【正文】 的情況下切削力與夾緊力間的比例關(guān)系圖 5 為在臥式銑床上銑一用臺(tái)鉗夾緊的工件 圖 5 銑削時(shí) FrWG 間的關(guān)系 Fig5 The relations of FrWG When milling 當(dāng)重量 G很小而可以忽略不計(jì)時(shí)只考慮夾緊力 W與切削力的平衡按靜力平衡條件 WW 3 24 式中 工件的定位基準(zhǔn)與夾具定位元件工作表面間的摩擦系數(shù)＝ 015～ 025 工件的夾壓表面與夾緊元件間的摩擦系數(shù)＝ 015～ 025 因此 5 可見(jiàn)在依靠摩擦力克服切削力的情況下所需要的夾緊力是很大的 在夾緊力工件時(shí)各種不同接觸面之間的摩擦系數(shù)可見(jiàn)表 表 32 各種不同接觸表面之間的摩擦系數(shù) Tab32 Between each kind of different faying surface friction coefficient 接觸表面的形式 摩擦系數(shù) 接 觸 表 面 均 為加 工 過(guò) 的光 滑 表 面 015～ 025 工件表面為毛坯夾具的支承面為球面 0203 夾具定位或夾緊元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齒紋 03 夾具定位或夾緊元件的淬硬表面在垂直于主切削力的方向有齒紋 04 夾具定位或夾緊元件的淬硬表面有相互垂直齒紋 0405 夾具定位或夾緊元件的淬硬表面有網(wǎng)狀齒紋 0708 為了減小夾緊力可以在 正對(duì)切削力 F的作用方向設(shè)置一支承元件圖 6 中之 T 這種支承不用作定位而是用來(lái)防止工件在加工中移動(dòng) 圖 6 承受切削力支承 Tab6 Bear cutting force supports 如圖 5 所示當(dāng)圓柱銑刀切入全深時(shí)作用于工件上的切削分力的合力有使工件平移抬起的趨勢(shì)為此可用圖 6 所示之壓塊使夾緊力力兩用 在鉆床上對(duì)工件鉆孔時(shí)為了減小夾緊力應(yīng)力求使主要定位基準(zhǔn)面處于水平位置使夾緊力重力和切削力同向都垂直作用在主要定位基準(zhǔn)面上見(jiàn)圖 7 a 所示 反之當(dāng)夾緊力與切削力及工件重力方向相反時(shí)所需的夾緊力很大 W FG 例如在殼體凸緣上鉆孔時(shí)由于殼體較高工件只能倒裝這種安裝方式在圖 7 b 中的 F和 G 均有使夾緊機(jī)構(gòu)脫開(kāi)的趨勢(shì)因此需要施加較大的夾緊力 W 圖 7 鉆削時(shí) WFG 間的關(guān)系 Fig7 The relations of W F G when Drills truncates 2 夾緊力的作用點(diǎn) 夾緊力的作用點(diǎn)是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積選擇作用點(diǎn)的問(wèn)題是在夾緊力方向已定的情況下才提出來(lái)的選擇夾緊力作用點(diǎn)位置和數(shù)目時(shí)應(yīng)考慮工件定位可靠防止夾緊變形確保工序的加工精度 a 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)能保持工件定位穩(wěn)定而 不致引起工件發(fā)生位移和偏轉(zhuǎn) 當(dāng)夾緊力雖然朝向主要定位基面但作用點(diǎn)卻在支承范圍以外時(shí)夾緊力與支反力構(gòu)成力矩夾緊時(shí)工件將發(fā)生偏轉(zhuǎn)使定位基面與支承元件脫離以至破壞原有定位應(yīng)使夾緊力作用在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi) b 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)使被夾緊工件的夾緊變形盡可能小 對(duì)于箱體殼體桿叉類工件要特別注意選擇力的作用點(diǎn)問(wèn)題 在使用夾具時(shí)為盡量減少工件的夾緊變形可采用增大工件受力面積的措施采用具有較大弧面的夾爪來(lái)防止薄壁套筒變形可在壓板下增加墊圈使夾緊力均勻地作用在薄壁 夾緊力的大小必須適當(dāng)當(dāng)夾緊力過(guò)小工件可能在加工過(guò)程中移動(dòng)而破壞定位不 僅影響質(zhì)量還能造成事故夾緊力過(guò)大不但會(huì)使工件和夾具產(chǎn)生變形對(duì)加工質(zhì)量不利而且造成人力物力的浪費(fèi) 