带式输送机托辊轴快速夹紧专用夹具设计

带式输送机托辊轴快速夹紧专用夹具设计

这种类型的收割机具有结构简单、运输量大、连续工作等优点。广泛应用于火力发电厂、煤矿、有色金属矿、选厂、码头等。主要用于运送物资和成品材料。可根据交通要求采用单一台计费和多相信道组合，实现长时交通。目前,随着我国工业的高速发展和机械制造水平的大幅提高,带式输送机输送距离已达几十公里,甚至几百公里的“皮带机长廊”工程也即将成为现实,可大幅度提高运输能力,并大大缓解铁路、公路的运输,还有减低污染,保护环境的作用,因此带式输送机发展和应用前景十分可观。托辊在带式输送机中主要作用是支撑、防跑偏和减少皮带磨损等作用,数量配置多,属易损件。在生产制造中,托辊轴的加工工序繁琐,加工效率低,因此经常由于托辊生产影响整机完成工期。笔者曾在某大型国营煤矿机械厂工作,负责编制机加工工艺和夹具设计,针对托辊轴铣两端面工序,设计了用于普通X5032立式铣床一次装夹6根托辊轴快速、联动专用夹具,大幅度提高了加工托辊轴的效率。现将设计过程作如下分析,以供参考。1对托辊轴加工过程的分析1.1mm的孔隙加工带式输送机的类型较多,煤矿常用的是800带宽系列的输送机,其托辊数量最多的是铰接槽形托辊,该托辊轴主要有ϕ25mm×347mm和ϕ25mm×465mm两种尺寸,如图1所示。本工序是用普通立式铣床,在ϕ25mm的轴两端分别铣削出长16mm、厚度18mm四个平面,平面将在下一个工序用钻床加工出托辊相互铰接的孔,属大批量生产。通常设计的夹具一次只能夹2根托辊轴,单面铣削,加工过程中操作者需装卸四次方可完成轴两端的平面加工,反复装拆工件降低定位精度,并增大工人劳动强度大,加工效率相当低,尤其在设备较少的企业,往往托辊轴加工缓慢而影响整台产品的交货期。1.2适合用于加工和加工的零件(1)托辊轴两端加工的平面与托辊轴中心线对称度为0.1mm;(2)托辊轴两端加工的平面平行度为0.1mm;(3)两端平面铣削长度均为16mm、厚度为18mm。分析可知,此零件属于小型零件,且精度不太高,零件的金属切除率少,机床功率消耗不大,可在普通立式铣床上加工,并且对夹具的刚性要求不高,适合采用多件联动夹具进行加工。笔者经过多次设计比较后,确定了如图2所示的定位、夹紧方式和组合式三面刃盘铣刀的夹具设计方案,该夹具可分别加工ϕ25mm×347mm和ϕ25mm×465mm两种尺寸的托辊轴,在确保加工精度的前提下,一次装夹6根托辊轴,并且整个铣削过程只需装拆工件一次,铣床工作台移动一次,就可完成托辊轴两端四个平面的铣削,提高工效达6倍以上,并大幅减轻工人劳动强度。2定位方案2.1托辊轴的安装该托辊轴是圆柱类零件,由于在铣床加工平面时的尺寸是长度16mm、厚度18mm,根据图3建立的坐标,只需限制5个自由度,分别是,其中方向的自由度不需限制,属于不完全定形位,从托辊轴的几何形状以及托辊轴中心线与加工平面的对称度、平行度要求考虑,选用V块作为定位元件效果最佳,V形块为组合式两端各一块,可限制四个自由度,保证了所加工平面与托辊轴中心线的对称度及两平面的平行度要求。限制是用图2中“活动定位块”,装夹托辊轴时未加工端必须与支承板表面接触,支承板限制了托辊轴一个自由度,确保所铣削的平面长度达到16mm。当一端已加工完毕,加工另一端时,则必须将“活动定位块”拆除铣刀方可进行铣削,由于刀具切削力小、加紧可靠,沿Y方向不会产生移动,因此已加工好的端面也不需再用“活动定位块”进行定位。在夹具体上开有二通槽,分别安装活动支承板,可满足ϕ25mm×347mm、ϕ25mm×465mm两种规格托辊轴的加工,使该夹具能加工两种不同规格的托辊轴。V形块共设计7快,V形面呈水平摆放,托辊轴装在两个V形面中级,V形块兼定位及夹紧作用,如图3所示。其中顶端一块V形块是固定不动,其余6块是可移动的,V型块相互之间安装有复位弹簧。复位弹簧在安装时就处于被压缩状态,有一定的预紧力,在装工件时操作者需将两相对V形块分开,才能装上工件,这样可利于工件在未夹紧前保持其已定位置。2.2托辊轴工序误差的确定该夹具定位原理如图3所示,将托辊轴支撑在两个短V形块之间,可提高工件的刚度和定位稳定性。