銑床專用夾具設(shè)計(jì)

1、銑床專用夾具設(shè)計(jì)摘 要本論文中根據(jù)當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中使用的夾具的現(xiàn)狀，對夾具進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，目前工業(yè)生產(chǎn)中使用的通用夾具大多數(shù)已經(jīng)不能滿足人們的生產(chǎn)需求了，通用夾具存在著裝夾工件難度大要求高、工人的工作量大且復(fù)雜、工件加工質(zhì)量不好等缺點(diǎn)，一般來說，使用通用夾具進(jìn)行加工之前，還需要對工件進(jìn)行劃線，因此過程變得更加繁瑣。本論文設(shè)計(jì)的是一種銑床的專用夾具，設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋了夾具整體設(shè)計(jì)，夾具的定位過程，夾緊過程、對刀過程設(shè)計(jì)等，同時(shí)對專用夾具的加工精度進(jìn)行相關(guān)分析研究。使用本次設(shè)計(jì)的專用夾具加工出的工件，可以有效提高工件的表面質(zhì)量，大大減小了工人的工作量，減少工作時(shí)間，提高效率。能夠進(jìn)一步提高工件的加工精度

2、，能夠進(jìn)行大批量生產(chǎn)，因此滿足經(jīng)濟(jì)性要求，總體上看，對夾具進(jìn)行改進(jìn)，是可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)長期內(nèi)更高的利益的。關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)；銑床；專用夾具；精度目 錄 HYPERLINK l _Toc20778 摘 要 PAGEREF _Toc20778 1 HYPERLINK l _Toc18831 引言1 HYPERLINK l _Toc18831 1夾緊裝置的組成及基本要求 PAGEREF _Toc18831 2TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc32453 1.1 夾緊裝置的構(gòu)成 PAGEREF _Toc32453 2 HYPERLINK l _Toc24545 1.2夾緊裝置應(yīng)該滿足

3、的基本原則 PAGEREF _Toc24545 2 HYPERLINK l _Toc26244 2 夾緊力的確定 PAGEREF _Toc26244 2 HYPERLINK l _Toc4132 2.1夾緊力的三要素 PAGEREF _Toc4132 2 HYPERLINK l _Toc26717 2.2 夾緊的動(dòng)力裝置 PAGEREF _Toc26717 5 HYPERLINK l _Toc30552 2.3夾緊力的分析計(jì)算 PAGEREF _Toc30552 6 HYPERLINK l _Toc32423 3 總 結(jié) PAGEREF _Toc32423 10 HYPERLINK l _To

4、c6757 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc6757 11 HYPERLINK l _Toc20778 致謝 PAGEREF _Toc20778 12引言在工業(yè)生產(chǎn)中對零件進(jìn)行加工時(shí)，為了達(dá)到加工目的和預(yù)期的精度要求，必須使用夾具對工件進(jìn)行固定，使工件處于和加工刀具相對固定的空間位置，以便于實(shí)現(xiàn)刀具對零件的加工。而夾具是實(shí)現(xiàn)工件的固定以及位置確定的重要裝置。銑床夾具的功能是在銑床裝置中固定工件以及實(shí)現(xiàn)對刀，同時(shí)可以確定工件和機(jī)床之間相對位置其作用是使工件相對于機(jī)床或刀具有一個(gè)正確的位置，并在加工過程中保持這個(gè)位置不變。1夾緊裝置的組成及基本要求夾緊裝置指的是在進(jìn)行定位操作后，實(shí)現(xiàn)工件的固定，

5、同時(shí)可以保證工件在加工期間位置固定不變的機(jī)床裝置。1.1 夾緊裝置的構(gòu)成a. 動(dòng)力源 這個(gè)部件的功能是給夾具提供夾緊力。b. 傳力機(jī)構(gòu) 它的作用是把動(dòng)力源提供的夾緊力傳遞給夾緊力執(zhí)行部件。c. 夾緊裝置 本裝置的功能是直接使用夾緊力對工件進(jìn)行固定的。1.2夾緊裝置應(yīng)該滿足的基本原則a. 工件不移動(dòng)原則 使用夾具對工件進(jìn)行固定后，不能使工件定位后的位置發(fā)生變化。b. 工件不變形原則 對工件進(jìn)行夾緊時(shí)，夾緊力的大小應(yīng)該適中，在實(shí)現(xiàn)工具的加緊要求的前提下，保證工件不會(huì)因?yàn)閵A緊力太大，又應(yīng)保證工件不因?yàn)閵A緊力而產(chǎn)生過度的不良變形。c. 工件不振動(dòng)原則 在對剛性不好的工件進(jìn)行加工，或者對普通工件斷續(xù)切削

