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四川理工学院毕业设计（论文）汽车换挡杆钻铣专用机床工作台及液压夹具设计 学 生： 学 号： 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机电20124 指导教师：四川理工学院机械工程学院二O一六年六月摘 要本文设计的钻铣专用机床工作台及液压夹具是针对换挡杆钻、铣工序的特点，提出将钻、铣加工进行工序集中，完成定位装夹，从而提高加工效率。设计的工作台及液压夹具包括定位、夹紧、放松等三个动作。液压夹具采用V型块和侧面可调支撑作为定位元件，采用4个液压缸实现8个工件的夹紧，一次装夹便能完成钻削和铣削两道工序。夹具中的对刀装置和钻套用于铣刀对刀和引导钻头，以便完成加工。工作台为直线运动工作台，当工件装夹到位后，先完成钻削加工，然后工作台向左运动，左边的铣刀就能完成铣削加工。液压夹具能装夹工艺相同、尺寸不同的相似零件，完成加工，扩大了机床的加工范围。实践表明：采用该专业机床工作台及液压夹具的机床，能够提高加工效率3倍以上。关键词：汽车换挡杆；专用机床；工作台ABSTRACTIn this paper, the design of drilling and milling machine working table and hydraulic clamp is for shifting rod drilling, milling process characteristics, put forward the drilling, milling process for centralized, complete the positioning of the clip, thereby improving the processing efficiency. The design of the working table and hydraulic clamp including positioning, clamping, relaxation and other three actions. Hydraulic clamp using V type block and the side of the adjustable support as a positioning element, the 4 hydraulic cylinders to achieve the 8 workpiece clamping, a clamping can complete drilling and milling two processes. The knife device in fixture and drill sleeve milling cutter for tool and guide drill, so as to complete the machining. When the workpiece is clamped in place, the working table is a straight movement working table, the drilling process is finished first, and the working table is left to move, and the left side milling cutter can finish the milling process. The hydraulic clamp can clamp the similar parts with the same size and different size, complete the processing, and expand the processing range of the machine tool. Practice shows that the use of the professional machine