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三菱4G6水泵體夾具設計

時間:2020-04-18 來源:臺州職業技術學院 作者:吳鵬炯 本文字數:5028字

  [摘要]主要說明銑床專用夾具設計的標準和制作工藝的要求,以及繪制總裝配圖的程序。

  [關鍵詞]水泵體;夾具;設計

  1 專用夾具的設計要求

  銑床專用夾具是銑削加工中確定工件在機床上與刀具之間具有相對正確位置的專用工藝裝備。由夾具體、定位元件、夾緊元件、對刀引導元件和導向定位元件等部分組成。

  1.1 夾具體一般的設計要求

  (1)必須要有足夠的強度和剛度,使之能夠承受較大原切削力和夾緊力。為保證夾具體不產生不允許的變形和振動,需有一定的壁厚,設置加強肋。

  (2)結構工藝性好。夾具體應便于制造、裝配和檢驗。

  (3)排屑方便。在夾具體上設置排屑裝置,使夾具體重要的地方不留下切屑。

  (4)在機床上安裝應穩定可靠。夾具在機床上的安裝都是通過夾具體的安裝基面與機床上相應表面的接觸或配合實現的,在機床工作臺上安裝時,夾具的重心應盡量低,重心越高則支承面應越大,使夾具體的安裝基面與機床的工作臺面接觸良好。

  1.2 用戶對夾具設計的特殊的要求

  (1)標準化,換裝方便,而且夾具總高度控制在290mm內。

  (2)要求操作方便、高效、安全可靠。

  (3)具有良好的使用壽命和較低的生產成本。

  (4)應滿足零件的加工精度要求。

  (5)要求夾具輕,一個人就能搬運。

  2設計準備

  2.1 準備工作

  收集原始資料,并根據設計任務對資料進行分析。具體內容有:

  (1)研究被加工零件。明確夾具設計任務,包括分析零件在整個產品中的應用、零件本身的形狀和結構特點、材料、技術要求和毛坯的獲得方法。

  (2)分析零件的加工工藝過程。特別要了解零件進入工序的狀態,包括尺寸、形狀精度、材質、加工要求、定位基準、夾緊表面等。

  (3)了解使用機床的性能、規格和運動情況。特別要掌握與所設計夾具連接部分的結構和聯系尺寸。

  (4)了解零件的生產批量和生產綱領情況。

  (5)收集有關設計資料,包括機械零件、夾具設計等標準及其他相關資料。

  2.2分析零件圖

  設計的是銑水泵體底平面的夾具,夾具的材料是45號鋼,零件加工的材料是鋁,需要批量生產。認真分析了零件圖,下平面(下面稱大平面)到上表面的距離820mm+0.02mm,加工的毛坯尺寸是138mmx 125mm x 84mm,設備名稱是X333/3的單柱式立臥二頭銑床,要把毛坯倒過來放在夾具中,在主切削力的作用下不發生運動和變形。加工后的大平面為后道工序的基準面,加工的精度、平面度要求較高,表面粗糙度要求也較高,為Ra=3.2um。 所以初步設計為銑兩次,第一次粗加工,去掉1.9mm,第二次精加工,達到表面粗糙度和平面度要求,且保證尺寸要求。

  綜上所述,裝配夾具體,由標準的毛坯件、零件及個別非標準件通過螺釘、銷釘連接組裝而成。標準件由專業廠生產。此類夾具具有制造成本低、周期短、精度穩定等優點,有利于夾具標準化、系列化,也便于夾具的計算機輔助設計。

  3選擇定位方 案設計定位裝置

  3.1 定位分析

  根據六點定位規劃,一個工件在夾具中未定位前,可以看作在空間直角坐標系中的自由物體。工件在空間的位置是任意的,可沿X、Y、Z三軸有不同的位置,通常稱為工件沿三個垂直坐標軸具有移動自由度。此外工件可以繞X、Y、z軸有不同的位置,通常稱為繞三個垂直坐標軸具有轉動自由度。任何工件在直角坐標系中都有以上六個自由度,要使工件定位時有確定的位置,必須消除工件在某幾個方位上的任何影響加工 精度的轉動自由度。六點定位規則需要重視以下幾點:

