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銑槽專用夾具設(shè)計
1、問題的提出
本夾具主要用來銑深9.5mm，寬6mm的槽，為了保證加工，最關(guān)鍵就是找到定位基準(zhǔn)。同時，選擇夾緊方案，考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。
2、問題的提出與研究原始質(zhì)料
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。
本夾具主用用來銑槽，本工序的加工條件為X52K銑床，工件其他部位均已達到設(shè)計圖樣的要求。尺寸精度和表面粗糙度要求都不高。此套夾具設(shè)計中應(yīng)重點考慮垂直度公差0.1，因此，在本工序加工中，應(yīng)主要考慮孔軸線的位置要求，確定合適的定位基準(zhǔn)，同時，應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。
3、定位基準(zhǔn)的選擇
出于定位簡單和快速的考慮，選擇孔和它的一端面為定位基準(zhǔn)面，先用心軸和端面定位，限制5個自由度，但工件繞X軸轉(zhuǎn)動的自由度沒有限制。再用定位銷對下端孔進行完全定位，限制其繞X軸轉(zhuǎn)動的自由度。裝夾卸載方便，減少了工作量。本工序采用孔和端面為基準(zhǔn)定位，使加工基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)統(tǒng)一，能很好的保證定位的精度。
4、夾緊方案選擇
由于工件體積較小，工件材料易切削，所需夾緊力不大。經(jīng)過方案的認真分析和比較，使用螺旋夾緊機構(gòu)進行夾緊。這種夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中有很廣泛的應(yīng)用。
5、 氣缸的設(shè)計計算
設(shè)計要求是做任何設(shè)計的依據(jù)，氣動夾具設(shè)計時要明確氣動傳動系統(tǒng)的動作和性能要求，這里一般要考慮以下幾方面：
1）該設(shè)備中，哪些運動需要液壓或氣壓傳動完成，各執(zhí)行機構(gòu)的運動形式及動作幅度；
2）對液壓或氣壓裝置的空間布置、安裝形式、重量、外形尺寸的限制等；
3）執(zhí)行機構(gòu)載荷形式和大??；
4）執(zhí)行機構(gòu)的運動速度，速度變化范圍以及對運動平穩(wěn)性的要求；
5）各執(zhí)行機構(gòu)的動作順序，彼此之間的聯(lián)鎖關(guān)系，實現(xiàn)這些運動的操作或控制方式；
6）自動化程度、效率、溫升、安全保護、制造成本等方面的要求；
7）工作環(huán)境方面的要求，如溫度、濕度、振動、沖擊、防塵、防腐、抗燃性能等；
另外對主機的功能、用途、工藝流程也必須了解清楚，力求設(shè)計的系統(tǒng)更加切合實際。
6、切削力及切削力矩的計算與分析
對執(zhí)行元件的工況進行分析，就是查明每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的速度和負載的變化規(guī)律。通常是求出一個工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度和負載值列表表示，必要時還應(yīng)作出速度、負載隨時間（或位移）變化的曲線圖（稱為速度循環(huán)圖、負載循環(huán)圖和功率循環(huán)圖）。
在一般情況下，液壓和氣壓系統(tǒng)中氣缸承受的負載由六部分組成，即工作負載、導(dǎo)軌摩擦負載、功率、慣性負載、重力負載、密封負載和背壓負載，前五項構(gòu)成了氣缸所要克服的機械總負載。
這里為了方便起見，只是將銑削時產(chǎn)生的銑削力矩作為氣缸的工作負載，其余的負載這里沒有考慮（只需要按照一定的工作方式進行計算即可）。
根據(jù)加工需要，該系統(tǒng)的工作循環(huán)也較為簡單：快速前進—快速后退—原位停止。
根據(jù)調(diào)查研究和工作系統(tǒng)要求，快速前進和快速后退的速度約為4.5m/min，不考慮換向及啟動時間、動靜摩擦系數(shù)等因素，氣缸的機械效率η取0.9。
由于本道工序主要完成花鍵孔的兩端面加工，為后續(xù)花鍵孔的加工提供良好的基準(zhǔn)，且在銑削過程中由于銑刀所產(chǎn)生的銑削力對工件的附加轉(zhuǎn)矩會造成工件的加工誤差，因而必須對工件所受的銑削力和銑削力矩進行計算分析，從而設(shè)計出符合要求的夾緊裝置。
對氣缸的設(shè)計計算主要是以銑削力矩為主進行理論計算，以工件加工中所需的夾緊力來設(shè)計氣缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以實現(xiàn)工件快速裝夾所需要的行程來確定氣缸的理論行程，因而需要對工件所受的夾緊力和夾具的結(jié)構(gòu)進行分析。
1）切削力的計算
切削力的計算可通過試驗的方法，測出各種影響因素變化是的切削力數(shù)據(jù)，加以處理得到的反映各因素與切削力關(guān)系的表達式，稱為切削力計算的經(jīng)驗公式。在實際中使用的切削力經(jīng)驗公式有兩種：一是指數(shù)公式；二是單位切削力。這里為了方便起見，以單位切削力進行切削力的計算。單位切削力是指單位切削面積上的主切削力，用kc表示。
由《切削手冊》得主切削力公式：
式中：CF、XF、YF、μF、ωF是指切削用量的系數(shù)和指數(shù)，可查相關(guān)設(shè)計手冊；
ap---銑削深度，mm；
af---每齒進給量，mm/Z；
ae—銑削寬度，mm；
Z---銑刀齒數(shù)，
n---銑刀每秒轉(zhuǎn)速，m/s；
d0---切削寬度，mm；
kFZ---切削條件改變時的修正系數(shù)；
代入數(shù)據(jù)可得工件所受的切削力：
Fc=3305N。
2）由《切削手冊》得銑削力矩公式：
式中：M---銑削力矩，N?mm；Fc---銑削力，N；
d0---切削寬度，mm；Z---銑刀齒數(shù)，
代入數(shù)據(jù)可得：M=2079660 N?mm.
