毕业设计（论文）托辊管体止口专用夹具设计

1、本科毕业论文(设计) 题 目：托辊管体止口专用夹具设计学 院：大同大学煤炭工程学院班 级：10机械自动化姓 名：指导教师：职 称：讲 师完成日期：2012年6月5日托辊管体止口专用夹具设计本次设计是对于托辊管体专用夹具的设计，托辊是带式输送机的主要部件之一，其作用是支撑输送带和带上的物料，减小允许阻力，并使带式输送机的垂度不超过一定限度，以保证输送机平稳运行。首先在对工件进行工艺分析，并通过实习来了解一些国内外现有的加工方法，然后对本次设计要求认真分析，要实现四根管体同时加工，还要满足不同直径、不同长度的管体加工，我做了如下设计，利用左右旋螺纹丝杠来实现v形块的可调；来满足不同直径管的加工，在

2、长度方向我利用燕尾槽来移动，并能实现联动对中，采用液压系统夹紧方式来同时实现四根管的快速夹紧，操作简单、方便，有效的减少了工件加工的辅助时间，很大的提高了工作效率。关键词： 托辊；夹具；v形块；夹紧；液压系统目 录1 绪论11.1 托辊简介11.2 托辊的应用21.3 综述夹具设计的必要性21.4 机床夹具在机械加工中的作用与经济分析31.5 机床夹具的发展方向41.6 夹具的国内外现状51.7 托辊管体止口专用夹具设计要点62 设计思路与方案82.1 托辊夹具工艺分析82.2 托辊夹具设计方案102.3 定位元件的设计及其分析122.3.1 工件定位的基本原理122.3.2 定位元件活动v形

3、块的设计132.4 定位误差的分析162.4.1 误差的组成162.2.1 定位误差产生的因素172.5 v形块的最终方案183 托辊夹紧机构的设计193.1 夹紧的基本原理理论193.2 夹紧装置的要求193.3 夹紧力三要素的确定203.3.1 夹紧力方向的确定203.3.2 夹紧力作用点的选择203.3.3 夹紧力大小的确定213.4 工件的受力分析213.5 切削力的计算223.6 夹紧方案的最终确定263.7 限位装置的设计263.8 可调装置的设计293.8.1 螺纹类型和应用293.8.2 耐磨性313.8.3 验算自锁324 其他装置的设置344.1 液压装置的设计344.1.

4、1 液压缸的计算354.1.2 活塞374.1.3 导向套374.1.4 液压缸行程的确定394.1.5 流量的计算394.2 导轨394.2.1 导轨的设计原则394.2.2 导轨的材料及热处理404.2.3 导轨的设计414.2.4 导轨的材料及热处理424.2.5 导轨面的选用及其加工方法434.2.6 导轨的磨损、润滑及防护435 夹具体的设计455.1 夹具体的毛柸结构455.2 夹具体外形尺寸的确定455.3 夹具体的找正466 其它注意事项476.1 装配476.2 绘图486.3 标注486.4 公差497 参考文献518 结束语549 致谢551 绪论1.1 托辊简介图1-1

5、托辊托辊英文名称:carry idler;supporting roller 。定义：承托输送带或者钢丝绳的长回转体组件。1托辊是带式输送机的重要部件，种类多，数量大。它占了一台带式输送机总成本的35，承受了70以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。托辊的作用是支撑输送带和物料重量。托辊运转必须灵活可靠。减少输送带同托辊的摩擦力，对占输送机总成本25以上的输送带的寿命起着关键作用。虽然托辊在带式输送机中是一个较小部件，结构并不复杂，但制造出高质量的托辊并非易事。判断托辊好坏的标准有以下几条：托辊径向跳动量；托辊灵活度；轴向窜动量。(1) 托辊径向跳动量对胶带输送机的影响在国家规定的跳动量的范围内

6、，可以保持胶带机平稳运行，否则就会使得胶带输送机胶带共振跳动，造成物料抛洒，污染环境，在带速越高的情况下越显得径向跳动量小的好处。我国国家标准规定量为0.7毫米，日本jis标准规定的量为0.5毫米。(2) 托辊灵活度对胶带输送机的影响在胶带输送机运行过程中，托辊的灵活度显得非常的重要，如果托辊灵活度不好，旋转阻力系数高的时候，整个胶带输送机系统就得付出更大的动力，消耗更多的电力，有时还会造成胶带撕裂，电机烧毁的情况，更严重的时候可以引起火灾。所以，选用旋转阻力系数低(最好低于0.020) 的托辊是胶带输送机设计、选型的重要内容。(3) 轴向窜动量对胶带输送机的影响目前我国的胶带输送机制造技术越

