第1章 閥蓋鏜?28.5夾具設(shè)計
1.1 車床夾具設(shè)計要求說明
車床夾具主要用于加工閥蓋鏜?28.5夾具。采用的是普通臥式車床CA6140上進行加工，因而車床夾具的主要特點是工件加工表面的中心線與機床主軸的回轉(zhuǎn)軸線同軸。
（1） 安裝在車床主軸上的夾具。這類夾具很多，有通用的三爪卡盤、四爪卡盤，花盤，頂尖等，還有自行設(shè)計的心軸；專用夾具通常可分為心軸式、夾頭式、卡盤式、角鐵式和花盤式。這類夾具的特點是加工時隨機床主軸一起旋轉(zhuǎn)，刀具做進給運動
定心式車床夾具 在定心式車床夾具上，工件常以孔或外圓定位，夾具采用定心夾緊機構(gòu)。
角鐵式車床夾具 在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件的回轉(zhuǎn)端面時，由于零件形狀較復(fù)雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設(shè)計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具。
花盤式車床夾具 這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個T形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復(fù)雜工件的外圓和內(nèi)孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。
（2） 安裝在托板上的夾具。某些重型、畸形工件，常常將夾具安裝在托板上。刀具則安裝在車床主軸上做旋轉(zhuǎn)運動，夾具做進給運動。
由于后一類夾具應(yīng)用很少，屬于機床改裝范疇。而生產(chǎn)中需自行設(shè)計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以零件在車床上加工用專用夾具。
1.2車床夾具的設(shè)計要點
（1）定位裝置的設(shè)計特點和夾緊裝置的設(shè)計要求
當加工回轉(zhuǎn)表面時，要求工件加工面的軸線與機床主軸軸線重合，夾具上定位裝置的結(jié)構(gòu)和布置必須保證這一點。
當加工的表面與工序基準之間有尺寸聯(lián)系或相互位置精度要求時，則應(yīng)以夾具的回轉(zhuǎn)軸線為基準來確定定位元件的位置。
工件的夾緊應(yīng)可靠。由于加工時工件和夾具一起隨主軸高速回轉(zhuǎn)，故在加工過程中工件除受切削力矩的作用外，整個夾具還要受到重力和離心力的作用，轉(zhuǎn)速越高離心力越大，這些力不僅降低夾緊力，同時會使主軸振動。因此，夾緊機構(gòu)必須具有足夠的夾緊力，自鎖性能好，以防止工件在加工過程中移動或發(fā)生事故。對于角鐵式夾具，夾緊力的施力方式要注意防止引起夾具變形。
（2）夾具與機床主軸的連接
車床夾具與機床主軸的連接精度對夾具的加工精度有一定的影響。因此，要求夾具的回轉(zhuǎn)軸線與臥式車床主軸軸線應(yīng)具有盡可能小的同軸度誤差。
心軸類車床夾具以莫氏錐柄與機床主軸錐孔配合連接，用螺桿拉緊。有的心軸則以中心孔與車床前、后頂尖安裝使用。
根據(jù)徑向尺寸的大小，其它專用夾具在機床主軸上的安裝連接一般有兩種方式：
1)對于徑向尺寸D＜140mm，或D＜(2～3)d的小型夾具，一般用錐柄安裝在車床主軸的錐孔中，并用螺桿拉緊，如圖1-a所示。這種連接方式定心精度較高。
2)對于徑向尺寸較大的夾具，一般用過渡盤與車床主軸軸頸連接。過渡盤與主軸配合處的形狀取決于主軸前端的結(jié)構(gòu)。
圖1-b所示的過渡盤，其上有一個定位圓孔按H7/h6或H7/js6與主軸軸頸相配合，并用螺紋和主軸連接。為防止停車和倒車時因慣性作用使兩者松開，可用壓板將過渡盤壓在主軸上。專用夾具則以其定位止口按H7/h6或H7/js6裝配在過渡盤的凸緣上，用螺釘緊固。這種連接方式的定心精度受配合間隙的影響。為了提高定心精度，可按找正圓校正夾具與機床主軸的同軸度。
對于車床主軸前端為圓錐體并有凸緣的結(jié)構(gòu)，如圖1-c所示，過渡盤在其長錐面上配合定心，用活套在主軸上的螺母鎖緊，由鍵傳遞扭矩。這種安裝方式的定心精度較高，但端面要求緊貼，制造上較困難。
圖1-d所示是以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后，其端面與主軸端面只允許有0.05～0.1mm的間隙，用螺釘均勻擰緊后，即可保證端面與錐面全部接觸，以使定心準確、剛度好。
圖1 車床夾具與機床主軸的連接
過渡盤常作為車床附件備用，設(shè)計夾具時應(yīng)按過渡盤凸緣確定專用夾具體的止口尺寸。過渡盤的材料通常為鑄鐵。各種車床主軸前端的結(jié)構(gòu)尺寸，可查閱有關(guān)手冊
1.3 定位機構(gòu)
由零件圖分析加工閥蓋鏜?28.5夾具的加工要求，必須保證孔軸向和徑向的加工尺寸，得出，夾具必須限制工件的六個自由度，才可以達到加工要求。先設(shè)計夾具模型如下：
選擇定位元件為：定位心軸。定位心軸端面限制了X,Y,Z方向的移動自由度，定位心軸直徑35外圓處限制X,Y方向的轉(zhuǎn)動自由度?？梢?，定位方案選擇合理。
1.4夾緊機構(gòu)
選擇工件的夾緊方案，夾緊方案的選擇原則是夾得穩(wěn)，夾得勞，夾得快。選擇夾緊機構(gòu)時，要合理確定夾緊力的三要素：大小、方向、作用點。夾緊裝置的基本要求如下：
1. 夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置；
2. 夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉(zhuǎn)動、不震動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形。
