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第2章 銑面夾具設(shè)計(jì)
2.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來(lái)銑M8螺紋孔面,加工時(shí)除了要滿足粗糙度要求外,
由于對(duì)加工精度要求不是很高,所以在本道工序加工時(shí),主要考慮如何降低降低生產(chǎn)成本和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
2.2 定位、夾緊方案的選擇
定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基準(zhǔn)重合,在同一工件的各道工序中,應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選擇必須合理,否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?;鶞?zhǔn)選擇不當(dāng)往往會(huì)增加工序或使工藝路線不合理,或是使夾具設(shè)計(jì)更加困難甚至達(dá)不到零件的加工精度(特別是位置精度)要求。
因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求,從保證零件的加工精度要求出發(fā),合理選擇定位基準(zhǔn)。此零件圖沒(méi)有較高的技術(shù)要求,也沒(méi)有較高的平行度和對(duì)稱(chēng)度要求,所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)效率,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高加工精度。圓臺(tái)外圓及兩端面都已加工好,為了使定位誤差減小,選擇已加工好的端面作為定位精基準(zhǔn),來(lái)設(shè)計(jì)本道工序的夾具,以已加工好的端面作為定位夾具。
首先必須明確其加工時(shí)應(yīng)如圖所示,這樣放置,便于加工。那么要使其完全定位,可以采用:一面加固定V型塊和滑動(dòng)V型塊定位,這樣既簡(jiǎn)單又方便。如上圖所示,一底面限制的自由度有3個(gè),一個(gè)固定V型塊限制兩個(gè)自由度,一個(gè)滑動(dòng)V型塊限制限制一個(gè)自由度,為使定位可靠,加工穩(wěn)定,我所設(shè)計(jì)的定位方案,總共限制了工件的全部6個(gè)自由度,屬于完全定位。
2.3切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具:銑刀 D=50 面銑刀。
則軸向力:見(jiàn)《工藝師手冊(cè)》表28.4
F=Cdfk……………………………………2.1
式中: C=420, Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù),1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù),1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時(shí) T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,時(shí)工件不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故本夾具可安全工作。
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況,找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài),按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠,再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即:
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算有::
式中:為各種因素的安全系數(shù),查參考文獻(xiàn)[5]表可得:
所以有:
螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有:
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得:
其中:
螺旋夾緊力:
該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu),用螺栓通過(guò)弧形壓塊壓緊工件,受力簡(jiǎn)圖如下:
圖4.1 移動(dòng)壓板受力簡(jiǎn)圖
由表得:原動(dòng)力計(jì)算公式
即:
由上述計(jì)算易得:
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大,為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便,決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
2.4 誤差分析與計(jì)算
該夾具以一個(gè)平面和和2個(gè)V型塊定位,要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求,必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
(1)定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和V型塊間隙配合。
(2) 工件的工序基準(zhǔn)為孔心,當(dāng)工件孔徑為最大,定位銷(xiāo)的孔徑為最小時(shí),孔心在任意方向上的最大變動(dòng)量等于孔與銷(xiāo)配合的最大間隙量。本夾具是用來(lái)在臥式鏜床上加工,所以工件上孔與夾具上的定位銷(xiāo)保持固定接觸。此時(shí)可求出孔心在接觸點(diǎn)與銷(xiāo)中心連線方向上的最大變動(dòng)量為孔徑公差多一半。工件的定位基準(zhǔn)為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點(diǎn)和銷(xiāo)中心連線方向相同,則其定位誤差為: Td=Dmax-Dmin
為了滿足工序的加工要求,必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差,一般可用下式表示:
制造誤差ZZ
(1)中心線對(duì)定位件中心線位置精度
. 取.
(2)內(nèi)外圓同軸度誤差(查表P297)
故,.
則.
⑵ 夾緊誤差 :
其中接觸變形位移值:
查[5]表1~2~15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差:通常不超過(guò)
⑷ 夾具相對(duì)刀具位置誤差:取
誤差總和:
從以上的分析可見(jiàn),所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。
2.5夾緊裝置的選用
該夾緊裝置選用移動(dòng)壓板,其參數(shù)如下表:
表4.3 移動(dòng)壓板參數(shù)
公稱(chēng)直徑
L
6
45
20
8
6.6
7
M6
5
2.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu)
夾具體的形狀和尺寸取決于夾具上各種裝置的布置以及夾具與機(jī)床的連接,而且在零件的加工過(guò)程中,夾具還要承受夾緊力、切削力以及由此產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng),因此夾具體必須具有必要的強(qiáng)度和剛度。切削加工過(guò)程中產(chǎn)生的切屑有一部分還會(huì)落在夾具體上,切屑積聚過(guò)多將影響工件的可靠的定位和夾緊,因此設(shè)計(jì)夾具體時(shí),必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于排屑。此外,夾具體結(jié)構(gòu)的工藝性、經(jīng)濟(jì)性以及操作和裝拆的便捷性等,在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)加以考慮。
夾具體設(shè)計(jì)的基本要求
(1)應(yīng)有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面,如安裝定位元件的表面、安裝對(duì)刀塊或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面,應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽缇群托螤罹龋鼈冎g應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈恢镁取?
為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定,鑄造夾具體要進(jìn)行時(shí)效處理,焊接和鍛造夾具體要進(jìn)行退火處理。
(2)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度
為了保證在加工過(guò)程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產(chǎn)生不允許的變形和振動(dòng),夾具體應(yīng)有足夠的壁厚,剛性不足處可適當(dāng)增設(shè)加強(qiáng)筋。
(3)應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和使用性
夾具體一般外形尺寸較大,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,而且各表面間的相互位置精度要求高,因此應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性,應(yīng)做到裝卸工件方便,夾具維修方便。在滿足剛度和強(qiáng)度的前提下,應(yīng)盡量能減輕重量,縮小體積,力求簡(jiǎn)單。
(4)應(yīng)便于排除切屑
在機(jī)械加工過(guò)程中,切屑會(huì)不斷地積聚在夾具體周?chē)绮患皶r(shí)排除,切削熱量的積聚會(huì)破壞夾具的定位精度,切屑的拋甩可能纏繞定位元件,也會(huì)破壞定位精度,甚至發(fā)生安全事故。因此,對(duì)于加工過(guò)程中切屑產(chǎn)生不多的情況,可適當(dāng)加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間:對(duì)于加工過(guò)程中切削產(chǎn)生較多的情況,一般應(yīng)在夾具體上設(shè)置排屑槽。
(5)在機(jī)床上的安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠
夾具在機(jī)床上的安裝都是通過(guò)夾具體上的安裝基面與機(jī)床上的相應(yīng)表面的接觸或配合實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上安裝時(shí),夾具的重心應(yīng)盡量低,支承面積應(yīng)足夠大,安裝基面應(yīng)有較高的配合精度,保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應(yīng)中空,大型夾具還應(yīng)設(shè)置吊環(huán)或起重孔。
確定夾具體的結(jié)構(gòu)尺寸,然后繪制夾具總圖。詳見(jiàn)繪制的夾具裝配圖。
2.7 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
由于是大批大量生產(chǎn),主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此設(shè)計(jì)時(shí),需要更換零件加工時(shí)速度要求快。本夾具設(shè)計(jì),用移動(dòng)夾緊的大平面定位三個(gè)自由度,定位兩個(gè)自由度,用定位塊定位最后一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。此時(shí)雖然有過(guò)定位,但底面是經(jīng)精銑的面,定位是允許的。
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