多工位托辊管体止口镗削加工专用夹具设计论文Word文件下载.doc
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6.3.8选择轴承 36
6.3.9轴的结构 37
7液压 38
7.1液压缸的计算与选取 38
7.2液压缸的计算与选取 39
7.３液压泵的计算与选取 41
8导轨的选用 43
9螺栓的强度计算 44
9.1螺纹连接件的选择 44
9.2T形槽快卸螺栓的强度校核 44
10夹具体 46
11装配 48
11.1连接件、定向定位键的选择 48
11.2装配中的注意事项 48
11.2.1扳手空间 48
11.2.2标注 49
12公差与配合 50
13使用说明 51
结束语 52
参考文献 53
致谢 54
多工位托辊管体止口镗削加工专用夹具设计
摘要：
托辊是带式输送机的关键运动部件及重要组成部分，它的应用十分广泛，其生产属专业化大批量生产类型，那就要求其加工设备和辅助装备能满足大批量生产的要求。
对于夹具来说，应从提高定位精度、减短装夹时间、使装卸自动化、采用多工位加工等方面考虑来实现大批量生产。
本设计课题主要研究能实现四个托辊加工的夹具。
四个托辊在有四根主轴的专用镗床上同时加工，要求托辊夹具能同时对四个工件准确定位、快速夹紧；
实现不同系列托辊的加工；
并且能在长度方向对中；
还能实现自动夹紧。
为了满足上述要求，该托辊夹具采用自定心夹紧机构，让定位夹紧同步进行；
利用液压的同步保压回路实现四个工件的同时夹紧；
该夹具有效的减少了工件加工的辅助时间，提高了加工效率。
关键词：
夹具；
自定心夹紧；
同步保压
1引言
托辊是带式输送机的关键运动部件及重要组成部分，它的应用十分广泛，仅煤矿用托辊就占很大一部分。
如沈阳矿山机械集团有限责任公司为中国国内最大的托辊制造厂家之一，年产量200,000只，只占市场份额的1720%，可见煤矿用托辊的数目很大；
其他行业在生产加工或运输中也要用到大量托辊。
可见托辊生产属专业化大批量生产类型，那就要求其加工设备和辅助装备能满足大批量生产。
由于各种场合大量使用的带式输送机日趋向大运量、长距离、高速度、节能、长寿型的方向发展。
为使带式输送机达到高速重载、低阻节能、长寿的要求,对影响带式输送机主要性能且数量较大的关键部件是托辊的结构和加工工艺，高性能的带式输送机对托辊的性能参数提出了高的要求,如运行阻力系数、外圆径向跳动、使用寿命等,这些参数直接影响整机的性能和运营成本。
国内带式输送机主要生产厂家自80年代开始,已先后采取了引进国外技术、聘请国外专家指导生产、引进部分国外专用设备等措施,大力进行托辊生产的技术改造。
但煤炭行业许多中小型带式输送机生产厂家,无力从国外引进成套技术和设备。
所用生产设备多为国产的一般通用设备,生产工艺落后,产品质量差。
托辊生产质量成为困扰企业打开市场,参与市场竞争的大问题。
虽然托辊部件较小,结构也非常简单,但要制造出批量大、质量高的托辊并非易事,而且托辊组分有各类槽形托辊组，各类平行托辊组，各类调心托辊组，各类缓冲托辊组。
按材质分为橡胶托辊、陶瓷托辊、尼龙托辊及绝缘托辊。
有些辊子的结构先进，性能可靠，辊皮用材经严格挑选，采用优质专用焊管，有严格公差要求，轴材料采用冷拔圆钢，轴承座采用优质钢板冲压，密封结构采用PDC型，三道密封装置，防尘、防水性能均优于国家相关标准。
装配后辊子强度好，经向跳动量小，旋转阻力小，重量轻，能耗低，使用寿命长，一般均超过30000小时。
因此加工不同类型的托辊就要求有不同的设备或工装夹具，不同类型对夹具的精度要求也不同。
我国有些托辊生产设备陈旧,工艺落后,加工精度和生产效率低且工人劳动强度大,托辊生产质量很不稳定。
突出特点是旋转阻力大,径向跳动及轴向窜动量大；
辊皮壁厚严重不均,寿命低,缺乏市场竞争力。
那就更需要改进机床和工装夹具设备，以提高托辊的质量。
机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。
因此,无论在传统制造还是现代制造系统中,夹具都是重要的工艺装备，我们可以通过设计一套经济适用的夹具来减少托辊因装夹造成的误差。
