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机械浮动密封座铣床夹具设计

2022-3-30 来源：沈阳工学院作者：朱晓慧任延举陈召光

摘要：本文在对机械浮动密封座的性能及加工特点的研究基础之上,为满足企业实现批量生产的要求，设计用来铣削浮动密封座键槽的铣床夹具。

关键词：浮动密封座；铣削加工；夹具设计

随着机械制造业的不断发展，社会对生产效率的要求也越来越高，大批量生产成为时代的需求，而一些普通机床就可以满足这一需求，其中，夹具的设计和使用更是有效地适应了生产对效率的要求[1]。为此，本次设计在对浮动密封座的加工工艺进行分析的前提下，根据铣削特点为浮动密封座设计一套专用夹具。

1、机械浮动密封座工艺分析

机械浮动密封座的结构形式如表 1 所示，根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用相应的机床和夹具，并要求工序集中，以提高生产率。相应的，也要考虑经济效益，尽量在产品质量不变的情况下，减少零件成本，提高收益。因此，零件的加工路线及方法如表 1 所示。

表 1 机械浮动密封座加工工序表

2、夹具结构设计

本夹具主要用来铣浮动密封座键槽的夹具。本次加工的零件对象是浮动密封座，加工的主要内容是铣两个键槽，便于零件与密封环配合。

2.1 定位设计

由零件图可知，在铣浮动密封座键槽的时候，浮动密封座的左端面进行了粗车、半精车加工，所以选择已加工的左端面为定位基准，并以中心孔作为辅助定位基准进行定位，限制工件要求的自由度，这样工件就限制了相应的自由度，从而达到了定位的目的[2]。

加工时应限 X、Y、Z 方向旋转，X、Y、Z 轴线方向移动。设计夹具时，以定位端面与底面接触限制了三个自由度,再是内孔放个短圆柱销限制了两个自由度，最后在已加工的孔处放个菱形销限制一个自由度工件定位，满足六点定位原理，所选择的定位元件为底板、短圆柱销、菱形销。定位误差的计算分析如下：

定位误差是指一批工件定位时，工序的基准在加工的尺寸方向上的变化量最大值，以 ΔDW 表示，定位误差是由基准不重合误差和基准位移误差两部分组成[3]。

2.1.1 以平面定位产生的定位误差

2.1.2 圆柱孔定位的定位误差

零件以圆柱孔定位时，定位基准时孔轴心线[4]。其定位误差与定位元件放置的方式、定位副的制造精度以及它们之间的配合性质等有关。其中工件孔与短圆柱销是间隙配合定位，因短圆柱销垂直放置，所以孔与短圆柱销是属于任意边接触，即 ΔJB=0，短圆柱销中心线的变动范围为以最大间隙 Xmax 为直径的圆柱体，最大间隙发生在圆柱孔直径最大与短圆柱销直径最小相配合时，且方向是任意的，故基准位移误差为：

2.2 夹紧方式设计

在选择夹紧的方法时，考虑到以下几个方面[5]：螺旋夹紧机构的夹紧点要应支承点上接触的零件平面；夹紧力应尽量靠近切削部位，以减小阻力，提升机构的性能和刚性；夹紧力应作用在待加工零件的刚性较好的部位点；同时这个时候夹紧力的作用方向需要垂直于定位基准面，以避免因夹紧力过大而破坏了待加工零件原有的定位静状态；在夹紧力靠近定位面的同时还要注意夹紧力不可以过大，要避免工件或夹具产生过大变形使得加工精度的降低。

同时，在加工时为了防止工件被加工时变形，一般采用多方位夹紧，减少零件表面损伤，使得单位面的夹紧力得以分散，平衡夹紧力，这样就可以放在工件刚性差的表面加工，也可以放辅助支撑来减少夹紧力的平衡。因螺旋夹紧机构可靠性、通用性较高，本次设计采用螺旋加紧方式。除此之外，本文还考虑了对刀装置、定向装置及夹具体的机构设计。

2.2.1 铣削力及夹紧力的计算[2]

需要考虑铣削时的切削力的影响，根据文献[4]可查得铣削力的经验计算公式为：