基于三維的柴油機(jī)氣缸體三面鉆削組合機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì)

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Proceeding from the parts processing re2quirement, the design, manufacture and method of application of special turning fixture is concretely described.Key words: eccentric hole; turning fixture; design; manufacture; method of application1 引 言 車床作為一種古老的機(jī)床,在現(xiàn)代制造業(yè)中占有十分重要的地位。當(dāng)前,車床廣泛地應(yīng)用于各種軸類、 盤類、 套類和具有回轉(zhuǎn)表面零件的加工,同時(shí)還可以進(jìn)行鉆孔、 擴(kuò)孔、 鉸孔、鏜孔、 滾花、 攻絲和車外螺紋等加工。特別是在使用專用夾具的情況下,不僅可以擴(kuò)大車床的加工范圍,還可以提高零件的加工精度和加工效率1。圖1 零 件 如圖1所示,零件要求批量生產(chǎn)。從該圖可知,該零件要求在 20mm的 軸 上 加 工 14. 6+0. 07mm、16+0. 11mm和17+0. 11mm三個(gè)徑向孔,而孔 14. 6+0. 07mm與孔 16+0. 11mm和 17+0. 11mm又要求具有0. 70. 02mm的偏心距,且孔14. 6+0. 07mm和 16+0. 11mm的表面粗糙度均為Ra3. 2m;同時(shí)孔 16+0. 11mm和孔 17+0. 11mm又分布在內(nèi)孔 14. 6+0. 07mm兩端,從而形成了兩端大中間小的階梯孔,且孔 16+0. 11mm和孔 17+0. 11mm還有同軸度的要求。從以上分析可見該零件的加工難度較大。如果采用精密的坐標(biāo)鏜床或加工中心等高精度機(jī)床,則加工該零件并非十分困難。但現(xiàn)有生產(chǎn)條件只有普通車床,增加了加工難度。若在普通車床上直接采用三爪卡盤夾持零件進(jìn)行加工,無(wú)法達(dá)到規(guī)定的加工要求;若采用四爪卡盤夾持零件進(jìn)行加工,雖然能夠達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求,但必須通過(guò)找正等繁雜的工序,這降低了加工效率,也很難保證零件的加工精度。所以,在批量生產(chǎn)時(shí),為保證零件的加工質(zhì)量、 提高零件的生產(chǎn)效率、 降低生產(chǎn)成本,必須設(shè)計(jì)和制造車床專用夾具。2 車削夾具的設(shè)計(jì)2 2. 1 定位方案的確定 根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工要求可知:若該零件要達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求,則在加工時(shí)必須限制零件的5個(gè)自由度(即繞零件圓柱體軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度不必限制)。因此,采用“ 一面一銷 ” 的不完全定位方式,即以零件的端面和 8.5+0. 015mm的孔作為定位基準(zhǔn)面,以車削夾具上相應(yīng)的定位平面和定位銷作為定位元件,限制零件X、Y、Z軸的移動(dòng)和X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)共計(jì)5個(gè)自由度,確保零件的正常加工。同時(shí),該零件的端面和孔 8. 5+0. 015mm的軸心線均為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),滿足了定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合的原則,消除了基準(zhǔn)不重合誤差(B) ,即B=0,而定位誤差(D)的產(chǎn)生只是由基準(zhǔn)位移誤差(Y)引起。因此,該車削夾具的定位誤差在水平方向和鉛垂方向均存在。即,水平方向: D=B+Y+調(diào)=Y+調(diào)=(ES+ei) /2 +調(diào)=(孔+銷) /2 +調(diào)。式中:ES為 8. 5mm孔的上偏差;ei為 8. 5mm定位銷的下偏差;孔為 8. 5mm孔的公差;銷為 8. 5mm定位銷的公差;調(diào)為方套調(diào)整時(shí)的誤差。 鉛垂方向的定位誤差主要由方孔底面到車床回轉(zhuǎn)中心線距離調(diào)整的誤差決定。因此,在提高定位基準(zhǔn)面和定位元件制造精度及減小調(diào)整誤差的情況下,可有效地控制零件定位誤差的大小,最終保證零件的加工質(zhì)量。45Vol 20No 52007210機(jī)械研究與應(yīng)用MECHAN ICAL RESEARCH & APPL ICATI ON第20卷 第5期2007年10月3收稿日期: 2007 - 08 - 07作者簡(jiǎn)介:張素芬(1964 - ) ,女,重慶人,講師,主要從事機(jī)械方面的工作。2. 