  (1)六個支承點的分布必須適當,否則就限制不了工件的六個自由度。

  (2)用支承點去限制工件在空間的自由度時,支承點必須與工件的定位基準始終保持緊貼接觸,不得脫離;否則支承點就失去了限制工件自由度的作用。

  (3)在分析支承點的定位作用時,不應考慮力的影響。

  設計夾具總高度時,應考慮到,工件夾在夾具中,主軸端面到工作臺的距離應該在規定的范圍內: Hmax> H> Hmin,注: Hmax、Hmin是根據銑床的型號,查得相關的數值。X333/3銑床的最大高度是Hmax=290mm,設計時高度應低于290mm。

  確定其他零件裝置的結構形式,如鉤形壓板,著座等。勾形壓板,不能設計得太長,太長時銑平面會把勾形壓板的頂部一起銑掉,這樣可能會把銑刀碰壞,也浪費材料。一般設計成比所需平面尺寸低0.5~ 1.0mm,例如,上表面與 底平面的尺寸是820mm +0.02mm, 勾形壓板的頂部應離底平面1.0mm,這樣確保勾形壓板不會被銑到。勾形壓板的右邊設計成斜面,主要是為了避免干涉,可以增大壓板與零件接觸平面的壓力,也可以節省材料。中間的彎形槽主要作用是通過鉸鏈機構改變力的方向,使勾形壓板能夠壓緊和放松。

  零件z方向的上下運動是用著座元件來控制。著座中間是通孔,主要是為了通氣,設計的目的是為了安全。這個通孔主要是起檢測作用,檢測零件有沒有放或有沒有放好。假如零件沒有放或沒有放好,就按下行程開關,機床就不會工作;只有零件放了而且放正確了,機床才會正常工作。設計成下面孔徑大而上面孔徑小,主要是增大氣壓和檢測。零件放或沒放的氣壓是不一樣的, 如果零件放下以后的壓力在它的氣壓范圍之內就可以工作,否則機床也不會工作。底部外徑設計成錐度,是為了方便氣管插入或拔出。

  3.2不同方案的比較

  考慮各種零件裝置的布局,確定夾具體的結構,完成夾具整體結構設計。對于夾具總體結構,擬兩個或兩個以上的方案,經分析比較確定較合理的方案。

  方案一:

  用兩個定位銷把零件固定在夾具上,控制零件x方向和y方向的移動。中間用鉤子鉤住,控制零件上下運動。

  方案二:

  用兩個定位銷把零件固定在夾具上,控制零件x方向和y方向的移動。旁邊用壓板壓住,控制零件上下運動。

  方案三:

  把零件放在著落支撐銷和定型的擋塊上,用氣缸裝置從側面壓緊,控制零件x方向和y方向的移動,并且安裝著座檢測裝置。著落支撐銷,控制了零件的上下運動自由度,還控制了X、Y軸的轉動自由度。

  分析比較以上三種方案:

  方案一:

  優點:結構簡單。

  缺點:設計和計算定位銷比較麻煩。

  方案二:

  優點:結構比較簡單。

  缺點:安全性不好,壓緊時,壓板和零件旁邊的沖擊力比較大。

  方案三:

  優點:放置零件方便,工作安全,其中著座中間是通孔,主要是起檢測作用,可以提高生產效率,還可以保護機床。

  缺點:與以上兩種方案比較,結構稍微復雜。

  因此,采用第三種方案比較好。

  3.3定位誤差的分析與計算

  這關系到工件在夾具中所確定的位置準確與否的問題,即所設計的定位方式能否保證這批工件加工后達到規定的加工技術要求。在機械加工過程中,工件的加工誤差由下述三部分組成:

