星轮六直沟槽精磨专机夹紧定位机构及砂轮修整装置设计说明书

目录第一章引言 21.1．机床夹具的现状 21.2．现代机床夹具的发展方向 21.3.本课题研究的来源、目的和主要任务 3第二章机床夹具设计原理 42.1机床夹具及其组成 42.2机床夹具的分类 52.3机床夹具的功用 5第三章定位方式及定位元件的确定 63.1工件定位的基本原理 63.2常用定位方式及定位元件 6第四章夹紧装置的设计 74.1夹紧装置的基本要求 84.2确定夹紧力的基本原则 84.3磨削力的计算 94.4常用夹紧机构 104.5锥形夹紧环传动的设计与应用 12第五章定位误差分析 155.1定位误差产生的原因 155.2定位误差的计算 15第六章夹紧机构的动力装置 176.1碟形弹簧概述 176.2碟形弹簧的计算 176.3动力装置的选择 196.4动力装置参数确定 20第七章砂轮的选择及砂轮修整装置的设计 227.1常用的磨削形式 227.2砂轮的安装与修整 237.3砂轮修整装置的电机选择 247.4砂轮修整装置的带传动设计 25第八章夹具体设计 27结论 28致谢 29主要参考文献 30第一章引言夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.1．机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10~20％左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；2）能装夹一组具有相似性特征的工件；3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。1.2．现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148~T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。1.3.本课题研究的来源、目的和主要任务课题来源：本次毕业设计的课题是：《星轮六直沟槽精磨专机夹紧定位机构及砂轮修整装置设计》，该课题直接从常州超宇机械制造有限公司第一生产线选来。项目研究的目的、意义球笼等速万向节是实现变角度的动力传递，星轮是球笼等速万向节主要零件。星轮和钟形壳之间的有六个钢球，钢球是被固定放置在星轮和钟形壳之间的一个保持架的六个窗口中，六个钢球分别推动各自所在的星形套和钟形壳中的球道来传递扭矩。星轮六直沟道的磨削是保证该零件质量的关键工序之一常州超宇机械制造有限公司是一家专业生产球笼式等速万向节和内外球笼冷锻毛坯的公司，在2000年跨入汽车零部件行业，并成功开发出汽车等速万向节(C.V.AXLE)内外球笼冷锻毛坯具备了开发各种汽车等速万向节球笼毛坯和成品的条件，产品远销北美，南美，沙特，韩国等国家和地区。公司希望通过技术开发提高星轮六直沟槽精磨质量和效率，投资开发星轮六直沟槽精磨专机夹紧定位机构及砂轮修整装置设计。主要任务本专机是对星轮六直沟槽零件进行精磨。它的设计内容有1、机床夹紧定位机构总图。2、砂轮修整装置总图，零件图。3、毕业设计说明书一份。4、翻译与本专业相关的15000个印刷符号的科技英语文章。本夹具一次可完成对四个工件夹紧定位。工件夹紧动力采用碟形弹簧、松开采用液压机构。砂轮定时自动完成砂轮修整。工件采用手动粗定位，分度采用自动并带自锁。第二章机床夹具设计原理2.1机床夹具及其组成夹具定义：在机床上用以装夹工件的一种装置。机床夹具的组成：虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。1）．定位支承元件定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。2）．夹紧装置夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。3）．连接定向元件这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。4）．对刀元件或导向元件这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件。用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。5）．其它装置或元件根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。6）．夹具体夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。2.2机床夹具的分类夹具有多种分类方法，一般按适用工件的范围和特点可分为通用夹具、专用夹具、组合夹具和可调夹具，或者按适用的机床分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具等。2.3机床夹具的功用1．保证加工质量2．提高劳动生产率，降低成本3．扩大机床工艺范围4．改善工人劳动条件，保障生产安全第三章定位方式及定位元件的确定3.1工件定位的基本原理1．六点定则任何一个自由刚体，在空间均有六个自由度，即沿空间坐标轴X、Y、Z三个方向的移动和绕此三坐标轴的转动。工件定位的实质就是限制工件的自由度。由此可见，工件安装时主要紧靠机床工作台或夹具上的这六个支承点，它的六个自由度即全部被限制，工件便获得一个完全确定的位置。工件定位时，用合理分布的六个支承点与工件的定位基准相接触来限制工件的六个自由度，使工件的位置完全确定，称为“六点定则”。六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。2．完全定位、不完全定位和欠定位加工时，工件的六个自由度被完全限制了的定位称为完全定位。但生产中并不是任何工序都需要采用完全定位的。究竟应该限制几个自由度和哪几个自由度，应由工件的加工要求决定。例如在一个长轴上铣一个两头不通的键槽，加工要求除了键槽本身的宽度、深度和长度外，还需保证槽距轴端的尺寸及槽对外圆轴线的对称度。此时绕工件轴线转动的自由度就不必限制而只要限制五个自由度即行了。