殷頤清

（桂林電子科技大學信息科技學院，廣西 桂林541004）

1 零件的分析

零件：半軸端蓋，鑄造，部分精度要求較高。

1.1 零件的功用及結構分析

端蓋主要用于零件的外部，結構簡單，形狀普通，端蓋作為一種重要的機械零件，用途十分廣泛。

作用：（1）軸承外圈的軸向定位；

（2）防塵和密封，除本身可以防塵密封外，也常和密封件配合以達到密封的作用；

（3）在電動機與主軸箱之間的端蓋主要起到傳動扭矩和緩沖吸震的作用，使主軸箱的傳動平穩(wěn)。

1.2 零件的材質分析

零件采用鑄鋼進行鑄造，鑄鋼（cast steel）鑄鋼是在凝固過程中不經歷共晶轉變的用于生產鑄件的鐵基合金的總稱。鑄造合金的一種。鑄鋼分為鑄造碳鋼、鑄造低合金鋼和鑄造特種鋼3類。鑄鋼是以鐵、碳為主要元素的合金，碳含量0-2%。鑄鋼又分為鑄造碳鋼、鑄造低合金鋼和鑄造特種鋼3類。

鑄造碳鋼。以碳為主要合金元素并含有少量其他元素的鑄鋼。含碳小于0.2%的為鑄造低碳鋼，含碳0.2%～0.5%的為鑄造中碳鋼，含碳大于0.5%的為鑄造高碳鋼。隨著含碳量的增加，鑄造碳鋼的強度增大，硬度提高。鑄造碳鋼具有較高的強度、塑性和韌性，成本較低，在重型機械中用于制造承受大負荷的零件，如軋鋼機機架、水壓機底座等；在鐵路車輛上用于制造受力大又承受沖擊的零件如搖枕、側架、車輪和車鉤等。

鑄造低合金剛。含有錳、鉻、銅等合金元素的鑄鋼。合金元素總量一般小于5%，具有較大的沖擊韌性，并能通過熱處理獲得更好的機械性能。鑄造低合金鋼比碳鋼具有較優(yōu)的使用性能，能減小零件質量，提高使用壽命。

鑄造特種鋼。為適應特殊需要而煉制的合金鑄鋼，品種繁多，通常含有一種或多種的高量合金元素，以獲得某種特殊性能。例如，含錳11%～14%的高錳鋼能耐沖擊磨損，多用于礦山機械、工程機械的耐磨零件；以鉻或鉻鎳為主要合金元素的各種不銹鋼，用于在有腐蝕或650℃以上高溫條件下工作的零件，如化工用閥體、泵、容器或大容量電站的汽輪機殼體等。

鋼鑄件的優(yōu)點：

（1）更大的設計靈活性

這種設計有與對鑄件形狀和大小有最大的選擇自由度，尤其是復雜的形狀和空心部分，而且鋼鑄件可以由核心鑄件的獨特工藝制造。易成型和易改變形狀并可以快速根據圖紙制作出成品可以提供快速響應并縮短交貨時間。

（2）冶金制造最強的靈活性和可變性

你可以選擇不同的化學成分和組織結構來滿足不同項目的需求。不同的熱處理工藝可以選擇力學性能而且可在大范圍內使用該屬性并提高可焊性和可使用性。

（3）提高整體結構強度

由于項目可靠性高，再加上減重設計和較短的交貨時間，可在價格和經濟方面提高競爭優(yōu)勢。

（4）大范圍的重量變化

小型鋼鑄件有可能僅有10克，而大型鋼鑄件可達數噸，幾十甚至數百噸。

與鍛鋼部件相比：

鋼鑄件的力學性能在各個方向相差不大，比鍛鋼零件占優(yōu)。設計師在進行一些高科技產品的設計時必須在三個方向上考慮材料的性能，這樣的就突出了鑄件的優(yōu)勢。不考慮重量、體積和一次所制量，鋼鑄件很容易做出復雜的形狀和非應力集中部件。

