夹紧力计算.doc

4、1、２ 夹紧力计算及夹紧气缸得设计
1、夹紧力得计算
工件材料为AS９U3,大平面加工余量为1、5mｍ,采用硬质合金端铣刀加工，切削力查参考文献〔1〕可根据如下公式计算:
式中：Fz —--铣削力（Ｎ)
　 　aｆ-—－每齿进给量（mm／r)
aw-——铣削宽度（ｍｍ)
KFＺ———铣削力修正系数ﻭ ｄ0—-－铣刀外径(mm）
　 　ap—－—铣削深度(mm)
　 z－——铣刀齿数
确定各参数值： ﻭ(1)、铣刀外径d0=３１5mm；　
（２)、铣刀齿数Z=1６;　ﻭ(３）、每齿进给量ａf就是铣刀每转一个刀齿时铣刀对工件得进量:
　 　 af=Vｆ／（z·n）＝360/（１６×720)＝0、０31ｍm／ｒ
(4）、铣削深度ap对于端铣刀就是指平行于铣刀轴线测量得被铣削层尺寸:
　ap=1、５mm
(5)、 铣削宽度aw对于端铣刀就是指垂直于铣刀轴线测量得被切削层尺寸:
　　　 　 aw＝２４0mｍ
(６)、 修正系数KFZ取1、6；
由表查得: ｃF＝7７5０　 　　　 xF＝１、０ 　 　 　yF＝0、7５
　 　 　 ｕF=1、１ 　 wＦ＝0、2 　 　 ｑF＝1、3

Fz＝2７6、５N=2８Kg
（7）、 理论所需夹紧力计算
确定安全系数：
总得安全系数k=k１·k2·k３·k４
k1——--　一般安全系数;　k1取1、7; ﻭ 　k2—-－—加工状态系数； 由于就是精加工，所以k2取1；
　k３———-刀具钝化系数； ｋ3取1、4; ﻭ　 k4—--－断续切削系数; k4取1、2； ﻭ ∴ k=１、7×1×１、4×１、２≈3ﻭ W＝k·p＝3×28ｋg＝84kg
2、 气缸得选择
Q＝W/（i·η1·n)＝84／（0、8×0、8×3）＝44kgﻭ 　 由气缸传动得计算公式：
　　 Q＝Ｐ·(πＤ２／4)·ηﻭ　 式中:　P—-压缩空气压力＝６aｔm＝6kｇ/ｃm２
η-—气缸摩擦系数,取0、8ﻭ 　 　　　 ｉ-压板与工件得摩擦系数,取０、8
n—夹紧气缸个数，本夹具为３
Ｄ-－气缸直径(cm)

D=3４、2ｃm
通过以上理论计算,可以选择直径为５０ｍm得气缸。但就是，考虑到由于铣削过程中每个刀齿得不连续切削，作用于每个刀齿得切削力大小及方向随时都在变化，致使在铣削过程中产生较大得振动，因此,夹具需有足够得夹紧力。此外还考虑到工厂所供压缩空气压力不稳定,零件加工余量发生变化,零件材料缺陷，以及其它不可预见性因素得影响，为安全可靠起见,选择直径为63mm得气缸。
４、２ 铣侧面工装定位精度计算
定位误差就是由基准位移误差与基准不重与误差组成得。下面对工序尺寸31、85±0、０75得定位误差进行分析计算。
4、２、１ 基准直线位移误差△x1
定位孔尺寸为φ6、０45,园柱定位销尺寸为φ６、0４5，因工件定位后处于垂直状态,由于自重定位孔与定位销总就是单方向接触,所以基准直线位移误差为:
△x1=0
4、２、2 基准角位移误差△ｘ2
由图可知2—Φ6、０45孔中心距
　 　　L＝=414、6mｍ
定位时因零件自身重量，使得两定位孔移动方向相同。
　∴ tg△θ=（x2ｍａｘ－ｘ１max）／(2L）
式中:△θ　——-—两定位孔同向移动时，定位基准得转角
　 x2ｍax————定位孔与菱形销之间得最大配合间隙
　 x1max ————定位孔与圆柱销之间得最大配合间隙
　 L -——-两定位孔中心距
菱形销尺寸为φ6,定位孔尺寸为φ6、045
　∴x2max＝0、02２+０、０28+0、045＝0、9５mm
　 x1max＝０、0２2＋0、028＝０、05ｍｍ
　 tｇ△θ=（ｘ2ｍaｘ－x1max)/（２Ｌ)＝(０、9５-０、０５）／(２X４14、6)
　 　 ＝0、54×10—4
　 　 　 　 △θ＝０、０03°
加工面(长240)两端角位移误差△x2'为:
　　　 　 　 　 240×ｓｉn△θ=0、013ｍｍ
4、2、3 基准不重合误差△B
由工序简图可知,定位基准就是由底平面Ｂ与2-φ６、０45孔组成。而工序尺寸31、83±0、４得工序基准为φ６、045孔。所以基准不重合误差△B=0ｍm.
　　 定位误差△Ｄ＝△ｘ1＋△x２+△Ｂ
　　　 　 　 =0+0、01３+0=0、01３mm
由于0、013mm＜〈±0、０75mm，故能很好地满足加工精度求.
4、３ 铣侧面工装设计
4、3、1 铣削力得计算
工件材料为铸造铝合金。侧平面加工余量为1mm。采用硬质合金端铣刀加工。切削力可根据如下公式计算:

