吊耳零件端面孔自定心对中夹具毕业论文.doc

论文吊耳零件端面孔自定心对中夹具 1 目录 第 1 章 绪论 1 1 1 夹具概述 1 1 1 1 使用夹具的目的及夹具的发展方向 1 1 1 2 专用夹具及其设计要求 2 1 1 3 车床夹具及其设计要求 3 1 2 课题研究目的 4 第 2 章 夹具的总体结构设计 6 2 1 夹具的组成 6 2 2 夹具的定位原理 6 2 3 夹具的制造要求 7 2 4 夹具的特点 7 第 3 章 夹具的详细设计 8 3 1 定位装置的设计 8 3 1 1 定位装置设计的基本原则 8 3 1 2 定位元件的设计要求 8 3 1 3 本夹具定位装置的设计 8 3 2 夹紧装置的设计 11 3 2 1 夹紧装置的设计要求 11 3 2 2 夹紧力的合理确定 12 3 2 3 本夹具夹紧装置的设计 13 3 3 夹具体的设计 15 3 3 1 夹具体的设计要求 15 3 3 2 本夹具中夹具体的设计 15 3 4 夹具与车床连接装置的设计 15 3 4 1 车床夹具在机床主轴上的安装方式 15 3 4 2 本夹具连接装置的设计 16 3 5 夹具的动平衡 16 3 6 夹具装配图的绘制及夹具公差的确定 17 第 4 章 夹具各零部件的机械加工 18 4 1 切削用量的选择原则 18 4 2 U 形板及锥柄的加工 19 4 3 定位块 压紧块及横板的加工 20 结 论 21 参考文献 22 致 谢 23 1 第 1 章 绪论 1 1 夹具概述 夹具是在切削加工中 用以准确地确定工件位置 并将其牢固地夹紧的工艺装备 它 的主要作用是 可靠的保证工件的加工精度 提高加工效率 减轻劳动强度 充分发挥和 扩大机床的工艺性能 因此 夹具在机械制造中占有重要的地位 1 1 1 使用夹具的目的及夹具的发展方向 一般来说 使用夹具的目的可以归纳为如下四个方面 1 使用夹具可以稳定地保证工件的加工质量 减少废品具体地说 使用夹具所能保证 的只是工件加工表面的位置精度 只有夹具设计合理 制造合格 既具有一定的精度裕度 又有良好的技术状态 在正常操作情况下 就可以排除工人技术等级和主观因素对加工质 量的影响 稳定地保证工件的加工精度 2 使用夹具可以提高生产率 一般 夹具多是为加工工件的某一道工序专门设计的 工件的安装夹紧十分方便可靠 因而大大缩短了安装工件的辅助时间 夹具导向及对刀装置 使刀具和工件始终保持最佳 的相对位置 从而避免了工人的对刀时间和反复试切的操作 3 使用夹具可以扩大机床的工艺范围 在通用机床上采用专用夹具可以扩大机床的工艺范围 充分发挥机床的潜力 达到一 机多用的目的 4 使用夹具可以改善操作者的劳动条件 由于气动 液压 电磁等动力源在夹具中的应用 一方面减轻了工人的劳动强度 另 一方面 保证了夹紧工件的可靠性 并能实现机床的互锁 避免事故 保证了操作者和机 床设备的安全 根据各种生产组织形式的发展特点 机床夹具的发展方向可以归纳为以下几个方面 1 功能柔性化 由于多品种 小批量生产方式成为今后的主要生产形式 夹具应能在一定范围被适应 不同形状及尺寸的工件 又能适用于不同的生产类型和不同机床加工 近年来 组合夹具 和可调夹具等在传统应用的基础上都有了新的发展 2 结构标准化 模块化 2 夹具标准化是生产专业化和柔性化的基础 模块化是在夹具的标准化和组合化的基础 上发展起来的新型夹具 组合夹具等的进一步发展将为夹具模块化开拓广阔的应用前景 3 精密化 由于机械产品的加工精度日益提高 高精度机床大量出现 必然要求夹具也相应越来 越精密 4 高效 自动化 为了实现机械加工过程自动化 必须配备相应的夹具 目前除了在生产流水线 自动 线上配置相应的高效 自动化夹具外 在数控机床上 尤其是带自动换刀装置的数控机床 上 出现了各种自动装夹工件的夹具 