我们做的夹具就是和另一组的托辊机床配套设计，来实现托辊的大批量生产。
这次托辊夹具的设计是用于一台同时加工四个工件的镗床上，镗床两侧各有四根主轴，并且能同时加工工件的两端的止口，因此夹具必须满足四个工件的定位夹紧。
夹具的最基本作用就是保证工件准确定位且夹紧以利于加工，由于托辊有不同的直径系列和不同的长度系列，因此此夹具必须在长度和直径方向可调，还必须保证每一批工件能放置在两主轴的中间，这就是对这个夹具最基本的设计要求。
除了让夹具满足上述要求外，还应尽量使夹具快速准确定位夹紧，以节省辅助时间；
尽量结构简单，操作方便，解决由于托辊外径允许偏差造成的止口圆面和外圆柱面的同轴度偏差。
解决的大体方法采用虎钳式定心夹紧机构或螺旋传动定心夹紧机构的原理，使四个工件同时定心夹紧，十分快速方便。
设计一个专用可调的V型块和夹具体在工件长度方向可调，来分别使直径和长度方向可调。
由于托辊两端到机床主轴的距离不相同的话，就会导致两面加工的长度不同，因此必须设计一个限位装置实现每批不同长度的工件都能对中，以利于机床对托辊的加工。
采用各种动力源（如气动、液压等）和液压机械手，来提高自动化程度，减轻劳动强度，而且能够快速易行。
本设计采用自定心夹紧机构，让定心定位夹紧同步进行，节约了辅助加工时间，不仅能快速准确定心、提高加工效率；
还能解决上述问题。
如果时间允许的话,还可以设计往复多工位夹具体，上面放两套夹具，一个加工，另一个装零件，另一个卸时，下一个就开始装工件，使加工时间和装卸料时间重合，节约辅助加工时间，利用机械手自动装卸或用自动供料装置，实现托辊加工的自动化，这样更适合托辊的大批量生产，满足它的市场需求量。
从另一方面也必须提高机床的
无论设计什么夹具，都要用更新的理念，从节约材料，提高质量，降低成本，提高生产效率，降低劳动强度等各方面综合考虑夹具的设计。
2设计思路与方案确定
2.1托辊夹具要满足的要求
首先简单介绍一下托辊的加工生产流程和尺寸系列，以便与思考确定方案和后续计算中参数的确定。
生产流程：
剪床上圆钢下料——普通车床上平端面、打中心孔——普通车床上掉头平端面、打中心孔——普通车床上粗车轴颈倒角——普通车床上掉头粗车轴颈倒角——铣床（钻床）上两端铣扁（钻孔）——数控车床上车两卡簧槽——数控车床上精车两轴颈，这是轴的加工。
用切管机钢管下料——托辊专用镗床上两端镗孔、倒角、平端面。
与前面同步进行；
托辊管体的加工。
外购冲压轴承座；
用专用焊机组焊——外购轴承、密封圈等；
用液压压装机装配；
用喷漆设备喷漆、入库。
图2—1托辊管体参数
托辊尺寸系列：
输送带宽B 托辊直径d1 托辊长度L1
500 76,89,108 200,600
650 76,89,108 250,380,750
800 89,108,133 315,465,950
1000 108,133,159 380,600,1150
1200 108,133,159 465,700,1400
1400 108,133,159 530,800,1600
1600 33,159 670,1000,2000
2000 133,159,194 750,1100,2200
托辊夹具要满足的要求：
如何定位才能保证工件轴线与主轴轴线重合；
如何夹紧才能保证工件在正确定位的基础上夹紧，而且使各工件所受夹紧力相同；
如何实现快速定位和夹紧；
如何实现加工不同直径的工件时夹具在直径方向的可调；
如何实现加工不同长度的工件时夹具在长度方向的可调；
如何实现工件相对主轴两侧居于中间位置；
如何提高自动化程度，减轻劳动强度。
表2—1托辊管体技术条件节选（MT/T1019-2006）
外径d1
外径允许偏差
76
60.50
89
60.60
108
60.70
133
60.80
159
60.90
194
61.0
图2-2托辊管体止口加工
从表2—1说明不同直径的托辊的外径允差不同；
图2—2中说明加工止口要求与外圆柱面的同轴度为￠0.1；
那么不同允差的直径都要达到这个同轴度，就要求夹具能满足这个要求。
如果夹具只能调到加工给定托辊的直径，那么由于V形块的允差不能调，就会导致加工精度不高。
