发动机汽缸体液压专用夹具设计.pdf

汽车制造技术A u l0 M a n u fa c fu rin g T e c h n 0 10 g y 发动机汽缸体液压专用夹具设计 李 吉① 赖玉活② 丁刚强③ ①广西工学院机械工程系， 广西 柳州 5 4 5 0 0 6 ； ②柳州市数控机床研究所， 广西 柳州 5 4 5 0 0 7； ③柳州五菱汽车工业有限公 司， 广西 柳州 5 4 5 0 0 7 摘要 针对发动机汽缸体加工部位较多且所J j n - r 部位呈空间分布 ， 生产加工中需要人工手动多次装夹， 多 次换刀的特点 。 设计了一种可在 j n - r 中心中上， 仅通过一次装夹 ， 完成对发动机汽缸体的铣削、 钻孔 N T的液压专用夹具。介绍了该夹具的结构组成及工作原理 ； 选取双液压缸夹紧方案 ， 并设计 了相 应配套的液压系统。利用该夹具对缸体加工 ， 减少了缸体在加工过程中的装夹次数， 大大缩短了加 工周期 。 达到 了降低劳动强度 ， 提高加工效率之 目的。 关键词 缸体专用夹具液压一面两孔 中图分类号 T G 7 5 7 文献标识码 A De s i g n o f h y d r a u l i c s p e c i a l f i x t u r e f o r e n g i n e c y l i n d e r L I J i ① 。 L AI Yu h u o ② ， DI NG Ga ng q i a ng ③ ①D e p a r t m e n t o f M e c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ， G u a n g x i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Li u z h o u 5 4 5 0 06，CHN； ②L i u z h o u R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C N C Ma c h i n e， L i u z h o u 5 4 5 0 0 7 ，C H N； L i u z h o u Wu L i n g A n t o mo fi v e I n d u s t r y C o ． ， L t d ． ， L i u z h o u 5 4 5 0 0 7， C H N Abs t r a c t I n v i e w o f mo r e p a r t s f o r t he e n g i n e c y l i n d e r p r o c e s s i n g a n d t h e p r o c e s s i n g s i t e wa s s pa t i a l di s t rib u t i o n， a n d t h e p r o c e s s n e e d s m a n u a l l y m u l t i p l e s e t u p s ，m u l t i ple t o o l c h a n g e c h a r a c t e ri s t i c s ．D e s i g n e d a h y - d r a u l i c s pe c i a l fix t ur e wh i c h c a n o n l y t h r o u g h o n e time da mp i n g，c o mp l e t e d p roc e s s i n g e n g i n e c y l i nd e r mi l l i n g a n d d r i l l i n g ． El a b o r a t e d o n t h e fi x t u r e s t r u c t ur e c h a r a c t e ris t i c a n d wo r k p rin c i p l e； Ad o pt e d d o u b l e h y d r a u l i c c y l i nd e r c l a mp i n g，a n d d e s i g ne d the c o r r e s p o n d i n g s e t s o f h y d r a u l i c s y s t e m．