和自动更换夹具的装置 充分发挥了数控机床的效 率 1 1 2 专用夹具及其设计要求 专用夹具是指仅仅适用于某一工件的一道或数道工序的加工而专门设计的夹具 当工 件结构变更或工序内容变更时 都可能使此夹具失去应用价值 由于这类夹具不需要考虑 其通用性 所以夹具结构可以设计得较简单 紧凑 且定位结构的精度可以提高 还可以 采用各种省力 传力机构 使操作快捷 方便 采用专用夹具 可以得到较高的定位精度 和较高的生产效率 专用夹具需要根据工件的具体加工要求而专门设计和制造 故产品的生产准备周期比 较长 工装费用较高 这类夹具适用于产品较固定 生产批量较大的工件生产 专用夹具又可分为结构可调式和结构不可调式两种类型 可调式专用夹具常用于同类 产品不同规格 局部尺寸发生变化 的工件生产 对于工件局部规格尺寸的变动 夹具只 要做一下简单的调节 或是调节某元件的位置 或者是调整或更换某元件 就可以适用于 工件的安装 这种调节原理后来被应用到早期的成组加工所使用的成组夹具上 对产品的 变更 只需对成组夹具在原来基础上做少量的调节或局部的更改 即可适应新工件的安装 要求 大大提高了专用夹具的使用和在同组产品加工的通用性 专用夹具的设计应满足以下要求 1 保证工件的加工精度 专用夹具应有合理的定位方案 标注合适的尺寸 公差和技术要求 并进行必要的精 度分析 确保夹具能满足工件的加工精度要求 2 提高生产效率 应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具 以缩短辅助时间 提高生 3 产效率 3 工艺性好 专用夹具的结构应简单 合理 便于加工 装配 检验和维修 专用夹具的制造属于 单件生产 当最终精度由调整或修配保证时 夹具上应设置调整或修配结构 如设置适当 的调整间隙 采用可修磨的垫片等 4 使用性好 专用夹具的操作应简便 省力 安全可靠 排屑应方便 必要时可设置排屑机构 5 经济性好 除考虑专用夹具本身结构简单 标准化程度高 成本低廉外 还应根据生产纲领对夹 具方案进行必要的经济分析 以提高夹具在生产中的经济效益 1 1 3 车床夹具及其设计要求 在车床上用来加工工件的内 外回转面及端面的夹具称为车床夹具 它的设计要求如 下 1 找正基面的设置 为了保证车床夹具的安装精度 安装时应对夹具的限位表面进行仔细的找正 若夹具 的限位面为与主轴同轴的回转面 则直接用限位表面找正它与主轴的同轴度 若限位面偏 离回转中心 则应在夹具体上制一孔 或外圆 作为找正基面 使该面与机床主轴同轴 同时 它也作为夹具的设计 装配和测量基准 为保证加工精度 车床夹具的设计中心 既限位面或找正基面 对主轴回转中心的同 轴度应控制在 0 01mm之内 限位端面 或找正端面 对主轴回转中心的跳动量也不应大 于0 01mm 2 定位元件的设置 设置定位元件时应考虑使工件加工表面的轴线与主轴轴线重合 对于回转体或对称零 件 一般采用心轴或定心夹紧式夹具 以保证工件的定位基面 加工表面和主轴三者的轴 线重合 对于壳体 支架 托架等形状复杂的工件 由于被加工表面与工序基准之间有尺 寸和相互位置要求 所以各定位元件的限位表面应与机床主轴旋转中心具有正确的尺寸和 位置关系 3 夹紧装置的设置 车床夹具的夹紧装置必须安全可靠 夹紧力必须克服切削力 离心力等外力作用 且 自锁可靠 对高速切削的车 磨夹具 应进行夹紧力克服切削力和离心力的验算 若采用 4 螺旋夹紧机构 一般要加弹簧垫圈或使用锁紧螺母 4 夹具的平衡 对角铁式 花盘式等结构不对称的车床夹具 设计时应采取平衡措施 以减少离心力 产生的振动和主轴轴承的磨损 5 夹具的结构要求 1 结构要紧凑 悬伸长度要短 车床夹具悬伸长度过长 回加剧主轴轴承的磨损 同时引起振动 影响加工质量 因此 