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遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)
第2章 夾具總體方案設(shè)計
2.1銑刀盤在夾具上的定位和夾緊
2.1.1銑刀盤裝夾方式的選擇：可供選擇的刀盤裝夾方式有兩種：臥軸式和立軸式
所謂臥軸式是指刀盤的軸線水平放置；所謂立軸式是指刀盤的軸線鉛直放置。鑒于所要刃磨的刀盤為裝配式刀盤，既大直徑銑刀盤，與整體刀盤相比體積和質(zhì)量都較大，因此選擇立軸式裝夾方式即刀盤軸線垂直于水平面放置，這樣可以使刀盤的重力方向與夾緊力方向一致，能夠保證加工時工件定位穩(wěn)定、可靠不發(fā)生振動
2.1.2刀盤的定位和夾緊：刀盤中心有錐孔，而夾具體頂端是帶有同樣錐度的錐形臺，將刀盤的錐形孔對準夾具體上的錐形臺放置，則刀體在夾具中就定位了。刀體上均勻布著四個螺釘孔，用四個螺釘即可將刀盤夾緊在夾具體上，這樣就完成了對工件的定位和夾緊
2.2工件座的設(shè)計
為了能使用同一個夾具來刃磨盡可能多的銑刀盤就必須使在同一個工件座上能使不同尺寸的銑刀盤定位，為了實現(xiàn)這一功能，將工件座設(shè)計成類似于階梯軸的形式。但若使全部刀盤能都在同一工件座上定位，由于聯(lián)結(jié)螺栓所在圓周的直徑分別為46mm、81.4mm、106.4mm、177.8mm、385.75mm。這樣，有的圓周得逞直徑超過了其刀盤所在工件座的直徑范圍，無法對刀盤進行夾緊，而且如果階梯軸的階數(shù)過多，在刃磨時會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，即砂輪與工件座發(fā)生碰撞。為了解決上述矛盾，我們把上述所有刀盤分為兩組來進行刃磨。這樣既能保證刀盤的定位和夾緊，又能保證不會發(fā)生干涉現(xiàn)象。
我們將錐孔直徑相差較大的刀盤分在同一組，這樣可以充分保證不會發(fā)生干涉現(xiàn)象。例如，將公稱直徑分別為4′/2″、5″和12″、16″的刀盤分為一組。本夾具的設(shè)計就是用來刃磨這四種最為常用的銑刀盤的。這樣工件座就做成了如圖所示的形式。
圖 5 工件座示意圖
觀察發(fā)現(xiàn)，其聯(lián)結(jié)螺栓孔所在圓周直徑均小于其刀盤所在工件座的直徑，即46〈58.196、106.4〈126.96。能保證用螺栓能夾緊銑刀盤，并且有足夠的剛度和強度。用同樣的方法來設(shè)計其他尺寸的工件座即可刃磨其余尺寸的銑刀盤（本文暫不涉及）。用更換不同尺寸的工件座的方法就能達到在同一夾具上刃磨各種不同尺寸的裝配式銑刀盤，大大減少了設(shè)計的工作量和加工費用。
2.3夾具要完成的動作
對該類型的銑刀盤的刃磨是通過對刀片前刀面的刃磨來實現(xiàn)的。其主要過程是首先選定刀盤的初始位置，即是使基準刀片的前刀面對準砂輪的工作表面，之后將刀盤夾緊，對第一個刀片的前刀面進行刃磨，然后將刀盤依次轉(zhuǎn)過相同的角度來實現(xiàn)對全部刀片的刃磨?？偟恼f來就是先要進行初始位置的選擇，然后還要進行分度。為了完成這一過程，首先要進行初始位置的選擇夾具體要完成兩個動作：一個是夾具體要沿其軸線可以轉(zhuǎn)過任意的角度，另一個是夾具體可與水平面成一定的角度。有了這兩個動作就可以完成對銑刀盤初始位置的調(diào)整，之后即可刃磨第一個刀片，而后在進行回轉(zhuǎn)分度，依次完成對所以刀片的刃磨。
