弧齿锥齿轮盘铣刀刃磨夹具设计(论文+DWG图纸)
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辽宁工程技术大学毕业设计(论文)第2章 夹具总体方案设计2.1铣刀盘在夹具上的定位和夹紧2.1.1铣刀盘装夹方式的选择：可供选择的刀盘装夹方式有两种：卧轴式和立轴式所谓卧轴式是指刀盘的轴线水平放置；所谓立轴式是指刀盘的轴线铅直放置。鉴于所要刃磨的刀盘为装配式刀盘，既大直径铣刀盘，与整体刀盘相比体积和质量都较大，因此选择立轴式装夹方式即刀盘轴线垂直于水平面放置，这样可以使刀盘的重力方向与夹紧力方向一致，能够保证加工时工件定位稳定、可靠不发生振动2.1.2刀盘的定位和夹紧：刀盘中心有锥孔，而夹具体顶端是带有同样锥度的锥形台，将刀盘的锥形孔对准夹具体上的锥形台放置，则刀体在夹具中就定位了。刀体上均匀布着四个螺钉孔，用四个螺钉即可将刀盘夹紧在夹具体上，这样就完成了对工件的定位和夹紧2.2工件座的设计为了能使用同一个夹具来刃磨尽可能多的铣刀盘就必须使在同一个工件座上能使不同尺寸的铣刀盘定位，为了实现这一功能，将工件座设计成类似于阶梯轴的形式。但若使全部刀盘能都在同一工件座上定位，由于联结螺栓所在圆周的直径分别为46mm、81.4mm、106.4mm、177.8mm、385.75mm。这样，有的圆周得逞直径超过了其刀盘所在工件座的直径范围，无法对刀盘进行夹紧，而且如果阶梯轴的阶数过多，在刃磨时会产生干涉现象，即砂轮与工件座发生碰撞。为了解决上述矛盾，我们把上述所有刀盘分为两组来进行刃磨。这样既能保证刀盘的定位和夹紧，又能保证不会发生干涉现象。我们将锥孔直径相差较大的刀盘分在同一组，这样可以充分保证不会发生干涉现象。例如，将公称直径分别为4/2、5和12、16的刀盘分为一组。本夹具的设计就是用来刃磨这四种最为常用的铣刀盘的。这样工件座就做成了如图所示的形式。 图 5 工件座示意图 观察发现，其联结螺栓孔所在圆周直径均小于其刀盘所在工件座的直径，即4658.196、106.4126.96。能保证用螺栓能夹紧铣刀盘，并且有足够的刚度和强度。用同样的方法来设计其他尺寸的工件座即可刃磨其余尺寸的铣刀盘（本文暂不涉及）。用更换不同尺寸的工件座的方法就能达到在同一夹具上刃磨各种不同尺寸的装配式铣刀盘，大大减少了设计的工作量和加工费用。2.3夹具要完成的动作对该类型的铣刀盘的刃磨是通过对刀片前刀面的刃磨来实现的。其主要过程是首先选定刀盘的初始位置，即是使基准刀片的前刀面对准砂轮的工作表面，之后将刀盘夹紧，对第一个刀片的前刀面进行刃磨，然后将刀盘依次转过相同的角度来实现对全部刀片的刃磨。总的说来就是先要进行初始位置的选择，然后还要进行分度。为了完成这一过程，首先要进行初始位置的选择夹具体要完成两个动作：一个是夹具体要沿其轴线可以转过任意的角度，另一个是夹具体可与水平面成一定的角度。有了这两个动作就可以完成对铣刀盘初始位置的调整，之后即可刃磨第一个刀片，而后在进行回转分度，依次完成对所以刀片的刃磨。总结起来，该夹具所要完成的动作主要有，两个回转分度动作和一个转角动作。为了实现这三个运动，我们分别选择相应的机构来完成。2.4分度装置的方案分析设计与选择由前述分析可知要完成对铣刀盘的刃磨，夹具需要有两个回转分度装置，其作用有二：一是使夹具体能转过一个任意角度，以便进行初始位置的调整：其二是使夹具能进行较精确的分度，来实现对铣刀盘中每个刀片的刃磨2.4.1回转分度装置的基本形式：回转分度装置的门类繁多，一般可按下述方法分类按分度盘和对定销的位置不同，可分为轴向分度和径向分度和轴向分度，对定销的运动方向与分度盘的回转方向平行，其分度装置的结构比较紧凑；径向分度，对定销的运动发向与分度盘的回转方向垂直，由于分度盘的回转直径较大，故能使分度对定副的间隙所造成的分度误差相应减小，常用于分度精度较高的场合。综合考虑，由于本夹具是用在万能工具磨床上的，所以不能使夹具体的体积过大，否则很有可能与磨床的其他部分发生干涉，故在这里选用轴向分度。