與焊接結構相比：

在形狀和大小方面，焊接結構的靈活性比鍛鋼零件強，但與鋼鑄件相比，有仍然以下缺點：

①在焊接過程中容易變形。

②很難形成流線型結構。

③焊接過程中內部應力高。

④焊縫影響部件的外觀和可靠性。

與鐵鑄造和其他合金鑄件相比：

鋼鑄件可用于各種各樣的工作條件，且力學性能優(yōu)于其他合金鑄件。

當我們需要高拉伸強度或動態(tài)載荷部件、重要的壓力容器鑄件和在低或高溫下承擔重負荷的核心部件時，原則上，我們應該優(yōu)先使用鋼鑄件。

然而，鋼鑄件的吸振性、耐磨性和機動性不如鐵鑄件，而且，成本也比鐵鑄件高。

1.3 零件的精度分析

直徑為74的外圓精度要求0.8，直徑為62的內孔圓精度0.8較高，其余的精度要求都不高，可以較容易的加工。且由零件圖可知零件不易直接車出，需要鑄造。同時根據技術要求：零件需去除毛刺 飛邊，鑄件表面上不允許有冷隔，裂紋，縮孔和穿透性缺陷及嚴重的殘缺類缺陷（如欠 鑄，機械損傷等），并且鑄件應該清理干凈，不得有毛刺，飛邊，非加工表面上的澆冒口應清理與鑄件表面齊平?？傮w而言零件精度復雜度較高。

1.4 零件的工藝分析

工藝程序分析是對現(xiàn)場的宏觀分析，把整個生產系統(tǒng)作為分析對象。目的：改善整個生產過程中不合理的工藝內容、工藝方法、工藝程序和作業(yè)現(xiàn)場的空間配置。通過嚴格的考查與分析，設計出最經濟合理、最優(yōu)化的工藝方法、工藝程序、空間配置。

表1

1.5 工藝流程圖

圖1

2 加工誤差分析

2.1 元件的選擇（定位）

工裝夾具的任務是對一個或幾個工件進行準確地固定定位。定位應為工件的全方位 定位，但不過定位。 每個物體由3個坐標軸X、Y、Z決定其空間位置。一個工件也按其加工要求在一個、兩個或者3個平面上確定其位置。如果在一個定位平面大于一個定位需要的面，則工件 為過定位。工件過定位存在不平衡，由此會出現(xiàn)尺寸變化和形狀誤差。

圖2各種基準示例

定位面的選擇

工件在工裝夾具中可以按其加工狀態(tài)和形狀以其未加工面、已加工面、孔或其他結 構元素定位。定位面原則上是選擇用作測定要加工面尺寸的工件表面和形狀。對于未加 工的鑄件，常常是適當的選擇一個或兩個預加工的面用作定位面。

由于φ62孔與φ64外圓有同心度要求，定位面選擇為下端面，同時使用短圓柱定位，夾具上的定位夾限制Z兩個方向，與X、Y旋轉，而短圓柱限制X、Y方向位移。

2.2 定位誤差分析與計算

由于定位引起的同一批工件的工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量，成為定位 誤差，以ΔD表示。定位誤差研究的主要對象是工序基準和定位基準。它的變動量將影響工件的尺寸精度和位置精度。