總結(jié)起來，該夾具所要完成的動作主要有，兩個回轉(zhuǎn)分度動作和一個轉(zhuǎn)角動作。為了實現(xiàn)這三個運動，我們分別選擇相應(yīng)的機構(gòu)來完成。
2.4分度裝置的方案分析設(shè)計與選擇
由前述分析可知要完成對銑刀盤的刃磨，夾具需要有兩個回轉(zhuǎn)分度裝置，其作用有二：一是使夾具體能轉(zhuǎn)過一個任意角度，以便進行初始位置的調(diào)整：其二是使夾具能進行較精確的分度，來實現(xiàn)對銑刀盤中每個刀片的刃磨
2.4.1回轉(zhuǎn)分度裝置的基本形式：
回轉(zhuǎn)分度裝置的門類繁多，一般可按下述方法分類
⑴按分度盤和對定銷的位置不同，可分為軸向分度和徑向分度和軸向分度，對定銷的運動方向與分度盤的回轉(zhuǎn)方向平行，其分度裝置的結(jié)構(gòu)比較緊湊；徑向分度，對定銷的運動發(fā)向與分度盤的回轉(zhuǎn)方向垂直，由于分度盤的回轉(zhuǎn)直徑較大，故能使分度對定副的間隙所造成的分度誤差相應(yīng)減小，常用于分度精度較高的場合。綜合考慮，由于本夾具是用在萬能工具磨床上的，所以不能使夾具體的體積過大，否則很有可能與磨床的其他部分發(fā)生干涉，故在這里選用軸向分度。
⑵按分度裝置的工作原理不同，可分為機械分度，光學(xué)分度和電感應(yīng)分度。
機械分度裝置結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，應(yīng)用廣泛。光學(xué)分度裝置的分度精度較高。例如，光柵分度裝置的分度精度可達±10″。但由于對工作環(huán)境的要求較高，故在機械加工中應(yīng)用很有限。
⑶按分度裝置的使用特性可分為通用、專用兩類。在單位生產(chǎn)中，使用通用分度裝置，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本；在中小批生產(chǎn)中，常采用標準通用分度裝置（如回轉(zhuǎn)臺與分度頭等）與專用夾具聯(lián)合使用，從而可簡化專用夾具的設(shè)計和制造。但其分度精度有限，故只能滿足一般加工需要。所以在成批生產(chǎn)中廣泛使用專用分度裝置，以獲得較高的分度精度和生產(chǎn)效率。
2.4.2 回轉(zhuǎn)分度裝置的組成：
回轉(zhuǎn)分度裝置雖然有多種形式，但它們都是由四個基本部分組成：固定部分、轉(zhuǎn)動部分、分度對定機構(gòu)以及鎖緊機構(gòu)。
⑴固定部分：固定部分即轉(zhuǎn)臺體，是分度裝置的基本部分，其功能相當于夾具體?；剞D(zhuǎn)臺的材料應(yīng)有較好的耐磨性、吸振性、和剛度通常采用經(jīng)過時效處理的灰鑄鐵制造。精密回轉(zhuǎn)臺體則可選用性能較好的孕育鑄鐵。
⑵轉(zhuǎn)動部分：轉(zhuǎn)動部分包括回轉(zhuǎn)盤、襯套和轉(zhuǎn)軸等?；剞D(zhuǎn)盤通常用45鋼經(jīng)淬火回火至HRC40～45或20鋼經(jīng)滲碳淬火后回火至HRC58～63加工制成。轉(zhuǎn)盤工作面的平面度公差為0.001mm，端面跳動公差為0.01～0.015mm。工作面對轉(zhuǎn)臺底面的平行度公差為0.01～0.02mm。轉(zhuǎn)軸與襯套之間的間隙一般應(yīng)在0.005～0.008之間 ，因為過大的間隙會使分度裝置產(chǎn)生附加的分度誤差。