工件的六个自由度没有被完全限制的现象称为不完全定位。在平面磨床上磨削平板零件的平面也是不完全定位的一个例子。在满足加工要求的前提下，采用不完全定位是允许的。但是根据加工要求应该限制的自由度而没有限制是不允许的，它必然不能保证加工要求，这种现象称为欠定位。3．过定位现象工件的某个自由度被重复限制的现象称为过定位。一般情况下应当尽量避免过定位。但是，在某些条件下，过定位的现象不仅允许，而且是必要的。此时应当采取适当的措施提高定位基准之间及定位元件之间的位置精度，以免产生干涉。结论：在本套夹具设计中，星套定位是不完全定位，限制了除了转动的五个自由度，其中的轴向移动自由度是通过夹具体和螺母共同限制的，其余都是锥环限制的。因为是最后一道精磨六沟槽，用数控分度头进行分度，所以转动的自由度就不需要限制。3.2常用定位方式及定位元件（一）工件以平面定位（二）工件以外圆柱面定位（三）一面两销组合定位（四）工件以圆柱孔定位工件以圆柱孔为定位基面时，常用圆柱体和圆锥体作为定位元件。1．圆柱销（定位销）短圆柱销可限制两个自由度，而长圆柱销可限制四个自由度。从结构上看，定位销一般可分为固定式和可换式两种。固定式定位销是直接用过盈配合装在夹具体上使用的。当定位销定位部分直径D<10mm时，由于销径太细，为避免销子受力过大而剪断，通常在销子定位端根部倒成大圆角。这时夹具体上安装定位销的部分应设计埋头坑，以便定位销的圆角部分沉入坑内，而不妨碍工件定位。2．圆柱心轴心轴可以做为一个单独的夹具，广泛应用于车、铣、磨床上加工套筒及盘类零件。心轴在定位过程中一般限制工件四个自由度。3．圆锥销圆锥销一般只能限制工件的三个移动自由度。工件在单个圆锥销上容易倾斜，为此，圆锥销一般与其它定位元件组合适用。4．锥度心轴这种定位方式的定心精度较高，可达0.01~0.02mm，但工件的轴向位移较大，适用于工件定位孔精度不低于IT7的精车和磨削加工，但加工端面较为困难。结论：在本套星轮六直沟槽精磨专机夹紧定位机构及砂轮修整装置设计中，工件采用以圆柱孔为定位基面。限制了除了转动和轴向移动的四个自由度，定位元件为锥环。星形套最后一道精磨工序图，如下图所示：第四章夹紧装置的设计在机械加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力等的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件确定的加工位置，而不致发生振动或位移、夹具结构中应设置夹紧装置将工件可靠夹牢。4.1夹紧装置的基本要求在不破坏工件定位精度，并保证加工质量的前提下，应尽量使夹紧装置做到：1．夹紧力的大小适当。既要保证工件在整个加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。2．工艺性好。夹紧装置的复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造和维修。3．使用性好。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。4.2确定夹紧力的基本原则设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。1．夹紧力的方向夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时必须遵守以下准则：（1）夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。（2）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。（3）夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。2．夹紧力的作用点合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：（1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。（2）夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。（3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。3．夹紧力的大小夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。夹紧力的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠，在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重则造成工件报废甚至发生安全事故。夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量不利。对于本夹具的详细计算在后面阐述。4．减小夹紧变形的措施有时，一个工件很难找出合适的夹紧点。这时可以采取以下措施减少夹紧变形。（1）增加辅助支承和辅助夹紧点（2）分散着力点（3）增加压紧件接触面积（4）利用对称变形（5）其它措施等4.3磨削力的计算磨削力的计算结果受力示意图切向力Fc法向力Fp轴向力Fa公式来源于《机械制造工程学》Fz——切向力——砂轮轴向进给量mmbt——砂轮宽度19.05mm=（0.5~0.8）bt=9.5~15.24选=10mm——磨削深度或径向进给量mm——工件转速m/s查[7]表3-101=0.455m/s——常数=22（淬火钢）=21（未淬火钢）=20（铸铁）因被加工零件材料是渗碳淬火所以=22上诉数据带入公式得=7.8N=0.455m/s7.8N轴向力甚小，一般不需考虑。法向分力通常为切向力的1.5~3倍，经查淬火钢是1.9~2.6倍所以取/=2=15.6N=15.6N总磨削力NF=17.4N4.4常用夹紧机构原始作用力转化为夹紧力是通过夹紧机构来实现的。在众多的夹紧机构中以斜楔、螺旋、偏心、铰链、联动、定心应用最为普遍。