6、的時(shí)候，容易發(fā)生振動(dòng)，這時(shí)候不能簡單使用氣缸壓緊的的方式進(jìn)行工件固定，此時(shí)應(yīng)該適當(dāng)增加支承機(jī)構(gòu)以及夾緊裝置的剛性，同時(shí)保證夾緊位置盡量離加工表面近一些，可以防止或者減輕系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)。d. 安全可靠原則 想要實(shí)現(xiàn)工件夾緊的安全可靠，夾緊傳力裝置必須要有適當(dāng)?shù)膴A緊行程，對于手動(dòng)夾緊應(yīng)該能夠進(jìn)行自鎖，能夠使得加緊更加安全。e. 經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則 夾緊裝置能夠?qū)崿F(xiàn)的具體功能，首先應(yīng)該滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的相關(guān)要求，在達(dá)到功能要求以及精度要求的基礎(chǔ)上，盡量簡化裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便裝置的制造和維修，降低工人的操作難度，同時(shí)可以降低成本，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性能。2 夾緊力的確定2.1夾緊力的三要素 （1） 夾緊力的大小夾

7、緊力應(yīng)該能夠滿足定位精確、夾緊穩(wěn)固，同時(shí)不會(huì)造成工件變形等要求，同時(shí)還要考慮夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，以上都是在確定夾緊力的大小時(shí)要注意的問題。在其力學(xué)理論研究中，夾緊力的數(shù)值需要滿足和工件上的其它力或力矩相平衡這個(gè)條件；但是在實(shí)際應(yīng)用中，在確定夾緊力數(shù)值的過程中還要考慮到裝置結(jié)構(gòu)的剛度、傳動(dòng)裝置的傳遞效率等，因此夾緊力大小的確定時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用中計(jì)算夾緊力時(shí)，步驟一般是先按照切削公式計(jì)算出刀具作用在工件上的切削力，根據(jù)加工方式的不同有時(shí)候還會(huì)按照需要計(jì)算工件上的慣性力還有離心力，最后對工件受到的重力，以及未知的夾緊力構(gòu)建一個(gè)靜平衡力學(xué)系統(tǒng)，通過力平衡分析進(jìn)行計(jì)算，得到需要的夾緊力數(shù)值

8、。在實(shí)際應(yīng)用中一般會(huì)通過估值、類比還有試驗(yàn)的方式確定應(yīng)該使用的夾緊力大小。 在通過估算法來計(jì)算夾緊力的過程中，為了使計(jì)算更加簡單，一般會(huì)把夾具和工件組成的力學(xué)系統(tǒng)當(dāng)作是剛性的來計(jì)算。同時(shí)應(yīng)該分析作用在工件上的切削力、夾緊力的位置和大小，對于質(zhì)量比較大的工件還要考慮工件受到的重力以及慣性力等，分析工件的最差?yuàn)A緊情況，并盡量避免，綜合以上因素根據(jù)靜力平衡原則計(jì)算出需要的夾緊力，最后應(yīng)該乘上一個(gè)合適的安全系數(shù)，得到實(shí)際應(yīng)用里應(yīng)該使用的夾緊力大小。即 （2.1） 其中: Fwk表示實(shí)際應(yīng)用需要的夾緊力數(shù)值，單位是N； Fw表示在分析的靜力系統(tǒng)中，根據(jù)靜力平衡原理得到的理論夾緊力數(shù)值，單位是N； K表示

9、安全系數(shù)大小，一般來說，對于粗加工，K一般取2.53之間，對于精加工，K一般取 1.52之間。 （2） 夾緊力的方向在確定夾緊力的方向時(shí)，需要考慮的因素包括加緊裝置結(jié)構(gòu)，工件定位情況，還有零件的受力情況等。確定方向時(shí)有幾個(gè)條件需要滿足：a.應(yīng)該有利于實(shí)現(xiàn)工件定位可靠，同時(shí)主夾緊力方向最好垂直與重要定位基準(zhǔn)平面。b.應(yīng)該適合選用更小的夾緊力，降低工件的不利變形影響，同時(shí)可以減輕工人負(fù)擔(dān)。c.最好接近工件剛性更佳的方向。因?yàn)橛捎诮Y(jié)構(gòu)或材料的原因，工件的剛性在各個(gè)方向上也有一定的差異。各個(gè)受力表面也由于受力面積的差異，產(chǎn)生的變形效果不同。特別是在對薄壁工件加工時(shí)，更應(yīng)該保證作用在工件上的夾緊力的方向

