托辊管体止口专用夹具设计

1、托辊管体止口专用夹具设计摘要：托辊是带式输送机的主要部件之一，其作用是支撑输送带和带上的物料，减小允许阻力，并使带式输送机的垂度不超过一定限度，以保证输送机平稳运行。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能满足大批量生产的要求。我们通过设计的夹具来实现托辊的大批量生产。托辊夹具用于一台同时加工四个工件的镗床上，并且能同时加工工件的两端，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，还必须保证在正确定位的基础上夹紧，而且使各工件所受夹紧力相同。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，以节省辅助时间提高自动化程度，减轻劳动强度；尽量结构简单，操作方便。本设计中通过自动定心夹紧机构来让定位夹紧同步进行；利用液压系统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。关键字： 托辊；镗床；夹具；液压回路；自动定心夹紧机构 1绪论1.1托辊简介托辊是带式输送机的主要部件之一，其作用是支撑输送带和带上的物料

2、，减小允许阻力，并使带式输送机的垂度不超过一定限度，以保证输送机平稳运行。托辊的总重约占整机重量的30%-40%，且种类多，数量大，它占了一台带式输送机总成本的35%，承受了70%以上的阻力。因此托辊的质量尤为重要。托辊的质量特性、使用寿命对带式输送机的运行效率和可靠性有很大的影响。1.2托辊管体止口专用夹具设计要求通过设计的夹具来实现托辊的大批量生产。托辊夹具用于一台同时加工四个工件的镗床上，并且能同时加工工件的两端，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，而且要保证工件轴线与主轴轴线重合。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。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，以节省辅助时间提高自动化程度，减轻劳动强度；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。本设计的重点采用自动定心夹紧机构的原理，使四个工件

3、同时定心夹紧。设计一个专用可调的V型块和夹具体，使工件在长度方向和直径方向均可调。满足对不同长度和不同直径的工件的加工。如果托辊两端到机床主轴的距离不相同，就会使工件两端加工的长度不同，因此必须设计一个限位装置实现使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。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，不仅能快速定心，提高加工效率，还能解决以上问题。2定位装置设计2.1定位方案的设计此方案如图2-6采用自动定心夹紧机构来实现在加工不同直径的工件时能够保证主轴轴线与工件轴线重合，并实现了快速定位和夹紧。采用液压装置驱动夹紧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，并提高自动化程度，减轻劳动强度。通过连杆机构实现加工不同直径的工件时夹具在直径方向的可调。将安装V形块的支架做成可滑动的来实现加工不同长度的工件时夹具在长度方向的可调。定心夹紧机构是在实现准确定心的同时夹紧工件的，此机构利用定位夹紧组件的等速移动来消除定位尺寸偏差对工件定心的不利影响。图2-6自动定心

4、夹紧机构2.2定位元件的设计工件以外圆柱面定位，定位组件选用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，并且使工件安装方便。由于托辊两端同时加工，切削力的作用相互抵消所以工件不会窜动，只需限制四个自由度既能满足加工要求。由于所加工的工件长度较长故采用两个端V形块来定位。为了使V形块夹紧可靠，将V形块的工作表面磨削成齿纹表面以增大工件与V形块的摩擦力,V形块的工作表面应在一次定位中磨出，以求一致。V形块工作面间的夹角取。一组V形块用两个螺钉固定，在支架上装配时一般是将V形块位置精确地调整好后拧上固定螺钉。一组V形块通过销固定于支架上，按V形块圆柱销孔的位置在支架上钻孔，打入圆柱销。V形块用20钢，表面渗碳淬火处理，渗碳深度为0.82.2mm，HRC为5864。3夹紧装置设计3.1夹紧装置的设计原则在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应满足以下原则。（1）工件不移动原则。夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。（2）工件不变形原则。夹紧力的大小要适当，既要保证夹

5、紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。（3）工件不振动原则。对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承组件和夹紧组件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。（4）安全可靠原则。 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。（5）经济实用原则。夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，以保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修、工艺性能好、操作方便、省力、使用性能好。3.2夹紧力的确定3.2.1工件的受力分析工件一端某点受刀具的力在加工时工件受到刀具的径向切削分力、轴向切削分力、切向切削分力三个力，如图3-1。当工件在机床上被加工时，夹紧力必须平衡以上三个力，工件才能被正常加工，当工件两端同时被加工时工件受到轴向力的大小相等方向相反，工件两端轴向力相互平衡，故对工件没有影响；本工序中由于用短V形块分别夹紧两端，分别平衡两端的径向力但在特殊位置径向力的作用可能会使V形块掀翻，故在特殊位置时应使夹紧力与之平衡；而两端切向力则分别会产生力矩使工件扭转，这个扭转力矩也

6、需要夹紧力平衡。图3-1 工件受力图3.3.2夹紧力的计算图3-2 V形块受力图为防止工件在切削扭矩M的作用下打滑而转动所需的夹紧力为： （3-1）式中 安全系数； 切削扭矩，Nm； 工件与V形块在圆周方向的摩擦系数。（1）安全系数的确定据文献12 表4-21 （3-2）式中 取；,；。代入式(3-2)得： 取（2）转矩的确定 (3-3)切削力的计算 （3-4）式中 分别取： -0.15 （3-5）式中 ；。将以上值代入式(3-5)得：背吃刀量的确定 （3-6）式中 、待加工表面和已加工表面的直径，。进给量的确定据文献3表4-13 取切削速度的确定 （3-7）式中 工件的直径，； 主轴转速，r/min。由切削力公式知V越大切削力越小，故当V最小时切削力最大，即直径最小时切削力最大，代入式(3-7)得： 将以上各值代入式(3-4)得：将式（3-2）（3-3）的值代入式（3-1）得4液压传动装置的设计4.1油路的设计当工件夹紧后，换向阀处于中间位置，其特点为：（1）油温不高。（2）在油压作用下软管膨胀积蓄能量，由稳压作用。图4-1以软管作蓄能器的稳压回路D电机 1油泵 2溢流阀 3单向阀

7、4三位四通换向阀 5软管 6油缸4.2液压缸主要参数的选定由上一章计算知液压系统负载据文献8表10-1 知当负载时工作压力取（1）缸筒内径的确定当液压缸的理论作用力F及供油压力P为已知时，则无活塞杆侧的缸筒内径为 （4-1）式中 供油压力，；液压缸理论推力，N；活塞杆上的实际作用力，N；负荷率，一般取取；液压缸的总效率，据文献 机械设计手册 表21-6-3 （4-2）一般取；。将以上各值代入式（4-2）得：将其代入式（4-1）得：取（2）活塞杆直径的确定据文献19表21-6-16式中 缸筒内径，速比，根据压力，按文献 机械设计手册 表21-6-3选取，取5夹具体的设计5.1夹具体设计的基本要求（1）应有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。（2）应有足够的强度和刚度为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可

8、适当增设加强筋。（3）应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。（4）应便于排除切屑在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。（5）在机床上的安装应稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。5.2夹具体受力分析夹具体结构图如图5-1根据力平衡得：根据力矩平衡得：图5-1支架受力分析重力G：由图知由力的平衡公式知：由上得：解之得：6夹具三维设计6-1夹具三维图图6-1为使用Pro/E绘制的夹具三维图。Pro/E是我国目前应用最广的三维高端机械设计软件，由美国PTC公司推出，其内容涵盖了从产品概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出，到生产加工成品的全过程。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并采用了单一数据库来解决相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择。本次设计应用Pro/E软件绘制夹具三维图模拟产品模型。7夹具的使用说明

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