7、来越先进，但是轴线窜动还是一个需要重点研究的课题，因为我国目前的胶带制造技术，胶带输送机安装技术还和世界上先进国家有较大的差距，往往会出现胶带跑偏的情况，如果托辊的轴向窜动量大，就会造成托辊的较早损坏。一般轴向窜动量控制在0.5-0.7毫米以内较好。1.2 托辊的应用托辊在煤矿上的应用尤其的多；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

8、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。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

9、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。1.3 综述夹具设计的必要性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。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。那就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

10、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。1.4 机床夹具在机械加工中的作用与经济分析保证加工精度由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机床加工中，可以保证工件各表面的相互位置精度，使其不受或少受各种主观因素的影响，因而容易获得较高的加工精度，并使一批工件

11、的精度稳定。2 提高生产率、降低成本采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以大大缩短这部分的辅助时间。如果采用气动、液动等动力装置，更可大幅度地缩短时间。另外，采用夹具后，产品质量降低，对操作工人的技术水平的要求可以降低等。3 扩大机床工艺范围使用专用机床可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。4 减轻工人的劳动强度 由于生产规模和生产条件不同，夹具的功能也有所侧重，其结构的复杂程度也有所不同。对于单件、小批或者多品种生产，宜采用通用夹具、通用可调夹具、或结构简单的专用夹具。对于大批量生产，夹具的主要作用则是保证加工精度的前提下尽量提高生产率。此时，夹

12、具结构的完善性是必要的，虽然夹具的制造费用要大些，但是由于生产率的提高，产品质量的稳定，技术经济效果还是显著的。从使用夹具的以上作用可明显体现出机床夹具的重要性和经济效益。为了进一步分析夹具的经济效益，我们以夹具制造费用来评价。夹具费用是工艺成本的组成部分，它直接影响工艺过程的经济性和产品成本。对夹具进行经济分析需要掌握以下的原始数据：(1) 工件的总产量n(件) ；(2) 单件工时(h) ；(3) 机床每小时的生产费用w(元/h) ，此项费用包括工人工资、机床折旧费、生产中辅料损耗费、管理费等。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具

13、技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。1.5 机床夹具的发展方向由于市场需求的变化多端及机电产品的竞争日益激烈，产品更新换代的周期短，多品种、中小批量生产的比例在提高。为了适应现代化机械工业向高、精、尖方向发展的需要，现代机床夹具也必须与时俱进，传统的生产技术准备工作和传统的夹具结构已不适应新的生产特点。其发展方向主要表现为“四化”。(1) 标准化 完善的标准化，不仅指现有夹具零部件(包括毛坯及半成品) 的标准，而且应有各种类型夹具结构的标准(如通用可调夹具、组合夹具标准、自动线夹具标准等) 。同时应对专用夹具零部件，实行统一的标准化、系列化、以便使有一部分另部件，能在各类实现

14、通用化。无疑这“三化”是夹具发展的基础工作，有此基础，就有可能组织夹具零件、传动装置甚至整套夹具的专业化定点生产，使原来单件生产的夹具，转变为专业化生产，以保证质量，降低成本，缩短生产周期。(2) 可调化 组合化 当前机床夹具发展的两个主要方面，一是要把专门用于某一特定工序的专用夹具，扩大其应用范围，使能用于同一类零件的加工，并实现快速调整；二是要改变专用夹具当工件或工艺一有修改就得报废的问题，是夹具能重复利用，实行组合化原则，用少数元件能满足多种需要。特别是随着数控机床等的大量出现，如何使用可调化或组合化夹具来适应这类机床的需要，成为当前机床夹具又一重要发展方向。(3) 精密化 由于机械产品

