磨扁方夾具結構設計【工藝工裝類】【含CAD圖紙、文檔全套】【GJ系列】

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臺州職業(yè)技術學院 機電工程學院 畢業(yè)設計任務書 （2007 屆） 題 目 磨扁方夾具結構設計 指導教師 熊 志 慶 院 系 機電工程學院 專 業(yè) 機電一體化技術 班 級 機 電 0431班 學 號 371304115 姓 名 梁 靈 剛 2007年 3 月 6 日至 2007 年 6 月6日共 13 周 一、 論文（設計）方向： 根據(jù)工廠生產(chǎn)實際，提出一種可能的需要。 二、 主要參考資料： 《機床夾具設計手冊》； 《機械設計手冊單行本——軸及其連接》； 《機械設計基礎》； 《簡明機械零件設計手冊》等。 三、 課題的內容和任務要求： 1. 分析磨扁方夾具結構。 2. 進行磨扁方夾具強度設計。 3. 按國家制圖標準繪制相關裝配圖及零件圖。 4. 按標準格式書寫畢業(yè)設計課題說明書。 四、 畢業(yè)論文（設計）進度安排： 起 訖 日 期 工 作 內 容 備 注 2007-3-6～2007-3-13 下發(fā)任務書，需求分析 2007-3-14～2007-3-28 查閱資料、方案設計和繪制圖紙 2007-3-29～2007-5-28 適當計算、資料整理、撰寫設計說明書 2007-5-29～2007-7-6 準備畢業(yè)答辯 學生（簽名）： 年 月 日 指導教師（簽名）：熊志慶 2007年 3 月 6 日 畢業(yè)設計（論文）工作指導小組意見： 組長（簽名） 年 月 日 注：1.指導教師填寫，任務下達人為指導教師，指導教師和接受任務的學生均應簽字。 2.此任務書最遲必須在學生畢業(yè)設計（論文）開始前下達給學生。 機電工程學院 畢業(yè)設計（論文）選題審題表 學生姓名 梁靈剛 專業(yè)/班級 機電0431班 指導教師姓名 熊志慶 職稱 講師 校外指導教師姓名 職稱 單位 申報課題名稱 磨扁方夾具結構設計 課 題 類 型 □工程設計（技術） □軟件設計 □應用研究 □理論研究 課 題 來 源 □教學科研 □生產(chǎn)實際 □社會實際 □模擬 課題簡介 通過對M1432A型磨床磨扁方夾具的裝配示意圖的分析，對該產(chǎn)品有進一步的了解；并通過該機構的零件外形尺寸的確定，進行對各裝配零件的強度和剛度的校核；掌握進行機構設計的基本流程和相關方法。 設計(論文) 任務要求 （包括應具備 的條件） 畢業(yè)設計論文要求：論文正文字數(shù)在3000字以上，配有所有相關零件的零件圖和裝配圖。論文中應有相關零件的強度和剛度校核計算的詳細過程。應完成所有零件圖的裝配圖的電子稿，打印出重要的零件圖和裝配圖。 圖紙要求：圖層、線型使用準確，尺寸、公差標注正確；技術要求書寫合理；圖幅格式符合國標； 論文書寫格式應符合機電工程學院的有關要求。 課題預計 工作量大小 □大 □適中 □小 課題預計 難易程度 □難 □一般 □易 所在教研室意見： 負責人（簽名）： 年 月 日 審定意見： 負責人（簽名）： 年 月 日 前 言 隨著機械加工水平的提高，磨床在加工機床中占有越來越大的比例。磨床磨削按速度分為普通磨削、高速磨削和超高速磨削；按磨削精度可將磨削分為普通磨削，精密磨削和超精密磨削。隨著對機械加工的要求的提高，精密和超精密磨削技術的應用越來越廣。 但不管怎樣，磨床磨削離開不了夾具對零件的定位。在機械加工過程中，為了保證工件的加工精度，使之相對于機床、刀具占有確定的位置，并能迅速、可靠地夾緊工件，以接受加工或檢測的工藝裝備稱為機床夾具，簡稱夾具。 機床夾具的主要功能是使工件定位和夾緊。 