必须采用一定方法避免，可以通过夹具微调，或让设计方案把这项误差给避免了。
如采用自定心夹紧机构这个方案，就不存在这项误差。
2.2托辊夹具的方案
这是设计托辊夹具要解决的问题，带着这些问题，我想了如下三种方案。
图2—3加工单一直径系列的夹具
第一种方案如上图2—3所示，用液压缸控制压紧。
将工件放在V形块内，盖上压板，压板上有浮动触头。
图2—4斜楔装置
优点：
压紧点是可浮动的能使每个工件均匀夹紧，因为工件的定位基面有尺寸偏差，若用刚性压板，则各工件所受到的夹紧力有差异，会导致有的可能夹不紧，或有夹的太紧导致受力变形。
结构简单成本低，操作方便。
缺点：
不能适应不同直径的工件加工，如果做一个专用V形块能够放入不同直径的工件，但还必须上下可调。
如果想实现上下可调，必须在V形块与夹具体中间加一个机构，这个机构必须是可升降的可调机构，如图2—4所示。
即使加上可调机构以后还是不满足设计要求，因为长度方向还必须可调；
而且这个夹具取放工件也比较麻烦，浪费辅助加工时间，不利于提高生产效率；
因此，不采用这个方案。
图2—5螺旋自定心机构
第二种方案的原理如上图2—5所示：
具体实现是把螺杆做长4倍，来实现四个同时加工。
图中的螺旋自定心装置，它由固定在左右螺纹螺母上的V形口组成，当旋转手柄时，两钳口同时等速靠近，将工件定心并夹紧。
翻转螺杆时，则将工件松开。
结构简单，快速方便，通用性好。
由于螺杆与螺母的间隙、螺杆两端螺纹的螺距误差、螺杆中间的沟槽与，在装配过程中的调整误差，钳口的两定位面可能不对称于中心；
而且不能加工其他直径的工件；
一次性托四个，误差更大。
因此该夹具适用于定心精度不高的工件。
托辊加工止口虽是粗镗，但要求工件轴心与主轴重合度高，否则导致加工的托辊壁厚不均匀，影响轴承寿命，从而影响带式输送机的稳定性，因此不采用此方案。
第三种方案的原理如图2—6所示：
图2—6齿轮齿条自定心夹紧机构
下齿条靠液压缸拖动，液压回路用同步保压回路实现夹紧，并实现与另一端齿轮组的同步。
其原理如下图2—7：
对不同组直径钢管须变换相应钳口,但托辊直径系列变化品种不多,且每一种每次的加工批量相对较大,故对托辊加工效率影响很小。
采用该夹具有效地提高了产品的合格率。
液压夹具分左右两部分且可沿导轨面纵向任意调整其间距，以适应不同长度托辊管筒的加工需要。
图2—7总装图
钳口可以使管筒外圆的中心与刀具回转中心同轴，减小了径向跳动加工误差。
图2—8
具体方案：
把齿轮齿条定心加紧机构的下齿条做长，加工成四段一样的，上齿条做成四个分开的一边卡在下齿条，一边在齿轮上，齿轮中间要穿根轴，机构前后加两块板，板上有导轨用来让齿条动，轴装上轴承放在板的圆孔里。
为了方便装卸，加一个辅助支撑，另外要把定心夹紧机构做成两部分分别夹托辊的两端。
但这两部分必须同步进行，因此我选用液压同步回路来实现两端的同时夹紧。
如上图2—7所示：
3定位分析及其计算
3.1V形块定位
本夹具用于托辊止口加工这道工序，加工止口可选用内孔定位和外圆柱面定位，内孔定位主要用于车床上加工单面止口用，因此采用外圆柱面定位，定位元件选V形块。
V形块的对中性好，能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称面上，而不受定位直径误差的影响，并且安装方便。
由于两端同时加工，因此只需限制四个自由度，所以选两个短V形块即可，不需要其他定位件。
V形块的工作表面和底面需经磨削，为方便加工V形面设中间退刀槽。
组合V形块的表面应在一次定位中磨出，以求一致。
V形块的工作角度α越大，定位误差越小；
但工作角度α越大，定位稳定性越差。
据文献[1]281页，由于要用双V形块定位，因此会增加定位稳定性，所以V形块的工作角度选120°
。
V形块用20钢，表面渗碳淬火处理，渗碳深度为0.8～2.2mm，HRC为58～64。
V形块的形状：
图3—1V形块的设计形状
用U形槽把V形块连接到支撑板上，是为了方便V形块在支撑板上的滑动，只有V形块滑动才能保证可调节与主轴轴心的重合。