10、是剛性最好的方向。 （3） 夾緊力作用點(diǎn)夾緊力作用點(diǎn)是指夾緊裝置和工件直接作用部分的面積。確定作用點(diǎn)指的是是在已經(jīng)知道夾緊方向的基礎(chǔ)上，繼續(xù)分析夾緊力作用在工件上的具體位置和數(shù)量。對夾緊力作用點(diǎn)的確定是使夾緊效果更好的關(guān)鍵步驟。進(jìn)行夾緊力作用點(diǎn)的確定應(yīng)該滿足以下條件：a. 夾緊力的作用點(diǎn)必須是處于定位機(jī)構(gòu)的支承區(qū)域里，最后使夾緊作用點(diǎn)和夾緊點(diǎn)支承點(diǎn)在同一位置或更加接近。b. 夾緊力的作用位置應(yīng)該處在工件剛性不錯(cuò)的位置。特別是加工剛度不好的零件時(shí)，更應(yīng)該注意這一點(diǎn)，這種情況下可以把作用點(diǎn)由區(qū)域中間的一個(gè)點(diǎn)改為兩個(gè)不同位置的作用點(diǎn)，這樣能夠有效降低工件的變形，使夾緊效果更好。c. 夾緊力的作用點(diǎn)最

11、好更接近加工平面，這樣能夠減小工件加工過程中的振動(dòng)現(xiàn)象，也可以有效降低工件變形，增強(qiáng)定位的準(zhǔn)確性和夾緊的安全性。以上是夾緊力的三個(gè)主要要素，這說明夾緊力的確定是一個(gè)要考慮諸多因素的過程。應(yīng)該全方位分析工件的結(jié)構(gòu)和材料特征、加工流程以及定位裝置的結(jié)構(gòu)等各種因素，最后才可以設(shè)計(jì)出夾緊效果更好的夾緊裝置。工件的夾緊力著力點(diǎn)情況見下圖2.1圖2.1 夾緊力著力點(diǎn)示意圖2.2 夾緊的動(dòng)力裝置在工業(yè)零件批量加工生產(chǎn)中，為了提高工作效率，減輕工人的工作負(fù)擔(dān)，一般會(huì)選擇機(jī)動(dòng)夾緊設(shè)備。工業(yè)中比較常用的機(jī)動(dòng)夾緊裝置的動(dòng)力類型包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)、氣液聯(lián)動(dòng)、真空夾緊等夾緊方式。在使用機(jī)動(dòng)夾緊的方法時(shí)，左營在工件上的

12、夾緊作用力能夠保持不變，因此夾緊效果穩(wěn)定，并且不需要進(jìn)行自鎖。本次設(shè)計(jì)的專用夾緊裝置使用的動(dòng)力方式是液動(dòng)驅(qū)動(dòng)，這種裝置和氣動(dòng)的工作原理相似，只不過氣動(dòng)使用的工作介質(zhì)時(shí)氣體，而本次設(shè)計(jì)使用的液動(dòng)夾緊裝置使用的工作介質(zhì)是壓力油。和氣壓夾緊方式分析比較，液壓方式的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）此種方式下能夠?qū)崿F(xiàn)比較大的傳動(dòng)力，而且夾具結(jié)構(gòu)比較簡單；一般情況下，液壓裝置里介質(zhì)的工作壓強(qiáng)能夠高達(dá)56.5MPa，和空氣動(dòng)力裝置相比，幾乎是氣壓方式的10倍多。所以油缸的尺寸不用很大就能實(shí)現(xiàn)較高的傳動(dòng)力。（2）油液可以是看作不可壓縮液體，因此夾緊比較穩(wěn)。（3）由第二點(diǎn)可以知道此種夾緊裝置的工作噪音比較小。液壓裝置的缺點(diǎn)是依

13、靠專門的液壓系統(tǒng)，成本也會(huì)比較高。本次設(shè)計(jì)的夾緊裝置的液壓系統(tǒng)里面的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是油缸，工作形式是做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。具有的優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)比較簡單，便于裝置的制造和維修，夾緊安全穩(wěn)定；質(zhì)量和體積不大，能夠?qū)崿F(xiàn)很大的傳動(dòng)力；工作慣性力不大，定位精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)換向；方便進(jìn)行遠(yuǎn)程操控以及自東控制等。根據(jù)文獻(xiàn)，根據(jù)實(shí)際需求選擇單桿單作用工作方式的活塞液壓缸，這種液壓缸的驅(qū)動(dòng)方式是屬于單向的，活塞的回程依靠彈簧的作用力實(shí)現(xiàn)。型號(hào)選擇YJZ型液壓泵，它的結(jié)構(gòu)原理圖如圖（2.2）所示 圖2.2 液壓缸簡圖液壓缸的有效作用面積S1計(jì)算方式是： （2.2） （2.3） （2.4）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊【14】可查得，在載荷造

