发动机气缸钻孔专用夹具设计

李 吉，赖玉活，冯跃霞

(1.广西工学院 机械工程系，广西 柳州 545006;2.柳州市数控机床研究所，广西 柳州 545007;3.新乡职业技术学院，河南新乡 453006)

发动机气缸钻孔专用夹具设计

李 吉1，赖玉活2，冯跃霞3

(1.广西工学院 机械工程系，广西 柳州 545006;2.柳州市数控机床研究所，广西 柳州 545007;3.新乡职业技术学院，河南新乡 453006)

针对发动机气缸缸体被加工孔规格较多，在摇臂钻床上进行钻孔加工时需要多次更换钻头的情况，设计了一种在加工中心上对发动机气缸缸体进行快速钻孔加工的液压专用夹具。详细阐述了该夹具的结构特点及工作原理：通过分析缸体的结构特点及加工工艺，采取“一面两孔”定位方案，定位精确可靠;采用双液压缸夹紧，并计算切削力及夹紧力，设计了相应配套的液压系统。实践证明：该夹具结构简单，操作方便，加工过程中实现了对工件的快速钻孔加工，进一步完善和提高了发动机气缸缸体钻孔加工工艺，提高了工作效率。

夹具;定位;钻孔;液压夹紧

0 引言

专用夹具是机械加工的一个重要组成部分，是针对某工件的某道工序而专门设计的夹具，其特点是结构紧凑，操作迅速、方便。装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，无需划线找正，可以保证较高的加工精度和生产效率，大大降低了生产成本和劳动强度［1］。

发动机气缸缸体社会总产量较大，大多是在摇臂钻床上进行钻孔加工的。缸体被加工孔规格较多，加工过程中需要多次更换钻头，且传统的人为划线找正、手动装夹的加工方法费时、耗工、劳动强度较大，设备的高效性得不到体现，难以满足大批品量生产的要求。因此研究设计一种在加工中心上钻孔的专用夹具，实现对工件的快速定位装夹是非常有必要的。本文通过对缸体的结构特点及加工工艺进行分析，设计了一种采用双液压缸夹紧的缸体钻孔专用夹具，目前已在某企业投入到生产加工中，满足了生产要求，提高了经济效益。

1 零件的加工工艺分析

汽车发动机气缸缸体结构如图1所示，缸体一般为 70～80kg，长宽高约为 550mm×285mm×385mm，材料为HT200，硬度约为190HBS。缸体的孔加工部位较多且呈空间分布，根据工序集中制原则，工艺要求统一以缸体上表面及其上两工艺孔实现缸体的定位，对缸体孔位进行加工。在进行钻孔工序前，其上表面已经精铣，工艺孔也已精加工。

图1 气缸缸体结构

2 夹具的设计

2.1 定位与装夹

(1)定位:根据零件的结构及加工工艺，本设计采用的是“一面两孔”组合定位，以夹具体上的4个支撑板及两个定位销，在夹具体上对汽缸缸体实现一面两销定位。这样，零件的6个自由度得到全部限制，实现了工件的完全定位［2］。

(2)装夹:由于气缸缸体质量较大，考虑到装夹过程中需要托起工件上升，利用缸体上定位面定位，上升过程中的平稳需加以保证的情况，故本设计采用双液压缸夹紧，装夹快速平稳，大大降低了劳动强度，满足大批量生产要求。

2.2 夹具的自我找正、自定位装置

夹具的传动装置中，两拉杆组成万向节机构，在托板托起工件上升的过程中，工件可有前后左右一定范围的浮动，结合定位销下端的锥度，实现缸体的自我找正、自定位［3-4］。当工件在放置位置偏差不大时，可通过自我找正、自定位功能，使定位销能够顺利进入定位孔，完成工件的“一面两孔”定位［5］。

2.3 夹具的工作原理

图2为夹具结构装配图，以夹具体1为主体，汽缸缸体2与导轨8以线接触的方式推入夹具体至后定位块15;再向右推动缸体至右定位销11，这里右定位销11为一长螺栓，起到止推定位的作用，可以通过其旋转调节缸体在夹具体中的左右位置，从而实现对缸体前后左右位置的初定位。开启电源，电机带动油泵工作，液压缸3的活塞杆带动杠杆4，杠杆作为动力传动元件传递动力至拉杆5、6，拉杆6拉动托板7沿着四根导柱9向上运动，直至两定位销进入两定位孔，气缸缸体接触上定位块。缸体接触上定位块后，液压缸开始加压，实现对定位块的夹紧，从而实现对缸体的装夹。以上为夹具的工作原理。

2.4 切削力、夹紧力的计算

钻孔时，钻头左右切削刃对称时，背向力抵消，最终构成对钻动影响的是轴向进给力P及切削扭矩M。在大型工件上钻小孔时，钻头产生的扭矩相对较小，由工件与夹具产生的摩擦扭矩及支撑板的支撑反力来平衡，故扭矩M的影响可忽略［6-7］。本设计中工件材料为HT200，硬度约为190HBS，钻孔直径最大为36mm，钻头采用高速钢钻头，进给量选取f=0.3mm/r。钻孔时轴向力Fz的计算公式为:

2.5 液压缸及液压系统的设计

根据所需液压夹紧力，求液压缸缸体直径D。气缸活塞杆推力为:

其中:Q为单个液压缸压紧力，Q=F/2=2402(N);η为传动效率，取η=0.9;系统总压力P取3MPa。代入数据得:D=24mm，取D=25mm。

图2 夹具结构装配图

图3所示为液压系统图。工作时，电机带动油泵回转，液压油从油箱1经过吸油过滤器2进入回路中，电磁换向阀8通电，压力油经过换向阀进入液压缸11的无杆腔，推动工件上升，直至将工件压紧;工件加工完毕后，电磁换向阀8断电，压力油经换向阀进入液压缸11的有杆腔，活塞杆回收，松开并放下工件。

图3 液压系统图

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，两个液控单向阀9起到稳压保护的作用，防止工件突然下落，造成意外事故［8-10］。

3 结论

本设计主要针对发动机气缸缸体笨重，加工孔规格较多且呈空间分布的特点，设计了一种可在加工中心中对发动机气缸缸体进行钻孔加工的液压专用夹具结构及其相应配套的液压系统，进而实现工序集中，完善和提高了发动机气缸缸体的钻孔加工工艺。该夹具在保证加工质量，满足生产需要的前提下大大降低了劳动强度，减少了加工辅助时间，提高了经济效益，具有很高的实用价值，值得推广。

［1］肖继德，陈宁平.机床夹具设计［M］.北京:机械工业出版社，2011.

［2］陈明.机械制造工艺学［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［3］机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［4］徐锦康.机械设计［M］.北京:机械工业出版社，2001.

［5］张世昌.机械制造工艺基础［M］.天津:天津大学出版社，1996.

［6］吴拓.现代机床夹具设计［M］.北京:化工工业出版社，2009.

［7］王启平.机床夹具设计［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1996.

［8］路甬祥.液压气动技术手册［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［9］张广乐.液压夹紧技术在制造加工过程中的应用［J］.组合机床及自动化加工技术，2004(11):88－89.

［10］郭越峰.冲焊桥镗孔车端面组合机床总体布局及夹具方案设计［J］.组合机床与自动化加工技术，2011(9):103－105.

(编辑 李秀敏)

Design of Special Fixture for Drilling Hole of Engine Cylinder

LIJi1，LAIYu-huo2，FENG 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，河南新乡人，广西工学院机械工程系硕士研究生，研究方向为数控机床研究，(E－mail)li285325519@163.com。