三角卡盘毕业设计方案.doc

毕业论文

题 目：三角卡盘设计

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11月20日
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摘 要 2
第一章 引言 2
第二章 设计方案和选择 4
2.1制订方案 4
2.2 设计思想对比 5
第三章 工件定位基础原理 6
3.1 工件定位基础原理 6
3.2 定位基准选择 8
3.3 定位分析和定位误差计算 8
3.4对刀步骤 9
第四章 夹紧机构设计和夹紧力计算 9
4.1 夹紧机构设计 9
4.1.1 夹紧装置基础要求 10
4.1.2 夹紧方案 11
4.2 夹紧力估算 11
4.3 夹具部分图及其技术要求 11
4.4夹具操作动作说明 14
第五章 设计心得和体会 14
总结 14

摘 要
车床关键加工零件外圆面，圆锥面，和多种围绕机床主轴旋转轴线形成。在设计车床夹具三角卡盘时，首先制订方案，确定三角卡盘组成部件，如：小锥齿轮、卡爪、扳手插入方孔、大锥齿轮、螺旋帽和卡盘体，另外还确定了三角卡盘基础尺寸，如三角卡盘直径，每个定位元件相对位置，每个爪能移动距离，最大夹持量等，利用CAD画出设计结构原理图，和尺寸标注，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不平衡状态（2）确保夹紧装置夹紧快速可靠（3）定位基准应根据具体使用机床而定（4）夹具和主轴之间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，系统介绍了车床夹具三角卡盘设计全过程，卡盘夹具设计原理步骤和方法。
在设计过程中，因为作者能力有限，难免存在遗漏，敬请老师和教授批评指正。

关键词：车床夹具、大锥齿轮、螺旋帽

第一章 引言
1.1中国外夹具发展史
迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺四大工具(刀具、夹具、量具、模具)之一。夹具在中国外也正在逐步形成一个依附于机床业或独立小行业。
1.1.1 中国夹具发展史
中国中国夹具始于20世纪60年代，当初建立了面向机械行业天津组合夹具厂，和面向航空工业保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件工厂。在当初曾达成全国年产组合夹具元件800万件水平。20世纪80年代以后，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心孔系组合夹具系统，不仅满足了中国中国需求，还出口到美国等国家。目前中国每十二个月尚需进口不少NC机床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格很昂贵，现大全部由中国配套，节省了大量外汇。
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关键生产国。目前国际上夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具关键接收当地域和中国订货，而通用性强组合夹具已逐步成熟为国际贸易中一个品种。相关夹具和组合夹具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央具，而组合夹具大型基础件尤其昂贵。因为中国在组合夹具技术上有历史积累和性能价格比优势，伴随中国加入WTO和制造业全球一体化趋势，尤其是电子商务日益发展，其中蕴藏着很大商机，含有深入扩大出口良好前景。
中国外机床夹具发展现实状况
研究协会统计表明，现在中、小批多品种生产工件品种已占工件种类总数85％左右。现代生产要求企业所制造产品品种常常更新换代，以适应市场需求和竞争。然而，通常企业全部仍习惯于大量采取传统专用夹具，通常在含有中等生产能力工厂，里约拥有数千甚至近万套专用夹具；其次，在多品种生产企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具实际磨损量仅为10~20％左右。尤其是多年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、（FMS）等新加工技术应用，对机床夹具提出了以下新要求：（1）能快速而方便地装备新产品投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；

（2）能装夹一组含有相同性特征工件；
（3）能适适用于精密加工高精度机床夹具；
（4）能适适用于多种现代化制造技术新型机床夹具；
（5）采取以液压站等为动力源高效夹紧装置，以深入减轻劳动强度和提升劳动生产率；
（6）提升机床夹具标准化程度。

第二章 设计方案和选择
2.1制订方案
在机械加工中，为完成需要加工工序装配工序及检验工序等，首先要奖工件固定，使之占有确定位置，这种确保一批工件上占有确定位置装置叫夹具。本课题所研究对象关键限于车床三爪卡盘，确保工件加工质量，提升加工效率，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显著经济效益。
在对三爪卡盘结构设计前要经过经过查阅资料、实地研究、整理资料、 综
合利用对比分析等一系列研究方法进行整合， 结合实际情况制订切合实际设计方案。然后经过所学知识综合应用cad各项功效创建三爪卡盘模型，最终进入组件，把所创建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时前进或后退，以确保圆形工件和卡盘中心线同轴，提供三爪卡盘个部件机构图，设计结果是三爪卡盘各部件设计思绪，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，能够加紧圆柱形直径大于 1 0 0 m m 工件。经过对三爪卡盘结构设计丰富了我知识面，锻炼和培养了个人能力，使得在以后工作、学习当中能愈加好发展，以适应社会发展要求.