15、加工精度日益提高，高精度机床大量涌现，势必要求机床夹具也相应精密。例如精密多齿分度盘，分度精度可达；高精度通用定心卡盘可达0.005mm的定心精度。(4) 高效自动化 为了实现机械加工过程自动化，以改善劳动条件，提高生产率，降低加工成本，不仅是生产流水线、自动线的需要，而且对多品种、中小批量生产同样可考虑采用合适的高效自动化夹具，以获得良好的效益。为了加速新产品的投产，简化设计工作，加速工艺装备的准备工作，以获得良好的技术经济效果，在四化的基础上还表现为以下几方面。(1) 大力研制推广实用新型机床夹具在单件，小批生产或新产品试制中，应推广使用组合夹具和半组合夹具。在多品种，中小批生产中，应大力

16、推广使用可调夹具，尤其是成组夹具。(2) 提高夹具的机械化，自动化水平近十几年来，高效，自动化夹具得到了迅速的发展。主要原因是：一方面是由于数控机床，组合机床及其它高效自动化机床的出现，要求夹具能适应机床的要求，才能更好的发挥机床的作用。1.6 夹具的国内外现状(1) 试验机的发展方向是由制样检测向制品检测方向发展,这就要求与之相适应的夹具由原用于标准试样试验的夹具向用于成品检测的夹具发展。(2) 夹具的使用向高效率，低劳动强度的方向发展；过去的夹具一般采用机械锁紧，费时费力，劳动强度大，效率低。随着工作环境的改善，及大批量试验(生产流水线随机抽检的) 需要，夹具的夹紧方式由原来的机械夹紧向气

17、压夹紧、液压夹紧等方向发展。(3) 全自动夹具；从试样尺寸测量到装夹，再到开始试验，最后出测试报告一次完成。此类夹具成本很高，仅适用于大批量的相同试样或成品的测试和检验。(4) 环境试验的增多，使用于高低温的夹具增多；环境试验的增多，给夹具的设计增加了难度。我们知道高温拉伸试验国家标准都有规定：圆试样用螺纹，板试样上有孔。由于连接方式固定，所以夹具的设计较为简单。但高低温试验却不同，它一般是在高低温箱中做试验，它的试样一般标距短。这样一来夹具就必须装在高低温箱内，高低温试验一般由于试验机行程受限制，这就要求夹具体积小，又要满足试验力，又要耐高温、低温,一般比较难设计。(5) 连续试验夹具增多；

18、由于过去一般是制样检测，试样的拉伸、压缩是分开进行的，而现在成品检测越来越多，试样在同一次试验中又要受拉伸，又要受压缩，又要有高的效率，只能用同一种夹具既做拉伸又做压缩。(6) 特殊行业用试验夹具增多；随着科学技术的发展，一些新兴的行业对试验用夹具提出了新的要求。由于试验机夹具使用的特殊性，以及新材料的不断出现，夹具的设计一直处在被动的局面。我们每天都会碰到新材料，需要设计新的夹具。我们只有总结过去的成功经验，来顺应新的发展趋势。1.7 托辊管体止口专用夹具设计要点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

19、，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。本次设计突出的加工特点是一台镗床上同时加工工件，并且能同时加工工件的两端，因此夹具必须满足四个工件的定位夹紧。这就要求工件在正确的位置基础上夹紧，且使工件所受夹紧力相同。除满足夹具最基本的要求外，还应尽量使夹具快速准确定位夹紧，以节省辅助时间提高自动化程度，减轻劳动强度，尽量结构简单，操作简便。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，

20、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

21、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自动化程度。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2.1 托辊夹具工艺分析托辊专用夹具要满足的要求：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；如何实现加工不同长度的工件时夹具在直径和长度方向的可调；如何实现工件相对主轴两侧

22、居于中间的位置；如何提高自动化程度，减轻劳动强度；如何实现微调。 图2-2 托辊管体止口加工托辊的生产流程：圆钢下料(剪床) 车两端面、打中心孔(ca6140) 粗车两端轴颈、倒角(ca6140) 铣扁两端(铣床、钻床) 车两卡簧槽(数控车床) 精车两端轴颈(数控车床) 钢管下料(切管机) 车端面、倒角、镗孔(专用镗床) 托辊管体的加工购买冲压轴承座组焊轴承和密封圈(专用焊机) 装配(液压压装机) 喷漆(喷漆设备) 入库图21托辊管体参数表21托辊的基本尺寸节选（mt 73-92）输送带宽托辊直径托辊长度bd1l15007620060089108650762508938010875080089

