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機(jī)械浮動(dòng)密封座銑床夾具設(shè)計(jì)

2022-3-30 來源：沈陽工學(xué)院作者：朱曉慧任延舉陳召光

摘要：本文在對(duì)機(jī)械浮動(dòng)密封座的性能及加工特點(diǎn)的研究基礎(chǔ)之上,為滿足企業(yè)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的要求，設(shè)計(jì)用來銑削浮動(dòng)密封座鍵槽的銑床夾具。

關(guān)鍵詞：浮動(dòng)密封座；銑削加工；夾具設(shè)計(jì)

隨著機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率的要求也越來越高，大批量生產(chǎn)成為時(shí)代的需求，而一些普通機(jī)床就可以滿足這一需求，其中，夾具的設(shè)計(jì)和使用更是有效地適應(yīng)了生產(chǎn)對(duì)效率的要求[1]。為此，本次設(shè)計(jì)在對(duì)浮動(dòng)密封座的加工工藝進(jìn)行分析的前提下，根據(jù)銑削特點(diǎn)為浮動(dòng)密封座設(shè)計(jì)一套專用夾具。

1、機(jī)械浮動(dòng)密封座工藝分析

機(jī)械浮動(dòng)密封座的結(jié)構(gòu)形式如表 1 所示，根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下，可以考慮采用相應(yīng)的機(jī)床和夾具，并要求工序集中，以提高生產(chǎn)率。相應(yīng)的，也要考慮經(jīng)濟(jì)效益，盡量在產(chǎn)品質(zhì)量不變的情況下，減少零件成本，提高收益。因此，零件的加工路線及方法如表 1 所示。

表 1 機(jī)械浮動(dòng)密封座加工工序表

2、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本夾具主要用來銑浮動(dòng)密封座鍵槽的夾具。本次加工的零件對(duì)象是浮動(dòng)密封座，加工的主要內(nèi)容是銑兩個(gè)鍵槽，便于零件與密封環(huán)配合。

2.1 定位設(shè)計(jì)

由零件圖可知，在銑浮動(dòng)密封座鍵槽的時(shí)候，浮動(dòng)密封座的左端面進(jìn)行了粗車、半精車加工，所以選擇已加工的左端面為定位基準(zhǔn)，并以中心孔作為輔助定位基準(zhǔn)進(jìn)行定位，限制工件要求的自由度，這樣工件就限制了相應(yīng)的自由度，從而達(dá)到了定位的目的[2]。

加工時(shí)應(yīng)限 X、Y、Z 方向旋轉(zhuǎn)，X、Y、Z 軸線方向移動(dòng)。設(shè)計(jì)夾具時(shí)，以定位端面與底面接觸限制了三個(gè)自由度,再是內(nèi)孔放個(gè)短圓柱銷限制了兩個(gè)自由度，最后在已加工的孔處放個(gè)菱形銷限制一個(gè)自由度工件定位，滿足六點(diǎn)定位原理，所選擇的定位元件為底板、短圓柱銷、菱形銷。定位誤差的計(jì)算分析如下：

定位誤差是指一批工件定位時(shí)，工序的基準(zhǔn)在加工的尺寸方向上的變化量最大值，以 ΔDW 表示，定位誤差是由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)位移誤差兩部分組成[3]。

2.1.1 以平面定位產(chǎn)生的定位誤差

2.1.2 圓柱孔定位的定位誤差

零件以圓柱孔定位時(shí)，定位基準(zhǔn)時(shí)孔軸心線[4]。其定位誤差與定位元件放置的方式、定位副的制造精度以及它們之間的配合性質(zhì)等有關(guān)。其中工件孔與短圓柱銷是間隙配合定位，因短圓柱銷垂直放置，所以孔與短圓柱銷是屬于任意邊接觸，即 ΔJB=0，短圓柱銷中心線的變動(dòng)范圍為以最大間隙 Xmax 為直徑的圓柱體，最大間隙發(fā)生在圓柱孔直徑最大與短圓柱銷直徑最小相配合時(shí)，且方向是任意的，故基準(zhǔn)位移誤差為：

