《机床夹具设计》教案 3.3制订夹紧方案

《机床夹具设计》教案课程名称学习任务3.3制定工件夹紧方案教学时数2上课日期周次审批教学班级18机电（1）授课教师2021.10.29学习项目描述如图3-1所示，钢套零件在本工序中需钻5mm的孔，工件材料为Q235A钢，批量N=2000件。加工要求如下：5mm孔轴线到端面B的距离为200.1mm。5mm孔对20H7孔的对称度为0.1mm。上个任务我们已经完成了定位方案的制定，本任务是设计钻5mm孔的钻床夹具的夹紧方案。图3-1钢套零件钻

5mm孔工序图学习目标1.能根据工序加工任务，确定夹紧动力来源。2.能确定夹紧力的作用点和方向。3.能选择夹紧结构类型，拟定夹紧方案。4.能根据《机械加工工艺手册》查阅切削用量及切削功率。5.能根据《夹具设计手册》查阅各种直径的许用夹紧力及夹紧转矩等参数。6.能用类比法或估算法确定螺栓直径等夹紧元件主要规格。学生情况分析学习重点选择夹紧结构类型，拟定夹紧方案。学习难点能用类比法或估算法确定螺栓直径等夹紧元件主要规格。教学方法任务驱动场地与资源场地：机床夹具学习工作站资源：《机床夹具设计》学材，学生学习工作页，课件，专用夹具及多媒体教学设备学习内容及教学组织流程§3.3制订夹紧方案§3.3.1导入与任务分析§3.3.2相关知识与案例学习§3.2.3项目实施§3.2.4小组展示与项目讲评§3.2.5总结与拓展评价方法从课堂表现、课堂作业、课后作业等三个方面测评，课堂表现主要是回答问题、纪律等；课堂作业以小组合作方式完成，并进行展示、评价。课后作业由教师批改。课后记