图3—2为支撑固定Ｖ形块的板，上面有与之对应的Ｔ形槽。
图３—２ 支撑板
3.2V形块的计算
3.2.1V形块的尺寸计算
据文献[2]表1—1—5
V形块的工作角度选120°
V形块的标准定位高度T=H+0.577D-0.289N（3—1）
V形块的开口尺寸N=2D-3.46α（3—2）
V形块的参数α=（0.14～0.16）D（3—3）
V形块的直径系列D=76,89，108,133,159，194
V形块的高度用于大直径定位时H≤0.5D
用于小直径定位时H≤1.2D
经过初步计算分析，从工件直径、工件长度、夹具长度等各方面考虑，如果用一套夹具能加工所有尺寸的工件，势必会造成夹具太不紧凑，定位不准确。
因此决定把直径系列分组，以76，89，108为一组用一个型号的夹具，以133，154为一组用另一型号的夹具，194的为一组。
计算第一组的V形块尺寸：
（1）计算H:
H≤0.5×
108=54mm选H=50mm；
（2）当=76时：
α=（0.14～0.16）×
89=10.64～12.16取α=11
N=2×
763.46×
11=113.94mm取114mm
T=50+0.577×
760.289×
114=60.90mm
图3—3V形块尺寸
据文献[1]211页查的标准V形块直径从60～100mm的厚度都是42mm，因此取V形块的厚度为50mm。
（3）取N=114,H=50估算直径是89，108时是否可用
由图3—3中几何关系可知：
A=114／2×
tg30°
=32.9
最大直径D=108，D／2=54mm
B=54×
sin30°
=27mm
C=B×
=15.6mm
C小于A，说明当直径为108时仍能在V形块上定位，因此其他直径的工件都能用此V形块定位。
（4）当D=89,108时在V形块上的中心高：
由图3—4中几何关系可知：
=+（75A）
=+（50-32.9）
=79.37mm
=89mm时：
=+（50-32.9）=68.4mm
图3—4计算几何关系
（5）计算各直径的工件圆心到V形块表面的距离A，陷进V形块的距离B来确定每批工件从放松到加紧所需的行程；
mm
同理：
mm
B=D/2Amm
同理:
mm
3.2.2V形块的定位误差计算
什么是定位误差：
任意一批工件，其中每个工件的尺寸、形状和各表面的相互位置均有所差异（在公差范围内）。
因此，每个工件在夹具中定位时。
工件各个表面都有不同的位置精度．当然工序基准的位置也不会一致，加工后各个工件的工序尺寸。
必然大小不一，形成误差。
这种只与工件定位有关的误差，称为定位误差。
产生定位误差的原因：
一批工件在夹具中定位时，引起工序基准变动。
使工序尺寸产生定位误差。
其主要原因有：
1）由于工序基准与定位基准不重合，引起的同批工件工序基准沿工序尺寸方向上的最大变动范围，称为基准不重合误差。
2）由于定位基面和定位元件本身的制造误差和最小配合间隙，所引起的同批工件定位基准沿工序尺寸方向的最大变动范围，称为基准位移误差。
上述两项误差之和（或代数和），即为定位误差。
机械加工过程中，产生加工误差的因素很多。
在这些因素中，有一项因素与机床夹具有关。
使用夹具时，加工表面的位置误差与夹具在机床上的对定及工件在夹具中的定位密切相关。
为了满足工序的加工要求，必须使工序中各项加工误差之总和等于或小于该工序所规定的工序公差。
据文献[2]表11—12
（3—4）
—与机床夹具有关的加工误差；
—与工序中除夹具外其他因素有关的误差；
—工序公差。
与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：
（3—5）
—夹具相对于机床成形运动的位置误差；
—夹具相对于刀具位置的误差；
—工件在夹具中的定位误差；
—工件在夹具中被夹紧时产生的夹紧误差；
—夹具磨损所造成的加工误差。
由式（3—4）可知，使用夹具加工工件时，应尽量减小与夹具有关的加工误差，在保证工序加工要求情况下，留给加工过程中其他误差因素的比例大一些，以便较易控制加工误差。
由式（3—5）可知，正确地计算出工件在夹具中的定位误差和减小其他各项误差，是设计夹具时必须认真考虑的重要问题之一。
