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第三章.夾具的設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度。在加工拔叉零件時，需要設計專用夾具。
根據(jù)任務要求中的設計內(nèi)容，需要設計加工銑鍵槽夾具。其銑叉子端面的夾具將用于銑床，刀具采用三面刃銑刀。
3.1 銑7槽夾具設計
3.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來粗、精銑鍵槽，滿足兩端面尺寸要求。在粗銑端面時，其他都是未加工表面。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。
3.1.2 定位基準的選擇
由零件圖可知：叉子兩內(nèi)端面對圓柱頭中心線有尺寸要求要求，其設計基準為圓柱頭的中心線。
采用￠35外圓V形塊定位, 采用螺旋壓緊機構(gòu)壓緊, ￠32用心軸定位.
3.2夾具方案的設計選擇
根據(jù)任務書要求，現(xiàn)設計夾具方案有：
方案一：采用壓板用螺栓聯(lián)接，利用汽缸夾緊，這種夾緊方式夾緊力可靠，輔助時間短，工人勞動強度小，但是成本高。
方案二：采用壓板，用螺栓、螺母聯(lián)接，利用手動夾緊，這種夾緊方式夾緊力小，但成本低。
本次設計零件為批量生產(chǎn)，要求成本低，且在加工過程中夾緊力要求不高，因此夾具夾緊方案選用方案二，利用螺栓、螺母手動夾緊。壓板選擇為直壓板。
3.2.1 切削力及夾緊分析計算
刀具材料：硬質(zhì)合金（高速鋼鑲齒立銑刀）
刀具有關幾何參數(shù)：
由參考文獻[13]表1-2-9 可得銑削切削力的計算公式：
查參考文獻[7]表得：
對于灰鑄鐵：
取 ， 即
所以
由參考文獻[3]表1-2可得：
垂直切削力 ：（對稱銑削）
背向力：
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[7]表可得：
所以
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu)，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如下：
圖3.1 移動壓板受力簡圖
由表得：原動力計算公式
即：
由上述計算易得：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
3.3 誤差分析與計算
該夾具外圓定位心軸定心，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)定的工序公差。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[13]可得：
⑴ 平面定位心軸定心的定位誤差 ：
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
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，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.5定向鍵與對刀裝置設計
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。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖 3.3 夾具體槽形與螺釘圖
根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如下：
表 3.1 定向鍵數(shù)據(jù)表
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
-0.014
-0.045
40
14
6
15
6
24
+0.023
7
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后加工，所以選用對刀塊。
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖 3.5 平塞尺圖
塞尺尺寸為：
表 3.2 平塞尺尺寸表
公稱尺寸H
允差d
C
3
-0.006
0.25
4.4確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu)
夾具體設計的基本要求
（1）應有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀塊或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面，應有適當?shù)某叽缇群托螤罹?，它們之間應有適當?shù)奈恢镁取?
為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理。
（2）應有足夠的強度和剛度
為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產(chǎn)生不允許的變形和振動，夾具體應有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設加強筋。
（3）應有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和使用性
夾具體一般外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性，應做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強度的前提下，應盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。
（4）應便于排除切屑
在機械加工過程中，切屑會不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時排除，切削熱量的積聚會破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對于加工過程中切屑產(chǎn)生不多的情況，可適當加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對于加工過程中切削產(chǎn)生較多的情況，一般應在夾具體上設置排屑槽。
（5）在機床上的安裝應穩(wěn)定可靠
夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上的相應表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，支承面積應足夠大，安裝基面應有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應中空，大型夾具還應設置吊環(huán)或起重孔。
確定夾具體的結(jié)構(gòu)尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。
4.5夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，應該注意提高生產(chǎn)率，但該夾具設計采用了手動夾緊方式，在夾緊和松開工件時比較費時費力。由于該工件體積小，工件材料易切削，切削力不大等特點。經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋夾緊機構(gòu)）。這類夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(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，心軸可采用可換的。以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整。在設計夾具時，應該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉。應使夾具結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序為精銑切削余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。
本夾具的最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單緊湊。夾具的夾緊力不大，故使用手動夾緊。為了提高生產(chǎn)力，使用快速螺旋夾緊機構(gòu)。