tools and hydraulic clamp machine tool, can improve the processing efficiency of more than 3 times.Keywords: Automobile gear shift lever; Special purpose machine tool; workbench目 录摘 要IABSTRACTII第1章绪论11.1选题依据和意义11.2研究现状和时代背景11.3研究的主要内容及研究方法1第2章总体方案的设计32.1夹具体设计的总体方案32.2工作台设计的总体方案42.3本章小结4第3章夹具的设计53.1零件的分析53.2零件的加工工艺性分析63.2.1钻削工艺分析63.2.2铣削工艺分析63.3零件的自由度分析63.3.1定位基准的选择73.4定位方法的选择73.5定位元件型号的选择83.6定位误差的分析与计算83.6.1钻孔加工的定位误差的分析83.6.2铣槽加工的定位误差的分析与计算93.7对刀装及导向装置的设计93.7.1对刀装置的设计93.7.1导向装置的设计103.8夹紧装置的设计113.8.1夹紧力的确定113.8.2夹紧方案的总体设计133.8.3夹紧元件的设计143.9传力部件的设计163.10传力部件的设计163.10.1传力部件的尺寸设计163.10.2传力部件的尺寸校核173.11液压缸的设计与选择173.12各部件连接形式和尺寸的设计183.12.1夹紧元件与传力部件的连接设计183.12.2传力部件与传力部件的连接设计193.12.3液压缸与传力部件的连接设计203.13液压缸基座的设计213.14支承板的设计213.15夹具体的设计223.16本章小结23第4章工作台的设计244.1工作台传动方案设计244.2电动机的设计选择244.2.1电动机类型的选择244.2.2电动机型号的选择244.3丝杠的设计254.3.1丝杠的参数设计254.3.2丝杠的支承设计254.4工作台结构的设计264.4.1工作台与导轨间的结构设计264.4.2三角形导轨尺寸设计264.4.3工作台与丝杠的传动设计274.4.4工作台与导向板的连接设计274.4.5工作台与夹具的连接设计284.5本章小结29第5章夹具体及工作台的仿真305.1夹具的仿真305.2工作台的仿真305.3夹具和工作台整体的仿真315.4本章小结31第6章结论32参考文献33致 谢34V四川理工学院毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 选题依据和意义本文所研究汽车换挡杆专用机床工作台及液压夹具目的是为了针对换挡杆钻、铣工序的特点，提出将钻、铣加工进行工序集中，完成定位装夹，从而提高加工效率、降低企业生产成本。在以往的换挡杆零件加工中，换挡杆加工工艺复杂，不同厂家所设计换挡杆尺寸也有些许不同，本文设计的工作台及液压夹具可以装夹工艺相同、尺寸不同的相似零件，以完成加工。本文结合多本参考文献的具体设计实例，分析其中设计的优缺点，完成最终的设计，希望能够设计出较为实际有效的成果。1.2 研究现状和时代背景随着我国机械制造业的高速发展，各种机械加工对零件加工的要求也越来越高。汽车产业在我国的工业生产总值的占有比例越来越大1。汽车在我国的需求量也越来越大，在汽车的生产过程中，换挡杆是汽车机械手动变速器上实现换挡的重要零件。换挡杆需求量大，加工批量大，不同厂家和车型的换挡杆在结构和工艺上具有很大的相似性。目前，换挡杆的加工都是采用通用机床完成，加工工艺复杂，需要多次装夹才能完成零件加工，影响零件的加工精度和加工效率，同时需要大量的操作工人，因此严重制约了企业的生产效率和成本。企业为了解决这一难题，一般的解决办法有采用数控机床加工零件、采用专用机床加工零件等方法。采用数控机床加工零件的方法确实能够提高加工效率和工件的加工质量，但数控机床成本较高对生产人员的要求也更高；而采用专用机床加工零件的方法也能达到提高加工效率和加工质量的作用，专用机床是为某一零件在某一道工序上的装夹而专门设计和制造的夹具的机床2。