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数控立车专用夹具设计

供稿:工控网 2007/1/10 9:09:00

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为了满足汽车制造生产线上加工“后轮毂及制动鼓总成”等非规则、难加工零件的需要,在CK815E数控单柱立式车床上增设一套液压夹具,使该机床装夹工件快速、生产效率高、定心基准可靠,以适应同类型不同规格典型工件变化范围大的特点。该机床可联入汽车生产线,满足生产线“大批量、高效率、快节拍”的零件加工需要。
1 装夹工艺分析
“后轮毂及制动鼓总成”最大直径440mm、最大内孔直径370mm、最大工件高度 340mm。工件呈高脚酒杯形,以上、下内锥孔为基准,所加工内孔要与该基准保持同轴度Ø0.06mm,内孔圆柱度0.087mm,上、下内锥孔平均直径 110mm。根据外形尺寸可知,该工件可在CK815E数控单柱立式车床上加工。如果仍采用原机床工作台卡爪外卡工件的夹紧定心方式,有下述缺点难以克服:①由于夹紧工件的工艺基准与加工孔的设计基准分开,加工内孔与基准孔的同轴度要求Ø0.06mm难以保证。②夹持薄壁件易产生变形,加工孔圆柱度 0.087mm难以保证。③装夹找正辅助时间长,不能满足汽车生产线“高效率、快节拍”的需要。因此需在该机床工作台基础上增设一套液压卡紧装置,该夹具需满足下述要求:①保证加工孔与基准孔的同轴度要求及自身的圆柱度要求。②夹紧安全、可靠,即夹紧力足够大。③满足3种不同规格典型工件夹紧需要。④拆卸、安装、找正工件辅助时间短。⑤维修、更换易损件密封环方便。



2 夹具结构
在对典型工件冷加工工艺特点反复分析、研究的基础上,夹具(见附图)采用工件大端开口向上,垂直刀架自上而下的切削加工方式,配油装置安装在工作台主轴上部,夹紧油缸安装在工作台上部,工件座落在夹紧油缸上部的整体布局方式。该夹具布局方式有如下特点:①满足了典型工件加工内孔精度的要求。上锥套9、下锥套10的锥面角度按典型工件内孔实际锥度配磨,保证接触率达到80%以上,夹具与工作台之间的定心止口高精度配合,工作台中心孔装配自车。通过上述措施使得工件加工内孔中心,工件上下内锥基准孔中心,工作台回转中心保持一致,保证了工件加工内孔与基准孔之间的同轴度要求及工件内孔的圆柱度要求。②夹紧安全可靠。由于夹紧油缸布置在工作台上部,充分利用了工作台中心孔的空间,可以选择到理想的夹紧油缸直径以满足夹紧力的需要。上、下锥套9、10部分开有槽口,当压紧时斜面能较紧密地压合在工件的斜面上,增加摩擦力。③可以满足3种不同规格典型工件的夹紧需要。该夹具共设计了3套上、下锥套9和10,可方便地更换以满足夹紧不同工件的需要。④拆卸、安装、找正工件的辅助时间短。工件夹紧时在液压阀控制下,油缸上端通有压力油,活塞拉杆6拉紧上锥套9把工件牢固地固定在定心套11上;工件放松时,油缸下端来油,活塞拉杆向上运动,将上锥套9同时顶出,拆下上锥套9上面的马蹄形插板8,拔出上锥套9,此时可拆卸工件。由于该夹具采用了自动定心内夹工件的夹紧方式,缩短了安装、找正工件的辅助时间。⑤维修机床方便。由于该夹具布置在工作台下部,可方便地更换易损件密封环。另外,配油装置与油缸体间距小,配油轴悬臂短,回转时径向跳动小,相对延长了密封环的使用寿命。⑥机床主轴即为配油装置的配油体,提高了主轴刚度,使管路联结更加简单,油缸上端盖即为定心套,油缸体通过定心止口直接把合在工作台上。通过上述巧妙的设计,提高了该夹具的定心精度,满足了零件的加工精度要求。
3 设计计算
切削力和切削扭矩的计算
切削力Pz Pz= CPz·tXPz·SYPz·KµPz (N) (1)
式中t——切削深度,mm。t=1.5mm
s——进给量,mm/r。s=0.8mm/r
典型工件为铸铁件,采用硬质合金刀具车削内孔,查取各项系数为:CPz=902,XPz=1,YPz=0.75,KµPz=1,代入式(1)得Pz=1145N。
最大切削扭矩M切 M切=Pz D工件

2
(2)
式中D工件——工件内孔最大加工直径,D工件=0.37m
代入式(2)得M切=211.8N·m。
活塞杆拉力F拉和油缸直径D油缸的计算
摩擦扭矩M摩 取M摩=S·M切 (3)
式中S——安全系数,S=1.3
代入式(3)得M摩=275.34N·m。
锥面摩擦力F摩 F摩= M摩/2

D锥/2
(4) 式中D锥——锥面平均直径,D锥=0.11m
代入式(4)得F摩=2503N。
活塞杆拉力F拉 F拉= F摩

sina·µ
(5)
式中a——锥面角度,a=30°µ——摩擦系数,µ=0.15
代入式(5)得F拉=33373N。
油缸直径D油缸 D油缸=[ 4F拉 +d杆2]½

pP
(6)
式中d杆——活塞杆直径,经计算取d杆=0.04m
P——压力油压力,P=3.5×106N/m2
代入式(6)得D油缸=0.1172m。设计中取油缸直径D油缸=0.12m。在D油缸=0.12m时,M摩=284N·m。M摩>M切。
该夹具与原机床一起装配、试切工件成功,顺利出厂,现已联结在汽车生产线上,正式投入生产使用,得到用户一致好评。
信息来源于:中国机床网

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