浅析铣床多件联动快速夹紧夹具的设计.pdf

加工技术与机床 D OI 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 4 0 5 0 0 7 浅析铣床多件联动快速夹紧夹具的设计 郭在云 云南能源职业技术学院 云南曲靖 6 5 5 0 0 1 摘要 在普通铣床上 设计多件联动快速夹紧专用夹具 用于加工带式输送机托辊轴 设计过程中定位方案的选定 保证了零件 的定位精度和所需限制的自由度数 夹紧装置设计可靠 夹紧行程小 实现快速夹紧 提高生产效率和设备利用率 降低零件 的生产 成本和工人劳动强度 关键词 多件 夹具 定位 夹紧 中图分类 号 T G7 5 1 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 4 0 5 0 0 3 2 0 4 S imp l e Di s c u s s io n o n t h e De s ig n o f M il l i n g J i g s o f Ga n g e d M u l t ip l e Co mp o n e n t s wit h Fa s t Cl a mp in g Fe a t u r e s GUO Za i y u n Y u n n a n V o c a t i o n I n s t it u t e o f E n e r g y Q u j i n g 6 5 5 0 0 1 C h i n a Ab s t r a c t De s ig n s p e c i a l j ig s o f g a n g e d mu l t i p l e c o m p o n e n t s w i t h f a s t c l a mp i n g f e a t u r e s o n n o r m a l m il l i n g ma c h in e s a n d u s e i t f o r p r o c e s s in g b e l t o f c o n v e y o r s u p p o r t in g r o l l e r s Th e o p t io n o f p o s it io n in g s c h e me s in d e s ig n pr o c e s s e n s u r e s t h e po s it io n a c c u r a c y a n d t h e l imit e d f r e e d e g r e e s o f c o mp o n e n t s c l a mp in g d e v ic e is d e s ig n e d r e l ia b l y wit h s h o r t r o u t e a n d f a s t r e a c t io n it S h e l p f u l t o e n h a n c e p r o d u c t iv it y e ffi c ie n c y a n d r a t e o f e q u ip me n t u t il iz a t io n r e d u c in g t h e c o s t s a n d l a b o r in t e n s it y me a n wh il e Ke y wo r ds mu l t ip l e c o mp o n e n t s c l a mp s p o s it io n c l a mpin g 带式输送机具有结构简单 运输量大 可连 续工作等优点 广泛运用于火力发电厂 煤矿 有色金属矿 选厂 码头等 主要用于输送松散 物料和成品件 根据输送要求可单台使用 也可 多台组合 实现长距离输送 目前 随着我国工 业 的高速发展和机械制造水平 的大幅提高 带式 输送机输送距离 已达几十公里 甚至几百公里的 皮带机长廊 工程也即将成为现实 可大幅度提 高运输能力 并大大缓解铁路 公路的运输 还 有减低污染 保护环境的作用 因此带式输送机 发展和应用前景十分可观 托辊在带式输送机中 主要作用是支撑 防跑偏和减少皮带磨损等作 用 数量配置多 属易损件 在生产制造 中 托 辊轴的加工工序繁琐 加工效率低 因此经常由 于托辊生产影响整机完成工期 笔者曾在某大型 国营煤矿机械厂工作 负责编制机加工工艺和夹 2 0 1 1 年云南省教育厅基金课题 编号 