液壓三爪卡盤設計
液壓三爪卡盤設計,液壓三爪卡盤設計,液壓,卡盤,設計
畢業(yè)設計（論文）任務書（指導教師填）
題目名稱 液壓三爪卡盤
學生姓名
牛玉恒
所學專業(yè)
數控技術
班級
數控0731
指導教師姓名
劉豫喜
所學專業(yè)
職稱
講師
一、設計（論文）主要內容及進度
1. 了解夾具的特點，基本結構及原理。
2. 三爪卡盤螺旋擺動式液壓缸增力機構的結構和原理。
3．主要參數確定與結構計算。
4. 凹槽輪廓線的設計。
5．夾具在安裝和操作時應注意的事項。
6．單工位夾具與成組夾具的分析
7．誤差分析。
二、主要技術指標(或研究目標)
本論文設計一種在三爪卡盤上加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構的螺旋擺動式液壓缸增力機構的結構。傳統的機床如車床、銑床上三爪卡盤的工作一般依靠工人用手工進行夾緊,這不但增加了工人的勞動強度，而且所需夾緊力非常大,還常常有夾不緊的情況，阻礙了生產率的提高。通過在三爪卡盤加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構構成螺旋擺動式液壓缸增力機構，可實現與原有卡盤體的較好結合,并使外加壓力能轉換成圓周運動,且其結構簡單,工作可靠,能達到較高的增力比，具有良好的經濟性和可行性。
三、進度計劃
2009.11~2010.1 調研、收集資料，熟悉課題內容，完成開題報告
2010.1~2010.3 選擇設計方案，進行理論計算，完成中期檢查。
2010.3~2010.5 對結構進行設計計算﹑校核，繪制圖紙，完善結構。
2010.5~2010.6 整理圖紙，寫說明書及整理說明書，完善相關資料，準備答辯
四、重要參考文獻
[1] 唐增寶等 ,機械設計課程設計(第二版),華中科技大學出版社,1995.3
[2] 王廣環(huán)，液壓技術應用.哈爾濱工業(yè)大學出版社,2001；
[3] 王洪潢,成本會計,中國農業(yè)出版社,1993.3
[4] 聶桂平,錢可強,工業(yè)設計表現技法.機械工業(yè)出版社,1998.12
[5] 李貴軒,設計方法學.世界圖書出版社,1989.7
[6] 覃小斌,王士虎,張卉,許永年,工程制圖,中央廣播電視大學出版社,1997.7
[7] 鐘志華,周彥偉,現代設計方法.武漢理工大學出版社,2001.8
[8] 濮良貴,紀名剛,機械設計(第六版),高等教育出版社,1996
[9] 薛源順,機床夾具設計(第二版),機械工業(yè)出版社,2003.1
[10] 張元奎,成本管理學,山東人民出版社,1984.3
[11] 羅佑新，張龍庭，李 敏,灰色系統理論及其在機械工程中的應用.長沙：國防科技大學出版社，2001
[12] 朱耀祥等，計算機輔助孔系組合夾具組裝設計系統.機械工藝師，1994.
[13] 劉友才，機床夾具設計,北京：機械工業(yè)出版社，1992
教研室主任簽字： 年 月 日
畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目名稱 液壓三爪卡盤
學生姓名
牛玉恒
專業(yè)
數控技術
班級
數控0731
一、選題的依據和意義
本論文設計一種在三爪卡盤上加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構的螺旋擺動式液壓缸增力機構的結構。傳統的機床如車床、銑床上三爪卡盤的工作一般依靠工人用手工進行夾緊,這不但增加了工人的勞動強度，而且所需夾緊力非常大,還常常有夾不緊的情況，阻礙了生產率的提高。通過在三爪卡盤加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構構成螺旋擺動式液壓缸增力機構，可實現與原有卡盤體的較好結合,并使外加壓力能轉換成圓周運動,且其結構簡單,工作可靠,能達到較高的增力比，具有良好的經濟性和可行性。
三、設計（或研究）的內容
1. 了解夾具的特點，基本結構及原理。
2. 三爪卡盤螺旋擺動式液壓缸增力機構的結構和原理。
3．主要參數確定與結構計算。
4. 凹槽輪廓線的設計。
5．夾具在安裝和操作時應注意的事項。
6．單工位夾具與成組夾具的分析
7．誤差分析。
四、畢業(yè)設計（論文）所用的方法
主要是在原有結構的基礎上增加了一個螺旋盤，一個擺動油缸及柱塞等。大錐齒輪背面加工出凹槽，圓柱活塞一端與槽配合，另一端裝在液壓缸定子葉片的孔中，端部裝有彈簧，柱塞在彈簧作用下，一端始終與凹槽接觸。
五、主要參考文獻與資料獲得情況
[1] 唐增寶等 ,機械設計課程設計(第二版),華中科技大學出版社,1995.3
[2] 王廣環(huán)，液壓技術應用.哈爾濱工業(yè)大學出版社,2001；
[3] 王洪潢,成本會計,中國農業(yè)出版社,1993.3
[4] 聶桂平,錢可強,工業(yè)設計表現技法.機械工業(yè)出版社,1998.12
[5] 李貴軒,設計方法學.世界圖書出版社,1989.7
[6] 覃小斌,王士虎,張卉,許永年,工程制圖,中央廣播電視大學出版社,1997.7
[7] 鐘志華,周彥偉,現代設計方法.武漢理工大學出版社,2001.8
[8] 濮良貴,紀名剛,機械設計(第六版),高等教育出版社,1996
[9] 薛源順,機床夾具設計(第二版),機械工業(yè)出版社,2003.1
[10] 張元奎,成本管理學,山東人民出版社,1984.3
[11] 羅佑新，張龍庭，李 敏,灰色系統理論及其在機械工程中的應用.長沙：國防科技大學出版社，2001
[12] 朱耀祥等，計算機輔助孔系組合夾具組裝設計系統.機械工藝師，1994.