計(jì)算夾緊力通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)以簡(jiǎn)化計(jì)算然后根據(jù)工件受切削力夾緊力大工件還應(yīng)考慮重力高速運(yùn)動(dòng)的工件還應(yīng)考慮慣性力等后處于靜力平衡條件計(jì)算出理論夾緊力再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需的夾緊力即 6 式中實(shí)際所需要的夾緊力 N 按力平衡條件計(jì)算之夾緊力 N 安全系數(shù)根 據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)一般?。?15～ 3 用于粗加工時(shí)?。?25～ 3 用于精加工時(shí)?。?15～ 2 夾緊工件所需夾緊力的大小除與切削力的大小有關(guān)外還與切削力對(duì)定位支撐的作用方向有關(guān) 33 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì) 從前面提到的夾緊裝置組成中可以看出不論采用何種力源手動(dòng)或機(jī)動(dòng)形式一切外加的作用力要轉(zhuǎn)化為夾緊力均需通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)因此夾緊機(jī)構(gòu)是夾緊裝置中的一個(gè)很重要的組成部分 夾緊機(jī)構(gòu)可分為斜楔夾緊機(jī)構(gòu)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)偏心夾緊機(jī)構(gòu)定心對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)等斜楔夾緊機(jī)構(gòu)中最基本的形式之一螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 偏心夾緊機(jī)構(gòu)及定心對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)等都是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的變 型 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)主要是利用其斜楔面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)夾緊工件的亦即一般所謂的楔緊作用斜楔的斜度一般為 110 其斜度的大小主要是根據(jù)滿足斜楔的自鎖條件來(lái)確定 一般對(duì)夾具的夾緊機(jī)構(gòu)都要求具有自鎖性能所謂自鎖也就是當(dāng)外加的作用力 Q 一旦消失或撤除后夾緊機(jī)構(gòu)在純摩擦力的作用下仍應(yīng)保持其處于夾緊狀態(tài)而不松開(kāi) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋實(shí)際上相當(dāng)于把斜楔繞在圓柱體上因它的夾緊作用原理與斜楔時(shí)一樣的不過(guò)這里是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋使繞在圓柱體上的斜楔高度發(fā)生變化來(lái)夾緊工件的螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 1 夾緊形式所需夾緊力的計(jì)算 圖 8 工件的受力 分析 Fig8 Work piece stress analysis 27 式中 夾緊元件與工件間的摩擦因數(shù) 工件與夾具支撐面間的摩擦因數(shù) 根據(jù)式 21 可得 再由表 2 及式 5 可得 2 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)所需作用力的計(jì)算 圖 9 夾緊力作用簡(jiǎn)圖 Fig9 Clamps the action of force diagram 根據(jù)圖 39 可計(jì)算所需作用力 178。 螺紋中徑之半 mm 螺旋副的當(dāng)量摩擦角 176。 0008 M5 34 14 46 14 13 55 55 18 圖 12 長(zhǎng)快換鉆套結(jié)構(gòu) Fig12 Long trades quickly drills a set of structure 3 鉆套高度和鉆套與工件距離 a 鉆套高度 鉆套高度由孔距精度工件材料孔加工深度刀具耐用度工件表面形狀等因素決定一般材料強(qiáng)度高鉆頭剛度低鉆頭懸伸長(zhǎng)度直徑與直徑之 比大于 15 和在斜面上鉆孔時(shí)采用長(zhǎng)鉆套 鉆一般的螺釘孔銷子孔工件孔距精度在 025mm 或是自由尺寸公差時(shí)鉆套的高度取鉆套內(nèi)徑采用基軸制 F8 的公差 加工 IT6IT7 級(jí)精度孔徑在 12mm 以上的孔或加工加工工件孔距精度要求在010～ 015mm 時(shí)鉆套的高度取鉆套內(nèi)徑采用基軸制 G7 的公差 加工 IT7IT8 級(jí)精度的孔孔距精度要求在 006～ 010 時(shí)鉆套的高度取 參見(jiàn)表 4 可知具體選擇方法 表 4 鉆套高度和鉆套端部與工件表面的距離 Tab4 Drills a set of altitude and drills a set of nose and the work piece surface distance 簡(jiǎn)圖 加工條件 鉆套高度 加工材料 鉆套與工件間的距離 一般孔銷孔孔距公差為 鑄鐵 H7 以上的孔孔距公差為177。 