Us e d t h e fi x t u r e f o r c y l i n d e r p r o c e s s i n g，r e d u c e d the c y l i n d e r b l o c k i n the p roc e s s the c l a mp i n g f r e q u e n c y，g r e a t -_ l y r e d u c e d t h e p roc e s s i n g c y c l e，r e a c h e d t h e pu r p o s e s o f r e du c i n g t he i n t e n s i t y o f l a b o r a n d i mprov i n g t h e ma c h i n i n g e f fic i e n c y ． Ke y wo r d sCy l i nd e r；S p e c i al Fi x t u r e s ；Hy d r a u l i c；On e S u r f a c e wi th T wo Ho l e s 发动机汽缸体一般为 7 0～ 8 0 k g ， 长宽高约为 5 5 0 m mx 2 8 5 mm 3 8 5 m m， 材 料H T 2 0 0， 硬度约为l 9 0 效率和零件的可靠性 ， 该过程 已成为机械设计不可或 缺的重要组成部分。 参考文献 [ 1 ] 机床设计手册编写组． 机械 设计手册 第三册 [ M] ． 北京 机械 工业 m版社 ， 1 9 8 6 ． [ 2 ] 王海涛 ， 赵庆志， 吴俊恩 ， 等． 优化 数控车床传 动结构对提 高主轴 回 转精度的影响[ J ] ． 机械。 程师 ， 2 0 0 8 7 ． 【 3 ] 何邦贵 ， 杨朝丽． 滚动轴承参数对 主轴 动力特性影 响的研究 [ j ] ． 昆 明理 工大学学报 ， 1 9 9 9 3 ． 『 4] 戴 曙． 金属切削机床设计 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 8 1 ． [ 5] 徐灏． 新编 机械 设计 师 手册 上 册 [ M] ． 北 京 机 械 工业 出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 6] 李洪． 实用机床设计手册 [ M] ． 沈阳 辽宁科学技术 出版社 ， 1 9 9 9 ． 第一作者 王海涛， 男， 1 9 7 0年生， 高级工程 师， 主 要从事数控设备的研制、 开发工作 ， 研 究方向为先进制 造工艺与装备 ， 已发表论文3 0余篇。 编辑谭 弘颖 收稿 日期 2 0 1 2 0 5 2 9 文章编号 1 3 0 4 4 2 如果您想发表 对本文的 看法， 请将文 章编每填入读者意见调 查表中的 相应位曩。 H B S ， 缸体的加工部位主要为凸台的铣削加工 ， 还有较 多规格且呈空间分布的钻f L ／3 3 3 。目前， 通常在摇臂 钻床 、 铣床上采用人工手动装夹对其分别进行钻孔和 铣削加工， 加工过程中需要 多次装夹 ， 多次换刀 ， 加工 效率低 ， 劳动强度大 ， 夹紧力大小难 以精确地控制 ， 定 位准确性和稳定性都 比较差。为了减少多次换刀而带 来的人为误差 ， 避免多次装夹引起的定位误差 ， 通过对 缸体 的结构特点及加工工艺进行分析， 设计了一种可 在加工中心通过一次装夹 ， 对发动机汽缸体进行铣削 、 钻孔加工的液压专用夹具。加工过程中， 统一以缸体 上表面及其上两工艺孔实现对缸体 的“ 一面两孔 ”定 位。在进行铣削 、 钻孔工序前 ， 缸体上表 面已经精铣 ， 工艺孔也已精加工。发动机汽缸体结构如图 1 所示。 A ul。 M a n u fa c lu rjn g T e c h n o loI g y 汽车制造技术 3 报警辅助装置 该夹具报警装置是由监控定位准确性和加工精度 的两部分组成， 弹簧销与两传感器两者结合使用， 实现 机械 、 电器双重监控 ， 弹簧销结构如图 2所示。定位准 确性指 工件在定位过程 中， 弹簧销是否顺利进入工件 上表面两工艺孑 L ， 完成工件的“ 一面两孔定位” 。弹簧 销配合一传感器 ， 当定位销无法进入定位孔 ， 定位销受 到压紧力作用沿导套向上运动， 露 出端盖一部分 ， 被传 感器感应 ， 继而传递 给数控加工系统 ， 实现报警 ； 加工 精度监控是指 当压紧力偏小， 工件在切削力、 自重作 用下 ， 相对夹具体产生移动 、 振动 ， 或缸体上表面没有 紧密贴合上定位块时 ， 信号传递给数控加工系统 ， 实现 报警 ， 既而防止加工废品产生。 1 夹具 的设计 1 ． 1 夹具的结构组成 1 定位装置 该夹具采用“ 一面两孔 ” 组合定位方案 ， 以夹具体 上的 4个支撑板及 2个定位销 ， 在夹具体上对汽缸体 工件实现一面两销定位 ， 从 而把工件 的 6个 自由度全 面限制。另外 ， 为了使定位销顺利进入定位孔 ， 在工件 推入夹具时， 由左右两个 限位条及夹具后盖板上的两 后定位块来实现工件的初定位。 图 1 发动机汽缸 体结构 图 2 夹紧装置 考虑工件的装夹情况 ， 该夹具 的动力源采用双液 压缸装置 ， 在相应的液压系统中设有分流集流 阀及 液 控单向阀 ， 实现工件上升 、 下降 同步及 压紧工件后 ， 液 压缸停止工作后 的自锁。增力装置为一增力 比为 2 1的杠杆 ， 杠杆联接两拉杆作为 中间传力机构 ， 改变液 压作用力的大小和方 向。传力机构中 ， 两拉杆组成万 向节 ， 可使托板实现前后左右一定范围的浮动， 结合定 位销下端的锥度 自定位 ， 可使工件在放置位置偏差不 大的情况下， 定位销能够顺利进人定位孔 ， 实现工件的 自我找正 、 自定位 。 