阀盖偏心螺纹车夹具设计及应用

裴国强

【摘 要】对阀盖零件不规则的结构进行研究与分析，结合现有设备，编制了阀盖大端面及外螺纹车削加工工序的工艺方案，针对该设计方案，我们仔细分析了本工序的加工工艺，加工工件的定位方式、夹具结构及相关夹紧设备、夹紧方式，从而设计了偏心式车削夹具。根据设计完成后的加工表明，该方案切实有效，我们设计的夹具在使用过程中，操作过程便捷，精度控制稳定，能够显著提高效率及质量，最后投入生产后使用效果良好。

【关键字】阀盖;加工工艺;偏心车削;夹具设计

中图分类号： TH122 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）33-0009-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.004

Design and Application on Eccentric Fixture Design for Bonnet

PEI Guo-qiang

（Nanjing Tech University， Nanjing Jiangsu 211816， China）

【Abstract】Through the study and analysis of the irregular structure of the bonnet parts and the combination of the existing equipment， the process plan for the cutting process of the large end surface and the outer thread of the bonnet is compiled. According to the plan and the processing requirements of this process， the structure of the positioning device， clamping device and clamping device are analyzed. A set of eccentric turning fixture is designed and made. The practice shows that the machining scheme is effective;The fixture designed is convenient， the precision is stable， the efficiency and quality are improved， and effect is good.

【Key words】Bonnet; Processing craft; Eccentric fixture; Clamp design

0 前言

传统汽车发动机能源供给装置的核心——机械式燃油喷射装置，是通过驾驶员根据动力需求，控制油门踏板来影响调速器从而拉动齿条，通过这样一系列过程控制来控制发动机油嘴的喷油量、缸内喷油的提前角、油压等与动力相关的技术参数，难以兼顾各种工况下的运行的工况。对于燃油喷射技术来说，柴油共轨系统因为其可根据发动机的动力响应，扭矩环境等不同工况，智能灵活的控制柴油的压力和油量等喷射参数，是当前较为先进的燃油供给系统，具有低速高扭矩，运行平稳、发动机工作可靠、响应速度快、低排放（欧Ⅴ标准）及降低燃油消耗等优点，逐渐取代传统的柴油喷射系统。柴油共轨系统的核心部分（如图1所示）为高压泵。它通过柱塞运动将燃油逐步压缩到高压状态，将高压燃油通过一定的压缩速比，连续不断地输送到共轨管内，以实现缸内的定时和定量喷油。[1]

1 问题提出

阀盖零件（如图2所示）在高压油泵系统中是极为重要的密封系统组成部件，整个阀盖盖体的加工精度，将会影响柴油机内部压缩燃烧时候的工作工况，进而影响整车的尾气排放标准。基于数控加工工序集中的工艺方案，将M20*1外螺纹及端面等加工内容设置为该零件加工的第一道工序（记为010工序），如图3所示，该道工序加工为：M20外螺纹、φ30外圆、螺纹端面M及大面K等），结合企业前期试制阶段采用加工中心铣螺纹及大面存在的实际情况，考虑到设备状况、生产效率及加工成本等诸多因素，决定在数控车床上完成此工序加工。在此基础上，我们细致地论证了零件的结构特征，分析了数控车床上工装夹具的关键定位装置、夹具体配合及提供夹紧力的夹紧装置等重要部件的设计结构，制造一套能够快速装夹相关设备零件的偏心车削夹具，很好地解决了该工1序的加工问题，操作便捷，生产效率及产品质量大幅度提高（与试制阶段采用加工中心设备比较），能够显著提升加工效率，具有较好的经济性。

2 偏心螺紋车削夹具设计分析

2.1 偏心螺纹车削夹具组成

该专用夹具主要用于解决发动机阀盖偏心孔工序的加工问题，完成M20*1外螺纹等部位的加工，发动机阀盖夹具结构如图4所示，整个夹具主要由法兰盘、螺钉、配重块、V型块、球头螺钉、左固定座、支承螺钉、压块、上固定座、右固定座、夹紧螺钉等零件组成。