2 夾緊方案的確定 由于該零件的產(chǎn)量不大,且零件較小,因此宜用手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu);同時(shí),因?yàn)樵撥囅鲓A具將安裝在車床主軸上隨加工零件一起旋轉(zhuǎn),所以手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、 安全、 可靠,使整個(gè)車削夾具的質(zhì)量較小,以減小車削夾具在旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力對(duì)加工零件精度的影響,注意防止車削夾具上的零件在加工過(guò)程中脫落和飛出。因此,應(yīng)采用螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。2. 3 夾具總體方案的確定 為保證車削夾具定位準(zhǔn)確,裝夾、 拆卸零件方便,清理切屑容易,車削夾具的總體方案選擇開放式結(jié)構(gòu),如圖2所示。圖2 夾具裝配圖1.墊板 2.定位板 3.導(dǎo)柱 4.彈簧 5.定位銷 6.方套7.壓板 8.螺釘 9.螺桿 10.螺柱 11.弓形體 12.螺釘銷 13.錐柄 14.螺釘 從圖2可知,錐柄13與弓形體11聯(lián)成一個(gè)整體,成為夾具體,用于支承定位元件、 夾緊裝置和相關(guān)零部件,同時(shí)便于將車削夾具安裝在車床主軸上。為了加工偏心孔 14. 6+0. 07mm,可通過(guò)上下移動(dòng)方套6和調(diào)整定位板2來(lái)實(shí)現(xiàn)。 其基本工作原理是:方套6在兩個(gè)螺柱10的作用及兩個(gè)導(dǎo)柱3和螺桿9(螺桿9和弓形體11為間隙配合)的引導(dǎo)下,能夠方便地向下移動(dòng);當(dāng)兩個(gè)螺柱10松開后,在彈簧4的作用下,方套6可以向上移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)定位板2的更換。定位板2制成兩件,一件厚一件薄,兩者厚度相差0. 7mm,通過(guò)薄板定位加工 16+0. 11mm和 17+0. 11mm的孔,再通過(guò)厚板定位加工 14. 6+0. 07mm的偏心孔3。3 車削夾具的制造3. 1 夾具體 夾具體由四個(gè)螺釘銷12將錐柄13和弓形體11聯(lián)接而成。在制造錐柄13時(shí),選用45號(hào)鋼并經(jīng)熱處理使其最終的硬度達(dá)到2832HRC,通過(guò)車、 鉗等半精加工后,由外圓磨床精加工外圓柱面和錐面。弓形體11也選用45號(hào)鋼,經(jīng)銑、鉗、 磨加工而成,并要求相互成直角的平面對(duì)角尺。最后,將錐柄13和弓形體11進(jìn)行配鉆、 鉸孔,裝配成一體。3. 2 方 套 方套6是車削夾具的關(guān)鍵零件,它的制造與安裝精度決定了零件的安裝定位精度。所以,在加工時(shí)先用銑床進(jìn)行粗加工和半精加工,保證方套方孔和外輪廓左右的對(duì)稱度;用磨床對(duì)其外輪廓和方孔進(jìn)行精加工,使其達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求;隨后由鉗工將 8. 5+0. 015mm定位銷孔精制而成,并將定位銷5裝入方套6中(其配合為過(guò)渡配合) ;將方套6裝入車削夾具中,并用兩個(gè)螺柱10鎖緊,連同弓形體11和方套6的右側(cè)面為基準(zhǔn),分別測(cè)量弓形體11上 30+0. 021mm孔軸心線和方套6上定位銷軸心線到右側(cè)面基準(zhǔn)的距離,通過(guò)修磨和調(diào)整方套6使它們等距(誤差小于0. 01mm) ,再由鉗工配做弓形體11和方套6上的兩個(gè)導(dǎo)柱孔,同時(shí)配做弓形體11上12H7的孔和方套6上的M10內(nèi)螺紋。3. 3 裝 配 在各零件加工合格的基礎(chǔ)上,將方套6裝入車削夾具體中,再裝入彈簧4、 導(dǎo)柱3和定位板2以及墊板1,并用三個(gè)螺釘緊固墊板1,最后裝入螺桿9,即完成車削夾具的裝配。通過(guò)修磨和調(diào)整定位板2的厚度,來(lái)保證方孔底面與車床回轉(zhuǎn)中心線的距離160. 01mm,從而確定定位薄板的厚度(5) ,再加工一塊(5 +0. 7)厚板。4 車削夾具的使用方法 將錐柄13擦凈裝入車床主軸錐孔中,固定牢。把定位薄板2裝入車削夾具中,用螺柱10將方套6壓緊。然后將加工的零件放在方套6中,用定位銷釘5和方孔底面定位,擰緊螺桿9壓緊零件。此時(shí),可以加工零件 “16+0. 11mm的孔,再用里孔刀加工 “17+0. 11mm的孔。加工完畢后,松開兩個(gè)螺柱10,將定位薄板取下?lián)Q上定位厚板,再將方套6壓緊,即可加工 “14. 6+0. 07mm的偏心孔。在更換定位板時(shí),應(yīng)注意清理干凈切屑和污物,以免影響定位精度。 總之,在使用該車削夾具后,不僅保證了零件的加工質(zhì)量,而且極大地提高了生產(chǎn)效率。參考文獻(xiàn):1 王季琨,沈中偉,劉錫珍.機(jī)械制造工藝學(xué)M .天津:天津大學(xué)出版社, 1998.2 宋 殷.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)M .武漢:華中理工大學(xué)出版社, 1990.3 金向楷.機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)M .北京:清華大學(xué)出版社, 1990.55第20卷 第5期2007年10月機(jī)械研究與應(yīng)用MECHAN I CAL RESEARCH & APPL ICATI ONVol 20No 52007210