本论文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液 压缸增力机构的结构

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本论文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液 压缸增力机构的结构。传统的机床如车床、铣床上三爪卡

盘的工作一般依靠工人用手工进行 夹紧,这不但增加了工人的劳动强度,而且所需夹紧力非常大,还常常有夹不紧的情况,阻碍了 生产率的提高。通过在三爪卡盘加装摆动式液压缸和平面螺旋机构构成螺旋摆动式液压缸增 力机构,可实现与原有卡盘体的较好结合,并使外加压力能转换成圆周运动,且其结构简单,工作可靠,能达到较高的增力比,具有良好的经济性和可行性。 第 1 章 夹具介绍

1.1 夹具的特点 在机床上加工工件时,我们可以看到两种不同的情况:一种是用划针或指示表等量具,按工 件的某一表面,或者按工件表面上

所划的线进行找正,使工件在机床上处于所需要的正确位置, 然后夹紧工件进行加工;另一种是把工件安装字夹具上进行加工。为了在工件的某一部位上加 工出符合规定技术要求的表面,一般都按工件的结构形状,加工方法和生产批量的不同,采用各 种不同的装置将工件准确,方便的而可靠地安装在机床上,然后进行加工.这种用来安装的工件 以确定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为“机床夹具” 。在实际的生产中, 例如活塞,连杆的生产线上,几乎每道工序中都采用了夹具。十分明显,如果不采用夹具,不但工 件的加工精度难以保证,而且加工生产率也会大大降低,有时甚至会造成无法加工的情况。 除了 机床加工时需要使用夹具外,有时在检验,装配等的工序中也要用到夹具,因之在这种场合中用 到的夹具可分别称为“检验夹具”和“装配夹具” 。 机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工 具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分 为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。 通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具,如车床上的卡盘,铣床上的回转工作台,分 度头,顶尖座等。它们都一标准化了,具有一定的通用性,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。 但是,在实际生产中,通用夹具常常不能够满足各种零件加 工的需要;或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进;或者由于工件的形状,加工的 要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具,以解决生产实际的需要。 专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的,其功用主要有下列 几个方面:

1.保证工件被加工表面的位置精度,例如与其他表面间的距离精度,平行度,同轴度 等。 对于外行比较复杂,位置精度要求比较高的工件,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度 要求。

2.缩短了工序时间,从而提高了劳动生产率。进行某一工序所需要的时间,其中主要包括 加工工件所需要的机动时间和装卸工件等所需要的辅助时间两部分。采用专用夹具后,安装工 件和转换工位的工作都可以大为简化,不再需要画线和找正,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序,从而提高了劳动生产率.在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具,使同时 加工的几个工件的机动时间将与加工一个工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工 夹具,可以在进行切削加工某个工件的同时,进行其它工件的装卸工作,从而使辅助时间与机动 时间相重合。总之,随着专用夹具的采用和进一步改善,可以有效地缩短工序时间,满足生产不 断发展的需要。

3.采用专用夹具还能扩大机床的工艺范围。例如在普通车床上附加镗模夹具 后,便可以代替镗床工作;装上专用夹具后可以车削成型表面等,以充分发挥通用机床的作用。

4.减轻劳动强度,保障安全生产。根据生产需要,采用一些气动,液压或其它机械化,自动化程度 较高的专用夹具,对于减轻工人的劳动强度,保障生产安全和产品的稳质高产都有很大作用。 加 工大型工件时,例如加工车床床身上,下两面上的螺孔,需要把床身工件翻转几次进行加工,劳动 强度大而且不安全。采用电动回转式钻床家具后,就能够达到提高生产效率,减轻劳动强度,保 障生产安全的目的。