23、31510846513395010001083801336001591150表22托辊管体技术条件节选（mt/t 1019-2006）外径d外径允许偏差7660.508960.6010860.7013360.8015960.9019461.0由表22可知不同的外径外径允许偏差不同，图22中说明加工止口(无论直径多少) 要求与外圆柱面的同轴度为直径0.1；就要求夹具能满足这个要求，辊筒两端的轴承孔直径89(或者直径133) 的表面粗糙度ra=3.2微米，等级较低，而圆柱度和同轴度的要求较高。又壁厚为8mm，属于薄壁件，因此，设计的机床在加工时必须解决如下几个问题：1 孔的位置必须正确。避免孔的轴

24、心线与管体的轴心线偏差过大。2 保证孔的圆柱度。如果圆柱度偏差过大，轴承装配就比较困难。3 保证两端孔的同轴度。如果同轴度超差，装配后，托辊不能均匀转动，从而使轴承和皮带及辊筒的使用寿命降低。4 表面粗糙度必须保证，否则将影响到与轴承衬套的配合。筒壁工作时受力不均匀，将加快辊筒的损坏。5、加工时夹紧力要适合，方向作用点要得当，而且要求作用均匀。否则容易引起工件变形，这样加工的废品率必然升高，造成成本提高，经济性差。通过以上的分析，需要我们在设计专用夹具时，尽可能满足上述几个方面的要求。2.2 托辊夹具设计方案带着这些问题，我发挥了充分的思维考虑了三种方案，介绍如下：图23液性塑料薄壁套筒夹具图

25、23液性塑料薄壁套筒夹具方案之一：此方案如图23采用液性塑料薄壁套筒夹具，可以很便捷且同时加工四个工件。优点：(1) 由于同时加工四个长度不同的工件，这就需求夹紧件或者传动件应设计成可调的，以便适应工件公差和夹紧件的磨损，又要保证夹紧件和传力件要有足的刚性，保证传力均匀。(2) 在图示的机构中液性塑料自动调节夹紧力来适应工件的尺寸变化，并且可也同时保证每个工件有足够的夹紧力，定位准确，夹紧可靠，装卸方便，是个值得考虑的方案。缺点：对于装卸工具用手动时间较长，可以考虑用液压缸，再者在考虑的时候不可以使操作空间封闭，这点深记！由于本人知识的欠缺对此工作原理及其设计步骤一塌糊涂，最终不敢给予考虑，希

26、望以后知识准备充足了再挖掘其中的设计奥秘！因此，舍掉此方案。方案之二：图24双层压板液压缸夹具此方案如图24双层压板液压缸夹具，可以同时定位夹紧且加工四个工件。优点：(1) 通过可动的v型块来定位工件，液压缸来实现夹紧，为了保证实现多为夹紧 ，既要保证能同时夹紧，又要能保证同时松开；(2) 图中用于固定浮动压板的弹簧就是用来松脱夹紧件的，操作方便，快速定位，减轻劳动强度；(3) 定位可靠，经济性好。缺点：(1) 由于v型块做成一个整体，从节约材料的角度来看，不可行；(2) 由于本道工序两对不同直径的工件(设计时把四个工件看成长度直径相同的理想体) ，v型块做成的形状不标准，从产品美观的角度看不

27、可行；(3) 加工的v型块高度的尺寸有点大，从工人装卸材料为出发点，是不可行的；(4) 回位弹簧寿命短，维修频繁,因此排除此方案。此方案如图25所示浮动压板液压夹紧夹具，可同时定位夹紧且加工四个不同长度直径的工件，能达到设计的基本要求。方案之三： 图25浮动压板液压夹具优点：(1) 为了保证工件与刀具的同轴度，相对于(参看图22) a的同轴度，将v型块作成活动的，且左右两侧均有可调装置(有待改进) ，夹紧方向、定位误差方向以及工序尺寸方向合理配置，以避免夹紧时定位的累积误差对工序尺寸造成误差；(2) v型块做成导轨式的，在附加限定机构(到固定位置自动停止) ，减小摩擦、操作便捷、减轻劳力；(3

