活塞销孔精镗床

活塞销孔精镗床 目 录 摘 要 .......................................................................................................................................... II Abstract ........................................................................................................................................ II 1绪论 ........................................................................................................................................... 1 1.1选的目的及意义 .......................................................................................................... 1 1.2国内外发展及现状 .......................................................................................................... 1 2机床#设计方案#的选择与论证 .................................................................................................... 4 2.1精镗床方案的确定 .......................................................................................................... 4 2.2方案的分析与选择 .......................................................................................................... 4 3外观图的设计 ........................................................................................................................... 6 3.1确定机床的配置和布局 .................................................................................................. 6 3.2切削用量的确定 ........................................................................... 错误～未定义书签。6 3.3动力部件的选择 .............................................................................................................. 6 3.3.1主电机功率的计算 ........................................................................................................................ 7 3.3.2镗削头的选择 .............................................................................................错误～未定义书签。8 9 3.3.3滑台的选用 .................................................................................................................................... 3.3.4电动机的选用 ...........................................................................................错误～未定义书签。12 3.4 侧底座的选用 ................................................................................. 错误～未定义书签。12 3.5 确定装料高度 ................................................................................................................ 12 3.6确定夹具轮廓尺寸 .......................................................................... 错误～未定义书签。13 3.7 确定中间底座轮廓尺寸 ................................................................. 错误～未定义书签。13 3.8 确定确定镗杆的长度 ..................................................................... 错误～未定义书签。14 3.9工作行程长度的确定 ...................................................................... 错误～未定义书签。15 3.9.1 工作进给长度 ........................................................................................错误～未定义书签。16 3.9.2 快速退回长度 ........................................................................................................................... 