专用夹具在生产上起着很大的作用,那么是不是在任何场合都要设计和采用呢!这个问 题就是具体问题具体的分析。上面说的关于专用夹具在生产中的作用,只是事物的一个方面。 另一方面,由于夹具的设计,制造和所用的材料等须消耗一定的费用,增加了产品的成本。因之, 在什么情况下采用什么样的夹具才是经济合算的,这是一个大问题,特别对于重大的,设计制造 工作量大的专用夹具需与工人师傅等三结合共同研究解决。事物总是一分为二的,专用夹具也 存在缺点,即专用夹具的专用性和产品多样性的矛盾。由于专用夹具只适用于一个工件加工的 某一个工序,因而随着产品品种的不断增多,夹具数量也不断上升,造成存放和管理上的困难;而 当某产品不再进行生产时,原来的夹具一般都无法重新利用,造成浪费.同时,专用夹具的设计生 产时间周期长,与生产的迅速发展也有矛盾。 但是在当前成批生产的机械工厂中,多数还是采用 通用机床加上专用夹具进行工件的机械加工。 可调整夹具是为了扩大夹具的使用范围,弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工 可调整式夹具一般可分为标准化夹具,成组夹具 序的缺点,正在逐步推广使用可调整式的夹具。 和组合夹具等。1.标准化夹具:标准化夹具就是利用本厂已规格化了的部分或全部标准零件装 配成的专用夹具。专用夹具中的大件,如夹具体,以及定位元件,夹紧件和机械夹紧用的气缸部 件等,经过标准化,尺寸规格化后有利于工厂成批准备配件,成批加工,这样可使夹具的设计,制 造工作加快, 节省费用。另外,当产品更改,夹具不再使用时可以拆开,把标准零件保存起来,备 以后使用。 2.成组夹具:多品种,小批量生产的机械加工车间中,往往可以采用成组加工法。 采用 成组加工法,是

把多种产品的零件按加工所用的机床和刀具,夹具等工艺装备的共性分组,同一 组的零件能在同一台机床上用共同的工艺装备和调整方法进行加工。 例如分成轴类,套类,盘类, 齿轮,杠杆,支架类等各种零件。成组夹具就是根据一组安装方法相类似的零件而设计的,只要 稍作调整或更换夹具上的某些定位,夹紧件,就可以从加工某一工件转为加工另一工件。3.组合 夹具:组合夹具是有一套专门设计制造,便于组装和拆卸的有各种不同的形状,不同尺寸规格并 且有完全互换性和耐磨性的标准元件和合件所组成。利用这些元件和合件,根据加工工件的需 要可以组装成车,磨,铣,刨,钻,镗等工序用的各种不同的机床夹具。 夹具使用完毕,可以方便的拆 开,洗净元件存放起来,留待以后组装新夹具时再用。 因之组合夹具是具有高度标准化和系列化 元件的新型工艺装备。关于组合夹具的问题,其设计原理基本相同。 在实际生产中应用的夹具很多,分类方法也有很多种。通常还可按使用夹具的工序不同 分为车床夹具,铣床夹具……等;还可以根据在机床上运动的特点归并成以下几类,(1)车床类夹 具:包括车床,内外圆磨床,螺纹磨床用夹具,其特点是夹具与工件一起作旋转运动。(2)铣床类夹 具:包括铣床,刨床,平面磨床等机床用夹具,其特点是夹具固定字工作台上,只作纵向或横向往 复运动或回转运动。 (3)钻,镗床类夹具:用于在钻床上钻,扩,铰等工序或在镗孔工序,其实就是夹 具固定在机床上,刀具通过夹具上的导向装置进行送进运动。

1.2 研究夹具的目的和意义 机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分,是保证产品质量和提高劳动生产 率的一项重要技术措施。在设计过程中应深人实际,进行调查研究,吸取国内外的先进

技术, 制定出合理的设计方案,再进行具体的设计。而深入生产实际调查研究中,应当掌握下面的 一些资料:

1.工件图纸;详细阅读工件的图纸,了解工件被加工表面是技术要求,该件在机器中的 位置和作用,以及装置中的特殊要求。

2.工艺文件:了解工件的工艺过程,本工序的加工要求,工件被加工表面及待加工面状 况,基准面选择的情况,可用机床设备的主要规格,与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。

3.生产纲领:夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应,做到经济合理。

4.制造与使用夹具的情况,有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站;制造和使 用夹具的工人的技术状况等。 夹具的出现可靠地保证加工精度,提高整体工作效率,减轻劳动强度,充分发挥和扩大 机床的工艺性能。

1.3夹具的基本结构和工作原理

按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类: 1.定位元件及定位装置; (2)夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构); (3)夹具体; (4)对刀,引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等); (5)动力装置; (6)分度,对定装置; (7)其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺 钉,销钉,键和各种手柄等); 每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不 一定有刀具导向元件及分度装置。 反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装 置及机构,