（1）工件底面與支承板接觸，由于地面已經達到加工要求，所以認為工序尺寸h的基準位移誤差為0。

（2）定位軸與圓孔孔定位，其中由基孔制制定定位短圓柱的直徑為：φ58（假設基孔制代號：H7/g6），則：

①工序尺寸為：62mm

3 夾緊方式以及力的計算

3.1 列出常用的夾緊機構

常用的典型夾緊機構有斜楔夾緊機構、螺旋夾緊機構、偏心夾緊機構及鉸鏈夾緊機構等。

（1）斜楔夾緊機構

①原理：采用斜楔作為傳力元件或者夾緊元件的夾緊機構稱為斜楔夾緊機構。斜楔主要是利用其斜面移動時所產生的壓力來夾緊工件的。

②特點和應用范圍：斜楔夾緊機構的優(yōu)點是結構簡單，易于制造，具有良好的自鎖

性，并有增力作用。其缺點是增力比小，夾緊行程小，且動作慢，故很少用于手動夾緊機構中，而在機動夾緊機構中應用廣泛。

（2）螺旋夾緊機構

螺旋夾緊機構可分為簡單螺旋夾緊機構、螺旋壓板夾緊機構、快速螺旋夾緊機構三大類。

①簡單螺旋夾緊機構：單個螺旋夾緊機構直接用螺釘或螺母夾緊工件的機構。單個螺旋夾緊機構夾緊動作慢，裝卸工件費時，為克服這一缺點，可采用各種快速螺旋夾緊機構。

②螺旋壓板夾緊機構：采用壓板作為夾緊元件的機構成為螺旋壓板夾緊機構。螺旋夾緊機構具有結構簡單、制造容易、自鎖性能好、夾緊可靠，是手動夾緊中常用的一種夾緊機構。

③快速螺旋夾緊機構：為了減少輔助時間，可以使用各種快速接近或快速撤離工件的螺旋夾緊機構，在手動夾緊裝置中被廣泛使用。

（3）偏心夾緊機構

①原理：用偏心件直接或間接夾緊工件的機構，稱為偏心夾緊機構。常用的偏心件是圓偏心輪和偏心軸。

②特點和應用范圍：偏心夾緊機構操作方便、夾緊迅速，但夾緊力和行程較小，一般用于切削力不大、振動小、夾壓面公差小的情況。

（4）鉸鏈夾緊機構

①常用的鉸鏈夾緊機構的三種基本結構：(a)單臂鉸鏈夾緊機構；(b)雙臂單作用鉸鏈夾緊機構；(c)雙臂雙作用鉸鏈夾緊機構。

②特點和應用范圍：鉸鏈夾緊機構是一種增力機構，其結構簡單，增力比大，摩擦損失小，但一般不具備自鎖性能，常與具有自鎖性能的機構組成復合夾緊機構。所以鉸鏈夾緊機構適用于多點、多件夾緊，在氣動、液壓夾具中獲得廣泛應用。

（5）聯(lián)動夾緊機構

（6）定心夾緊機構

對自己設計的夾具進行夾緊機構的選擇：

選擇夾緊機構為螺旋夾緊機構，同時夾緊機構與定位有關，所以決定自行設計。

3.2 夾緊機構力的計算

（1）方案設計 半軸軸承套夾緊力的方向和作用點如圖所示；

（2）驗算夾緊力

切削力的計算：

刀具：φ6mm高速鋼鉆頭；

加工材料：高速鋼，強度為σb=0.655GPa

加工機床為：立式鉆床

查《切削用量手冊》可得，進給量：f=0.2mm/r。

查《切削用量手冊》可知：CF=600 ZF=1.0 yF=0.7 kF=1.0 CM=0.305 ZM=2.0 yM=0.8 kM=1.0

計算的軸向力：F=1055N 軸向轉矩：M=2.44N/m夾緊力的計算：

設夾緊力為FN，由夾緊產生的摩擦力為Fμ由于鉆削要滿足扭矩要求，故Fμ·l≥M，由夾具結果得l=36mm，

4 總體結構設計

4.1 單個零件的設計（鉆套）

采用固定鉆套，安裝于鉆模板中，配合為H7/n6。

①鉆套已經標準化，根據實際要求查閱相關手冊后，選用：

②(a)基軸制間隙配合。鉆孔時公差用F7

(b)導向高度取H=10mm

(c)排屑空間取h=(0.3~0.7)d=4mm

4.2 鉆模板的設計

根據設計的要求，決定選用鉸鏈式鉆模板，采用此模板較好進行加工，以及較易維護。

圖3

4.3 夾具體的設計

整體采用鑄造，結構自行設計，直到符合工件對于夾具的要求。

支腳設計

為了減少夾具體與機床工作臺的接觸面積，使夾具能夠平穩(wěn)地放置，可以對夾具設計支腳。支腳的結構只要有：（1）矩形截面支腳；（2）圓形截面支腳。

在此，選用矩形截面支腳。

4.4 總圖

圖4

夾具設計是一個長期的過程，需要不斷的進行精心的修改，不斷地去整理各方面的資料，不斷的想出新的方案，認真總結。

［1］薜源順.機床夾具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社,2011：49-52.

［2］楊金鳳,何丁勇,王春焱,等.機床夾具 及應用[M].北京：北京理工大 學,2011.8：64-89.

［3］E.Keller，R.Kilgus，W.Klein，et al..模具、工裝夾具制造實用技術（劉希恭）[M].德國：Europe出版社，2001：190-229.

［4］徐發(fā)仁.機床夾具設計[M].重慶：重慶大學出版社,1993：16-20.

［5］蔡光耀.機床夾具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社,1990：60-70.

［6］GB/T 8045.1-1999，中華人民共和國國家標準[S].

［7］黃繼昌,徐巧魚,張海貴,等.實用機械圖冊[M].機械工業(yè)出版社.