三面43孔組合鉆床夾具設計

保揚殷瑩

（天津職業技術師范大學機械工程學院，中國 天津300222）

0 引言

組合機床夾具的結構和性能，對組合機床的配置方案選擇有很大的影響。所以夾具設計是整個組合機床設計的重要部分之一。

1 夾具設計和工藝規程

1.1 零件的分析

根據圖1知：螺紋孔的位置精度為±0.20mm。為了保證加工精度，鉆螺紋底孔位置精度應比螺紋底孔的位置精度提高±0.15mm。三面中，若以小面為后面，則左面要求加工螺紋底孔13個，其中6.7（M8）孔6個（盲孔4個），8.5（M10）孔6個（盲孔），10.2（M12）孔1個（盲孔），右面要求加工螺紋底孔16個和四個固定孔，其中6.7（M8）孔16個（盲孔），13孔4個，后面要求加工螺紋底孔10個，其中6.7（M8）孔8個，8.5（M10）孔2個（盲孔），共計三面43孔，要求同時加工。

圖1 零件圖

1.2 確定毛坯制造形式

被加工零件毛坯為鑄鐵件，材料為HT200，硬度為HB150-200。工件的自大輪廓尺寸為：長522±0.25mm，高176±0.1mm,寬300mm，機體外形近似為長方體。工件壁厚均均勻，剛性較好。由于加工為鉆削，切削力較穩定，加工孔直徑較小，不會引起工件變形。鉆削時產生的切削熱對加工精度也不會產生影響。

1.3 定位基準及夾緊點的選擇

正確選擇定位基準是確保加工精度的重要條件。本道工序是在機體的六個面精銑加工之后進行的，定位基準采用“三面定位”的方式。工件的底面與夾具支承面接觸定位，可消除z軸移動，x、y軸轉動三個自由度，由于接觸面較大，定位穩定可靠，是主要定位基面，以右面為導向定位基準面，可消除x軸移動和z軸轉動兩個自由度，以小面作為止推定位面可消除y軸移動自由度，通過三面定位消除了工件的六個自由度，使工件獲得完全定位。夾緊力的方向是由上而下。由于夾緊力較大，故采用四個夾緊點，以使夾緊力分布均勻，使夾緊點均勻布置在箱體的外壁上，直接對準夾具支承面，減少了工件的夾緊變形，有利于保證加工精度。

1.4 定位方案和定位元件

本夾具的定位方案為“三面定位”。為了保證留有一定的排屑空間，選用60mm的支承板，材料為20Cr，且工作面滲碳淬火，硬度為HRC59.為了防止夾緊變形，將兩條支承板布置在夾緊點的正下方，工件的箱壁處。

側定位板，也選用20Cr鋼制造，同時在工作面滲碳淬火，硬度為HRC59，左右兩側定位板的工作間距為301mm，即在工件的兩側共留有1mm的間隙，使導向準確。

后止推定位塊選用45鋼，淬火硬度HRC48-50。各定位元件在裝配時需要調整修配，在左側安裝一個凸輪壓緊機構，可使橫向定位可靠；前端面裝端面壓板，保證縱向定位可靠，同時可承擔一部分由后主軸箱產生的切削軸向力，以減小壓緊力。

1.5 夾緊機構的選擇

在綜合比較各種機動夾緊方式后，決定選用液壓夾緊方式。因為液壓夾緊具有操作簡便、動作平穩、易于集中控制、程序控制和實現工序自動化、工作壓力高（一般為30-50bar）、油缸結構尺寸小、元件便于標準化等優點。而且本機床為液壓驅動，配有液壓站，采用液壓夾緊系統可不比另外配置動力源。且使夾具結構簡單、緊湊。初步選定夾緊機構為在夾具的上蓋內布置兩個液壓油缸直接聯接兩個浮動壓板，自上而下進行夾緊工作。

1.6 夾緊力計算

本機床夾緊點選擇在定位支承面上，并在工件剛性最好的部位，即工件的外壁，可保證工件夾緊變形最小。

由前面的分析可知，夾緊力和切削力的方向互相垂直，切削力是靠夾緊力所產生的摩擦力來消除的，雖然工件較重，且工件重力與夾緊力同向，也可以抵消一部分切削力，但所需的夾緊力還是較大的。

在計算所需夾緊力之前，先將各面的切削力合成，求出其合力的大小及合力的位置，以便確定夾緊力。

合力的大小為：ΣP=12893（N）。合力的坐標位置為（x,y）：

左面合力在水平方向上偏離工件中心的距離為：522/2-247.1=13.9mm，在垂直方向上偏離工件中心的距離為：88-86.3=1.7mm。

右面合力（計算同前）。合力的大小為：ΣP=19992N。坐標位置為：（212.8,88）

右面合力在水平方向上偏離工件中心的距離為：522/2-212.8=48.2mm，在垂直方向上偏離工件中心的距離為：176/2-88=0(即位于工件中心)

后面合力（計算同前）。合力的大小為：ΣP=8402N。坐標位置為：（193,86）

后面合力在水平方向上偏離工件中心的距離為：300/2-193=43mm，在垂直方向上偏離工件中心的距離為：176/2-86=2mm

由于切削力均未作用在工件中心，因此工件在切削力的作用下產生平移、移動和顛覆的趨勢，所以應按這三種情況分別計算所需夾緊力，然后將計算結果加以比較，并取較大的夾緊值。

克服工件平移所需的夾緊力：由于工件多面同時受力，因此應按可能出現的最壞情況來計算所需的夾緊力。根據三面的切削力值，分析當開始加工時，由于各滑臺的進給阻力不等以及液壓系統工作不完全同步等原因，各動力箱不可能同時切削工件，左、右主軸箱同時工作時切削力相互抵消了一部分，但當右主軸箱和后主軸箱同時工作時產生的切削力最大，即所需夾緊力最大，此時需要的夾緊力為54214N。

克服工件轉動所需的夾緊力為4302N。

由于支承板夾緊點均勻分布在箱體外壁，且切削力基本位于工件中心，故產生的顛覆力矩很小，可忽略不計。

以上分析結果確定夾緊力為54214N。

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