夹具的悬伸长度L与轮廓直径D之比应控制如下 直径小于150mm的夹具 L D 2 5 直径在150 300mm之间的夹具 L D 0 9 直径大于300mm的夹具 L D 0 6 2 车床夹具的夹具体应制成圆形 夹具上 包括工件在内 的各元件不应伸出夹具 体的轮廓之外 当夹具上有不规则的突出部分 或有切削液飞溅及切屑缠绕时 应加设防 护罩 3 夹具的结构应便于工件在夹具上安装和测量 切屑能顺利排出或清理 1 2 课题研究目的 吊耳零件是一种比较复杂的零件 它不但加工工艺流程长 而且加工困难 如图 1 1 所示的一种吊耳零件 加工性质为周期性加工 加工批量为每个月生产 100 件 材料 45 钢 这种吊耳零件原始加工工艺流程是 粗车外形 粗铣外形 调质 精车外形 精铣外 形 刨槽底和四边外形 钻床粗钻底孔 坐标镗床精加工端面孔 加工M36 03 0 0 35 03 0 0 35 螺纹和台阶 锯床锯R4Omm四角 粗精铣R4Omm钻孔攻M10螺纹 去刺 电镀 整个加工过 程存在工艺流程长 加工难度大及加工效率低等问题 尤其端面孔的加工 用坐 03 0 0 35 标镗床加工 成本很高且效率低 不能很好地满足实际加工的需要 可设计一套车床专用 夹具 端面孔自定心对中夹具 在普通车床上进行加工 这套夹具不但解决了吊耳不能 在普通车床上加工和加工效率低的难题 而且定位一次到位不用找正 装卸方便 刚性好 可实现高速车削 在加工工艺方面 更能优化吊耳零件的加工工艺流程 5 图1 1 吊耳零件 6 第 2 章 夹具的总体结构设计 2 1 夹具的组成 如图2 1所示 该夹具按功能可分为三大部分 第一部分 夹具与车床的连接部分 即图中夹具的锥柄 第二部分 定位装置 由图中U形板和定位块组成 第三部分 夹紧装置 由压紧螺钉 压紧块 横板和紧固螺栓组成 用于压紧工件 2 2 夹具的定位原理 1 夹具与车床的定位与连接 夹具锥柄的锥度为莫氏6号锥度 可与车床主轴锥孔相 连接 保证了夹具与车床主轴的同心 锥柄的尾部有一M16的内螺纹 锥柄插入车床主轴 锥孔后 可通过此M16的内螺纹用拉杆把夹具与车床主轴紧固 2 工件在夹具中的定位与紧固 工件在夹具中的放置位置与方向如图2 2所示 使用时工件向下 开口跨过横板 以 工件外圆的上端面和夹具U形板的上端面为定位面来实现工件在高度上的定位 放入工件后 工件一侧紧靠定位块 转动压紧螺钉使压紧块紧靠在工件上 来实现工 件在宽度上的定位 工件放好后 将开口垫片插入紧固螺栓螺母下并旋紧紧固螺母实现工 7 件与夹具的紧固 2 3 夹具的制造要求 为了保证夹具的刚性和定位精度 在加工及安装过程中必须保证以下几点 1 锥柄的6号莫氏锥度与U形板的垂直度误差小于0 03mm 2 U形板各个相临面的垂直度和相对面的平行度误差不大于0 03mm 3 锥柄轴线与U形板上端面平行且距离为 61 0 05mm 4 定位块与U形板用螺钉连接 定位块的定位面与锥柄轴线平行且距离为 0 05 0 1 40mm 5 压紧块与U形板用两销子滑动联接 6 紧固螺栓与横板螺纹联接 处于横板的中心位置 2 4 夹具的特点 使用此夹具加工端面孔与用坐标镗床加工相比能显著地降低成本和提高劳动效率 主 要表现在以下几个方面 1 使用此夹具能利用卧式车床进行端面孔的加工 2 定位一次到位不用找正 且装卸方便 3 夹具重量分配合理 刚性好 可实现高速切削 4 对操作者要求不高 一般操作者就可以完成零件的加工 5 优化 缩短了吊耳零件的加工工艺流程 新的工艺流程为 粗车外形 粗铣外形 包括宽80mm及 R40mm 调制 精车外形 精铣外形 刨槽底和四边外形 车床加工端 面孔 加工M36螺纹和台阶 钻孔攻M10螺纹 去毛刺 电镀 8 第 3 章 夹具的详细设计 3 1 定位装置的设计 3 1 1 