工艺-加工涡轮盘榫槽的卧式拉床夹具设计—毕业设计(论文

工艺-加工涡轮盘榫槽的卧式拉床夹具设计—毕业设计(论文内容摘要：

孔直径公差 dT — 秃台外圆柱公差 minX = 2Dd =  = DT = dT = △ Y = min2 D dX T T= 0 .0 0 5 0 .0 3 5 0 .0 2 22= 图 3— 2 定位元件水平放置时的定位误差分析 T=,所以理论定位误差 △ D13T ，即 △ D 。 由以上计算可知 △ D= △ B +△ Y=0+= 所以计算出的 △ D在定位误差的范围之内，能满足该工序中涡轮盘 榫槽加工要求。 工件在机床或夹具中定位后还需要进行夹紧，将工件压紧、夹牢以保证在加工过程中不产生位移和振动，主要有动力源和夹紧机构两部分组成。 夹紧机构的主要作用是接受和传递原始的作用力，使其变为夹紧力并执行夹紧任务。 夹紧机构包括中间递力机构和夹紧元件，中间递力机构主要启到改变原始作用力的方向和大小的作用，而且还具有一定的自锁性能。 夹紧装置的设计和选用是否正确合理，对于保证加工精度，提高 生产效率、减轻工人劳动强度有很大的影响。 因此在夹紧装置的设计过程中主要考虑到以下几个方面的问题： （ 1） 在夹紧过程中应保持工件原有良好的定位，而不应破坏定位。 （ 2）夹紧力可靠、适当。 即要保证在加工过程中工件的位置不发生变动和振动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形。 （ 3）操作应该安全、方便、迅速和省力。 （ 4）结构简单紧凑、便于制造，并有足够的强度和刚度。 综合以上因素， 由于涡轮盘要加工榫槽，外周不能用于夹紧，轴中心无通孔，所以只能利用轴向均匀的 6个 Ф + 角向位置任意孔， 采用螺纹 夹紧。 螺纹夹紧简单可靠，有自锁作用，也可以提供 足够的夹紧力。 涡轮盘榫槽加工工位多，更换拉刀次数多 3次，一个涡轮盘榫槽的加工时间最短也得一天左右，所以克服了螺纹夹紧慢、辅助时间长的问题。 由于涡轮盘自身用于穿螺栓的孔径为 6－ Ф ，只能用六个 M10的螺栓进行螺纹夹紧。 但是在 涡轮盘榫槽拉削过程中，涡轮盘所受的切削力大，为了增强夹紧力、提高夹具体刚性 、减少切削力大对榫槽加工精度的影响，需要增加了三个液压压紧机构。 确定夹紧力主要是确定夹紧力的大小、方向和作用点，夹紧力的方向应该垂直于 主要的定位表面。 为使夹紧力有助于定位，工件应靠紧各支承点，并保证工件上各个定位基准与定位元件接触可靠。 通常工件主要的定位基面的面积较大、精度较高，限制的自由度多，夹紧力垂直于此面，有利于保证工件的准确地定位。 其次，夹紧力的方向应使工件夹紧后变形最小。 因为工件在不同方向上的刚性不同，受压表面的接触变形不同，故夹紧力的方向应使得受压表面最好是与定位元件接触较大的定位基准。 再次，夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。 夹紧力的作用点就是指的夹紧元件相接触的一小块面积，夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，不至于引起工 件产生位移或偏转，还必须使被夹紧工件的变形最小，并且应该尽量靠近切削部位，以提高夹紧的可靠性，如果切削部位的刚性不足可采用辅助支承。 夹紧力的大小必须适当，夹紧力过小，工件在夹具中的位置可能在加工过程中产生变动，破坏原有定位。 如果夹紧力过大，工件在夹具的位置可能在加工过程中产生较大的变形，直接会影响到加工的质量。 在计算夹紧力的大小时，将此卧拉夹具看成一个刚性系统以简化计算，根据加工过程中工件所受的切削力、重力、惯性力、夹紧力等处于静力平衡的条件下，来计算理论的夹紧力。 根据以上理论分析可知：在拉削涡轮盘榫槽 时，夹紧力的方向应该垂直于主要的定位基面 C，作用点应该在工件的圆周上，大小通过以下计算可得。 在加工过程中涡轮盘处于相对静止的状态下，在水平方向上只受到切削力和夹紧力的作用，所以只要算出切削力，根据夹具处于静力平衡就可以计算出夹紧力。 查《刀具设计手册》表 616，最大切削力的经验公式： m a x 39。 F F bx Z e K r K a K K w        式中 39。 