15 3.9.3 快速引进长度 ........................................................................................................................... 15 3.9.4 动力部件总行程长度 ............................................................................................................... 15 4 夹具的设计 ............................................................................................................................. 17 4.1 机床夹具应满足的基本要求 ........................................................ 错误～未定义书签。17 4.2 定位装置的设计 .......................................................................................................... 17 4.2.1 定位方案的确定 ..................................................................................................................... 17 4.2.2 定位元件的设计 ..................................................................................................................... 18 4.3 定位误差的计算分析 .................................................................................................. 19 4.4 夹紧装置的设计 .......................................................................................................... 20 4.4.1 夹紧力的确定 ........................................................................................................................... 20 4.4.2 夹紧方式的确定 ....................................................................................................................... 22 4.4.3 动力元件的设计 ....................................................................................................................... 23 4.4.4 夹紧元件的设计 ....................................................................................................................... 24 4.5 其它元件的设计 .......................................................................................................... 26 总 结 ....................................................................................................................................... 27 参考文献 ..................................................................................................................................... 28 致 谢 ......................................................................................................................................... 29 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计() 2 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 摘 要 本文介绍了1110活塞销孔精镗床的外观图和夹具设计，根据零件的加工要求和结构特点，确定活塞销孔精镗床为组合镗床，采用刚性镗削的工艺方案。在外观图设计中，机床采用卧式布局形式，主运动通过设计刚性镗削头实现，镗杆与机床主轴采用刚性连接的方式，进给运动选用高精度级液压滑台来实现;在夹具设计中，工件的定位采用止口、端面和活塞销孔组合定位方式，夹紧装置的设计采用液压夹紧，由液压缸通过移动压板夹紧工件，手动完成压板的夹紧、松开过程，以便装卸工件。夹具安装在机床工作台上，由夹具底座底面，通过螺钉和圆锥销与机床工作台连接。该设计方案具有设计制造周期短，结构简单，加工精度高而稳定的优点。经过分析和计算表明该设计方案能够满足1110活塞销孔的加工精度要求和生产纲领要求。 