⑶對定機構(gòu)：分度對定機構(gòu)由分度盤和對定銷組成，其作用是在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位之后，使其相對于固定部分定位，保證其分度裝置的回轉(zhuǎn)部分相對于固定部分獲得正確的分度位置，并進行定位和完成插銷和拔銷的動作。分度對定機構(gòu)的誤差會直接影響分度精度。因此是分度裝置的關(guān)鍵部分。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)工件的加工要求，合理的選擇分度對定機構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型。
⑷鎖緊機構(gòu)：鎖緊機構(gòu)的作用是，當分度完成后將其裝置的轉(zhuǎn)動部分與固定部分之間進行鎖緊，以增加分度裝置的剛性和穩(wěn)定性，減少加工是的振動，同時也起到保護對定機構(gòu)的作用
此外，對于分度裝置通常要進行潤滑，潤滑一般是指由油杯組成的潤滑。其功能是減小摩擦面的磨損，并使各機構(gòu)操作靈活，當回轉(zhuǎn)部分使用滾動軸承時，也可以用潤滑脂潤滑。
2.4.3 回轉(zhuǎn)分度裝置的方案設(shè)計
為了實現(xiàn)回轉(zhuǎn)分度的動作，現(xiàn)提出如下幾種方案
方案1通用回轉(zhuǎn)臺
方案2鋼球分度裝置
方案3回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)位棘輪機構(gòu)
方案4端齒盤分度裝置
幾種方案的分析比較與選擇
方案1通用回轉(zhuǎn)臺，其結(jié)構(gòu)如圖6所示轉(zhuǎn)盤1和轉(zhuǎn)軸4用螺釘及銷釘連接，可在轉(zhuǎn)臺體2中轉(zhuǎn)動。定位銷10（對定銷）的下端有齒條與齒輪套12嚙合。分度時，逆時針轉(zhuǎn)動手柄8，通過螺桿軸7上的擋銷（見B-B剖面）帶動齒輪套12轉(zhuǎn)動，使對定銷10在彈簧11的作用下插入另一個分度襯套的孔中，從而，完成一次分度。順時針轉(zhuǎn)動手柄8，由于螺桿軸的軸向作用將彈性開口鎖緊圈6收緊，并帶動錐型圈5向下將轉(zhuǎn)盤鎖緊
圖6 立式通用回轉(zhuǎn)臺
該裝置的定位是通過使對定銷插入轉(zhuǎn)盤的每個定位孔中實現(xiàn)的 。所要刃磨的銑刀盤的刀片數(shù)各有不同，分別為8，12，16，20，24，32，42。也就是說在轉(zhuǎn)盤的圓周上加工出能使整個圓周進行8，12，20，24，32，42等分定位孔。這樣做的加工難度非常大，并且孔與孔之間極有可能發(fā)生干涉。
圖7 鋼球分度裝置
1- 手柄 2-螺母 3-移動軸 4下鋼球盤 5-上鋼球盤
6-轉(zhuǎn)軸
方案2鋼球分度裝置 如圖7所示為鋼球盤分度裝置的工作原理，該裝置的上下兩個鋼球盤分別用一圈相互擠緊的鋼球作為上下分度盤。所用鋼球的直徑和幾何形狀的一致性、鋼球分布的均勻性都對裝置的分度精度有和承載能力影響很大，必須經(jīng)過嚴格的挑選，其直徑尺寸偏差和球面輪廓讀誤差均應(yīng)控制在0.3μm 之內(nèi)。圖中所示為上下分度盤，其端面上各嵌有鋼球若干粒。其數(shù)量與分度機構(gòu)的最小角度值有關(guān)。如圖，轉(zhuǎn)動手柄1使移動軸3向上運動將上鋼球盤5抬起，上下分度盤分開，這時旋轉(zhuǎn)分度盤到某一個角度后停止，反向旋轉(zhuǎn)手柄，使上分度盤下落兩分度盤在心得位置上鎖緊，分度運動完成。
方案3回轉(zhuǎn)工作臺分度轉(zhuǎn)位棘輪機構(gòu)