同时较前一种加工方法的所需要的成本底，能大大减小企业的成本。1.3 研究的主要内容及研究方法本文具体内容包括五大部分，即绪论、总体方案设计、夹具的设计、工作台的设计、夹具及工作台的仿真。第一章绪论部分阐述了本文设计的选题依据和意义、研究现状、时代背景及主要内容研究方法，此部分是对本次设计大体情况的概括和总结。第二章是对换挡杆专用机床夹具及工作台总体设计过程进行综述，主要介绍了夹具和及工作台的结构形式，结合图片，表示了具体设计步骤。第三章是对换挡杆专用机床夹具的设计过程进行综述，主要介绍了夹具各个零部件的设计和选择的过程。通过具体分析换挡杆零件，明确换挡杆零件加工要求，逐一对各个夹具零部件及其连接形式进行设计，并充分利用了机械专业的知识使夹具零部件的设计更加的合理。第四章是对换挡杆专用机床工作台的设计过程进行综述，主要介绍了与工作台相关零件的设计，通过确定它们之间的连接形式与要求，最后确定工作台的结构。第五章是对换挡杆专用机床夹具及工作台的仿真过程进行综述，主要分别介绍夹具及工作台仿真的过程；以及通过仿真，最后确定本次设计的结果能够满足使用要求。第2章 总体方案的设计本文的研究的夹具及工作台为汽车换挡杆钻铣专用机床上的部件，其机床的针对汽车换挡杆钻、铣工序的特点，提出将它们进行工序集中，采用自动化钻铣专用机床来提高加工效率。设 计的自动化钻铣专用机床包括上料和钻孔、铣槽、卸料等3 个工位，采用 “上料装夹钻孔铣槽卸料”工艺流程完 成换挡杆钻铣加工。上料装置由分料装置和送料装置组成，实现 “分料送料”的上料过程。液压夹具采用 V 形块和侧面 支撑板作为定位元件，采用4 个液压缸实现8 个工件的夹紧。钻削头和铣削头调节装置可用来调节钻头、铣刀与工件之间 的相对位置，因此该机床可用来实现工艺相同、尺寸不同的相似零件的钻、铣加工，扩大了机床的加工范围。采用该专用机床大大缩短了生产辅助时间，钻、铣加工效率可提高3 倍以上; 加工过程全自动化，一个工人可以同时看管 多台专用机床，可减少劳动力需求75%以上，从而大大降低换挡杆加工成本。本文设计包括两个内容，即机床的夹具和工作台，则总体设计分为两个部分。在本文的最后对夹具和工作台进行仿真调试，使其满足使用要求。2.1 夹具体设计的总体方案夹具体主要包括：夹具体、支承元件、定位元件、夹紧元件、传力部件、液压缸、钻模板等组成，其总体示意图如图2-1所示。图2-1中，1为钻模版，2为V形块，3为支承板，4为夹紧元件，5为液压缸，6为夹具体，7为传力部件。零件整个夹紧过程如下：夹具体及支承元件支承着这些夹紧和导向机构，液压油通入液压缸，液压缸产生压力通过传力部件传送到夹紧元件上，零件通过定位元件定位后，被夹紧元件夹紧。图2-1 夹具总体示意图夹具设计过程方案示意图，如图2-2所示图2-2 夹具设计过程示意图2.2 工作台设计的总体方案工作台主要包括：工作台、丝杠、导向板、轴承、端盖等组成。其总体示意图如图2-3所示，图2-3中，1为丝杠，2为工作台，3为导向板，4为轴承，5为端盖。工作台移动过程如下：电动机带动丝杠转动，丝杠的转动通过导向板变为工作台的移动。图2-3 工作台总体示意图工作台计过程方案示意图，如图2-4所示图2-4 工作台设计过程示意图2.3 本章小结本章对本次设计过程进行总体布置，首先明确了整个专用机床的使用要求，然后分阐述夹具和工作台设计过程，从而对设计过程深入的了解。第3章 夹具的设计3.1 零件的分析换挡杆是汽车机械手动变速的重要零件，其加工批量大。本次设计液压夹具及工作台的所夹持的零件尺寸不固定，但由于结构和工艺具有很大相似性，所以本次设计按照图3-1所示零件进行设计，设计结果可以夹持各尺寸零件。图3-1 换挡杆零件示意图图1-1中零件材料为经过退火处理的45号刚。直径为12mm，零件对称中心距离右端面21mm处为本次工序中需要铣削的槽，距离槽左边47mm处为本次工序中需要钻削的孔，孔径为5mm。考虑到需要加工的孔和槽在零件侧面的同一条母线上，采用工序集中的原理，让钻孔和铣槽在同一道工序中完成，从而提高加工效率。零件材料45号钢的力学性能由参考文献3查得如下表3-1所示。