夹紧力计算.docx
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夹紧力计算
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夹紧力计算
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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:
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=490afdbz(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=KKKKKKK(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:
(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。
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