夹紧力计算

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＝0.75uF＝1.1wF＝0.2qF＝1.3FZwq0VwyfXPXFZKndZaaac25.0FfFFfFF1.00.751.11.30.277501.50.031240160.251.6315720ZF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·k4k1----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≈3W＝k·p＝3×28kg＝84kg2.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/cm2η--气缸摩擦系数，取0.8i—压板与工件的摩擦系数,取0.8n—夹紧气缸个数,本夹具为3Ｄ--气缸直径(cm)444463.140.8QDp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φ6.0450.0220，园柱定位销尺寸为φ6.0450.0130.028,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＝04.2.2基准角位移误差△x2由图可知2-Φ6.0450.0220孔中心距L＝22160348.65＝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φ60.0130.028，定位孔尺寸为φ6.0450.0220∴x2max＝0.022+0.028+0.045＝0.95mmx1max＝0.022+0.028=0.05mmtg△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＝0.013mm4.2.3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－φ6.0450.0220孔组成。而工序尺寸31.83±0.4的工序基准为φ6.0450.0220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/r4.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＝1mm5.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＝70mm6.修正系数KFZ取1.6；FZwq0VwyfXPXFZKndZaaac25.0FfFFfFF由表查得:cF＝7750xF＝1.0yF＝0.75uF＝1.1wF＝0.2qF＝1.31.00.751.11.30.277501.0.0717080.251.61251120ZF=168N=17Kg4.3.2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：168NL：420mmMB＝－PL＝－168×0.42＝－70.56N.m(3)底板转角计算如下：已知：P：168NL：420mmE：200GPaI：364583mm4θA＝－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=168NMmax=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=1.75×105mm3σmax=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=490ap0.1fz74.0d0.1bD90.0z（3.1）注：式中F—铣削力（N）；ap—铣削深度（mm）；fz—每齿进给量（mm/z）；d—铣刀直径（mm）；bD—铣削宽度（mm）；z—铣刀的齿数。其中，ap=2.3mm，fz=0.28mm/z，d=160mm，bD=78mm，z=8，所以F=490×2.30.1×0.2874.0×1600.1×7890.0×8=1108N3.3.2夹紧力的计算根据手册[1]，夹紧力的计算公式为：Fk=21KF（3.2）K=K0K1K2K3K4K5K6（3.3）式中Fk—实际所需的夹紧力（N）；F—切削力（N）；1—夹紧元件与工件间的摩擦因数；2—工件与夹具支承面间的摩擦因数；K—安全系数；K0~K6—各种因数的安全系数。根据[1]表17-10、表17-11，K0=1.2，K1=1.2，K2=1.2，K3=1.0，K4=1.0，K5=1.0，K6=1.0，则K=1.2×1.2×1.2×1.0×1.0×1.0×1.0=1.7根据[7]表18-1，1=0.1，2=0.1，则Fk=1.01.011087.1=9418N每个气缸可提供的夹紧力为7000N，则2F=14000N9418N，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：（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wD表示。根据[1]表17-9，BwD=2（H-h）tang（3.4）如图3.1：图3.3其中H=98mm，h=51mm，=0.1º，则BwD=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。