豢 zu I 年 弟 朋 1 一端盖 ；2 ～导套 ； 3 一定位销 ；4 - 弹簧 。 图2 弹簧销结构图 3 1 ． 2 夹具的工作原理 如图 3所示 ， 发动机汽缸体液压专用夹具结构包 括夹具体 2及设 置于夹 具体上 的动 力装置 液 压缸 3 ， 传动装置 杠杆 4、 拉 杆 5 、 6 ， 报警装置 等组成。 工件沿滚轮导轨 2 0手动推入夹具体 2 ， 直至工件后表 面接触设置于夹具体后盖板 1 8上的后定位块 1 9 ， 完 成工件推人后前后位置的初定位 ； 工件左右位置 的初 定位通过设置于夹具体左右表面的限位螺栓 1 1连接 限位块 1 2来实现。限位块 1 2前段设有 1 5 。 斜度 ， 方便 工件更容易推入夹具体 。这里 ， 限位块 的位置可 以通 过松紧螺母来调节。采用双液压缸夹紧机构 ， 液压缸 3作为动力元件 ， 提供所需动力于杠杆 4 ， 杠杆通过杠 杆座 2 1固定于夹具体上 ， 传递动力于拉杆 5 、 6 ， 拉杆 6 拉动托板 8沿四根导柱 9向上运动 ， 直至设置于夹具 体上的弹簧销 1 7顺利进人工件上表面的两个工艺孔 ， 工件上表面接触上定位块 1 6后， 完成“ 一面两孑 L 定 位” ， 液压缸开始加压 、 夹紧工件 ， 实现对工件 的定位 与夹 紧。 汽车制造技术A ul。 M a n u fa c 1u 『lni g T e c h n 。 I。 g y l 9 1 8 1 一汽缸体 工件 ；2 一 夹具体 ；3 一 液压缸；4 - 杠杆；5 、6 一拉 杆；7 一 线性导轨；8 一托板 ；9 一 导柱 ；1 0 、 1 3 一筋板； 1 1 一限位 螺栓 ；1 2 一 限位块 ；1 4 、1 5 一传感器 ； 1 6 一 t 定位 块；1 7 一弹 簧销； 1 8 一后盖板 ；1 9 一 后定位块 ；2 O 一滚轮导轨；2 1 一杠杆座 。 图3 夹具 结构 装配 图 1 ． 3 液压 系统的设计 图 4所示为液压系统图。当工件推入夹具体初定 位完成后 ， 启动电源 ， 变量泵 4工作 ， 液压油从油箱 1 经过吸油过滤器 1 5进人回路 中， 电磁换 向阀 8通电 ， 压力油经过换向阀进入液压缸 1 1的无杆腔 ， 推动工件 上升， 直至将工件压紧， 当工件夹紧后即压力达到所需 压力时电接点压力表 6发讯 ， Y V 1磁铁断电， 工件完成 装夹进行加工 ； _ [ 件加工完毕后 ， 电磁换 向阀断电， 压 l 一油箱；2 一 液位油温计 ；3 一风 冷却器 ； 4 一变量泵；S -- 单向阀 ；6 一压力表 ； 7 一节流阀 ；8 一 电磁换向阀；9 一液控 单向阀；1 O 一分流集流阀； 1 1 一液压缸 ； 1 2 一放油球阀 ；1 3 一 空气滤清器 ；1 4 一 回 油过滤器 ；1 S _ 一 吸油过滤器。 图4 液 压系统 图 力油经换 向阀进入液压缸的有杆腔， 活塞杆回收， 松开 并放下工件 。 进油快慢直接决定夹具夹 紧与松开工件的快慢 ， 回路 中串联节流 阀7实现进油快慢的控制 ； 当意外停 电时， 单向阀 5起到稳压保护的作用 ， 防止工件突然下 落 ， 造成意外事故 ； 回路 中串联液控单向阀 9 ， 当T件 定位完成 ， 液压系统停止工作时， 实现 自锁 ， 保证 工件 处于加工位置 ； 分流集流阀 1 O起到使两个液压缸动作 同步的作用 ， 确保工件上升定位过程中的平稳性 。 2 结语 为了减少多次换刀而带来 的人为误差 ， 避免多次 装夹引起的定位误差 ， 研究设计 了一种可在加工中心 通过一次装夹 ， 完成对发动机汽缸体的铣削 、 钻孔加工 的液压专用夹具 。实践证明 该夹具结构简单 、 装夹可 靠 ， 既保证了加工质量 ， 满足了生产需要 ， 也大大缩短 了加工周期 ， 降低了劳动强度 ， 在生产加工中有很强的 实用价值 。 参考文献 [ 1 ] 成大先． 机械设计手册 [ M] ． 北京 化工 丁业出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2] 陈明． 机械制造工艺学 [ M] ． 北京 机械 T 业 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 机械设计手册编委会． 机 械设 计手册 [ M] ． 北京 机械 I- _ 业 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4] 林文焕 ， 陈本通． 机床夹具设计 [ M] ． 北 京 国防T业出版社 ， 1 9 8 7 ． [ 5 ] 黄观尧 ， 刘宝河． 机械制造 T艺基 础[ M] ． 天津 天津 大学 } { l 版社 ， 1 9 9 9． [ 6 ] 濮 良贵， 纪 名刚． 机械设计 [ M] ． 8版． 北京 高等教育I { ； 版社 ， 2 0 0 6 ． [ 7 ] 吴拓． 现代机床夹具设计[ M] ． 北京 化] - 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