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連桿精銑大小頭兩端面夾具設(shè)計

1.江西省機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院; 2. 福建省晉江市佶龍機械工業(yè)有限公司 黃 躍1姜文斌2帥麗華2

該文通過對連桿使用性能及結(jié)構(gòu)工藝性的分析，針對連桿加工尺寸精度、位置精度及重量誤差要求高的特點，從理論上減小基準(zhǔn)不重合誤差，從加工中減小安裝誤差、加工變形誤差，設(shè)計了工裝，并取得了很好的效果。

連桿 夾具 定位 基準(zhǔn) 夾緊力

連桿是內(nèi)燃機的主要傳動構(gòu)件之一。其作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來，將作用在活塞上的燃氣爆發(fā)壓力傳給曲軸，從而使得活塞的往復(fù)運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，以輸出功率。連桿承受活塞銷傳來的氣體作用力及其本身擺動和活塞組成往復(fù)運動的慣性力，這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此，連桿受到的是壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷，這要求連桿在質(zhì)量盡可能小的情況下，有足夠的強度和剛度，還要有高的尺寸精度與形位精度。為了保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)均衡，同一發(fā)動機中各連桿的質(zhì)量不能相差太大。因此，其加工工藝的可靠性、合理性、先進性將直接影響到零件的質(zhì)量與生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率及使用壽命。我們經(jīng)過分析連桿的零件圖要求，針對晉江佶龍機械工業(yè)有限公司現(xiàn)有的資源設(shè)備狀況，設(shè)計了加工連桿精銑大小頭兩端面的夾具，并投入使用，取得了較好的效果。

1 零件圖分析

如圖1所示，該夾具為銑削連桿孔兩端面而設(shè)計。

圖1

連桿是一個剛性較差的工件，應(yīng)充分注意夾緊力的大小、方向及著力點、位置的選擇，以免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形、降低加工精度。在設(shè)計本道工序夾具時，應(yīng)使夾緊力主方向與端面平行。在夾緊力的方向上，大頭端部與小頭端部的剛性大，即使有一點變形也產(chǎn)生在平行于端面的方向上，對端面的平行度影響較小。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產(chǎn)生彎曲式扭曲變形。兩平面具有平面度要求不大于0.05mm，兩平面具有對稱度要求，尺寸公差要求為±0.1mm。

2 定位方案確定

2.1 理論分析

一方面，為保證連桿兩端面與兩孔的垂直度要求，需限制繞X軸轉(zhuǎn)動與繞Y軸轉(zhuǎn)動自由度。另一方面，為保證連桿兩端面對稱度要求，需限制Z軸方向移動。

綜合結(jié)果：需限制繞X軸轉(zhuǎn)動、繞Y軸轉(zhuǎn)動以及Z軸方向移動三個自由度。

2.2 定位方案的確定及定位元件的選用

（1）用定位塊平面與連桿大小頭端面接觸限制繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動與Z軸方向的移動。

（2）用V型塊與小頭外緣面接觸，限制X軸方向和Y軸方向的移動。

（3）用V型塊與小頭外緣面接觸及大頭孔定位芯軸限制繞Z軸的轉(zhuǎn)動。

（4）本夾具采用V型塊夾緊連桿體。

2.3 定位誤差分析

精銑兩端面時，定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，所以不存在基準(zhǔn)不重合誤差，只有基準(zhǔn)偏移誤差?；鶞?zhǔn)偏移誤差就等于定位塊的公差，故控制定位塊公差小于0.05mm，即可滿足加工需要。

2.4 對刀方案的設(shè)計說明

本夾具是為銑削兩端面而設(shè)計的，在專用機床上銑削。銑削的深度由工作臺和機床刀具共同保證，在加工中采用標(biāo)準(zhǔn)對刀塊對刀。

2.5 夾緊方案及元件確定

本夾具需要有較好的自鎖性，夾緊可靠，結(jié)構(gòu)簡單。為了減輕工人的操作強度，提高夾具的自動化程度和生產(chǎn)效率，采用氣動夾緊機構(gòu)夾緊。這個方案具有以下優(yōu)點：

