1、前 言 機床是大多數制造型企業最重要的生產工具,目前許多企業的機床雖在功能上能滿足大多數情況下的加工要求,但在生產效率和減輕工人勞動強度上需要大大的改進，所以為達到企業省錢和工人省力的要求，機床的改進成為當前企業勢在必行的任務。隨著現代制造技術的飛速發展，數控技術的應用越來越普遍,數控車床已成為各機械制造廠家的重要生產設備，在生產中發揮著不可替代的作用。 數控車床一般用液壓卡盤來夾持工件。液壓卡盤通常都配備有未經淬火的卡爪，即所謂軟爪。軟爪分為內夾和外夾兩種形式，卡盤閉合時夾緊工件的軟爪為內夾式軟爪，卡盤張開時撐緊工件的軟爪為外夾式軟爪。軟爪是以端面齒槽與卡爪座3定位，通過螺釘和卡爪座中的T型

2、螺母固定在卡爪座上。液壓卡盤工作時，軟爪在卡爪座的帶動下，作閉合或張開運動，將工件夾緊或松開。夾持不同工件時，通過改變軟爪在卡爪座上的位置來改變液壓卡盤的夾持尺寸。機床操作的勞動強度最大的部分就是工件的夾緊,傳統的機床靠工人用手工進行夾緊,例如未經過改造的KZ320型三爪卡盤雖然在功能上能達到夾緊工件的要求, 但所需夾緊力非常大,還常常有夾不緊的情況。因此可通過在KZ320型三爪卡盤加裝擺動式液壓缸和平面螺旋機構構成液壓增力改進系統來實現夾緊力的傳遞和運動方向的轉換，這樣改進有以下優點：1，能穩定地保證加工精度，減少對其他生產條件的依賴性；2，能使工件迅速地定位和夾緊，并能夠顯著地縮短輔助時間

3、和基本時間，提高勞動生產率；3，能減輕工人的勞動強度，保證安全生產；4，由于勞動生產率的提高和允許使用技術等級較低的工人操作，故可明顯地降低生產成本；5，能確保生產周期和生產調度等工藝秩序；6，能擴大機床工藝范圍。此外，本系統能達到較高的增力比，工作穩定可靠，符合生產要求，同時又利用了企業現有資源，不會帶來過多的經濟負擔，達到了工人省力的目的，具有良好的經濟性和可行性。本設計是一種變型設計,即在原有產品的基礎上,基本工作原理和總體結構不變,通過改變或更換部分機構,形成變型產品。由于其開發周期較短,經濟性好,因此,有廣闊的市場前景,預期將能產生好的經濟效益和社會效益。目錄前 言1第1章 現有裝置

4、概論41.1 各種夾具的比較412 三爪卡盤的介紹71.3 夾緊裝置簡介71.3.1夾緊基本原理理論71.3.2 夾緊座91.3.3 夾緊支板91.3.4 夾緊螺釘10第2章 總體方案的設計112.1 設計方案112.1.1 設計方案的提出112.1.2 幾種典型夾緊機構的比較：112.2 液壓缸簡介14第3章 各零部件的設計163.1 結構及原理163.2 液壓缸的設計173.2.1 液壓腔的結構設計173.2.2 轉子葉片數的設計173.2.3擺動角的設計173.2.4 定子圓柱活塞杠面積的設計18. 齒輪傳動的設計183.4 繪制零件圖193.5 夾具的國內外現狀和發展趨勢22第四章 三

5、爪卡盤的仿真24結 束 語26參考文獻27致 謝29第1章 現有裝置概論1.1 各種夾具的比較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,

6、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

7、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

8、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。總之,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

9、,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夾具后,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。

10、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者結合共同研究解決。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

11、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。可調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

12、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

13、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,其特點是夾具固定于工作臺上,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

14、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

15、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展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業生產的不斷發展,機床夾具

16、的改進和創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。12 三爪卡盤的介紹三爪卡盤是一種應用很廣泛的夾緊裝置，在生產過程中扮演著很重要的角色。它能保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動強度，充分發揮和擴大機床的工藝性能。它具有以下居多的優點：1將數個夾盤邊結安裝于固定盤上，快速換模的目的可達成，省時迅速。2把油缸直接裝在夾頭內部，更能確保連結的穩定性、提升夾持力，其重心較低不占空間，倍增機械效益。3本體采用鉻鉬合鋼，滑軌經硬化處理。4油壓驅動可達省力目的，連接自控系統。5安裝時只需配合T型螺絲安裝簡易。6與CNC車床夾盤之硬爪及生爪皆可替換。7切屑及冷卻液不易進入夾盤內，確保夾