[13] 劉友才，機床夾具設計,北京：機械工業(yè)出版社，1992
六、指導教師審批意見
年 月 日
河南工程學院畢業(yè)設計（論文）
液壓三爪卡盤
學生姓名 牛 玉 恒
系（部） 機械工程系
專 業(yè) 數控技術
指導教師 劉 豫 喜
2010年 5 月 31日
河南工程學院畢業(yè)設計（或論文）
摘 要
本論文設計一種在三爪卡盤上加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構的螺旋擺動式液壓缸增力機構的結構。傳統的機床如車床、銑床上三爪卡盤的工作一般依靠工人用手工進行夾緊,這不但增加了工人的勞動強度，而且所需夾緊力非常大,還常常有夾不緊的情況，阻礙了生產率的提高。通過在三爪卡盤加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構構成螺旋擺動式液壓缸增力機構，可實現與原有卡盤體的較好結合,并使外加壓力能轉換成圓周運動,且其結構簡單,工作可靠,能達到較高的增力比，具有良好的經濟性和可行性。
關鍵詞： 三爪卡盤，液壓缸，夾具，增力
Abstract
This paper design a 3 Java Card the installation of the swing hydraulic pressure tank peace side spiral the spiral swing hydraulic pressure tank increased power structure. Traditional machine tools such as lathes, Miller, Chuck 3 Claws of workers in general rely on a manual for gripping, this will not only increase the intensity of the work of the workers, and the required gripping power is very great, but also a folder is not immediately are often the case, hinder the increase in productivity. The 3 Claws chuck the installation of the swing hydraulic pressure tank peace side spiral institutions constitute a spiral swing hydraulic pressure tank increased authority to achieve the original chuck the better, and the additional pressure can be converted into a circular movement and the simple, reliable, can achieve a higher increase to more than a sound economic and practical.
Key words: Three-jaw chuck, hydraulic cylinders clamps force
II
目 錄
前言·······················································································································1
第1章 夾具介紹···································································································2
1.1 夾具的特點································································································2
1.2 研究夾具的目的和意義················································································5
1.3 夾具的國內外現狀和發(fā)展趨勢·······································································5
1.4 夾具的基本結構和原理················································································6
第2章 三爪卡盤螺旋擺動式液壓缸增力機構的結構和原理······························7
第3章 主要參數確定與結構計算······································································8
3.1 液壓腔的結構設計·······················································································8
3.2 轉子葉片數的設計······················································································8
3.3 擺動角的設計·····························································································8
3.4 定子圓柱活塞杠面積的設計·········································································8
第4章 凹槽輪廓線的設計··················································································10
