托輥管體止口專用夾具設(shè)計

1、<p>　　托輥管體止口專用夾具設(shè)計</p><p>　　摘要：托輥是帶式輸送機(jī)的主要部件之一，其作用是支撐輸送帶和帶上的物料，減小允許阻力，并使帶式輸送機(jī)的垂度不超過一定限度，以保證輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。它的應(yīng)用十分廣泛，其生產(chǎn)屬專業(yè)化大批量生產(chǎn)類型，那就要求其加工設(shè)備能滿足大批量生產(chǎn)的要求。我們通過設(shè)計的夾具來實現(xiàn)托輥的大批量生產(chǎn)。托輥夾具用于一臺同時加工四個工件的鏜床上，并且能同時加工工件的兩端，因此夾

2、具必須滿足四個工件的定位夾緊。夾具的最基本作用就是保證工件準(zhǔn)確定位且夾緊以利于加工，由于托輥有不同的直徑系列和不同的長度系列，因此此夾具必須在長度和直徑方向可調(diào)，還必須保證在正確定位的基礎(chǔ)上夾緊，而且使各工件所受夾緊力相同。除了讓夾具滿足上述要求外，還應(yīng)盡量使夾具快速準(zhǔn)確定位夾緊，以節(jié)省輔助時間提高自動化程度，減輕勞動強(qiáng)度；盡量結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。本設(shè)計中通過自動定心夾緊機(jī)構(gòu)來讓定位夾緊同步進(jìn)行；利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)四個工件的同時夾緊，該夾

3、具有效的減少了工件加工的輔助時間，提高了加工效率。</p><p>　　關(guān)鍵字： 托輥；鏜床；夾具；液壓回路；自動定心夾緊機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1托輥簡介</b></p><p>　　托輥是帶式輸送機(jī)的主要部件之一，其作用是支撐輸送帶和帶上

4、的物料，減小允許阻力，并使帶式輸送機(jī)的垂度不超過一定限度，以保證輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。托輥的總重約占整機(jī)重量的30%-40%，且種類多，數(shù)量大，它占了一臺帶式輸送機(jī)總成本的35%，承受了70%以上的阻力。因此托輥的質(zhì)量尤為重要。托輥的質(zhì)量特性、使用壽命對帶式輸送機(jī)的運(yùn)行效率和可靠性有很大的影響。</p><p>　　1.2托輥管體止口專用夾具設(shè)計要求</p><p>　　通過設(shè)計的夾具來實現(xiàn)托輥

5、的大批量生產(chǎn)。托輥夾具用于一臺同時加工四個工件的鏜床上，并且能同時加工工件的兩端，因此夾具必須滿足四個工件的定位夾緊。夾具的最基本作用就是保證工件準(zhǔn)確定位且夾緊以利于加工，由于托輥有不同的直徑系列和不同的長度系列，因此此夾具必須在長度和直徑方向可調(diào)，還必須保證每一批工件能放置在兩主軸的中間，而且要保證工件軸線與主軸軸線重合。保證工件在正確定位的基礎(chǔ)上夾緊，而且使各工件所受夾緊力相同。這就是對這個夾具最基本的設(shè)計要求。除了讓夾具滿足上述要

6、求外，還應(yīng)盡量使夾具快速準(zhǔn)確定位夾緊，以節(jié)省輔助時間提高自動化程度，減輕勞動強(qiáng)度；盡量結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，解決由于托輥外徑允許偏差造成的止口圓面和外圓柱面的同軸度偏差。</p><p>　　本設(shè)計的重點(diǎn)采用自動定心夾緊機(jī)構(gòu)的原理，使四個工件同時定心夾緊。</p><p>　　設(shè)計一個專用可調(diào)的V型塊和夾具體，使工件在長度方向和直徑方向均可調(diào)。滿足對不同長度和不同直徑的工件的加工。</

7、p><p>　　如果托輥兩端到機(jī)床主軸的距離不相同，就會使工件兩端加工的長度不同，因此必須設(shè)計一個限位裝置實現(xiàn)使每批不同長度的工件都能對中，以利于機(jī)床對托輥的加工。</p><p>　　采用各種動力源（如氣動、液壓等）和液壓機(jī)械手，來提高自動化程度，減輕勞動強(qiáng)度。</p><p>　　本設(shè)計采用自定心夾緊機(jī)構(gòu)，讓定心定位夾緊同步進(jìn)行，節(jié)約了輔助加工時間，不僅能快速定心，