按分度装置的工作原理不同，可分为机械分度，光学分度和电感应分度。机械分度装置结构简单，工作可靠，应用广泛。光学分度装置的分度精度较高。例如，光栅分度装置的分度精度可达10。但由于对工作环境的要求较高，故在机械加工中应用很有限。按分度装置的使用特性可分为通用、专用两类。在单位生产中，使用通用分度装置，有利于缩短生产准备周期，降低生产成本；在中小批生产中，常采用标准通用分度装置（如回转台与分度头等）与专用夹具联合使用，从而可简化专用夹具的设计和制造。但其分度精度有限，故只能满足一般加工需要。所以在成批生产中广泛使用专用分度装置，以获得较高的分度精度和生产效率。2.4.2 回转分度装置的组成：回转分度装置虽然有多种形式，但它们都是由四个基本部分组成：固定部分、转动部分、分度对定机构以及锁紧机构。固定部分：固定部分即转台体，是分度装置的基本部分，其功能相当于夹具体。回转台的材料应有较好的耐磨性、吸振性、和刚度通常采用经过时效处理的灰铸铁制造。精密回转台体则可选用性能较好的孕育铸铁。转动部分：转动部分包括回转盘、衬套和转轴等。回转盘通常用45钢经淬火回火至HRC4045或20钢经渗碳淬火后回火至HRC5863加工制成。转盘工作面的平面度公差为0.001mm，端面跳动公差为0.010.015mm。工作面对转台底面的平行度公差为0.010.02mm。转轴与衬套之间的间隙一般应在0.0050.008之间 ，因为过大的间隙会使分度装置产生附加的分度误差。对定机构：分度对定机构由分度盘和对定销组成，其作用是在转盘转位之后，使其相对于固定部分定位，保证其分度装置的回转部分相对于固定部分获得正确的分度位置，并进行定位和完成插销和拔销的动作。分度对定机构的误差会直接影响分度精度。因此是分度装置的关键部分。设计时应根据工件的加工要求，合理的选择分度对定机构的结构类型。锁紧机构：锁紧机构的作用是，当分度完成后将其装置的转动部分与固定部分之间进行锁紧，以增加分度装置的刚性和稳定性，减少加工是的振动，同时也起到保护对定机构的作用此外，对于分度装置通常要进行润滑，润滑一般是指由油杯组成的润滑。其功能是减小摩擦面的磨损，并使各机构操作灵活，当回转部分使用滚动轴承时，也可以用润滑脂润滑。2.4.3 回转分度装置的方案设计为了实现回转分度的动作，现提出如下几种方案方案1通用回转台方案2钢球分度装置方案3回转工作台转位棘轮机构方案4端齿盘分度装置几种方案的分析比较与选择方案1通用回转台，其结构如图6所示转盘1和转轴4用螺钉及销钉连接，可在转台体2中转动。定位销10（对定销）的下端有齿条与齿轮套12啮合。分度时，逆时针转动手柄8，通过螺杆轴7上的挡销（见B-B剖面）带动齿轮套12转动，使对定销10在弹簧11的作用下插入另一个分度衬套的孔中，从而，完成一次分度。顺时针转动手柄8，由于螺杆轴的轴向作用将弹性开口锁紧圈6收紧，并带动锥型圈5向下将转盘锁紧 图6 立式通用回转台该装置的定位是通过使对定销插入转盘的每个定位孔中实现的 。所要刃磨的铣刀盘的刀片数各有不同，分别为8，12，16，20，24，32，42。也就是说在转盘的圆周上加工出能使整个圆周进行8，12，20，24，32，42等分定位孔。这样做的加工难度非常大，并且孔与孔之间极有可能发生干涉。 图7 钢球分度装置1- 手柄 2-螺母 3-移动轴 4下钢球盘 5-上钢球盘6-转轴方案2钢球分度装置 如图7所示为钢球盘分度装置的工作原理，该装置的上下两个钢球盘分别用一圈相互挤紧的钢球作为上下分度盘。所用钢球的直径和几何形状的一致性、钢球分布的均匀性都对装置的分度精度有和承载能力影响很大，必须经过严格的挑选，其直径尺寸偏差和球面轮廓读误差均应控制在0.3m 之内。图中所示为上下分度盘，其端面上各嵌有钢球若干粒。其数量与分度机构的最小角度值有关。如图，转动手柄1使移动轴3向上运动将上钢球盘5抬起，上下分度盘分开，这时旋转分度盘到某一个角度后停止，反向旋转手柄，使上分度盘下落两分度盘在心得位置上锁紧，分度运动完成。方案3回转工作台分度转位棘轮机构如图8 所示为该机构的视图。