定位装置设计的基本原则 为满足夹具设计的要求 定位设计时应遵循以下三项原则 1 遵循基准重合原则 使定位基准与工序基准重合 在多工序加工时还应遵循基准 统一原则 2 合理选择主要定位基准 主要定位基准应有较大的支承面 较高的精度 3 便于工件的装夹和加工 并使夹具的结构简单 3 1 2 定位元件的设计要求 1 足够的精度 由于定位误差的基准位移误差直接与定位元件表面有关 因此 定位元件的定位表面 应有足够的精度 以保证工件的加工精度 2 足够的储备精度 由于定位是通过工件的定位基准与定位元件的定位表面相接触来实现的 而工件的装 卸将会使定位元件磨损 从而导致定位精度下降 因此 为了提高夹具的使用寿命 定位 元件表面应有较高的硬度和耐磨性 来保证夹具有足够的储备精度 3 足够的强度和刚度 4 应协调好与有关元件的关系 在定位设计时 还应处理 协调好与夹具体 夹紧装置 对刀导向元件的关系 5 良好的结构工艺性 定位元件的结构应符合一般标准化要求 并应满足便于加工 装配 维修等工艺性要 求 3 1 3 本夹具定位装置的设计 图3 1为吊耳零件的工序简图 本工序所用的机床为CA6140机床 定位装置的设计步 骤如下 1 分析与加工要求有关的自由度 从加工要求考虑 在工件上镗通孔 沿Y轴的位置自由度不需要限制 为了保证加工Y 9 尺寸 工件沿Z轴的位置自由度必须限制 为了保证加工尺寸mm 绕X轴的 0 0 2 79mm Z 0 0 2 80 自由度也要限制 而为了保证对称度公差0 2mm 必须限制沿X轴的位置自由度 以及绕YX 轴及Z轴的自由度 2 选择定位基准 并确定定位方式 图3 1 工序图 由工序图3 1可知 工序基准为 60的端面和的M36的轴线 但考虑到定位基准应有 较大的支承面 因此不遵循基准重合原则 把136的上端面即B面和C面设为定位基准 且B面作为主要定位基准 定位支承点分布如图所示 在B面设置三个定位支承点 限制工 件的三个自由度 在C面设置两个定位支承点限制工件的两个自由度 图3 2 3 选择定位元件的结构 由于本工序的定位基准都是平面 所以定位元件都是以平面为定位的板类结构 B面 用U形板定位 C面用定位块定位 各定位元件的结构和布置见图3 2 在结构设计时 应 10 注意协调与其它元件的关系 特别注意定位元件在夹具体上的位置 4 分析和计算定位误差 工件在夹具中加工误差的组成 使用夹具时 造成表面位置的加工误差包括下列四方面 A 夹具位置误差 即定位元件相对机床的切削成形运动的位置误差 它包 括 定位元件定位面对夹具体基面的误差 夹具的安装连接误差 1 A 2 A D 定位误差 即由定位引起的工序基准的位置误差 T 刀具相对夹具的位置误差 即对刀导向误差 G 与加工过程中一些因素有关的加工误差 包括机床误差 刀具误差以及 工艺系统的受力变形 热变形 磨损等因素造成的加工误差 为了保证工件的加工要求 上述误差合成不应超出工件的加工公差 即 k D A T G k 定位误差及其产生的原因 由定位引起的同一批工件的工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量 称为定位误差 以 D表示 定位误差研究的主要对象是工件的工序基准和定位基准 工序基准的变动量 将影响工件的尺寸精度和位置精度 造成定位误差的原因是定位基准与工序基准不重合误 差以及定位基准的位移误差两个方面 基准不重合误差 B 由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差 称为 基准不重合误差 当基准不重合误差由多个尺寸影响时 应将其在工序尺寸方向上合成 基准不重合误差的一般计算公式为 B 1 cos n i i 式中 