例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。

第2章

三爪卡盘螺旋摆动式液压缸增力机构的结构及原理设计

本设计是在三爪卡盘的结构基础上增设一个液压机构来实现夹紧省力的,设计方案如图 1 所示,主要是在原有结构的基础上增加了一个螺旋盘,一个摆动油缸及柱塞等。大锥齿轮 背面加工出凹槽,圆柱活塞一端与槽配合,另一端装在液压缸定子叶片的孔中,端部装有弹 簧,柱塞在弹簧作用下,一端始终与凹槽接触。 工作时利用转动杠转动小锥齿轮 2 带动大锥齿轮

本文设计一种在三爪卡盘上加 装摆 动式液压缸和平 面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸 增力机 构的结构 。传统的机床如车床 、 铣床上三爪卡盘 的工_一般依靠工人用手工进 行夹紧, 作 这不但增加 了工人的 劳动强度 , 而且所需夹紧力非常大, 还常常有 夹不 紧的情况 , 了生产 阻碍 率 的提 高 。通 过 在 三 爪 卡盘 加 装 摆 动 式 液 压 缸 和 平 面 螺 旋 机 构 构 成 螺 旋摆 动式 液 压 缸 增 力机 构 , 实现 与 原 有 卡 盘 体 的 较好 结合 , 可 并使 外

加 压 力 能 转换 成 圆周 运 动 , 其 结 构 简 单 , 作 可 靠, 达 到较 高 的增 力 比 , 有 良好 的 经 济 性 和 可 行性 。 且 工 能 具 ’ 【 键 词 】 爪 卡 盘 ; 压缸 ; 具 ; 计 关 三 液 夹 设在 整 个 机 械 工业 中 , 计 在 其 中 占有 的 地 位 日益 显 现 出来 。产 品 拟 对 其 尺 寸 初 步 取 : 设 计 作 为 工 业 设 计 的核 心 , 涉 及 的面 广 , 人 们 的 衣 食 住 行 。 它 从 到社 会 的各 行 各 业 品设 计 无 时 不 有 ,时 不 在 。 论 文 主 要 针对 加 工工 具产 无 本 设 计 , 一 定 范 围 内 又称 “ 工 辅 助 设 计 ” 即 机 床 夹 具体 的设 计 。 外 壁 厚 : l1 m n= 6 m 油 腔 宽 := 0 m a3m 内 壁厚 : 2 8 n- mm 空 隙 宽 := mm xl 故 液 压 腔 的 面积

本 文设计一种在 三爪 卡盘上加装摆 动式液压缸和平 面螺旋机构的 螺旋 摆 动式 液 压 缸 增 力 机 构 的结 构 。传 统 的 机 床 如 车 床 、床 上 三铣 爪 卡 盘 的 工 作 一 般 依 靠 工 人 用 手 工 进 行 夹 紧, 不 但 增 加 了 工 人 的 劳这 动 强 度 , 且 所 需 夹 紧 力 非 常 大 , 常 常 有 夹 不 紧 的情 况 .而 还 阻碍 了 生 产

S= (/一/一 1L 一 — l n 11 5 m …? - ?… … - ?1 1aD 2 d2 L 一 2 x n — 2= 3 0 m - -

- ?… … () 其 中: 盘体大径 D 30 卡 = 2 mm 小径 d 0m =10 m

卡 盘 体外 壁 厚 L= 5 m 2 m 2转 子 叶片 数 的设 计 . 卡 盘体 内 壁厚 I= 5 m

1m 摆

动 缸 中转 子 叶 片 的 作 用 是 得 到 尽 可 能 大

率 的提 高 。 过 在 三 爪 卡 盘 加装摆 动式 液压 缸 和平 面 螺 旋 机 构 构 成 螺 的 扭 矩 , 其 输 出 扭 矩 的 表 达 式 为 : = b ( 一 )y (. 通 M Z D d P r Nm) e 旋 摆 动 式 液 压 缸 增 力 机 构 , 实 现 与 原 有 卡 盘 体 的 较 好 结 合 ,使 外可并加压 力 能 转 换 成 圆 周 运 动 , 其 结 构 简 单 ,作 可 靠 ,达 到 较 高 的增 且 工 能力 比 , 有 良好 的 经 济性 和可 行 性 。 其 中 Z: 片 数 叶 () 2 b 轴 间宽 度 : D : 腔 大 径 。油 、

基 本 结 构 与 原 理

d: 油腔小径

P 进油 I压力(a : 1 : P) Y 机械效率 m:

DI D一2 】 2 一 n = 3 mm d1 + L】 b =1 6 m = L 一 Xl 2 1 2 6 =d 2 +2 e 4 r a

本 设 计 是 在 三 爪 卡盘 的 结 构 基 础 上 增 设 一 个 液 压 机 构 来 实 现 夹 紧 省 力 的 , 计 方 案 如 图 l所 示 , 设 主要 是 在 原 有 结 构 的 基 础 上 增 加 了

由 () 得 , b D 、 。 2可 在 、 d 、 P及 Y 等 一 定 的 情 况 下 , 论 上 叶 片数 越 m 理 大 , 到 的输 出扭 矩 也 越 大 。 得 由于 已知 结 构 特 定 , 在 本 方 案 中 其 输 出 扭 矩 并 不 随 叶 片 数 的增 故 大 而增 大 , 外 力 一 定 的 情 况 下 , 只与 油 腔 轴 向 面 积 成 正 比 。 在 M 叶片 数 个 螺旋 盘 , 个 摆 动 油 缸 及 柱 塞 等 。 一 大锥 齿 轮 背 面加 工 出 凹槽 . 圆柱 活 塞 一 端 与 槽 配 合 , 一 端 装 在 液 压 缸 定 子 叶 片 的 孔 中 , 部 装 有 弹 另一 端 在 弹簧 作 用 下 , 端 始 终 与 凹槽 接 触 。 柱 一 z只 影 响 压 力 油 压 强 , 最 终 扭 矩 不 变 。 故 为 了便 于 制 造 、 装 和 密 但 安 工 作 时利 用 转 动 杠 转 动 小 锥 齿 轮 2带 动 大 锥 齿 轮 3 .当 卡 爪 7未 封. Z3 取 =. . 接 触 工 件 时, 锥 螺 旋 弹 簧 5所 受 载 荷 较 小 , 柱 活 塞 4与 大 锥 齿 轮 3 圆 圆 无 相对 运 动, 体 6随 之 一 起 转 动,

爪 7径 向移 动 , 近 工 件 。 为 空 缸 卡 接 此 3 . 角的设计 摆动

由经验可知 , 在通 常情况下 , 工件被夹 紧时其

行 程 。当 卡 爪 7接触 工 件 后 , 受 阻 力 激 增 , 给 激 减 , 续 转 动手 柄 , 3 0 所 进 继 6 o/t f . ._】5o 活 塞 4受 力 增 大 , 达 到 一 定 程 度 时 , 当其 圆锥 螺 旋 弹 簧 5被 压 缩 。 活塞 其 中 平 面 螺 旋机 构 的 升 程 t1 =2 4与 大 锥 齿 轮 3产 生 相 对 运 动 . 4定 子 圆 柱 活 塞 杠 面积 的设 计 .

变 形 B≤ 】 l, 每 次 夹 紧 行 程 中卡 爪 进 给 00 m 故 可 得 摆 动 角 e mT取 l . m, 5 = 卡 爪 每 次 进 给量 f0 5 =. 0

由结 构 可知 , 片输 出扭 矩 M= ? ,r ? m…… ? … … … … … … ( ) 叶 P S.? Y Z1 ? - 3 其 中 P: 油 口压 强 S: 片 面 积 Z: 片 数 进 叶 叶 r叶 片 面 积 的几 何 中心 到轴 心 线 的距 离 :

油 液 压 强 P F S …… ?4) =J ( 其 中 F = / … ? … … … ?( ) 2 FZ … ?5 Y 机 械 效 率 m:

每 个 叶 片受 力 FIP , … … … ( ) = S… 6 F/ 2S/2 ̄l … … … ( ) l = 】 =r… F S 7 其 中 t 增 力 比 , 一 常 数, ¥- r… … … … … … ?