F — 刀齿单位切削力长度上的拉削力 bx — 每个 刀齿切削刃的总长度 Ze — 最大同时工作的齿数 Kr 、 Ka 、 K 、 Kw — 分别为前角、后角、刀齿锋利程度、切削液对拉削力影响的修正系数 查 《刀具设计手册》 表 648 齿升量 af=,硬度在 HBS197229之间，取 39。 F 为 169N/m。 拉削的槽宽为 ，拉削长度 2 7 .6 8 3 1 .9 6c o s 3 0L m m。 故齿距： P=(～ ) 12L =7～ 10 取 P=8.，所以 同时工作齿数 Ze =3个。 每个刀齿切削刃的总长度 bx =10mm. 查 《刀具设计手册》 表 649 Kr =、 Ka =、 K =、 Kw =。 所以 m a x 39。 F F bx Z e K r K a K K w        16 9 / 10 3 0. 85 1. 0 1. 0 1. 13N m m       = 由于力的作用 方向与涡轮盘的加工中心线成 30。 的夹角，可以分解为沿涡轮盘轴向的力 T1和沿 涡轮盘 周向 的力 T2（ 图 3— 3）。 T1= maxF cos30。 = T2= maxF sin30。 = 其中 T1作用于涡轮盘的一端，使涡轮盘产生一个翻转的力矩，为平衡这一个力矩为平衡此力矩 ， 必须在另一端施加以一个和该力大小相等方向相反的力 F1，并且 F1 T1。 T2会产生一个能够使涡轮盘旋转的力矩，这一力矩主要靠夹紧力通过压板作用在工件上所产生的摩擦力矩来平衡。 图 3— 3 涡轮盘受力分析图 夹紧力通过压板作用在工件上，实际所需要的夹紧力 Wk= WK 式中 Wk— 实际所需要的夹紧力 W— 由静力平衡算出的理论夹紧力 K— 安全系数 0 1 2 3 4 5 6K K K K K K K K       上式中 0K — 基本安全系数取 1K — 与加工性质有关的系数取 2K — 刀具钝化度有关的系数取 3K — 切削性质有关的系数取 4K — 夹紧稳定性系数取 5K — 手柄位置系数取 6K — 有力矩使工件旋转时工件与支承面的接触系数取 查《机床夹具设计手册》表 121： 取 1K =， 2K =， 3K =， 4K =， 5K =， 6K = 所以       取 K=。 通过以上计算可知： 沿涡轮盘的中心线方向需要的夹紧力 : W1= T1= 沿涡轮盘周向夹紧力 ： W2= T2= kN 其中周向夹紧 力主要有摩擦力提供，查《机械零件设计手册》表 — 17两材料之间的摩擦因数为 — ，取  ， 由 2T N f，可得需要的正压力 ： 2 6 .0 8 7 2 4 .3 4 80 .2 5TN KNf   故所需要的总的夹紧力 KN . 、分度方式选择 分度装置是在机械加工中，每当加工完一个表面后，能使夹具连同工件转过一定角度或移动一段距离的装置，分度装置的工作精度主要取决于分度副的机构形式和制造精度。 夹具常用的分度装置有孔盘式、侧面齿槽式、多边形分度盘式和标准分度台等多种形 式。 拉削用分度盘按分度原理，大致分为插销式、端齿盘式 和蜗轮蜗杆式三种方式。 插销式分度盘，一个分度盘只适用于同一型 号的零件，需要数量多，经济性差，调整困难，分度精度低；蜗轮蜗杆式分度盘，可以在一定范围内任意分度槽数， 但是 需要更换分度夹具的配换齿轮和节圆盘，分度精度较高；端齿盘式分度盘，不同尺寸的盘件需要更换不同的端齿盘，通用性较差，分度夹具的分度、压紧、松 开、定位等操作皆为液压、电气控制，分度精度很高。 由于需加工的涡轮盘榫槽为 47个，加工工位数量中等，均布累积误差不大于 ,要求加工精度较高，不适用于常用插销式、蜗轮蜗杆式分度盘。 经分析比较 ， 决定采用端齿盘式分度盘。 的优点 端齿盘式分度盘是采用端面三角齿相互啮合的方法来实现分度的。 工作时以下端齿盘的全部齿作为定位装置，来对定上端齿盘的，各齿间的不等距误差可以正负抵消，使误差得到均化，分度精度显著提高，精度一般在 3 5左右，而且具 有较好的精度保持性。 端齿盘制造不是 很复杂 ，端面三角齿经过精刨、研磨后 ，便可达到较高的精度。 上、下端齿盘啮和后不仅能承受较大的切削力。 