机床夹具在设计过程中夹紧力的计算.pdf

1、收 稿 日 期 :2006 年 10 月 机 床 夹 具 在 设 计 过 程 中 夹 紧 力 的 计 算 刘 俊 成 自 贡 硬 质 合 金 有 限 责 任 公 司 摘 要 :在 机 床 夹 具 的 设 计 过 程 中 ,夹 紧 力 起 着 非 常 重 要 的 作 用 。 本 文 结 合 应 用 实 例 ,主 要 介 绍 了 在 实 际 加 工 中 如 何 正 确 计 算 夹 紧 力 的 大 小 ,基 本 思 路 是 根 据 静 力 平 衡 原 理 求 出 理 论 夹 紧 力 的 大 小 ,然 后 乘 以 安 全 因 数 得 到 合 理 的 实 际 夹 紧 力 的 大 小 。 关 键 词 :夹

2、 具 , 夹 紧 力 , 静 力 平 衡 原 理 , 计 算 方 法 Calculation of Chucking Force in Designing Process of Machine Tool Clamp Liu Juncheng Abstract : The chucking force is very important in designing process of machine tool clamp. With examples , the calculation of the chucking force in machining process is expatiate

3、d , the factual chucking force is equal to the product of the safety factor and the theoretical chucking force , which is figured out by principle of statical equilibrium. Keywords :clamp , chucking force , principle of statical equilibrium , calculation method 1 引 言 在 机 床 上 加 工 零 件 时 ,为 了 保 证 加 工 精

4、 度 ,必 须 先 对 工 件 进 行 定 位 并 将 其 夹 紧 。 夹 具 夹 紧 力 的 作 用 主 要 用 来 保 证 工 件 的 定 位 基 准 与 定 位 件 保 持 良 好 的 接 触 ,使 加 工 时 不 致 于 受 切 削 力 、 离 心 力 、 惯 性 力 、 工 件 自 重 等 作 用 而 移 位 。 夹 紧 力 通 过 其 大 小 、 作 用 点 和 方 向 来 体 现 1 ,2 ,在 夹 具 设 计 过 程 中 十 分 重 要 。 2 夹 紧 力 大 小 的 计 算 确 定 夹 紧 力 大 小 的 原 则 是 ,夹 紧 时 不 得 破 坏 工 件 的 准 确 定 位

5、,工 件 在 夹 紧 后 的 变 形 和 受 压 表 面 的 损 伤 不 允 许 超 过 技 术 条 件 所 允 许 的 范 围 2 ,4 。 夹 紧 力 直 接 影 响 工 件 的 安 装 可 靠 性 、 夹 紧 变 形 、 定 位 准 确 性 和 加 工 精 度 。 实 际 加 工 过 程 中 ,影 响 夹 紧 力 的 因 素 很 多 ,计 算 也 非 常 复 杂 5 。 严 格 意 义 上 说 ,夹 紧 力 是 一 个 粗 略 的 估 算 值 。 机 械 加 工 时 ,工 件 受 到 切 削 力 、 离 心 力 、 惯 性 力 、 工 件 自 重 等 作 用 ,为 了 保 证 夹 紧 可

6、 靠 ,夹 紧 力 必 须 与 上 述 各 力 相 平 衡 。 但 不 同 情 况 下 ,各 种 力 的 方 向 、 大 小 都 不 相 同 ,因 此 不 能 用 通 式 来 描 述 夹 紧 力 与 各 力 之 间 的 关 系 。 为 简 化 计 算 ,一 般 只 考 虑 主 要 外 力 的 影 响 ,从 夹 紧 可 靠 的 前 提 出 发 ,根 据 静 力 平 衡 原 理 , 列 出 静 力 平 衡 方 程 式 1 ,3 ,加 工 过 程 中 取 不 利 状 态 所 需 夹 紧 力 的 大 小 ,即 理 论 夹 紧 力 大 小 FJ ,再 乘 以 安 全 系 数 K作 为 实 际 夹 紧 力