表3-1 45号钢力学性能表材料性能屈服极限抗拉强度抗弯强布氏硬度密度数值355N/600N/400 N/229 HB7.85g/零件毛坯的体积估算：零件毛坯重量计算：零件毛坯重力计算：由于零件毛坯的重力较小，不同尺寸的零件毛坯的重量差异对夹紧力的影响不大，所以可采用此毛坯对夹紧力经行计算。3.2 零件的加工工艺性分析首先，拿到的零件毛坯为一光轴，在此之前经过外圆和两端面的车削加工，当工件夹持好后，先经行钻孔的加工，然后经行铣削的加工。钻削工艺分析钻削加工时由于孔的精度要求不高，孔一次钻削而成，加工时加入切削液。钻头选用钻头直径 为5mm的高速钢钻头。钻孔进给量 由参考文献3查得=0.06mm/r。钻孔深度 应多余工件的直径，取=15mm。由于3，所以不采用钻孔深度修正系数修正进给量。钻削切削速度 由参考文献3选得=0.37m/s。钻削背吃刀量=/2=2.5mm。铣削工艺分析铣削加工时铣刀采用圆柱成形铣刀，直径 为50mm，为了提高加工质量，采用顺铣的加工方法。铣刀材料采用硬质合金，牌号为YT15。由于在加工中，切削下的金属较少，铣刀采用细齿，齿数 为8。铣削每齿进给量 由参考文献3查得=0.12mm/z。铣削进给量计算：铣削切削速度 由参考文献3取得=7m/min。铣削进给量 由于一次铣削完成，由零件图纸中量出=2mm。由于30mm，所以铣削进给量不用减少。铣削宽度由零件图纸中量出=6mm。3.3 零件的自由度分析零件定位示意图如图3-2所示。在定位时，孔和槽对于右端面有尺寸要求，所以X方向的移动自由度需要限制；零件毛坯不能沿着Y、Z方向移动和转动，所以Y、Z方向的移动和转动自由度需要限制。综合以上可知，零件在定位过程中，只有X方向的转动自由度不用限制。图3-2 零件定位示意图定位基准的选择定位基准是零件在加工中起定位作用的基准。零件在本道工序之前，已经进过了外圆和两个端面的粗加工。所以只用选择精基准。结合“基准重合”原则，选择零件的轴线为零件径向精基准，选择零件的右端面为零件轴向精基准。3.4 定位方法的选择零件需要限制X、Y、Z方向的移动自由度和Y、Z方向的转动自由度。定位反方从参考文献4选择出以下三个定位方案。第一种定位方案两个短V形块和一个支承钉子定位的示意图如图3-3所示图3-3 两个短V形块和一个支承钉定位示意图第二种定位方案一个长V形块和一个支承钉定位的示意图如图3-4所示图3-4 一个长V形块和一个支承钉定位示意图第三种定位方案一个长定位套筒和以个支承钉定位的示意图如图3-5所示图3-5 一个长定位套筒和一个支承钉定位示意图相比这三种定位方案，第一种定位方案较后两种方法定位方案精度更高，加工更加方便，定位元件加工方便，成本也较低；第二种定位方案较第一种定位方案，定位元件的承载能力更强，相较第三种定位方案夹紧更加方便；而第三种定位方案较前两种定位方案的承载能力更强。由于加工时切削力较小，综合考虑定位精度、经济性和承载能力，选择第一种定位方案，两个短V形块和一个定位支承钉定位的方案为最终定位方案。3.5 定位元件型号的选择根据零件毛坯零件的直径和尺寸，在参考文献5选取标准JB/T 8018.1-1999中适用工件直径为10-15mm的V形块，材料为20钢。一共选用16个这样的V形块。V形块的长度由参考文献5中查得V形块V形面之间的夹角由参考文献5中查得。零件在这道工序之前，两个端面进行过精加工，用右端面定位为精基准。同时考虑到换挡杆零件的尺寸略有不同，在定位时需要对零件进行调整，所以零件的轴向定位选择可调支承钉,在参考文献5中选取螺纹大经为M8，长度为40mm的可调支承钉，可调支撑钉的材料为45钢，一共选用8个。零件定位采用两个短V形块和一个支承钉定位，在定位过程中零件的刚度足够，所以不采用辅助支撑。3.6 定位误差的分析与计算定位误差是由于定位不准确而引起的加工表面相对工序基准在工序尺寸方向上的最大位移量。定位误差 由基准不重合误差和定位基准位移误差共同组成。钻孔加工的定位误差的分析钻孔加工时，孔的轴向尺寸公差为0.2mm，轴向精度要求不高，轴向定位选用可调支承钉，轴向定位误差可以满足要求。