010 b 鉆套與工件表面的距離 鉆套與工件間留有一定的距離 h 如表 4 的簡(jiǎn)圖如果 h 太大會(huì)增大鉆頭的傾斜量使鉆套不能很好的導(dǎo)向 h 過(guò)小切屑排出困難特別使鋼件不僅會(huì)增大工件加工表面的粗糙度有時(shí)還可能將鉆頭折斷 h 值可按表 4 選取 材料越硬則式中的系數(shù)應(yīng)取小值鉆頭直徑越小也即鉆頭剛性越差式中的系數(shù)取最大值以免切屑堵塞而使鉆頭折斷 但是下面幾種特殊情況需另考慮 在斜面上鉆孔或鉆斜孔時(shí)鉆頭最易引偏為保證起鉆良好 h 應(yīng)盡可能小一些 孔的位置精度要求高時(shí)可取 h 0 以保證鉆套有較好的導(dǎo)引作用而讓切屑從鉆頭的螺旋槽中排出這樣排屑條件反比只留很小 h 值的要好但此時(shí)鉆套磨損嚴(yán)重 鉆深孔孔的長(zhǎng)徑比時(shí)要求排屑暢快可取 h＝ 15d 此外各種鉆套內(nèi)孔合外圓的同軸度不應(yīng)大于 0005mm 因此鉆套與工件表面的距離 h 取 h＝ 15d 4 鉆床夾具導(dǎo)套 位置尺寸的標(biāo)注 圖 13 b 為鉆床夾具導(dǎo)套位置尺寸的標(biāo)注示例導(dǎo)套軸心線離定位元件定位面的距離尺寸按圖 13 a 工件工序尺寸的平均值確定 圖 13 鉆套位置尺寸的標(biāo)注 Fig13 Drills the set of position size labelling 對(duì)刀元件位置尺寸公差一般取相應(yīng)工序尺寸公差的 5 夾具體的設(shè)計(jì) 夾具體一般是夾具上最大和最復(fù)雜的基礎(chǔ)元件在夾具體上要安放組成該夾具所需要的各種元件機(jī)構(gòu)裝置并且還要考慮便于裝卸工件以及在機(jī)床上的固定因此夾具體的形狀和尺寸應(yīng)滿足一定要求它主要取決 于工件的外廓尺寸和各類元件與裝置的布置情況以及加工性質(zhì)等所以在專用夾具中夾具體的形狀和尺寸很多是非標(biāo)準(zhǔn)的 夾具的制造屬單件生產(chǎn)性質(zhì)為縮短設(shè)計(jì)和制造周期減少設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用所以?shī)A具體設(shè)計(jì)一般不作復(fù)雜計(jì)算通常都是參照類似的夾具結(jié)構(gòu)按經(jīng)驗(yàn)類比法估計(jì)確定實(shí)際上在繪制夾具總圖時(shí)根據(jù)工件定位元件夾緊裝置對(duì)刀－導(dǎo)引元件以及其他輔助機(jī)構(gòu)和裝置在總體上的配置夾具體的外形尺寸便已大體確定表 5 夾具體相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) Tab5 Jig body related standard 夾具體部位 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 鑄造結(jié)構(gòu) 焊接結(jié)構(gòu) 夾具體壁厚 h 8～ 25mm 6～ 10mm 加強(qiáng)筋厚度 加強(qiáng)筋高度 不加工的毛面與加工表面之間的間隙 07～ 09h 不大于 5h 夾具體時(shí)毛面工件也是時(shí)取 8～ 15mm 毛面工件光面取 4～ 10mm 6 夾具在機(jī)床上的定位 1 夾具在機(jī)床上定位的目的為了保證工件的尺寸精度和位置精度工藝系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)之間必須具有正確的幾何關(guān)系一批工件通過(guò)其定位基準(zhǔn)面和夾具定位表面的接觸或配合占有一致的確定的位置這是滿足上述要求的一個(gè)方面夾具的定位表面相對(duì)于機(jī)床工作臺(tái)和導(dǎo)軌或主軸軸 線具有正確的位置關(guān)系是滿足上述要求另一個(gè)極為重要的方面只有滿足這兩方面的要求才能使夾具定位表面以及工件加工表面相對(duì)刀具及切削成型運(yùn)動(dòng)處于理想位置 