在夾具設(shè)計時采用了由氣缸帶動兩個定V形塊及一個活動的V形塊對工件實施夾緊，工件所需要的夾緊力是由這個氣缸提供的，因此需要計算氣缸所受的負載，氣缸所應(yīng)提供的夾緊力F夾緊情況來進行計算。
式中：M---銑削力矩，N?mm；
F---夾緊力，N；
L—力臂，mm；
代入數(shù)據(jù)可得：F=18906N。
7、 氣缸的設(shè)計計算
1）初選氣缸的工作壓力[16]
工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)，它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，甚至整個系統(tǒng)的功能。
在此氣動夾具設(shè)計中，因采用企業(yè)氣源作為動力，一般空氣的壓力為0.5~0.8Mpa。所以選定工作壓力為0.5Mpa。
2）確定氣缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)
本氣缸采用單向作用氣缸。最大負載即為上面所求值，F(xiàn)=18906N，
其缸徑計算公式為:
式中:F - 活塞桿上的推力，N
- -氣缸工作壓力，MPa
D---氣缸缸體直徑，m
查設(shè)計[8]手冊，按氣缸內(nèi)徑系列將以上計算值圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取D=63mm。
由,可得活塞桿直徑:
圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式
有:
其中，[]，
則:
滿足實際設(shè)計要求。
3）缸筒壁厚的設(shè)計
缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算:
式中:δ- 缸筒壁厚，mm
- 氣缸內(nèi)徑，mm
- 實驗壓力，取, Pa
材料為:ZL3,[]=3MPa
代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:
取，則缸筒外徑為:
4）活塞行程的確定
由夾具設(shè)計中對零件進行裝夾的移動距離可知，為了便于工件的裝夾，移動壓板所需要的行程為15mm，氣缸裝在移動夾板的另一端，由杠桿原理可知，氣缸移動的距離不小于是25mm，為了確保氣缸安全工作，取氣缸的工作行程為25mm。
5）氣動傳動原理圖擬定
由于只有一個工作氣缸，且氣缸的快速前進和快速后退速度可取相同，并沒有采用多種工速，因而氣動傳動原理圖相對簡單，其傳動原理圖如圖4.2所示，所需要的氣動元件規(guī)格如表3-1所示。
圖4.2 氣動傳動原理圖[9]
各通行機構(gòu)的調(diào)速，這種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單效果好。如平臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可加快啟動速度，也可調(diào)節(jié)全程的速度。氣液傳送器氣缸的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器[18]的背壓大小。
為簡化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸緩沖均采用液壓緩沖器[10]，這樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。
電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸速度，行程，尺寸計算出所需壓縮空氣流量，與選用的電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來確定的。
表4-1 氣路元件表
序號
型號規(guī)格
名稱
數(shù)量
1
QF-44
手動截止閥
1
2
儲氣缸
1
3
QSL-26-S1
分水濾氣器
1
4
QTY-20-S1
減壓閥
1
5
QIU-20-S1
油霧器
1
6
YJ-1
壓力繼電器
1
7
24D2H-10-S1
二位五通電磁滑閥
1
8
單向節(jié)流閥
1
9
QGSC D-63X25-25-K-LB
氣缸
1
使用快速螺旋定位機構(gòu)快速夾緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力。
氣缸的參考資料，網(wǎng)址： http://www.wxpneum.cn/content/product/66/QGSC.html
8、定位誤差分析
由于加工基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)重合，所以能很好的保證了加工精度。
該夾具以一面兩銷定位。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
1 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
得
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
9 定向鍵與對刀裝置設(shè)計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖5.1 夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
由于本道工序是完成槽銑加工，所以選用對刀塊。根據(jù)GB2243—80對刀塊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖5.2所示：
圖5.2 對刀塊
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖5.3所示：
圖5.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表5.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
允差d
C
3
～0.006
0.25
7、夾具設(shè)計及操作的簡要說明
通過孔和端面及下方定位銷來裝工件，再用氣缸來夾緊。再利用對刀塊對刀，然后就可以加工。
此外，工作過程中出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，心軸采用可換的，以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整。