由于采用了2个V形块定位，孔的轴线可以自动对象零件的轴线，所以孔的径向定位误差可以满足要求。所加工的孔为通孔，所以在孔的深度方向没有公差要求，孔的深度定位误差可以满足要求。铣槽加工的定位误差的分析与计算铣槽加工时，需要铣的槽的轴向尺寸公差为未注尺寸公差，轴向尺寸精度要求不高，轴向定位选用可调支承钉，轴向定位误差可以满足要求。换挡杆零件的直径尺寸为12f11，查的起公差。 铣槽的径向定位误差由V形块定位误差公式：由于太小，所以铣槽的径向误差可以满足要求。3.7 对刀装及导向装置的设计3.7.1对刀装置的设计在铣削加工的对到方法一般有三种：试切对刀、应用样件对刀和采用对到装置对刀，考虑到加工的批量和成本因素，本次设计采用对刀块装置进行对刀。为了防止损坏刀具或造成对刀块过早磨损，对刀时先将对刀面移向铣刀，并在对刀面和铣刀自之间塞入塞尺，凭抽动的松紧程度来判断对刀的准确度。由于铣刀为成型铣刀，在国标中没有适用成型铣刀的标准，所以设计时参照JB/T 8031.3-1999的标准设计，材料根据标准为20钢。则对刀块工作时如图3-6所示：图3-6中1为厚度1mm塞尺，2为铣刀，3为对刀块。图3-6 对刀块工作示意图对刀块通过两个螺钉和两个定位销安装在夹紧体上。导向装置的设计在钻孔加工时，为了确定刀具相对夹具定位原件的位置，并引导钻头,提高钻头刚度。在夹具上设有钻模。钻模主要由钻套、钻模板、定位元件、夹紧装置和夹具体组成。3.7.2.1钻套的设计与选择由于零件的生产批量较大，在零件加工中，钻套和钻头多次接触，钻套的磨损量较大，钻套选用可换钻套，以便钻套磨损后可以及时更换；同时，所加工零件由于生产厂家的不同，零件上的孔的尺寸也可能不同，在加工不同尺寸的零件时钻套型号也可以随着加工要求更换。在本次设计过程中，根据本次设计中零件上孔的尺寸选取钻套内径为46mm的钻套，查得钻套的内径为4mm。在加工时，先对钻套进行一次扩孔加工，加工到5mm后在使用。一共8个。钻套高度由参考文献5中查的钻套高度为10mm。配用螺钉由参考文献5中查得为M5的螺钉，材料为45钢，共8个。钻套衬套选用内径为8mm长为10mm的衬套，材料为共8个。排屑间隙 由参考文献5公式：3.7.2.2钻模板的设计由于两个换挡杆零件之间的距离较小，为方便钻模板的设计与制造，设计钻模板上可安放两个钻套，材料设计为20钢，则夹具一共需要4个这样的钻模版。其工作时如图3-7所示。图4-2中，1为钻头，2为钻套，3为钻套衬套，4为钻模板，5为螺钉。钻模版和夹具体之间采用螺钉进行连接，螺钉选用国标GB/T 70.1-2008中M6，长度为40mm的螺钉，材料为45钢，共4个。图3-7 钻模版工作示意图3.8 夹紧装置的设计在零件加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致产生位移和振动，所以在夹具中设计夹紧装置。夹紧力的确定3.8.1.1夹紧力方向的确定夹紧力作用方向制定了如图3-8所示（a）、（b）两种方案。图3-8 夹紧力方向示意图在本次加工过程中，其主要定位基准为外圆周面，相较图5-1两种方案。（a）方案的夹紧力方向向左，（b）方案的夹紧力方向向下。考虑到夹紧力的方向应垂直于工件的主要定位基准，以保证定位精度，并应尽量减小夹紧力大小。选取(b)方案为最终的设计方案。3.8.1.2夹紧力作用点的确定夹紧力的作用点制定了如图3-9所示（c）、（d）、（e）三种方案。图3-9 夹紧力作用点示意图相较图5-2的方案，（c）方案夹紧力作用点在零件的中部，结构简单，制造方便，但由于加紧力作用于零件中部，在加工中零件受到弯曲的作用力，容易弯曲，影响加工质量。（d）方案有两个夹紧力作用点在两个V形块的正上方，结构相对紧凑，不容易引起零件弯曲，。(e)方案有两个夹紧力作用点分别位于两个V形块的外侧，使零件夹紧后更加稳定，但同样会引起零件两头的弯曲，影响加工质量。综合三个方案的优缺点，先择（d）方案为最终方案。