4.1 輪廓面段數的確定····················································································10
4.2 活塞杠升程的確定····················································································10
4.3 參數θ1的設計·························································································11
4.4 參數β的設計··························································································13
第5章 夾具在安裝和操作時應注意的事項························································14
5.1 夾具的安裝······························································································14
5.2 夾具在操作時應注意的事項·······································································14
第6章 夾具的經濟效益分析··············································································16
第7章 單工位夾具與成組夾具的分析································································18
7.1定位基準與定位元件的選擇·········································································18
7.2夾緊元件與夾緊力的選擇·············································································18
7.3夾具基體的設計夾具基體·············································································18
7.4機殼成組夾具結構······················································································19
第8章 誤差分析··································································································22
8.1定位誤差分析···························································································22
8.2 裝備誤差分析··························································································22
參考文獻··············································································································24
致謝·····················································································································25
V
前 言
隨著我國改革開放的不斷深入，市場經濟體系的不斷完善，我國工業(yè)逐漸向成熟化發(fā)展。在整個機械工業(yè)中，設計在其中占有的地位日益顯現出來。工業(yè)設計主要包括三個方面的內容。第一是產品設計,第二是與產品有關的視覺傳達設計，如產品的包裝、商業(yè)廣告等平面設計。第三是由產品設計擴展的環(huán)境設計．如產品的展示與陳列，商品櫥窗設計以及室內設計等。
產品設計作為工業(yè)設計的核心，它涉及的面廣，從人們的衣食住行，到社會的各行各業(yè)，產品設計無時不有，無時不在。產品設計的對象既包括一般的日用生活制品，也包括工業(yè)生產的機床，加工工具；既包括家用小電器產品，也包括專業(yè)的儀器，儀表；既包括私有的自行車，摩托車，也包括大型的汽車，飛機等交通工具；“從口紅到宇宙飛船”都是屬于產品的設計的范疇，本論文主要針對加工工具設計，在一定范圍內又稱“加工輔助設計”，即機床夾具體的設計。
本論文設計一種在三爪卡盤上加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構的螺旋擺動式液壓缸增力機構的結構。傳統的機床如車床、銑床上三爪卡盤的工作一般依靠工人用手工進行夾緊,這不但增加了工人的勞動強度，而且所需夾緊力非常大,還常常有夾不緊的情況，阻礙了生產率的提高。通過在三爪卡盤加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構構成螺旋擺動式液壓缸增力機構，可實現與原有卡盤體的較好結合,并使外加壓力能轉換成圓周運動,且其結構簡單,工作可靠,能達到較高的增力比，具有良好的經濟性和可行性。
第1章 夾具介紹
1.1 夾具的特點
