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第4章 工序8 利用車床尾架精鉸Φ16及Φ30孔專用夾具設(shè)計(jì)
4.1問(wèn)題的提出
本夾具主要用于工序8 利用車床尾架精鉸Φ16及Φ30孔，夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程地切削加工、 熱處理、裝配等工藝過(guò)程中。
機(jī)床夾具按在不同生產(chǎn)類型中的通用性，可以分為通用夾具. 專用夾具. 可調(diào)夾具. 組合夾具等。本課題設(shè)計(jì)的是閥體加工中車軸承孔工序?qū)Ｓ脢A具——角鐵式車夾具設(shè)計(jì)。
4.2夾具的設(shè)計(jì)
4.2.1定位基準(zhǔn)的選擇
據(jù)《夾具手冊(cè)》知定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基準(zhǔn)重合，在同一工件的各道工序中，應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。
方案一
1面也就是整個(gè)閥體的截面定位限制兩個(gè)自由度。
2面是閥體的地面定位限制三個(gè)自由度
3采用2銷限制三個(gè)自由度。
方案二
1面是閥體的底面限制三個(gè)自由度。
2面是側(cè)面限制一個(gè)自由度。
3面是軸承孔外端面定位限制兩個(gè)自由度。
方案比較：方案一：是按照基準(zhǔn)統(tǒng)一及基準(zhǔn)重合原則確定的，有利于夾具的設(shè)計(jì)制造，加緊力方向指向定位元件剛性較大的方向，定位相對(duì)簡(jiǎn)單。
方案二：是是按照基準(zhǔn)統(tǒng)一原則確定的，有利于夾具的設(shè)計(jì)制造，但不容易保證空的軸線與外圓對(duì)稱面的重合，鉆頭進(jìn)給的的軸向力完全由定位元件承受，很容易引起變形。
本工序加工的切削力主要是刀頭進(jìn)給時(shí)的軸向力和鉆削扭矩，樣工件軸向幾乎沒(méi)有切削力，所需要的加緊力不是很大。綜合考慮兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，及加工的具體情況，采用方案一。
4.2.2定位元件的設(shè)計(jì)
本工序選用的定位基準(zhǔn)為一面兩孔定位，所以相應(yīng)的夾具上的定位元件應(yīng)是一面兩銷。因此進(jìn)行定位元件的設(shè)計(jì)主要是對(duì)短圓柱銷和短削邊銷進(jìn)行設(shè)計(jì)。
由加工工藝孔工序簡(jiǎn)圖可知兩工藝孔中心距。
由于兩工藝孔有位置度公差，所以其尺寸公差為
所以兩工藝孔的中心距為134，而兩工藝孔尺寸為Φ9孔。
根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》削邊銷與圓柱銷的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程如下：
圖4.2 兩銷分析圖
（1）、確定兩定位銷中心距尺寸及其偏差
==
4.2.3切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具：
① 粗車切削力：查《現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》P104表，得車削切削力計(jì)算公式：
圓周分力Fc = 902 Kp
徑向分力Fp = 2383Kp
軸向分力Ff =3326Kp
其中——背吃刀量 2.3mm(?30) 4mm(?35)
f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 0.16mm(?30) 0.3mm (?35)
Vc—切削速度m/min 60(?30) 40(?35)
Kp—修正系數(shù)1.08 1.63 0.70
所以切削的各切削力
Fc1= 566.8N
Fp2=801.5N
Ff3= 416.4N
精車切削力：——背吃刀量0.5mm(?30) 0.7mm(?35)
f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 0.13mm(?30) 0.2mm (?35)
Vc—切削速度m/min 38(?30) 20(?35)
Kp—修正系數(shù) 1.08 1.63 0.70
所以切削的各切削力
Fc1= 105.45N
Fp2= 57.23N
Ff3= 97.96N
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]表可得：
所以有：
螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，用螺栓通過(guò)弧形壓塊壓緊工件，受力簡(jiǎn)圖如下：
圖4.1 移動(dòng)壓板受力簡(jiǎn)圖
由表得：原動(dòng)力計(jì)算公式
即：
由上述計(jì)算易得：
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
3、定位誤差的分析
本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：
（1）、移動(dòng)時(shí)基準(zhǔn)位移誤差
=
=
(2)、轉(zhuǎn)角誤差
其中：
1.7 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)
對(duì)夾具體的設(shè)計(jì)的基本要求
（1）應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應(yīng)該采用鑄造，時(shí)效處理，退火等處理方式。
（2）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度
保證在加工過(guò)程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動(dòng)是不允許的，夾具應(yīng)有足夠的厚度，剛度可以適當(dāng)加固。
（3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯(cuò)
夾較大的工件的外觀，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個(gè)表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，應(yīng)處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強(qiáng)度）前提下，應(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單。
（4）應(yīng)便于鐵屑去除
在加工過(guò)程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時(shí)清除，切削熱的積累會(huì)破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會(huì)破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個(gè)過(guò)程中的鐵屑不多，可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對(duì)切削過(guò)程中產(chǎn)生更多的，一般應(yīng)在夾具體上面。
（5）安裝應(yīng)牢固、可靠
夾具安裝在所有通過(guò)夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)夾安裝在重力的中心，夾具應(yīng)盡可能低，支撐面積應(yīng)足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識(shí)別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過(guò)程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。在加工過(guò)程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以?shī)A具設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外，夾點(diǎn)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮。在加工過(guò)程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，切割積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以?shī)A具設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。
4.2.6夾具操作說(shuō)明
先將定位元件及加緊元件固定在夾具體上面，然后只需擰松螺桿將螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)退回即可將元件按照定位基準(zhǔn)放置好，最后擰緊螺桿將元件加緊。當(dāng)加工完成之后擰松螺桿將元件取下，在放入下一個(gè)零件。
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