  (1)定位誤差,在夾具定位時產生的誤差,以D表示。

  (2)與夾具有關的加工誤差(除定位誤差外)包括夾緊誤差、夾具的磨損所引起的誤差、夾具在機床上的安裝誤差、對刀(或導向)誤差和夾具的制造誤差,以J表示。

  (3)加工方法誤差除夾具外,與工藝系統其他一切因素有關的加工誤差,以G表示。

  上述三部分誤差的總和應不超出工件的加工公差K,即D+J+ GsK對某一定位方案,經分析計算其可能產生的定位誤差,只要小于工件有關尺寸或位置公差的1/3~ 1/5,一般即認為此方案能滿足該工序的加工精度要求。

  對于本夾具的定位誤差分析:

  工件定位的尺寸著座尺寸15+0.025(單位: mm)著座支撐51+0.025著座支撐14+0.025從以上尺寸可知最大定位誤差為Xmax=0.025x3=0.075mm符合要求。

  4夾緊方案的分析及夾緊力的計算

  4.1夾緊裝置的要求

  機械加工過程中,為保證工件定位時所確定的正確加工過程,防止工件在切削力、慣性力、重力等作用下發生位移和振動,因而對夾緊裝置的合理性提出以下要求:

  (1)夾緊過程中不改變工件定位后占據的正確位置。

  (2)夾緊力的大小要可靠合適。既要保證工件在整個加工過程中位置穩定不變,振動小,又要使工件不產生過大的夾緊變形。

  (3)夾緊裝置的自動化和復雜程序與生產綱領相適應,與大批量生產相適應。既要保證生產效率,又要結構簡單,便于制造和維修。

  (4)夾緊裝置的操作應方便、安全、省力。根據以上要求綜合考慮,采用汽缸自動夾緊是合理的。

  4.2夾緊裝置的組成

  (1)力源裝置

  力源裝置產生夾緊力,夾緊力來源于機械或電力,常見的有氣壓裝置、液壓裝置等。此夾具用的是氣壓自動裝置,特點是以壓縮空氣為動力的氣氣壓夾緊,動作迅速,壓力可調,污染少,設備維護簡便。

  但氣壓夾緊剛性差,裝置的結構尺寸相對較大。

  汽缸的標準型號為CDQ2BS63- 20D。

  (2)夾緊結構

  在工件夾緊過程中,將力源裝置產生的夾緊力作用在工件上的機構稱為夾緊機構。一般夾緊機構又 包括中間力的傳遞和夾緊元件兩個部分。

 、僦虚g傳力機構,將力源裝置產生的夾緊力傳遞給夾緊元件,以便對工件實施夾緊。根據需要,中間傳力機構可以改變夾緊作用力的大小和方向,并具有一定的自鎖性能。

 、趭A緊元件,是夾緊裝置的最終執行元件。它和工件直接接觸而完成夾緊作用。

  由于4G6水泵體的毛坯有拔模斜度,所以要用斜楔夾緊機構。

  4.3夾緊力確定的基本原則

  (1)夾緊力的方向,應有利于定位穩定,主夾緊力朝向主要定位基面,有助于減少夾緊力。夾緊力的方向應向工件剛性較好部位。

  (2)夾緊力作用點,應落于定位元件的支撐范圍內,盡量靠近加工表面。

  4.4夾緊機構的工作原理

  按下行程開關,電磁閥通電,開始工作,就與氣管接通。氣管的兩端分別連接活塞的進氣口和出氣口,工作時氣是由進氣口進入,帶動活塞向左運動;钊麠U和杠桿的一端連接,活塞I作時帶動杠桿向左運動,通過杠桿機構帶動滑動桿向右運動;并且調整力矩,從而帶動壓緊機構工作,達到壓緊的目的,機床才開始工作。當零件加工完成,氣從出氣口進入,推動活塞反方向運動,使杠桿向右運動,帶動滑塊向左運動,達到放松的目的。