在機床上加工工件時,我們可以看到兩種不同的情況:一種是用劃針或指示表等量具,按工件的某一表面,或者按工件表面上所劃的線進行找正,使工件在機床上處于所需要的正確位置,然后夾緊工件進行加工;另一種是把工件安裝字夾具上進行加工。為了在工件的某一部位上加工出符合規(guī)定技術要求的表面,一般都按工件的結構形狀,加工方法和生產批量的不同,采用各種不同的裝置將工件準確,方便的而可靠地安裝在機床上,然后進行加工.這種用來安裝的工件以確定工件與切削刀具的相對位置并將工件夾緊的裝置稱為“機床夾具”。在實際的生產中,例如活塞,連桿的生產線上,幾乎每道工序中都采用了夾具。十分明顯,如果不采用夾具,不但工件的加工精度難以保證,而且加工生產率也會大大降低,有時甚至會造成無法加工的情況。除了機床加工時需要使用夾具外,有時在檢驗,裝配等的工序中也要用到夾具,因之在這種場合中用到的夾具可分別稱為“檢驗夾具”和“裝配夾具”。
機床夾具通常是指裝夾工件用的裝置:至于裝夾各種刀具用的裝置,則一般稱為“輔助工具”。輔助工具有時也廣義地包括在機床夾具的范圍內。按照機床夾具的應用范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調整式夾具等。
通用夾具是在普通機床上一般都附有通用夾具,如車床上的卡盤,銑床上的回轉工作臺,分度頭,頂尖座等。它們都一標準化了,具有一定的通用性,可以用來安裝一定形狀尺寸范圍內的各種工件而不需要進行特殊的調整。但是,在實際生產中,通用夾具常常不能夠滿足各種零件加工的需要;或者因為生產率低而必須把通用夾具進行適當的改進;或者由于工件的形狀,加工的要求等的不同須專門設計制造一種專用夾具,以解決生產實際的需要。
專用夾具是為了適應某一工件的某一工序加工的要求而專門設計制造的,其功用主要有下列幾個方面:1.保證工件被加工表面的位置精度,例如與其他表面間的距離精度,平行度,同軸度等。對于外行比較復雜,位置精度要求比較高的工件,使用通用夾具進行加工往往難以達到精度要求。2.縮短了工序時間,從而提高了勞動生產率。進行某一工序所需要的時間,其中主要包括加工工件所需要的機動時間和裝卸工件等所需要的輔助時間兩部分。采用專用夾具后,安裝工件和轉換工位的工作都可以大為簡化,不再需要畫線和找正,縮短了工序的輔助時間并且節(jié)省了畫線這個工序,從而提高了勞動生產率.在生產中由于采用了多工件平行加工的夾具,使同時加工的幾個工件的機動時間將與加工一個工件的機動時間相同。采用回轉式多工位連續(xù)加工夾具,可以在進行切削加工某個工件的同時,進行其它工件的裝卸工作,從而使輔助時間與機動時間相重合?？傊?隨著專用夾具的采用和進一步改善,可以有效地縮短工序時間,滿足生產不斷發(fā)展的需要。3.采用專用夾具還能擴大機床的工藝范圍。例如在普通車床上附加鏜模夾具后,便可以代替鏜床工作;裝上專用夾具后可以車削成型表面等,以充分發(fā)揮通用機床的作用。4.減輕勞動強度,保障安全生產。根據生產需要,采用一些氣動,液壓或其它機械化,自動化程度較高的專用夾具,對于減輕工人的勞動強度,保障生產安全和產品的穩(wěn)質高產都有很大作用。加工大型工件時,例如加工車床床身上,下兩面上的螺孔,需要把床身工件翻轉幾次進行加工,勞動強度大而且不安全。采用電動回轉式鉆床家具后,就能夠達到提高生產效率,減輕勞動強度,保障生產安全的目的。
專用夾具在生產上起著很大的作用,那么是不是在任何場合都要設計和采用呢!這個問題就是具體問題具體的分析。上面說的關于專用夾具在生產中的作用,只是事物的一個方面。另一方面,由于夾具的設計,制造和所用的材料等須消耗一定的費用,增加了產品的成本。因之,在什么情況下采用什么樣的夾具才是經濟合算的,這是一個大問題,特別對于重大的,設計制造工作量大的專用夾具需與工人師傅等三結合共同研究解決。事物總是一分為二的,專用夾具也存在缺點,即專用夾具的專用性和產品多樣性的矛盾。由于專用夾具只適用于一個工件加工的某一個工序,因而隨著產品品種的不斷增多,夾具數量也不斷上升,造成存放和管理上的困難;而當某產品不再進行生產時,原來的夾具一般都無法重新利用,造成浪費.同時,專用夾具的設計生產時間周期長,與生產的迅速發(fā)展也有矛盾。但是在當前成批生產的機械工廠中,多數還是采用通用機床加上專用夾具進行工件的機械加工。
可調整夾具是為了擴大夾具的使用范圍,彌補專用夾具只適用與一個工件的某一特定工序的缺點,正在逐步推廣使用可調整式的夾具?？烧{整式夾具一般可分為標準化夾具,成組夾具和組合夾具等。1.標準化夾具:標準化夾具就是利用本廠已規(guī)格化了的部分或全部標準零件裝配成的專用夾具。專用夾具中的大件,如夾具體,以及定位元件,夾緊件和機械夾緊用的氣缸部件等,經過標準化,尺寸規(guī)格化后有利于工廠成批準備配件,成批加工,這樣可使夾具的設計,制造工作加快, 節(jié)省費用。另外,當產品更改,夾具不再使用時可以拆開,把標準零件保存起來,備以后使用。2.成組夾具:多品種,小批量生產的機械加工車間中,往往可以采用成組加工法。采用成組加工法,是把多種產品的零件按加工所用的機床和刀具,夾具等工藝裝備的共性分組,同一組的零件能在同一臺機床上用共同的工藝裝備和調整方法進行加工。例如分成軸類,套類,盤類,齒輪,杠桿,支架類等各種零件。成組夾具就是根據一組安裝方法相類似的零件而設計的,只要稍作調整或更換夾具上的某些定位,夾緊件,就可以從加工某一工件轉為加工另一工件。3.組合夾具:組合夾具是有一套專門設計制造,便于組裝和拆卸的有各種不同的形狀,不同尺寸規(guī)格并且有完全互換性和耐磨性的標準元件和合件所組成。利用這些元件和合件,根據加工工件的需要可以組裝成車,磨,銑,刨,鉆,鏜等工序用的各種不同的機床夾具。夾具使用完畢,可以方便的拆開,洗凈元件存放起來,留待以后組裝新夾具時再用。因之組合夾具是具有高度標準化和系列化元件的新型工藝裝備。關于組合夾具的問題,其設計原理基本相同。
在實際生產中應用的夾具很多,分類方法也有很多種。通常還可按使用夾具的工序不同分為車床夾具,銑床夾具……等;還可以根據在機床上運動的特點歸并成以下幾類,(1)車床類夾具:包括車床,內外圓磨床,螺紋磨床用夾具,其特點是夾具與工件一起作旋轉運動。(2)銑床類夾具:包括銑床,刨床,平面磨床等機床用夾具,其特點是夾具固定字工作臺上,只作縱向或橫向往復運動或回轉運動。(3)鉆,鏜床類夾具:用于在鉆床上鉆,擴,鉸等工序或在鏜孔工序,其實就是夾具固定在機床上,刀具通過夾具上的導向裝置進行送進運動。
