李 吉，賴(lài)玉活，馮躍霞

(1.廣西工學(xué)院 機(jī)械工程系，廣西 柳州 545006;2.柳州市數(shù)控機(jī)床研究所，廣西 柳州 545007;3.新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453006)

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸鉆孔專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)

李 吉1，賴(lài)玉活2，馮躍霞3

(1.廣西工學(xué)院 機(jī)械工程系，廣西 柳州 545006;2.柳州市數(shù)控機(jī)床研究所，廣西 柳州 545007;3.新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453006)

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸體被加工孔規(guī)格較多，在搖臂鉆床上進(jìn)行鉆孔加工時(shí)需要多次更換鉆頭的情況，設(shè)計(jì)了一種在加工中心上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸體進(jìn)行快速鉆孔加工的液壓專(zhuān)用夾具。詳細(xì)闡述了該夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理：通過(guò)分析缸體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工工藝，采取“一面兩孔”定位方案，定位精確可靠;采用雙液壓缸夾緊，并計(jì)算切削力及夾緊力，設(shè)計(jì)了相應(yīng)配套的液壓系統(tǒng)。實(shí)踐證明：該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了對(duì)工件的快速鉆孔加工，進(jìn)一步完善和提高了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸體鉆孔加工工藝，提高了工作效率。

夾具;定位;鉆孔;液壓夾緊

0 引言

專(zhuān)用夾具是機(jī)械加工的一個(gè)重要組成部分，是針對(duì)某工件的某道工序而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的夾具，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便。裝夾工件時(shí)，工件相對(duì)于刀具及機(jī)床的位置精度由夾具保證，無(wú)需劃線(xiàn)找正，可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率，大大降低了生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度［1］。

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸體社會(huì)總產(chǎn)量較大，大多是在搖臂鉆床上進(jìn)行鉆孔加工的。缸體被加工孔規(guī)格較多，加工過(guò)程中需要多次更換鉆頭，且傳統(tǒng)的人為劃線(xiàn)找正、手動(dòng)裝夾的加工方法費(fèi)時(shí)、耗工、勞動(dòng)強(qiáng)度較大，設(shè)備的高效性得不到體現(xiàn)，難以滿(mǎn)足大批品量生產(chǎn)的要求。因此研究設(shè)計(jì)一種在加工中心上鉆孔的專(zhuān)用夾具，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的快速定位裝夾是非常有必要的。本文通過(guò)對(duì)缸體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工工藝進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種采用雙液壓缸夾緊的缸體鉆孔專(zhuān)用夾具，目前已在某企業(yè)投入到生產(chǎn)加工中，滿(mǎn)足了生產(chǎn)要求，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 零件的加工工藝分析

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸體結(jié)構(gòu)如圖1所示，缸體一般為 70～80kg，長(zhǎng)寬高約為 550mm×285mm×385mm，材料為HT200，硬度約為190HBS。缸體的孔加工部位較多且呈空間分布，根據(jù)工序集中制原則，工藝要求統(tǒng)一以缸體上表面及其上兩工藝孔實(shí)現(xiàn)缸體的定位，對(duì)缸體孔位進(jìn)行加工。在進(jìn)行鉆孔工序前，其上表面已經(jīng)精銑，工藝孔也已精加工。

圖1 氣缸缸體結(jié)構(gòu)

2 夾具的設(shè)計(jì)

2.1 定位與裝夾

(1)定位:根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)及加工工藝，本設(shè)計(jì)采用的是“一面兩孔”組合定位，以?shī)A具體上的4個(gè)支撐板及兩個(gè)定位銷(xiāo)，在夾具體上對(duì)汽缸缸體實(shí)現(xiàn)一面兩銷(xiāo)定位。這樣，零件的6個(gè)自由度得到全部限制，實(shí)現(xiàn)了工件的完全定位［2］。

(2)裝夾:由于氣缸缸體質(zhì)量較大，考慮到裝夾過(guò)程中需要托起工件上升，利用缸體上定位面定位，上升過(guò)程中的平穩(wěn)需加以保證的情況，故本設(shè)計(jì)采用雙液壓缸夾緊，裝夾快速平穩(wěn)，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)要求。

2.2 夾具的自我找正、自定位裝置

夾具的傳動(dòng)裝置中，兩拉桿組成萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)，在托板托起工件上升的過(guò)程中，工件可有前后左右一定范圍的浮動(dòng)，結(jié)合定位銷(xiāo)下端的錐度，實(shí)現(xiàn)缸體的自我找正、自定位［3-4］。當(dāng)工件在放置位置偏差不大時(shí)，可通過(guò)自我找正、自定位功能，使定位銷(xiāo)能夠順利進(jìn)入定位孔，完成工件的“一面兩孔”定位［5］。

2.3 夾具的工作原理

圖2為夾具結(jié)構(gòu)裝配圖，以?shī)A具體1為主體，汽缸缸體2與導(dǎo)軌8以線(xiàn)接觸的方式推入夾具體至后定位塊15;再向右推動(dòng)缸體至右定位銷(xiāo)11，這里右定位銷(xiāo)11為一長(zhǎng)螺栓，起到止推定位的作用，可以通過(guò)其旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)缸體在夾具體中的左右位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缸體前后左右位置的初定位。開(kāi)啟電源，電機(jī)帶動(dòng)油泵工作，液壓缸3的活塞桿帶動(dòng)杠桿4，杠桿作為動(dòng)力傳動(dòng)元件傳遞動(dòng)力至拉桿5、6，拉桿6拉動(dòng)托板7沿著四根導(dǎo)柱9向上運(yùn)動(dòng)，直至兩定位銷(xiāo)進(jìn)入兩定位孔，氣缸缸體接觸上定位塊。缸體接觸上定位塊后，液壓缸開(kāi)始加壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)定位塊的夾緊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缸體的裝夾。以上為夾具的工作原理。

