基于飞轮专用回转钻模的技术研究

基于飞轮专用回转钻模的技术研究任兴涛（洛阳高级技工学校，河南洛阳）摘要：本文是针对飞轮的径向六孔的加工而设计的回转钻模。发动机的飞轮具有相同的功能，即使曲柄连杆机构通过死点和减少活塞运动而产生的冲击，所以它们在高速运转时应具有较大的惯性，但是如果飞轮的动平横较差，当发动机工作时，发动机将产生非常大的振动，这样对发动机的其它部件将产生严重的损害，所以对飞轮的设计和加工要特别注意飞轮的动平衡。由于这六个孔是在同一个圆周上，并且是大小和深度一样的孔，也就是它们的加工工艺相同，并且为了获得好的平衡，尽量能在一次装夹中，完成所有的加工。并且对各个定位和夹紧元件进行了具体的分析和设计，对于定位夹紧部分的特殊需求对通用部分进行了改装。0引言随着制造业的发展，机械加工的机床种类繁多，性能更强，特别是数控机床和加工中心的出现和发展，使机械加工中加工的产品精度更高而且结构复杂，好的夹具才能使落后的手动机床在效率和加工精度上与现代的数控机床采用相同的标准，但工件夹具的生产者正在开发动力系统以提高精度，研究新的材料并开发旧夹具的新处理方法，并发展了监控夹具性能的方法，动力夹具其性能大大超出传统的夹紧装置，但是，即使是手动型基于夹紧的系统也可以大大优化，从而进行更快的夹紧。与传统夹紧装置相比，这种设备使用起来更快更方便，能最佳符合人体工程学，对操作者更安全，而且能加工出具有高质量一次性成品零件。关键是将单个夹紧装置看作总体工具系统的一部分，并将标准化当作自己的标准，这有利于夹紧装置的通用和提高夹具的制作效率。1夹具整体方案设计根据本工件的定位方案即以Cbroad、芯轴和销钉定位，夹紧力方向应垂直于Cbroad，根据工件的结构、形状和夹紧装置设计的原则，夹紧力采取图1-1所示的方向和位置较合适。这样可使加压合力落在定位平面之内，且接近定位平面的中心，使工件加压后定位稳定。图1-1定位和夹紧示意图在本文中采用采用的摇臂钻为Z3040-16，在回转装置的设计中，可以采取分度设置，这样可以在一次装夹下完成公步，又可以提高孔的位置精度和形状精度，综合回转装置的特点和精度要求，在本文中选用单柱带配重回转装置如图1-2。其定位和夹紧装置的总体设计如图1-3。图1-2单柱带配重回转装置图1-3定位和夹紧的总体设计2定位结构的设计2.1定位平面设计工件以平面定位，是指工件的定位基准为平面的情况。作为定位基准的平面不可能是理想的几何平面。一个平面对正确几何平面的误差，可以分为平面度和粗糙度两方面。虽然表面的平面度和粗糙度之间，并无绝对的数值关系，单一般情况下，粗糙度越高，平面度也越好，因此可以根据粗糙度来判断表面的好坏。由于定位平面为一个环形平面，夹具的平面至少要加工成φ360mm的平面，并且要求较高的平面度，这加大夹具的机加工的成本，所以在此夹具中，采用铸铁材料作为夹具体的材料，用六块支承板来定位，其尺寸长×宽×高为60×30×25。2.2定位轴心的设计根据芯轴的定位原理确定芯轴与孔的间隙为0.015mm，由于孔的尺寸为039.0047，可计算出芯轴的上偏差为-0.015，由于要加工孔的轴心线对定位芯轴的位置度015.0，在不考虑其它误差的情况下，为了使各个误差在误差分析时满足加工要求，定位误差小于0.015的1/2倍比较好，在这里先把定位误差定为075.0069.0p，所以芯轴的下偏差为y，而y的值可有下列计算式得：030.0039.0015.0069.0py所以芯轴的尺寸为015.0030.047。