上述的各種夾具都是固定在機床上的,但是在自動線加工中,有的夾具帶著工件由生產線的輸送裝置,挨著每臺機床逐步向前輸送,這類夾具通常稱為“隨行夾具”。自動線上的隨行夾具除了完成工件的定位,支承和夾緊外,還帶著工件沿自動線的加工機床進行定位(相對于每臺機床的刀具位置),夾緊,待加工完了再自動送至下一臺機床加工,以便通過自動線的各臺機床,完成工件的全部工序加工。隨行夾具主要適用于采用組合機床自動線加工,但又無良好的輸送基面和定位基面的工件,以便將這種畸形工件先裝夾于基面完整的隨行夾具上,然后在通過自動線進行加工。對一些有色金屬等軟件性材料的工件,雖然具有良好的輸送基面,但為了保護工件的基面不受劃傷,有時也采用隨行夾具。
通用可調夾具,若產品中有若干零件具有相似性,有選用通用可調整夾具的可能,應進一步探索,應用下面三方面分析判斷(1)工件結構要素的相似性,主要是被加工表面形式和部位的相似,工序內容和技術要求基本相似;能有相似或相同的定位基準和定位方式。(2)有可能采用功能相同的定位方式和夾緊方式(包括夾緊動力源)。(3)工件尺寸要素相似,如定位基準和外廓尺寸的近似程度,看能否使用,可調夾具結構緊湊,布局協調的夾具。
綜上所述,機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設計和使用是促進生產發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產的不斷發(fā)展,機床夾具的改進和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術人員在技術革新中的一項重要任務。
1.2 研究夾具的目的和意義
機床夾具設計是工藝裝備設計中的一個重要組成部分，是保證產品質量和提高勞動生產率的一項重要技術措施。在設計過程中應深人實際，進行調查研究，吸取國內外的先進技術，制定出合理的設計方案，再進行具體的設計。而深入生產實際調查研究中，應當掌握下面的一些資料：
1.工件圖紙；詳細閱讀工件的圖紙，了解工件被加工表面是技術要求，該件在機器中的位置和作用，以及裝置中的特殊要求。
2.工藝文件：了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面狀況，基準面選擇的情況，可用機床設備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。
3.生產綱領：夾具的結構形式應與工件的批量大小相適應，做到經濟合理。
4.制造與使用夾具的情況，有無通用零部件可供選用。工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術狀況等。
夾具的出現可靠地保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。
1.3 夾具的國內外現狀和發(fā)展趨勢
工業(yè)設計是人類社會發(fā)展和科學技術進步的產物，從英國莫里斯的“工藝美術運動”，到德國的包豪斯設計革命以及美國的廣泛傳播與推廣，工業(yè)設計經過了醞釀，探索，形成，發(fā)展百余年的歷史滄桑。時至今日，工業(yè)設計已成為一門獨立的專業(yè)學科，并且有一套完整的研究體系。
1980年國際工業(yè)設計協會理事會（ICSID）給工業(yè)作了明確定義：“就批量生產的工業(yè)產品而言，憑借訓練，技術知識，經驗及視覺感受，而預示材料、結構、構造、形態(tài)、色彩、表面加工，裝飾以新的品質和規(guī)格，叫做工業(yè)設計。根據當時的具體情況，工業(yè)設計師應在上述工業(yè)產品全部側面或其中幾個方面進行工作，而且需要工業(yè)設計師對包裝、宣傳、展示，市場開發(fā)等問題的解決付出自己的技術知識和經驗以及視覺評價能力時，這也屬于工業(yè)設計的范疇”。
材料、結構、工藝是產品設計的物質技術基礎，一方面，技術制約著設計；另一方面，技術也推動著設計。從設計美學的觀點看，技術不僅僅是物質基礎還具有其本身的“功能”作用，只要善于應用材料的特性，予以相應的結構形式和適當的加工工藝，就能夠創(chuàng)造出實用，美觀，經濟的產品，即在產品中發(fā)揮技術潛在的“功能”。
任何設計都是時代的產物，它的不同的面貌，不同的特征反映著不同歷史時期的科學技術水平。技術是產品形態(tài)發(fā)展的先導，新材料，新工藝的出現，必然給產品帶來新的結構，新的形態(tài)和新的造型風格。材料，加工工藝，結構，產品形象有機地聯系在一起的，某個環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。
1.4 夾具的基本結構和工作原理
按在夾具中的作用,地位結構特點,組成夾具的元件可以劃分為以下幾類:
1．定位元件及定位裝置；
(2)夾緊元件及定位裝置(或者稱夾緊機構)；
(3)夾具體；
(4)對刀,引導元件及裝置(包括刀具導向元件,對刀裝置及靠模裝置等)；
(5)動力裝置；
(6)分度,對定裝置；
(7)其它的元件及裝置(包括夾具各部分相互連接用的以及夾具與機床相連接用的緊固螺釘,銷釘,鍵和各種手柄等)；
每個夾具不一定所有的各類元件都具備,如手動夾具就沒有動力裝置,一般的車床夾具不一定有刀具導向元件及分度裝置。反之,按照加工等方面的要求,有些夾具上還需要設有其它裝置及機構,例如在有的自動化夾具中必須有上下料裝置。
9
第2章 三爪卡盤螺旋擺動式液壓缸增力機構的結構及原理設計
本設計是在三爪卡盤的結構基礎上增設一個液壓機構來實現夾緊省力的，設計方案如圖1所示，主要是在原有結構的基礎上增加了一個螺旋盤，一個擺動油缸及柱塞等。大錐齒輪背面加工出凹槽，圓柱活塞一端與槽配合，另一端裝在液壓缸定子葉片的孔中，端部裝有彈簧，柱塞在彈簧作用下，一端始終與凹槽接觸。
工作時利用轉動杠轉動小錐齒輪2帶動大錐齒輪3,當卡爪7未接觸工件時,圓錐螺旋彈簧5所受載荷較小,圓柱活塞4與大錐齒輪3無相對運動,缸體6隨之一起轉動,卡爪7徑向移動,接近工件,此為空行程。當卡爪7接觸工件后,所受阻力激增,進
1.卡盤體端蓋 2.小錐齒輪 3.大錐齒輪 4.圓柱活塞
5.圓錐螺旋彈簧 6.液壓缸體 7.卡 爪 8.定子葉片 9.換油機構 10.轉子葉片 11.缸體端蓋 12.液壓油 13.卡盤體
圖 2-1 卡盤結構方案簡圖
