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第5章 車φ176外圓面專用夾具
5.1 車床夾具設計要求說明
車床夾具主要用于車φ176外圓面夾具。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，由于零件形狀較復雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設計專用夾具。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。
由于后一類夾具應用很少，屬于機床改裝范疇。而生產(chǎn)中需自行設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。
5.2 車床夾具的設計要點
（1）定位裝置的設計特點和夾緊裝置的設計要求
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。
過渡盤常作為車床附件備用，設計夾具時應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，可查閱有關手冊。
5.3 定位機構(gòu)
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。分析零件圖知，三個拐徑中心線與基準面A、基準面B平行度公差Φ0.03，故選用基準面A及其端面來定位，另一端采用頂針，頂住工件，盡而實現(xiàn)工件的完全定位。本工序選用的定位基準為外圓、端面、中心孔定位，所以相應的夾具上的定位元件應是V型塊、支承釘。因此進行定位元件的設計主要是對V型塊、支承釘和頂尖進行設計。
5.4 切削力及夾緊力計算
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)的操作應安全、方便、迅速、省力。
4. 機構(gòu)應盡量簡單，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。
（1）刀具： 采用螺紋車刀
機床： CA6140臥式車床
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
（2）夾緊力的計算
選用夾緊螺釘夾緊機 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=12mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級
螺釘疲勞極限：
極限應力幅：
許用應力幅：
螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應力為
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經(jīng)校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠，
使用快速螺旋定位機構(gòu)快速人工夾緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力。
5.5 定位誤差分析
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C的平行度誤差是0.01.
（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
定位基準是基準A（左端Φ25的中心線），工序基準則在Φ30中心線上，是相互獨立的因素，故
=0.046/2+0.03=0.053（mm）
又=0.707=0.7070.01=0.007(mm)
則 =+=0.053+0.007=0.06(mm)
已知外圓的形位公差為0.25，故符合要求。
5.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu)
（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)某叽缇群托螤罹龋鼈冎g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。
如前所述，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。本道工序為車床夾具選擇了鉸鏈壓板與頂尖相配合的夾緊機構(gòu)，本工序為車切削余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。
圖5.1 夾具裝配圖
7
總 結(jié)
設計即將結(jié)束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結(jié)合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入社會打下了好的基礎。
設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了很多，也非常珍惜大學給我們的這次設計的機會，它將是我們設計完成的更出色的關鍵一步。
致 謝
這次設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了設計。
這次設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下他的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，他不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
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