保揚(yáng)殷瑩
(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,中國(guó) 天津300222)
組合機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)和性能,對(duì)組合機(jī)床的配置方案選擇有很大的影響。所以?shī)A具設(shè)計(jì)是整個(gè)組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要部分之一。
根據(jù)圖1知:螺紋孔的位置精度為±0.20mm。為了保證加工精度,鉆螺紋底孔位置精度應(yīng)比螺紋底孔的位置精度提高±0.15mm。三面中,若以小面為后面,則左面要求加工螺紋底孔13個(gè),其中6.7(M8)孔6個(gè)(盲孔4個(gè)),8.5(M10)孔6個(gè)(盲孔),10.2(M12)孔1個(gè)(盲孔),右面要求加工螺紋底孔16個(gè)和四個(gè)固定孔,其中6.7(M8)孔16個(gè)(盲孔),13孔4個(gè),后面要求加工螺紋底孔10個(gè),其中6.7(M8)孔8個(gè),8.5(M10)孔2個(gè)(盲孔),共計(jì)三面43孔,要求同時(shí)加工。
圖1 零件圖
被加工零件毛坯為鑄鐵件,材料為HT200,硬度為HB150-200。工件的自大輪廓尺寸為:長(zhǎng)522±0.25mm,高176±0.1mm,寬300mm,機(jī)體外形近似為長(zhǎng)方體。工件壁厚均均勻,剛性較好。由于加工為鉆削,切削力較穩(wěn)定,加工孔直徑較小,不會(huì)引起工件變形。鉆削時(shí)產(chǎn)生的切削熱對(duì)加工精度也不會(huì)產(chǎn)生影響。
正確選擇定位基準(zhǔn)是確保加工精度的重要條件。本道工序是在機(jī)體的六個(gè)面精銑加工之后進(jìn)行的,定位基準(zhǔn)采用“三面定位”的方式。工件的底面與夾具支承面接觸定位,可消除z軸移動(dòng),x、y軸轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)自由度,由于接觸面較大,定位穩(wěn)定可靠,是主要定位基面,以右面為導(dǎo)向定位基準(zhǔn)面,可消除x軸移動(dòng)和z軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)自由度,以小面作為止推定位面可消除y軸移動(dòng)自由度,通過(guò)三面定位消除了工件的六個(gè)自由度,使工件獲得完全定位。夾緊力的方向是由上而下。由于夾緊力較大,故采用四個(gè)夾緊點(diǎn),以使夾緊力分布均勻,使夾緊點(diǎn)均勻布置在箱體的外壁上,直接對(duì)準(zhǔn)夾具支承面,減少了工件的夾緊變形,有利于保證加工精度。
本夾具的定位方案為“三面定位”。為了保證留有一定的排屑空間,選用60mm的支承板,材料為20Cr,且工作面滲碳淬火,硬度為HRC59.為了防止夾緊變形,將兩條支承板布置在夾緊點(diǎn)的正下方,工件的箱壁處。
側(cè)定位板,也選用20Cr鋼制造,同時(shí)在工作面滲碳淬火,硬度為HRC59,左右兩側(cè)定位板的工作間距為301mm,即在工件的兩側(cè)共留有1mm的間隙,使導(dǎo)向準(zhǔn)確。
后止推定位塊選用45鋼,淬火硬度HRC48-50。各定位元件在裝配時(shí)需要調(diào)整修配,在左側(cè)安裝一個(gè)凸輪壓緊機(jī)構(gòu),可使橫向定位可靠;前端面裝端面壓板,保證縱向定位可靠,同時(shí)可承擔(dān)一部分由后主軸箱產(chǎn)生的切削軸向力,以減小壓緊力。
在綜合比較各種機(jī)動(dòng)夾緊方式后,決定選用液壓夾緊方式。因?yàn)橐簤簥A緊具有操作簡(jiǎn)便、動(dòng)作平穩(wěn)、易于集中控制、程序控制和實(shí)現(xiàn)工序自動(dòng)化、工作壓力高(一般為30-50bar)、油缸結(jié)構(gòu)尺寸小、元件便于標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。而且本機(jī)床為液壓驅(qū)動(dòng),配有液壓站,采用液壓夾緊系統(tǒng)可不比另外配置動(dòng)力源。且使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。初步選定夾緊機(jī)構(gòu)為在夾具的上蓋內(nèi)布置兩個(gè)液壓油缸直接聯(lián)接兩個(gè)浮動(dòng)壓板,自上而下進(jìn)行夾緊工作。
本機(jī)床夾緊點(diǎn)選擇在定位支承面上,并在工件剛性最好的部位,即工件的外壁,可保證工件夾緊變形最小。
由前面的分析可知,夾緊力和切削力的方向互相垂直,切削力是靠夾緊力所產(chǎn)生的摩擦力來(lái)消除的,雖然工件較重,且工件重力與夾緊力同向,也可以抵消一部分切削力,但所需的夾緊力還是較大的。
在計(jì)算所需夾緊力之前,先將各面的切削力合成,求出其合力的大小及合力的位置,以便確定夾緊力。
合力的大小為:ΣP=12893(N)。合力的坐標(biāo)位置為(x,y):
左面合力在水平方向上偏離工件中心的距離為:522/2-247.1=13.9mm,在垂直方向上偏離工件中心的距離為:88-86.3=1.7mm。
右面合力(計(jì)算同前)。合力的大小為:ΣP=19992N。坐標(biāo)位置為:(212.8,88)
右面合力在水平方向上偏離工件中心的距離為:522/2-212.8=48.2mm,在垂直方向上偏離工件中心的距離為:176/2-88=0(即位于工件中心)
后面合力(計(jì)算同前)。合力的大小為:ΣP=8402N。坐標(biāo)位置為:(193,86)
后面合力在水平方向上偏離工件中心的距離為:300/2-193=43mm,在垂直方向上偏離工件中心的距離為:176/2-86=2mm
由于切削力均未作用在工件中心,因此工件在切削力的作用下產(chǎn)生平移、移動(dòng)和顛覆的趨勢(shì),所以應(yīng)按這三種情況分別計(jì)算所需夾緊力,然后將計(jì)算結(jié)果加以比較,并取較大的夾緊值。
克服工件平移所需的夾緊力:由于工件多面同時(shí)受力,因此應(yīng)按可能出現(xiàn)的最壞情況來(lái)計(jì)算所需的夾緊力。根據(jù)三面的切削力值,分析當(dāng)開(kāi)始加工時(shí),由于各滑臺(tái)的進(jìn)給阻力不等以及液壓系統(tǒng)工作不完全同步等原因,各動(dòng)力箱不可能同時(shí)切削工件,左、右主軸箱同時(shí)工作時(shí)切削力相互抵消了一部分,但當(dāng)右主軸箱和后主軸箱同時(shí)工作時(shí)產(chǎn)生的切削力最大,即所需夾緊力最大,此時(shí)需要的夾緊力為54214N。
克服工件轉(zhuǎn)動(dòng)所需的夾緊力為4302N。
由于支承板夾緊點(diǎn)均勻分布在箱體外壁,且切削力基本位于工件中心,故產(chǎn)生的顛覆力矩很小,可忽略不計(jì)。
以上分析結(jié)果確定夾緊力為54214N。
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