給激減，繼續(xù)轉動手柄，活塞4受力增大，當其達到一定程度時，圓錐螺旋彈簧5被壓縮，活塞4與大錐齒輪3產生相對運動，活塞4向定子孔中運動，液壓油12被加壓縮，液體推動轉子葉片10旋轉，卡爪7徑向微進給，此為夾緊行程。當大錐齒輪3繼續(xù)旋轉至某一角度，活塞4將復位，繼續(xù)轉動，將重復上一次的運動直到把工件完全夾緊。
第3章 主要參數確定與結構計算
以下以在KZ320型卡盤基礎上增設一個螺旋擺動式液壓機構為例進行分析。
3.1 液壓腔的結構設計
根據其具體的安裝條件和強度剛度要求，擬對其尺寸初步?。?
外壁厚： n1=16mm 內壁厚： n2=8mm
油腔寬： a=30mm 空隙寬： x=1mm
故液壓腔的面積：
S1=a(D/2-d/2-L1-L2-x-n1-n2) =1350mm2 （3.1）
其中：卡盤體大徑D=320mm 小徑d=100mm
卡盤體外壁厚L1=25mm 卡盤體內壁厚L2=15mm
3.2 轉子葉片數的設計
擺動缸中轉子葉片的作用是得到盡可能大的扭矩,其輸出扭矩的表達式為：
M=Zb(2-2)Pym (N.m) （3.2）
其中 Z：葉片數 b：軸間寬度 D1：油腔大徑
d1：油腔小徑 P：進油口壓力(Pa) Ym：機械效率
D1=D-2L1-2X1-2n1=236mm d1=d+2L1+2L2=146mm
在b、D1、d1、P及Ym等一定的情況下，理論上葉片數越大，得到的輸出扭矩也越大。
在本設計中，擺動液壓缸是利用液體壓強向各個方向等壓強傳遞的原理，來實現軸向運動向旋轉運動的轉換。由于已知結構特定，故在本方案中其輸出扭矩并不隨葉片數的增大而增大，在外力一定的情況下，M只與油腔軸向面積成正比。葉片數Z只影響壓力油壓強，但最終扭矩不變。故為了便于制造、安裝和密封，取 Z=3.
3.3 擺動角的設計
由經驗可知，在通常情況下，工件被夾緊時其變形B≤1mm,取每次夾緊行程中卡爪進給0.05mm,故可得擺動角θ=360o∕t·f=1.5o
其中 平面螺旋機構的升程t=12 卡爪每次進給量f=0.05
3.4 定子圓柱活塞杠面積的設計
由結構可知，葉片輸出扭矩M=P?S1?r?Z1?Ym （3.3）
其中 P：進油口壓強 S：葉片面積 Z：葉片數
r：葉片面積的幾何中心到軸心線的距離 Ym：機械效率
油液壓強 P=F2/S2（3.4）
其中 F2=F/Z （3.5）
每個葉片受力 F1=PS1 （3.6）
F1/F2=S1/S2=σ1 （3.7）
其中σ1為增力比,為一常數,故S2=S1/σ1 （3.8）
第4章. 凹槽輪廓線的設計
根據設計方案可知,凹槽輪廓線分兩個功能部分,即增力夾緊部分和圓柱活塞杠位置復原部分。活塞杠與葉片組成增力系統,又與彈簧配合,組成離合銷系統。為了使兩個系統的工作順利銜接,特設計過渡斜面系統.設計的凹槽形狀如圖3所示。
圖3 凹槽展開圖
如圖所示, θ1角斜面為槽面的第一部分,α角斜面為槽面第二部分增力部分, θ2角為第三部分過渡部分，下面分別確定個參數。
4.1確定輪廓面段數
因采用三個圓柱活塞杠,故同樣形狀的輪廓面段數N=3n(n=1、2、3……)
考慮到結構的具體需要,取 n=2, 則N=6,卡爪在一周內將進給 f=6×f10.30，故縮短了夾緊時間,提高了效率。
4.2 活塞杠的升程
活塞杠的升程 H= H1+ H2 分別確定H1、 H2
再根據 H=σ?m （4.1）
其中 σ：增力比
m：卷子葉片的平均移動距離
m=θ0/π?r=θ0/π? （D1+d2/2）191/2×2π/200=3mm
根據安裝的需要，活塞杠軸線與卡盤體軸線R=（191-6）/2==92mm
得輪廓線參數L=2πr /6=90.3mm
則H=m·σ1=12mm, 故S2=S1/σ1,=1350/15=270mm. r2=σ1S2/π=9.0mm
凹槽輪廓線的增力部分增力比最大為σ3=J/L
對活塞杠進行受力分析,如圖4所示
圖4 活塞杠受力圖
θ=Nsinα+Fcosα （4.2） J=Ncosα (4.3)
F=Nf (4.4) 其中f為摩擦系數,可取f=0.18,則：σ3=T/Q=1/tgα+ f
若α取極大值,則 tgα≤H/L-2r1=15/96.3-18=0.20
故可得：σ3min=1/0.20+0.18=1/0.36=2.6
σ1σ3=4×2.5=10.4
由于新增機構增力比為σ1σ3,且其他機構不變,故σ1σ3就是最終的增力比.設計目標為增力比σ0=10,故σ1σ3=10.4相差不大,符合要求，故取σ1=4,H=mσ1=12mm可設H1=4mm,H2=8mm。
4.3參數θ1的設計
當活塞杠處于與凹槽配合狀態(tài)，與大錐齒輪還沒有相對滑動時，其受力如圖5所示，
圖5 活塞杠—凹槽受力圖
取臨界狀態(tài)分析，則根據平衡條件可得：
Fcosθ+Nsinθ+R2=R 水平力平衡 (4.4)
F1+F2+Fsinθ+T=Nsinθ 豎直力平衡 (4.5)
Fcosθ+Nsinθ=Q (4.6)
F=Rf (4.7)
T=PS2+T0 (4.8)
T：圓錐螺旋彈簧彈力 F1、F2為密封圈處摩擦力
R1、R2為密封圈處空壁對活塞杠作用力
f：摩擦系數取f=0.15，f1=f2=0.3
已知H1=4,力N的作用點在h=H1/2=2處,為方便計算和實際需要,初取θ=45
由以上各式可得:
(3.83sinθ-0.85cosθ)T/(0.1cosθ+sinθ)=2R1
(1.83sinθ-1.15cosθ)Q/(0.15cosθ+sinθ)=2R2
由于T≥0，θ≤52°38′； 由于R2≥0，θ≤32°9′
取θ=32°9′，則T=0.86Q，R2=0
取θ=52°38′，則T=0.故可得：
隨著θ的增大,T急劇減少,且T隨活塞杠升程增大而增大,其與彈簧彈力及液體壓強有關,若彈簧確定,則臨界T確定,即能求得螺旋盤從空行程轉入到夾緊行程的最小動力，故θ=45符合要求,此時R1=1.3Q，R2=0.3Q，T=0.26Q。
4.4參數β的設計
圖6 凹槽中心剖面圖
槽面形狀如圖6所示,基于工作要求,取C1=3mm,C2由前述條件得:
C2=H2tgβ=H2sin45°=8mm (4.9)
則tgβ=H2/(L-Φ-C1-C2)=8/(96.3-20-3-8)=0.123 ，得：β=7°
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第5章 夾具在安裝和操作時應注意的事項