如圖8 所示為該機構(gòu)的視圖。油缸中的液體通過油口A進入，推動齒條1直線運動，帶動齒輪2及裝在其上的棘輪爪3推動棘輪4及回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)軸5順時針分度轉(zhuǎn)位。當齒條1由于油缸液體的流動方向的改變而返回原位時，齒輪2按虛線方向反轉(zhuǎn)，但此時棘爪3僅在棘輪齒面上滑過，棘輪4及轉(zhuǎn)軸5停歇不動，即工作臺靜止，圖中螺釘6用來調(diào)節(jié)齒條1的移動距離，以改變工作臺轉(zhuǎn)位角的大小，這樣棘輪由于需要單向轉(zhuǎn)動，故棘輪齒形應(yīng)制成不對稱梯形齒。
圖8回轉(zhuǎn)工作臺分度轉(zhuǎn)位棘輪機構(gòu)
1-齒條 2-齒輪 3-棘爪 4-棘輪 5-轉(zhuǎn)軸6-螺釘
該種分度回轉(zhuǎn)裝置，分度準確，定位可靠，僅用一螺釘即可調(diào)節(jié)每回分度轉(zhuǎn)角的大小，但該裝置引入液壓系統(tǒng)，將夾具的結(jié)構(gòu)大大復(fù)雜化。
方案4 端齒盤分度裝置 其結(jié)構(gòu)如圖9 所示。圖中上齒盤 為工作臺，下齒盤為底座，轉(zhuǎn)動起落手柄，上下齒盤脫開按照分度圈上的刻度可將上齒盤轉(zhuǎn)過一個需要的角度，進行分度 ，然后落下上齒盤 ，使兩齒盤相互嚙合，就完成了分度動作。
端齒盤分度裝置的特點是：分度精度高，分度范圍大，精度重復(fù)性好，精度保持性好，并且具有良好的剛度。但其制造費用較高，所以價格較高。
在全面分析和比較了上述四種翻覆案的基礎(chǔ)上，最后，選擇端齒盤分度裝置來實現(xiàn)夾具所要完成的回轉(zhuǎn)分度工作。
圖 9 端齒盤分度裝置
端齒盤分度裝置的特點：
1分度精度高、分度精度的重復(fù)性和持久性好。一般機械分度裝置的精度，隨著分度裝置的磨損將逐漸降低。但立式端齒盤在使用的過程中卻相當于上、下齒盤在連續(xù)不斷地對眼研，因此使用越久，上下齒盤的嚙合越好，分度精度的重復(fù)性和持久性越好。
2分度范圍大：端齒盤的齒數(shù)可任意確定，以適應(yīng)各種分度需要。例如齒數(shù)為360的端齒盤，最小分度值為1°。
3剛性好：上下齒盤嚙合無間隙且能自動定心，整個分度盤形成一個剛性良好的整體。
4結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便
2.5 轉(zhuǎn)角機構(gòu)的方案設(shè)計
為了調(diào)整銑刀盤的初始位置，夾具體除了要完成回轉(zhuǎn)分度動作以外還必須完成能使刀盤所在平面與水平面成一個角度的動作。為了實現(xiàn)這一動作，夾具必須能實現(xiàn)轉(zhuǎn)角的功能，現(xiàn)提出兩種方案
方案一 液壓轉(zhuǎn)角器
方案二 機械轉(zhuǎn)角機構(gòu)
方案的分析與選擇
方案一 液壓轉(zhuǎn)角器（齒條傳動活塞液壓缸）其結(jié)構(gòu)如圖10所示，液壓轉(zhuǎn)角器是將液壓缸活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)動軸的回轉(zhuǎn)運動。結(jié)構(gòu)特點是將兩個活塞液壓缸用一個齒條對接起來。兩端油口交替進入液壓油。液壓力作用在活塞上，使活塞和齒條的往復(fù)運動，帶動齒輪轉(zhuǎn)動。用行程螺釘可以調(diào)整活塞的行程。兩端的端蓋均采用半環(huán)連接，可以承受大的液壓力。