（一）斜楔夹紧机构采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自锁性能好等特点，因此获得广泛应用。（二）螺旋夹紧机构采用螺杆作中间传力元件的夹紧机构统称为螺旋夹紧机构。由于它结构简单、夹紧可靠、通用性好，而且由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。（三）偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。偏心夹紧加工操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都小。一般用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。（四）铰链夹紧机构铰链夹紧机构是一种增力夹紧机构。由于其机构简单，增力倍数大，在气压夹具中获得较广泛的运用，以弥补气缸或气室力量的不足。（五）联动夹紧机构在工件的装夹过程中，有时需要夹具同时有几个点对工件进行夹紧；有时则需要同时夹紧几个工件；而有些夹具除了夹紧动作外，还需要松开或固紧辅助支承等，这时为了提高生产率，减少工件装夹时间，可以采用各种联动机构。（六）、定心夹紧机构当工件被加工面以中心要素（轴线、中心平面等）为工序基准时，为使基准重合以减少定位误差，需采用定心夹紧机构。定心夹紧机构具有定心和夹紧两种功能。它的特点是：夹紧机构的定位元件与夹紧元件合为一体，并且定位和夹紧动作是同时进行的。机构按其定心作用原理有两种类型，一种是依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动，从而实现定心夹紧，如螺旋式、杠杆式、楔式机构等；另一种是利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性变形（收缩或扩张），来实现定心夹紧，如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料等。1．螺旋式定心夹紧机构螺杆两端的螺纹旋向相反，螺距相同。当其旋转时，使两个V形钳口作对向等速移动，从而实现对工件的定心夹紧或松开。V形钳口可按工件不同形状进行更换。这种定心夹紧机构的特点是：结构简单、工作行程大、通用性好，但定心精度不高，主要适用于粗加工或半精加工中需要行程大而定心精度要求不高的场合。2．杠杆式定心夹紧机构杠杆式三爪自定心卡盘中，滑套作轴向移动时，圆周均布的三个钩形杠杆便绕轴转动，拨动三个滑块沿径向移动，从而带动其上卡爪将工件定心并夹紧或松开。这种定心夹紧机构具有刚性大、动作快、增力倍数大、工作行程也比较大等特点，但其定心精度较低。一般为0.1mm左右，它主要用于工件的粗加工。由于杠杆机构不能自锁，所以这种机构自锁要靠气压或其它机构。3．楔式定心夹紧机构机动的楔式夹爪自动定心机构中，当工件以内孔及左端面在夹具上定位后，汽缸通过拉杆使六个夹爪左移，由于本体上斜面的作用，夹爪左移的同时向外胀开，将工件定心夹紧；反之，夹爪右移时，在弹簧卡圈的作用下使夹爪收拢，将工件松开。这种定心夹紧机构的结构紧凑，定心精度一般可达0.02mm~0.07mm，比较适用于工件内孔作定位基面的半精加工工序。4．弹簧筒夹式定心夹紧机构这种定心夹紧机构常用于安装轴套类工件。弹性定心夹紧机构的结构简单、体积小、操作方便迅速，因而应用十分广泛。其定心精度可稳定在Æ0.04mm~Æ0.010mm之间。除上述介绍的定心夹紧机构外，常用的还有膜片卡盘机构、波纹套定心夹紧机构以及液性塑料夹紧机构等。结论：在本套夹具设计中，我利用均匀弹性变形的原理，采用锥环来实现工件的定心定位。锥形夹紧环简称锥环，是用来联接传动零件与转轴的一种新颖紧固件，其作用相当于楔形键，广泛应用于数控机床和加工中心及其他有特殊要求的设备，下图是锥环的一种应用。其主要优点是：(1)装拆方便，紧固力强；(2)轮轴之间动力传动无反向间隙；(3)有利于减小轮轴之间的安装偏心；(4)属无键联接，无应力集中影响，在相同工况下材料利用率高；(5)轴向与周向位置调整方便。锥环应用因此，在反向间隙要求严格的精密传动、动态稳定性要求高的高速传动以及要求简化制造与装配结构工艺性的传动中，锥环的应用已相当广泛。锥环胀紧联接是在轴和毂孔之间放几对锥环，每对锥环由外环和内环组成，外环的外表面是圆柱面，内表面是圆锥面。内环的外表面是圆锥面，内孔为圆柱面。当对外胀套施加轴向力后，内外环沿锥面相对移动而楔紧。外环胀开，外径增大，将毂孔压紧，内径缩小，将轴压紧。胀紧联接是利用轴和毂孔与胀套接触表面上产生的摩擦力来传递扭矩和轴向力。结论：本套夹具的锥环的应用如下图所示：4.5锥形夹紧环传动的设计与应用1.锥环的结构尺寸设计包含以下几个方面：(1)锥环材料选用65Mn，通过淬火处理，硬度达到HRC56左右，材料具有一定的弹性和韧性。(2)锥环的锥角β应具有不自锁性，由于楔形的不自锁条件为β不小于2倍摩擦角，若按钢材的最大静摩擦力系数f=0.15计算，则其摩擦角ρ应为8.53°，根据实际情况选取β为16.7°。(3)锥环的内外径根据电机轴径与机床空间结构、联接齿轮的结构尺寸确定，外径D=25mm，内径d=20(4)锥环名义宽度L可按下式计算：L=［(D-d)/2-f1］／tgβ(1)式中，f1是锥环小端为避免过于尖锐而留出的厚度，通常为0.2～0.3?mm，本例取0.2mm。将已知值代入(1)式，可得L＝6.3mm(5)锥环实际宽度l。由于锥环在紧固状态下有相对楔进量，在楔紧的极端情况下，锥环应有一个变形Δ以消除配合间隙，以及为保证足够的联接强度而有一定的过盈量δ，这样，锥环的楔进量应为(Δ+δ)/2tgβ。另外，在这种情况下，仍希望内外环不要贴齐，应有错开量f2，锥环实际宽度可按下式计算：l=L-(Δ+δ)/2tgβ-f2(2)f2通常取0.4～0．6mm，本例取0.6mm，Δ设计为0.05mm,δ取0.01mm2.锥环受力分析与计算在对锥环施加轴向力过程中，首先有初始轴向力F0来消除配合间隙Δ，然后才开始产生接触压强p，若轴向总施力为F，能产生接触压强的轴向力为F′，则F=F0+F′。图2F0—初始力；N0—初始力产生的径向压力；