§3.3制订夹紧方案§3.3.1导入与任务分析夹紧机构设计不仅要选择夹紧机构的类型，确定夹紧力的作用点与方向，还需合理设计夹紧元件等零件结构尺寸。如何制订夹紧方案，设计夹紧元件等零件结构尺寸？这正是本次课所上的内容。【项目描述】如图3-1所示，钢套零件在本工序中需钻φ5mm的孔，工件材料为Q235A钢，批量N=2000件。加工要求如下：1.ϕ5mm孔轴线到端面B的距离为20±0.1mm。2.ϕ5mm孔对ϕ20H7孔的对称度为0.1mm。上个项目已完成定位方案设计，本学习项目是设计钻φ5mm孔的钻床夹具的夹紧方案。图3-3-1钢套工件钻孔工序图图2-4-2定位方案§3.3.2相关知识与案例学习一、样例分析如图所示，为法兰盘零件，材料为HT200，欲在其上加工4×φ26H11孔。根据工艺规程，本工序是最后一道机加工工序，采用钻模分两个工步加工，即先钻φ24mm孔，后扩至φ26H11孔，加工批量5件，试制定该工序的夹紧方案。图3-3-1法兰盘工件定位方案分析图3-3-2工件定位方案工件以A面作主要定位基准，用支承板限制了3个自由度，分别是X轴转动、Y轴转动、Z轴移动。用短销与孔配合限制了2个自由度，分别是X轴移动、Y轴移动。（二）切削力分析钻φ24mm孔所需夹紧力比扩孔大，所以只需计算钻孔条件下的夹紧力。加工φ24mm孔时，钻削轴向力F作用于定位支承面上，即使没有夹紧力的作用，工件也不会产生移动。钻削扭矩M会使工件绕短销转动。为防止工件转动，夹具夹紧机构应有足够的摩擦力矩克服工件绕短销转动。查《机械加工工艺手册》，当材料为HT200,进给量为0.25mm/r时,钻φ24mm的孔，钻削扭矩M为27.66Nm。（三）确定夹紧力的作用点和方向如图3-3-2工件定位方案夹紧力的方向垂直主要定位基准面，作用点在工件边缘处。（四）确定夹紧机构类型和夹紧力源图3-3-3法兰盘夹紧方案钻孔时钻削扭矩对工件定位的影响最大，拟采用螺旋压板夹紧机构。为保证夹紧可靠安全，拟采用两个螺旋压板。由于加工批量为5件，采用手动力源。为了提高装夹效率，采用双圆头槽移动压板，实现工件的快装、快拆。（五）估算夹紧力和选择夹紧装置零件图3-3-3法兰盘夹紧方案1.钻削力矩钻头直径d0=20mm，进给量f=0.25mm/r,根据《机械加工工艺手册》工件材料HT200,查《机械加工工艺手册》钻削扭矩M=27.66Nm。2.每个压板实际应输出的夹紧力根据静力平衡条件得，每个压板实际应输出的夹紧力为：工件与定位基准面为圆环面接触，其当量摩擦半径为r＇，即取安全系数K=2，工件与夹具的摩擦系数f为0.15。螺母夹紧力F'w=2208×2=4418N选择螺栓直径查《现代机床夹具设计》，“各种螺母夹紧力”，当手柄长为190mm、手柄作用力为100N时，M16螺母的夹紧力为5230N。因此，可采用M16螺栓。校核根据《机床夹具设计手册》，当螺栓公称直径为16mm时，许用夹紧力为10290N,因此，采用M16螺栓压板结构能满足加工要求。夹紧方案设计一般步骤分析定位方案分析切削力确定夹紧力的作用点和方向确定夹紧机构类型和夹紧力源（五）估算夹紧力和选择夹紧装置零件§3.2.3任务实施由同学们分组讨论完成，并展示在小黑板中。教师巡回指导。§3.2.4任务展示与讲评展示在小黑板中，教师进行评价。【项目讲评】（一）分析定位方案采用心轴+端面定位，限制5了个自由度，分别是X轴移动、Y轴移动、Z轴移动、Y轴转动、Z轴转动。（二）分析切削力假定，进给量为0.04mm/r,查《机械加工工艺手册》，在Q235A钢上钻φ5mm的孔，轴向切削力为321.82N,钻削扭矩M=0.51Nm。由于工件和心轴是间隙配合，在不施加夹紧的情况下，工件可能会产生两个运动。一是钻头轴线与心轴轴线可能存在对称度偏差，在轴向切削力的作用下工件会绕心轴转动，但由于偏差小，产生的转矩也小，在分析夹紧力时不是主要的考虑对象。二是由于工件和芯轴之间有间隙，在钻削扭矩作用下，工件在间隙范围内会绕着Z轴转动，造成工件端面和夹具定位端面分离，不能贴紧。（三）确定夹紧力的作用点和方向采用轴向夹紧，夹紧力方向垂直定位端面，作用点位于工件端面刚性较好，可以减小工件装夹变形。（四）确定夹紧机构类型和夹紧力源由于批量为2000件，数量不是很大，故采用螺旋夹紧机构，夹紧力源为手动夹紧。为了提高装夹效率，采用开口垫片，实现工件的快装、快拆。估算夹紧力和选择夹紧装置零件由于钻削扭矩为0.51Nm，通过受力分析可知，工件绕Z轴转动时，作用在开口垫片上的力F=0.51×1000÷5=102N。假定，取安全系数K=2.5，夹具需要产生Fm=2.5×102=255N的夹紧力，才能保证工件在加工过程中不产生位移。查《现代机床夹具设计》中各种螺母夹紧力表，当手柄长为120mm、手柄作用力为70N时，M10螺母的夹紧力为2240N。2240N＞255N，故选用M10螺母夹紧满足要求。图3-3-5夹紧装置§3.2.5总结与拓展总结夹紧方案设计一般步骤：（一）分析定位方案（二）分析切削力（三）确定夹紧力的作用点和方向（四）确定夹紧机构类型和夹紧力源（五）估算夹紧力和选择夹紧装置零二、布置作