夹紧力计算.docx

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夹紧力计算

作者：

旧在几

作品编号：

2254487796631145587263GF24000022

时间：

2020.12.13

4.1.2夹紧力计算及夹紧气缸的设计

1、夹紧力的计算

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

d0---铣刀外径（mm）

ap---铣削深度（mm）

z---铣刀齿数

确定各参数值:

（1）.铣刀外径d0＝315mm；

（2）.铣刀齿数Z＝16；

（3）.每齿进给量af是铣刀每转一个刀齿时铣刀对工件的进量:

af＝Vf/（z·n）＝360/（16×720）＝0.031mm/r

（4）.铣削深度ap对于端铣刀是指平行于铣刀轴线测量的被铣削层尺寸:

ap＝1.5mm

（5）.铣削宽度aw对于端铣刀是指垂直于铣刀轴线测量的被切削层尺寸:

aw＝240mm

（6）.修正系数KFZ取1.6；

由表查得:

cF＝7750xF＝1.0yF＝0.75

uF＝1.1wF＝0.2qF＝1.3

Fz=276.5N=28Kg

（7）.理论所需夹紧力计算

确定安全系数:

总的安全系数k＝k1·k2·k3·k4

k1----一般安全系数；k1取1.7；

k2----加工状态系数；由于是精加工，所以k2取1；

k3----刀具钝化系数；k3取1.4；

k4----断续切削系数；k4取1.2；

∴k＝1.7×1×1.4×1.2≈3

W＝k·p＝3×28kg＝84kg

2.气缸的选择

Ｑ＝Ｗ/（i·η1·n）＝84/（0.8×0.8×3）＝44kg

由气缸传动的计算公式：

Ｑ＝Ｐ·（πＤ2/4）·η

式中:

Ｐ--压缩空气压力＝6atm＝6kg/cm2

η--气缸摩擦系数，取0.8

i—压板与工件的摩擦系数,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的气缸。

但是，考虑到由于铣削过程中每个刀齿的不连续切削，作用于每个刀齿的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的振动，因此，夹具需有足够的夹紧力。

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的影响，为安全可靠起见，选择直径为63mm的气缸。

4.2铣侧面工装定位精度计算

定位误差是由基准位移误差和基准不重和误差组成的。

下面对工序尺寸31.85±0.075的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，定位基准的转角

x2max----定位孔与菱形销之间的最大配合间隙

x1max----定位孔与圆柱销之间的最大配合间隙

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，定位基准是由底平面B和２－φ6.045

孔组成。

而工序尺寸31.83±0.4的工序基准为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铣削力的计算

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）

z---铣刀齿数

确定各参数值:

1、铣刀外径d0＝125mm；

2、铣刀齿数Z＝8；

3、每齿进给量af是铣刀每转一个刀齿时铣刀对工件的进量:

af＝vf/（z·n）＝638/（8×1120）＝0.071mm/r

4.铣削深度ap对于端铣刀是指平行于铣刀轴线测量的被铣

削层尺寸:

ap＝1mm

5.铣削宽度aw对于端铣刀是指垂直于铣刀轴线测量的被切削层尺寸:

aw＝70mm

6.修正系数KFZ取1.6；

由表查得:

cF＝7750xF＝1.0yF＝0.75

uF＝1.1wF＝0.2qF＝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：

作者：

旧在几

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2020.12.13

根据公式可知：

RB＝P＝168N

（2）弯矩计算如下：

已知：

P：

168NL：

420mm

MB＝－PL＝－168×0.42＝－70.56N.m

（3）底板转角计算如下：

已知：

P：

168NL：

420mmE：

200GPaI：

364583mm4

　θA＝－168×4202/（2×200×364583）＝0.00108°

2、由上图可知：

（1）夹具底所承受的最大弯矩：

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）=40.32×10-2N/mm2

因为：

σmax=40.32×10-2N/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中的方案三，选择工序60粗铣G面的夹具设计，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确定定位方案和定位元件

根据零件结构和工序安排，本工序加工时的主要定位基准（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，方案二的定位面积要大一些，而且与其它工序相适应，可以在整个工艺过程中采用统一的定位基准。

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，宜用于底面上的支承。

图3.1B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的间隙，切屑落进不易清除，宜用于侧面或顶面的支承。

图3.2B型支承板

3.3切削力及夹紧力的分析计算

3.3.1切削力的计算

本工序为用硬质合金端铣刀粗铣G面，根据手册[1]，铣削切削力的计算公式为：

F=490a

f

d

b

z（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—铣刀的齿数。

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夹紧力的计算

根据手册[1]，夹紧力的计算公式为：

F

=

（3.2）

K=K

K

K

K

K

K

K

（3.3）

式中F

—实际所需的夹紧力（N）；

F—切削力（N）；

—夹紧元件与工件间的摩擦因数；

—工件与夹具支承面间的摩擦因数；

K—安全系数；

K

~K

—各种因数的安全系数。

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

每个气缸可提供的夹紧力为7000N，则2F=14000N>9418N，可满足要求。

3.4定位误差的分析验算

夹具的主要功能是用来保证工件加工表面的位置精度，影响位置精度精度的主要因素有三个方面：

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旧在几

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2254487796631145587263GF24000022

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2020.12.13

（1）工件在夹具中的安装误差，它包括定位误差和夹紧误差。

（2）夹具在机床上的对定误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位置误差。

（3）加工过程中出现的误差，它包括机床的几何精度、运动精度，机床、刀具、工件和夹具组成的工艺系统加工时的受力变形、受热变形，磨损，调整，测量中的误差，以及加工成形原理上的误差等。

第三项一般不易估算，前两项和不大于工件允许的三分之二为合格。

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，在允许的范围内。

作者：

旧在几

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2254487796631145587263GF24000022

时间：

2020.12.13