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 3 具设计 针对托辊轴铣两端面工序 设计 了用于 普 通 X 5 0 3 2 立式 铣床一 次装夹 6 根 托辊轴 快速 联 动专用 夹具 大 幅度 提高 了加工 托辊轴 的效 率 现将设计过程作如下分析 以供参考 1 托辊轴加工工序分析 1 1 托辊轴加工工序分析 带式输送机 的类 型较多 煤矿常用 的是 8 0 0 带宽系列的输送机 其托辊数量最多的是铰接 槽形托辊 该 托辊轴 主要有 咖2 5 m mx 3 4 7 m m和 咖2 5 mi nx 4 6 5 m m两种 尺寸 如 图 1 所 示 本 工 序是用普通立式铣床 在 2 5 m m的轴两端分别 铣削出长 1 6 m m 厚度 1 8 m m四个平面 平面将 在下一个 工序用钻床加 工出托辊相互铰接 的孔 属大批量生产 通 常设计 的夹具一次只能夹 2 根 托辊轴 单面铣削 加工过程 中操作者需装卸 四 次方可完成轴两端的平面加工 反复装拆工件降 2 0 1 1 Y 4 8 1 匿 噩羹 郭在云 浅析铣床多件联动快速夹紧夹具的设计 tj r 技术与 低定位精度 并增大工人劳动强度大 加工效率 相当低 尤其在设备较少的企业 往往托辊轴加 工缓慢而影响整 台产品的交货期 图 1 托辊轴工序图 匝羽 I 兰l I 垒 I 1 2 该托辊轴的J j r 分析 制定夹具设计方案 1 托辊轴两端加工的平面与托辊轴中心线 对称度为0 1 mm 2 托辊轴两端加工的平面平行度为 0 1 m m 3 两端平面铣削长度均为 1 6 m m 厚度为 l 8 mm 分析可知 此零件属于小 型零件 且精度不 太高 零件的金属切除率少 机床功率消耗不 大 可在普通立式铣床上加工 并且对夹具的刚 性要求不 高 适合采用 多件 联动夹具进行 加工 笔者经过多次设计 比较后 确定 了如 图 2 所示 的 定位 夹紧方式和组合式三面刃盘铣刀的夹具 设计方 案 该 夹具可分 别加工 咖2 5 mmx 3 4 7 mm 和 2 5 m m x 4 6 5 m m两种尺寸的托辊轴 在确保 加工精度的前提下 一次装夹6 根托辊轴 并且 整个铣 削过程 只需装拆工件一次 铣床工作台移 动一次 就可完成托辊轴两端 四个平面的铣削 提高工效达 6 倍 以上 并大幅减轻工人劳动强度 2 定位 方案设计 2 1 定位方案和定位元件的确定 该托辊轴是圆柱类零件 由于在铣床加工平 面时的尺寸是长度 1 6 m m 厚度 1 8 m m 根据 图3 建立 的坐标 只需 限制 5 个 自由度 分别 是 露 三 其中夕 方向的自由度不需限制 属于不完全定形位 从托辊轴的几何形状以及托 辊轴中心线与加工平面的对称度 平行度要求考 虑 选用 V块作 为定位元件效果最佳 V形块为 组合式两端各一块 可限制 露 三 四个 自由度 保证了所加工平面与托辊轴中心线的对 称度及两平 面的平行度要 求 限制 是用 图 2中 活动定位块 装夹托辊轴时未加工端必须与支 承板表面接触 支承板限制了托辊轴 一个 自由 度 确保所铣削的平面长度达到 1 6 m m 当一端 已加工完 毕 加工另一端时 则必须将 活动定 位块 拆 除铣刀方可进行铣 削 由于刀具切削力 小 加紧可靠 沿 Y 方向不会产生移动 因此已 加工好 的端面也不需再用 活动定位块 进行定 位 在夹具体上开有二通槽 分别安装活动支承 板 可满 足 咖2 5 m mx 3 4 7 mm 咖2 5 m mx 4 6 5 m m 两种规格托辊轴的加工 使该夹具能加工两种不 同规格 的托辊轴 V形块共设计 7 快 V形面呈水 平摆放 托辊轴装在两个V形面中级 V 形块兼 定位及夹紧作用 如图3 所示 其中顶端一块 V 形块是固定不动 其余6 块是可移动的 V型块相 互之间安装有复位弹簧 复位弹簧在安装时就处 于被压缩状态 有一定的预紧力 在装工件时操 图2 铣床多件联动快速夹紧夹具结构图 作者需将两相对V形块分开 才 能装上工件 这样可利 于工 件在 未夹紧前保持其已定位置 2 2定位误差分析 该 夹 具 定 位 原 理 如 图 3所 示 将托辊轴 支撑在两个短 V形 块之间 可提高工件 的刚度 和定 位稳 定 性 V形 块 呈水 平放 置 除两端的以外 其余 5 块 V形块均 是双面呈 V形 使 V形块兼有定 位和夹紧双重作用 托辊轴定位 时对中性好 如图3 所示 在设计 V形块 时 为保证托 建 图3 夹具定位 夹紧示意图 