17、盤壽命及精度。1.3 夾緊裝置簡介1.3.1夾緊基本原理理論夾緊的目的是保證工件在夾具中的定位，不致因工時受切削力，重力或伴生離心力，慣性力，熱應力等的作用產生移動或振動。夾緊裝置是夾具完成夾緊作用的一個重要的而不可以缺少的組成部分，除非工件在加工過程中所受到的各種力不會使它離開定位時所需確定的位置，才可以設有夾緊裝置。夾緊裝置設計的優劣，對于提高夾緊的精度和加工作效率，減輕勞動強度都有很大的影響。圖1-1 夾緊功能原理方案設計目錄組成結構分析各類夾具的基本功能要求可以將夾緊裝置概括為兩類：第一類是性能要求，要指定位唯一性、定位穩定性,夾緊穩定性及總體約束；第二類要求是夾具的結構剛性、成本及易

18、操作性、易于維修等要求。本設計目錄中功能項包括夾緊對象特征項、加工信息特征及夾緊要求特征。夾緊對象特征項目：包括夾緊對象類型、材料、形狀、體積、數量、物理特性、磁性、導電性、剛性等信息。加工信息特征項：加工類型、機加工、裝配、檢測、焊接等、加工參數、切削參數、運動參數、幾何參數等。夾緊要求特征項：主要指性能要求，包括定位要求、定位基準選擇，如特征點、特征面。夾緊力大小、夾緊方向、夾緊行程、夾緊松開速率、自鎖性等。元件功能分析：夾緊功能主要包括四種元功能：定位功能、傳動功能、執行功能和分度功能等輔助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分為平面定位元件、圓孔定位元件、外圓定位元件。傳

19、動功能由中間遞力機構完成，該機構一般有三個作用：改變作用力的方向、大小和自鎖作用。目前常用的有以下機構：斜楔機構、螺旋機構、圓偏心機構、杠桿鉸鏈機構、連桿機構、聯動機構、對中機構、定心機構等。設計夾緊裝置時,應滿足下述主要要求：1夾緊裝置在對工件夾緊時，不應破壞工件的定位,為此，必須正確選擇夾緊力的方向及著力點。2夾緊力的大小應該可靠、適當，要保證工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不致超出允許的范圍。3夾緊裝置結構簡單合理、夾緊動作要迅速、操作方便省力、安全。4夾緊力或夾緊行程在一定范圍內可進行調整和補償。1.3.2 夾緊座在不考慮重力和其它的伴生力的情況下，夾緊力的大小既與切削力的大小有關，

20、也與切削力對支承的作用有關。 W=KM(f1Rf1+f2Rf2)N(其中K=K1K2K3K4,K1=1.52,K2=1.2,K3=1.11.3,K4=1.2) W=1.8X1.2X1.2X1.2X85X(0.2X7+0.2X7) N=740.28N M(切削扭矩) Q 需=KP/(f1+f2)=1.8X1.2X1.2X1.2X100/(0.2+0.2)=777.4N Q 需(切削力)為簡化夾具的成本及考慮工廠實際情況，擬用螺釘夾緊裝置。計算螺釘的夾緊力：W=2QL/ D中/tg(+1)。此公式采用中的數據以M16標準螺紋計算。為螺紋升角;tg=S/D中; 1螺紋摩擦角；D中螺紋中徑；Q人工作用

21、力；其中有f=0.1(螺母端面與工件間的摩擦系數)，1=6。34，；計算W=836.8公斤力。很明顯，可以使用螺釘夾緊機構。見總裝圖：夾緊座加工要求：1.表面發藍或其它的防銹處理；2.熱處理：T10A,淬火HRC6064；滲碳深度0.2 0.6mm；3.銳邊無毛刺；4.螺紋孔以國家標準的M16配做。1.3.3 夾緊支板夾緊支板和夾緊座的目的相同，都是夾緊工件的，保證在加工過程中工件不移動，限制它的自由度，夾緊支板的工件接觸裝置擬用夾緊螺釘，支板在其中是輔助支承的，最終起決定作用的還是人的操作，不同人操作同樣的夾具或者是在夾緊的過程中用力和速度的不同，都對工件的加工精度有影響。由于取用的夾緊螺釘