14、成的負(fù)壓小于5KN，得到系統(tǒng)的工作壓力是0.8MPa。計(jì)算出S1=676mm。缸內(nèi)使用的密封方法是O形密封圈密封，同時(shí)通過Y形密封圈避免缸內(nèi)的壓力油漏出。2.3夾緊力的分析計(jì)算在銑削機(jī)床中工件不好確定夾緊點(diǎn)的位置的情況下，我們使用浮動(dòng)壓板分散著力點(diǎn)的辦法進(jìn)行確定；加大夾緊裝置和工件的工作面積。同時(shí)選用M16型號(hào)的夾緊螺栓。按照力平衡原理進(jìn)行分析，夾緊摩擦力矩是和銑削力矩相互平衡的，也就是。 式（2.5） (1) 銑削力矩。查詢切削用量簡明手冊，能夠得到計(jì)算方式： （2.6） 式中 CFZ=68.2，ae=18，Z =16 設(shè)：af=0.15，ap=7.25因此 =切削力矩 （2） 夾緊力的計(jì)算

15、。使用V形塊定位夾緊力計(jì)算公式 式（2.7）可以得到：其中K=2.0 , df=0.25計(jì)算出 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的夾具選擇的是雙壓板夾緊的方式，因此各個(gè)壓板受到的夾緊力是總夾緊力的二分之一，因此單位夾緊螺栓受到的夾緊力大小為： （3） 確定夾緊螺栓直徑。分析夾緊力的方向以及夾緊力作用情況，在對工件的銑削過程中，在鍵槽加工時(shí)進(jìn)行垂直進(jìn)刀過程中，此時(shí)切削力和夾緊力方向是一樣的，作用V形塊的定位支撐A上，作用z在V形塊定位支撐B上。切削扭矩M有使工件發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的趨勢。為避免工件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)位移，需要借助足夠的摩擦力矩來和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩進(jìn)行平衡。在對工件進(jìn)行銑削過程中，在進(jìn)行鍵槽銑削的時(shí)候，如果不考慮2個(gè)壓板和工

16、件直接接觸而造成的摩擦力矩，切到最底部位置時(shí)，受到的軸向力使最大的，此時(shí)是受力情況最不好的情況。如果夾緊作用點(diǎn)是P點(diǎn)（見圖 2.2），在這個(gè)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算，對系統(tǒng)進(jìn)行力矩平衡分析，同時(shí)對支點(diǎn)B求矩，也就是計(jì)算出：圖2.3是銑削受力分析，根據(jù)力矩平衡，計(jì)算出： 本次設(shè)計(jì)選擇的是對頂螺栓，計(jì)算出夾緊力高達(dá)3510N，完全滿足預(yù)期想要達(dá)到的夾緊力，因此夾緊力滿足要求。圖2.3 銑削受力圖2.4 夾緊力3 總 結(jié)通過本次設(shè)計(jì)，我收獲了許多，這次課程設(shè)計(jì)讓我知道設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品使所要用到的知識(shí)面非常廣，需要綜合考慮的東西非常多。本次設(shè)計(jì)充分鍛煉了我把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐過程的能力，和解決困難的能力。本次設(shè)計(jì)的專用

17、夾具是用于銑床加工的，夾具具有整體結(jié)構(gòu)比較簡單，便于制造和維修，加工精度和定位精度都很高，夾緊安全可靠以及大大減小勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，本次設(shè)計(jì)的銑床專用夾具用在臥式銑床上完成鍵槽的銑削時(shí)，加工出來的鍵槽以及圓弧槽無論是在外形尺寸還是定位精度等方面，都實(shí)現(xiàn)了良好的效果，各方面都能夠滿足預(yù)期的加工要求。參考文獻(xiàn)1黎佳妮,鄒新.銑床上加工多孔專用夾具的設(shè)計(jì)與研究J.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2019,40(05):189-190.2邢立明.淺析數(shù)控銑床加工特殊零件的夾具J.民營科技,2018(06):12.3江堅(jiān)毅.數(shù)控銑床加工滑桿的專用夾具設(shè)計(jì)工作研究J.內(nèi)燃機(jī)與配件,2018(08):103-104.4白李平.數(shù)控銑床加工輪軸零件的專用夾具設(shè)計(jì)J.模具制造,2017,17(08):72-76.5闕燚彬,毛丹丹.一種專用夾具的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化J.模具工業(yè),2017,43(06):16-19+22.6王丹,黃秋實(shí).銑床專用夾具的設(shè)計(jì)與研究J.科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017(06):142.7王軍歌.數(shù)控銑床加工中薄板類零件專