粗銑發動機缸體上端面專用夾具的設計

張瑋瑋　董　昭　何　強

(安陽工學院，河南 安陽 455000)

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粗銑發動機缸體上端面專用夾具的設計

張瑋瑋董昭何強

(安陽工學院，河南 安陽 455000)

以HT250缸體數控加工夾具為例，介紹了發動機缸體在數控銑削過程中的定位和夾緊的方法，提出杠桿調節機制，解決缸體定位難問題。在實際生產中，可有效地縮減工件的裝夾和定位時間，提高了加工效率和加工精度，使產品的工藝性、經濟性得到顯著提高。

HT250缸體;杠桿調節;夾具設計

夾具按結構特點及專門化程度主要分為通用夾具、專用夾具、組合夾具和可調夾具4種。其中專用夾具是專為某一特殊加工工序而設計制造的夾具。依據其結構緊湊、操作方便的特點，多用于固定產品的大批量生產。

本文是為10L汽缸體(如圖1)加工過程的裝夾定位設計一套專用夾具，并根據生產過程中的實際情況對夾具進行了改良優化。在使用此專用夾具工作時，可有效地減少工件的裝夾、定位時間，促進了加工功率和加工精度的提高，使得工件在批量生產時的優勢更為明顯。

1　加工方案的分析

10L汽缸體如圖1所示，該工件是發動機的重要組成部分，HT250材料產品加工技術要求為：

(1)工件表面不能有明顯的擠壓形變、劃痕等破壞工件表面的缺陷。

(2)加工表面的形狀公差應符合IT8的要求。

(3)產品表面需要與其它工件聯接應滿足Ra6.3μm要求。

(4)切削深度為5mm。

加工工藝的思考：本產品是鑄造毛坯件，本文所述加工是整個加工工藝的第一道工序，對夾具的定位要求比較高。要設計好該夾具首先解決的問題是確保粗銑后的上端面與缸孔垂直，其次是夾緊元件的選取。

2　加工難點分析

此道工序只需加工上端面，然而由于工件為鑄造成型的毛坯件，各面均尚未加工，缺乏定位基準，這給加工的定位帶來很大的難題。

對于這種道道工序加工的工件，保證其能夠快速、準確地進行定位裝夾并且符合生產要求是關鍵。因此，為了實現工件的裝卸方便，并避免工件振動刀具崩刃等問題的出現，需要設計和制造一副簡單的夾具，完成工件快速、準確的定位裝夾工作，保證加工精度，同時要求夾具制造簡單、通用性強的特點，可供改裝并能夠長期使用。夾具設計如圖2所示，工件為豎直放置，加工上端面。

如圖3所示，該夾具定位采用曲軸孔和缸孔的鑄坯畫定位。由于工件質量約350kg，在安裝時不太方便，在設計中要設計一組導向元件，便于工件安裝到夾具上。導向元件如圖4所示。這樣設計的優點，便于工件在安裝時快速定位，輔助裝料工人準確地把工件安裝到夾具體上，節省時間、提高安裝效率。由于工件表面存在鑄造誤差，所以在夾具體的左夾具上設計一套杠桿調節裝置(如圖4所示)，右夾具體上設計圓柱壓板，壓住工件。兩者相互配合，便于左夾具調節工件直到缸孔豎直。

3　夾具體的設計

3.1中間夾具的設計

中間夾具體(如圖5)要解決的問題是安裝導向和定位。在安裝工件時，為了使工件能夠準確地安裝在夾具體上，此方案在中間夾具體以上設計了導向元件，導向元件采用錐柱體，并在錐柱體上端安裝一個粗限位柱，保護錐柱體不被破壞。在定位支撐板上安裝了6個液壓控制的輔助支撐，確保工件下端面能夠平穩接觸支撐、并輔助工件進行調節。夾緊元件采用液壓控制，當工件完全定位穩定后，夾緊裝置發生自鎖，抱死工件，使得工件完全固定。

3.2左夾具的設計

左夾具體(如圖6)的主要功能就是通過左側缸孔壁定位油缸和防止工件在銑削過程中發生側翻。針對這兩個問題，提出了杠桿調節及液壓輔助支撐。在中間液壓缸驅動的作用下，利用鉸鏈聯接調節左右杠桿找尋平衡點，使得工件調到合理加工位置。當確定好加工位置后，液壓缸就會自鎖，抱死工件。輔助支撐就是為了抵消銑刀在切削時，對工件產生的扭矩。當工件完全定位穩定后，輔助支撐自鎖，抱死工件(頂住工件，但不夾緊工件，當工件受到外力時，又頂不動頂桿的效果)。左夾具在輔助支撐板上添加四個液壓頂頭壓緊工件，防止工件在銑削過程由于工件振動，而加工精度無法得以保證。

