1、学院毕业设计（论文） 液压 三爪卡盘 学生姓 名 牛 玉 恒 系（部 ） 机械工程系 专 业 数控技术 指导教师 2010 年 5 月 31 日I 摘 要 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
2、有良好的经济性和可行性。 关键词： 三爪卡盘，液压缸，夹具，增力 II 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 gener
3、al 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 hydraul
4、ic 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
5、 sound economic and practical. Key words: Three-jaw chuck, hydraulic cylinders clamps force III 目 录 前言 1 第 1 章 夹具介绍 2 1.1 夹具的特点 2 1.2 研究夹具的目的和意义 5 1.3 夹具的国内外现状和发展趋势 5 1.4 夹具的基本结构和原理 6 第 2 章 三爪卡盘螺旋摆动式液压缸增力机构的结构和原理 7 第 3 章 主要参数确定与结构计算 8 3.1 液压腔的结构设计 8 3.2 转子叶片数的设计 8 3.3 摆动角的设计 8 3.4 定子圆柱活塞杠面积的设计 8 第 4
6、 章 凹槽轮廓线的设计 10 4.1 轮廓面段数的确 定 10 4.2 活塞杠升程的确定 10 4.3 参数 1的设计 11 4.4 参数的设计 13 第 5 章 夹具在安装和操作时应注意的事项 14 5.1 夹具的安装 14 5.2 夹具在操作时应注意的事项 14 第 6 章 夹具的经济效益分析 16 第 7 章 单工位夹具与成组夹具的分析 18 7.1 定位基准与定位元件的选择 18 7.2 夹紧元件与夹紧力的选择 18 7.3 夹具基体的设计夹具基体 18 7.4 机壳成组夹具结构 19 第 8 章 误差分析 22 8.1 定位误差分析 22 8.2 装备误差分析 22 参考文献 24
7、致谢 25 1 前 言 随着我国改革开放的不断深入，市场经济体系的不断完善，我国工业逐渐向成熟化发展。在整个机械工业中，设计在其中占有的地位日益显现出来。工业设计主要包括三个方面的内容。第一是产品设计 ,第二是与产品有关的视觉传达设计，如产品的包装 、 商业广告等平面设计。第三是由产品设计扩展的环境设计如产品的展示与陈列，商品橱窗设计以及室内设计等。 产品设计作为工业设计的核心，它涉及的面广，从人们的衣食住行，到社会的各行各业，产品设计无时不有，无时不在。产品设计的对象既包括一般的日用生活制品，也包括工业生产的机床 ，加工工具；既包括家用小电器产品，也包括专业的仪器，仪表；既包括私有的自行车，
8、摩托车，也包括大型的汽车，飞机等交通工具；“从口红到宇宙飞船”都是属于产品的设计的范畴，本论文主要针对加工工具设计，在一定范围内又称“加工辅助设计”，即机床夹具体的设计。 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
9、 高的增力比，具有良好的经济性和可行性 。 2 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”
10、。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
11、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
12、,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3 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
13、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
14、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
15、 ,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序的缺点 ,正在逐步推广使用可调整式的夹具。可调整式夹具一般可分为标准化夹具 ,成组夹具和组合夹具等。 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
16、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 ,4 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
17、 ,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 ;
18、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。 上述的各种夹具 都是固定在机床上的 ,但是在自动线加工中 ,有的夹具带着工件由生产线的输送装置 ,挨着每台机床逐步向前输送 ,这类夹具通常称为“随行夹具 ”。自动线上的随行夹具除了完
19、成工件的定位 ,支承和夹紧外 ,还带着工件沿自动线的加工机床进行定位 (相对于每台机床的刀具位置 ),夹紧 ,待加工完了再自动送至下一台机床加工 ,以便通过自动线的各台机床 ,完成工件的全部工序加工。随行夹具主要适用于采用组合机床自动线加工 ,但又无良好的输送基面和定位基面的工件 ,以便将这种畸形工件先装夹于基面完整的随行夹具上 ,然后在通过自动线进行加工。对一些有色金属等 软件性材料的工件 ,虽然具有良好的输送基面 ,但为了保护工件的基面不受划伤 ,有时也采用随行夹具。 通用可调夹具 ,若产品中有若干零件具有相似性 ,有选用通用可调整夹具的可能 ,应进一步探索 ,应用下面三方面分析判断 (1
20、)工件结构要素的相似性 ,主要是被加工表面形式和部位的相似 ,工序内容和技术要求基本相似 ;能有相似或相同的定位基准和定位方式。 (2)有可能采用功能相同的定位方式和夹紧方式 (包括夹紧动力源 )。 (3)工件尺寸要素相似 ,如定位基准和外廓尺寸的近似程度 ,看能否使用 ,可调夹具结构紧凑 ,布局协调的夹具。 综上所述 ,机床夹 具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展 ,机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革新中的一项重要任务。 5 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
21、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
22、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 夹具的国内外现状和发展趋势 工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物，从英国莫里斯的 “工艺美术运动 ”，到德国的包豪斯设计革命以及美国的广泛传播与推广，工业设计经过了酝酿，探索，形成，发展百余年的历史沧桑。时至今日，工业设计已成为一门独立的专业学科，并且有一套完整的研究体系。 1980 年国际工业设计协会理事会（ ICSID）给工业作了明确定义： “就批量生产的工业产品而言，凭借训练，技术知识，经验及视觉感受，而预示材料 、
23、结构 、 构造 、 形态 、 色彩 、表面加工，装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。根据当时的具体情况 ，工业设计师应在上述工业产品全部侧面或其中几个方面进行工作，而且需要工业设计师对包装 、 宣传 、 展示，市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴 ”。 材料 、 结构 、 工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的 “功能 ”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的
24、“功能 ”。 任何设计都是时代的产物，它的 不同的面貌，不同的特征反映着不同历史时期的科学技6 术水平。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。 1.4 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。