关键词:镗床;外观图;夹具;主运动 I 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) Abstract This article describes the appearance and fixture design of the 1110 Piston Pin Hole Fine Boring machine, according to machining requirements and structural characteristics, determine the piston pin hole fine boring machine for the combination Boring machine, the process uses rigid program. in the process of the appearance design, the machine use the horizontal form, the main movement achieved through the design of rigid spindle box, the boring bar and tool spindle combined together with rigid manner, the feed movement use the high precision hydraulic slide-class to achieve; in the process of the Fixture Design , the positioning of the workpiece uses integrated positioning mode including the piston only mouth ,the end and piston pin hole, clamping device use the hydraulic clamping, hydraulic cylinder clamps the workpiece by moving the plate, the clamping and the release of the plate operated by hands, in order to load and unload workpiece. Fixtures installed in the machine tool table, the clamp base bottom connected with the machine tool table through the screw and the taper pin. the design and manufacture of the design cycle is short, the structure is simple, the precision is high and stable. Through the analysis and calculation ,we can meet the 1110 piston pin hole machining accuracy and production program requirements. Key words: boring; Appearance; fixture; main movement II 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 1绪论 1.1选题的目的及意义 活塞号称发动机的―心脏‖，是发动机的核心零件，它与连杆、曲轴等部件组成运动机构，活塞在气缸里承受高温、高压气体的压力，并将气体压力经连杆传给曲轴，驱动发动机运转。它的工作状况直接影响到发动机的性能、工作可靠性和排放性能等指标。尤其是随着客户和社会对发动机性能的要求越来越苛刻,产品推向市场的紧迫性日趋迫切,活塞的合理设计与否成为制约发动机开发成败的关键因素。特别是随着发动机技术的不断提高,对活塞加工精度的要求也越来越高。活塞销孔是活塞最关键的部位之一，是活塞结构中承载最大机械应力的部位。精镗销孔工序是活塞加工过程中的重要质量控制点,加工质量对活塞的性能有很大影响。因此对精镗销孔工序夹具的改进和合理设计活塞销孔镗床对保证活塞的加工精度具有十分重要的意义。 本课题在综合国内外发动机活塞研究现状的基础上，以1110活塞销孔的精镗为例，设计出专门的精镗床和精镗夹具,在确保该高性能活塞耐高温性能、热稳定性及保证活塞可靠性的前提下,有效的提高了发动机的机械效率、发动机的机油消耗量、漏气量等性能。 1.2国内外发展及现状 经研究发现活塞失效的主要原因是由于作用在活塞销孔处的机械应力过大，导致销孔 [1]内侧上方区域应力集中，超过了活塞材料的抗拉强度及屈服疲劳强度所至，因此保证活塞销孔的加工质量非常重要。近代活塞销孔的设计有如下特点:活塞销孔的精度日益提高，尤其是轿车活塞在大批量生产中，实行不分组装配;尺寸公差在0.004一0.006之间，圆柱度不大于0.001，表面光洁度在R0.6以上;为了降低销孔内侧上端面平均比压，防止该处应力集中而疲劳破坏，以及增加销孔的贮油作用，异形销孔设计日趋普遍。上述设计特点，引起了工艺和机床结构改革的观念性转变。销孔精度不应只局限于追求光洁度，主攻 [2]方向应是尺寸精度和形位精度。 1 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 而对活塞销孔精度及表面粗糙度的影响是一个综合性的因素加工。成型的活塞销孔的加工精度技术要求较高,对发动机的正常运行起着重要作用,通过改进、优化和完善活塞专 [3]用镗床的结构,可以有效地提高和保证活塞销孔所要求的各项精度。 由于活塞是大批量生产，因而需要有高效的加工设备和合理的加工工艺。目前，国内活塞制造行业通常是由通用机床和结合活塞工艺特点的专用设备组成机加工生产线。因此，专用设备就成为活塞切削加工的关键设备，其功能和精度将直接影响最终产品关键特性的质量指标。 目前常用的镗床有普通镗床、数控加工中心、专用镗床。普通镗床中常用的是一种用金刚石、立方氮化硼或硬质合金等刀具进行精密镗孔的精密镗床，又称金刚镗床。其特点是精度高、转速快、切削用量小、结构简单、通用性强、成本低、工作安全。在大批量生产的汽车、拖拉机、内燃机等制造业中广泛用于高精度孔的半精加工和精加工，但是装夹麻烦、生产效率低等;专用镗床，速度快、噪音小、易于定位、调整方便、加工精度高、 结构紧凑，但柔性差等;数控加工中心，能实现高效、柔性自动化生产、结构紧凑等，但 [3]成本高，普及性差。 汽油发动机及高速柴油机，应减少往复运动的惯性力，均采用轻质材料做活塞，一般常用铝合金。另外铝合金比铸铁有以下优点:导热性好、质量轻、惯性力小、加工工艺性好等。活塞销孔的技术要求很高，工艺上需安排粗加工、精加工及光整加工。