8 为 为 故 2

S - . () 三、 凹

槽 轮 廓 线 的 设 计 、

根 据 设 计 方 案 可 知, 凹槽 轮 廓线 分 两个 功 能部 分 。 增 力 夹 紧 部 分 即 和 圆 柱 活 塞 杠 位 置 复原 部 分 。 活 塞 杠 与 叶 片 组 成 增 力 系统 . 与 弹 簧 又 配 合 , 成 离 合 销 系统 。 为 了使 两个 系统 的工 作 顺 利 衔接 , 组 特设 计 过 渡 斜面系统. 设计 的 凹槽 形 状 如 图 3

所 示 。 1 盘 体 端 盖 ,. 锥齿 轮 ,. 锥 齿 轮 ,. . 卡 2小 3大 4圆柱 活 塞 ,. 锥 螺 旋 弹 簧 , 液 压 缸 体 ,. 爪 ,. 子 叶 片 ,. 油 机 构 ,0转 子 叶 片 ,1缸体 端 . 7卡 8定 9换 1. I. 盖 ,2液 压 油 ,3卡 盘 体 l. l. 图 1 卡 盘 结构 方 案 简 图 圆 活 拄塞 大蕾 锥轮

活塞 4向定子孔中运动 , 液压油 l 2被加压缩 , 液体 推动转子叶片 1 转 , 爪 7径 向微 进 给 , 为 夹 紧 行 程 。 当 大 锥 齿 轮 3继 续 旋 转 0旋 卡 此

至 某 一 角 度 , 塞 4将 复位 , 续 转 动 , 重 复 上 一 次 的运 动 直 到 把 工 活 继 将 件完全夹紧 。 ∞ / / 一 / — 7

二 、 要参 数 与 结 构 计 算 主

以在 K 3 0型 卡 盘 基 础 上 增 设 一 个 螺 旋 摆 动 式 液 压 机 构 为 例 进 Z2 行分析。 1液 压 腔 的 结 构 设 计 . 根 据 其 具 体 的安 装 条 件 和 强 度 刚 度 要 求 . I

图 2 凹槽 展 开 图

如 所示 0 斜面 槽 第 部 0 斜面 槽 第二 图 ,。 角 为 面的 一 分,角 为 面 部 【

对 活 塞 杠 进 行 受力 分 析 , 图 4所 示

簧弹力及液体压 强有关, 弹簧确定, 』 若 则 临界 T确 定 , 即能 求 得 螺 旋 盘

从 空 行 程 转 入 到 夹 紧 行 程 的 最 小 动 力 ,故 0 4 = 5符 合 要 求 ,此 时 R1 =

1 Q, = .Q,= . Q。 . R2 03 T 02 3 6 4参 数 B的 设 计 . 图 3 活 塞杠 受 力 图

0 N i F o …… … (0 J N o“ … … …… … … …(】 = sn+ cs… 1 ) = cs… 1) F N … … … …(2 其 中 f 摩 擦 系 数 , 取 f01 , :3TQ= / =f 1) 为 可 - .8则 G= / I r t f g

若 d取 极 大值 , t ≤H L 2l1/63 1= . 则 / 一 r 59 .— 8 02 = 0 故 可 得 : mi= /. + .8

1 .6 26 3 n l02 01 = / 3 = . 0 0 l = x2 5 0 4 3 4 . =1 .

图 5 凹槽 中心 剖 面 图 槽 面 形 状 如 图 5所 示 , 于 工 作 要 求 , C = m C 基 取 1 3 m,2由 前 述 条 件 由于 新 增 机 构 增 力 比 为 。 且其 他 机构 不 变 , 口啦 就 是 最 终 的 故 增力 比. 设计 耳标为增力 比O= 0故 ,1 . 差不大, '1, o = 04相 符合要求 , 故 得 : 取 口 - , m l 1 mm 可 设 Hl4 m, 14H= = 2 = m H ̄8 mm。

C = 2 = sn 5= m 2 H 培 ̄ H2i 。8 m。 … …… … … … …(8 4 1)

3参 数 0 的设 计 当活 塞 杠 处 于 与 凹 槽 配 合 状 态 , 大 锥 齿 轮 还 .与没 有 相 对 滑 动 时 , 受 力如 图 4所 示

, 其 贝 l H2(- ̄C1C )8(63 2 - — )013 得 : = 。 0g = / q一 一 2= / .- 0 3 8- . , 6 7 t3 L 9 2 四、 束 语 结 机 床 夹 具 已成 为 机

械 加 工 中 的 重要 装 备 。 床 夹 具 的 设 计 和使 用 机 是 促 进 生 产 发 展 的重 要 工 艺 措 施 之 一 。 着 我 国机 械 工 业 生 产 的不 断 随 发 展 , 床 夹 具 的改 进 和 创 造 已成 为 广 大 机 械 工 人 和 技 术 人 员 在 技 术 机 革 新 中 的一 项 重要 任 务 。

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/9ano.html

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