2.3定位销的设计由于大面和短轴已经限制五个自由度，而圆柱销限制两个自由度，所以把它们用在一起将引起工件径向上的过定位，所以在此夹具中用菱形销，因为菱形销是易损件需要经常更换，而且夹具本体为HT200，所以应在本体上压入一个套筒，定位销则用67hH或67jsH配合装入套筒中或用67gH或67fH配合用三个螺钉固定，在此夹具中采用了后着，结构如图2-1，定位销的尺寸设计与芯轴的设计相似，也应该满足轴的最大尺寸要小于孔的最小尺寸这一条件，根据以上分析，确定菱形销的尺寸为016.0034.010。图2-1菱形销2.4夹紧和导向机构的设计夹紧力方向见图1-1，对于夹紧力F1应是螺母加开口垫圈施加的，对于夹紧力F2和F3应采用压板夹紧，用螺母施加力，为了符合工件易装卸的原则，压板采用可旋转的压板如图3-1所示，当松开螺母时，压板可旋转一定的角度，使它错开工件，这样就可方便地装卸工件。图2-2可转动压板机构图2-3套筒为了工件的装卸方便，固采用旋转压板，而且为了紧凑结构，并且增加压板的刚性，采用一个特殊的套筒，其形状如图3-2，这样不但可以方便装卸工件，而且可以提高压板的刚性和稳定性。2.5夹具本体和分度的设计夹具本体为φ520mm铸铁圆盘，削去六边其形状如图2-4，把钻模板安装在削边处。为了实现一次装夹，六个孔全部加工，夹具中采取了回转机构，并带有分度销，为实现分度，就必须在夹具体上相应地有六个销孔，由于夹具体是铸铁，而分度销钉又经常插入和拔出，如果分度销钉直接与夹具体接触，长时间使用就会磨损销孔，而使分度不准，为了修复就必须更换夹具体，这将增加以后的修复难度，所以在此销孔中，装入一个衬套，为了以后的修复，并在衬套的低部装入一个拆卸垫，在拆卸垫上加工一个螺纹孔，当要拆卸衬套时，在拆卸垫上的螺纹孔中，拧入一个螺钉，用专用的工具就可以把衬套拔出来。其结构如图2-5。图2-4夹具本体图2-5分度销孔的装配结构3回转装置设计在本文中，把夹具装置的高度定位930mm，工件与人体的相对高度见图3-1。由回转轴在工作时，轴承的支撑和钻头的切削力，可简化为图3-2中的Graph1所示，受的切线力N2533F，AB段的直径为80mm，有Graph1可简化为Graph2上的弯矩M和Graph3上的力F，在Graph2中，轴的直径为80mm。图3-1人机高度示意图图3-2轴的受力4回转装置的分度销的曲柄连杆机构的设计在图4-1中，AC为踏板简化为曲柄，长度为775mm，BD为耳环简化为连杆，长度为296mm，DE为杠杆，长度为80mm，EF为卡爪，长度为64.5mm。卡爪与分度销的连接可简化为滑块机构。有几何作图的方法得，当处于分度状态时，C点也就是踏板，离地高度为184mm，由人机工程学中，人站姿操作状况时，下肢要支承全身的重量并保持人体在各种状态下的平衡及稳定，一般下肢的操作活动范围为不高于地面200mm，图中高度符合标准，并且当拔出分度销时，移动的距离为11mm，这时踏板的活动范围也较小。所以各杆的选择较合适。图4-1曲柄连杆机构示意图5结束语夹具作为机床加工的辅助工具，它可以提高机床的加工精度和加工效率，作为夹具的一类回转钻模也是如此，当前处于手动机床和数控机床的交替时期，由于手动机床要与数控机床采用相同的标准，手动机床就应具有较好的夹具，此夹具的分析、设计和相关的计算都遵守了夹具设计的基本原则简单、实用和易造，并且根据误差和强度的分析，对具体的结构进行了合理的设计，所以此回转钻模的设计比较合理。参考文献：1徐灏主编．机械设计手册.北京:机械工业出版社,19982成大先主编.机械设计图册.北京:化学工业出版社,20003冯涓,王介民主编.工业产品艺术造型设计第2版.北京：清华大学出版社,20044孙桓，陈作模主编.机械原理第6版.北京：高等教育出版社,2001