铝合金活塞毛坯销孔预先铸出，因孔带有锥度(起摸斜度)，直接用来定位与夹紧很不方便，经过粗镗销孔后，销孔便可用作有关工序的定位与夹紧表面。销孔的精加工通常在金刚镗床上进[4]行。 为保证加工精度及各项形位公差的要求，除机床本身要达到所要求的加工精度外，工装夹具设计的合理性，使用的可靠性及较高的定位精度则是保证活塞销孔加工质量的必备 [3]条件。 当前，国内大多数活塞生产厂在活塞销孔精镗工序中所采用的夹具虽然多种多样，但就定位方式来讲，则分为两大类:即直接定位和间接定位，夹紧方式又有多种:即外圆夹紧、顶部夹紧、内壁夹紧和内腔顶部夹紧等。 在实际的活塞销孔加工过程中，我们在加工现场发现两个重要问题:一是活塞销孔的表面质量不稳定，如表面粗糙度的超差和外观的不理想，二是销孔的圆柱度波动有时较大， 2 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 甚至超差。众所周知，有诸多因素影响活塞销孔的表面质量，但生产中存在的这两种状况 [5]普遍的。随着客户对活塞加工精度要求的提高，解决此类问题已刻不容缓。所以设计出针对1110活塞销孔的精镗专机和专用夹具才能生产出质优价廉的产品。 3 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 2 方案的选择与论证 本课题所要加工的工件为1110活塞销孔的毛坯为铸件，材料为铝合金。其加工工艺要求为: 表2-1 销孔直径尺寸 销孔直径尺寸公差 销孔直径尺寸公差圆度 平行度 等级 36mm -0.01mm IT5 0.0015mm 0.0015mm , 销孔轴线直线度 销孔轴线对于裙部销孔轴线对裙部轴销孔表面粗糙度Ra 轴线的垂直度 线的对称度 m 0.2,0.006mm 100:0.035mm 0.2mm , 2.1方案的确定 目前情况下，活塞销孔精镗床常采用如下方案: 方案1:选用通用部件镗削头、液压滑台、侧底座，配以专用夹具等基础部件组成单面卧式组合镗床，镗杆与主轴采用刚性连接; 方案2:选用通用部件液压滑台、侧底座，配以专用刚性镗削头、专用夹具等基础部件组成单面卧式组合镗床，镗杆与主轴采用刚性连接连接; 方案3:选用通用部件液压滑台、侧底座，配以主轴箱、专用夹具等基础部件组成单面卧式组合镗床，镗杆与主轴采用浮动卡头连接; 2.2方案的分析与选择 方案1中的镗削头结构紧凑，通用性强，但是它的精度只能达到7级，而活塞销孔的加工要求是5级，不能满足要求。 方案2中的刚性镗削头，刚度高，承载能力大，有利于保证机床的工作精度，镗杆和主轴采用刚性连接，不用镗套，使夹具的结构更紧凑，但是通用性不强。 方案3中采用浮动镗刀，需要前后导向镗杆加工，增加了机床的复杂性，且镗套易磨损，影响机床精度。 4 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 综上所述，我选用方案2 5 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 3外观图的设计 外观图又叫机床联系尺寸图，它是用来表示机床的配置形式、机床各部件之间相对位 [9]置关系和运动关系的总体布局图。它是进行主轴箱、夹具等专用部件设计的重要依据。 1110活塞销孔精镗床外观图的设计主要包括机床的配置和布局、动力部件的选用、主要联系尺寸及工作行程的确定等。 3.1机床布局形式的确定 由于活塞销孔是活塞与连杆结合的装配基准，又是活塞主要部位加工用的定位基准，活塞的加工精度在很大程度上取决于其定位销孔的精度，因此活塞销孔的加工一直是关键工序。机床的结构布局形式有立式、卧式等，立式机床在加工中易产生振动，影响定位销孔的加工精度，卧式机床重心低，可以减小加工的振动，有利于提高定位销孔的加工精度，因此在本次设计中我选用了卧式布局形式。其布局如图3-1所示。 图3-1 机床布局 3.2动力部件的选择 首先要确定切削用量。合理选择切削用量是保证生产线加工质量和生产效率的重要因素之一，同时也是计算切削力、切削功率和加工时间的必要数据，是设计机床、夹具、刀具的依据。 6 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 根据工件的材料铝合金及加工要求，由《机械制造工艺设计简明手册》知刀具材料 a,0.05为金刚石，加工直径余量为0.1mm，背吃刀量mm。由《机械加工工艺师手册》p 确定切削用量如表3-1所示。 表3-1 /(mm/r) fa/mm / (m/min) VP 500 0.03 0.05 3.2.1镗削头的确定 首先对主电动机进行选择。 主切削力为 [7]0.75 公式(3-1) F,392afKZpF 0.75, 392，0.05，0.04，2.5 ,N 4.4 [7]K,2.5 式中修正系数 。 F 切削功率 ,3FV，10ZP, 公式(3-2) 切60 ,34.450010，， , 60 , 0.037Kw P当机床结构未确定时，主电动机功率可用下式粗略估算: E 7 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) P切P, 公式(3-3) E, 0.037, 0.7 Kw ,0.053 [9]主运动为回转运动时，通常,本设计中取0.7。 ,,0.7~085 常用的镗削头有 TA系列和1TA系列，本设计选用1TA系列镗削头。1TA系列镗削头是根据国家GB3668.9—83(等效于国际标准ISO3590—1976)在TA系列的基础上改进而来的。本系列镗削头与滑台配套组成组合镗床，可进行单轴粗精镗孔。根据上面计算的主电动机的功率和活塞销孔的加工质量要求选择精密级的，同时由于此机床是单面、单轴卧式的镗床，要尽量保证结构紧凑，因此选用1TA25M型号的就够用。由于齿轮传动有如下特点:效率高、机构紧凑、工作可靠、寿命长 、传动比稳定等，因此选择齿轮传动即1NGb型。其主要联系尺寸如表3-2和图3-2所示。 表3-2 (单位 mm) L3 型号 传动装置 , ,1 ,2 , ,1 ,2 , ,1 ,2 ,3 ; , 1IT20M 1NGb20 200 170 226 320 125 155 40 100 236.529 438 213 100 12 8 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) B2 H1H H3 dH2 B1c225LL2L3L1B 图3-2镗削头 但1TA25M镗削头的加工精度7级，达不到5级加工要求。因此在采用1TA25M的外形和尺寸的基础上设计出能达到加工要求的专用刚性镗削头。 