3.8.1.3夹紧力大小的确定钻孔钻削力的确定 由参考文献3查得钻削力计算公式参数、 、YF=0.7、 查参考文献3钻孔切削力的计算公式：由参考文献3查得钻削扭矩计算公式参数、ZM=2.0、YM=0.8、 查参考文献3钻孔切削扭矩的计算公式： 铣槽铣削力的确定由参考文献3查得铣削力计算公式：由参考文献3查得铣削力修正系数计算公式：实际铣削力由公式：钻削时，由于钻头竖直向下加工，钻削力的方向也竖直向下，与夹紧力的方向保持一致；同时，钻削时产生的扭矩很小，所以主要考虑铣削力来确定夹紧力的大小。工件在夹紧稳定后，在加工时的受力如图3-10所示。图3-10 零件加工受力示意图为了使零件在加工过程中受力平衡，由受力平衡的公式，力和力矩之和为0。 对 作用点求力矩得到：零件的夹紧安全系数取1.5。零件最终夹紧力 由公式：由于零件的夹紧力相对较小，为了使零件的夹紧可靠，取处的最终夹紧力。夹紧方案的总体设计首先确定夹紧方案的总体设计，在对各个部件进行设计、选择、校核。在对各部件进行设计时，先设计总体尺寸，确定了各部件总体尺寸，在确定连接尺寸。夹紧方案的总体设计制定了两个方案，方案一如图3-11所示。图3-11中1为零件，2为夹紧元件，3传力部件，4为传力部件，5为液压缸，6为V形块。图3-11 夹紧方案一总示意图方案二如图3-12所示。图3-12中1为零件，2为传力部件，3为V形块，4为液压缸，5为夹紧元件，6为传力部件。图3-12 夹紧方案二总示意图相较上述的两个方案，夹紧方案一的液压缸位于零件的上方，液压缸活塞杆向下运动，通过传力部件和夹紧元件夹紧零件。夹紧方便，但结构比较复杂，必须在底板上设计一个顶面来安装液压缸，顶面也阻碍了刀具的加工;同时由于传力部件为细长杆，收到压应力的作用容易弯曲。夹紧方案二的液压缸位于零件的下方，液压缸活塞杆向下运动，带传力部件和传力部件向下运动，夹紧元件向下运动，夹紧零件。这个方案结构紧凑，能够合理运用夹具上的空间，也方便刀具进行加工。传力部件同样是细长杆，但由于是受到拉力的作用，不会产生弯曲。所以选择夹紧方案二为最终方案。夹紧元件的设计夹紧元件是夹紧装置中的重要元件，在机床夹具中可夹紧工件使其保持定位可靠性，防止工件振动，以便加工。夹紧元件的材料选择45钢。3.8.3.1夹紧平面的选择拟定两个夹紧平面的方案如下：方案1采用两个相交的平面为夹紧平面如图3-13所示图3-13 以两个相交平面为夹紧面示意图方案2采用两个相交的平面为夹紧平面如图3-14所示。图3-14 以平面为夹紧面示意图比较图3-13和图3-14的两个方案，前一个方案夹紧面和零件表面接触更多，夹紧力向零件轴线方向，夹紧更加可靠，零件在加工中也不容易振动，但结构较为复杂，加工制造困难，成本也较高。后一个图的方案夹紧面和零件表面只有一个面接触，夹紧力竖直向下，虽然夹紧可靠性低一点，但由于零件靠V形块定位，零件夹紧后也会受到V形块的支持力，让零件夹紧可靠；同时夹紧表面结构简单，加工方便，成本也较低。综合上述几点，最终选择图3-14的方案为最终方案。3.8.3.2夹紧元件尺寸的设计零件所需的夹紧力相对较小，为了使结构更加的简便，采用一个夹紧元件夹紧两个工件的方案，其方案如图3-12所示。其受力图如图3-15所示。图3-15 夹紧元件受力示意图夹紧元件左方受到左边零件夹紧的反作用力， 右方受到右边零件夹紧反作用力。零件受到传力部件的拉力 由受力平衡得到。夹紧元件尺寸示意如图3-16所示。高为，宽为，长为。 图3-16 夹紧元件尺寸示意图由后面计算的到传力部件的直径为10mm，则两V行块之间的距离为了安装传力部件必须大于传力部件的直径。取两个V形块之间的距离为20mm，则夹紧元件的长度为了使左右两个零件夹紧可靠，必须大于，取夹紧元件的长度为70mm。夹紧元件高初步选择为15mm，宽为初步选择为25mm。3.8.3.3夹紧元件尺寸的校核零件抗弯截面系数由公式：零件的最大弯矩在跨度的中点，由弯矩计算公式：零件承受最大弯应力由公式：所以零件抗弯强度满足要求。3.9 传力部件的设计传力部件材料选择45钢，如图5-4所示，为一圆柱体零件，其受到夹紧元件的反作用拉力为3600N，传力部件直径由抗拉强度的公式: (3-1)计算结果，为了方便传力部件的制造加工，取。传力部件的长度由夹紧系统的需要设计为198mm。