8、提高加工效率，還能解決以上問題。</p><p><b>　　2定位裝置設(shè)計</b></p><p>　　2.1定位方案的設(shè)計</p><p>　　此方案如圖2-6采用自動定心夾緊機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)在加工不同直徑的工件時能夠保證主軸軸線與工件軸線重合，并實現(xiàn)了快速定位和夾緊。采用液壓裝置驅(qū)動夾緊保證工件在正確定位的基礎(chǔ)上夾緊，而且使各工件所受夾緊力相同

9、，并提高自動化程度，減輕勞動強(qiáng)度。通過連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)加工不同直徑的工件時夾具在直徑方向的可調(diào)。將安裝V形塊的支架做成可滑動的來實現(xiàn)加工不同長度的工件時夾具在長度方向的可調(diào)。</p><p>　　定心夾緊機(jī)構(gòu)是在實現(xiàn)準(zhǔn)確定心的同時夾緊工件的，此機(jī)構(gòu)利用定位夾緊組件的等速移動來消除定位尺寸偏差對工件定心的不利影響。</p><p>　　圖2-6自動定心夾緊機(jī)構(gòu)</p><p&

10、gt;　　2.2定位元件的設(shè)計</p><p>　　工件以外圓柱面定位，定位組件選用V形塊。V形塊的對中性好，能使工件的定位基準(zhǔn)軸線在V形塊兩斜面的對稱面上，而不受定位直徑誤差的影響，并且使工件安裝方便。由于托輥兩端同時加工，切削力的作用相互抵消所以工件不會竄動，只需限制四個自由度既能滿足加工要求。由于所加工的工件長度較長故采用兩個端V形塊來定位。</p><p>　　為了使V形塊夾緊可靠

11、，將V形塊的工作表面磨削成齒紋表面以增大工件與V形塊的摩擦力,V形塊的工作表面應(yīng)在一次定位中磨出，以求一致。V形塊工作面間的夾角α取。</p><p>　　一組V形塊用兩個螺釘固定，在支架上裝配時一般是將V形塊位置精確地調(diào)整好后擰上固定螺釘。一組V形塊通過銷固定于支架上，按V形塊圓柱銷孔的位置在支架上鉆孔，打入圓柱銷。</p><p>　　V形塊用20鋼，表面滲碳淬火處理，滲碳深度為0.8

12、～2.2mm，HRC為58～64。</p><p><b>　　3夾緊裝置設(shè)計</b></p><p>　　3.1夾緊裝置的設(shè)計原則</p><p>　　在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率。因此，設(shè)計夾緊裝置應(yīng)滿足以下原則。</p><p>　?。?）工件不移動原則。夾緊過

13、程中，應(yīng)不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。</p><p>　?。?）工件不變形原則。夾緊力的大小要適當(dāng)，既要保證夾緊可靠，又應(yīng)使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。</p><p>　?。?）工件不振動原則。對剛性較差的工件，或者進(jìn)行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應(yīng)提高支承組件和夾緊組件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動。</p

14、><p>　　（4）安全可靠原則。 夾緊傳力機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。</p><p>　　（5）經(jīng)濟(jì)實用原則。夾緊裝置的自動化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，以保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，便于制造、維修、工藝性能好、操作方便、省力、使用性能好。</p><p><b>　　3.2夾緊力的確定</b>&

15、lt;/p><p>　　3.2.1工件的受力分析</p><p>　　工件一端某點(diǎn)受刀具的力</p><p>　　在加工時工件受到刀具的徑向切削分力、軸向切削分力、切向切削分力三個力，如圖3-1。當(dāng)工件在機(jī)床上被加工時，夾緊力必須平衡以上三個力，工件才能被正常加工，當(dāng)工件兩端同時被加工時工件受到軸向力的大小相等方向相反，工件兩端軸向力相互平衡，故對工件沒有影響；本工序中

16、由于用短V形塊分別夾緊兩端，分別平衡兩端的徑向力但在特殊位置徑向力的作用可能會使V形塊掀翻，故在特殊位置時應(yīng)使夾緊力與之平衡；而兩端切向力則分別會產(chǎn)生力矩使工件扭轉(zhuǎn)，這個扭轉(zhuǎn)力矩也需要夾緊力平衡。</p><p>　　圖3-1 工件受力圖</p><p>　　3.3.2夾緊力的計算</p><p>　　圖3-2 V形塊受力圖</p><p>

17、　　為防止工件在切削扭矩M的作用下打滑而轉(zhuǎn)動所需的夾緊力為：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　式中 —安全系數(shù)；</p><p>　　—切削扭矩，N·m；</p><p>　　—工件與V形塊在圓周方向的摩擦系數(shù)。</p><p>　?。?）安全系數(shù)的