3.2.2滑台的选择 通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程和加工精度等因素来选用合适的滑台。 由于镗削头用了1IT25M的尺寸参数，一般滑台和镗削头要配套使用，也要选择―1‖字开头25型的标准件。 1、滑台驱动方式的确定 滑台的驱动方式分为液压驱动和机械驱动。 机械滑台只能有级调速，变速比较麻烦，一般没有可靠的过载保护，快进转工进，转换位置精度较低。而液压滑台在相当大的范围内进给量可以实现无级调速，可以获得较大的进给力，零件磨损小，使用寿命长，过载保护简单可靠，由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。鉴于此，本设计选用液压滑台。 符合要求的液压滑台有1HY系列和1HYT系列的。1HYT系列的液压滑台是根据GB3668.4-83(等效ISO2562-1873)标准开发设计的具有国际八十年代先进水平的新型产品。它可与1HJT系列机械滑台、NC-1HJT系列交流伺服数控机械滑台跨系列通用。其结构设计合理、刚性好、精度高、性能可靠、外型美观、配置灵活、通用发化程度高、用途广泛等。因此，选用1HYT25型的液压滑台。 9 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 2、滑台精度和导轨形式的选择 1HYT系列滑台分为普通、精密(M)、高精密(G)三种精度等级，根据活塞销孔的 [10]加工精度要求，我选用了1HYT25G型的液压滑台。 滑台导轨的形式选为一山形导轨和一矩形导轨，依靠山型导轨的两倾斜面进行导向。 [4]这种导轨的导向性好，刚度高，制造方便，适用于卧式组合机床。 另外型式中带A的为铸铁导轨，带B的为镶钢导轨。镶钢导轨是将淬硬的碳素钢或合 B金钢导轨，分段地镶装在铸铁或钢制的床身上，具有较高的耐磨性。所以选择1HYT25G –型的。 3、滑台行程的选择 滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是使镗削头有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整，前备量一般大于10~20mm，本滑台的前备量是20mm。后备量的作用是使镗削头有一定的向后移动的余地，以方便装卸刀具，后备量一般不小于40~50mm，或不少于刀具尾柄插刀具接杆锥孔内的长度。所以滑台总行程应大于工作行程、前备量、后备量之和。 由于活塞为小件零件，，活塞销孔的实际工进行程很小，约100mm，因此液压滑台的 L,250行程选用I型的即可，即mm的。 1 综上所述，我选用了1HYT25G-IB型的液压滑台。 其主要联系尺寸如表3-3和图3-3所示。 表3-3 (单位mm) H L L2 L3 L4 L12 L13 d 型号 型式 行程L1 1HYT25G IB 250 500 250 790 125 300 250 80 M12 10 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 20L1L H 50150L12L4 L13L2L3 图3-3液压滑台 它的主要技术参数如表3-4所示。 表3-4 台面宽度 台面长度 最大推进力 工作进给速度 快行程速度 L行程 1 250mm 500mm 250mm 8000N 32~800mm/min 12mm/min 4、最大推进力、工作进给速度的校核 F 进给力 x P，2%切F, 公式(3-4) xf 0.037，2%, kN 0.03 kN ,0.024,8 所以,最大推进力符合要求。 f,0.03mm/r,298.5mm/min,,[32,800]mm/min进给速度 因此工进速度也符合要求。 液压滑台可以安装在侧底座上，也可以安装在中间底座上。若滑台安装在侧底座上，镗削头安装在滑台上，随滑台运动完成进给运动;若滑台安装在中间底座上，夹具安装即 在滑台上，随滑台运动完成进给运动。由于本设计的活塞销孔加工质量要求极高，夹具安装在滑台上时，带着工件随滑台运动，很不稳，对加工质量的影响极大，因此选择滑台安装在侧底座上。侧底座与滑台是配套使用的，因此选用 1CC25M-I型的。 11 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 3.3主要联系尺寸的选择 3.3.1装料高度的选择 装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离。组合机床标准中，推荐装料高度为1060mm，但根据具体情况，如车间运送工件的滚道高度、多轴箱最低主轴高度等因素， [11]在mm范围内选取。本设计取装料高度为907mm。 850~1060 3.3.2夹具轮廓尺寸的选择 工件的尺寸和形状是确定夹具体底座尺寸的基本依据。确定夹具底座长度尺寸时应考虑工件的定位、夹紧装置的需求空间，并应满足排屑和安装的需求。夹具体底座高度应根据装料高度、夹具大小和中间底座高度而定，并充分考虑中间底座刚度，以便于布置定位机构和设置夹紧机构，便于排屑为原则。在满足以上要求的情况下使夹具体整体结构尽量要紧凑。综合以上考虑，本设计中夹具体底座的宽度、长度尺寸分别选为270mm和500mm。 3.3.2中间底座轮廓尺寸的确定 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面联接安装的需要。中间底座的尺寸根据所选动力部件(镗削头、滑台、)及配套部件(侧底座)的位置关系及上料高度、主轴的高度来确定。 1、中间底座长度方向尺寸L的确定 要根据所选动力部件和夹具安装要求来确定。本设计按公式(3-5)计算。 L,L，L，L 公式 (3-5) 123 式中， L——夹具体底座的长度，为500mm; 1 L——考虑到夹具安装在中间底座上后，中间底座四周还应留70,100mm宽度的回2 收切削液及排屑的凹槽，本设计虽不用切削液，切屑也挺少，但考虑到镗削头与与工件的距离及整个机床的美观，选为80mm; L——中间底座与侧底座连接所用突台的高度，选为10mm; 3 则mm L,500，2，80，10,670 12 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 所以中间底座的长度为670mm。 