3.3右夾具的設計

右夾具(如圖7)的設計考慮到發動機缸體右端面需要一組夾緊元件夾緊工件，使得工件完全定位。夾緊元件的頂端是圓柱頂頭(端面作為參考面)。夾緊元件采用液壓調節裝置，便于調節工件的相對位置。當工件完全定位后，液壓缸體就會自鎖，抱死工件(頂住缸體，但不夾緊缸體，當工件受到外力時，又頂不動頂桿的效果)。同樣考慮到工件在加工時，由于銑削力的作用，使工件產生扭矩。為了防止工件發生側翻，在右夾具上添加3個液壓頂頭。因為工件在加工時，可能受到振動對加工精度的影響。所以在夾具體輔助支撐板上添加3個輔助支撐，夾緊工件。

4　工件裝夾設備設計

為了解決工件在裝夾過程中耗時比較長和定位不精確等問題，我們設計一套杠桿調節裝置和一套輔助支撐裝置，這兩套裝置都是用液壓系統控制。輔助支撐裝置是用于工件在完全定位后，抱死工件的作用。

4.1杠桿調節的設計原理

工件安裝到中間夾具后，右側夾具的夾緊元件開始頂住缸體向左運動，由于安裝或鑄造的原因，工件的右側面不能與右夾緊元件的頂頭端面相對重合。這需要左側夾具體的杠桿調節裝置，調節缸體到相對平衡的位置。左側杠桿原理的裝置如圖8所示，中間的頂桿通過杠桿與兩側的頂桿聯接。這樣由于力的作用，和右側夾緊元件的調節配合，使的工件快速調節到缸孔豎直。

4.2液壓夾緊裝置的設計思考

(1)輔助支撐裝置的目的就是輔助夾緊工件。體積不易過大，液壓缸行程以滿足要求為主，盡量降低加工成本。

(2)輔助支撐裝置的位置要與工件相對位置有關(布局合理，有效地克服工件在加工時的不利因素)。

(3)防止輔助支撐在工作時，由于操作不當使工件受力過大夾壞工件。

在設計液壓缸的直徑與行程時，結合液壓缸需用壓強1～6.3MPa，根據經驗值取液壓缸內的壓強為4MPa。(活塞直徑D與活塞桿直徑d的比值在(1.3～2.0))。

在夾緊工件時，液壓缸對工件的夾緊力按以下公式計算:

(1)

式中：A為活塞的有效面積；P1為液壓缸的進油腔壓力，取4MPa；P2為液壓缸的回油腔壓力，若液壓缸的出口直接連油箱，P2=0；D為活塞的直徑；d為活塞桿的直徑；F為液壓缸的推力。

根據銑削力估算的左夾具夾緊液壓缸的夾緊力F=5 024N，代入式(1)得左側夾緊液壓油缸：D=50mm，d=30mm。調整杠桿液壓缸的夾緊力F=17 584N代入式(1)得 調整杠桿液壓缸：D=80mm，d=40mm。

根據銑削力估算的右側夾緊液壓缸的夾緊力F=12 462.67N，代入式(1)得右側夾緊液壓油缸：D=63mm，d=40mm。

活塞桿的行程距離根據工件到液壓缸的距離有關，也與活塞桿的直徑有關。

5　工件的裝夾步驟

(1) 人工上料，通過導向條把工件順利的放到夾具內，與定位元件接觸。

(2)右側的液壓缸開始工作，頂住被加工件向左運動。

(3)左側的調整杠桿液壓缸工作，頂住工件。在右側夾緊液壓缸的配合下，調整工件缸孔的垂直度，直到缸孔豎直。

(4)中心夾具的液壓頂頭開始工作，頂緊缸孔內壁，抱死工件。

(5)左右夾具的輔助支撐裝置開始工作，頂住工件。然后完全抱死。

(6)當工件加工完成后，所有定位油缸及輔助支撐油缸就會退回原位，所有夾緊元件松開工件。

6　結語

本文涉及的一套專用夾具，結構比較簡單，成本比較低，節約定位裝夾時間。此夾具只需把工件通過導向元件，按順序操作液壓控制系統，輔助支撐裝置和定位元件會把工件完全定位，達到加工的要求。整個夾具可以調整墊板，改裝成適應同類型不同型號的缸體工件。該夾具從人工上料到加工完成，只需6min。大大的節約加工時間，提高加工效率，降低加工成本，使企業的效益得到大幅度的提升。

[1]楊可楨,程光蘊,李仲生.機械設計基礎[M].北京:高等教育出版社,2006.

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[5]吳拓.機床夾具設計[M].北京：機械工業出版社,2009.

(編輯孫德茂)

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Design of special fixture for the end face of the cylinder block of rough mill

ZHANG Weiwei, DONG Zhao, HE Qiang

(AnyangInstituteofTechnology,Anyang455000,CHN)

TaketheNCmachiningfixtureofHT250cylinderbodyforexample,introducethemethodsofpositioningandclampingwhichareusedforNCmillingofenginecylinderblock,andputforwardtoalevermechanism,solvetheproblemthatit’sdifficultforcylinderbodytoposition.Intheactualproduction,itcanreducetheworkpiecesclampingandpositioningtimeeffectively,improvethemachiningefficiencyandmachiningaccuracysothatimprovethemachiningandeconomicefficiencyofproducts.

HT250cylinderbody;levermechanism;fixturedesign

TH122

B

2015-08-05)

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