3.10 传力部件的设计传力部件的尺寸设计为传力部件材料选择45钢，其受力如图3-17所示。传力部件受到液压缸的推力的作用，由受力平衡得到。图3-17 传力部件受力示意图其尺寸示意图如图3-18所示。如图所示，为了方便零件的生产，简化结构，在尺寸 的两设计为半圆形的结构。传力部件元件对传力部件的拉力作用于左右两半圆的中心处，初步设计尺寸为20mm，尺寸为20mm，则得到尺寸等于两V形块之间的距离加上,70+20=90mm。图3-18 传力部件尺寸示意图传力部件的尺寸校核零件抗弯截面系数由公式计算得到：零件的最大弯矩在跨度的中点，由弯矩计算公式计算得到：零件承受最大弯应力由公式计算得到：所以零件抗弯强度满足要求。3.11 液压缸的设计与选择为了使零件夹紧时，前后两个夹紧力相等，液压安装位置缸设计在两个V形块的正中间如图5-5所示。液压缸输出的夹紧力。根据液压缸输出的夹紧的大小，选择型号为1451-000的液压缸。液压缸缸径为16mm，则液压系统所需要的工作压力由公式：3.12 各部件连接形式和尺寸的设计夹紧元件与传力部件的连接设计夹紧元件与传力部件的连接拟定了两个方案，方案一如图3-19所示。图3-19中，1为夹紧元件，2为传力部件，3为紧定螺钉，4为圆柱销。夹紧元件和传力部件依靠圆柱销连接，为了防止圆柱销在使用过程中左右运动，在夹紧元件上设计有紧定螺钉。图3-19 夹紧元件与传力部件连接示意图1方案二如图3-20所示。图3-20 夹紧元件与传力部件连接示意图2方案二的设计是把两个零件设计为一个整体。相较上述两个方案，方案一的结构较为复杂，加工制造较困难；但两连接件之间允许有较小的相对转动，能够保证夹紧平面和零件紧密解除，同时在两零件连接处没有应力集中现象。方案二的结构简单，制造较方便，但两连接件之间不存在相对转动，不能保证夹紧平面和零件紧密接触。比较上述两个方案的特点，选择方案一更加合理。在图3-19中，为了方便传力部件上孔的加工，在传力部件上端处设计有两个平面，其尺寸,。为了安装传力部件，在夹紧元件上设计了通孔，其直径。紧定螺钉的安装尺寸，在国标GB/T 71-1985选择大径为2mm，长度为6mm的紧定螺钉。圆柱销的材料选择45钢，45钢材料的抗剪强度查参考文献3查得，则圆柱销直径由抗剪强度公式计算的到圆柱销的直径，在国标GB/T 119.1-2000中选，长度为20mm的圆柱销。距离圆柱销左端面2.5mm处设计有一个槽，以紧定螺钉固定用。夹紧元件和传力部件上安装圆柱销的孔和圆柱销轴采用基孔制间隙配合，尺寸采用优先配合，公差为H8/f7。传力部件与传力部件的连接设计传力部件与传力部件的连接拟定了两个方案，方案一如图3-21所示。图3-21中，1为传力部件，2为传力部件，3为螺钉。在传力部件上设计有螺纹孔，传力部件上设计有通孔，通过螺钉进行连接。图3-21 传力部件与传力部件连接示意图1方案二如图3-22所示。图3-22中，1为传力部件，2为传力部件，3为销轴,4为垫片。如图3-22所示在传力部件上设计有U型槽，在U型槽上设计有通孔，传力部件上也有通孔，销轴穿入后在销轴后方小孔中插入锁紧零件，完成连接。图3-22 传力部件与传力部件连接示意图2相较上述两个方案，方案一的结构比较简单，但螺钉和传动部件之间的连接如同悬臂梁，在承受载荷时，强度较小；方案二的结构较为复杂，销轴和传力部件之间的连接如同简支梁，强度较高，能承受更大的载荷。因为方案二的承受载荷能力更强，所以选择方案二为最终方案。图3-22中，传力部件端部的U型槽的深度，宽度。为了方便传力部件上孔的加工，在传力部件下端处设计有两个平面，其尺寸,。销轴的材料为45钢，则销轴的直径由抗剪强度公式计算的到销轴的直径，在国标GB/T 882-2000中选取，长度为24mm的圆柱销。则传力部件和传力部件上安装销轴的孔和销轴的连接采用基孔制间隙配合，其尺寸采用优先配合等级，配合公差为H8/f7。垫片选择国标GB/T 95-2002中内径为5.5mm，厚度为1mm的垫片，材料为20钢。液压缸与传力部件的连接设计液压缸与传动部件的连接方案如图3-23所示。