N0′—锥面正压力；F2—锥面摩擦力；

R0—N0′与F2的合力。(1)计算初始力F0。由图2可知，N0=F0/tg(β+ρ)，如把锥环视作平均直径为(D+d)/2的圆环，则轴向力使锥面上产生的径向压力N0会产生一个径向压强p0：p0=N0/π［（D+d)/2］l=F0/π［(D+d)/2］ltg(β+ρ)(3)另由材料力学知识可知锥环周向应力στ为στ=(1)/(2)p0［(D＋d)/2］l/(1)/(2)［(D-d)/2］l=p0［(D+d)/(D-d)］=2F0/πl(D-d)tg(β+ρ)(4)又由于στ=Eε(ε为径向应变，E为钢材弹性模量)，取E=206×109?N/m2，ε=Δ/［(D+d)/2］，故可得等式2F0/πl(D-d)tg(β+ρ)=2EΔ/(D+d)，所以，初始力F0应为F0＝πEltg(β+ρ)［(D-d)/(D+d)］Δ(5)将已知值代入(5)式，可得F0=8974N。(2)计算总预紧力及接触强度。在施加初始力F0后，锥环装配间隙消除，当螺母继续拧紧时，锥环开始胀紧轴和齿轮，其受力情况见图3，可得R1∶sin(90°-β-ρ)＝F′∶sin(β+2ρ)，即R1∶cos(β+ρ)＝F′∶sin(β+2ρ)；又：R1=N1/cosρ，故可得N1/cos2ρ（1-f?tgβ)=F′/cos2ρ［（tgβ(cos?2ρ/cos2ρ)］+2tgρ)(6)图3预紧力和接触压强分析F′—产生接触压强的轴向力；N1，N2—正压力；F1，F2—摩擦力；R1—N1与F1的合力；R2—N2与F2的合力。在一般情况下，f=0.12～0.15，ρ=6.8°～8．5°，所以cos?2ρ/cos2ρ≈1，f?tgβ≈0，故有N1＝F′/(tgβ+2f)，产生的接触压强为p=N1/πdl＝F′/πdl(tgβ+2f)，所以产生接触压强的轴向力F′＝pπdl(tgβ+2f)。内环内壁的接触压强查[17]p=98MPa数据代入公式所以F′=pπdl(tgβ+2f)=98*3.14*20*5.3*（tan16.7+2*0.15）=19571N确定压紧锥环的轴向力F=F′+F0=19571+8974=28545Nn≥3时，其承载能力的提高已不太显著，故取n=2第五章定位误差分析六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD表示。在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5~1/3，即ΔD≤(1/5～1/3)T式中ΔD──定位误差，单位为mm；T──工件的加工误差，单位为mm。5.1定位误差产生的原因工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。5.2定位误差的计算计算定位误差时，可以分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出它们在加工尺寸方向上的矢量和；也可以按最不利情况，确定工序基准的两个极限位置，根据几何关系求出这两个位置的距离，将其投影到加工方向上，求出定位误差。计算定位误差，是为定位元件选择合适的精度，这样可以避免因定位元件精度不足而造成工件报废的现象出现。定位误差的计算：定位锥环的定位情况如图所示：由图可见，锥环定位的情况为：定位基准：工件内孔轴线；工序基准：工件内孔轴线；限位基准：锥环中心线；定位基准与工序基准重合，无基准不重合误差工序基准与限位基准不重合，存在基准位移误差定位误差：△＝△＋△式种：△为定位误差△为基准位移误差△为基准不重合误差计算公式的由来：由图可见，轴线为水平放置，设轴线为O，最小、最大直径分别为d，d，公差为T；工件最小直径为D、轴心线为O，最大直径D、轴心线为O，公差为T。