式中：Fz ---铣削力(N）
　 af－－-每齿进给量(mm/r)
　　　aw--—铣削宽度(ｍｍ）
　 KＦZ——-铣削力修正系数
d0－－－铣刀外径(mｍ)
　 　 ap—－-铣削深度(mｍ）ﻭ　　 z--—铣刀齿数
确定各参数值：
１、铣刀外径d０＝125mm； ﻭ2、铣刀齿数Z＝8；
3、每齿进给量af就是铣刀每转一个刀齿时铣刀对工件得进量：　ﻭ 　 　 af=vｆ/（z·ｎ)=６3８/(8×11２0）＝0、071ｍm/ｒ
4、 铣削深度ａｐ对于端铣刀就是指平行于铣刀轴线测量得被铣 　 　
削层尺寸:　
　 ap=1mｍ
5、 铣削宽度aｗ对于端铣刀就是指垂直于铣刀轴线测量得被切削层尺寸:　
　 aw＝70mm
6、 修正系数KFZ取1、6;
由表查得: ｃＦ＝７７50 　 xF=1、０ 　 　 　　ｙF=0、7５
　 　 uＦ=1、１ 　　　wF＝0、2 　 qF＝1、３

　　　 =168Ｎ=１７Kg 　 　 　 　
４、3、2 铣削夹具底板强度校核
1、夹具底板受力分析
底板材料采用４5钢,其屈服极限σs=245N／ｍm2,安全系数ns＝１、5。
故其许用应力［σ］＝σs/ ｎs＝245／１、5＝１6３Ｎ/ｍｍ2
许用剪切应力[τ]=0、６[σ］=0、6×163N/mm2=９８Ｎ/mm2
底板受力情况如下图所示：

图4、3 底板受力图
(1）支承反力计算如下:

根据公式可知:RＢ=P=1６8N
(2)弯矩计算如下:

已知:P:１６8N L：420mm 　 　
MB＝－ＰL=-1６8×0、42=-70、５6N、ｍ
(3）底板转角计算如下：

已知：Ｐ:1６8N　　L：420mｍ E:200GPａ I:364５83ｍm4
θA=－168×4202/(2×2００×36４5８３) =0、00１08°
2、由上图可知：
(１)夹具底所承受得最大弯矩：
Qmax＝168N
Mmaｘ=１68×0、42＝70、５6N、m
(2)对截面尺寸进行校核
弯曲正应力：Wz＝bｈ２/6=２80×２５2／6=1、75×10５mｍ３
σmaｘ=Ｍmａx/Wz=7０、５6×103/（1、７5×105)=4０、32×10-2 N／ｍm2
因为：σmax＝40、３2×10—２ N/mm２<[σ]=１6３Ｎ/ｍｍ２
另:底板受力转角仅为0、00１0８°,故可忽略,不予考虑．
所以:底板所选截面2８０×2５完全满足强度要求。
第三章夹具设计
3、1选择工序
工艺过程为２、3、2中得方案三,选择工序60粗铣Ｇ面得夹具设计，在此工序前顶面B,底面F，左侧面E已经加工完毕，加工要求保证距E面尺寸106、9ｍm、
３、2确定定位方案与定位元件