2.2 各组成件的设计及其功能

2.2.1 定位装置设计分析

定位装置主要由V型块4、法兰盘1、支承螺钉7等零件组成。在车削阀盖零件M22*1外螺纹及端面（010工序）时，利用毛坯圆弧面、底面及外侧面（如图3所示）作为定位基准面。V型块4与阀盖零件的圆弧面A贴合，限制了2个自由度;法兰盘1上的平面与阀盖零件底面水平面B贴合，限制了阀盖零件的3个自由度;支承螺钉7与阀盖侧面C贴合，限制了1个自由度;至此，根据零件装夹的定位原理，整个工装夹具的设计一共能够限制阀盖的6个自由度，从而达到完全定位阀盖盖体的效果。在夹具制作阶段，我们需要严格把控各个定位元件的相关尺寸精度，从而保证装夹后阀盖盖体的定位精度，达到保证加工的尺寸精度的效果。

2.2.2 夹紧装置设计分析

阀盖零件的加工方式采用数控车床进行加工，为了保证整个系统的刚性和强度，我们应避免设计复杂的装夹结构，应尽量使用简单可靠的装夹结构进行装夹[2-3];同时考虑到该零件生产需求，该零件主要以单件小批量生产为主，在加经机构上，我们决定采用手动单螺旋机构进行夹紧。夹紧装置主要由上固定座9、球头螺钉10、压块12、右固定座13、夹紧螺钉14及组成。其中球头螺钉10与压块12起到主压紧的作用，夹紧螺钉14则起辅助夹紧的作用，上固定座9上开设有螺纹孔，转动球头螺钉10，通过螺纹结构带动压块12将工件进行夹紧。压块12能够提高工件表面质量，避免装夹夹具对零件造成压痕，它可避免装夹装置——球头压紧螺钉10的头部与工件直接接触。

（1）切削力的计算

加工过程中的切削力主要取决于阀盖材质（40Cr）及车内螺纹M20×1的切削用量（转速S=800、进给量F=1mm/r），为了准确计算切削力。我们使用了NOVEX软件进行切削力进行计算，最后计算切削力FC的理论最大值（如图5所示）为900N左右。为了保证切削过程中不发生意外，我们在计算所得的理论最大切削力乘以安全因素K[4]，此处K值取值为3，得出所需安全夹紧力FC′=FJ*K=900N*3 = 2700N。

（2）夹紧力的确定

详细分析相关零件加工结构，通过夹紧装置相关零件的结构设计分析，我们可以得出结论，该车削夹具我们需要设计为采用单螺旋夹紧的夹紧的方式，且使用参数为（M12×1.75）的球头螺钉，同时，球头螺钉与被夹紧阀盖盖体结构之间的接触方式使用点接触夹紧，查表可知M12×1.75螺钉的夹紧力FQ=5050N[5]。通过相关数据对比，螺钉能够提供的夹紧力为5050N，远远大于零件所需要的夹紧力2700N，即能够满足FQ>FC′的条件，从而选择这种装夹方式，能够提供满足相关设备结构加工要求的夹紧力。

2.2.3 夹具体设计分析

夹具体即为法兰盘1和配重块2。根据相关设计，夹具体的装夹定位装置及提供夹紧力的夹紧装置我们设计为通过螺钉装夹的方式，将其安装固定在法兰盘上，同时，相关装夹设备周边装配有配重块，主要目的是平衡零件在加工时因为高速旋转而产生的离心力，从而减少离心力对零件精度的影响。为了使得相关设备正确发挥作用，我们在零件装配时，需要保证夹具体在夹具上相对装配精度。夹具在车床上装配（下转第12页）（上接第10页）时候的精度也会影响零件的加工精度。

3 结语

该夹具结构简单，结构稳定，相关尺寸定位准确可靠，零件便于安装，通过该夹具对零件进行加工，能够保证零件加工表面的加工质量，通过工序集中的加工工艺卡片编制，能够在提高操作工人的生产效率，大大降低劳动强度;通过这种夹具进行大批量生产，相比于传统的铣削加工，能够极大地降低加工时间成本，物料成本，提升了生產零件的效率以及产品质量;同时，这样一次富有意义的探索，也能够为类似工件在编制工艺卡片时候提供一定的加工经验。

【参考文献】

[1]聂建军.柴油机高压共轨燃油系统的现状及发展趋势[J].内燃机，2009（4）：6-9.

[2]袁礼彬等.泵体偏心孔车夹具的设计[J].机械研究与应用，2009（5）：79-80.

[3]张素芬.内偏心孔车削夹具设计与制造[J].机械研究与应用，2007（10）：54-55.

[4]刘俊成.机床夹具在设计过程中夹紧力的计算[J].工具技术，2007（6）：89-90.

[5]浦林祥.金属切削机床夹具设计手册（2版）[M].机械工业出版社，1995.