22、是一樣的，前面已經計算過了，在此不重復了。具體的結構見零件圖。夾緊支板加工要求：1.表面發藍或其它的防銹處理；2.熱處理:T10A，淬火HRC3845；滲碳深度0.20.6mm；3.銳邊無毛刺；4.螺紋孔以國家標準的M16配做。1.3.4 夾緊螺釘根據公司的實際情況選用夾緊螺釘，人工操作。節省成本，制造夾具的時間縮短并以國家標準的規格生產。夾緊功能的原理方案設計目錄是設計目錄應用的具體體現，由于夾具種類繁多，如何對其進行抽象化整理，以利于運用設計目錄的結構形式，還需要更深入的研究。建立原理方案設計目錄涉及的知識面較廣，難度較大，目前本身的構造規律也很復雜。這里僅作最基本的原理方案設計研究。第2

23、章 總體方案的設計2.1 設計方案2.1.1 設計方案的提出本設計是在三爪卡盤的結構基礎上增設一個液壓機構和一個平面螺旋機構來實現夾緊省力的。2.1.2 幾種典型夾緊機構的比較： 1楔塊夾緊楔塊夾緊是夾緊機構中最基本的一種形式。其它一些夾緊如偏心輪、螺釘等都是這種楔塊的變型。圖2-1所示為楔塊夾緊鉆模。 圖2-1 楔塊夾緊楔塊夾緊的工作特點： (1) 楔塊的自鎖性：當原始力Q一旦消失或撤除后，夾緊機械在純摩擦力的作用下，仍應保持其處于夾緊狀態而不松開，以保證夾緊的可靠性。楔塊的自鎖條件為：1+2 。為保證自鎖可靠，取=57； (2) 楔塊能改變夾緊作用力的方向；(3) 楔塊具有增力作用，增力比

24、i=Q/F3；(4) 楔塊夾緊行程小； (5) 結構簡單，夾緊和松開需要敲擊大、小端，操作不方便。材料： 楔塊一般用20號鋼滲碳淬火達到HRC5862，有時也用45號鋼淬硬至HRC4246。 2螺旋夾緊機構 將楔塊的斜面繞在圓柱體上就成為螺旋面，因此螺旋夾緊的作用原理與楔塊相同。圖2-2是最簡單的單螺旋夾緊機構。夾具體上裝有螺母2，轉動螺桿1，通過壓塊4將工件夾緊。螺母為可換式，螺釘3防止其轉動。壓塊可避免螺桿頭部與工件直接接觸，夾緊時帶動工件轉動，并造成壓痕。 圖2-2 單螺旋夾緊1螺桿 2螺母 3螺釘 4壓塊螺旋夾緊的工作特點：1) 自鎖性能好通常采用標準的夾緊螺釘，螺旋升角甚小，如M8M

25、48的螺釘，=310150，遠小于摩擦角，故夾緊可靠，保證自鎖。 (2) 增力比大(i75) (3) 夾緊行程調節范圍大 (4) 夾緊動作慢、工件裝卸費時3偏心夾緊 (1) 圓偏心夾緊的自鎖條件：D/e14。D/e值叫做偏心輪的偏心特性，表示偏心輪工作的可靠性，此值越大，自鎖性能好，但結構尺寸也大。 (2) 增力比：i=1213。偏心夾緊的主要優點是操作方便、動作迅速、結構簡單，其缺點是工作行程小、自鎖性不如螺旋夾緊好、結構不耐振，適用于切削平穩且切削力不大的場合，常用于手動夾緊機構。由于偏心輪帶手柄，所以在旋轉的夾具上不允許用偏心夾緊機構，以防誤操作。 4聯動夾緊機構 聯動夾緊機構是操作一個

26、手柄或用一個動力裝置在幾個夾緊位置上同時夾緊一個工件(單件多位夾緊)或夾緊幾個工件(多件多位夾緊)的夾緊機構。根據工件的特點和要求，為了減少工件裝夾時間、提高生產率、簡化結構，常采用聯動夾緊機構。 在設計聯動夾緊機構時應注意的問題： (1) 必須設置浮動環節，以補償同批工件尺寸偏差的變化，保證同時且均勻地夾緊工件。 (2) 聯動夾緊一般要求有較大的總夾緊力，故機構要有足夠剛度，防止夾緊變形。 (3) 工件的定位和夾緊聯動時，應保證夾緊時不破壞工件在定位時所取得的位置。 5定心夾緊機構 當工件被加工面以中心要素(軸線、中心平面等)為工序基準時，為使基準重合以減少定位誤差，需采用定心夾緊機構。 定

