多工位托辊管体止口镗削加工专用夹具设计——山西大同大学工学院本科(编辑修改稿)

多工位托辊管体止口镗削加工专用夹具设计——山西大同大学工学院本科(编辑修改稿)内容摘要：

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 jg    （ 3— 4） j — 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； g — 工序公差。 与机床夹具有关的加工误差 j ，一般可用下式表示： j W Z D A D W j j j M           （ 3— 5） WZ — 夹具相对于 机床成形运动的位置误差； DA — 夹具相对于刀具位置的误差 ； DW — 工件在夹具中的定位误差 ； jj — 工件在夹具中被夹紧时产生的夹紧误差； jM — 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。 山西大同大学工学院本科毕业设计说明书 15 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 77 ( )y Dd  ，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。 山西大同大学工学院本科毕业设计说明书 16 4 托辊的 夹紧 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。 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。 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（ ～ ） MPa，可达到 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，选山西大同大学工学院本科毕业设计说明书 17 择同步回路来实现，夹紧用保压回路 ， 来实现。 夹紧力 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。 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 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 作用点的数目应尽量使工件在整个接触面上夹的均匀，减小夹紧变形。 综上所述，夹紧力作用点选择是否合理，对工件是夹紧变形影响极大。 因此，在实际设计时，应根据各种因素进行分析，确定合理方案。 山西大同大学工学院本科毕业设计说明书 18 工 件受力分析 夹紧力的大小，对工件安装的可靠性，工件 与夹具的变形，夹紧机构的复杂程度和传动装置的选用等都有很大关系。 因此，在夹紧力方向、作用点确定后，尚需确定夹紧力的大小。 工件 在加工过程中受到切削力 、离心力、惯性力和工件自身的重力的作用，为保证工件安装稳定可靠，夹紧力必须与上述外 力平衡。 但在不同条件下，上述各种外力在平衡力系中所起的作用并不相同。 如在一般的中小型工件加工起决定作用的 是切削力，而重型工件起决定作用的则是工件的重力。 此外，切削力在加工过程中是变化的，工艺系统的刚性和夹紧机构的传动效率又不同。 因此，夹紧力大小的计算是一个很复杂的问题，一般只作粗略估算。 为简便起见，在计算夹紧力大小时，假定工艺系统是刚性的，切削过程稳定不变，只考虑切削力（矩）对夹紧的影响，按静力平衡原理求出夹紧力的大小。 为保证安全再乘以安全系数。 图 4— 1 一端受力 1）工件一端 某点 受刀具的力 受到径向 切削分力 、轴向 切削分力 、切向 切削分力 三个力如图 4— 1。 图 4— 2 两端同时受力 山西大同大学工学院本科毕业设计说明书 19 2）当两端同时加工时，受力如图 42，夹紧力必须平衡它们，工件才能正常加工，两端 xP 大小相等方向相反，已平衡；由于用短 V形块分别夹紧两端，分别平衡两端的yP；而两端 zP 则分别会产生力矩使工件扭转，这个扭转力矩也需要夹紧力平衡。 夹紧力的计 算 据 文献 [1]表 321： 为防止工件在切削扭矩 M（ kgfmm ）的作用下打滑而转动所需的夹紧力： 11sin 22KMQRf （ kgf） (4— 1) 为防止工件在轴向力 P的作用下打滑而轴向移动所需的夹紧力： 22sin 22KPQf （ kgf） (4— 2) 图 4— 3 工件所受夹紧力 式中 ： 1f — 工件与 V形块间在圆周方向的摩擦系数； 2f — 工件与 V形块间在轴向方向的摩擦系数； ⑴确定安全系数 K据 文献 [1]306 页 0 1 2 3 4 5 6K K K K K K K K （ 4— 3） 0K — 基本安全系数，一般取 ； 山西大同大学工学院本科毕业设计说明书 20 1K — 加工状态系数。 粗加工： 1K =；精加工： 1K =。 由于是粗镗，所以 1K取 ； 2K — 刀具钝化系数 （考虑刀具磨损的系数） ， 一般取 2K =～ ， 据 文献 [1]表 320 选取， 粗镗钢件时 zP 方向为 ， xP 方向为 ； 3K — 切削特点系数 （考虑切削情况的系数） ， 连续切削： 3K =，断续切削：3K =。 加工 为连续切削， 因此 取 4K — 考虑夹紧动力稳定性系数。 手动夹紧： 4K =，机动夹紧： 4K =， 为液压 机动夹紧，固选 ； 5K — 考虑 手动 夹紧时手柄位置的系数。 若手柄操作方便，手柄旋转范围小时 ，取 ； 若手柄位置操作不方便，手柄转动角度范围大（ 90176。 ） 时，取。 由于是机动夹紧，因此次项不考虑。 6K — 仅在力矩企图使工件回转时，才考虑支承面 接触情况系数。 若工件安装在支承钉上，接触面积小时 取 ；若工件是安装在支承板或其它接触面较大元件上时取 ； 因为工件安装在 V形块上， 属线 接触 ， 面积不 大，因此取 . zP 方向上 K= = xP 方向上 K= = ⑵计算切削力 方法一： 带公式 ①据 文献 [1]表 3— 50 查的切削力公式： 0 .7 5 0 .1 5300zpp ts v K （ 4— 4） ts v K （ 4— 5） t— 切削厚度（ mm） s— 每转进给量 (mm) v— 切削速度 （ m／ min） zP — 圆周切削分力（ kgf） ； xP — 轴向切削分力（ kgf） ； pK — 修正系数； 山西大同大学工学院本科毕业设计说明书 21 ②据 文献 [6]表 1— 132 查的粗镗的情况下，用硬质合金加工钢件的切削用量： v=(40～ 60)m／ min (取 40) s=(～ 1)mm／ r (取 ) t= ③ 据 文献 [1]表 3— 51，表 3— 52， 表 3— 53 确定pK P m p p p p rpK K K K K K   （ 4— 6） 由于托辊的材料时 Q235,据 文献 [6]表 7— 3 查的 b =375～ 460 aMP ，取420 aMP ，则由表 352 查得 指数 n=。 mpK = 75nb= 75= 据 文献 [3]217 页：镗刀刚性差、 易振，主偏角应选大点，以减少径向力。 粗镗 一 般选 rK =60176。 ～ 75176。 ，固定式镗刀块镗盲孔一般 rK =90176。 ， 0 5r～ 10176。 ， 0 3176。 ～ 12176。 据 文献 [4]表 ：用硬质合金刀具加工结构钢 时，当结构钢 b 800Mpa 时，前角 0r 10176。 ～ 15176。 ，后角 06176。 ～ 8176。 ， s =0～ 15176。 综上所述： 按主偏角为 60176。 选出zpK=； xpK= 按前角为 10176。 选出zpK=； xpK= 按刃倾角为 0176。 选出zpK=； xpK= 刀具圆弧半径不考虑。 因此z z z z zP m p p p p rpK K K K K K  = = x x x x xP m p p p p rpK K K K K K  = = ④ 分别带入（ 4— 4），（ 4— 5） 求切削力 得： 0 .7 5 0 .1 5300zzpp ts v K=300  =（ kgf） 山西大同大学工学院本科毕业设计说明书 22 0 .5 0 .4339 xxpp ts v K =339  =（ kgf） ⑤ 据 文献 [12]493。