定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差 i 的方向与加工尺寸方向间的夹角 基准位移误差 Y 由于定位基准的误差或定位支承点的误差而造成的定位基准 位移 即工件实际位置对确定位置的理想要素的误差 称为基准位移误差 计算定位误差 除mm由加工时保证外 与本工序有关的主要加工要求是对称度公差0 2mm 0 03 0 35 及 其它要求与本工序无关 因而只要计算上述几项加工要求的定位误 0 0 2 79mm 0 0 1 18mm 差即可 由于本工序的定位基准面都是精基准面 因此不存在基准位移误差 只需计算基 准不重合误差即可 由及引起的定位误差 0 0 2 79mm 0 0 1 18mm 11 由于的设计基准是60的端面 而定位基准是136的上端面 因而设计到尺 0 0 2 79mm 寸链换算问题 根据尺寸链计算公式知 012 79 1861AAAmm 012 012 0 0 1 0 1 0 2 00 2 ESESEI EIEIES 因此间接得到 而由此引起的定位误差为 0 1 0 2 61mm Y 0 D B 0 1mm 1 cos n i i 由对称度公差0 2mm引起的定位误差 Y 0 D B 0 2mm 1 cos n i i 3 2 夹紧装置的设计 3 2 1 夹紧装置的设计要求 为了保证加工的正常进行 对夹具的夹紧装置应有下列基本要求 1 夹紧要可靠 夹紧装置的基本功能是夹固工件 以使工件在切削力 重力 离心惯性力等外力作用 下 能稳固地维持其定位位置不动 保证切削加工的顺利 安全进行 故夹紧可靠是对夹 紧装置所提出的首要的要求 2 夹紧不允许破坏定位 夹紧应保证维持工件的定位位置 工件的精确定位是夹紧的先决条件 所以 夹紧本 身不允许破坏工件的原由定位状态 3 夹紧变形要尽量小 且不能压伤工件 对工件的夹紧不应引起工件有较大的夹紧变形 以免松开夹紧后的弹性恢复造成加工 表面的形状 位置精度下降 另外应注意 夹紧不应造成工件表面的压伤 以免影响工件 表面质量 当夹紧力较大时 应选择适当的压紧点或采用垫块 压脚等结构 以防压溃工 12 件表面 4 操作方便 夹具的操作机构应力求使操作方便 省力 安全 有利于快速装卸工件 减轻工人的 劳动强度 以提高工作效率 3 2 2 夹紧力的合理确定 1 夹紧方向的合理确定 主要夹紧力的方向应尽量指向工件的主要定位基准表面 夹紧力的方向应尽量与切削力 重力方向保持一致 夹紧力的方向应尽量施于工件刚性较强的方向 夹紧力作用线应分布于工件有效支撑面范围以内 以防止工件发生倾覆 2 夹紧力作用点的合理确定 夹紧力作用点应选择工件刚性较好的部位 夹紧力作用点应尽量靠近工件要加工的部位 3 夹紧力大小的合理确定 影响夹紧力大小的主要因素是切削力 其次是工件的安装夹紧的结构形式 切削点与 夹紧点的位置关系 对高速运动和旋转的工件 还应考虑夹具及工件的重力和离心惯性力 的影响 工件压紧表面的摩擦质量等因素 由于切削要素及刀具角度的多变性 实际生产 中一般较难准确地计算所需夹紧力的大小 工程上为方便起见 多半采用类比法和估算法 来大致确定所需夹紧力的基本大小 类比法 所谓类比法即根据工件的具体加工要求 包括切削用量大小 切削负荷的轻重 生产 效率的高低 刀具应用情况 装夹条件等 参照生产部门现有生产中相类似切削条件的夹 紧装置的应用情况加以比较 而大致确定所需夹紧装置的主要规格 如螺纹直径 杠杆的 比例长度 压板的厚度等参数 估算法 夹紧力的估算 是抓住影响夹紧力的几个主要因素 按照静力平衡条件来进行简单的 理论夹紧力计算 然后乘以一定的安全系数 来初步确定夹紧力的大小 估算法往往是在 新产品试制工作中 结合夹具的结构设计来进行 常采用的公式形式如下 3 1WK P 式中 所需基本夹紧力 W 13 切削力 