27、心夾緊機構是指能保證工件的對稱點(或對稱線、面)在夾緊過程中始終處于固定準確位置的夾緊機構。它的特點是：夾緊機構的定位元件與夾緊元件合為一體，并且定位和夾緊動作是同時進行的。 定心夾緊機構按其工作原理分為兩種類型，一種是按定位夾緊元件等速移動原理來實現定心夾緊的，三爪自定心卡盤就是典型實例；另一種是按定位夾緊元件均勻彈性變形原理來實現定心夾緊的機構，如彈簧夾筒、膜片卡盤、液性塑料等。 6快速夾緊機構眾所周知，螺旋夾緊機構是應用最廣的一種夾緊機構，它主要是利用螺紋直接夾緊工件，或者是與其他元件或機構組成復合夾緊機構來夾緊工件。螺旋夾緊機構具有結構簡單、制造容易、夾緊可靠、增力比大、行程不受限制等

28、優點。但同時也具有夾緊動作慢、輔助時間長、效率低等缺點，尤其是當用同一夾具頻繁交替夾緊 大小不同的工件時，更要不停的轉動螺桿以改變行程 （如型材切割機）。為了使螺旋夾緊機構更好的發揮作用，揚長避短。人們設計了各種各樣的能快速夾緊的螺旋夾緊機構，本文就是筆者設計的快速夾緊機構。整個夾緊機構結構如圖 1 所示：夾緊螺桿與夾具 體為螺紋聯結。為便于旋轉，夾緊螺桿右端安裝手輪 （或手柄）；頂桿與夾緊螺桿間為較大的間隙配合，以使螺桿能滑動自如；防轉銷是可以防止螺桿轉動的，在夾緊螺桿上防轉螺釘的另一側裝有防止頂桿后退的定位銷；為了改善夾緊效果，避免因頂桿轉動帶動工件偏轉而破壞定位、破壞工件表面，還可在頂桿

29、頭部裝上可擺動的光面壓塊或槽面壓塊。整個操作過程極其簡單，放置好工件后，根據工件大小直接將頂桿向左推抵工件或接近工件，此時定位銷自動卡住頂桿，使之不能右移；此時轉動夾緊螺桿， 即可完成工件夾緊工作。 本機構具有以下特點： a. 機構結構簡單、尺寸、精度要求低、便于加工制造。即使利用現有夾具改造也不復雜，只要把現有夾具螺桿稍做加工，再加工一頂桿即可。 b. 夾緊迅速、快捷。一般夾緊時轉動螺桿不超過一圈。例：夾緊螺桿螺紋為 M48 5，頂桿上齒條間距為5，則無論工件大小如何，推動頂桿時頂桿到工件的最小距離 L 5，此時，夾緊螺桿最多再轉動一周，便可將工件夾緊。 c. 夾緊螺桿、頂桿和定位銷為主要受

30、力元件，在設計時要進行強度校核。一般夾緊螺桿為鑄鋼或鑄鐵材料、頂桿、定位銷采用 45#鋼，頂桿和定位銷的齒牙部位要求進行適當熱處理，以提高耐磨性和機械強度。 d. 本機構行程調節快速方便，徹底避免了傳統夾具頻繁轉動夾緊螺桿的繁瑣工作，尤其適用于小修理廠或加工廠頻繁更換工件的場合。 綜上所述，采用快速夾緊機構最適合，它能縮短夾緊工件的時間，同時節約生產成本。2.2 液壓缸簡介此設計的最終目的是達到在工件夾緊過程中的輕松省力的要求，達到省力要求的元件主要通過在原三爪卡盤上增設液壓元件的，它與其他夾具動力裝置相比具有以下特點：1，液壓油油壓高、傳動動力大，在生產同樣原始作用力的情況下，液壓缸的結構尺