7、 FJO ,即 FJO = KFJ 式 中 , FJO为 实 际 所 需 要 的 夹 紧 力 ( N) , FJ 为 按 静 力 平 衡 原 理 计 算 的 理 论 夹 紧 力 ( N) , K 为 安 全 因 数 , K = K0 K1 K2 K3 2 。 K0 为 基 本 安 全 因 数 (考 虑 工 件 材 质 、 余 量 是 否 均 匀 ) ,一 般 取 112 115; K1 为 加 工 性 质 因 数 ,粗 加 工 时 取 112 ,精 加 工 时 取 110; K2 为 刀 具 钝 化 因 数 ,一 般 取 111 113; K3 为 切 削 特 点 因 数 , 连 续 切 削

8、时 取 110 ,断 续 切 削 时 取 112。 阻 止 工 件 转 动 和 移 动 通 过 摩 擦 力 来 实 现 ,因 此 夹 紧 元 件 与 工 件 接 触 表 面 之 间 存 在 摩 擦 因 素 ,根 据 实 践 经 验 ,不 同 接 触 表 面 之 间 的 因 数 可 按 以 下 数 值 取 值 : 若 接 触 表 面 均 为 较 光 滑 (加 工 过 ) 的 表 面 ,一 般 取 = 012 013; 若 夹 紧 元 件 淬 火 表 面 有 平 行 齿 纹 ,一 般 取 = 013 015; 若 夹 紧 元 件 的 淬 火 表 面 有 网 状 齿 纹 ,一 般 取 = 017 0

9、18。 3 计 算 实 例 图 1 零 件 套 筒 某 单 位 利 用 CA6140 型 普 通 卧 式 车 床 加 工 如 图 1 所 示 的 套 筒 零 件 时 ,由 于 其 壁 厚 仅 115mm ,刚 性 较 差 ,加 工 时 容 易 变 形 。 若 直 接 将 套 筒 安 装 在 自 定 心 三 爪 卡 盘 上 ,夹 紧 后 套 筒 孔 将 产 生 弹 性 变 形 ,车 削 加 工 后 孔 成 圆 形 ,松 开 三 爪 卡 盘 后 ,由 于 套 筒 孔 壁 的 弹 982007 年 第 41 卷 6 1994-2008 China Academic Journal Electroni

10、c Publishing House. All rights reserved. 性 恢 复 使 已 车 削 成 圆 形 的 孔 变 成 三 角 棱 圆 形 孔 。 为 了 减 少 夹 紧 力 引 起 的 形 状 误 差 ,可 用 一 开 口 环 夹 紧 薄 壁 零 件 套 筒 ,这 样 可 使 夹 紧 力 在 薄 壁 件 周 围 均 匀 分 布 ,从 而 大 大 减 小 加 工 误 差 。 图 2 工 件 夹 紧 时 的 受 力 分 析 图 如 图 2 所 示 ,夹 紧 的 主 要 作 用 是 防 止 套 筒 在 切 削 力 矩 M 的 作 用 下 发 生 转 动 和 轴 向 力 FY 的

11、作 用 下 发 生 轴 向 移 动 。 为 简 化 计 算 ,近 似 将 三 爪 受 力 视 为 一 样 大 ,因 此 在 每 个 夹 紧 点 上 使 套 筒 转 动 的 力 为 M/ (3 R) ,使 套 筒 移 动 的 力 为 FY/ 3 ,夹 紧 力 FJ 产 生 的 摩 擦 力 为 FJ 。 在 开 口 环 上 取 与 卡 盘 爪 子 相 接 触 的 一 点 A 作 为 静 力 平 衡 点 ,在 XOY 平 面 内 (见 图 3) ,根 据 静 力 平 衡 原 理 ,摩 擦 力 FJ 在 X和 Y方 向 产 生 的 分 力 应 分 别 与 套 筒 转 动 的 力 M/ (3 R) 和

12、移 动 的 力 FY/ 3 的 大 小 相 等 ,方 向 相 反 ,假 设 摩 擦 力 与 Y 轴 形 成 的 夹 角 为 ,则 FJ cos = - FY/ 3 (1) FJ sin = - M/ (3 R) (2) 将 (1) 、 (2)两 式 分 别 二 次 方 后 再 相 加 ,得 ( FJ ) 2 = ( FY/ 3) 2 + M2/ (3 R) 2 故 夹 紧 力 为 FJ = FY2 + ( M/ R) 2 1/ 2/ (3 ) 实 际 夹 紧 力 为 FJO = KFJ = K FY2 + ( M/ R) 2 1/ 2/ (3 ) 式 中 FJ 理 论 夹 紧 力 (N) FJ