，工件外圆最小、最大直径分别为D。、D。，公差为To，工件与心轴配合的最小间隙为X。在这种定位情况下，工件上母线始终与心轴上母线单边接触。这批工件的定位基准是内孔轴心线，由于工件和心轴都存在制造误差及二者配合的间隙，使得该定位方案存在基准位移误差，定位基准由0移到0。由几何关系知：当心轴直径最小d、定位孔径最大D一时，心轴与工件内孔的距离为△，相反有距离△。由此可以得出定位基准的最大变动量：又因为该锥环定位基准与工序基准重合；所以基准不重合误差为零，即：△＝０所以锥环定位的误差为的计算公式为：△＝△＋△＝△＝（+）式中：T为孔的公差；T为锥环的公差所以该锥环定位的误差为：△＝△＋△＝△＝（+）＝（0.03+0.018）=0.024又因为定位误差必须小于工件误差的三分之一,即:△≤=*0.3=0.1式中:T为工件要求的工序尺寸误差.即:0.024≤0.1所以定位误差符合要求第六章夹紧机构的动力装置在本套夹具设计中工件夹紧动力采用碟形弹簧、松开采用液压机构6.1碟形弹簧概述碟形弹簧具有体积小、负荷大、组合使用方便等特性，同时具有载荷集中传递的优0点。可采用单片对合组合、多片叠合组合和混合组合等方式以获得各种不同曲线。如右图所示：组合式碟形弹簧在机械行业中很大范围内取代圆柱弹簧，体现了新产品（主机）设计小型化多功能化的特点。在载荷作用方向上，较小的变形能承受较大的载荷，轴向空间紧凑。与其他类型的弹簧比较，其单位体积的变形能较大，具有较好的缓冲吸震能力。特别是采用叠合组合使用方式，由于表面摩擦阻尼作用，吸收冲击和消散能量的作用更为显著。目前，在国防、冶金、工程、电力、机床、建筑等行业得到广泛应用。如：模具、支承吊架、离合器、制动器、桥梁缓冲（减震）装置、轴承预紧、安全过载装置、重型机械、机械起动器、控制装置、阀门、工业电炉、分度装置、夹紧装置等等。碟形弹簧特点是:在载荷作用方向上尺寸较小,能在微小的变形时产生很大的能量,且轴向空间紧凑,使用寿命长,标准的碟形弹簧具有较好的弹性与强度,不会产生弹性塑性变形,适用于重型机械设备.我国碟形弹簧采用材料有高质量的弹簧钢60Si2MnA、50CrVA或特殊材料，如不锈钢、铬镍铁合金等。其中特殊材料不锈钢、铬镍铁合金等适用于高温和腐蚀性环境6.2碟形弹簧的计算碟形弹簧的计算结果组合形式采用如图所示的碟簧对合组合形式2．碟形弹簧的尺寸查[18]P7-41尺寸如下D=40mmd=20.4mmt=1.5mmh0=1.15mmH0=2.65mmF=2620N对合组合形式压平弹簧时的负荷t——碟簧厚度——压平弹簧时的负荷——弹簧压平时变形量的计算值——泊松比——弹性模量式中E=2.06*Mpa——计算系数D=40mmK4=1C=D/d=2代入公式得K1=0.69t=1.5mmh0=1.15mm代入公式得Fc=3180NFc=3180N3.叠合组合时,单个碟簧的负荷F=28545/2=14272.5NF=14272.5N4.单片弹簧变形量F/Fc=4.6据h0/t=0.77F/Fc=4.6从图7.2-16查得f/h0=1单片弹簧变形量f=1h0=1.15mmf=1.15mm5．所需碟簧片数满足总变形量10mm所需碟簧片数i=10/1.15=9.2约10,则需20片所需碟簧片数20片6.3动力装置的选择夹具的动力源有手动、气压、液压、电动、电磁、弹力、离心力、真空吸力等等。