夹具的设计分析与步骤

  Tess ·  2013-08-03 08:34  ·  8440 次点击
1概述
该零件(如图1所示)需要在长度为195毫米的工件一端加工出两个台阶圆,在以往加工类似工件时通常采用平口钳或三爪卡盘装夹,操作时不能很好的装夹和定位,且每加工完一个又要进行一次校正,加工效率不高,而且此工件外形为椭圆,不便于装夹和对刀。因此,设计了这种根据工件的具体形状和加工定位要求的专用夹具,既减轻了劳动强度,又便于工件的定位夹紧和加工,提高了生产效率。
1.1零件需要加工的部位分析
由图可见:零件的外轮廓是椭圆形状,材料为45#钢材,需要加工的部位有φ8、φ16两个阶梯型的圆柱,还有半径为R1深度为10mm的槽。同时需要保证其同轴度、位置度和尺寸精度。
1.2零件装夹的自由度分析
零件在加工前都要限制六个自由度中的五个自由度以上才能进行安全的加工操作,这六个限位自由度分别是X、Y、Z的转动和移动。我们在利用任何夹具装夹任何零件时都必须是围绕这六个自由度去考虑加工过程中的安全。所以我们在下面的夹具设计过程中要考虑达到加工的目的性,夹具的可行性,夹具使用的简便性和使用安全性。
2夹具的设计分析与步骤
2.1夹具的使用
不同的零件加工就会使用不同的夹具。铣床上用的铣床夹具、车床上用的车床夹具、钻床上用的钻床夹具、加工中心上用的夹具、线切割上用的夹具等,其共同的任务是把零件夹紧来完成加工。使用的场合不同其一些受到加工因素影响,力学分析、强度校核都随之而稍有不同。
实践经验告诉我们,在加工中心上进行加工,产生的机械加工力作用是必然的。所以我们夹具上的夹紧力一定要大于机械加工力才能保证我们安全加工。夹具体与工作台的表面有效接触面的平面度要高,才能保证夹紧力到位。
2.2夹具的拟定步骤
(1)根据零件的椭圆外形可以知道用一般的虎钳和三爪卡盘都是装夹不安全的,且难以定位。只有根据其外轮廓进行相应的夹具设计,利用轴孔配合的原理对夹具按照基轴制配合制作。根据零件的外轮廓形状,对其加工一个相应的包裹面进行夹紧。
(2)由于零件的总长度为195mm,所以在设计夹具的同时要考虑加工时夹紧力的保证强度和加工时的足够刚性。因此需要借助一些通用夹具进行组合使用,如垫块、直角靠板等。(此夹具主要保证的精度在于夹具椭圆轮廓与零件配合的误差。同时也要在磨床上保证外形面的垂直度和平行度还有平面度误差。)
2.3夹具的最终设计(如图2)
2.4自由度的限制分析
由图3所示,根据夹具的椭圆轮廓限制X、Y、Z轴的转动,X、Y轴的移动五个自由度。加上四个内六角螺丝(外R,也就是使螺丝和工件的接触为一个点,增大了受力)就也完全限制了Z轴的移动。
2.5定位误差与定位精度的分析
由于此专用夹具是针对性的,所以零件与夹具的配合相对而言是属于基孔制配合,此夹具的定位误差、精度与其它的一般夹具保证的条件不一样,它没有相互约束的条件。主要保证定位误差和精度的地方是椭圆轮廓尺寸,所以该尺寸的制造要求精度要特别的保证。外形面的垂直度、平面度、平行度误差都要在0.02mm范围内。
2.6夹具在加工过程中的受力分析与强度校核
零件在加工过程中会产生机械力,主要是切削阻力和一些材料在加工时的物理反应特性,所以在装夹的时候夹紧力给予适当的均匀分布,完全可以保证加工时的安全性能。
3夹具的制作方法
3.1夹具材料的选择与外形加工方法
考虑到各种钢材的加工性能和一些综合性能,结合材料选用2Cr13调质HRC28-30分析。此类材料属于马氏体类型不锈钢,该钢机械加工性较好。
