毕业设计(论文)--三角卡盘的设计.doc

毕业论文题 目：三角卡盘的设计专 业：学生名字：学 号：指导老师：2016年11月20日目录摘 要2第一章 引言2第二章 设计的方案与选用42.1制定方案42.2 设计思想的对比5第三章 工件定位的基本原理63.1 工件定位的基本原理63.2 定位基准的选择83.3 定位分析与定位误差计算83.4对刀流程9第四章 夹紧机构设计与夹紧力计算94.1 夹紧机构设计94.1.1 夹紧装置的基本要求104.1.2 夹紧方案114.2 夹紧力的估算114.3 夹具部分图及其技术要求114.4夹具操作动作说明14第五章 设计心得与体会14总结14摘 要车床主要加工零件的外圆面，圆锥面，以及各种围绕机床主轴的旋转轴线形成的。在设计车床夹具三角卡盘时，首先制定方案，确定三角卡盘的组成部件，如：小锥齿轮、卡爪、扳手插入方孔、大锥齿轮、螺旋帽以及卡盘体，另外还确定了三角卡盘的基本尺寸，如三角卡盘直径，每个定位元件的相对位置，每个爪能移动的距离，最大夹持量等，利用CAD画出设计的结构原理图，以及尺寸标注，在车床夹具设计过程中，需要注意(1)应消除夹具在回转过程中的不平衡状态（2）保证夹紧装置的夹紧迅速可靠（3）定位基准应按照具体使用的机床而定（4）夹具与主轴之间的连接应该有放松装置。在这些条件下设计夹具。本论文以利用在校间所学知识然后应用在实际中，系统的介绍了车床夹具三角卡盘的设计全过程，卡盘夹具的设计原理步骤和方法。在设计过程中，由于作者能力有限，难免存在遗漏，敬请老师和专家批评指正。关键词：车床夹具、大锥齿轮、螺旋帽第一章 引言1.1国内外夹具发展史迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具(刀具、夹具、量具、模具)之一。夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。1.1.1 国内夹具发展史我国国内的夹具始于20世纪60年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件800万件的水平。20世纪80年代以后，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少NC机床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇。1.1.2 国外夹具发展史从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的央具，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入WTO和制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。国内外机床夹具发展现状研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂，里约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：（1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；（2）能装夹一组具有相似性特征的工件；（3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；（4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；（5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；（6）提高机床夹具的标准化程度。第二章 设计的方案与选用2.1制定方案在机械加工中，为完成需要的加工工序，装配工序及检验工序等，首先要奖工件固定，使之占有确定的位置，这种保证一批工件上占有确定位置的装置叫夹具。本课题所研究的对象主要限于车床三爪卡盘，保证工件的加工质量，提高加工效率，降低生产成本，改善劳动条件，扩大机床使用范围，缩小新产品试制周期等方面有着级明显的经济效益。在对三爪卡盘的结构设计前要通过通过查阅资料、实地研究、整理资料、 综合运用对比分析等一系列研究方法进行整合， 结合实际情况制定切合实际的设计方案。然后通过所学知识综合应用cad的各项功能创建三爪卡盘模型，最后进入组件，把所创建的三爪卡盘各部分装配起来，再进行运动仿真。设计结果三个卡爪同步前进或者后退，以保证圆形工件与卡盘中心线同轴，提供三爪卡盘个部件的机构图，设计结果是三爪卡盘各部件的设计思路，尺寸参数，实体图等等，能够进行，仿真运动，三爪卡盘能够进行生产，能够加紧的圆柱形的直径不小于 1 0 0 m m 的工件。