齿轮滚齿夹具之二.doc

湖南理工学院课程设计

湖南理工学院
课程设计报告书
题 目： 齿轮滚齿夹具设计
系 部： 机械工程学院
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 级： 机自10-1BF
姓 名： 梁威 刘镇 张利 李小利
朱文才 朱千伟 伍源
学 号： 14101901530 14102401435
14104002899 14101901309
14101901378 14101901311 14101400998

2014年 1 月 7 日
1 引言
机床夹具是在金属切削过程中，用以准确的确定工件位置，并将其牢固的夹紧，以接受加工的工艺装备。为了保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻工人的劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，我们提出了本次设计理念。
本文针对齿轮在切齿机床上的加工工艺性要求，设计滚齿机床与插齿机床专用夹具，包括滚齿机用塑料心轴夹具、加工大型齿圈用滚齿机夹具、圆锥齿轮铣齿夹具、滚齿液压波形套胀紧夹具、内齿轮插齿夹具、加工轴齿轮用液性塑料夹具等。并配合CAD等辅助设计软件来实现整个设计过程。
完成了各套夹具的完整设计过程，包括设计计算、零部件分析和原理分析等，本文设计的夹具，基本上可以满足工程需要，本文使用的设计方法，也可为同类夹具的设计提供参考。
1．1 本课题研究的目的和意义
随着计算机技术在工业设计与制造领域的广泛应用，以及交互技术的迅速发展，人们更关心如何方便、容易、快捷地获得满意的模型。现在大多数企业正在为了适应产品周期越来越短暂，更新速度的不断加工，而是用无纸设计，也就是运用计算机设计产品，这样才能跟上市场的需求变换，也是机械行业发展的一种趋势。夹具设计过程中，零部件的标准化、通用化和系列化是提高设计质量、缩短设计周期的有效途径。
快速实现夹具设计已成为企业的迫切要求。将计算机辅助设计技术应用到夹具设计的过程是解决这一问题的必然选择。随着计算机技术的发展和应用，计算机辅助夹具设计在理论和应用上都得到了迅速发展,大大提高了夹具的设计效率，缩短了生产准备周期。在产品设计中，大量应用标准件是代表一个国家和企业设计制造水平的重要标志。
在产品设计中, 大量应用标准件是代表一个国家和企业设计制造水平的重要标志。在机床夹具设计中, 有大约一半的零件是标准件或非标常用件, 这些零件大多具有相同或相似的外形特征, 只是尺寸规格有所不同, 如果没有三维标准件库, 将不得不在夹具设计和开发过程中对标准件进行重复建模, 不但耗费设计人员的时间和精力, 延长设计周期, 而且增加了产品的生产制造成本, 所以建立通用的符合国家标准和企业标准的标准件库和典型组合库是提高设计效率的保证, 也是当前制造业信息化的基础研究工作之一。
2 滚齿机夹具设计原理
2.1夹紧原理简介
本夹具是另一种滚齿机夹具。工件在滚齿加工以前，齿顶圆、端面和内孔均加工过。
工件以大端面及内孔定位安装在定位支座1和心轴3共限制五个自由度。心轴中四圈滚珠（每圈六个），夹紧力保证与工件定位孔无间隙配合压板5通过与油缸（未表示出）连接的拉杆4实现机动夹紧工件时，先让油缸使拉杆4（向上）松开工件、然后将开板5转过退出，即可快下并取出工件。
为了提高夹具本身的安装度，定位支座1可以通过调节钉6调节径向位置。
该夹具定心精度高，操作方便，同时还可实现多见加工。