材料毛肧尺寸为60×70×70mm。由设计图纸可得到这样的外形,其加工方法主要有以下两种:
(1)利用铣削、磨削的机械加工方法可以获得。首先把毛胚料在铣床上进行粗加工,加工出两个基准平面,快速去除多余的余量,把大致的外形加工出来,注意要保证其平行度与垂直度。需要辅助的装夹夹具是角度平面虎钳,万能角度尺子,百分表。粗加工完成后就利用平面磨床按图纸的要求进行精加工,要求特别保证其平行度、垂直度、平面度。辅助夹具为角度平面虎钳,万能角度尺,百分表。
(2)线切割加工。此类加工只需要按照图纸的要求进行编程,沿着外形的轨迹进行放电切割。
以上两种加工方法各有优缺点。第一种方法是传统的机械加工方法,加工时需要技术工人的劳动强度较大,加工时间长,加工精度保证得不够准确容易产生误差,但是它的加工成本较低。第二种加工方法是属于特殊加工,电脑控制加工,技术工人的劳动强度较低,加工精度可以得到保证,但是加工成本是普通加工的3倍以上。根据实际情况,节约成本,所以我们采用第一种方法进行加工。
3.2钻孔
主要用铣床加工。加工时,利用电子表对工件进行分中,找到相应加工位置加工出四个Φ6.8的通孔和Φ10的沉孔(深度为7mm),然后攻M8的螺纹。
3.3椭圆轮廓加工
为了达到轮廓精度,选用线切割加工,而且是与零件椭圆外形进行配割。首先在外形尺寸已加工好的材料中心点上利用铣床加工出一个Φ3的孔用于线切割穿丝,穿好丝后,按照图纸要求在电脑上绘出椭圆,然后生成3B代码进行加工,直至完成且达到要求。
3.4夹具的使用
此夹具需要一些其它的辅助材料才能使用。首先把直角座利用百分表校正后用螺栓固定在工作台上,然后用两块高度为50mm的垫铁把夹具垫高,使零件在夹具以上的长度变短,提高加工时的刚性,让夹具的一个侧面与直角座的直角边贴合,用百分表把夹具校正好,然后用压板和螺栓将夹具压紧固定在工作台上,使夹具在工作台上处于良好的加工位置状态。如图4所示。
4零件在夹具上的使用及零件加工
4.1零件的装夹
夹具在加工中心上固定后把椭圆棒装入夹具中,由于夹具用垫块垫高了,所以椭圆棒的一端可以与工作台贴合,锁紧四个螺丝,使椭圆棒不能往上移动。
4.2碰边分中(如图5)
工件装夹好后,利用对刀棒进行碰边分中,由于夹具外形的尺寸都是标准的,所以X轴和Y轴都是直接碰夹具两边,然后分中就可以了,分中后夹具的中心就是椭圆棒的中心。
4.3零件加工
工件对好刀后,把对刀棒拆下换上刀具进行加工。首先按照图纸要求绘出图纸编写出加工的程序,然后根据材料、零件加工面的要求和去除余量的多少来选择刀具,先选用Φ10的平刀进行粗加工,把大部分余量去除后选择比粗加工时转速高点进行精加工,直至两台阶圆达到要求。然后换上Φ2的平刀加工10mm深的两条槽,也跟加工台阶圆一样分粗、精加工,直至达到要求。
结语
该夹具结构简单,夹具体制造方便,采用该夹具在加工中心上能更好的定位及加工。制作夹具是保证产品质量和提高生产效率的一种有效途径。如果每个零件都用公用夹具来装夹和校正可想而知浪费了多少时间,所以为这批零件制作一套专用夹具确实大大的提高了生产效率。但是此夹具也有一定缺陷,如零件太长,加工时刚性较低;还有就是因为要达到零件和夹具的配合要求,所以选择配割加工,固加工难度较大,时间较长。

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