圖10液壓轉(zhuǎn)角器
1- 形成調(diào)整螺釘 2端蓋 3-半環(huán) 4-O型密封
5-缸體6-齒條 7-齒輪 8-轉(zhuǎn)動軸 9-活塞
這種轉(zhuǎn)角機構(gòu)，使用方便，操作簡單，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
方案二 機械轉(zhuǎn)角機構(gòu)， 其結(jié)構(gòu)如圖11所示，分為上下兩部分。上滑塊可沿圓弧型軌道相對于下滑塊滑動。因為軌道是圓弧型的，這就使上滑塊在滑動的過程中形成了一個夾角，轉(zhuǎn)過角度的大小可有滑塊上的刻度線來確定在下滑塊中加工出一個弧型的T型槽，上下滑塊用T型槽用螺栓連接，T性槽用螺栓相對于上滑塊是固定的，一起沿軌道相對于下滑塊滑動。
圖11 機械轉(zhuǎn)角機構(gòu)
這種轉(zhuǎn)角機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，但它是手動使用起來沒有液壓轉(zhuǎn)角器方便。
考慮到萬能工具磨床體積較小，如果在其上使用的夾具體積過大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化，極有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象。液壓轉(zhuǎn)角器雖然使用方便，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要增設(shè)液壓回路，而機械轉(zhuǎn)角器雖然操作起來沒有液壓轉(zhuǎn)角器方便但其結(jié)構(gòu)非常簡單。
基于上述分析，選擇機械轉(zhuǎn)角機構(gòu)來完成轉(zhuǎn)角的功。
2.6 夾具體方按設(shè)計
夾具所要完成的動作主要有三個，兩個回轉(zhuǎn)分度動作和一個轉(zhuǎn)角動作，已經(jīng)選擇了相應(yīng)的機構(gòu)去完成，下面所要進行的任務(wù)就是要把這些機構(gòu)組合在一起，并且將其安裝在萬能工具磨床上。
2.6.1 總體方案設(shè)計
夾具體由四個機構(gòu)組成，他們分別是一個工件座，兩個回轉(zhuǎn)分度裝置和一個轉(zhuǎn)角裝置。現(xiàn)提出三種方案將這四個機構(gòu)組合在一起。
方案的分析與比較 方案一、二的共同特點是：當調(diào)整好刀片的初始位置后，刃磨完第一個刀片后，要進行分度轉(zhuǎn)位，來刃磨下一個刀片，這會使調(diào)整好的初始位置被改變，這使得每刃磨完一個刀片后就得進行一次位置的調(diào)整，而方案三將轉(zhuǎn)角機構(gòu)放在兩個分度盤中間，這樣就避免了這樣現(xiàn)象的發(fā)生。只調(diào)整好初始位置后即可開始刃磨，在分度時不會改變初始位置
2.6.2夾具與機床的連接
如圖12所示。在夾具體底部加工出一個長鍵槽，將兩個長鍵用螺釘固定在鍵槽內(nèi)，然后將夾具體和 長鍵一起放在機床導(dǎo)軌的T型槽內(nèi)，只有長鍵的兩個側(cè)面與導(dǎo)軌的T型槽接觸，這樣即可使夾具在機床上滑動，并且保證定位準確、可靠。
圖12 夾具與機床連接示意圖
1夾具體；2定位塊；3 T型槽；4機床導(dǎo)軌
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