28、) 为了实现多位夹紧同时适应不同直径的工件，保证同时而均匀的夹紧工件，将压板做成浮动的用销联接；(4) 采用单杠式液压机构来进行装卸工件(活塞杆的来回腔的工作原理) ，避免了气体可压缩性及气动夹紧刚性小的的缺点，工作平稳，夹紧可靠，机构尺寸也比较小，无噪音，劳动条件好。基于上述诸多的优势我选择此方案！2.3 定位元件的设计及其分析2.3.1 工件定位的基本原理六点定位原理工件的定位实质，就是要使工件在夹具中占有某个确定的位置。这一确定的位置可以通过定位支承限制相应的自由度来获得。一个物体在空间直角坐标系中具有六个自由度。即沿着三个相互垂直的坐标轴的移动自由度，以及绕这三个坐标轴的转动自由度，如

29、图3-1所示。在定位分析中，习惯上用x、y、z分别表示沿x轴、y轴、z轴的移动自由度；用分别表示绕x轴、y轴、z轴的转动自由度。由此可见，要使工件在夹具中占有确定的位置，就是要在空间直角坐标中，通过定位元件限制工件的上述六个自由度。分析时可将具体的定位元件抽象化，转化为相应的定位支承点来限制工件的自由度。图26 工件在空间具有的六个自由度2.3.2 定位元件活动v形块的设计定位：就是确定工件在夹具体中占据正确的位置，亦限定自由度，通常我们说的“六点定位原则”(一个支撑点限制工件的一个自由度) 即用合理设置的六个支撑钉，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定。一批工件在夹具中定位时，

30、只有满足两条要求，定位方案才是可行的；其一：是需要限制的自由度，必须都得到恰当地限制；其二：是保证必要的定位精度和稳定性。因此，确定定位方案时，要根据工件的加工精度要求，遵循六点定位原则，分析工件应该限制的自由度，确定定位方法，选择定位元件，继而进行定位误差的分析和计算。切忌在定位过程中出现欠定位、过定位。本夹具用于托辊止口加工这道工序，加工止口可选用内孔定位和外圆柱面定位，内孔定位主要用于车床上加工单面止口用，因此采用外圆柱面定位，定位元件选v形块。v形块定位最突出的优点的是对中性好，它可使一批工件的定位基准轴线对中在v形架两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，并且使安装方便。工

31、件在v形块上定位时，可根据母线的长度决定所限制的自由度，由于两端同时加工，因此只需限制四个自由度，所以选两个短v形块即可，不需要其他定位件。v形块的工作表面和底面需经磨削，为方便加工v形面设中间退刀槽。组合v形块的表面应在一次定位中磨出，以求一致。由于本设计的工件长度较长，选择两个短v形块配合使用，限制工件的两个自由度。在此设计中由于要调整同轴度和圆柱度，为了装夹工件简单方便，将v形块作为调整活动式的，一组v形块位置精确地调整好后拧上固定螺钉。v形块可以再导轨上滑动，其在导轨和v形块联接处设计位置限定装置。v形块的工作角度越大，定位误差越小；但工作角度越大，定位稳定性越差。由于要用双v形块定位

32、，因此会增加定位稳定性，所以v形块的工作角度选120。图27 v形块的计算图v形块用20号钢，热处理方式采用表面渗碳淬火处理，渗碳深度0.81.2,淬火硬度为6064hrc。2.3.1.1 v形块的简图为了满足对不同直径的托辊管的加工要求，v形块在必须可以进行调整，即改变v形块的开口大小，以满足多种直径的托辊管的加工要求。因此，我采用以下方案，来实现v形块的要求，即将v形块分成两块，在其上装上左右旋螺纹，利用左右旋螺纹来保证左右两块v形块的同时横向移动，这样就能很好的保证托辊管的加工精度了。如图27：2.3.3.2 v形块的尺寸设计据文献2表115v形块的工作角度 选120(在本次设计中要适应

33、直径89和133的工件) v形块的标准定位高度 t=h+0.577d-0.289nv形块的开口尺寸 n=2d-3.46v形块的参数 =(0.140.16) dv形块的直径系列 d=89,133v形块的高度 用于大直径定位时h0.5d 用于小直径定位时h1.2d经过初步计算分析，从工件直径、工件长度、夹具长度等各方面考虑，如果用一套夹具能加工所有尺寸的工件，势必会造成夹具太不紧凑，定位不准确,此次设计中只需满足两个直径的v形块即可.即v形块的参数如下：v形块的工作角度 选120v形块的直径系列 d=89,133v形块的高度 用于小直径定位时h1.2d 取h=1.289106v形块的参数 =(0.