通过对三爪卡盘的的结构设计丰富了我的知识面，锻炼和培养了个人能力，使得在以后的工作、学习当中能更好发展，以适应社会发展要求.关键词：三爪卡盘；尺寸参数；结构造型2.2 设计思想的对比卡盘是机床上用来夹紧工件的机械装置。主要用于车刀对旋转的工件进行车削加工的机床的夹紧功能。卡盘具有结构简单、安装方便；装夹迅速，适用范围广；精度高，使用寿命长安全性和可靠性高等特点。三爪卡盘是车床上应用最广的通用夹具 ，适合于安装短棒料或盘类零件，三爪卡盘能自动定心，但定心准确度并不太高，约为 0 . 0 5 0 . 1 5 m m 。用伏打扳手旋转锥齿轮， 锥齿轮带动平面矩形螺纹， 然后带动三爪向心运动，因为平面矩形螺纹的螺距相等，所以三爪运动距离相等，有自动定心的作用。三爪卡盘是由一个大锥齿轮，三个小锥齿轮，卡盘定位面，三个卡爪组成。三个小锥齿轮和大锥齿轮啮合，大锥齿轮的背面有平面螺纹结构，三个卡爪等分安装在平面螺纹上。当用扳手扳动小锥齿轮时， 大锥齿轮便转动，它背面的平面螺纹就使三个卡爪同时向中心靠近或退出。三角卡盘是手动夹紧方式，也可以用液压的方式夹紧，但是仔细思考，液压夹紧并不比手动夹紧的优点多，液压夹紧装置更复杂，成本更高，而且对加工工件形状有一定要求，相比之下，手动夹紧更为简单，成本也更低，更具有适应性，所以选择手动夹紧的方式。第三章 工件定位的基本原理3.1 工件定位的基本原理工件定位的实质，就是要使工件在夹具中占有确定的位置，这一确定的位置可以通过定位支撑限制相应的自由度来获得。一个物体在空间坐标系中具有六个自由度。即沿三个相互垂直的坐标轴的移动自由度，以及绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要使工件在夹具中占有确定的位置，就是要在空间直角坐标系中，通过定位元件的六个自由度。分析使可将具体的定位元件抽象化，转化为相应的定位支撑点，用这些定位支撑点来限制工件的自由度。 工件的六个自由度全部被限制在空间占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。如果要根据该工序加工要求只需限制部分自由度，而其他自由度无需限制时，工件虽然不占有确定的唯一位置，但不影响该工序的加工要求，此时称为不完全定位，应该采用完全定位还是不完全定位，主要由该工序的加工要求来决定。 欠定位是指工件实质所限制的自由度数目，少于按该工序加工要求所必须限制的自由度数目。因此，欠定位的结果，将导致出现应该限制的自由度而未予限制的不合理现象，从而无法保证该工序所规定的加工要求。所以，在确定工件在夹具中的定位方案时，不允许出现欠定位这样的原则性错误。 两个或两个以上定位支撑点重复限制同一个自由度，这种重复定位的现象叫做定位。出现过定位时，将使工件位置不确定。同时，在夹紧情况下，重复限制同一自由度的位置支承间所产生的矛盾，干涉和冲突必将造成工件或定位元件的变形，其结果都将破坏工件定位的要求，从而严重影响工件的定位精度。因此，在设计夹具时，一般情况下应避免出现过定位现象，如因某些结构上的原因，无法避免定位时，应采用必要的相互措施，以减小由于定位所造成的影响。 工件的六个自由度全部被限制而在空间占有完全不确定的唯一位置，称为完全定位。如果根据该工序加工要求只需限制部分自由度，而其他自由度无需限制时，工件虽然不占有确定的唯一位置，但不影响该工件的加工要求，此时称为不完全定位，应该采用定位还是不完全定位，主要由该工序的加工要求来决定。 欠定位是指工件实质所限制的自由度数，少于按该工件加工要自由度数求所必须限制的自由度数。因此，欠定位的结果，将导致出现应该限制的自由度而位于限制的不合理现象。从而无法保证该工件所规定的加工要求。那个所以，在确定工件加工定位方案时，不允许出现欠定位这样的原则性错误。 两个或两个以上定位支撑点重复限制同一个自由度，这种重复定位的现象叫做过定位。出现过定位时，将使工作位置不确定。同时，在加紧情况下，重复限制同一自由度的定位支承间所产生的矛盾，干涉，冲突必将造成工件或工作元件的变形。其结果都是破坏工件定位的要求，从而严重影响工件的定位精度。因此，在夹具设计时，一般情况下将避免出现过定位现象。如因某些结构上的原因，无法避免过定位时，应采取必要的相应措施，以减小由于过定位所造成的影响。 3.2 定位基准的选择定位基准选择是通过定位基准面进行的，因此这些工件的几何形状、尺寸要求及表面状况在很大的程度上决定这定位方法及定位元件的选择。故从夹具设计角度出发提出如下选择的原则： 工件的定位基准及工序基准重合，以避免出现基础不和的误差。