2、高度方向尺寸的确定 H2 在高度方向必须满足下列尺寸链: 公式(3-6) H，H,H，H，H，H,H，H，H 123456789 式中， H——夹具底座到加工孔中心线的距离，为240mm; 1 H——中间底座的高度; 2 H——侧底座高度，本设计为560mm; 3 H——滑座与侧底座之间的调整垫片，用来保证当工件有误差时也能满足工件的加4 工精度，本设计取为5mm; H——滑台的高度，本设计为250mm; 5 H——镗削头中心轴线到滑台顶面的距离，本设计为125mm; 6 H——工件加工孔中心线至夹具定位基面的高度; 7 H——机床的上料高度，设计取为907mm; 8 ——夹具底座的底面到夹具定位基面的高度; H9 H将以上数据带入公式(3-6)中计算得，中间底座的高度= 700mm。 23.3.3镗杆长度的确定 镗杆的长度用公式(3-7)来计算: l l,l，l，l，l，l，l,l 公式 (3-7) 1234567 l ——前备量，即加工终了时滑台前端面到滑座前端面的距离，此距离等于加工终1 了刀具磨损后向前的补偿量，用调节螺钉来调整，通常不应小于15,20mm，本设计为 20mm; l ——滑座前端面到侧底座前端面的距离，本设计为110mm; 2 13 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) l——中间底座与侧底座连接所用突台得高度，本设计选为10mm; 3 ——考虑到夹具安装在中间底座上后，中间底座四周还应留70,100mm宽度的回l4 收切削液及排屑的凹槽，本机虽不用切削液，切屑也挺少，但考虑到镗削头与与工件的距 离及整个机床的美观，本设计选为80mm; l——活塞销孔右端面到夹具体左端面的距离，本设计为155mm; 5 l——刀具的切出长度选为6mm，又考虑到镗杆的刚度问题，此处取镗杆的伸出的6 总长度选为18mm; l ——镗削头的长度，本设计为125mm; 7 把数据带入式(3-7)得，镗杆的长度mm。镗杆与镗削头的连接用法兰盘来l,262 完成刚性连接。 1110活塞销孔精镗床的外观图主要联系尺寸如图3-5所示。 40170400 2625125531 11010500240 907 940130560250 80 500200500 900670 图3-5外观图主要联系尺寸 14 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 3.4工作行程长度的选择 工作总行程250 快退180 前备量20后背量50快进65工进105 图3-6 行程长度 3.4.1工作进给长度的确定 工作进给长度等于被加工工件的长度(多轴加工时按加工最长的孔计算)与刀具切入长度和切出长度之和。 被加工工件的的长度为102mm。 切入长度可根据工件端面误差确定，一般为5,10mm，本设计取为7mm。 切出长度，由本设计选为6mm。 因此，本设计的工作进给长度为115 mm。 3.4.2快速退回长度的确定 一般在固定式夹具的钻、扩、铰孔机床上，快速退回长度必须保证所有刀具都退回夹具导向套内，不影响装卸工作即可。本设计采用刚性加工，只需考虑不影响装卸工件。因此，本设计的快速退回长度选为180mm。 3.4.3快速引进长度的确定 快速引进是动力部件把刀具快速送到工作进给开始的位置，本设计中应等于快速退回长度减去工作进给长度，因此为65mm。 3.4.4后备量的确定 总行程在滑台的选择中已经确定，为250mm，。前备量是指当刀具磨损或补偿安装制 15 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 造误差，动力部件可以向前调整的距离，本设计选为20mm，因此后备量为50mm。如图3-6所示。 16 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 4 夹具的设计 机床夹具是在金属切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固的夹紧，以接受加工的工艺装备。它的主要作用:可靠地保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。 4.1 定位装置的设计 4.2.1 定位方案的确定 定位的目的是使工件在夹具中相对于机床，刀具都有一个确定的正确位置。工件上用来定位的表面为定位基准面，而在工序图上，用来规定本工序加工表面位置的基准为工序基准。 根据六点定位原理和加工要求，从保证工件定位的稳定性考虑，分析被加工工件工序要求，可确定定位方案如图4-1所示。 Z Y X 图4-1 定位方案 工件的定位采用活塞的止口、端面和销孔组合定位。用一短圆柱销与止口和端面接 ,,,::X,Y,Z,X,Y触，，限制工件，其中端面为第一定位基准面。由于活塞不是一个规则的圆 17 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) ::柱，因此还必须限制，为了防止过定位，用一菱形销与活塞销孔配合，来限制。由于ZZ活塞销孔为要加工的孔，必须在加工前退出菱形销，所以选用伸缩式菱形销。 4.2.2 定位元件的设计 1、短圆柱销 根据活塞的止口和端面的形状，并考虑加工方便以及节省材料，将其设计成圆形，通过螺钉固定在夹具体上。用一支承钉来保证其在夹具体上的正确位置。支承钉的两个圆柱 [11]面都要达到h9的加工精度，分别与短圆柱销和夹具体配合。 根据《优质碳素结构钢钢号和一般技术条件》，短圆柱销的材料选用20钢，热处理采用渗碳处理，渗碳深度0.8~1.2mm，HRC58~64，其他技术条件按照GB2259-80《机床夹具零件及部件技术条件》，其具体的形状和尺寸如图4-2所示。 18 2x453 3530 3516 图4-2短圆柱销 2、菱形销 菱形销的材料选用20Cr，，热处理采用S0.9-C59，其他技术条件按照GB2259-80 《机床夹具零件及部件技术条件》，其具体的形状和尺寸如图4-3所示。 15 18 C +0.0027-0.28 C 向 30 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 5 B-B 302070.40.42M16-6H 1.62335 185 图4-3菱形销 菱形销的伸缩动作可以手动来完成也可自动式。因为选用了液压滑台，因此用一液压缸来带动其完成伸缩动作。根据菱形销的尺寸和要满足的伸缩行程，选用T5033-I型号的液压缸。另外，由于菱形销离加工孔较近，为防止切削屑带进导向套里，卡住菱形销，BB 要加一个防屑罩。此外，菱形销的削边是有方向要求的，要加一个定位螺钉，以防止菱形销转动。具体结构如图4-4所示。 