P 安全系数 K 安全系数可根据具体加工条件来取值 K 对于一般切削 1 5 3K 对于粗加工 2 5 3K 对于精加工 1 5 2K 3 2 3 本夹具夹紧装置的设计 根据夹紧装置的基本要求及夹紧力方向和作用点的选择原则 拟订的夹紧方案如图3 3所示 为保证夹紧可靠 安全 在工件高度方向上拟采用快速螺旋夹紧机构 其中采用 螺旋夹紧中广泛使用的开口垫圈 在工件宽度方向上拟采用普通螺旋夹紧机构 图3 3 这里设计到夹紧力的计算问题 根据公式3 1可知 需要计算镗削时的切削力 切削力的计算可依据切削力的理论公式和经验公式 但为了便于计算 还可用单位切 削力来表示 单位切削力是指单位切削面积上主切削力的大小 公式为 0 162 c F pCfN mm 在实际使用中 取时的作为单位切削力 用来表示 当0 3 fmm r p 0 3 p 时 应加修正系数 根据的定义有0 3 fmm r 0 3 p 0 16 0 3 0 3 c F pC 而任意进给量下的单位切削力可以用来表示 即 0 3 p 0 3 c fF pp k 称为进给量改变时对单位切削力的修正系数 因此 任意进给量下的切削力计 C fF kf 算公式 用单位切削力表示 为 14 3 2 0 3 C cfFp Fp kfa 工件材料为铸铁 根据值查出 代入式3 2得0 1 fmm r f1 18 C fF k 0 3 135 C cfFp Fp kfaN 取 再将该值代入式3 1得 因此 该夹紧机构的1 6K 1 6 135216WK PN 夹紧力为 216N 由于本夹紧装置拟用的是螺旋夹紧机构 因此需要对螺栓进行校核 本夹紧装置上的 螺栓连接为仅受预紧力的受拉螺栓连接 对于一般的钢制螺栓 应用材料力学中的第四强 度理论 可得螺栓的强度条件为 3 3 2 1 1 3 4 F d 式中 预紧力 F 螺栓小径 1 d 紧联接螺栓的许用拉应力 s S s 而 2 1 4 d F 式中 螺栓预紧拉应力 0 5 0 7 s 查表知 190 sa MP 取 0 50 5 19095 sa MP 则 23 2 6 1 20 1 10 95 1030144 44 d FN 代入式3 3得 23 2 1 1 31 3 30144 123 4 20 1 10 4 a F MP d 取 则 1 3 s S 190 146 1 3 s a MP S s 因此 该螺栓符合强度条件 15 3 3 夹具体的设计 3 3 1 夹具体的设计要求 1 有适当的精度和尺寸稳定性 残余应力要小 2 有足够的强度和刚度 3 有良好的结构工艺性 4 要有适当的容屑空间和良好的排屑性能 5 在机床上安装稳定可靠 3 3 2 本夹具中夹具体的设计 在本夹具设计中 由于夹具体的形状尺寸不大 可以直接用板料加工而成 这样能缩 短生产周期 降低成 减轻重量 此吊耳零件的结构属于对称结构 考虑到平衡因素 夹 具体也应为对称结构 在这里可选择半开式的U形板结构 如图3 4所示 在加工过程中 夹具体要承受较大的切削力和夹紧力 为保证夹具体不产生不允许的变形和振动 夹具体 需有一定的璧厚 在本夹具设计中 U形板既作为夹具体也作为定位元件 因此 U形板上 的重要表面应有适当的位置精度 为了满足加工要求 U形板各个相邻面的垂直度和相对 面的平行度误差不大于0 03mm 图3 4 3 4 夹具与车床连接装置的设计 3 4 1 车床夹具在机床主轴上的安装方式 车床夹具与机床主轴的配合表面之间必须有一定的同轴度和可靠的连接 其通常的连 接方式有以下几种 1 夹具通过主轴锥孔与机床主轴连接 当夹具体两端有中心孔时 夹具安装在车床 16 的前后顶尖上 夹具体带有锥柄时 夹具通过莫氏锥柄直接安装在主轴锥孔中 并用螺栓 拉紧 这种安装方式的安装误差小 定心精度高 适用于小型夹具 