34、140.16) d=(0.140.16) 89=(12.5 14.2) 取13.5v形块的开口尺寸 n=2d-3.46=289-3.4613.5=13v形块的标准定位高度 t=h+0.577d-0.289n=106+0.57789-0.289132=119.2根据文献2v形块gb2208-80槽宽m=40 v形块的长度l=140 槽深h=30 v形块的宽度b=50以上是经过查表经验公式设计出来的活动v形块的尺寸，在做v形块零件图时有诸多不协调，所以有些尺寸有些变动，当初的想法是一个v形块可以使用三个不同直径的托辊，切点居于三分之一、三分之二和三分之三处。现在出于设计目的仅需满足直径89和133

35、，这样调整的切点范围比较广，不容易担心处于极限位置定位不精确，夹紧不够牢固。现在把修改的数据列于下方：v形块的工作角度： 选90v形块的直径系列： d=89,133v形块的高度： 用于小直径定位时h1.2d 取h=1.289106v形块的开口尺寸： n=2d-3.46=128槽宽m=30 v形块的长度l=260 槽深h=40 v形块的宽度b=100图28可调v形块如图2-8可调v形块：2.4 定位误差的分析2.4.1 误差的组成能否保证工件的加工精度，取决于刀具与工件之间正确的相互位置。而影响这个正确位置的关系的误差因素有以下几种：定位误差：当一批工件用夹具安装，以调整法加工时，一批工件的工序

36、基准在加工尺寸方向上，相对定位基准的位置变动范围有多大，该加工尺寸便会产生多大的误差。这种由于定位引起的加工尺寸的最大变动范围成为定位误差；以表示。安装误差和调整误差：安装误差是指夹具在机床上安装时，引起定位元件与机床上安装夹具的装卡面之间位置不准确的误差。以表示，调整误差是指夹具上的对刀元件或者导向元件与定位元件之间的位置不准确所引起的误差。以表示。通常把安装误差和调整误差称为误安误差，以表示.加工过程误差：此项误差是由机床运动精度和工艺系统的变形等因素而引起的误差，以表示。为了保证加工要求，以上三项误差合成后应小于或等于工件公差,即+注解;一般在加工过程中占主要部分，故与忽略不计。2.2.

37、1 定位误差产生的因素由基准不重合所引起的定位误差：定位基准与工序基准重合与否的误差值；当定位尺寸与工序尺寸方向一致时，则定位误差就是定位尺寸的公差。若定位尺寸与工序尺寸方向不一致时，则定位误差就等于定位尺寸公差在加工尺寸(几工序尺寸) 方向的投影。若定位尺寸有两个或两个以上，那么基准不重合误差就是定位尺寸各组成环的尺寸公差在加工尺寸方向上的投影和。用表示。由定位基准发生位移所引起的定位误差：对于有些定位方式，即使基准重合，加工尺寸也不能保持一致，不过这是由于定位副有制造误差及包含定位副间的配合间隙，而引起的定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围成为基准位移误差，以表示。综合以上定位误差产

38、生原因分析，无论是基准不重合误差，还是 基准位移误差，皆是由定位引起的，因此统称为定位误差。定位误差就是基准位移误差和基准不重合误差的综合结果。可表示为=本次设计以孔中心线为工序基准,以工件的中心轴线为定位基准，所以此次设计无基准不重合误差，即=0，仅有基准位移误差,即托辊的圆柱度误差为0.1,故v形块的定位误差=0.1。这样的误差通过v形块、微调机构可以消除。由文献2定位误差的分析与计算知，与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：=+式中夹具相对于机床成形运动的位置误差；夹具相对于刀具位置的误差；工件在夹具中的定位误差； 工件在夹具中被夹紧时产生的夹紧误差；夹具磨损所造成的加工误差。表1