18、確定</p><p>　　據(jù)文獻(xiàn)[12] 表4-21</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中 ??；；；；,；；；。</p><p>　　代入式(3-2)得： 取</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)矩的確定</b></p>

19、<p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　切削力的計算</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中 分別?。?-0.15</p><p><b>　?。?-5）</b>&

20、lt;/p><p><b>　　式中 ；；；。</b></p><p>　　將以上值代入式(3-5)得：</p><p><b>　　①背吃刀量的確定</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中 、—待加工表面和已加

21、工表面的直徑，㎜。</p><p><b>　　②進(jìn)給量的確定</b></p><p>　　據(jù)文獻(xiàn)[3]表4-13 取</p><p><b>　?、矍邢魉俣鹊拇_定</b></p><p><b>　　（3-7）</b></p><p>　　式中 —工

22、件的直徑，㎜；</p><p>　　—主軸轉(zhuǎn)速，r/min。</p><p>　　由切削力公式知V越大切削力越小，故當(dāng)V最小時切削力最大，即直徑最小時切削力最大，代入式(3-7)得：</p><p>　　將以上各值代入式(3-4)得：</p><p>　　將式（3-2）（3-3）的值代入式（3-1）得</p><p>

23、　　4液壓傳動裝置的設(shè)計</p><p><b>　　4.1油路的設(shè)計</b></p><p>　　當(dāng)工件夾緊后，換向閥處于中間位置，其特點(diǎn)為：</p><p><b>　　（1）油溫不高。</b></p><p>　?。?）在油壓作用下軟管膨脹積蓄能量，由穩(wěn)壓作用。</p><

24、p>　　圖4-1以軟管作蓄能器的穩(wěn)壓回路</p><p>　　D—電機(jī) 1—油泵 2—溢流閥 3—單向閥 4—三位四通換向閥 5—軟管 6—油缸</p><p>　　4.2液壓缸主要參數(shù)的選定</p><p>　　由上一章計算知液壓系統(tǒng)負(fù)載</p><p>　　據(jù)文獻(xiàn)[8]表10-1 知當(dāng)負(fù)載時工作壓力取</p><

25、p>　?。?）缸筒內(nèi)徑的確定</p><p>　　當(dāng)液壓缸的理論作用力F及供油壓力P為已知時，則無活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 —供油壓力，；</p><p>　　—液壓缸理論推力，N；</p><p>　　—活塞桿上的實際

26、作用力，N；</p><p>　　—負(fù)荷率，一般取?。?lt;/p><p>　　—液壓缸的總效率，據(jù)文獻(xiàn) 機(jī)械設(shè)計手冊 表21-6-3</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　一般??；；。</b></p><p>　　將以上各值代入式（4-2）

27、得：</p><p>　　將其代入式（4-1）得：</p><p><b>　　取</b></p><p>　?。?）活塞桿直徑的確定</p><p>　　據(jù)文獻(xiàn)[19]表21-6-16</p><p>　　式中 —缸筒內(nèi)徑，</p><p>　　—速比，根據(jù)壓力，按文獻(xiàn)

28、 機(jī)械設(shè)計手冊 表21-6-3選取，取</p><p><b>　　5夾具體的設(shè)計</b></p><p>　　5.1夾具體設(shè)計的基本要求</p><p>　?。?）應(yīng)有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性</p><p>　　夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀塊或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽缇?/p>

29、和形狀精度，它們之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈恢镁取?lt;/p><p>　　為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進(jìn)行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進(jìn)行退火處理。</p><p>　?。?）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度</p><p>　　為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產(chǎn)生不允許的變形和振動，夾具體應(yīng)有足夠的壁厚，剛性不足處可適當(dāng)增設(shè)加強(qiáng)筋。</p>&

30、lt;p>　?。?）應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和使用性</p><p>　　夾具體一般外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性，應(yīng)做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。</p><p>　?。?）應(yīng)便于排除切屑</p><p>　　在機(jī)械加工過程中，切屑會不斷地

31、積聚在夾具體周圍，如不及時排除，切削熱量的積聚會破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對于加工過程中切屑產(chǎn)生不多的情況，可適當(dāng)加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對于加工過程中切削產(chǎn)生較多的情況，一般應(yīng)在夾具體上設(shè)置排屑槽。</p><p>　　（5）在機(jī)床上的安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠</p><p>　　夾具在機(jī)床上的安裝都是通