一般D 140mm或 D 2 3 d 2 夹具通过过渡盘与机床主轴连接 径向尺寸较大的夹具 一般用过渡盘安装在主 轴的头部 过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构 3 4 2 本夹具连接装置的设计 图3 5 本夹具采用定心锥柄连接 见图3 5 夹具以长锥柄直接安装于机床主轴锥孔内 实 现同轴连接 根据机床主轴锥孔结构 采用6号莫氏锥孔 相应的家具锥柄也为6号莫氏锥 柄 与主轴内孔实现无间隙配合 故定心精度高 这种结构对定准确 安装迅速 方便 应用较广 莫氏锥虽属自锁性强的传动圆锥 但考虑切削力的变化和振动等情况 在锥柄 尾部设有拉紧螺杆孔 用拉紧螺杆对锥柄连接起防松保护作用 查相关资料 知6号莫氏锥的大端直径为63 348mm 小端直径为51mm 长度为218mm 可在锥柄尾部设置一个M16的螺纹孔 3 5 夹具的动平衡 机械在运转时 将产生惯性力 惯性力是由于机械构件作变速运动 结构形状不对称 内部材料不均匀以及制造和安装不够精确等因素使其重心与回转轴线不重合而产生的 这 种惯性力引起的附加动压力会增加运动副的摩擦和磨损 降低机械的效率和寿命 此外 由于惯性力的周期性变化 将引起机械及其基础产生振动 严重的振动会使机械遭到破坏 因此 全部或部分地消除惯性力的不良影响就显得十分重要 消除的方法是将其完全平衡 17 或部分平衡 对于轴向尺寸较大的回转件 要进行动平衡的计算 即不仅要使各偏心 0 2b D 重量产生的惯性力之和为零 而且要使这些惯性力所构成的惯性力偶矩之和亦要为零 在本夹具设计中 虽然轴向和径向尺寸都比较大 但由于各偏心重量几乎都集中在一 个平面内 所以不需采用动平衡的方法 只须计算静平衡 算出夹具偏心距离即可 查 机械工程材料性能数据手册 知的密度为 45钢的密度为230HT 33 7 0 10 Kg m 33 7 89 10 Kg m 材料质量公式为 mv 根据此公式可算出吊耳零件偏心部分的质量 而夹具偏心部分的质量应与零件的偏心 部分质量相等 由此可推算出夹具偏心部分的体积 从而求得偏心距离 13dmm 3 6 夹具装配图的绘制及夹具公差的确定 夹具总装配图见附录 为满足加工精度的要求 夹具本身应有较高的精度 由于目前 分析计算方法还不够完善 因此 对于夹具公差仍然是根据实践经验来确定 如生产规模 较大 要求夹具有一定的使用寿命时 夹具有关公差可取得小些 对于精度较低的夹具 则取较大的公差 一般可按以下方式选取 1 夹具上的尺寸公差和角度公差取 1 2 1 5 k 2 夹具上的位置公差取 1 2 1 3 k 3 当加工工件尺寸为未注公差时 夹具取 0 1mm 4 工件为未注形位公差的加工面时 按GB1184中7 8级精度的规定选取 夹具有关公差都应在工件公差带的中间位置 即不管工件公差对称与否 都要将其化 成对称公差 然后取其1 2 1 5以确定夹具的有关公差 在本夹具装配图中 定位块的定位面与锥柄轴线的平行度公差取对称度公差的1 5 锥 柄轴线与U形板的垂直度公差取公差的1 5 U形板上端面与锥柄轴线的位置公差取 0 0 15 80 的1 3 0 1 0 2 61mm 18 第 4 章 夹具各零部件的机械加工 4 1 切削用量的选择原则 切削用量是指切削速度 进给量及背吃刀量等三个切削要素 它们表示切削运动的大 小及刀具切入工件的程度 根据加工零件的材料性质 几何尺寸 精度要求等因素来选择 三要素 切削用量三要素的选择原则如下 1 切削深度 切削深度是根据工件的加工余量来决定的选择是应考虑 p a 1 在留下精加工及半精加工的余量后 粗加工应尽可能将剩下的余量一次切削 以 减少走刀次数 2 如果工件余量过大 也应将第一次走刀的切削深度尽可能取大些 3 当冲击负荷较大 