辊轴水平方向定位的稳定 取o r 9 0 安装过程中 必须保证7 块 V 形块的高度保持一致 中心线在 同一水平 这样才能使定位精度得到保证 计算 V 形块的定位误差AD时 分析托辊轴 工序图可知 工序基准与单位基准不重合 基准 不重合误差 采用 V形块为定位元件 6 D 时 基准位移误差 二 u 根据托辊轴工序图 在V形块定位情况及铣 刀加工方向 可得定位误差计算公式 A D 一 A B s i n 譬一 s i n 鲁 一 1 当o t 9 0 0 时 aD 0 2 0 7 如 其中 是工序基 准与定位基准距离之间尺寸公差 如图1 所示 检 验该 夹具设 计的定位方案是否达 到要求 能否保证工件加工精度 可用误差计算不等式的 公式进行验算 即 Z A D G 其中 AZ A 一夹具制造 安装误差 aG 一 过程误差 A 一 定位误差 6 一工件的加工允差 由于 z A G 主要与夹具制造 调整 机床的工作精度 刀具的制造误差等因素有关 而与夹具定位方案 定位精度关系不大 通常进 行检验时可按三项误差平均分配 即满足如下不 等式 定位方案就能保证工件加工精度 即 A D 霎 j 3 夹紧方案设计 通过对托辊轴工序图分析 此零件属于小型 零件 加工过程 中切削力小 机床功率消耗不 大 所需夹紧行程较小 因此采用结构简单 操 作方便的螺旋夹紧机构 如图4 N示 托辊轴支 撑在左右两块 V 形块上 由于V 形块兼有定位和 夹紧功能 在夹紧的同时已定位 的工件会产生轻微移动 采用 图 4中夹 紧手柄 可同时使左右两 排 V形块 同步轻微移动 并依次 将6 根托辊轴夹紧 夹紧时虽然 已定位 的工件会产生轻 微移动 但 由于在各 V形块之间安装 的弹 簧预紧力作用下 使夹紧行程 小 可快速夹紧工件 不会破坏 原定位 该托辊轴是 圆柱形零件 定位时不需要 限制Y的自由度 并且铣削轴两端平面时铣刀进 给方向与夹紧力方向一致 因此轻微移动不影响 已确定的位置 但必须采用如图所示夹紧方式 否则左右夹紧不同步的话 则会使托辊轴轴线产 生偏移 破坏 了工件已确定的位置 图4螺旋夹紧结构图 螺纹选用方牙螺纹 自锁性能好 夹 紧的可 靠性好 在铣削加工过程中 工件主要受力就是 铣刀的切削力 由于切削量少 所 以切削力也就 小 其指小于螺旋夹紧力 因此夹紧可靠 螺旋 夹紧夹紧力计算公式 等 N 式 中 螺旋夹紧机构所产生的夹紧力 N p 一原始作用力 N 用力臂 手柄 mm d o 一 螺旋中径 m m 一 螺旋升角 一螺旋表面处摩擦角 郭在云 浅析铣床多件联动快速夹紧夹具的设计 加工技术与 咖r 2 一螺杆顶部与压紧块 的摩擦角 r一螺杆 顶部 与压 紧块 的 当量摩 擦半 径 m il 1 4夹具体结构设计 夹具体是夹具的基座和骨架 通过它将夹具 的各组成装置和元件连结为一个整体 并通过它 将夹具安装在机床上 夹具各组成部分与夹具体 有安装尺寸精度要求 夹具相对于机床工作台也 有安装位置要求 本夹具设计的夹具体如图5 所 示 四个长孔是用T 形螺栓固定夹具体与铣床工作 台的 夹具体与铣床工作台位置是用图3 中T 形槽 定位键确定 由于本夹具可加工 咖2 5 mm 3 4 7 mm 和 咖2 5 mm 4 6 5 mm两 种规格 的托辊轴 则 用于 定位的左右V形块应能移动 如图5 所示 右边 的 V形 块 是 活 动 的 当 v形 块 在 图示 8 0 0型 4 9 7 规格 位 置时 是加工 2 5 mmx 3 4 7 mm规 格的托辊轴 在 8 0 0 型4 9 7 规格 位置时是加 工 咖2 5 m mx 4 9 7 m m规格的托辊轴 V形块在夹 具体上的位置是用定位销确定的 如图5 所示 1 中 办 中 I 一 I l I 一 l 8 7 5 规格 8 0 0 型4 9 3 3 7 图5夹具体结构示意图 5 组合铣刀和对刀元件设计 在设计本夹具时 为提高加工效率 减少工 件装夹次数 设计了组合铣刀如图6 所示 用两 把 8 0 x 8 mmx mm 的三面刃盘铣刀 安装在如 图 6 的铣刀架上 在刀具 中间加上调整垫 圈 该 调整垫圈的长度尺寸 就决定了托辊轴两端所铣 削平面之间 1 8 m m尺寸要求 加工时 一次可完 成所夹的6 根托辊轴一端上下两个面的铣削 完成 一 端的加工后 将铣床工作台水平移动至托辊轴另 一 端加工位置 即可进行加工 在整个铣 削过程 中 托辊轴只需装夹一次就可完成四个面的加工 铣床的对刀元件是用来确定刀具与夹具相互 位置的元件 又称为对刀块 本夹具常用的