39、-1-12v形块定位中可以看出根据文献226页定位误差计算示例可知，该圆柱是以中心轴线定位的，所以根据表格的定位误差可知定位误差为=0.5820.1=0.116，由基准不重合和由定位基准发生位移所引起的定位误差之和影响效果类似，综上所述托辊外圆柱的定位误差为0.1mm。这个误差通过v形块和微调机构可以消除，精确加工。2.5 v形块的最终方案由于v形块要可以调整，即在左右螺旋丝杠的带动下能够同时前进或后退，因此左右v形块必须可以在一个方向上自由移动，为此我在v形块底部设计了一个t形导轨槽，这样既满足了v形块的定位，又有导向作用。在左右旋螺纹丝杠的安装上，为了防止丝杠跟t形槽的位置发生冲突，我在v

40、形块的侧面专门设计两块专门安装丝杠的块，这样就既能满足丝杠的定位，又能实现v形块的调节。如图29图29可调v形块的最终方案3 托辊夹紧机构的设计3.1 夹紧的基本原理理论在机械加工中，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。加工前，工件在夹具的定位元件上获得正确位置之后，还必须在夹具上设置夹紧机构将工件夹紧，以保证工件在加工过程中不致因受到切削力、惯性力、离心力或重力等

41、外力作用而产生位置偏移和振动，并保持已由定位元件所确定的加工位置。由此可见夹紧机构在夹具中占据有重要的位置。3.2 夹紧装置的要求分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性,夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。夹紧对象特征项目：包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。加工信息特征项：加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。夹紧要求特征项：主要指性能要求

42、，包括定位要求、定位基准选择，如特征点、特征面。夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。元件功能分析：夹紧功能主要包括四种元功能：定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。传动功能由中间递力机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的力一向、大小和自锁作用。目前常用的有以下机构：斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。因此在设计夹具时，选择工件的夹紧方法一般与选择定位方法同时考虑，有时工件的定位也是在夹紧过程中实现的。因此在设计夹具装

43、置时，必须满足以下基本要求：1、在夹紧过程中应能保持工件在定位时已获得的正确位置。2、夹紧应可靠和适当。夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中工件不会产生松动或振动。在夹压工件时，不许工件产生不适当的变形和表面损伤。3、夹紧机构应操作方便、安全省力，以便减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高生产效率。4、夹紧机构的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。5、结构设计应具有良好的公益性和经济性。结构力求简单、紧凑和刚性好。尽量采用标准化夹紧装置和标准化元件，以便缩短夹具的设计和制造周期。3.3 夹紧力三要素的确定夹紧力的概念是由力的大小、方向和作用点(数量和位置) 三要素体现，它对

44、夹紧机构的设计起着决定性的作用。在设计夹紧装置时，首先要确定的就是夹紧力的三要素，然后进一步选择适当的传力方式，并具体设计合理的夹紧机构。3.3.1 夹紧力方向的确定在实际生产中，尽管工件的安装方式各式各样，但对夹紧力作用方向的选择必须考虑以下几点：夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性。要做到这条要求，夹紧力的方向应朝向主要定位基准，把工件压向定位元件的主要定位表面上。夹紧力方向应使工件变形尽可能小。由于工件在不同方向上刚度是不等的；不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件时，更需注意。夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小。在保证夹紧可靠的情况下，减小夹紧力可以减

45、轻工人的劳动强度，提高生产效率，同时可以使机构轻便、紧凑以及减少工件变形。为此，应使夹紧力q的方向最好与切削力f、工件的重力g的方向重合，这时所需的夹紧力为最小。3.3.2 夹紧力作用点的选择夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内。夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上。这对刚度较差的工件尤其重要。夹紧力作用点应可能靠近被加工表面以减小切削力对工件造成的反转力矩。必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支撑并施加夹紧力，以免振动和变形。3.3.3 夹紧力大小的确定夹紧力

46、大小要适当，过大了会使工件变形，过小了则在加工时工件会松动造成报废甚至发生事故。采用手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的确切数值，只是必要时进行概略的估算。当设计机动(如气动、液压、电动等) 夹紧装置时，则需要计算夹紧力的大小，以便决定动力部件的尺寸(如气缸、活塞的直径等) 计算夹紧力时，一般根据切削原理的公式求出切削力的大小，必要时算出惯性力、离心力的大小，然后与工件重力及待求的夹紧力组成静平衡力系，列出平衡方程式，即可算出理论夹紧力，再乘以安全系数k，作为所需的实际夹紧力。k一般在粗加工时取2.53,精加工时取1.52。3.4 工件的受力分析由于本次设计运用机