2.2 夾緊方式設(shè)計(jì)

在選擇夾緊的方法時(shí)，考慮到以下幾個(gè)方面[5]：螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊點(diǎn)要應(yīng)支承點(diǎn)上接觸的零件平面；夾緊力應(yīng)盡量靠近切削部位，以減小阻力，提升機(jī)構(gòu)的性能和剛性；夾緊力應(yīng)作用在待加工零件的剛性較好的部位點(diǎn)；同時(shí)這個(gè)時(shí)候夾緊力的作用方向需要垂直于定位基準(zhǔn)面，以避免因夾緊力過大而破壞了待加工零件原有的定位靜狀態(tài)；在夾緊力靠近定位面的同時(shí)還要注意夾緊力不可以過大，要避免工件或夾具產(chǎn)生過大變形使得加工精度的降低。

同時(shí)，在加工時(shí)為了防止工件被加工時(shí)變形，一般采用多方位夾緊，減少零件表面損傷，使得單位面的夾緊力得以分散，平衡夾緊力，這樣就可以放在工件剛性差的表面加工，也可以放輔助支撐來減少夾緊力的平衡。因螺旋夾緊機(jī)構(gòu)可靠性、通用性較高，本次設(shè)計(jì)采用螺旋加緊方式。除此之外，本文還考慮了對(duì)刀裝置、定向裝置及夾具體的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2.1 銑削力及夾緊力的計(jì)算[2]

需要考慮銑削時(shí)的切削力的影響，根據(jù)文獻(xiàn)[4]可查得銑削力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為：

取相關(guān)參數(shù)計(jì)算可得銑削力 F 為 157N, 再根據(jù)零件夾緊時(shí)的受力分析，結(jié)合切削力和夾緊力的總體分析來確定加工過程中夾緊時(shí)的最大時(shí)的狀態(tài)，此次夾緊按靜平衡原則計(jì)算出理論夾緊力，最后還要確定安全系數(shù)值，兩者相乘，計(jì)算螺旋夾緊時(shí)所需的力：

由最后結(jié)論可知，計(jì)算出的實(shí)際夾緊力不大，選用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的目的就是為了夾具的結(jié)構(gòu)簡單易加工、易操作，完全符合最初的夾具設(shè)計(jì)理念。

2.3 其他夾具部件設(shè)計(jì)

2.3.1 夾具體設(shè)計(jì)

夾具體為所有夾具部件安放的基體，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，與定位件配合處的精度要求也較高，若剛度和強(qiáng)度不足，夾具在使用中會(huì)產(chǎn)生較大變形或損壞，從而影響加工精度。

2.3.2 對(duì)刀元件和定向裝置

銑削對(duì)刀對(duì)加工精度影響較大，這里采用 L 形標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀結(jié)構(gòu)，座體為設(shè)計(jì)部件，保證對(duì)刀部位的位置精度，并具有一定的剛性即可。定向裝置采用定向塊保證銑削方向與機(jī)床的一致性。

2.4 夾具設(shè)計(jì)裝配繪制

最終設(shè)計(jì)的夾具總圖包括夾具體、對(duì)刀裝置、夾緊機(jī)構(gòu)、定位裝置、導(dǎo)向裝置等，具體形式示意圖如圖 2 所示。

圖1 機(jī)械浮動(dòng)密封座零件圖

圖2 機(jī)械浮動(dòng)密封座夾具裝配圖

3、總結(jié)

本次設(shè)計(jì)根據(jù)最初所給的零件圖、技術(shù)要求，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)及書籍資料，在分析零件掌握工藝和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在相關(guān)設(shè)計(jì)理念的支撐下，完成了銑床專用夾具的設(shè)計(jì)，整個(gè)夾具設(shè)計(jì)的體現(xiàn)了簡便、高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，對(duì)企業(yè)提高加工質(zhì)量及生產(chǎn)率極為有利。

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