31、寸比氣壓的小許多倍；2.油液的不可收縮性使夾緊剛度高、工作平穩、可靠；3.液壓傳動噪聲小、勞動條件比氣壓的好。根據各方案采用元件的特點及機床本身的特征。對可選擇的元件進行比較：1采用液壓馬達雖然能將電能轉換為液壓機械能代替人的手工操作,同時,其擺動式結構有利于實現連續性夾緊,但由于液壓馬達體積比較大,不利于安裝,且由于卡盤體在工作中高速旋轉,故供電源很難接入,所以其可行性不大。2采用電液侍服閥能變電氣信號為液壓信號以實現流量或壓力控制的轉換，它控制靈活、精度高、快進性好、輸出功率大裝置。但其體積大,不適合于安裝,同時由于卡盤體高速旋轉,電能不易實現安全輸入,由于液壓馬達和電液侍服閥同樣都還要依

32、賴于外加壓力油源,故在高速旋轉的場合也不易實現。3液壓缸是液壓系統的執行元件,它把液體的壓力能轉化為機械能,它能實現增壓的要求,將外加壓力能轉換成直線往復運動,且其結構簡單,工作可靠,若能設法將直線往復運動轉換為圓周運動,將能實現對工件的夾緊。要實現省力,則要設計一個轉換機構,使這個機構能提高輸出力矩與輸入力矩之比。由以上分析可知,采用液壓缸是最好的一種方案,且要求將錐齒輪輸入的力最終轉化為推動卡爪進給的力。液壓缸有直動缸和擺動缸兩種：直動缸需要一個轉換機構才能將軸向直線運動轉換為徑向直線運動,會增加系統的復雜程度,減低緊湊性,這在高速運動場合是不允許的,同時,由于直動缸不能實現連續夾緊,當工

33、件塑性較大時,就有夾不緊的可能,還不能進行反向夾緊,因此,這將大大縮小機車的加工應用范圍。擺動缸能實現連續夾緊,同時能將軸向壓力轉換為扭矩,因此可有效克服直動缸的上述不足。同時,擺動缸由于其自身的結構,可實現與原有卡盤體的較好結合,因此,采用擺動缸是一種最理想的方案。 綜上所述,本設計最終采用擺動式液壓缸方案。第3章 各零部件的設計3.1 結構及原理設計方案如圖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

34、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 3-1 卡盤結構方案簡圖給激減，繼續轉動手柄，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

35、進給，此為夾緊行程。當大錐齒輪3繼續旋轉至某一角度，活塞4將復位，繼續轉動，將重復上一次的運動直到把工件完全夾緊。本設計卡盤體厚度增加不大，且結構緊湊、可靠性好、傳動效率高、省力，適用于高速旋轉場合。由于利用了擺動油缸，使得其能進行連續夾緊，大大增加了其使用范圍，這是本設計的重要特色和優點。擺動油缸的制造和密封比較困難，因此制造成本較高。由于液壓缸使用的最大壓強為中等壓強，要 求保壓時間也較短，故對密封要求不高，但要注意定期進行液壓油的補償。本設計的增力比約為 ：，省力明顯，有利于人體效能的發揮。以下是在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。3.2 液壓缸的設計3.2.

36、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，擬對其尺寸初步取：外壁厚： n1=16mm 內壁厚： n2=8mm腔寬： a=30mm 空隙寬： x=1mm液壓腔的面積： S1=a(D/2-d/2-L1-L2-x-n1-n2) =1350mm（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 3.2.2 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(D1-d1)PYm (N.m)（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) Y

37、m：機械效率 D1=D-2L1-2X1-2n1=236mm d1=d+2L1+2L2=146mm 由可得,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。3.2.3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B1mm,取每次夾緊行程中卡爪進給0.05mm,故可得

38、擺動角=360tf=1.5其中 平面螺旋機構的升程t=12卡爪每次進給量f=0.05 3.2.4 定子圓柱活塞杠面積的設計由結構可知，葉片輸出扭矩M=PS1rZ1Ym（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（4） 其中 F2=F/Z （5）每個葉片受力 F1=PS1（6） F1/F2=S1/S2=1（7）其中1為增力比,為一常數,故S2=S1/1（8）. 齒輪傳動的設計 選擇齒輪類型、材料、精度等級、傳動比（）根據提供的方案，選用直齒圓錐齒輪傳動；（）根據實際情況選擇小錐齒輪材料為40Cr（調質處理），硬