图2.1 滚齿机夹具装配模型
3 夹具设计
3.1夹具设计方法
大量工程经验和实践可知，设计夹具时有以下基本要求：
1、满足使用要求，应保证工件装夹时定位可靠、夹紧牢固，并能保证精度要求。良好的结构工艺性，所设计的夹具应便于制造、装配、调整、维修、且便于加工中切屑的清理。
2、使用安全省力，操作方便，有利用实现优质、高产、低耗、改善劳动条件。
3、应尽量使用标准件、通用件、借用件等，以提高标准化、通用化、系列化的水平，降低生产成本。
在基本要求中，由于每个机床的工作方式不同，所以机床夹具又各自具备不同的特点。
根据齿轮齿形的形成原理，滚齿机床和插齿机床夹具多为心轴和套筒类结构。这类夹具在设计过程中主要是保整心轴轴线及端面的垂直度要求，套筒内外圆柱面同轴度及对端面和安装基面的位置度要求。同时，保证夹具在机床上安装后定位元件工作面与机床工作台回转轴线同轴度要求，必要时还应设计找正基准。把握好这一点，滚齿机床和插齿机床夹具的设计过程就变的简单多了。
本套夹具针对如图3.1的大型齿圈设计，采用定心夹紧机构，在实现准确定心的同时达到夹紧工件的目的。
3.1 大齿圈模型图
3.2 夹具设计原理
定心夹紧机构是利用定位夹紧元件的等速移动或均匀弹性变形的方式，来消除定位尺寸偏差对工件定心或对中的不利影响。因此，其基本类型亦可分为等速移动的定心夹紧机构和均匀弹性变形的夹紧机构。等速移动定心夹紧机构的工作原理如图3.2所示：

图3.2等速移动定心夹紧机构原理图
该种定心夹紧机构可采用左右螺旋机构，楔块－滑柱机构，杠杆机构等。
本套夹具采用楔块－滑柱机构的等速移动达到定心夹紧的目的，属于等速移动定心夹紧机构。
4 夹具重要零件设计
4.1 夹具底座
先设计夹具体底座，该底座应设计成锥形，保证与楔块的配合，实现等速移动并加紧的目的。如图4.1所示。

图4.1夹具体模型图
4.2 夹紧机构的其他零部件
然后设计夹紧机构的其他零部件，主要零部件如下图2.5、2.6、2.7、2.8所示：

图4.2压板模型图 图4.3滑柱模型图
5 夹具装配
同时调用已有的标准件，将所有零件进行装配，便可得到加工大型齿圈用滚齿机夹具装配体，如下图2.9所示：

图2.9 夹具模型
6 相关设计计算
设计计算部分按以下步骤进行：
1、薄壁套筒直径D，一般区D=Dk，工件定位面直径（mm），公差安g6或f7制造；
2、套筒薄壁部分长度L，一般情况L=（1~1.3）l（mm），l指工件定位面长度，l较长时取L=(0.7~0.8)l(mm)。
3、套筒结构形式：D>l>D/2时，选用A型，
l>D时，选用B形，或采用两个薄壁套筒；
l<D/2时，选用C型。
4、工件与套筒定位面间在未夹紧时的最大配合间隙△max
在本夹具中工件以内孔定位，采用公式△max=Dkmax-Dmin；
Dkmax 工件内孔的最大直径（mm）；
Dmin 套筒定位面最小直径（mm）；
5、套筒最大允许径向变量△Dmax;
6、套筒壁厚h的计算；
因为L>D/2，故h=0.015D+0.5；
7、套筒固定部分长度、套筒固定部分厚的L0、h0选择22、16；
8、套筒余家夹体的配合过盈量选0.07；
9、套筒产生的夹紧力矩、轴向夹紧力及套筒与工件定位面得实际接触面积计算；
应保证Lk/L>（0.5~0.8）；
10、工件夹紧时，套筒内工作容积的最大增大量计算。
经计算设计完成后，便可以绘制各部分零件图
7 结论
基于以上工作，改变了以往在二维图纸上设计夹具的传统方法，而是在三维软件中设计夹具，搭建模型，实体渲染，模拟装配，还能依靠计算机来检查分析干涉，确定机构运动轨迹，实行加工过程的仿真。这个设计夹具的过程可以大大提高设计人员的工作效率，减少绘图人员的工作量和劳动强度，缩短机床夹具的设计周期，减少直接设计的费用，降低成本，加快产品的更新换代速率。更重要的一点就是有了三维实体模型，使整个二维图纸的绘制和识别工作有了极其重要的辅助作用，这也是传统二维图纸无法比拟的优点。
参考文献
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[2] 任志明，邢春和，徐大方.成组夹具设计与应用.国防工业出版社
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