由于工件定位所造成的加工表面相对其工序基准的位置误差称为定位误差。
在加工时，夹具相对刀具及其切削成形的位置，经调定后不再变动，因此可以认为加工表面的位置是固定的。
在这种情况下，加工表面对其工序基准的位置误差，必然是工序基准的位置变动所引起的。
所以，定位误差也就是工件定位时工序基准位置的最大变动量在加工方向的投影。
据文献[2]表3—1知，V形块的定位误差，即加工不同直径时圆心距离V形块表面的差值。
托辊夹具采用自定心，原理上定位误差已为零，只存在V形块的安装误差，和由V形块的对称精度引起的误差。
为了提高安装精度，要在安装时做调整。
4托辊的夹紧
4.1夹紧机构
在机械加工中，工件的安装包括定位和夹紧两个密切联系的工作过程。
在安装工件时，先把工件放置在夹具的定位机构中，使它获得预定的正确位置，然后采用一定的机构将它压紧夹牢，以保证在加工过程中，不会由于切削力、向心力及工件重力等的影响而产生位置改变或振动。
这种将工件压紧夹牢的机构为夹紧机构。
4.1.1夹紧机构的要求
夹紧机构对保证加工质量，提高工作效率，减轻工人劳动强度，保证安全生产，降低生产成本，提高经济效益，均有很大影响，因此夹具机构必须满足以下基本要求：
1）保证加工质量，夹紧时不能破坏工件定位时所获得的位置。
2）夹紧力可靠适当。
既要使工件在加工过程中不产生移动或振动，有不能使工件产生不允许的变形和损伤。
3）提高生产效率。
即夹紧动作要迅速，辅助时间要短。
4）操作方便省力，使用安全可靠，改善工人劳动条件，减轻劳动强度。
5）结构简单紧凑，力求体积小，重量轻，构件少，并尽量选用标准件。
构件的复杂程度应与生产批量相适应。
6）具有良好的结构工艺性，制造维修方便。
4.1.2夹紧机构的动力装置
现代高效的夹具，大多数采用机械传动方式。
在传动装置中，一般都设有产生传动作用力的动力装置。
如气动、液压、气液増力、真空、电动、磁力等。
其中以气缸和液压装置应用最为普遍。
夹紧装置选液压传动装置，因为液压油的工作压力比压缩空气工作压力高度多，一般为（1.96～7.84）MPa，可达到9.8MPa以上，因而产生同样大的作用力，液压缸的结构尺寸比汽缸的结构尺寸大的多。
而且液压有不可压缩性，因而比气压传动的刚度高，工作稳定可靠；
液压油有吸振能力，因而噪声小，便于实现频繁换向。
而且液压有许多基本回路，且许多元件都已标准化，便于设计。
由于托辊夹具是用两套短V形块定位夹紧，因此必须实现两边同时夹紧，选择同步回路来实现，夹紧用保压回路，来实现。
4.2夹紧力
4.2.1夹紧力确定的基本原则
夹紧力是由夹紧元件（装置）产生的，夹紧力是根据工序图或夹具设计任务书中所提供的资料进行计算。
夹紧装置所产生的夹紧力一般是按下述条件和顺序进行的：
1）按静力学的平衡条件，根据工件受外力的情况计算所需理论夹紧力。
2）确定夹紧方式和夹紧装置。
3）确定夹紧装置所能产生的实际夹紧力。
实际夹紧力比理论夹紧力要大一些，这样才能安全可靠，确定夹紧力的基本原则是正确选择夹紧力的方向、着力点和夹紧力的大小。
4.2.2夹紧力方向确定的基本原则
夹紧力方向主要与定位基准及工件所受外力的方向有关，确定的原则是：
1）夹紧力方向应保证工件定位的准确性与可靠性
2）夹紧力方向应使工件变形最小
因为一方面当承载表面不同时，接触变形不同；
另一方面工件在不同方向上的刚性不同。
因此，要使工件夹紧变形小，在选择夹紧力方向时，最好使承载力表面是定位件与工件定位基准接触面积较大的那个面，并在工件刚性较好的方向上将工件夹紧，以减小变形。
加工薄壁套类、盘类工件时因为工件轴向比径向刚性好，所以常采用均布载荷，而不用集中载荷。
3）夹紧力方向所需夹紧力尽可能小
4.2.3夹紧力作用点的选择
1）夹紧力作用点应落在支承面中心或支承面内使定位稳定。
2）夹紧力作用点尽可能靠近被加工表面，以使切削力作用点的力矩小，从而减轻振动，防止翻转。
3）夹紧力作用点应选在工件刚性较好的部位，以防工件产生夹紧变形。
4）夹紧力作用点的数目应
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