当两基准重合时，会使夹具结构复杂或工序定位不稳定，则应另选定位基准，此时必须计算或控制基准不和的误差，为了减小基准误差该减小定位尺寸的组成环节及各环节的公差。当尽量只用一次，而且应选用误差较小。较光滑、余量小的表面或加工面有直接关系的表面，以利于保证加工要求。 应使工件稳定，使在加工过程中引起的切削力或夹紧力而引起的变形最小。 遵守基准统一的原则，以减小设计和制造夹具的时间和费时，但因此造成夹具设计结构复杂时，则不必强求定位基准的统一。 使工件定位方便，夹紧可靠，便于操作，夹具结构简单。对于三角卡盘来说定位基准主要是卡爪面 3.3 定位分析与定位误差计算六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用D表示。在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/51/3。即： D(1/51/3)T 式中：D定位误差，单位为mm； T 工件的加工误差，单位为mm。规格DD1D2dHH1H2h2502502062268015410890.553.4对刀流程因为是普通车床，所以对刀是人工对刀，对外圆先是中托把进大托把出在做试切，记录刻度，对端面是把刀放在离工件一定距离的地方，刀在工件端面的中间，用大托板慢慢靠近，有切屑，停止，记录刻度。导引装置刀架，以及尾座。第四章 夹紧机构设计与夹紧力计算4.1 夹紧机构设计在机械加工过程中，工件将受到切削力、离心力、惯性力等外力的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具机构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠的夹紧。定位夹紧零件图，下图是三角卡盘的三个爪的CAD设计的图形，每4.1.1 夹紧装置的基本要求（1) 在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支承。 （2） 夹紧力的大小要适当、可靠。既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。 (3） 夹紧装置应操作安全、方便、省力。 （4） 夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量相适应。4.1.2 夹紧方案4.2 夹紧力的估算4.3 夹具部分图及其技术要求三角卡盘三维图三维卡盘装配图绘制过程图二维图4.4夹具操作动作说明把棒料放入三爪卡盘，调整位置，露出的棒料是其直径的5-6倍，用专用扳手夹紧，每一个孔夹紧一次，不能一个孔一直夹，那样会导致变形。用完后不能放在机床上，要放在工具盒中。第五章 设计心得与体会总结 在这里我要感谢我们的指导老师张俊继老师。张老师平日里工作繁多，从查阅资料，设计尺寸的确定和修改，检查后期详细设计，制图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我们的设计较为复杂烦琐，但是老师仍然细心地纠正我设计中出现的错误。我对老师的专业水平尤为敬佩，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我们设计小组今后的学习和工作。感谢张老师平日上课的耐心教导为我们打下机电专业知识的基础；同时还要感谢我们小组的同学们，也因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。这次设计使我们将学过的课程贯穿起来，形成一个体系，不仅巩固了我们学过的知识，弥补了知识漏洞，还为我们以后的工作打下了实践的基础。通过这次设计也暴露了不少问题，比如以前学过的知识不扎实，进行的实践少，阅读文献资料少，忽视了对计算机的应用，从而在设计过程中遇到了不少麻烦。因此，在以后，我会尽力弥补这些不足。另一方面,在实践中学习，把理论应用于实践，然后检验自己的错误，并加以改正。这使我对以后的工作中会有很大的帮助，一定要继续坚持不断地学习新兴的知识以及相关的非专业的知识，只有这样才能在日益激烈的竞争的环境中站住脚，不断探索自己的发展空间。我会在以后的工作中继续保持着这种精神，使我的工作、学习能更上一层。对于CAD的功能及机械手册工具有了更深刻、细致的理解与掌握。现在我可以更加熟练的掌握各种的工具的使用，使理论与实践更加紧密的结合。 我会为自己交上一份老师满意的夹具设计而骄傲和自豪,在这里我对各位同学，老师的耐心教导我的致意深深的感谢！1. 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