随着机械制造工业的迅速发展，自动化和半自动化设备的推广，以及在大批量生产中要求尽量减轻操作人员的劳动强度，现在大多采用气动、液压等夹紧来代替人力夹紧，这类夹紧机构还能进行远距离控制，其夹紧力可保持稳定，机构也不必考虑自锁，夹紧质量也比较高。设计夹紧机构时，应同时考虑所采用的动力源。选择动力源时通常应遵循两条原则：1）经济合理。2）与夹紧机构相适应。1．手动动力源故手动动力源多用于螺栓螺母施力机构和偏心施力机构的夹紧系统。设计这种夹紧装置时，应考虑操作者体力和情绪的波动对夹紧力的大小波动的影响，应选用较大的裕度系数。2．气动动力源气动动力源的介质是空气，故不会变质和不产生污染，且在管道中的压力损失小，但气压较低，一般为0.4~0.6MPa，当需要较大的夹紧力时，气缸就要很大，致使夹具结构不紧凑。另外，由于空气的压缩性大，所以夹具的刚度和稳定性较差。此外，还有较大的排气噪声。3．液压动力源液压动力源夹紧系统是利用液压油为工作介质来传力的一种装置。它与气动夹紧比较，液压夹紧机构具有压力大、体积小、结构紧凑、夹紧力稳定、吸振能力强、不受外力变化的影响等优点。但结构比较复杂、制造成本较高，因此仅适用于大量生产。液压夹紧的传动系统与普通液压系统类似，但系统中常设有蓄能器，用以储蓄压力油，以提高液压泵电动机的使用效率。在工件夹紧后，液压泵电动机可停止工作，靠蓄能器补偿漏油，保持夹紧状态。4．气-液组合动力源气-液组合动力源夹紧系统的动力源为压缩空气，但要使用特殊的增压器，比气动夹紧装置复杂。5．电动电磁动力源电动扳手和电磁吸盘都属于硬特性动力源，在流水作业线常采用电动扳手代替手动，不仅提高了生产效率，而且克服了手动时施力的波动，并减轻了工人的劳动强度，是获得稳定夹紧力的方法之一。电磁吸盘动力源主要用于要求夹紧力稳定的精加工夹具中。结论：在本套夹具设计中我采用液压动力装置。与气动夹紧装置相比，液压夹紧装置有以下优点：工作压力可达5~6.5MPa,传动力大，可采用直接夹紧方式，结构尺寸较小。油液不可压缩，故夹紧刚性大，工作平稳、可靠。噪声小6.4动力装置参数确定油缸的计算油缸的结构形式如下图所示油缸的设计计算结果工作压力的确定根据《液压传动》表11-3选择磨床工作压力2MpaP=2MPa液压缸的推动力液压缸的推动力即为碟簧所受轴向力28545N=28545NP为液压缸夹紧时的夹紧力；F为液压缸工作的推动力(N)=28545N缸径的计算由活塞作用力的近似计算公式：/ŋP——为活塞工作时的压力（N）P——为夹紧总力(N)ŋ——各种损失的有效系数，在此取ŋ=0.9；所以：/ŋ根据液压缸推力工作时缸径的计算公式：D——为液压缸缸径(mm)；P——为活塞最大作用力(N)——为液压缸工作压力(),=2mpa所以，液压缸缸径为=1.13×=103mm为了防止在加工时,存在加工异常,如:工件存在铸造缺陷,使压力急剧增大,所以选用较大的液压缸径.圆整得：D=104mmD=104mm活塞杆直径=41mm圆整为：40mmd=4第七章砂轮的选择及砂轮修整装置的设计7.1常用的磨削形式磨削就是利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面的切削加工。磨削用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面,以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面。