定位——使工件相對于刀具及機床占有正確的加工位置，保證其被加工表面達到工序所規(guī)定的各項技術要求。 夾緊——工件定位后，經(jīng)夾緊裝置施力于工件，將其固定夾牢，使其在加工過程中保持正確位置不變。 安裝——工件從定位到夾緊的整個過程。 在本畢業(yè)設計中所設計的夾具是磨扁方夾具，所謂的磨扁方夾具，就是用來裝夾磨削對扁方形狀要求較高的工件的一種夾具。它用彈簧夾頭夾緊軸類工件，由支承滑塊和支承座組成輔助支承架，利用斜面調節(jié)所需支承面的高度，并利用分度盤分度來達到對扁方形對稱的目的。 目 錄 1. 磨扁方夾具工作原理 ……………………………………………………………………1 2. 定心夾緊機構 ……………………………………………………………………………1 2.1定心夾緊機構的工作原理 ………………………………………………………………1 2.2彈性夾頭的設計與計算 …………………………………………………………………1 2.3彈性夾頭夾緊力的計算 …………………………………………………………………2 3. 螺紋心軸的結構設計與計算 ……………………………………………………………3 3.1 軸的材料 …………………………………………………………………………………3 3.2 軸的結構設計 ……………………………………………………………………………4 3.3 軸的加工和裝配工藝性 ………………………………………………………………6 4. 夾具機座 …………………………………………………………………………………6 4.1材料的選擇、性能及用途…………………………………………………………………6 4.2鑄件壁厚過渡分析 ………………………………………………………………………6 4.3 鑄件肋板的厚度分析 ……………………………………………………………………7 5. 軸套 ………………………………………………………………………………………8 5.1軸套的作用… ……………………………………………………………………………8 5.2軸套局部尺寸的確定…………………………………………………………………… 8 6. 彈簧……………………………………………………………………………………… 8 6.1圓柱螺旋彈簧的制造…………………………………………………………………… 8 6.2彈簧的選材……………………………………………………………………………… 8 6.3圓柱螺旋彈簧的設計計算……………………………………………………………… 9 7. 畢業(yè)設計總結……………………………………………………………………………10 8. 參考文獻…………………………………………………………………………………11 磨扁方夾具結構設計 臺州職業(yè)技術學院機電工程學院0431班 梁靈剛 摘要： 通過查閱圖書館的相關資料和觀察實訓樓的幾臺磨床的類似夾具構造來設計磨扁方夾具的各個零部件的尺寸，并對重要的零部件進行一定的力學分析，如彈性夾頭的設計與計算、螺紋心軸的結構設計、鑄件壁厚和肋板的分析、圓柱螺旋壓縮彈簧的設計計算等。 關鍵詞: 彈性夾頭 螺紋心軸 結構設計 鑄件 圓柱壓縮彈簧 臺州職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 1 磨扁方夾具工作原理 圖1-1 磨扁方夾具 磨扁方夾具是平面磨床上的一種夾具，它用彈簧夾頭夾緊軸類工件，由支承滑塊和支承座組成輔助支承架，利用斜面調節(jié)所需支承面的高度。夾具利用分度盤分度，可以用來磨削對扁方形對稱度要求較高的工件。 2 定心夾緊機構設計 2.1 定心夾緊機構的工作原理 定心夾緊機構是機床夾具中的一種特殊夾緊機構。它是在實現(xiàn)準確定心或對中的同時夾緊工件，故稱為定心夾緊機構或自動定心夾緊機構。