根据零件结构与工序安排,本工序加工时得主要定位基准(限制三个自由度)有二种方案可供选择：
（1)以顶面B作为主要定位基准.
（２）以底面Ｆ作为主要定位基准。
方案一与方案二相比较，方案二得定位面积要大一些,而且与其它工序相适应,可以在整个工艺过程中采用统一得定位基准.因此，本工序决定以底面F为主要定位基准。定位元件选择支承板Ｂ10×90(GＢ2２3６-80)，带有排屑槽,切屑易清除,宜用于底面上得支承．

图３、１ Ｂ型支承板
辅助定位面选择左侧面E(限制两个自由度)，定位元件选择支承板A1０×９0（GB222６—80),螺钉头处有１～2ｍm得间隙,切屑落进不易清除,宜用于侧面或顶面得支承。
图3、2 Ｂ型支承板
3、3切削力及夹紧力得分析计算
3、3、1切削力得计算
本工序为用硬质合金端铣刀粗铣G面，根据手册［1],铣削切削力得计算公式为:
　 　 　 　F=4９0afdbz 　 　 　 (3、１）
注：式中 　F—铣削力（N);
ａ—铣削深度（mm）;
f—每齿进给量(mm／z)；
d—铣刀直径(mｍ）;
b—铣削宽度（mm）;
z-铣刀得齿数。
其中,ａ=2、３ｍm,f=０、2８mm/z，d=１6０mm,b＝78mm,z=8,所以
F＝490×２、3×0、28×１6０×78×8
=110８Ｎ
3、3、2夹紧力得计算
根据手册[1]，夹紧力得计算公式为:
　　 　 　 　 　 　 　 　 　Ｆ= 　 　 　 　　 　　（3、2)
　　 　 　 　 　 K＝KＫKKKKK 　　 　 　　 　 (3、3）
式中 F-实际所需得夹紧力(N)；
　 F—切削力(N）;
-夹紧元件与工件间得摩擦因数;
—工件与夹具支承面间得摩擦因数；
K-安全系数;
K~Ｋ—各种因数得安全系数。
根据[1］表17-１０、表17-11，K=1、２，K＝１、2,K＝１、2,K＝1、０,K=1、0,K＝1、0,
K=１、0,则
K=１、2×1、2×1、２×１、０×1、0×1、０×１、0＝1、7
根据[7]表１8－１,=0、1,=0、1,则
F=
=9418N
每个气缸可提供得夹紧力为7000N,则2F=14０００N>９418N，可满足要求。
3、4定位误差得分析验算
夹具得主要功能就是用来保证工件加工表面得位置精度，影响位置精度精度得主要因素有三个方面:
(1)工件在夹具中得安装误差,它包括定位误差与夹紧误差。
(2)夹具在机床上得对定误差,指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动得位置误差。
（3)加工过程中出现得误差，它包括机床得几何精度、运动精度,机床、刀具、工件与夹具组成得工艺系统加工时得受力变形、受热变形,磨损,调整，测量中得误差,以及加工成形原理上得误差等。
第三项一般不易估算，前两项与不大于工件允许得三分之二为合格。常用符号表示.根据[1]表１７-9，
　 　 　=2(H—h)tａｎ 　 　　　 　　　 　（3、4）
如图３、1：

图3、3
其中H=９８mｍ,h＝５1mm,=0、1º，则
=2×（98—51）×tan0、1º
=0、１6mm
根据手册［1],加工精度等级IT=8,根据《几何量公差与检测》[8］附表3－２,公差为0、5４mm,在允许得范围内。