有外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、无心磨削和其他特殊形式的磨削。

外圆磨削

主要在外圆磨床上进行，用以磨削轴类工件的外圆柱、外圆锥和轴肩端面。磨削时，工件低速旋转，如果工件同时作纵向往复移动并在纵向移动的每次单行程或双行程后砂轮相对工件作横向进给，称为纵向磨削法（图1）。如果砂轮宽度大于被磨削表面的长度称为切入磨削法。一般切入磨削法效率高于纵向磨削法。如果将砂轮修整成成形面，,则工件在磨削过程中不作纵向移动,而是砂轮相对工件连续进行横向进给，切入磨削法可加工成形的外表面。

内圆磨削

主要用于在内圆磨床、万能外圆磨床和坐标磨床上磨削工件的圆柱孔（图2）、圆锥孔和孔端面。一般采用纵向磨削法。磨削成形内表面时，可采用切入磨削法。在坐标磨床上磨削内孔时，工件固定在工作台上，砂轮除作高速旋转外，还绕所磨孔的中心线作行星运动。内圆磨削时,由于砂轮直径小,磨削速度常常低于30米／秒。

平面磨削

主要用于在平面磨床上磨削平面、沟槽等。平面磨削有两种：用砂轮外圆表面磨削的称为周边磨削(图3)，一般使用卧轴平面磨床,如用成形砂轮也可加工各种成形面；用砂轮端面磨削的称为端面磨削，一般使用立轴平面磨床。

无心磨削

一般在无心磨床上进行，用以磨削工件外圆。磨削时，工件不用顶尖定心和支承，而是放在砂轮与导轮之间，由其下方的托板支承，并由导轮带动旋转。当导轮轴线与砂轮轴线调整成斜交1°～6°时，工件能边旋转边自动沿轴向作纵向进给运动，这称为贯穿磨削。贯穿磨削只能用于磨削外圆柱面。采用切入式无心磨削时，须把导轮轴线与砂轮轴线调整成互相平行，使工件支承在托板上不作轴向移动，砂轮相对导轮连续作横向进给。切入式无心磨削可加工成形面。无心磨削也可用于内圆磨削，加工时工件外圆支承在滚轮或支承块上定心，并用偏心电磁吸力环带动工件旋转，砂轮伸入孔内进行磨削，此时外圆作为定位基准，可保证内圆与外圆同心。无心内圆磨削常用于在轴承环专用磨床上磨削轴承环内沟道。特殊形式的磨削

磨削还有许多特殊的形式。有用于磨削特定零件的，如在磨齿机上用展成法或成形法磨削齿轮，在螺纹磨床上用成形法磨削螺纹，在花键磨床上成形磨削花键（见花键加工机床）等。磨削时需用专门配置的砂轮修整器（见砂轮修整）把砂轮表面修整成相应的精确廓形。此外，还有使用环形砂带的砂带磨削，使用以金刚石微粒粘固于高强度金属细线上的砂线磨削，以及与电加工相结合的电火花磨削和电解磨削等。7.2砂轮的安装与修整（1）砂轮的安装在磨床上安装砂轮应特别注意。因为砂轮在高速旋转条件下工作，使用前应仔细检查，不允许有裂纹。安装必须牢靠，并应经过静平衡调整，以免造成人身和质量事故。砂轮内孔与砂轮轴或法兰盘外圆之间，不能过紧，否则磨削时受热膨胀，易将砂轮胀裂，也不能过松，否则砂轮容易发生偏心，失去平衡，以致引起振动。一般配合间隙为0.1~0.8mm，高速砂轮间隙要小些。用法兰盘装夹砂轮时，两个法兰盘直径应相等，其外径应不小于砂轮外径的1/3。在法兰盘与砂轮端面间应用厚纸板或耐油橡皮等做衬垫，使压力均匀分布，螺母的拧紧力不能过大，否则砂轮会破裂。注意紧固螺纹的旋向，应与砂轮的旋向相反，即当砂轮逆时针旋转时（2）砂轮修整用修整工具将砂轮修整成形或修去磨钝的表层，以恢复工作面的磨削性能和正确的几何形状的操作过程。及时而正确地修整砂轮，是提高磨削效率和保证磨削质量不可缺少的重要环节。砂轮修整一般有车削、用金刚石滚轮、磨削和滚轧等方法。

①车削修整法：以单颗粒金刚石(或以细碎金刚石制成的金刚笔、金刚石修整块)作为刀具车削砂轮,是应用最普遍的修整方法（图1）。安装在刀架上的金刚石刀具通常在垂直和水平两个方向各倾斜约5°～15°;金刚石与砂轮的接触点应低于砂轮轴线0.5～2毫米，修整时金刚石并作均匀的低速进给移动。要求磨削后的表面粗糙度越小，则进给速度应越低，如要达到Ra0.16～0.04微米的表面粗糙度，修整进给速度应低于50毫米／分。修整总量一般为单面0.1毫米左右，往复修整多次。粗修的切深每次为0.01～0.03毫米，精修则小于0.01毫米。②金刚石滚轮修整法:采用电镀或粉末冶金等方法把大量金刚石颗粒镶嵌在钢质滚轮表面制成的金刚石滚轮（图2）,以一定转速旋转（借以降低滚轮与砂轮的相对速度），对高速旋转的砂轮表面产生磨削和辗压作用，使砂轮获得与滚轮型面吻合的锋利工作表面。金刚石滚轮制造复杂,造价高,但经久耐用，修整效率高，适于在大批量生产中修整磨削特殊成形表面（如螺纹、齿轮和涡轮叶片榫齿等）的砂轮。用金刚石滚轮修整的砂轮，其切削性能比用单颗粒金刚石修整的砂轮差。但在需要的时候何以每磨一个工件就自动修整砂轮一次或采用不停顿的连续修整法，以提高和保持砂轮的磨削性能，形状的正确性和尺寸精度。③砂轮磨削修整法:采用低速回转的超硬级碳化硅砂轮与高速旋转的砂轮对磨，以达到修整的目的。④滚轧修整法:采用硬质合金圆盘、一组由波浪形白口铁圆盘或带槽的淬硬钢片套装而成的滚轮，与砂轮对滚和挤压进行修整。滚轮一般装在修整夹具上手动操作，修整效率高，适于粗磨砂轮的修整。与以上砂轮修整方法相对应的常用砂轮修整工具有1）金刚钻2）金刚石笔3）滚轮。