5.5129 203.56 10.535H6 h5 25H70.5n62020 12.7405.0200 图4-4缩式菱形销 4.3 定位误差的计算 工件的加工误差，是指工件加工后在尺寸、形状、和位置三个方面偏离理想工件的大小，它是由三部分因素产生的: 19 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) (1)工件在夹具中的定位、夹紧误差; (2)夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴(或刀具)或运动导轨的位置误差，也称为对定误差; (3)加工过程中误差，如机床精度，工艺系统的受力、受热变形、切削振动等原因引起的误差; [10]其中定位误差是指工序基准在加工方向上的最大变动量所引起的加工误差。可见定位误差只是其中的一部分。设计夹具定位方案时，要充分考虑定位方案的定位误差的大小是否在允许的范围内。一般定为误差应控制在工件允差的1/3~1/5之内。 4.4 夹紧装置的设计 所谓夹紧即将工件定位后的位置固定下来。夹紧的目的是保持工件在定位中所获得的正确位置，使其在夹紧力、切削力等外力作用下，不发生移动和振动。 夹紧装置一般由力源装置、中间递力机构和夹紧元件三部分组成。本设计选择的是用液压缸带动移动压板来夹紧工件。 4.4.1 夹紧力的确定 确定夹紧力包括正确地选择夹紧力的大小、方向和作用点。必须根据工件的形状、尺寸、重量和加工要求，定位元件的结构及其分布形式，加工过程中工件所受到的外力大小等因素进行综合分析。 夹紧力的方向应该有利于工件的确定，应与工件强度高的方向一致，作用点应与支撑点点对点对应，或落在支撑点确定的范围内，夹紧力的作用点应尽量靠近切削部位。另外夹紧力的作用反力不应使夹具产生影响加工精度的变形。根据上述原则，确定的夹紧力的方向及作用点如图4-5所示。 20 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) F 图4-5夹紧力的方向 [12]一般夹紧力大小的确定采用分析计算法，这种方法是将夹具和工件看成是一个刚性系统，根据工件在加工过程中受切削力、离心力、惯性力以及工件的重力的作用情况，找出在加工过程中对工件最不利的瞬间状态，然后按静力平衡原理计算出理论夹紧力，再乘上安全系数即可得到实际夹紧力的数值。 现在把工件作为受力体，对其进行受力分析。然后根据作用力与反作用力求出所需要的夹紧力。考虑工件采用镗削加工的方法，最不利于夹紧状况是开始镗削时，此时的切削力矩会使工件产生翻转趋势，与之平衡的是在活塞顶面的夹紧力产生的力矩与之平衡。具体受力分析如图4-6所示。 FlFZr 图4-6受力分析图 列平衡方程: F，l,F，r 公式 (4-1) Z F,4.4将mm，N，mm代入式(4-1)，得 l,33r,18Z N F,2.4 21 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) F 实际的夹紧力 k F,KF 公式 (4-2) k [7] 将，N带入式(4-2)，得 K,2.05F,2.4 F,4.92 N k 对移动压板进行受力分析，如图4-7所示。列平衡方程即可求出顶杆所需提供的力 。 F2 F1 l1l2FkF2 图4-7压板受力分析图 列平衡方程: F，l,F，l 公式 (4-3) 22k1 F,4.92l,75l,67 将mm，mm，N带入式(4-3)，得 k12 F,5.5 N 2 4.4.2 夹紧方式的确定 [13]在现代夹具设计中，夹紧机构主要有三种。 1、手动夹紧装置 手动夹紧在各种生产规模中都有广泛应用，但是手动夹紧机构动作缓慢，生产率较低，劳动强度大，夹紧力变动大。但手动夹紧生产成本低，一般用在单件加工或小批量生产。 2、气动夹紧装置 采用压缩空气作为夹紧装置的动力源，压缩空气具有粘度小、不污染、输送分便 22 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 的优点。缺点是夹紧力比液压夹紧力小，一般情况下，压缩空气的工作压力为0.4~0.6Mpa，结构尺寸较大，有排气噪声。 3、液压夹紧装置 液压夹紧装置的工作原理和结构基本上与气动夹紧装置相似，它与气动夹紧装置相比有以下优点: (1)压力油工作压力可达6Mpa，因此油缸尺寸小，不需增力机构，夹紧装置紧凑。 (2)压力油具有不可压缩性，因此夹紧装置刚度大，工作平稳可靠。 (3)液压夹紧装置噪声小。 其缺点是需要有一套供油装置，成本要相对高一些，因此液压夹紧使用于具有液压传动系统的机床和切削力较大的场合。 在现代生产条件下，机械化和自动化程度越来越高，特别是大量生产条件下，手动夹紧越来越不适应生产力的发展。考虑到活塞为大批量生产且采用了液压滑台，所以在此选择液压夹紧方式。 4.4.3 动力元件的设计 动力元件是为整套夹具提供动力，提供夹紧机构所需要的夹紧力，设计中动力元件采用液压缸，液压缸的设计尺寸需要根据液压缸所要提供的夹紧力的大小，确保工件能够夹紧稳定。在夹紧过程中，夹紧力过小，工件在加工过程中会发生移动，影响加工精度，夹紧力过大，容易把工件压溃。所以夹紧油缸的设计是非常重要的。根据夹紧形式确定液压缸的下腔为工作腔，油液进入下腔后活塞向上运动，带动顶杆向上运动顶住移动压板的一端，从而实现工件的夹紧。 由于活塞属于较小的零件，为了使整个夹具结构能紧凑，选用最小的型号，且行程为20mm的，同时便于安装，选用地脚式的油缸，即T5053-I型。通过四个螺栓和两个定位销安装在夹具体上。油缸是通过顶杆作用于移动压板的，所以活塞杆的顶端要特别加工成螺纹，与顶杆连接在一起。 液压缸的工作压力一般在20MPa~50M Pa，由于此机床的切削力较小，因此，选用20MPa。 查《机械设计手册》表19-6-30， 公式(4-3) F,PA 23.14329.8，，20,，N 100 23 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) N ,6302,,5.5 所以符合要求。 液压缸的主要联系尺寸如图4-8所示。 100 50 54 H9f9 ?55 4382020325H9f9225 图4-8液压油缸 4.4.4 夹紧元件的设计 由于活塞的材料为铝合金，质较软，因此要通过一铜片来夹紧，以防把工件压坏。同时考虑压板损坏之后更换浪费材料，所以把铜片做成压块，并通过内六角螺钉完成压块与压板的连接，来夹紧工件。根据工件的尺寸选择设计相应的移动压板。具体尺寸如图4-9 所示。 24 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 2018 6.3336.3 598 40 16 85 170 图4-9 移动压板 压板材料:45按GB699-65《优质碳素结构钢钢号和一般技术条件》 热处理:HRC35~40 其它技术条件按JB/T8044-1995的规定。 根据《实用机械加工工艺手册》和活塞顶端的形状，压块的形状和尺寸如图4-10所示。 