5.1夾具的安裝
當夾具的各個零件生產出來后，就要對它進行安裝。安裝夾具看起來是非常簡單的事情，但是不同的人安裝同樣的夾具，其安裝的夾具誤差都不一樣。(從瑞士手表的安裝準確度，其秒針走時誤差一年相隔一秒與一星期相隔一秒的例子得啟示)公司有專人安裝夾具的隊伍，在某些程度上提高了安裝精度。在安裝夾具的過程中要注意一些事項：
(1)先以平衡的方式把鉆模板和夾具體以兩個錐銷定位，接著依次上固定螺釘。
(2)墊鐵留有余量，在安裝上去后，等檢驗精度的時候再磨削部分余量至達到要求。按照磨損規(guī)則是盡量的初次磨削最少的余量，可以使使用時間加長,減少成本。
(3)襯套用專用的夾鉗裝入，實際裝入時應有一定的阻力，最佳效果是一次性裝入。鉆套以旋轉的方式逐漸裝入，當裝入大約2/3時候旋出，再完全裝入。
(4)定位柱套入后即旋緊螺母，當需要調整精度時再作更換，一般情況是不需要調整和更換的。
(5)安裝夾緊座時，需同時上兩個固定螺釘。如果螺孔已經回孔，就有一次性裝入，未回孔的先獨立旋進1/2后旋出，然后整體旋進即可。
(6)裝支板對照總裝圖的形式裝入，其中有一反向螺栓，裝在第2支板上即可(支板序號以總裝圖從左往右為序) 。
(7)最后,以總裝圖的標準配上夾緊螺釘。
5.2夾具在操作時應注意的事項
現代化生產要想有好的經濟效益，必須提高勞動生產率而影響生產率的因素很多,金屬加工中一個重要的影響因素就是工件在夾具上的裝夾。夾具設計依據的原則是簡捷、實用、快速、可靠.這里的“快速”指的就是快速裝夾。根據工件的種類、結構特征的不同，可采用不同的形式。合理的裝夾形式不但能達到快速、高效的目的而且能減輕工人的勞動強度，一般夾具設計出來成為產品后,就有一個裝夾模式。
裝夾模式在快速裝夾的過程中，應該注意一些事項:
(1)分別松開支板1和2的上下螺栓(只需要稍微松一點，約2~3毫米)，依次旋轉扳開支板1和2，逆時針松動夾緊座的的夾緊螺釘。
(2)把工件以10~15度傾斜角靠定位柱放入夾具內，同時旋轉支板2并相應的擰緊螺栓和輕微的擰夾緊螺釘至與工件接觸水平?；匚恢О?及其上的夾緊螺釘，一次性旋緊夾緊座上的夾緊螺釘，最后依次擰緊支板1和2的夾緊螺釘。
(3)工件加工過程中不要手去接觸鐵屑，讓其自動排屑.按規(guī)定是每間隔1小時有工人清除鐵屑。
(4)取工件時是先松支板1和2的夾緊螺釘，再松螺栓后旋轉支板至水平，一手扶工件，一手松夾緊座的夾緊螺釘,方可取出工件。
(5)定位柱有明顯的磨損后，更換新定位柱或調整定位柱 (原則上該公司每隔一段時間就檢驗一次精度，不需要操作工負責) 。
第6章 夾具的經濟效益分析
機床夾具費用是工藝成本的組成部分，它直接影響工藝過程的經濟性及產品成本,機床夾具的經濟性用下述不等式評價:
SN≥C
式中S------使用機床夾具后生產費用的節(jié)約,即經濟效果；
式中N------用機床夾具全年加工的工件數量,即工件的年產量；
式中C------使用機床夾具全年的費用。
(1)使用機床夾具的經濟效果：機床夾具的使用減少了生產單件的時間，一個工件的某一工序因使用機床夾具而減少的單件時間是：△T=T1-T2，式中T1和T2分別為使用機床夾具前后工件的單件時間。
若比較兩種機床夾具的經濟性， T1和T2又分別代表兩種夾具加工工件的單件時間,由于使用機床夾具而節(jié)約的工人工資額為：
△Z=Z1T1-Z2T2
式中Z1，T2分別為使用機床夾具前后機床工人每分鐘的工資額，若考慮雜費方面H的節(jié)約，使用機床夾具的經濟效果為：
S=△Z(1+0.01H)
(2)使用機床夾具的的全年費用,一套專用夾具的費用為：
式中As------專用夾具的設計系數,通常為0.5；
式中Ay ------專用夾具的使用系數，一般取用專用夾具制造價格的0.2~0.3；
式中T------專用夾具的使用年限,簡單夾具=1年，中等復雜的夾具=2~3年，復雜夾具是=4~5年；
Cz專用夾具的制造價格由下式計算 Cz =δθ+tZp(1+0.01H)；
式中δ------材料的平均價格 （元/kg）
式中θ------夾具元件的重量；
式中t------夾具制造工時 h；
式中Zp------工人的平均工資 元/人；
式中H------工具車間雜費百分比；
通過原理，已經可以從該方案中檢索到實現設計可行性原理方案。實現某一功能可能有多個解，其優(yōu)劣程序要視具體情況而論。評價項給出了評價準則和評價的特性值，反映了原理方案在技術性、經濟性和社會性上的效用。
以上所述原理中有關項目中所表達的評價決策的方方面面，為設計展示出統率全局的設計信息空間。
第7章 單工位夾具與成組夾具的分析
成組技術是近年來在國內外機械制造領域內得到迅速發(fā)展的一種新的作業(yè)方式。而成組夾具則是按成組技術原理，在零件分組的基礎上，針對一組 （或幾組）相似零件的一道（或幾道）工序而設計的夾具。它具有專用夾具的若干特點，又具有對工件特征在一定范圍內變化的適應性，它能使產品多品種、中小批量生產達到大批量生產的效果，因此，成組夾具在產品不斷更新換代的今天，有著不可比擬的優(yōu)勢。
零件的分析與分組, 如某廠生產的交、直流起動機機殼，由于結構簡單，采用10號無縫鋼管加工而成。本道工序為半精車內孔，其品種有12種之多。軸向長度尺寸最大為1820+0.023，最小為900+0.18 ,止口定位尺寸最大為φ0-0.087，最小為φ710-0.046，軸向止口長度一律為3 ，由于尺寸段相距較遠，軸向長度考慮壓板尺寸，將其分為兩組。第1組軸向長度為90~135 ，第2組為140~182，止口定位尺寸由于需更換定位元件不再分組。把這類使用機床、夾緊方式、加工內容相同的零件挑選出來，形成所需要的成組工序（見圖 ）。
成組夾具的結構設計：成組夾具設計與專用夾具的設計方法相似，但具有一定的針對性，它是為加工某些幾何形狀相似、工藝過程和定位夾緊相似的零件而設計的。設計時仍然需要選擇合理的定位基準、定位元件;選擇合適的夾緊力、夾緊元件；設計好合理的基體件。
7.1定位基準與定位元件的選擇
定位基準與定位元件的選擇制定設計方案時需選擇合理的定位基準、定位元件。以圖工件為例，選φ1020-0.07處止口為定位基準，止口平面為輔助定位。夾具采用定位盤定位，這樣定位基準與設計基準重合，無基準不重合誤差。但在實際中考慮多種因素的影響，往往采用增大定位盤內圓柱孔的方法。定位盤內圓柱孔最小增大尺寸為：