结论：对于成形砂轮的修整以上方法同样适用。本次毕业设计课题为《星轮六直沟槽精磨专机夹紧定位机构及砂轮修整装置设计》为成形砂轮磨削磨削砂轮为半径R=150mm砂轮的修整采用金刚石滚轮修整法。砂轮修整装置结构图如下用三相异步电动机通过带传动带动主轴旋转，是修整装置转起来，修整砂轮继续采用锥环定心定位，用螺母锁紧，主轴支承采用角接触球轴承。

7.3砂轮修整装置的电机选择查《机床设计手册》第二版根据同类型的磨床电机选择Y系列封闭式三相异步电动机Y802-2额定功率1.1KWn=2830r/min7.4砂轮修整装置的带传动设计带传动设计[12]结果确定计算功率Pca由表5-9查得工作情况系数KA=1.1由式（5-23）Pca=KAP=1.1×1.1=1.21KWPca=1.21KW选择V带型号查图5-12a选Z型V带Z型3、确定带轮直径dd1,dd21）参考图5-12a及表5-3，选取小带轮直径54mm2）验算带速由式5.7V1=πdd1n1/60×1000=π×54×2830/60×1000=7.9mm/s3)从动带轮直径dd2dd2=i•dd1=（n1/n2）dd1=1.92×54=103.95mm查表5-3取dd2=104mm4)传动比i=dd2/dd1=104/54=1.935)从动轮转速n2n2=n2/i=2830/1.93=1466.3r/mindd1=54mmV1在5~25m/s内合适dd2=104mmi=1.93n2=1466.3r/min确定中心距a和带长La按式5-23初选中心距ao0.7(dd1+dd2)≤ao≤2(dd1+dd2)0.7(54+104)≤aO≤2(54+104)110.6≤aO≤316取aO=120mm2)按式5.24求带的计算基准长度LoLo=2ao+[π/2(dd1+dd2)]+[(dd2-dd1)²]/4ao=2×120+(π/2)×158×50²/(4×120)=1531mm由图5-7,取带的基准长度Ld=1600mm3)按式5.25计算中心距aa=ao+(Ld-Lo)/2=120+(1600-153)/2=154.5mm4)按式5.26确定中心距调整范围amax=a+0.03Ld=202.5mmamin=a-0.015Ld=130.5mm5)验算小带轮包角αα=180º-[(dd2-dd1)/a]×60º=180º-(50/154.5)×60º=160.6º>120ºao=120mmLo=1531mmLd=1600mma=154.5mmamax=202.5mmamin=130.5mm包角合适确定V带根数z1）由表5-7查得dd1=54mmn1=2800r/min及n1=3200r/min时，单根V带的额定功率分别为0.26和0.28KW,用线性插值法求n1=2830r/mm时额定功率Po的值Po=0.26+[(0.28-0.26)/(3200-2800)]×(2830-2800)=0.54KW2)由表5-10查得ΔPo=0.03KW3)由表5-12查得包角系数Ka=0.954)由表5-13查得长度系数KL=1.165)计算V带根数z由式5-28z≥Pca/[(ΔPo+Po)KaKL]=1.21/(0.03+0.54)×0.95×1.16=1.92取z=2根Po=0.54KWz=2根计算单根v带的初拉力Fo由式5-29Fo=500×（Pca/Vz）×[(2.5/Ka）-1]+qv²=500×(1.21/7.9×2)×[(2.5/0.95)-1]+0.1×7.9²=68.74NFo=68.74N计算对轴的压力FQ由式5-30FQ=2zFoSin(α/2)=2×2×68.74×Sin(160º/2)=270.8NFQ=270.8N第八章夹具体设计根据夹具体的设计原则,夹具体在设计时,为了保证有足够的强度和刚度,选用45号钢,它的回转最大直径为162mm,它的长度设计为248mm。为了防止砂轮与夹具体的碰撞，还要保证夹具体一定的刚度，因此设计采用在夹具体上铣出六道沟槽，这样既便于砂轮的轴向移动，又保证了夹具体的刚性。这样基本做到了结构紧凑.夹具体通过六个