  4.5夾緊力的大小

  從理論上講,夾緊力的大小和作用效果,應與在加工過程中工件受到的切削力、離心力、慣性力和工件自身重力所形成的合力或者力矩相平衡。工件在加工過程中,切削力本身是變化的,夾緊力的大小與工藝系統的剛度、夾緊機構的傳遞效率等因素有關。夾緊力大小的計算是一個很復雜的問題,只能作粗略的估算。在估算夾緊力時,考慮主要因素在力系中的影響,一般只考慮切削力(矩)對夾緊的影響。

  并假設工藝系統是剛性的,切削過程是穩定的;找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態,按靜力平衡原理估算此狀態下所需的夾緊力大小。為保證夾緊安全可靠,由靜力平衡計算出的夾緊力再乘以安全系數,作為實際需要的夾緊力,即:

  W=Kw式中W-實際所需的夾緊力;w一由靜力平衡計算出的夾緊力;K-安全系數,考慮到工藝系統的剛度和切削力的變化,一般取K=1.5~ 3最后還要校核夾緊機構產生的夾緊力W機構是否滿足實際所需的夾緊力。

  5 審查、改進繪制總裝圖

  5.1夾具草圖畫出后, 應征求有關人員的意見,并送有關部門審核,然后根據他們的意見對夾具方案作進一步修改。

  5.2 繪制夾具總裝配圖應遵循國家標準繪制。繪圖比例盡量采用1 : 1。主視圖按夾具面對操作者的方向繪制?倛D紙應把夾具的工作原理、各種裝置的結構及其相互關系表達清楚。

  [參考文獻]

  [1]李澄,吳天生,聞百橋機械制圖[M].北京:高等教育出版社,1997.

  [2]薛彥成.公差配合與技術測量[M].北京:機械工業出版社,1999.

  附錄:三菱4G6水泵體夾具設計圖(目錄)

  1.擋塊

  2.支撐左底板

  3.鉤形壓板

  4.推塊

  5.鉸點支座

  6.下滑板

  7.上滑板

  8.拉塊

  9.拉條

  10.氣缸安裝塊

  11.氣缸安板

  12.偏心銷

  13.支撐右底板

  14加強筋

  15.提手

  16.壓塊

  17.支撐底座

  18.支撐塊

  19.浮動板

  20.夾具板

  21.夾具板定位銷

  22.著座安裝塊

  23.著座

  24.壓緊板

  25.浮動板底座

  26.壓緊板引

  27.支撐墊塊

  28.著座支撐

  29.壓緊塊

  30.杠桿

  31.墊圈

  [評析]

  吳鵬炯同學的《三菱4G6水泵體夾具設計》是一篇設計型畢業論文,由設計說明書和圖紙組成。其主要有三方面的特點。

  一、邊實習邊設計,學用統一。吳鵬炯同學在畢業實習的公司里,在指導教師和公司技術人員的精心指教下,專業理論聯系生產實際,工作崗位驗證畢業設計。使設計的夾具直接為生產第一線服務, 具備了工作方便、 加工安全、生產效率高、便于安裝和拆卸等優點,不足之處是制造較復雜,費用較高。能做到這一步, 也是難能可貴的。

  二、條分縷析,說明清楚。先概述夾具的設計要求,按夾具的構成和設計程序進行具體說明,有準備工作,有選擇比較,有分析計算,有審查改進,最后繪成總裝圖。細看31幅設計圖,線條準確流暢,科學有序,表現了作者較扎實的制圖功底。這給人以完整、具體、深刻的印象。

  三、比較設計,重點突出。第三部分在全文中處于“重心”位置,作者用比較方法,對夾具的三個定位設計方案的優缺點,進行多方面的比較,最后選定第三方案,真是不比不知道,一比全明了。同時仔細分析和計算了夾具定位誤差率,使其符合設計要求。這既為整個設計打好基礎,也說明了夾具設計的優勢和實用價值。

  (點評:陳春法)

    包錦陽.大專生畢業論文(設計)[M].浙江:浙江大學出版社,2004.264-274.
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