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4 磨Φ100外圓夾具設(shè)計
4.1 磨床夾具設(shè)計要求說明
利用本夾具主要用來加工磨Φ100外圓，加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應(yīng)滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準。同時，應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。
生產(chǎn)中需自行設(shè)計的較多是安裝在磨床主軸上的專用夾具，所以零件在磨床上加工用專用夾具。
4.2 磨床夾具的設(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
磨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)軸線與臥式磨床主軸軸線應(yīng)具有盡可能小的同軸度誤差。
心軸類磨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磨床前、后頂尖安裝使用。
4.3 定位機構(gòu)
圖4-2 定位機構(gòu)
由零件圖可知：在對磨Φ100外圓行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，底面孔進行了鉆、擴加工。磨Φ100外圓時為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，采用一面一銷再加兩個浮動支撐調(diào)節(jié)螺栓的定位方式，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。一面即底平面。
4.4 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。
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：
該夾具采用螺旋機構(gòu)，受力簡圖如下：
圖4-3 受力簡圖
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)。
4.5 零件的磨床夾具的加工誤差分析
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)定的尺寸公差。
與機床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴ 銷的定位誤差 ：
圖4-4 銷的定位
工件以圓孔在動配合心軸上定位，工件便會因自重始終使圓孔下母線和心軸上母線保持固定邊接觸．此時，工件上加工平面M 的工序基準(定位圓孔中心線)向下產(chǎn)生偏移， 由點移至點．因此，工序基準的極限位置變動量()就是加工尺寸h所產(chǎn)生的定位誤差．故有：
因為：
，
所以：
式中：一定位圓孔直徑公差；
一定位心軸直徑公差；
一定位圓孔的最大直徑；
一定位心軸的最小直徑；
一定位圓孔與定位心軸問的最小配合間隙。
上述推導(dǎo)過程中，等式是不成立的．因為點是工件軸心線與心軸軸心線的重合點，并不是定位基準的一個極限位置點，實際上工件會因自重(或其它外力)始終使圓孔上母線與心軸上母線保持接觸，加之最小配合問隙的存在，使工件定位基準(工件孔的軸心線)必然會向下移動，而不會與定位心軸的軸心線重合．
下面導(dǎo)出工件以圓孔定位時定位誤差計算中基準位移誤差的正確的計算公式．
如上圖所示，工件以內(nèi)孔D在圓柱心軸(或圓柱定位銷)上定位，是心軸(或定位銷)的軸心，即限位基準，C是對刀位置尺寸， 由于定位副有制造公差和配合間隙，使得定位基準(上件內(nèi)孔軸線)與限位基準(心軸軸線)不能重合，在夾緊力．或工件自重的作用下，定位基準相對于限位基準下移了一段距離，因而產(chǎn)生基準位移誤差．當工件孔的直徑為最大()， 定位銷的直徑為最小()，定位基準的位移量Y為最大()此時，定位基準的極限下移點為；工件孔的直徑為最小()，定位銷的直徑為最大() 時，定位基準的位移量Y為最小()此時，定位基準的極限下移點為．因此：
式中：
一定位圓孔直徑公差；
一定位心軸(或定位銷)直徑公差。
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
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(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
4.6 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。
4.7 零件的磨床專用夾具簡單使用說明
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構(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(yīng)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，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整換取。
（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。