夾具在機(jī)床上的定位其本質(zhì)是夾具定位元件對(duì)刀具切削成型運(yùn)動(dòng)的定位為此就要解決好夾具與機(jī)床連接與配合問(wèn)題以及正確規(guī)定定位元件定位面對(duì)夾具安裝面的位置要求 2 夾具在機(jī)床上的定位方式 夾具通過(guò)連接元件實(shí)現(xiàn)其在機(jī)床上的定位根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)與加工特點(diǎn)夾具在機(jī)床上的連接定位通常有兩種方式夾具連接定位在機(jī)床的工作臺(tái)面上如銑刨鏜鉆床及平面磨床等及夾具連接定位在機(jī)床的主軸上如車床內(nèi) 外圓磨床等 夾具在工作臺(tái)面上的連接定位 夾具在工作臺(tái)面上是用夾具安裝面及定向鍵定位的為了保證夾具安裝面與工作臺(tái)面有良好的接觸夾具安裝面的結(jié)構(gòu)形式及加工精度都應(yīng)有一定的要求 除夾具安裝面之外一般還通過(guò)兩個(gè)定向鍵或定位銷與工作臺(tái)上的 T 型槽相配合以限制夾具在定位時(shí)所應(yīng)限制的不定度并承受部分切削力矩增強(qiáng)夾具在工作過(guò)程中的穩(wěn)定性 圖 14a 是定向鍵的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)圖 14b 為定向鍵相配合零件的尺寸 圖 1５標(biāo)準(zhǔn)定向鍵結(jié)構(gòu) Fig14 Standard directional band structure 在小型夾具中為了 制造簡(jiǎn)便可用圓柱定位銷代替定向鍵圖 15 為圓柱銷直接裝配在夾具體的圓孔中過(guò)盈配合圖 15 b c 為階梯形圓柱銷及其連接形式其螺紋孔是供取出定位銷用的 圖 1６ 圓柱定位銷 Fig15 Column positioning pin 為了提高定向精度定向鍵與 T 型槽應(yīng)有良好的配合一般采用 必要時(shí)定向鍵寬度可按機(jī)床工作臺(tái) T 型槽配作兩定向鍵之間的距離在夾具底座的允許范圍內(nèi)盡可能遠(yuǎn)些另外在夾具安裝時(shí)應(yīng)對(duì) T 型槽精度進(jìn)行檢測(cè)選擇精度高的使用一般工作臺(tái)中間處 T型槽精度較高或使定向鍵靠向 T型槽的一側(cè)以減少間隙造成的誤差定 向鍵的材料常用 45 鋼淬火 HRC40～ 45 圖 316 a 所示為圓柱定向鍵的結(jié)構(gòu)上部圓柱體與夾具體的圓孔相配合下部圓柱體切出與 T型槽寬度 b相等的兩平面這可改善圖 結(jié)構(gòu)中圓柱部分與 T型槽配合時(shí)易磨損的特點(diǎn) 圖 1７ 圓柱定向鍵 Fig16 Column direction detection key 圖 316 b c 所示為圓柱定向鍵與夾具體的固定方式當(dāng)用扳手 1旋緊螺釘 2時(shí)借助摩擦力月牙塊 3發(fā)生偏轉(zhuǎn)外移使定向鍵 4卡緊在夾具體 5的圓孔中放松螺釘 2 便可取出定向鍵 通常在這類夾具的縱向兩端底邊上設(shè)計(jì)出帶 U 型 槽的耳座供緊固夾具體的螺栓穿過(guò)圖 317 為其具體結(jié)構(gòu)形式 圖 1８ U 型槽耳座結(jié)構(gòu)形式 Tab17 U die ear place structural style 3 夾具在機(jī)床上的定位誤差 夾具安裝在機(jī)床上時(shí)由于夾具定位元件對(duì)夾具體安裝幾面存在位置誤差?yuàn)A具安裝面本身有制造誤差家具安裝面與機(jī)床裝卡面有連接誤差這就使夾具定位元件相對(duì)機(jī)床裝卡面 存在位置誤差為提高工件在夾具中加工時(shí)的加工精度必須研究各類夾具定位誤差的計(jì)算方法及減少這些誤差的措施 為減小夾具在機(jī)床上的定位誤差設(shè)計(jì)夾具時(shí)定位元件定位面對(duì)夾具在 機(jī)床上的安裝面的位置要求應(yīng)在夾具裝配圖上標(biāo)出作為夾具驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)之一 4 結(jié)論 在孔加工時(shí)一般都采用多級(jí)變速的適用于多種孔加工的鉆床或鏜床若用于生產(chǎn)品種單一的批量生產(chǎn)的產(chǎn)品時(shí)有些浪費(fèi)泵體孔鉆削專機(jī)及夾具設(shè)計(jì)是為分工序批量生產(chǎn)泵時(shí)設(shè)計(jì)的專機(jī)及專用夾具 1 本次設(shè)計(jì)中機(jī)床采用一級(jí)變速使主軸直接達(dá)到鉆削速度使用傳送帶輸送工件使加工時(shí)減少搬運(yùn)工件的時(shí)間夾具采用一面兩孔定位螺旋及鉸鏈綜合夾緊機(jī)構(gòu)手動(dòng)夾緊 綜上所