39、度為280HBS，大錐齒輪材料為45號鋼（調質處理），硬度為240HBS，二者的硬度差為40HBS;（）精度等級選7級精度；（）試選圓錐齒輪傳動的傳動比i=2。以小錐齒輪的設計為例，具體如下：基本參數的確定模數m=3.5；齒數Z=25；分度圓錐角=45；壓力角=20齒頂高的計算：h=m=3.5齒根高的計算：h=1.2m=1.23.5=4.2 齒高的計算：h=2.2m=2.23.5=7.7分度圓直徑的計算：d=3.525=87.5齒頂圓直徑的計算：d=3.5(25+2cos45)=92.45 齒根圓直徑的計算：d=3.5(25-2.4cos45)=81.55 外錐距的計算：R=61.88 齒頂角

40、的計算：由tan=得：=314 齒根角的計算：由tan=得：=353 分度圓錐角的計算：由+=90得：=90-=45 頂錐角的計算：=+=45+314=4814 根錐角的計算：=-=45-353=4107 齒寬的計算：b 取b=20 以上是小錐齒輪的設計，大錐齒輪的設計同上，只是參數不同而已。3.4 繪制零件圖以小錐齒輪為例，繪制零件圖如下。（見圖紙） 1. 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

41、3-2 凹槽展開圖 如圖所示, 1角斜面為槽面的第一部分,角斜面為槽面第二部分增力部分, 2角為第三部分過渡部分，下面分別確定個參數。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=6f10.30。故縮短了夾緊時間,提高了效率。 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=m（9）其中 ：增力比 m：卷子葉片的平均移動距離m=0/r=0/ （D1+d2/2）191/22/200=3mm 根據安裝的需要，活塞杠軸線與卡盤體軸線R=（191-6）/2=92m

42、m 得輪廓線參數L=2r /6=90.3mm,則H=m1=12mm, 故 S2=S1/1,=1350/15=270mm. r2=1S2/=9.0mm 凹槽輪廓線的增力部分增力比最大為3=J/L 對活塞杠進行受力分析,如圖4所示 圖3-3 活塞杠受力圖=Nsin+Fcos（10） J=Ncos(11)F=Nf (12) 其中f為摩擦系數,可取f=0.18,則：3=T/Q=1/tg+ f若取極大值,則 tgH/L-2r1=15/96.3-18=0.20故可得：3min=1/0.20+0.18=1/0.36=2.6 13=42.5=10.4由于新增機構增力比為13,且其他機構不變,故13就是最終的增

43、力比。設計目標為增力比0=10,故13=10.4相差不大,符合要求，故取1=4,H=m1=12mm可設H1=4mm,H2=8mm。參數1的設計當活塞杠處于與凹槽配合狀態，與大錐齒輪還沒有相對滑動時，其受力如圖5所示，圖3-5 活塞杠凹槽受力圖取臨界狀態分析，則根據平衡條件可得：Fcos+Nsin+R2=R 水平力平衡(13)F1+F2+Fsin+T=Nsin 豎直力平衡. .(14)Fcos+Nsin=Q (15)F=Rf(16) T=PS2+T0(17)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

44、=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=45由以上各式可得: (3.83sin-0.85cos)T/(0.1cos+sin)=2R1 (1.83sin-1.15cos)Q/(0.15cos+sin)=2R2由于T0，5238； 由于R20，329取=329，則T=0.86Q，R2=0取=5238，則T=0.故可得：隨著的增大,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=45符合要求,此時R1=1.3Q，R2=0.3Q，T=0.26Q。 參數的設計 圖3-6 凹槽中心

45、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=H2tg=H2sin45=8mm. (18)則tg=H2/(L-C1-C2)=8/(96.3-20-3-8)=0.123 ，得：=7本文針對利用擺動式液壓缸和平面螺旋機構的三爪卡盤夾緊裝置的增壓特點進行了理論合理的分析，并對擺動式液壓缸和平面螺旋機構的各項參數與各部分的結構進行了細致的計算。通過對夾緊力的驗算，增力比為可達11，工作穩定可靠，同時又利用了企業現有資源，達到了企業省錢、工人省力的目的，使用于各類機械加工廠對老產品的改造和新產品的開發研究。3.5 夾具的國內外現狀和發展趨勢工業設計是人類社會發展和科學技

46、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，工業設計經過了醞釀、探索、形成、發展百余年的歷史滄桑。時至今日，工業設計已成為一門獨立的專業學科，并且有一套完整的研究體系。1980年國際工業設計協會理事會（ICSID）給工業作了明確定義：“就批量生產的工業產品而言，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、色彩、表面加工，裝飾以新的品質和規格，叫做工業設計。根據當時的具體情況，工業設計師應在上述工業產品全部側面或其中幾個方面進行工作，而且需要工業設計師對包裝、宣傳、展示，市場開發等問題的解決付出自己的技術知識和經驗以及視覺評

