离心夹具的设计与结构分析.pdf

意 夹具的设计与结i f 勾 分i f 斤 文 沈阳机床有限责任公司金丽英姜红君张洪波 摘要 本文介绍的是用普通车床加工轴类件的 典型 夹具 离心 夹具 就该 夹具 如何能实现 工件的 定位 夹紧 确保零件加工精度等问题来加以论述分 析 并通过理论计算验证该夹具的安全系数 来证明 该结构 的安全可靠 性 关键词 离心夹具 卡爪 夹紧力 切深抗力 安全系数 车床 在加工轴类 零件时 为了减 少装夹零件辅 助 时 间和减 轻工人劳动 强度 很好 的保 证加工工件外 圆 与 中心 孔的同轴度 经常会采用离心 夹具代替标准 卡 盘结构 此夹具在一定范围内只需成套更换卡爪 就 可加工不同规格零件 且每套卡爪可夹持某一规格范 围的工件外径 操作极其方便 本文就此夹具的具体 结构进行分析论述 并通过理论计 算验证其可靠性 一 离心夹具的工作原理 该夹具是 利用车床主轴 的高速旋 转 带动卡爪转 动产 生离心力 的原理夹 紧工 件 在机床主轴 高速旋转 时 几个卡爪 同时产生离心 力夹紧工件 克 服切削 时 产生 的切深抗力 当主轴旋转停 止后将工件 自动松开 本 文论述 的夹 具为三爪夹 紧结构 且充分遵 守 了六点 定位法则 即 三个卡爪的同时夹紧限制工件 守 五个 自由度 通 过车床主轴 锥孔 内的顶尖 顶住工件 的 中心 孔 限制 了最后一个X 自由度 离心夹具结构分析 该 夹具主要 由花盘 固定座 滑座 卡 爪 外罩 等组成 见图一 此夹具以车床主轴头的锥面定位 通过双头 螺栓连接与主 轴把合在一起 使 用该 离心 夹 具时 用卡爪夹持工件外径 通过固定在车床主轴锥 孔 内的顶 尖顶住工件 的中 UI L 承受切 削时产 生的进 给抗力 可使 工件的 回转 中心 与机床主轴保持 一致且 同步旋转 从而保 证 了被加 工工件外圆与 中心 孔的同 轴度 图一 离心夹具轴向剖视 图 车 床旋转 夹具 的结 构设计原 则是 装卸方便 质 量均 匀 使 用安全可靠 该夹具 为了装卸方便 承 上启下的花盘用 主轴锥 面定位 定位块找正把合孔位置 再通过双头螺栓与 主轴把合 为一体 为保 证夹具 整体质 量均匀 该夹具 的卡爪 压板及连接轴等数量均为三件 且均匀分布 在夹具主体上 由于滑座与固定座之间可相对转动 第0 1 期数控机床市场 6 3 日 当主轴高速旋转时 三个卡爪同时绕着各 自固定在滑座上的连接轴摆动 从而产生离心力夹紧工件 因此 滑座与固定座连接只能通过把合在固定座上的压板卡在滑座的限位槽内 让其轴向保持一定转动间隙 考虑 到三个卡爪夹持工件时的夹紧力应保持一致 故在固定座上过盈打进定位销 限制卡爪摆动角度相同 实现 工件被夹持受力均匀 又因卡爪摆动的角度应受到一定范围的限制 故在固定座上用压缩弹簧顶起一个钢珠 在 卡爪转到 角度极 限时 此钢球会掉入在滑座 上限位支钉 1 2 0 0窝 内 将滑座锁死 见 图二 图二限位结构放大图 图三离心卡盘工作示 意图 对于车床高速旋转夹具及被加工零件首要考虑的应是安全问题 因此 通过螺钉连接将外罩把合在卡爪 连 接轴轴头 上 则滑座 卡 爪等被 防护在其 内 与固定座之 间产 生相对转动 由于外罩 固定 在卡爪连接 轴上 卡爪工作时要求运动自如的夹紧 松开工件 故 用连接轴长度调整卡爪 滑座 外罩之间的摆动间隙 这样 就 实现 了夹具 的安全 可靠性 另外 考 虑到工件被 切 削时 滑座 及卡爪 外 罩在离心 力 的作用下相 对于 固定 座转 动一定 角度 如 果在机床 主轴旋 转停止后 还会存 在惯性矩 很难 较快 的松 开工件 所 以如 图三所 示 在 固定 座及滑座 之 间设 置 了复位 弹簧 让弹簧 的一端 固定在 固定 座上 另一端 固定在滑 座上 当固定座 随主轴 旋转停止后 靠弹簧的拉伸作用带动卡爪较快复位松开工件 另外 还在卡爪夹持工件部位设有 9 O 的网纹槽 增大工件与卡爪的摩擦力 三 计算验证夹紧装置的可靠性 判断车床 旋转 夹具 的成 功与否 首先要 考虑 它的操作 方便 安全 可靠 性 其次 除结构合理 外 更 重要 的 是夹 紧力与切削力 的关系 即安全 系数 下面就加 工 4 0 4 8 m m 规格轴 类件为例 对该夹具进行验 证 第一步 夹紧力计算 单个卡爪质量 0 1 4 k g 卡爪重心旋转半径 R 6 5 m m 机床主轴转速 z l l2 0 r m in 单个卡爪离心力可按下式计算 r n R N 1 2z Rn 2 式中 卡爪的质量 k g 卡爪 的质量 中心到回转 中心距离 m 卡爪 的角速度 r a d s 机床主轴的转速 r m in 6 4 第O 1 期数控机床市场 由 1 2 式得 单个卡爪离心力 m R 2 r u n 0 1 4 6 5 1 0 一 2 z 0 1 4 1 1 2 0 8 8 3 2 7 因此 得出该离心夹具夹紧力 P 3 p 3 8 8 3 2 7 2 6 4 9 8 1 N 第二步 切削力计算 选用被加工轴类件 0 5 8 8 G P a的热轧碳素结构钢 用 Y T 5硬质合金刀具车削外圆 所选主偏角为k r 7 5 前角 r o 1 0 刃倾角 一 5 刀尖圆弧 2 m m 工件最大外圆直径 D 由 4 8 m m 切削深度口 口 5 m m 进给量 o 3 n n r 检验车床夹具的夹紧力是否可靠 主要考虑切深抗力的大小即可 其计算公式为 F y c Y r y V n Fy K 9 8 1 C F y口 6 0 1 K 3 式中切削速度 v n n D 1 0 0 0 m s 4 修正系数 K F y F 5 D 被加工零件最大直径 m 由 4 式得 v r l 1 2 0 6 0 r t 4 8 1 0 0 0 2 8 1 m s 根据实例条件 经查表得 C 1 9 9 0 9 Y 0 6 一 0 3 Km F 0 9 0 KK F y 0 6 2 K F y 1 0 K F y 1 2 5 K y 6F 1 0 因此 由 3 4 式得 切深抗力 9 8 1 1 9 9 x 5 x O 3 6 0 x 2 8 1 8 6 6 6 由 5 式得 修正系数 O 9 0 0 6 2X1 0 1 2 5 1 0 0 7 故切深抗力 8 6 6 6 0 7 6 0 6 6 N 第三步 对该夹具的安全系数 s z 进行验算 6 式中u 舻 卡爪和工件间的摩擦系数 可取 B s P 0 1 2 由 6 式得 安全系数 2 6 4 9 8 1 xO 1 2 5