壳类零件加工及夹具设计

壳类零件(正时齿轮室盖)夹具设计及加工机床夹具是机床上用以装夹工件〔和引导刀具〕的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成局部。为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求，又必须满足三个条件：①一批工件在夹具中占有正确的加工位置；②夹具装夹在机床上的准确位置；③刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。所以“定位〞也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定位，而工件相对于机床的定位是间接通过夹具来保证的。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否那么，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。针对发动机正时齿轮室盖及油底壳的铣削加工及夹具设计特点谈谈下述体会：正时齿轮室盖、油底壳图纸分析及铸件毛坯要求：正时齿轮室盖及油底壳均属薄壳类零件，在机械制造加工行业均属较难加工类零件。首先对图纸进行一番仔仔细细，认认真真的分析研究。抓住该类零件要点、难点。尤其是此类零件在装夹过程中及加工过程中极易发生变形，加工出来的零件的形位误差超出图纸要求，使其零件报废。报废率高达30%以上。另外，此类零件的铸件毛坯质量要求也是一项重点控制对象，较其它铸件毛坯来讲，无论是在铸造过程中及变质处理过程中，对其成份、晶相组织及其均匀性都要其较高要求。不然，铸件毛坯中存在应力及硬点，工件在加工过程中，就会产生变形及让刀现象。1.正时齿轮室盖〔其零件见简图1〕：材料：灰铸铁件，正时齿轮室盖具有壁薄和外表平而大的特点,平面形位公差，尺寸公差特点二．夹具设计分析：〔1〕．保证加工质量〔2〕．提高生产率，降低本钱〔3〕．扩大机床工艺范围〔4〕．减轻工人劳动强度，保证生产平安2.夹具的组成〔1〕．定位元件〔2〕．夹紧装置〔3〕．对刀引导元件(4)．连接元件(5)．夹具体(6)．其它件专用夹具几种组成局部的关系及相互作用〔1〕．工件通过定位元件在夹具上占有一个正确的位置〔2〕．工件通过夹紧元件保证加工过程中始终保持原有的正确位置〔3〕．夹具通过对刀元件相对刀具保持正确位置〔4〕．夹具通过连接元件，相对于机床保持一个正确位置〔5〕．夹具通过其他装置，完成其他要求〔6〕．夹具体把上述的几种元件组合成一个整体。3.工件在夹具中的定位正时齿轮室盖装夹特点分析：根据此工件的特点,选择三点为定位支承点,而这三定位支承点不共面既不在同一平面上,即使是在同一平面上.由于铸件毛坯面不可能不存在微量变形,同时由于薄壳类零件定位点和夹紧点,从理论上讲:要求这两点应在一条线上,并对工件形成夹持力，才能防止工件在装夹过程中变形。这三定位支承点，首先选择一定位支承点为主要定位点和夹紧点。其它两点为辅助定位支承点和夹紧点，否那么，工件在装夹过程中就易产生变形。其次，所要加工的部位远离定位支承点和夹紧点，在刀具切削处产生一向下的推力和定位点支承力相反，并相距一段距离，即产生弯矩，因而产生变形。就此正时齿轮室盖装夹状态和加工状态，刚性不好，沿刀具切削轨迹需分布安装辅助支撑点。〔见简图2〕三.夹紧装置的设计计算〔工件在夹具上的夹紧〕夹紧是工件装夹过程的重要组成局部。工件定位之后必须通过夹具上的夹紧装置将其可靠地固定在正确的加工位置上，使其在承受工艺力和惯性力等的情况下正确位置不发生变化。否那么，在加工过程中因切削力、惯性力的作用而发生位置的变化或引起振动，原有的正确定位遭到破坏，就不能保证加工要求。产生夹紧力的装置是夹紧装置。(一)．对夹紧机构的根本要求1〕夹紧可靠：夹紧时不应破坏原有的正确定位，不应使定位元件变形。2〕动作迅速：操作方便，平安省力，提高工效，减轻工人劳动强度。3〕结构简单：夹具即要有足够的刚度和强度，又要有最小的尺寸，最少的零件。尽可能的采用标准化元件4〕夹紧应可靠适当：夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动和振动，夹紧工件时，不允许产生不适当的变形和外表损伤。(二).夹紧力确实定1．夹紧力方向的选择1〕主要夹紧力的作用方向应指向工作主要定位基准面，以保证工件的加工要求2〕夹紧力的作用方向不应破坏工件的准确定位，应使工件定位正确稳定。3〕夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度大的方向相一致，以减小工件夹紧变形。4〕夹紧力的作用方向应尽可能有利于减小夹紧力，以利于夹紧装置的体积的减小。2．夹紧力作用点确实定1〕夹紧力的作用点应正对支承元件或处于支承元件构成的稳定受力区内，以免引起工件移动或偏转而破坏工件的正确定位。2〕夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位或使夹紧力均匀分布，以减小工件的夹紧变形。3〕夹紧力的作用点应尽量靠近加工部位，防止工件的振动或变形。3．夹紧力大小的估算1〕夹紧力的大小应适当2〕夹紧力的大小应稳定3〕夹紧力大小的估算夹紧力的计算方法一般是将工件作为一受力体进行受力分析，根据静力平衡条件列出平衡方程，求解出保持工件平衡所需的最小夹紧力。在受力分析时，考虑到在工件的加工过程中，工件承受的力有切削力、夹紧力、重力、惯性力等，其中切削力是一个主要力，计算夹紧力时，一般先根据金属切削原理的相关理论计算出加工过程中可能产生的最大切削力〔或切削力矩〕，并找出切削力对夹紧力影响最大的状态，按静力平衡求出夹紧力的大小。实际夹紧力的计算公式为Fj=kFjo式中式中：Fj—实际所需夹紧力Fj0—按静力平衡求出的夹紧力k—平安系数平安系数k值的取值范围在～之间，视其具体情况而定。精加工、连续切削、切削刀具锋利等加工条件好时，取～2；粗加工，断续加工、刀具刃口钝化等加工条件差时，取～。(三).螺旋夹紧机构的夹紧力螺栓或螺钉上的螺旋线相当于绕在其中径上的一个斜面，从本质上讲，螺旋夹紧机构是由斜楔夹紧机构演变而来的，故由斜楔夹紧机构夹紧力Fj的计算可导出螺旋夹紧机构的夹紧力Fj=FsL/［(do/2)tg(α+φ1＇)+γ＇tgφ2］式中：FJ—螺旋夹紧机构所产生的夹紧力；FS—作用在手柄上的原始作用力；L—原始作用力的力臂；d0—螺纹中径；α—螺纹升角，标准紧固螺纹的螺旋升角为°；φ1’—螺旋副的当量摩擦角，可参阅相关资料求出；φ2—压块与工件之间的摩擦角；r’—压块与工件外表间的摩擦力矩半径，可参阅相关资料进行计算。p1083．增力倍数一般摩擦系数～0.15,对应的摩擦角为5°43′～8°32′；螺旋的斜角α小于4°，假设取φ1=8°32′，φ2=6°，α=3°，L=〔12~8〕d当r=0，那么Fj=140FS；r=1/3d，Fj=105FS；r=1/2d，Fj=98FS4．螺旋夹紧机构的自锁条件螺旋夹紧机构中，螺纹的升角α≤4°，具有良好的自锁性能和抗振性能。5．螺旋夹紧机构的夹紧行程螺旋相当于将长斜楔绕在圆柱体上，夹紧行程不受限制，增大螺旋的轴向尺寸便可获得大的夹紧行程，很方便。6．螺旋夹紧