（1）與液壓傳動相比，氣動傳動反應(yīng)快、動作迅速。

（2）便于集中控制、程序控制及過載保護。

（3）對環(huán)境的適應(yīng)性強。在易燃、易爆、多塵、強磁、輻射、潮濕、震動及溫度變化大的場合下也能可靠工作，比液壓、電氣控制優(yōu)越。

（4）壓縮空氣的工作壓力較低（一般為0.4~0.6MPa），對元件的材料和制造質(zhì)量要求較低，便于集中供應(yīng)和遠距離輸送。用后排入大氣，不需要回收裝置和管道。因此，較液壓傳動的成本低。

（5）介質(zhì)清潔，泄漏不易造成污染。管道不易堵塞，亦無介質(zhì)變質(zhì)、補充、更換等問題。系統(tǒng)較簡單，便于維修。

3 夾緊力的計算及氣缸直徑和其它夾緊元件尺寸的確定

3.1 切削力的計算

根據(jù)連桿的長度及放置位置，選用YT15端銑刀，齒數(shù)Z=4，直徑d0=125mm，轉(zhuǎn)速n=300r/min。

其中，CF=7900，ap=1.25mm，XF=1.0，fZ=0.2，yF=0.75，Z=4，e=90,uF=1.1mm,d0=125mm，qF=1.3，wF=0.2，KFC=1.04，計算得F=1041.5N。

水平分力：FH=1.1F=1145.6N；垂直分力：FV=0.3F= 312.45N，在計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮進去。

安全系數(shù)：K=K1K2K3K4

其中：K1為基本安全系數(shù)，取1.5；K2為加工性質(zhì)安全系數(shù)，取1.1；K3為刀具鈍化系數(shù)，取1.1；K4為斷續(xù)切削系數(shù)取1.1；所以

F′=KFH=1.5×1.1×1.1×1.1×1145.6=2287.1N

水平力所產(chǎn)生的力矩：M=F′L=2287.1×0.25=571.8Nm

夾緊力 N1L1=F′L，其中L1=0.210×cos45°=0.1485m

所以，夾緊力N1= F′L/ L1=571.8/0.1485=3850.5N

因為要兩件同時夾緊，所以實際夾緊力N′=2N=10890.8N。 氣缸通過一杠桿機構(gòu)把力傳給加力機構(gòu)，初定擴力比為1:2。

3.2 氣缸的確定

當(dāng)壓縮空氣單位壓力P=0.5MPa時，查《夾具設(shè)計手冊》（表1-5-29），選用直徑為125mm的氣缸，氣缸推力為6130N，故氣缸產(chǎn)生的實際夾緊力為N氣=6130×2=12260N，此時N氣已大于所需的的夾緊力，故本夾具可以可靠工作。

3.3 活塞桿的確定

活塞桿頭部螺紋為M27×2（查表1-5-26）。

3.4 氣缸壁厚的確定與驗算

查《切削手冊》（表1-5-33），選壁厚t=8mm，則

所以t > PD/（2［e］）。

3.5 氣缸進氣口螺孔直徑的確定

查表1-5-27，選M14×1.5。

3.6 連接螺栓直徑確定

查表1-5-35，選M12。

4 連桿銑兩端面過程

第60工序的工序卡片，如圖2所示。

5 夾具總裝草圖（見圖3）

圖2

6 結(jié)論

本夾具采用連桿大頭內(nèi)孔、端面及小頭外輪廓V型塊定位，氣動裝夾，穩(wěn)定可靠，快捷高效，適用于大批量生產(chǎn)。通過生產(chǎn)使用及反饋，加工質(zhì)量穩(wěn)定，一次交檢合格率在99%以上，操作方便，高效快捷?，F(xiàn)已推廣到本公司系列組合銑床上使用。

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