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1 引言
為了對一批用于重點工程的大型工件進行精密加工，需要設計工件的裝夾及定位方案。該工件重約200(t 主要結構尺寸如圖1 所示)，工件被加工部位材質為ZG55，要求兩個待加工面相互平行且與頂面垂直(單面最大加工余量僅有5mm)。加工設備為兩臺五軸臥式數控銑床，刀具為Ø300mm 端面銑刀。通過仔細分析工況，首先要解決以下兩個問題：①對如此重的工件是否還需要夾緊裝置來保證工件在加
圖1 |
圖2 |
工過程中的穩定性？是否需要特殊的支撐裝置？②為了保證加工要求，使工件兩個待加工面均有加工余量且與頂面垂直，需對工件進行準確定位。由于工件很重，難于按常規方法通過位置調整找正工件，因此需尋求一種簡單快捷的定位方法，即只需將工件可靠而穩定地放置在機床的加工范圍內，不管工件位置狀態如何，都能通過測量和計算等手段達到工件準確定位的目的。本文通過分析和計算工件加工及使用時的受力狀態，提出了判斷大型工件的支撐與夾緊方式的具體方法；應用三維測量及坐標變換來確定工件與機床間的位置關系，達到不用調整工件位置而實現準確定位的目的。
2 裝夾方案設計
為了使工件加工時與使用時的受力狀態保持一致，按設計要求對工件進行4 點支撐(如圖2 所示)。圖中N1、N2、N3、N4為工件所受支撐力，FZ、FX為工件加工時所受切削力，工件重量為G。根據機床主軸功率、切削參數及銑削方式估算出FZ≤5428.4N，FX≤2285.6N。為了防止工件與支撐點因虛接觸而影響穩定性，要求N1、N2、N3、N4均為G/4。在上述條件下，由于切削力FZ、FX的作用，工件主要會產生兩種影響其穩定性的運動趨勢，即繞ad軸的翻轉及在abcd平面內的竄動。若對工件只支撐不夾緊，則工件加工時的穩定性取決于工件依靠自重G 及摩擦力f 抵抗翻轉和竄動的能力。由于對工件進行單側加工時工件的受力狀況比雙側同時加工時的受力狀況惡劣，所以本文僅對工件單側加工時的穩定性進行分析和計算。
- 工件抗翻轉能力：
- 工件抗竄動能力：
- 由切削力FZ產生的繞ad 軸的翻轉力矩為
- M翻=FZ×1.875=5428.4×1.875=10178.25Nm
- 由工件自重產生的抗翻轉力矩為
- M抗=G×3.98/2=2000000×1.99=3980000Nm
- 可知 M抗>M翻
- 由圖2 可知，由切削力引起的最大竄動力為
- F=FZ+FX=(FZ2+FX2)½=(5428.42+2285.62)½=5889.9N
- 取工件與支撐裝置間的摩擦系數為0.3，則工件與支撐裝置間的摩擦力為f=G×0.3=2000000×0.3=600000N
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