機械浮動密封座銑床夾具設計
2022-3-30 來源： 沈陽工學院 作者：朱曉慧 任延舉 陳召光
摘要：本文在對機械浮動密封座的性能及加工特點的研究基礎之上,為滿足企業實現批量生產的要求，設計用來銑削浮動密封座鍵槽的銑床夾具。
關鍵詞：浮動密封座；銑削加工；夾具設計
隨著機械制造業的不斷發展， 社會對生產效率的要求也越來越高，大批量生產成為時代的需求，而一些普通機床就可以滿足這一需求，其中，夾具的設計和使用更是有效地適應了生產對效率的要求[1]。 為此，本次設計在對浮動密封座的加工工藝進行分析的前提下，根據銑削特點為浮動密封座設計一套專用夾具。
1、機械浮動密封座工藝分析
機械浮動密封座的結構形式如表 1 所示， 根據零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經濟精度，在生產綱領已確定的情況下，可以考慮采用相應的機床和夾具，并要求工序集中，以提高生產率。 相應的，也要考慮經濟效益，盡量在產品質量不變的情況下，減少零件成本，提高收益。 因此，零件的加工路線及方法如表 1 所示。
表 1 機械浮動密封座加工工序表
2、夾具結構設計
本夾具主要用來銑浮動密封座鍵槽的夾具。 本次加工的零件對象是浮動密封座，加工的主要內容是銑兩個鍵槽，便于零件與密封環配合。
2.1 定位設計
由零件圖可知，在銑浮動密封座鍵槽的時候，浮動密封座的左端面進行了粗車、半精車加工，所以選擇已加工的左端面為定位基準，并以中心孔作為輔助定位基準進行定位，限制工件要求的自由度，這樣工件就限制了相應的自由度，從而達到了定位的目的[2]。
加工時應限 X、Y、Z 方向旋轉，X、Y、Z 軸線方向移動。 設計夾具時，以定位端面與底面接觸限制了三個自由度,再是內孔放個短圓柱銷限制了兩個自由度， 最后在已加工的孔處放個菱形銷限制一個自由度工件定位，滿足六點定位原理，所選擇的定位元件為底板、短圓柱銷、菱形銷。 定位誤差的計算分析如下：
定位誤差是指一批工件定位時， 工序的基準在加工的尺寸方向上的變化量最大值，以 ΔDW 表示，定位誤差是由基準不重合誤差和基準位移誤差兩部分組成[3]。
2.1.1 以平面定位產生的定位誤差
2.1.2 圓柱孔定位的定位誤差
零件以圓柱孔定位時，定位基準時孔軸心線[4]。 其定位誤差與定位元件放置的方式、 定位副的制造精度以及它們之間的配合性質等有關。 其中工件孔與短圓柱銷是間隙配合定位，因短圓柱銷垂直放置，所以孔與短圓柱銷是屬于任意邊接觸，即 ΔJB=0，短圓柱銷中心線的變動范圍為以最大間隙 Xmax 為直徑的圓柱體， 最大間隙發生在圓柱孔直徑最大與短圓柱銷直徑最小相配合時，且方向是任意的，故基準位移誤差為：
2.2 夾緊方式設計
在選擇夾緊的方法時，考慮到以下幾個方面[5]：螺旋夾緊機構的夾緊點要應支承點上接觸的零件平面； 夾緊力應盡量靠近切削部位，以減小阻力，提升機構的性能和剛性；夾緊力應作用在待加工零件的剛性較好的部位點； 同時這個時候夾緊力的作用方向需要垂直于定位基準面， 以避免因夾緊力過大而破壞了待加工零件原有的定位靜狀態； 在夾緊力靠近定位面的同時還要注意夾緊力不可以過大， 要避免工件或夾具產生過大變形使得加工精度的降低。
同時，在加工時為了防止工件被加工時變形，一般采用多方位夾緊，減少零件表面損傷，使得單位面的夾緊力得以分散，平衡夾緊力，這樣就可以放在工件剛性差的表面加工，也可以放輔助支撐來減少夾緊力的平衡。 因螺旋夾緊機構可靠性、通用性較高，本次設計采用螺旋加緊方式。 除此之外，本文還考慮了對刀裝置、定向裝置及夾具體的機構設計。
2.2.1 銑削力及夾緊力的計算[2]
需要考慮銑削時的切削力的影響，根據文獻[4]可查得銑削力的經驗計算公式為：
取相關參數計算可得銑削力 F 為 157N, 再根據零件夾緊時的受力分析， 結合切削力和夾緊力的總體分析來確定加工過程中夾緊時的最大時的狀態， 此次夾緊按靜平衡原則計算出理論夾緊力，最后還要確定安全系數值，兩者相乘，計算螺旋夾緊時所需的力：
由最后結論可知，計算出的實際夾緊力不大，選用螺旋夾緊機構的目的就是為了夾具的結構簡單易加工、易操作，完全符合最初的夾具設計理念。
2.3 其他夾具部件設計
2.3.1 夾具體設計
夾具體為所有夾具部件安放的基體， 必須具有足夠的強度和剛度， 與定位件配合處的精度要求也較高， 若剛度和強度不足，夾具在使用中會產生較大變形或損壞，從而影響加工精度。
2.3.2 對刀元件和定向裝置
銑削對刀對加工精度影響較大， 這里采用 L 形標準對刀結構，座體為設計部件，保證對刀部位的位置精度，并具有一定的剛性即可。 定向裝置采用定向塊保證銑削方向與機床的一致性。
2.4 夾具設計裝配繪制
最終設計的夾具總圖包括夾具體、對刀裝置、夾緊機構、定位裝置、導向裝置等，具體形式示意圖如圖 2 所示。
圖1 機械浮動密封座零件圖
圖2 機械浮動密封座夾具裝配圖
3、總結
本次設計根據最初所給的零件圖、技術要求，通過查閱相關文獻及書籍資料，在分析零件掌握工藝和特點的基礎上，在相關設計理念的支撐下，完成了銑床專用夾具的設計，整個夾具設計的體現了簡便、高效、經濟的特點，對企業提高加工質量及生產率極為有利。
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