关键词：三爪卡盘；尺寸参数；结结构型

2.2 设计思想对比
卡盘是机床上用来夹紧工件机械装置。关键用于车刀对旋转工件进
行车削加工机床夹紧功效。卡盘含有结构简单、安装方便；装夹快速，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，但定心正确度并不太高，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，因为平面矩形螺纹螺距相等，所以三爪运动距离相等，有自动定心作用。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，大锥齿轮后面有平面螺纹结构，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，它后面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法，也能够用液压方法夹紧，不过仔细思索，液压夹紧并不比手动夹紧优点多，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，更含有适应性，所以选择手动夹紧方法。

第三章 工件定位基础原理
3.1 工件定位基础原理
工件定位实质，就是要使工件在夹具中占有确定位置，这一确定位置能够经过定位支撑限制对应自由度来取得。一个物体在空间坐标系中含有六个自由度。即沿三个相互垂直坐标轴移动自由度，和绕这三个坐标轴转动自由度。所以，要使工件在夹具中占有确定位置，就是要在空间直角坐标系中，经过定位元件六个自由度。分析使可将具体定位元件抽象化，转化为对应定位支撑点，用这些定位支撑点来限制工件自由度。
工件六个自由度全部被限制在空间占有完全确定唯一位置，称为完全定位。假如要依据该工序加工要求只需限制部分自由度，而其它自由度无需限制时，工件即使不占有确定唯一位置，但不影响该工序加工要求，此时称为不完全定位，应该采取完全定位还是不完全定位，关键由该工序加工要求来决定。
欠定位是指工件实质所限制自由度数目，少于按该工序加工要求所必需限制自由度数目。所以，欠定位结果，将造成出现应该限制自由度而未予限制不合理现象，从而无法确保该工序所要求加工要求。所以，在确定工件在夹具中定位方案时，不许可出现欠定位这么标准性错误。
两个或两个以上定位支撑点反复限制同一个自由度，这种反复定位现象叫做定位。出现过定位时，将使工件位置不确定。同时在夹紧情况下，反复限制同一自由度位置支承间所产生矛盾，干涉和冲突必将造成工件或定位元件变形，其结果全部将破坏工件定位要求，从而严重影响工件定位精度。所以，在设计夹具时，通常情况下应避免出现过定位现象，如因一些结构上原因，无法避免定位时，应采取必需相互方法，以减小因为定位所造成影响。
工件六个自由度全部被限制而在空间占有完全不确定唯一位置，称为完全定位。假如依据该工序加工要求只需限制部分自由度，而其它自由度无需限制时，工件即使不占有确定唯一位置，但不影响该工件加工要求，此时称为不完全定位，应该采取定位还是不完全定位，关键由该工序加工要求来决定。
欠定位是指工件实质所限制自由度数，少于按该工件加工要自由度数求所必需限制自由度数。所以，欠定位结果，将造成出现应该限制自由度而在限制不合理现象。从而无法确保该工件所要求加工要求。那个所以，在确定工件加工定位方案时，不许可出现欠定位这么标准性错误。
两个或两个以上定位支撑点反复限制同一个自由度，这种反复定位现象叫做过定位。出现过定位时，将使工作位置不确定。同时，在加紧情况下，反复限制同一自由度定位支承间所产生矛盾，干涉，冲突必将造成工件或工作元件变形。其结果全部是破坏工件定位要求，从而严重影响工件定位精度。所以，在夹具设计时，通常情况下将避免出现过定位现象。如因一些结构上原因，无法避免过定位时，应采取必需对应方法，以减小因为过定位所造成影响。

