三面43孔組合鉆床夾具設計

保揚殷瑩

（天津職業(yè)技術師范大學機械工程學院，中國 天津300222）

0 引言

組合機床夾具的結構和性能，對組合機床的配置方案選擇有很大的影響。所以夾具設計是整個組合機床設計的重要部分之一。

1 夾具設計和工藝規(guī)程

1.1 零件的分析

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，其中6.7（M8）孔6個（盲孔4個），8.5（M10）孔6個（盲孔），10.2（M12）孔1個（盲孔），右面要求加工螺紋底孔16個和四個固定孔，其中6.7（M8）孔16個（盲孔），13孔4個，后面要求加工螺紋底孔10個，其中6.7（M8）孔8個，8.5（M10）孔2個（盲孔），共計三面43孔，要求同時加工。

圖1 零件圖

1.2 確定毛坯制造形式

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522±0.25mm，高176±0.1mm,寬300mm，機體外形近似為長方體。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，不會引起工件變形。鉆削時產(chǎn)生的切削熱對加工精度也不會產(chǎn)生影響。

1.3 定位基準及夾緊點的選擇

正確選擇定位基準是確保加工精度的重要條件。本道工序是在機體的六個面精銑加工之后進行的，定位基準采用“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，x、y軸轉(zhuǎn)動三個自由度，由于接觸面較大，定位穩(wěn)定可靠，是主要定位基面，以右面為導向定位基準面，可消除x軸移動和z軸轉(zhuǎn)動兩個自由度，以小面作為止推定位面可消除y軸移動自由度，通過三面定位消除了工件的六個自由度，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，故采用四個夾緊點，以使夾緊力分布均勻，使夾緊點均勻布置在箱體的外壁上，直接對準夾具支承面，減少了工件的夾緊變形，有利于保證加工精度。

1.4 定位方案和定位元件

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的正下方，工件的箱壁處。

側定位板，也選用20Cr鋼制造，同時在工作面滲碳淬火，硬度為HRC59，左右兩側定位板的工作間距為301mm，即在工件的兩側共留有1mm的間隙，使導向準確。

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需要調(diào)整修配，在左側安裝一個凸輪壓緊機構，可使橫向定位可靠；前端面裝端面壓板，保證縱向定位可靠，同時可承擔一部分由后主軸箱產(chǎn)生的切削軸向力，以減小壓緊力。

1.5 夾緊機構的選擇

在綜合比較各種機動夾緊方式后，決定選用液壓夾緊方式。因為液壓夾緊具有操作簡便、動作平穩(wěn)、易于集中控制、程序控制和實現(xiàn)工序自動化、工作壓力高（一般為30-50bar）、油缸結構尺寸小、元件便于標準化等優(yōu)點。而且本機床為液壓驅(qū)動，配有液壓站，采用液壓夾緊系統(tǒng)可不比另外配置動力源。且使夾具結構簡單、緊湊。初步選定夾緊機構為在夾具的上蓋內(nèi)布置兩個液壓油缸直接聯(lián)接兩個浮動壓板，自上而下進行夾緊工作。

1.6 夾緊力計算

本機床夾緊點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（計算同前）。合力的大小為：ΣP=19992N。坐標位置為：（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（計算同前）。合力的大小為：ΣP=8402N。坐標位置為：（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、移動和顛覆的趨勢，所以應按這三種情況分別計算所需夾緊力，然后將計算結果加以比較，并取較大的夾緊值。

克服工件平移所需的夾緊力：由于工件多面同時受力，因此應按可能出現(xiàn)的最壞情況來計算所需的夾緊力。根據(jù)三面的切削力值，分析當開始加工時，由于各滑臺的進給阻力不等以及液壓系統(tǒng)工作不完全同步等原因，各動力箱不可能同時切削工件，左、右主軸箱同時工作時切削力相互抵消了一部分，但當右主軸箱和后主軸箱同時工作時產(chǎn)生的切削力最大，即所需夾緊力最大，此時需要的夾緊力為54214N。

克服工件轉(zhuǎn)動所需的夾緊力為4302N。

由于支承板夾緊點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。

以上分析結果確定夾緊力為54214N。

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