或工艺系统刚性较差时 应适当减小切削深度 4 一般精加工 Ra1 25 2 5 毫米 时 可取 0 05 0 8 毫米 半精切 p a Ra5 0 10 0 毫米 时 可取 1 0 3 0 毫米 p a 2 进给量 f 通常限制进给量的主要因素是切削力及加工表面粗糙度 粗切时表面粗糙度的要求不高 进给量主要受刀杆 刀片 工件及机床强度和刚度所 能够承受的切削力的限制 半精切削 精切削时进给量主要受表面粗糙度要求的限制 刀具的 Kr 偏角 刀尖圆 弧半径 切削速度 及工件材料的影响 3 切削速度 切削速度的选择 主要考虑切削加工的经济性 必须保证刀具的经济寿命 同时切削 负荷不应该超过机床的额定功率 通常原则是 1 刀具材料的耐热性好 切削速度可以高些 2 工件材料的强度 硬度高 或塑性太大和太小 切削速度应取低些 3 加工带皮工件时 应适当减低切削速度 4 断续切削时 应取较低的切削速度 5 工艺系统刚性较差时 切削速度应适当减小 19 4 2 U 形板及锥柄的加工 在本夹具设计中 U形板起着重要的作用 它既属于夹具体 也属于定位装置 零件 图见附录 U形板各个面的位置精度要求较高 但其形状不复杂 考虑其使用性和经济性 材料选为45钢 锥柄是与U形板相连的 为了节省材料 锥柄与U形板采用焊接再加工的方式 材料也 选为45钢 U 形板与锥柄的零件图和加工工艺见附录 切削用量的确定如下 工序工序 1 粗刨三块板粗刨三块板的各个平面 的各个平面 留余量留余量 1 1mm 查 机械加工工艺手册 由表 9 85 知 机床为牛头刨床 刀具材料为 W18Cr4V 工件材料为 45 钢 粗加工时 取切削深度 4 6 进给量 p amm 0 66 1 33 切削速度15 25 f mm dstv minm 工序工序 2 2 磨三块板的两个大平面 保证平行度磨三块板的两个大平面 保证平行度 查 机械加工工艺手册 由表 10 19 表 10 20 知 工件材料为 45 钢 平面磨削时 取砂轮转速 纵向进给量 磨削深度 15 18 sm s 25 38 a fmm st 0 04 p amm st 工序工序 3 铣削三块板的其它几个面 保证平行度和垂直度铣削三块板的其它几个面 保证平行度和垂直度 查 机械加工工艺手册 由表 9 66 知 工件材料为 45 钢 铣平面时 取铣削深度 为 取每齿进给量为 最后根据铣削切削速度公式0 5 p amm 0 15 0 25 z fmm r 算出 z V c mxyup pze Cd V T a f a z 300 min c Vm 工序工序 4 钻销孔及螺纹底孔 功螺纹钻销孔及螺纹底孔 功螺纹 查 机械加工工艺手册 由表 9 104 知 工件材料为 45 钢 钻削时 取切削速度 24 34 当钻头直径分别在 范围时 v minm3 6mm6 13mm mm1319 mm1925 进给量分别为 0 13 mm rmm rmm rmm r 0 2 0 26 0 32 工序工序 5 粗车锥柄外圆至粗车锥柄外圆至 钻钻螺纹底螺纹底孔 功螺纹孔 功螺纹65mm 1 确定背吃刀量 查 机械加工工艺手册 表 3 5 粗加工时取1 2 p amm 2 确定进给量 根据 机械加工工艺手册 表 3 7 选择进给量 粗加工时取 20 0 15 0 25 fmm r 3 确定切削速度和转速 根据切削速度公式 求出切削速度 再根据转速公式 0 20 150 35 V p C v Taf 求出转速为 1000 s w v n d 450 minr 工序工序 6 6 焊接锥柄与焊接锥柄与 U 形板形板 工序工序 7 精车锥柄至尺寸精车锥柄至尺寸 1 确定背吃刀量 查 机械加工工艺手册 表 3 5 精加工时取0 5 1 p amm 2 确定进给量 根据 机械加工工艺手