47、價能力時，這也屬于工業設計的范疇”。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，就能夠創造出實用、美觀、經濟的產品，即在產品中發揮技術潛在的“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。技術是產品形態發展的先導，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，某個環節的變革，便會引起整個機體的變化。第

48、四章 三爪卡盤的仿真 Pro/ENGINEER Wildfire 在向用戶提供成熟的三維計算機圖形技術的同時，也向用戶提供了機械 仿真技術。機械仿真技術實利用Pro/ENGINEER 建立的機械系統的三維實體模型和力學模型，在計算機上建造出產品的整體模型，并針對該產品在投入使用后的各種情況進行仿真分析，預測產品的整體性能，進而改進產品設計、提高產品性能的一種新技術。其目的是為物理機樣的設計和制造提供依據。 機械仿真技術是從分析解決產品整體性能及其相關問題的角度出發，解決傳統的設計與制造過程弊端的高新技術。工程設計人員可以直接利用Pro/ENGINEER系統所提供的各零部件的無理信息及幾何信息，

49、在機械仿真內定義零部件間的連接關系并機械系統進行虛擬裝配，從而獲得機械系統的虛擬機樣，在各種虛擬環境中真實地模擬系統地運動，并對其在各種工況下地運動和受力情況進行仿真分析，仿真試驗不同地設計方案，對整個系統進行不斷改進，直至獲得最后設計方案，再做物理樣機。 在傳統的設計與制造過程中，首先是概念設計和方案論證，然后進行產品設計。在設計完成后，為了驗證設計通常要制造樣機進行試驗，有時這些試驗是破壞性的。當通過試驗發現缺陷時，又要重新修改設計并用樣機驗證。只有通過周而復始的“設計試驗設計”過程，產品才能達到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對于結構復雜的系統，設計周期無法縮短，更談不上對市場的靈活反

50、映。機械仿真技術突破了傳統的設計與制造的限制，使得產品技術人員在各種虛擬的環境真實地模擬產品整體地運動及受力情況，快速分析多種設計方案，進行對物理樣機而難以進行或根本無法進行的試驗，直到獲得系統的優化設計方案。同時機械仿真可以應用在整個設計過程的概念設計和方案論證中，使得設計師可以把自己的經驗與想象結合在計算機內的虛擬樣機里，讓想象力和創造力充分發揮。當虛擬樣機用來代替物理樣機驗證設計時，不但可以縮短開發周期，而且可使設計質量和效率得到提高。 對于復雜機械系統人們關心的問題大致有3類。一是在不考慮系統運動起因的情況下研究各部件的位置與狀態及其變化速度與加速度的關系，稱為系統的運動學分析。二是當

51、系統受到靜載荷時，確定在運動副制約下的系統平衡位置及運動副靜反力，這類問題稱位系統的靜力學分析。三是討論載荷與系統運動的關系，即動力學問題。所以，機械仿真技術的核心理論是機械系統運動學、動力學和控制。 Pro/ENGINEER Wildfire的機械仿真向用戶提供了直接交互對象操作，可以通過與組件模型進行直接交互，快速、輕松的創建、查看、刪除或編輯機構特征：通過指定電動機的響應變化，優化一系列輸入特性的系統性能，觀察運動中的機構的同時跟蹤圖形化的測量數據，從而精確確定重要的性能事件（如加速高峰期和停留期）；并且針對特定分析將感興趣的所需測量值圖形化，啟動分析回放將機構運動制成動畫；將角度方向力、間距、速度等應用與機構，創建相應的位置或速度測量值來測量相關力，在最大系統加速度趨于零的過程中，通過監控其更新圖形來觀察和跟蹤靜態分析的求解進度，從而實現機械系統運動學分析、靜力學分析和動力學分析。結 束 語本次畢業設計雖然僅僅經歷了短暫的十天，但我卻學到了很多的東西，濃縮了大學三年學習的全過程，體現了我們對所學知識的掌握和領悟程度，具有很大的針對性和挑戰性。由于我們是第一次進行整體性地設計，不可避免地碰到了許多困難，有時甚至會感到無法下手。無論碰到什么樣的困難，我都沒有退縮，憑借著一股求知的熱情，再加上指導老師的幫助，然后再回到