都很高，加上常常采用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔，因此加工过程容易发生颤振。为了确保零件的加工精度和表面质量，用于模具制造的高速机床必须有很高的动、静刚度，以提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力。 2.高转速和大功率

高速加工是发展方向，高速铣削在模具加工中已显示了极大的优越性。为了适应模具型腔曲面的加工，刀具的半径应小于型腔曲面最小圆周半径，以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”。由于刀具直径小，因此要求主轴转速非常高，国外高速加工机床主轴转速已达到40000~100000r/min，快速进给速度可达30000~60000min。型腔和模具零件其他部件粗、精加工常常在工件一次装夹中完成，故主轴功率要大，中等尺寸模具铣床和加工中心的主轴功率常为10~40kW，有的甚至更高。

3.多轴联动及良好的深孔腔综合切削能力

模具型腔多为复杂的空间6曲面及沟槽所构成，且许多模具具有深孔腔。为了达到对3D曲面的高精度、高速度和高稳定性加工，机床需要多轴联动，且具有良好的深孔腔综合切削能力。可以采用五轴联动加工中心，除了三个坐标的直线运动外，还有两个旋转坐标的进给运动。铣头或工作台可以多轴联动进行连续回转进给，从而适用于加工具有复杂型腔曲面的模具零件。 高速切削技术在模具制造中的优势 1.加工效率高

采用高速切削，不仅机床转速高、进给快，而且粗精加工可以一次完成，极大地提高了生产效率，再结合数控技术，模具的制造周期可缩短约40%。 2.自动化程度高

高速切削加工模具既不需要做电极，也不需要后续研磨与抛光，还容易实现加工过程自动化，提高了模具的开发速度。 3.表面质量高

用高速切削技术可加工淬硬钢，而且可得到很高的表面质量，表面粗糙度低于Ra0.6μm，取得以铣代磨的加工效果，不仅节省了大量的时间，还提高了加工表面质量。

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第二章 液压传动系统设计

§2.1液压传动系统的设计步骤和内容

（1）机床的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的机床运动种

类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。

（2）机床的工作循环、执行机构的运动方式（移动、转动或摆动），以及完成的工作范围。

（3）液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范围。

（4）机床各部件的动作顺序和互锁要求，以及各部件的工作环境与占地面积等。

（5）液压系统的工作性能，如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。

（6）其它要求，如污染、腐蚀性、易燃性以及液压装置的质量、外形尺寸和经济性等。

§2.2明确液压系统的设计

1、明确对液压传动系统的工作要求，是设计液压传动系统的依据，由使用部门以技术任务书的形式提出。

2、拟定液压传动系统图。（1）根据工作部件的运动形式，合理地选择液压执行元件；（2）根据工作部件的性能要求和动作顺序，列出可能实现的各种基本回路。此时应注意选择合适的调速方案、速度换接方案，确定安全措施和卸荷措施，保证自动工作循环的完成和顺序动作和可靠。

§2.3确定执行元件

液压传动方案拟定后，应按国家标准规定的图形符号绘制正式原理图。图中应标注出各液压元件的型号规格，还应有执行元件的动作循环图和电气元件的动作循环表，同时要列出标准（或通用）元件及辅助元件一览表。

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