47、动夹紧，故需准确计算出夹紧力。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

48、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。(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(2) 当两端同时加工时，受力，夹紧力必须平衡它们，工件才能正常加工，两端大小相等方向相反，已平衡；由于用短v形块分别夹紧两端，分别平衡两端的；而两端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。工件在夹具中的位置是由主要支承按工件的加工要求和工件的定位原理确定的。夹紧力等力的作用下单纯由主要支承定位，工件会产生变形或定位的不稳定。因此，需增设辅助支承，以提高

49、工件定位的稳定性和支承刚度。它的任务是承受工件的重力、切削力或夹紧力，对工件不起定位作用，即不限制工件的自由度。3.5 切削力的计算图3-1 托辊管体的受力分析在夹紧力设计时，正确估计切削力的大小及方向是确定夹紧力的主要依据。在镗削加工托辊时，对它进行受力分析,如上图331所示；目前，在生产实际中计算切削力的经验公式可以分为两类：一类是指数公式；另一类是按单位切削力进行计算。在金属切削中，用指数公式计算切削力被广泛应用。常用的指数公式如下：= (31) = (32) = (33) 式中:为切削力，为背向力，为进给力，、工件材料和切削条件对三个分力的影响系数，、表示背吃刀量对三个分力的影响指数，

50、、表示进给量对三个分力的影响指数，、表示切削速度对三个分力的影响指数，、各种因素对三个分力影响的修正系数的乘积。据文献6表1132查的粗镗的情况下，用硬质合金加工钢件的切削用量：v=(4060) m/min (取40) =(0.31) mm/r (取0.3) =2mm上述各个影响指数可根据文献8页表32查的：表31 切削用量的指数系数和指数切削力背向力进给力2701.00.75-0.151990.90.6-0.32941.00.5-0.4各种因素对三种分力的影响的修正系数包括如下几点：表32 材料的指数加工材料车削时的切削力刀具材料硬质合金钢结构钢0.751.351.0钢的强度和硬度改变时切削

51、力的修正系数：结构钢系数公式：=，由于托辊的材料时q235,据文献6表73查的=375460，取420，所以=0.73、=0.57、=0.66加工钢时刀具几何参数改变时切削力的修正系数，主要影响系数有主偏角、前角、刃倾角、刀尖圆弧半径，但是我们的刀具选择的材料是硬质合金，所以刀尖圆弧半径不计。据文献9217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=6075，固定式镗刀块镗盲孔一般=90，10，312。据文献10表1.3：用硬质合金刀具加工结构钢时，当结构钢800mpa时，前角1015，后角68，=015。综上所述：主偏角为60，前角为10，刃倾角为0。表33 刀具角度的修

52、正系数参 数刀具材料修正系数k名称切削力名称数值主偏角硬质合金0.940.771.11前角1.11.41.4刃倾角1.01.01.0据文献11表351，表352，表353确定、=0.730.941.11=0.755 (34) =0.570.771.41.0=0.615 (35) =0.661.111.41.0=1.027 (36) 将表31、32、33，式子34、35、36的数据代入式子31、32、33得各个分力：=2943=1035(n) =440(n) =857(n) 同时镗削加工托辊两个端口时，镗刀的位置有两个：即在托辊轴线的一侧和两侧。对图3-1进行受力分析可知：对于v形块定位的工件首

53、先限制了工件的四个自由度，即绕x轴的转动和移动、绕z轴的转动和移动；为工件的一对轴向力，相互平衡，对工件的定位没有影响，而为径向力，通过工件的轴心，所以工件不会绕y轴旋转，它的大小可忽略不计；为影响工件定位及夹紧的主要为切削力力，下面对它进行受力分析；当镗刀在工件轴线的两侧时，托辊管的受力图如下：它受到一对力偶会使它绕y轴旋转，如图3-2：所以在夹紧工件时，必须使夹紧力所产生作用效果与在力的作用下产生的旋转相平衡，使工件达到稳定的定位精度，当夹紧工件时，必然对v形块产生一定的力，图3-2 托辊管的受力图即：在工件与v形块接触并产生一定正压力的情况下，若要保证工件平衡，则必须由静摩擦力提供的力矩与之平衡；查文献12可知钢-钢接触的摩擦因数，则：平衡式为 ：即：即：20.15+0.15=1035即：=1546(n) 当镗刀在工件轴线的同