多工位托辊管体止口镗削加工专用夹具设计论文.doc

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目录

1引言 1

2设计思路与方案确定 4

2.1托辊夹具要满足的要求 4

2.2托辊夹具的方案 6

3定位分析及其计算 10

3.1V形块定位 10

3.2V形块的计算 11

3.2.1V形块的尺寸计算 11

3.2.2V形块的定位误差计算 13

4托辊的夹紧 16

4.1夹紧机构 16

4.1.1夹紧机构的要求 16

4.1.2夹紧机构的动力装置 16

4.2夹紧力 17

4.2.1夹紧力确定的基本原则 17

4.2.2夹紧力方向确定的基本原则 17

4.2.3夹紧力作用点的选择 17

4.2.4工件受力分析 18

4.2.5夹紧力的计算 19

4.3夹紧力的自锁 22

5辅助支承 24

5.1辅助装置作用 24

5.2辅助装置的结构原理 24

5.3螺纹的选择 25

6传动机构 27

6.1齿条的特点 27

6.2齿轮齿条传动的特点 27

6.3齿轮齿条的确定 27

6.3.1齿条的材料确定 27

6.3.2齿条参数的确定 27

6.3.3重合度的计算与校核 28

6.3.4齿轮齿条的强度校核 29

6.3.5齿轮的结构设计 33

6.3.6齿轮的各项误差计算 33

6.3.7确定键、轴承和轴 35

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。

优点：

结构简单，快速方便，通用性好。

缺点：

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，