定心夾緊機構中與工件定位基準相接觸的元件，既是定位元件又是夾緊元件。 定心夾緊機構是利用定位-夾緊的等速移動或均勻彈性變形的方式，來消除定位尺寸偏差對工件定心或對中的不利影響。因此，此類機構亦可分為等速移動的定心夾緊機構和均勻彈性變形的定心夾緊機構。本設計課題中的定心夾緊機構為均勻彈性變形的定心夾緊中的一種——彈性夾頭。 2.2 彈性夾頭的設計與計算 查表1-3-1[1]得如下參數(shù) 當=1.0~2.0時 注：彈簧夾頭配合直徑 結構參數(shù) 計算公式（單位） 機構參數(shù) 計算公式（單位） D D=2t1=68.5 L L+ l l l1 h h t1 t1= b b b1 b1 K K m R R+ d ＞30~80 ＞80 i 3 4 5 圖2-1 彈性夾頭的結構圖 本設計課題是針對30mm圓柱軸類零件的磨削,故選用i=3，根據(jù)加工的實際情況，雖然能加工出上述零件的規(guī)格，但加工耗費量大，加工時間較長，成本較高；出于上述因素的考慮，故零件尺寸以零件圖上的尺寸為準。 2.3 彈性夾頭夾緊力的計算 查表1-3-2[1]可知彈性夾頭夾緊的方式分為軸向夾緊和無軸向夾緊兩種夾緊方式。而本設計課題的夾緊方式為為無軸向定位，不用機床尾座頂尖支承就能定位夾緊，故采用無軸向定位計算公式計算夾緊力。 R——夾爪的變形阻力 E——材料的彈性模數(shù) h——夾爪彎曲部分的厚度 D——夾爪彎曲部分的外徑 ——夾爪與工件的徑向間隙 l——夾爪的根部至錐面中點的距離 ——彈性夾爪每瓣所占扇型角的1/4 n——夾爪的瓣數(shù) ——夾爪與套筒間的摩擦角 W——總的徑向夾緊力 Q——軸向作用力 ——彈性夾爪錐角之半 3 螺紋心軸的結構設計與計算 軸是組成機械的重要零件之一。它用于各種傳動機械中傳遞轉矩或回轉運動，并通過軸承與機架或機座相連接[2]。 在本設計中軸所受載的情況為心軸。心軸——只支承旋轉機件而不傳遞轉矩，即只承受彎矩作用。心軸又可分為固定心軸（工作時軸不轉動）和轉動心軸（工作時軸轉動）兩類。這里設計的軸是通過螺紋固定連接的,只能固定不能轉動,故按照心軸的規(guī)格來設計。 心軸，通常為鋼制的圓柱體，用于支承已經(jīng)過粗加工要作精加工的工件。在切削加工中作為支承時，心軸一般稍帶錐度，以便在壓入預裝孔中時，使心軸與孔壁間有較強的摩擦黏接力，但由于本設計課題中連接中是以螺紋來連接增強摩擦力，故其沒有錐度。 3.1 軸的材料 軸常用的材料是優(yōu)質碳素結構鋼，如35、45和50，其中以45號鋼最為常用。不太重要的及受載較小的軸可用Q235、Q237等普通碳素結構鋼；對于受力較大，軸的尺寸受限制，以及某些有特殊要求的軸可用合金結構鋼。當采用合金鋼時，應優(yōu)先選用符合我國資源情況的硅錳鋼、硼鋼等。對于結構復雜的軸（例如花鍵軸、空心軸等），為保證尺寸穩(wěn)定性和減少熱處理變形可選用鉻鋼；對于大截面非常重要的軸可選用鉻鎳鋼；對于高溫或腐蝕條件下工作的軸可選用耐熱鋼或不銹鋼。 在一般的工作溫度下，合金結構鋼的彈性模量與碳素結構鋼相近，所以只為了提高軸的剛度而選用合金結構鋼是不合適的。 同樣的材料，在熱處理工藝不同時，其所得到的靜強度、硬度和疲勞極限等也會不同的，所以在選擇材料時，還應確定熱處理工藝。心軸的材料為碳素合金鋼的45，其毛坯直徑,查表5-1-1[2]得熱處理采用正火熱處理，毛坯的硬度為，主要的力學性能，如：抗拉強度、彎曲疲勞極限、許用靜應力。 3.2 軸的結構設計 圖3-1 螺紋軸的結構圖 由于已知條件未知，故采用反算法來求出值,所謂的反算法,就是先估算軸徑,確定M——軸在計算截面縮所受的彎矩，確定m——質量，求出d5,再和原先的d2相比較。 （1）估算軸徑 根據(jù)估算值算出圖上測量的彈性夾頭的尺寸和實際算出的彈性夾頭的尺寸比例大致為1：3，所以可得 （2）確定L的長 查表5-1-13[2]得長系列 L=110 （3）確定及 圖3-2 螺紋軸的受力分析圖[3] 查5-1-21[2] 按彎扭合成強度計算軸徑的公式 載荷平穩(wěn) 得 又 根據(jù)實際情況可得符合加工要求，然后驗證d5是否足要求 （4）驗證d5 故滿足要求 （5）確定各部分尺寸 根據(jù)公式 得 根據(jù)圖上各尺寸的比例長度關系可以計算出 由于已知小徑尺寸，可查表4-1-3[4]得 即螺紋規(guī)格為 3.3 軸的加工和裝配工藝性 進行軸的結構時，應考慮便于便于軸的加工、測量、裝配和維修。通常應注意以下幾個方面的要素： （1）合理確定軸與零件的配合性質、加工精度和表面粗糙度。 （2）配合直徑一般應按GB/T 2822-1981圓整為標準值。 （3）確定各段軸長度時盡可能使結構緊湊，同時還應保證零件所需的滑動距離、 裝拆和調整所需的空間，并注意轉動零件不得與其他零件相碰，與輪轂裝配的軸段長度一般應略小于輪轂2~3 ，以保證軸向定位可靠。 （4）除特殊要求外，一般軸上所有的零件都應無過盈的到達配合要求。 （5）為便于導向和避免擦傷配合面，軸的兩端及有過盈配合的臺階處應制成導角。 （6）為了減少加工刀具的種類和提高勞動生產(chǎn)率，軸上的倒角、圓角、鍵槽等都應可能取相同尺寸，或者盡量減少不同尺寸的倒角、圓角、鍵槽的數(shù)量。 4 夾具機座 4.1 材料的選擇、性能及用途 牌號為HT250的灰鑄鐵件，其適用范圍一般為閥殼、液壓缸、汽缸、聯(lián)軸器、機體、齒輪、齒輪箱外殼、飛輪、稱筒、凸輪、軸承座等。在本設計中鑄件壁厚，則根據(jù)查表2-123[4]可得 最小抗彎強度=160 抗拉疲勞極限強度 抗彎疲勞極限強度 4.2 鑄件壁厚過渡分析 如圖（1-4-1） 據(jù)估算得，查表2-101[4] 得，所以，所以根據(jù)公式可得 圖4-1 鑄件壁厚過渡 為什么與之間為什么要以圓弧過渡？原因是為了加工的方便性與完整性。在加工時是用立銑刀進行銑削平面，由于立銑刀是進行圓周銑削，在垂直面與水平面之間的過度夾角面之間很難加工到，以至于留下一些凸臺。至于如果選擇小規(guī)格的立銑刀雖然能銑削大立銑刀難加工的面，但總會留下一些凸臺，所以為了加工的便方起見，在設計時候選擇以圓弧過渡，讓銑刀銑削到這某一尺寸的時候就停下來，這樣加工出來的 面既簡潔又美觀，又便于操作。 4.3 鑄件肋板的厚度分析 圖4-2 鑄件肋板厚度 查表2-104[4]得到，由零件圖可知=30，所以 此肋為鑄件外部的肋，則鑄件外部的肋與外壁厚的關系為 5 軸套 5.1 軸套的作用 在運動部件中，因為長期磨擦而造成零件的磨損，當軸和孔的間隙磨損到一定程度的時候必須要更換零件；因此在設計的時候選用硬度較低、耐磨性較好的材料為軸套或襯套，這樣可以減少軸和座的磨損，當軸套或襯套磨損到一定程度進行更換，這樣可以節(jié)約因更換軸或座的成本，一般來說，襯套與座采用過盈配合，而與軸采用間隙配合，因為無論怎么樣還是無法避免磨損的，只能延長壽命，而軸類零件相對來說比較容易加工；也有設計人員不喜歡這樣設計，認為這樣是在制造的時候增加成本，但經(jīng)過一段時間使用后，維修時還是要按這種方法改造，但改造容易造成設備的精度降低，原因很簡單，二次加工是無法保證座孔中心的位置。 5.2 軸套局部尺寸的確定 （1）由前面的設計可知，心軸是一根帶螺紋的心軸，因此配合的時候是采用螺紋配合來設計的，既螺紋孔的規(guī)格為。 （2）軸套尾部孔φ50的設計是根據(jù)彈性夾頭d1的尺寸來設計的，由于采用間隙配合。查表3-11[5]得配合公差為，查表3-1[5]和表3-3[5]得此孔的偏差為φ。 （3）圓臺面上螺紋孔的尺寸是根據(jù)手輪的規(guī)格來設計的，查表4-3[4]定下來的。 （4）各段軸長則根據(jù)裝配關系確定下來的。 6 彈簧 6.1 圓柱螺旋彈簧的制造 彈簧的卷制方法有冷卷法和熱卷法。當d≤(8~10)mm，卷繞后低溫回火。D＞(8~10)mm，卷繞后淬火和回火處理。 6.2 彈簧的選材 由于彈簧是一種彈性元件，它具有剛性小、強度大，在載荷作用下能產(chǎn)生彈性變形的特點，要求彈簧材料應具有高的彈性極限和疲勞極限，足夠的韌性和塑性，良好的熱處理性能。常用的彈簧材料有：碳素彈簧鋼（如60、75、65Mn等）、硅錳彈簧鋼（如60Si2MnA）、鉻釩彈簧鋼（如50Cr-VA）、不銹鋼（如1Cr18Ni9）及青銅（如QBe2）等。 6.3 圓柱螺旋壓縮彈簧的設計計算 圖6-1 壓縮彈簧的結構圖 （1）估算彈簧鋼絲直徑d4[4] ——許用切應力，查表17-9[4]得 ——繞旋比，查表17-4[4]得 ——曲度因素，查表17-3[4]得到計算公式 （2）查標準得參數(shù)值 由于，查表17-14[4]得標準值 由于螺紋心軸右端直徑為，同上查表17-2[4]得 彈簧中徑 自由高度 畢業(yè)設計總結 隨著寫總結的開始，2007年的的畢業(yè)設計將到此結束。同時也意味著我在臺州職業(yè)技術學院三年學習生涯即將結束。即將告別校園，步入社會謀求更好的發(fā)展。我不再是學生，而是社會工作者。未來個人發(fā)展要靠自己的雙手去締造。我不再是嗷嗷待哺的小孩，而是要擔負起家庭責任的青年，為家庭的幸福、和諧與安康貢獻自己的一切。 本次的畢業(yè)設計共經(jīng)歷了兩個半月的時間，這次的設計與前兩次的不同之處在于你前前后后沒有一人和你的題目一樣的，想要完成設計，就得自己動手去翻閱資料，沒有任何一個人會無故的幫助你完成。因為你在設計而同學也同樣在設計。他們根本就沒有多大的時間和精力去管你。本來設計就是一件非常困難和煩瑣的事，這樣自己獨自一人做又增加了難度系數(shù)。用我的口頭禪就是——很富有挑戰(zhàn)性。不過萬事開頭難，等到我真正入門了那也就無所謂難了，我會隨著自己的靈感走，直到設計完成為止。 通過本次的設計，使得我對本專業(yè)有了更進一步的感性認識，這次的設計也相當于把以前所學過的知識再溫熟一遍，并且培養(yǎng)自己的自學能力，努力去探索新的知識領域，是一個很好的鍛煉機會。在這里我特別要感謝的一位人是我的畢業(yè)設計指導老師熊志慶老師，我的設計主要是靠熊老師的悉心教誨才能夠順利完成的。因為當設計遇到瓶頸的時候，我會找熊老師請教，而熊老師會不厭其煩的指導我如何做，給我指明正確的方向。即使在他眼里看起來很簡單的問題而在我看起來很難的情況下，他也會耐著性子一遍一遍的講解，直到我明白為止，這讓我非常的感動。有時甚至晚上過去請教，熊老師也會非?？蜌獾恼埼疫M去，不惜犧牲個人的時間替我解答疑問，這讓我感到非常的溫暖。在這里我想向熊老師由衷的說一聲~~謝謝。 從開始做到完成，我耗費了大量的時間和精力，但這無所謂，關鍵是能做好，能弄出一個成品的設計交上去并得到別人的認可，那才是最重要的，是最能夠感到欣慰的。在設計過程中，我培養(yǎng)了自己的獨立思考的能力，快速翻閱材料的能力，網(wǎng)上搜查的能力，總之使自己的整體能力都得到了升華，使自己獲益良多。對自己踏入社會相信會有很大的用處！ 參考文獻 1．王光斗 王春福 主編 機床夾具設計手冊（第三版） 上?？茖W技術出版社 2. 成大先主編 機械設計手冊單行本——軸及其連接 化學工業(yè)出版社 3．范順成主編 機械設計基礎 機械工業(yè)出版社 4．朱龍根主編 簡明機械零件設計手冊 機械工業(yè)出版社 5．陳于萍 高曉康主編 互換性與測量技術 高等教育出版社 12