3. 夾緊機構(gòu)的操作應(yīng)安全、方便、迅速、省力。
4. 機構(gòu)應(yīng)盡量簡單，制造、維修要方便。
分析零件加工要素的性質(zhì)，確定夾緊動力源類型為手動夾緊，夾緊裝置為壓板，壓緊力來源為螺旋力。夾具的具體結(jié)構(gòu)與參數(shù)見夾具裝配圖和零件圖。
5.4 切削力及夾緊力的計算
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀直徑12mm鏜刀,伸出桿60mm
① 切削力：查《現(xiàn)代機床夾具設(shè)計》P104表，得車削切削力計算公式：
圓周分力Fc = 902 Kp
徑向分力Fp = 2383Kp
軸向分力Ff =3326Kp
其中——背吃刀量 2.3mm
f——每轉(zhuǎn)進給量 0.16mm
Vc—切削速度m/min 60
Kp—修正系數(shù)1.08
所以切削時的各切削力
Fc1= 566.8N
Fp2=801.5N
Ff3= 416.4N
精車切削力：——背吃刀量0.5mm
f——每轉(zhuǎn)進給量 0.13mm
Vc—切削速度m/min 38
Kp—修正系數(shù) 1.08
所以切削時的各切削力
Fc1= 105.45N
Fp2= 57.23N
Ff3= 97.96N
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4.1 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)。
1.5零件的車床夾具的加工誤差分析
工件在車床夾具上加工時，加工誤差的大小受工件在夾具上的定位誤差、夾具誤差、夾具在主軸上的安裝誤差和加工方法誤差的影響。
如夾具圖所示，在夾具上加工時，尺寸的加工誤差的影響因素如下所述：
（1）定位誤差
由于端面既是工序基準，又是定位基準，基準不重合誤差為零。工件在夾具上定位時，定位基準與限位基準是重合的，基準位移誤差為零。因此，尺寸的定位誤差等于零。
（2）夾具誤差
夾具誤差為限位基面與軸線間的距離誤差，以及限位基面相對安裝基面的平行度誤差是0.01.
1 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：
（3）安裝誤差
因為夾具和主軸是莫氏錐度配合，夾具的安裝誤差幾乎可以忽略不計。
（4）加工方法誤差
如車床主軸上安裝夾具基準與主軸回轉(zhuǎn)軸線間的誤差、主軸的徑向跳動、車床溜板進給方向與主軸軸線的平行度或垂直度等。它的大小取決于機床的制造精度、夾具的懸伸長度和離心力的大小等因素。一般取
=/3=0.05/3=0.017mm
零件的車床夾具總加工誤差是：
精度儲備：
故此方案可行。
1.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu)
夾具體設(shè)計的基本要求
（1）應(yīng)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(yīng)有適當?shù)某叽缇群托螤罹?，它們之間應(yīng)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(yīng)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(yīng)有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設(shè)加強筋。
（3）應(yīng)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(fù)雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性，應(yīng)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(yīng)盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。
（4）應(yīng)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(yīng)在夾具體上設(shè)置排屑槽。
（5）在機床上的安裝應(yīng)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(yīng)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(yīng)盡量低，支承面積應(yīng)足夠大，安裝基面應(yīng)有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應(yīng)中空，大型夾具還應(yīng)設(shè)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。
1.6 零件的車床專用夾具簡單使用說明
（1）夾具的總體結(jié)構(gòu)應(yīng)力力求緊湊、輕便，懸臂尺寸要短，重心盡可能靠近主軸。
（2）當工件和夾具上個元件相對機床主軸的旋轉(zhuǎn)軸線不平衡時，將產(chǎn)生較大的離心力和振動，影響工件的加工質(zhì)量、刀具的壽命、機床的精度和安全生產(chǎn)，特別是在轉(zhuǎn)速較高的情況下影響更大。因此，對于重量不對稱的夾具，要有平衡要求。平衡的方法有兩種：設(shè)置平衡塊或加工減重孔。在工廠實際生產(chǎn)中，常用適配的方法進行夾具的平衡工作。
（3）為了保證安全，夾具上各種元件一般不超過夾具的圓形輪廓之外。因此，還應(yīng)該注意防止切削和冷卻液的飛濺問題，必要時應(yīng)該加防護罩。