3.2 定位基准选择
定位基准选择是经过定位基准面进行，所以这些工件几何形状、尺寸要求及表面情况在很大程度上决定这定位方法及定位元件选择。故从夹具设计角度出发提出以下选择标准：
①工件定位基准及工序基准重合，以避免出现基础不和误差。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，此时必需计算或控制基准不和误差，为了减小基准误差该减小定位尺寸组成步骤及各步骤公差。当尽可能只用一次，而且应选择误差较小。较光滑、余量小表面或加工面有直接关系表面，以利于确保加工要求。
③应使工件稳定，使在加工过程中引发切削力或夹紧力而引发变形最小
④遵守基准统一标准，以减小设计和制造夹具时间和费时，但所以造成夹具设计结构复杂时，则无须强求定位基准统一。
⑤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关键是卡爪面

3.3 定位分析和定位误差计算
六点定位标准处理了消除工件自由度问题，即处理了工件在夹具中位置“定和不定”问题。不过，因为一批工件逐一在夹具中定位时，各个工件所占据位置不完全一致，即出现工件位置定得“准和不准”问题。假如工件在夹具中所占据位置不正确，加工后各工件加工尺寸肯定大小不一，形成误差。这种只和工件定位相关误差称为定位误差，用ΔD表示。
在工件加工过程中产生误差原因很多，定位误差仅是加工误差一部分，为了确保加工精度，通常限定定位误差不超出工件加工公差T1/5～1/3。
即： 　　　　　　　
ΔD≤(1/5～1/3)T
式中：ΔD──定位误差，单位为mm；
　　　T ──工件加工误差，单位为mm。
规格
D
D1
D2
d
H
H1
H2
h
250
250
206
226
80
154
108
90.5
5

3.4对刀步骤
因为是一般车床，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，统计刻度，对端面是把刀放在离工件一定距离地方，刀在工件端面中间，用大托板慢慢靠近，有切屑，停止，统计刻度。导引装置刀架，和尾座。
第四章 夹紧机构设计和夹紧力计算
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、惯性力等外力作用。为了确保在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定加工位置，而不致发生振动或位移，通常在夹具机构中全部必需设置一定夹紧装置，将工件可靠夹紧。
定位夹紧零件图，下图是三角卡盘三个爪CAD设计图形，每

4.1.1 夹紧装置基础要求
（1) 在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力作用下，工件不应离开定位支承。
（2） 夹紧力大小要合适、可靠。既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不许可变形和损伤。
(3） 夹紧装置应操作安全、方便、省力。
（4） 夹紧装置自动化程度和复杂程度应和工件产量和批量相适应。
4.1.2 夹紧方案

4.2 夹紧力估算
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，露出棒料是其直径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，那样会造成变形。用完后不能放在机床上，要放在工具盒中。

第五章 设计心得和体会
总结
在这里我要感谢我们指导老师张俊继老师。张老师平日里工作繁多，从查阅资料，设计尺寸确实定和修改，检验后期具体设计，制图等整个过程中全部给了我悉心指导。我们设计较为复杂烦琐，不过老师仍然细心地纠正我设计中出现错误。我对老师专业水平尤为敬佩，她治学严谨和科学研究精神也是我永远学习楷模，并将主动影响我们设计小组以后学习和工作。感谢张老师平日上课耐心教导为我们打下机电专业知识基础；同时还要感谢我们小组同学们，也因为有了你们支持和激励，此次毕业设计才会顺利完成。这次设计使我们将学过课程贯穿起来，形成一个体系，不仅巩固了我们学过知识，填补了知识漏洞，还为我们以后工作打下了实践基础。
经过这次设计也暴露了不少问题，比如以前学过知识不扎实，进行实践少，阅读文件资料少，忽略了对计算机应用，从而在设计过程中碰到了不少麻烦。所以，在以后，我会尽力填补这些不足。其次,在实践中学习，把理论应用于实践，然后检验自己错误，并加以更正。这使我对以后工作中会有很大帮助，一定要继续坚持不停地学习新兴知识和相关非专业知识，只有这么才能在日益猛烈竞争环境中站住脚，不停探索自己发展空间。我会在以后工作中继续保持着这种精神，使我工作、学习能更上一层。对于CAD功效及机械手册工含有了更深刻、细致了解和掌握。现在我能够愈加熟练掌握多种工具使用，使理论和实践愈加紧密结合。
我会为自己交上一份老师满意夹具设计而骄傲和自豪,在这里我对各位同学，老师耐心教导我致意深深感谢！