13、O 实 际 夹 紧 力 (N) K 安 全 因 数 摩 擦 因 数 R 工 件 半 径 (mm) FY 轴 向 切 削 力 (N) M 切 削 力 矩 (N. mm) ,可 按 最 大 值 M = FCR 进 行 计 算 , FC 为 主 切 削 力 。 FC、 FY 可 按 切 削 力 的 相 关 经 验 公 式 (指 数 公 式 或 单 位 切 削 力 计 算 公 式 ) 求 得 。 4 结 语 在 机 床 夹 具 的 设 计 过 程 中 ,夹 紧 力 的 计 算 比 较 图 3 静 力 平 衡 计 算 图 复 杂 ,但 思 路 是 一 致 的 。 首 先 ,根 据 加 工 条 件 和 安

14、 装 方 式 ,合 理 选 择 夹 紧 力 方 向 和 作 用 点 ;其 次 ,将 夹 具 和 工 件 看 成 一 个 刚 性 系 统 ,找 出 加 工 过 程 中 最 不 利 的 状 态 ,按 静 力 平 衡 原 理 计 算 出 理 论 夹 紧 力 FJ 再 乘 以 安 全 因 数 K 作 为 实 际 夹 紧 力 FJO ,一 般 最 大 夹 紧 力 不 应 超 过 最 大 切 削 力 的 2 - 3 倍 6 。 最 后 夹 紧 力 还 应 满 足 如 下 基 本 条 件 : 夹 紧 时 不 能 破 坏 工 件 定 位 后 获 得 的 正 确 位 置 ; 在 加 工 过 程 中 要 保 证

15、工 件 不 移 动 、 不 转 动 、 不 振 动 ,又 不 能 产 生 形 状 误 差 和 损 伤 工 件 表 面 。 参 考 文 献 1 卢 秉 恒 . 机 械 制 造 技 术 基 础 (第 2 版 ) . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 , 2005 , 107 109 2 焦 小 明 , 孙 庆 群 . 机 械 加 工 技 术 . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 , 2005 , 177 180 3 王 红 岩 , 史 锦 屏 . 适 应 盘 套 类 零 件 高 速 切 削 的 离 心 式 弹 性 夹 具 . 制 造 技 术 与 机 床 , 2002(5) :18 19 4

16、 陈 明 . 机 械 制 造 工 艺 学 . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 . 2005 , 142 145 5 华 茂 发 , 谢 骐 . 机 械 制 造 技 术 . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 , 2004 ,33 6 陈 海 燕 . 模 具 制 造 中 形 位 误 差 剖 析 及 对 策 探 讨 . 工 具 技 术 , 2005(10) : 66 67 作 者 :刘 俊 成 ,高 级 工 程 师 ,自 贡 硬 质 合 金 有 限 责 任 公 司 ,643011 四 川 省 自 贡 市 “ 错 齿 丝 锥 ” 获 国 家 发 明 专 利 金 奖 小 丝 锥 也 能 做 出

17、 节 能 大 文 章 。 黑 龙 江 省 劳 动 模 范 、 高 级 工 程 师 刘 海 福 研 制 发 明 的 “ 错 齿 单 侧 工 作 丝 锥 ” 获 得 国 家 专 利 局 颁 发 的 发 明 专 利 金 奖 。 经 企 业 一 年 的 对 比 应 用 ,发 现 错 齿 丝 锥 比 普 通 丝 锥 使 用 寿 命 提 高 10 倍 以 上 。 “ 错 齿 单 侧 工 作 丝 锥 ” 在 齐 齐 哈 尔 二 机 床 (集 团 ) 有 限 责 任 公 司 、 中 国 一 重 集 团 公 司 等 企 业 应 用 后 ,错 齿 丝 锥 比 普 通 丝 锥 使 用 寿 命 提 高 10 倍 以 上 ,其 中 M6 的 丝 锥 提 高 20 倍 以 上 ,生 产 效 率 大 大 提 高 。 据 介 绍 ,如 全 国 普 遍 采 用 该 技 术 ,将 为 国 家 节 约 千 吨 以 上 的 昂 贵 钢 材 ,价 值 上 亿 元 。 09 工 具 技 术 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.