图3-23中，1为传动部件，2为液压缸活塞杆，3为连接件，4为销轴，5为螺栓，6为弹簧垫片，7为垫片。传动部件与连接件通过销轴连接，连接件与液压缸活塞杆通过螺栓连接。图中连接件材料选择45钢，其尺寸初步设定：，；由抗剪强度公式：所以其尺寸满足要求。图3-23 液压缸与传力部件连接示意图销轴的材料为45钢，其直径由抗剪强度公式计算的到销轴的直径，在国标GB/T 882-2000中选取，长度为45mm的销轴。则传动部件和连接件上安装销轴的孔和销轴的连接采用基孔制间隙配合，其尺寸采用优先配合等级，配合公差为H9/d9。垫片选择国标GB/T 95-2002中内径为8mm，厚度为2mm的垫片，材料为20钢。液压缸活塞杆上的内螺纹为M6，深度为12mm，则弹簧垫圈选择国标GB/T 93-1987中内径为8mm的弹簧垫片。弹簧垫片的高度。则螺栓的长度应该，则在国标GB/T 27-1988中选取大径为6mm，长度为25mm的螺栓，材料为45钢。3.13 液压缸基座的设计根据1451-000型号的液压缸的螺纹的尺寸，设计液压缸基座与液压缸之间的连接尺寸，液压缸基座材料选择为HT200。液压缸基座连接示意图如图3-24所示。图3-24中1为液压缸，2为液压缸基座。图3-24 液压缸基座连接示意图液压系统落入液压油的内孔的直径设计为6mm。沉头台阶的长度，直径。液压缸连接内螺纹大径，长度。液压缸基座与外部液压系统连接的内管螺纹大径，长度为。同时根据液压缸的使用要求，内螺纹轴线对台阶表面的垂直度要求不能超过0.04mm。由于采用一个液压缸作为动力夹持2个零件，所以夹具中有4个液压缸，则液压缸基座中有这样4个这样的结构。液压缸基座和支承板之间同过螺栓和定位销进行连接。3.14 支承板的设计支承板起着对夹紧各部件的支承和定位的作用，材料选择HT200。支承板的结构示意图如图3-25所示。图3-25中，标注1的部分的作用支承和定位可调支承钉，标注2的部分作用支承和定位其他夹紧部件的。图3-25 支承板结构示意图根据支承板上各夹紧部件的尺寸，对支承板进行设计，其设计结果如下：标注1部分的高度为30mm，厚度为20mm，圆弧过度为10mm。为了安装可调支承钉，在上面均布了8个M8的螺纹孔。标注2部分的长度为524mm，宽度为250mm，厚度为30mm，长宽方向的圆弧过度为20mm。同时此部分上有很多与各个夹紧部件之间的连接尺寸在前面的章节已设计，所以此处不在赘述。3.15 夹具体的设计夹具体和支承板通过螺纹连接在一起，所以夹具体的设计首先考虑到支承板及支承板上其他夹紧部件的结构尺寸，再结合各参考文献中已有的夹具体结构，完成设计。液压夹具需液压管输入液压油，则液压管的接入设计了两种方案，方案一如图3-26所示。图3-26中1为液压缸基座，2为液压管，3为夹具体。图3-26 液压管接入方案一示意图方案一如图3-27所示。图3-27中1为液压缸基座，2为液压管，3为夹具体。图3-27 液压管接入方案二示意图相较连个方案，方案一的结构简单，夹具体制造方便，但在接入液压管时，由于夹具体内壁的阻碍，液压管需要弯曲，从下方接入，造成不便，同时使得夹具体横向尺寸加大；方案二的结构比较复杂，夹具体中间设计了通槽让液压管接入，液压管不是在夹具体中，液压管不会受到限制。综合两个方案的优缺点，最终选择方案二为最终方案。则夹具体上的通槽尺寸按照液压缸基座的尺寸进行设计。夹具体的材料选择为HT200，夹具体的壁厚由参考文献5查的为20mm。夹具体的拔模斜度由参考文献6查的为。铸造圆角 由参考文献5查得公式：夹具体的耳座结构如图3-28所示，尺寸参照参考文献5中耳座标准设计。图3-28 耳座结构示意图图3-28中，耳座尺寸，厚度。在夹具体的左右两侧各有3个这样的耳座，耳座之间的距离为111mm。夹具体和支承板之间通过螺钉连接。3.16 本章小结本章首先对零件的要求和工艺进行具体分析，在此基础上确定了零件定位需要的自由度，从而设计出夹具的定位方案；接着对夹具的各个零件从结构形式、材料、尺寸及其连接形式进行设计与比较，得出最终的设计结果。第4章 工作台的设计4.1 工作台传动方案设计工作台的总体