2.4 切削力、夾緊力的計(jì)算

鉆孔時(shí)，鉆頭左右切削刃對(duì)稱(chēng)時(shí)，背向力抵消，最終構(gòu)成對(duì)鉆動(dòng)影響的是軸向進(jìn)給力P及切削扭矩M。在大型工件上鉆小孔時(shí)，鉆頭產(chǎn)生的扭矩相對(duì)較小，由工件與夾具產(chǎn)生的摩擦扭矩及支撐板的支撐反力來(lái)平衡，故扭矩M的影響可忽略［6-7］。本設(shè)計(jì)中工件材料為HT200，硬度約為190HBS，鉆孔直徑最大為36mm，鉆頭采用高速鋼鉆頭，進(jìn)給量選取f=0.3mm/r。鉆孔時(shí)軸向力Fz的計(jì)算公式為:

2.5 液壓缸及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)所需液壓夾緊力，求液壓缸缸體直徑D。氣缸活塞桿推力為:

其中:Q為單個(gè)液壓缸壓緊力，Q=F/2=2402(N);η為傳動(dòng)效率，取η=0.9;系統(tǒng)總壓力P取3MPa。代入數(shù)據(jù)得:D=24mm，取D=25mm。

圖2 夾具結(jié)構(gòu)裝配圖

圖3所示為液壓系統(tǒng)圖。工作時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)油泵回轉(zhuǎn)，液壓油從油箱1經(jīng)過(guò)吸油過(guò)濾器2進(jìn)入回路中，電磁換向閥8通電，壓力油經(jīng)過(guò)換向閥進(jìn)入液壓缸11的無(wú)桿腔，推動(dòng)工件上升，直至將工件壓緊;工件加工完畢后，電磁換向閥8斷電，壓力油經(jīng)換向閥進(jìn)入液壓缸11的有桿腔，活塞桿回收，松開(kāi)并放下工件。

圖3 液壓系統(tǒng)圖

進(jìn)油快慢直接決定夾具夾緊與松開(kāi)工件的快慢，回路中串聯(lián)節(jié)流閥7實(shí)現(xiàn)進(jìn)油快慢的控制;當(dāng)意外停電時(shí)，兩個(gè)液控單向閥9起到穩(wěn)壓保護(hù)的作用，防止工件突然下落，造成意外事故［8-10］。

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)主要針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸體笨重，加工孔規(guī)格較多且呈空間分布的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種可在加工中心中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸體進(jìn)行鉆孔加工的液壓專(zhuān)用夾具結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)配套的液壓系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工序集中，完善和提高了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸體的鉆孔加工工藝。該夾具在保證加工質(zhì)量，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的前提下大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了加工輔助時(shí)間，提高了經(jīng)濟(jì)效益，具有很高的實(shí)用價(jià)值，值得推廣。

［1］肖繼德，陳寧平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］陳明.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［3］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［4］徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［5］張世昌.機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)［M］.天津:天津大學(xué)出版社，1996.

［6］吳拓.現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.北京:化工工業(yè)出版社，2009.

［7］王啟平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996.

［8］路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［9］張廣樂(lè).液壓夾緊技術(shù)在制造加工過(guò)程中的應(yīng)用［J］.組合機(jī)床及自動(dòng)化加工技術(shù)，2004(11):88－89.

［10］郭越峰.沖焊橋鏜孔車(chē)端面組合機(jī)床總體布局及夾具方案設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011(9):103－105.

(編輯 李秀敏)

Design of Special Fixture for Drilling Hole of Engine Cylinder

LIJi1，LAIYu-huo2，F(xiàn)ENG Yue-xia3
(1.Department of Mechanical Engineering，Guangxi University of Technology，Liuzhou Guangxi 545006，China;2.Liuzhou Research Institute of CNCMachine，Liuzhou Guangxi545007，China)

According to the engine cylinder block was processing hole and specifications，so in the radial drilling machine on the need when drilling bit changemany times，designed a kind ofmachining center for engine cylinder block for fast drilling hydraulic special fixture.Elaborated on the fixture structure characteristic and work principle:through the analysis of the structure characteristics of the cylinder and the processing technology，take"one surface w ith two holes"positioning scheme，positioning accurate and reliable;Adopts double hydraulic cylinder clamping，and calculation of cutting force and clamping force，designs the corresponding hydraulic system.Practice shows that the fixture of simple structure，easy operation，processing process to realize the workpiece fast drilling，further perfect and improve the engine cylinder block hole processing technology，and improve work efficiency.

fixture;positioning;drill hole;hydraulic clamping

Q=πD2
Pη 4

TH16;TG65

A

1001－2265(2013)03－0108－03

2012－09－06;

2012－10－13

李吉(1987—)男，河南新鄉(xiāng)人，廣西工學(xué)院機(jī)械工程系碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床研究，(E－mail)li285325519@163.com。