V形块呈水平放置,除两端的以外,其余5块V形块均是双面呈V形,使V形块兼有定位和夹紧双重作用,托辊轴定位时对中性好,如图3所示。在设计V形块时,为保证托辊轴水平方向定位的稳定,取α=90°,安装过程中必须保证7块V形块的高度保持一致,中心线在同一水平,这样才能使定位精度得到保证。计算V形块的定位误差△D时,分析托辊轴工序图可知,工序基准与单位基准不重合,基准不重合误差。采用V形块为定位元件时,基准位移误差。根据托辊轴工序图、在V形块定位情况及铣刀加工方向,可得定位误差计算公式:当α=90°时,△D=0.207δD,其中δD是工序基准与定位基准距离之间尺寸公差,如图1所示。检验该夹具设计的定位方案是否达到要求,能否保证工件加工精度,可用误差计算不等式的公式进行验算,即其中,△Z-A—夹具制造、安装误差;△G—过程误差;△D—定位误差;δ—工件的加工允差。由于△Z-A、△G主要与夹具制造、调整、机床的工作精度、刀具的制造误差等因素有关,而与夹具定位方案、定位精度关系不大,通常进行检验时可按三项误差平均分配,即满足如下不等式,定位方案就能保证工件加工精度。即,3螺钉和回转轴的垂直分布通过对托辊轴工序图分析,此零件属于小型零件,加工过程中切削力小,机床功率消耗不大,所需夹紧行程较小,因此采用结构简单,操作方便的螺旋夹紧机构,如图4所示。托辊轴支撑在左右两块V形块上,由于V形块兼有定位和夹紧功能,在夹紧的同时已定位的工件会产生轻微移动,采用图4中夹紧手柄,可同时使左右两排V形块同步轻微移动,并依次将6根托辊轴夹紧。夹紧时虽然已定位的工件会产生轻微移动,但由于在各V形块之间安装的弹簧预紧力作用下,使夹紧行程小,可快速夹紧工件,不会破坏原定位。该托辊轴是圆柱形零件,定位时不需要限制Y的自由度,并且铣削轴两端平面时铣刀进给方向与夹紧力方向一致,因此轻微移动不影响已确定的位置。但必须采用如图所示夹紧方式,否则左右夹紧不同步的话,则会使托辊轴轴线产生偏移,破坏了工件已确定的位置。螺纹选用方牙螺纹,自锁性能好,夹紧的可靠性好。在铣削加工过程中,工件主要受力就是铣刀的切削力,由于切削量少,所以切削力也就小,其指小于螺旋夹紧力,因此夹紧可靠。螺旋夹紧夹紧力计算公式:式中:W—螺旋夹紧机构所产生的夹紧力(N);Q—原始作用力(N);L—作用力臂(手柄)(mm);α—螺旋升角(°);ϕ1—螺旋表面处摩擦角(°);r—螺杆顶部与压紧块的当量摩擦半径(mm)。4安装位置设计夹具体是夹具的基座和骨架,通过它将夹具的各组成装置和元件连结为一个整体,并通过它将夹具安装在机床上,夹具各组成部分与夹具体有安装尺寸精度要求,夹具相对于机床工作台也有安装位置要求。本夹具设计的夹具体如图5所示,四个长孔是用T形螺栓固定夹具体与铣床工作台的,夹具体与铣床工作台位置是用图3中T形槽定位键确定。由于本夹具可加工ϕ25mm×347mm和ϕ25mm×465mm两种规格的托辊轴,则用于定位的左右V形块应能移动,如图5所示,右边的V形块是活动的,当V形块在图示“800型497规格”位置时,是加工ϕ25mm×347mm规格的托辊轴;在“800型497规格”位置时是加工ϕ25mm×497mm规格的托辊轴。V形块在夹具体上的位置是用定位销确定的,如图5所示。5托辊轴的铣削加工在设计本夹具时,为提高加工效率,减少工件装夹次数,设计了组合铣刀如图6所示。用两把ϕ80×8(mm×mm)的三面刃盘铣刀,安装在如图6的铣刀架上,在刀具中间加上调整垫圈,该调整垫圈的长度尺寸,就决定了托辊轴两端所铣削平面之间18mm尺寸要求。加工时,一次可完成所夹的6根托辊轴一端上下两个面的铣削,完成一端的加工后,将铣床工作台水平移动至托辊轴另一端加工位置,即可进行加工。在整个铣削过程中,托辊轴只需装夹一次就可完成四个面的加工。铣床的对刀元件是用来确定刀具与夹具相互位置的元件,又称为对刀块。本夹具常用的是侧装对刀块,该对刀块是可换式,可根据加工的工件直径尺寸不同,选用不同的对刀块,如图6所示。6关于该夹具的应用价值和对读者的期待在实际生产过程中,由于各个生产企业的加工产品、生产条件各不相同,在满足使用要求和加工精度的前题条件下,根据现有的设备情况,通过设计制造一些多件联动快速夹紧的夹具,既保证了加工精度,又大幅提