3.2 6.32x45? 6.3 图4-10 压块 材料:Cu 发蓝处理 其它技术条件按JB/T8044-1995的规定。 25 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 4.5 其它元件的设计 1、夹具体 [15]夹具体是夹具的基础件。在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构和装置等。设计时应满足以下基本要求: (1)应有足够的强度和刚度; (2)结构简单，具有良好的工艺性; (3)尺寸稳定; (4)便于排屑。 所以在选择夹具体的毛坯结构时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。由于所加工的孔系有一定位置精度要求，为了缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，夹具体通常不需要做复杂的计算，根据工件、定位元件、夹紧装置、对刀元件以及其他辅助机构和装置在总体上的配置，只按照经验法估算夹具体的外形尺寸。另外，应将夹具体铸成中空，为保证夹具体的刚度，应设有加强筋，加强筋不能影响夹具体中其他零件的安装。 夹具体安装在中间底座上，由夹具底座底面，通过内六角螺钉和圆锥销与中间底座连接。 26 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 总 结 本论文详细介绍了1110活塞销孔精镗床外观图和夹具的设计。根据零件的加工要求和结构特点，确定活塞销孔精镗床为组合镗床，采用刚性镗削的加工工艺方案。在外观图设计中，机床采用卧式布局形式，选用通用部件液压滑台1HYT25G-IB及其配套部件侧底座1CC25M-I，配以专用夹具、刚性镗削头等基础部件。刚性镗削头带动镗杆旋转完成主运动，镗杆与机床主轴采用刚性连接的方式，滑台带动刚性镗削头完成进给运动。工件的加工精度由机床的工作精度保证。在夹具设计中，合理的确定了定位方案和夹紧方案。工件的定位采用活塞止口、端面和销孔组合定位方式，用短圆柱销和菱形销定位元件实现六点定位。夹紧装置采用液压夹紧，由液压缸带动移动压板夹紧工件。夹具安装在中间底座上，由夹具底座底面，通过螺钉和圆锥销与中间底座连接。 该设计方案具有设计制造周期短，结构简单，加工精度高而稳定的优点，又具有一定的调整能力，以适应工件变化的需要。但也有一些不足之处，例如，夹紧可采用钩形压板，由液压缸带动其自动完成转动，便于工件的装卸。菱形销的伸缩动作和压板的夹紧松开动作可设计成一个联动机构，可缩短辅助时间，大大提高生产效率。另外工件的装卸可设计机械手来完成，降低人工强度等。 27 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 参考文献 [1] 石宏娟. 发动机活塞销孔结构改进的有限元分析:[硕士学位论文]. 授予单位所在地:中北大学，2009,29- [2] 徐景雍. 现代汽车活塞制造技术总论. 安徽工学院学报，1996，15(3):l-6 [3] 王海涛,赵庆志,宋树峰,洪务礼,秦磊. 活塞精镗机床加工精度提高的改进方法. 内燃机与动力装置，2008，(2):41-44 [4] 郑修本. 机械制造工艺学. 北京:机械工业出版社，1999.5，221-235 [5] 祁进才. 活塞销孔精键夹具.内燃机配件，2004，(6):12-14 [6] 陈宏均. 实用机械加工工师手册. 北京:机械工业出版社，2003.1，603,1437 [7] 杨叔子. 机械加工工艺师手册. 北京:机械工业出版社，2001.8，24,1465 [8] 贾亚洲主编.金属切削机床概论.北京:机械工业出版社，1998，173-2175 [9] 冯辛安. 机械制造装备设计.北京:机械工业出版社 [10] 谭益智. 柔性制造系统. 北京:兵器工业出版社，2005.9，62-101 [11] 李庆余等.机械制造装备设计.机械工业出版社，2007,22-145 [12] 甘永立.几何量公差与(上海科学技术出版社 [13]陶嵩德.机床夹具设计.上海科学技术出版社，1999，9-102 [14] 薛源顺.机床夹具设计.机械工业出版社，2004，9-121 [15]周开勒.机械零件手册.第五版，高等教育出版社，2004，63-89 [16] 张宝国,刘锋 .内燃机铝活塞精镗销孔工艺分析.发动机制造，2008，(9):21-23 [17]邹青. 机械制造技术课程设计指导教程.机械工业出版社，2004， [18]H.W.WUC.Chi.FiniteElementModelforThermalSysteminRealTimeOPeration DieselPiston.ComputersandStruetures.1989，32(5):997~1004 28 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 致 谢 经过这几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一项本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要顺利完成这个设计是很困难的。 在这里首先要感谢我的导师李爱芝老师。在整个设计过程中，李老师为此付出了很多的心血，牺牲了很多休息时间。由于知识有限，经常遇到一些问题，老师都不厌其烦的讲解一遍又一遍。记得在设计过程中，设计方案有两次大的改动，每次改动，老师都耐心的讲解，直到我完全弄明白怎么错的，怎样改进更好。她诲人不倦的高尚师德，严谨细致的工作作风，丰富的理论知识和科学研究的精神令我折服，同时也使我受益匪浅。李老师不仅在学业上给我以精心指导，在生活和精神上也给了我很大的关怀和鼓励，让我从考研的挫折中振作起来。在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我也要对在我的整个毕业设计过程中付出心血的其它各位老师表示深深的感激。 其次要感谢和我一起毕业设计的同学，遇到问题，我们一起研究，一起讨论，共同解决，大家共同通宵达旦的工作，彼此建立了深厚的友谊。如果没有他们的支持和鼓励，此次的设计也不会顺利完成。然后还要感谢大学四年以来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础，此次毕业设计才能顺利完成。最后感谢机电工程学院和我的母校——青岛农业大学四年对我的大力栽培。 转眼间，毕业设计已经接近尾声，在这次设计中我学到了很多，在此向所有帮助过我的人表示衷心的感谢。 29