端齿盘另一个特点就是 体积小，转动灵活，操作方便，两齿啮合时可以自锁，在拉削过程中不存在夹具体回转时的间隙问题，整个端齿盘分度装置成为一个刚性很好的整体。 涡轮盘 83076967的外径尺寸为  mm，在保证不干涉拉削的前提下，尽量增加啮合面积以提高加工精度，将端齿盘外径定为 260 mm。 查《机床夹具设计手册》第三版表 185，取端齿盘的齿型角 A=60。 ,端齿数定为47x3=141。 如图 3— 4所示。 端齿盘的尺寸计算如下： 3 .1 4 2 6 0 5 .7 9 0141DT Z   mm 式中： D— 端齿盘外径 Z— 端齿盘齿数 T— 端齿盘大端齿形展开齿距 h底 ＝ h顶 ＝4tan 2T A ＝ 30。 ＝ 式中： h底 — 为端齿盘大端理论齿底高 h顶 — 为端齿盘大端理论齿顶高 α底＝ α顶＝ 2arctan hD顶（ ） = 2 n 260（ ）=1639。 17 式中： α底 — 为端齿盘理论齿底线与节平线之间的夹角为理论齿底角 α顶 — 为端齿盘理论齿顶线与节平线之间的夹角为理论齿顶角 . 端齿盘式分度盘的分度精度：相邻误差 15＂；积累误差 45＂；循环误差 7＂。 图 3— 4 端齿盘零件图 力系统设计 液压传动的惯性力小，结构紧凑，夹具刚性较高，工作平稳，液压油有一定的吸振能力，便于实现频繁的换向，而且能实现过载保护，操作简单便于实现自动化，系统工作时，工作介质可以自动润滑运动元件，有利于提高元件的使用寿命。 需要加工的 涡轮盘上共 47处榫槽，在拉削加工时，上下端齿盘 、夹紧装置等都要作多次往复运动 动作，为了能够减轻劳动强度，提高劳动生产率，尽量缩短本工序的辅助时间， 分度夹具的动力系统均采用液压装置。 如图 3— 5所示： 图 3— 5 夹具部分 结构图 设计 为尽量避免夹具结构庞大，使总体的结构紧凑、合理，才能更好地保证零件的加工精度。 为使分度盘实现分开动作， 如图 3— 5所示， 将下端齿盘与夹具底座 (件 42)连接固定；将上端齿盘与夹具的定位分度盘 (件 29)、转动轴 (件 9)连接固定。 转动轴通过止推轴承与活塞 (件 10 )连接，活塞分别与端盖 (件 32)和夹具底座形成两个互不相通的独立腔体 C和 D，当 它 们分别进油时，可以使活塞带动转动轴作上、下运动。 要使上、下端齿盘能够实现顺利地分合，活塞的工作行程应大于端齿盘的全齿高。 由于此夹 具用于卧式拉床上，工作时水平放置，在整个工作过程中都受到上端齿盘、工件、及夹紧、定位元件的重力所产生的弯曲力矩的作用，为尽量增加活塞杆的刚度。 查《液压气动手册》第二版表 94，取活塞杆的直径为 Ф45mm,查表 93，取油缸内径Ф125，额定压力 P=10Mpa,考虑到该液压缸在工作过程中会间断性地转动，为了能够更好地实现这一动作，将此液压装置的设计成如下机构： 取 d1=65， d2=88，速比 φ =V2/V1= 2 2 2 22 2 2 212 1 2 5 6 5 1 .4 51 2 5 8 8DdDd 查表 96取速比 φ =. 活塞抬起时的推力 : 2211 ( 1 2 5 6 5 )1 0 8 9 . 4 92F P A M p a k N      返回时的作用力 ： 2222 ( 1 2 5 8 8 )1 0 6 1 . 8 64F P A M p a k N      为使端齿盘实现转动动作，在分度盘上设计了轴向均布的 47个分度销 (件 1)，由液压推杆 (件 51)上的拨爪 (件 78)推动分度销，带动转动轴转动，其转过角度为一周的 47分之一。 当液压推杆回退时，拨爪被下一个分度销抬起，绕销轴 (件 52)转动；回退一定距离后，拨爪划过分度销，弹簧片回弹拨爪，拨爪插入下一个分度销之后，等待下一次动作。 调整分度销直径大小、拨爪 推动分 度销力的角度、推杆行程范围与拨爪的长短，使其停留位置准确。 如图 3— 7所示： 分度盘上共 47个分度销，取分度销直径为 φ 7mm,为防止分度盘、端齿盘、分度销、拨爪之 间产 生干 涉， 取分 度销 的均 布直 径为 φ 276mm， 两分 度销 之间 的夹角 . 360 7 39 39。 47A 。 ，考虑到夹具体上个机构布置合理的问题，将该机构的拨爪放于第21个分度销上，如图 3— 8所示 : 可以求出：。