油缸中的液体通过油口A进入，推动齿条1直线运动，带动齿轮2及装在其上的棘轮爪3推动棘轮4及回转工作台的转轴5顺时针分度转位。当齿条1由于油缸液体的流动方向的改变而返回原位时，齿轮2按虚线方向反转，但此时棘爪3仅在棘轮齿面上滑过，棘轮4及转轴5停歇不动，即工作台静止，图中螺钉6用来调节齿条1的移动距离，以改变工作台转位角的大小，这样棘轮由于需要单向转动，故棘轮齿形应制成不对称梯形齿。 图8回转工作台分度转位棘轮机构1-齿条 2-齿轮 3-棘爪 4-棘轮 5-转轴6-螺钉该种分度回转装置，分度准确，定位可靠，仅用一螺钉即可调节每回分度转角的大小，但该装置引入液压系统，将夹具的结构大大复杂化。方案4 端齿盘分度装置 其结构如图9 所示。图中上齿盘 为工作台，下齿盘为底座，转动起落手柄，上下齿盘脱开按照分度圈上的刻度可将上齿盘转过一个需要的角度，进行分度 ，然后落下上齿盘 ，使两齿盘相互啮合，就完成了分度动作。端齿盘分度装置的特点是：分度精度高，分度范围大，精度重复性好，精度保持性好，并且具有良好的刚度。但其制造费用较高，所以价格较高。在全面分析和比较了上述四种翻覆案的基础上，最后，选择端齿盘分度装置来实现夹具所要完成的回转分度工作。 图 9 端齿盘分度装置端齿盘分度装置的特点：1分度精度高、分度精度的重复性和持久性好。一般机械分度装置的精度，随着分度装置的磨损将逐渐降低。但立式端齿盘在使用的过程中却相当于上、下齿盘在连续不断地对眼研，因此使用越久，上下齿盘的啮合越好，分度精度的重复性和持久性越好。2分度范围大：端齿盘的齿数可任意确定，以适应各种分度需要。例如齿数为360的端齿盘，最小分度值为1。3刚性好：上下齿盘啮合无间隙且能自动定心，整个分度盘形成一个刚性良好的整体。4结构紧凑，使用方便2.5 转角机构的方案设计为了调整铣刀盘的初始位置，夹具体除了要完成回转分度动作以外还必须完成能使刀盘所在平面与水平面成一个角度的动作。为了实现这一动作，夹具必须能实现转角的功能，现提出两种方案方案一 液压转角器方案二 机械转角机构方案的分析与选择方案一 液压转角器（齿条传动活塞液压缸）其结构如图10所示，液压转角器是将液压缸活塞的往复运动转变成转动轴的回转运动。结构特点是将两个活塞液压缸用一个齿条对接起来。两端油口交替进入液压油。液压力作用在活塞上，使活塞和齿条的往复运动，带动齿轮转动。用行程螺钉可以调整活塞的行程。两端的端盖均采用半环连接，可以承受大的液压力。图10液压转角器1- 形成调整螺钉 2端盖 3-半环 4-O型密封5-缸体6-齿条 7-齿轮 8-转动轴 9-活塞这种转角机构，使用方便，操作简单，但其结构复杂。方案二 机械转角机构， 其结构如图11所示，分为上下两部分。上滑块可沿圆弧型轨道相对于下滑块滑动。因为轨道是圆弧型的，这就使上滑块在滑动的过程中形成了一个夹角，转过角度的大小可有滑块上的刻度线来确定在下滑块中加工出一个弧型的T型槽，上下滑块用T型槽用螺栓连接，T性槽用螺栓相对于上滑块是固定的，一起沿轨道相对于下滑块滑动。 图11 机械转角机构这种转角机构结构简单，但它是手动使用起来没有液压转角器方便。考虑到万能工具磨床体积较小，如果在其上使用的夹具体积过大，结构复杂的化，极有可能发生干涉现象。液压转角器虽然使用方便，但其结构复杂，需要增设液压回路，而机械转角器虽然操作起来没有液压转角器方便但其结构非常简单。基于上述分析，选择机械转角机构来完成转角的功。2.6 夹具体方按设计夹具所要完成的动作主要有三个，两个回转分度动作和一个转角动作，已经选择了相应的机构去完成，下面所要进行的任务就是要把这些机构组合在一起，并且将其安装在万能工具磨床上。2.6.1 总体方案设计 夹具体由四个机构组成，他们分别是一个工件座，两个回转分度装置和一个转角装置。现提出三种方案将这四个机构组合在一起。方案的分析与比较 方案一、二的共同特点是：当调整好刀片的初始位置后，刃磨完第一个刀片后，要进行分度转位，来刃磨下一个刀片，
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