δ=hXtgα=3X(0.05/123)=0.0012
7.2夾緊元件與夾緊力的選擇
夾緊力的選擇，除夾緊力方向和作用點外，還要使工件產生盡可能小的夾緊變形，這是選擇夾緊元件和夾緊力的主要因素。本例采用壓板壓緊，夾緊力方向平行工件外圓母線，夾緊牢靠，工件保持正確位置，既防止了薄壁零件裝夾變形，又滿足了成組的要求。
7.3夾具基體的設計夾具基體
在設計夾具基體時，除應保證結構合理外，還應保證夾具基體有足夠的剛度，而且在可能的范圍內，力求能加工零件組的全部。對其基體件還應根據相似件形狀、尺寸、精度、毛坯種類及其工藝方法來確定基體件形狀、尺寸，以滿足加工所有相似件的要求。該基體件與其它夾具元件組成的夾具結構緊湊，操作方便，更換元件容易，可以加工不同產品的相似件，詳見下圖，通過它組成半精車內孔成組夾具，可以完成不同產品機殼內孔的加工。
7.4機殼成組夾具結構
機殼成組夾具由基體件、調換件、標準件三部分組成，見下圖。該夾具由基體件與機床連接，使用機床可視廠方具體情況而定。為保證工件軸線與機床軸線相重合，使用法蘭盤(過渡件)與機床內錐孔配合，完成定位。與夾具定位則依靠基體件上的外止口(本例為φ240處)，準確定位后，予以軸向鎖緊。夾緊采用雙壓板球鉸壓緊，由大拉桿1帶動兩個小拉桿2來完成。兩小拉桿做為調換件，以適應分段兩組中不同軸向長度的需要。
4成組夾具的誤差分析(1)機床回轉中心與夾具安裝不同軸時，使夾具在機床上定位脫離理想狀態(tài)，造成安裝誤差。
解決辦法:可在車床上重新車一次定位盤止口，保證定位盤中心和機床主軸中心同軸度小于0.015。
(2)工件在夾具上定位時，定位脫離理想位置，產生加工偏差，產生的原因有：
①定位元件制造超差；
②工件與定位元件間定位面間隙太大，或定位元件與機床主軸不垂直；
解決辦法：
a)確保元件制造精度，定位盤與基體件的配合可按公差等級5級或6級精度。
b)夾具基體件上與定位元件的配合需在機床上精車，以確保定位元件安裝后，處于正確位置。如圖2中甲120H6及其端面A，并保證尺寸公差和精度要求。
c)定位盤內孔尺寸，取工件最大實體尺寸加(或減)制造公差的1/5~1/8即:102+0.1 x1/7 =102.0143。
成組夾具的經濟效益分析
1)節(jié)約設計時間：成組夾具只需設計調換件，可單獨出圖或提供元件號填表選用，一般只占總夾具設計量的5~15%，以本夾具為例，調換件只占設計總量的10%。
2)節(jié)約制造工時：只需制造調換件即可，因此節(jié)約工時，縮短生產周期，減輕工具車間負荷。
3)節(jié)約原材料：一般調換件所需原材料只占夾具用料的5~15%。
4)便于管理，減少庫存面積。
5)為工裝標準化、系列化、規(guī)格化打下基礎。
目前，成組夾具和組合夾具在車床、銑床、鉆床、磨床上得到推廣應用。開展成組夾具的設計和應用，對保證產品質量，縮短生產準備周期，提高經濟效益起到積極作用，對我國工業(yè)發(fā)展將起到良好的推動作用。
第8章 誤差分析
8.1定位誤差分析
工件的定位就是使同一工序中的所有工件逐次放置到夾具中，使之占有正確的位置的工藝過程。一批工件逐個在夾具中定位時，由于定位基準與工序基準不重合、定位副制造不準確等原因，使得各個工件在夾具中占據的位置不可能完全一致，勢必產生定位誤差，即工件在夾具中因定位不準確而產生的工件加工誤差。
定位誤差實際上是一批工件采用調整法加工時，由于定位所造成的工件加工面相對于工序基準的位置誤差。假定在加工時，夾具相對于刀具及切削成形運動的位置經調整后不再變動，那么可以認為加工面的位置是固定的，這樣工件加工面相對于其工序基準的位置誤差就是由于工序基準的位置變動所引起的。所以，定位誤差也就是工件定位時工序基準在工序加工要求(位置尺寸或位置精度)方向上的位置變動量。
應用夾具CAD系統設計夾具時，在未選定夾具定位方案的具體結構之前，尚不能建立定位尺寸鏈。在系統確定了夾具定位結構之后，就可以根據具體結構建立定位尺寸鏈進行正計算或反計算。a)正計算就是當已知定位結構中有關定位元件尺寸的公差時，用定位尺寸鏈求解封閉環(huán)公差(即定位誤差)。如果所求的定位誤差值在允許的公差范圍之內，則表明所確定的定位元件的尺寸公差能滿足精度要求。否則不能保證精度，就需調整定位結構中定位元件的尺寸公差。如果這些公差無調整的余地則需考慮重新確定定位結構。b)反計算就是已知封閉環(huán)的尺寸及公差,確定各組成環(huán)的公差,即將允許的定位誤差合理地分配到各組成環(huán)中去。
8.2 裝備誤差分析
“機床夾具裝配調整及夾具精度檢驗”實驗，認識到夾具制造工藝特點和工件加工精度的保證方法，認識到夾具總裝圖公差配合與技術要求的實際意義。從而使我在進行夾具設計時明白到底應標注哪些技術要求有其意義。
安裝誤差與定位誤差：在應用夾具安裝工件時,往往由于下列幾種因數引起工件的安裝誤差：
1.夾具本身的誤差;
2.夾具在機床上的安裝,調整誤差;
3.夾緊時,整個夾具或其它元件受力后產生彈性變形;
4.工件的定位基準與定位元件接觸后的變形;
5.由于工件的定位基準與設計基準不重合而引起的誤差;
6.由于工件的定位基準面與定位元件之間的間隙(如內,外圓柱面定位時)引起的工件可能的最大的位移。
小結:在實際工作中，應多讀些典型機床夾具總圖，多調試一些夾具，多了解一些夾具結構方案，從中多學習一些結構工藝性方面的知識，使設計能力有所提高。
參考文獻
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致 謝
時間一晃而過，三年的大學生活已快落下帷幕了，在這三年的生活學習中，我收獲不少，認真學習專業(yè)知識，培養(yǎng)各方面的能力，畢業(yè)設計正是檢驗我們的大好時機，經過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。
在這里我要感謝我的指導老師劉豫喜老師和各位教導我的老師。劉老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料，設計草案
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