32、過夾具體上的安裝基面與機(jī)床上的相應(yīng)表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機(jī)床工作臺上安裝時，夾具的重心應(yīng)盡量低，支承面積應(yīng)足夠大，安裝基面應(yīng)有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應(yīng)中空，大型夾具還應(yīng)設(shè)置吊環(huán)或起重孔。</p><p>　　5.2夾具體受力分析</p><p>　　夾具體結(jié)構(gòu)圖如圖5-1</p><p><b>　　根據(jù)力平衡得：<

33、/b></p><p><b>　　根據(jù)力矩平衡得：</b></p><p>　　圖5-1支架受力分析</p><p><b>　　重力G：</b></p><p><b>　　由圖知</b></p><p><b>　　由力的平衡公式知

34、：</b></p><p><b>　　由上得：</b></p><p><b>　　解之得：</b></p><p><b>　　6夾具三維設(shè)計</b></p><p><b>　　6-1夾具三維圖</b></p><p&

35、gt;　　圖6-1為使用Pro/E繪制的夾具三維圖。Pro/E是我國目前應(yīng)用最廣的三維高端機(jī)械設(shè)計軟件，由美國PTC公司推出，其內(nèi)容涵蓋了從產(chǎn)品概念設(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計、三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出，到生產(chǎn)加工成品的全過程。</p><p>　　Pro/E第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇。本次設(shè)計應(yīng)用Pro

36、/E軟件繪制夾具三維圖模擬產(chǎn)品模型。</p><p><b>　　7夾具的使用說明</b></p><p><b>　　圖7-1總裝圖</b></p><p>　　1-夾緊機(jī)構(gòu) 2-支撐板 3-擋板 4-滑座 5、6-壓緊機(jī)構(gòu) 7-液壓裝置</p><p>　　圖7-1為夾具體的總裝圖。裝夾工件

37、時先通過液壓裝置7調(diào)整夾具體的滑座4到限位位置使工件能夠順利裝入。旋轉(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)1上的擋板3，將其旋轉(zhuǎn)90度將銷插入手柄上的銷孔將其固定，將下邊的工件裝入。然后將銷拔出把擋板3旋回原位，將上邊的工件裝入。調(diào)整機(jī)床兩頭的鏜刀使其頂住工件，手動調(diào)整夾緊機(jī)構(gòu)1，將其調(diào)整到擋板前邊的定位板頂住工件將工件定位。開啟液壓裝置7將工件夾緊，調(diào)整鏜刀，開啟機(jī)床試切。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>

38、;</p><p>　　[1]東北重型機(jī)械學(xué)院 洛陽學(xué)院 第一汽車制造廠. 機(jī)床夾具設(shè)計手冊.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1990 </p><p>　　[2]孫桓 陳作模 葛文杰. 機(jī)械原理.7版.北京:高等教育出版社，2006.5</p><p>　　[3]陳錫渠 彭曉南．金屬切削原理與刀具．北京：中國林業(yè)出版社，2008.1</p><p&

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40、;<p>　　[8]張平格. 液壓傳動與控制.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.1</p><p>　　[9]李慶余 張佳. 機(jī)械制造裝備設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[10]濮良貴 紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2006.5</p><p>　　[11]相瑜才 孫維連. 工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版

41、社，1997.11</p><p>　　[12]吳拓. 現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.1</p><p>　　[13]單耀祖. 材料力學(xué)教程.北京：高等教育出版社，2004.4</p><p>　　[14]上海柴油機(jī)廠工藝裝備研究所. 金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.12</p><p>　　[1

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43、;p>　　[19]成大先．機(jī)械設(shè)計手冊.第5卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992</p><p>　　[20]大連理工大學(xué)工程畫圖教研室．機(jī)械制圖.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[21]張志明 邢春和 俆大方．成組夾具設(shè)計與應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社，1991</p><p>　　[22]陳心昭．機(jī)械加工工藝裝備設(shè)計手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版

44、社，1998</p><p>　　Roller Tube Body Check Mouth Special Jig Design</p><p>　　Abstract：Roller is the main component of belt conveyor one.Its role is supporting conveyor belt and bring materials, redu

45、ce resistance, and that allowed the belt conveyor sag does not exceed a certain limit, to ensure that the conveyor running smoothly. It used widely, its production of specialized high-volume production type, that require

46、s its processing equipment can satisfy the demand for mass production. We through the design of fixture to realize the mass production of roller. For a while r</p><p>　　Key word: roller; Boring; Jig;