平移式浮動夾頭的零部件設(shè)計

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目錄第 1 章 緒論 -------------------------------------------------------------11.1 夾具的概述 ------------------------------------------------------11.2 機床夾具的基本概念及特點 ----------------------------------------11.3 機床夾具的發(fā)展方向及國內(nèi)外現(xiàn)狀 ------------------------------2第 2 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 -------------------------------------------------32.1 設(shè)計的主要任務(wù) --------------------------------------------------32.2 平移式浮動夾頭的工作原理 ----------------------------------------3第 3 章 平移式浮動夾頭的零部件設(shè)計 ---------------------------------------53.1 機械零件的設(shè)計方法 ----------------------------------------------53.1.1 傳統(tǒng)的設(shè)計方法 --------------------------------------------53.1.2 現(xiàn)代設(shè)計方法 ----------------------------------------------53.2 機械零件的材料選擇及選擇原則 ------------------------------------53.2.1 鋼 --------------------------------------------------------53.2.2 鑄鐵 ------------------------------------------------------63.2.3 材料的選擇原則 --------------------------------------------63.3 尾柄的設(shè)計 ------------------------------------------------------73.4 連接套的設(shè)計 ----------------------------------------------------73.5 撥盤的設(shè)計 -----------------------------------------------------103.6 特殊螺母的設(shè)計 -------------------------------------------------113.7 銷的選擇 -------------------------------------------------------113.8 襯套的選擇 -----------------------------------------------------123.7 滾動軸承的選擇與校核 -------------------------------------------133.7.1 滾動軸承的選擇 -------------------------------------------133.7.1 滾動軸承的校核 -------------------------------------------14第 4 章 切削用量的選擇原則與計算 ----------------------------------------154.1 切削用量的選擇原則 ---------------------------------------------154.2 切削用量的計算 -------------------------------------------------15總 結(jié) -----------------------------------------------------------------23參考文獻 ---------------------------------------------------------------24致 謝 -----------------------------------------------------------------251第 1 章 緒論1.1 夾具的概述不論是傳統(tǒng)制造系統(tǒng)還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是非常重要的。在機械制造過程中，用來固定加工對象或刀具，使之占有正確位置，以便接受施工或者檢測的裝置都可以稱為夾具。例如:焊接過程中用的焊接夾具、檢驗過程中用的檢驗夾具、夾緊刀具的夾頭、機械加工過程中用的機床夾具等。夾具對于加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有直接的影響?；ㄙM在夾具設(shè)計和制造的時間不論是在改進現(xiàn)有產(chǎn)品或者開發(fā)新產(chǎn)品中，在生產(chǎn)周期中都占有較大的比重。所以，在制造業(yè)中非常重視對夾具的研究。隨著市場對產(chǎn)品的需求不斷增加，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度也不斷加快。由于機械產(chǎn)品的品種繁多，產(chǎn)品的設(shè)計周期縮短，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被中小批量的生產(chǎn)模式取代。按單一品種設(shè)計專業(yè)夾具的方法己經(jīng)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求，因此，如何縮短工藝裝備的設(shè)計、制造周期，以及產(chǎn)品換型后對原有工裝夾具延續(xù)使用己事在必行。機械制造業(yè)欲適應(yīng)這種變換須具備較高的柔性，國外已把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)的柔性化的著眼點主要是在機床和工裝兩個方面，而夾具又是工裝柔性化的重點。夾具能保證工件或刀具在規(guī)定的坐標(biāo)位置上準(zhǔn)確定位和牢固的夾緊，也就是說能保證工件相對于機床坐標(biāo)原點具有準(zhǔn)確和穩(wěn)定可靠的坐標(biāo)位置。這種夾具具有較高的剛度和精度，在粗加工時能承受較大的切削用量，以充分發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的生產(chǎn)能力；在精加工時能更好的保證工件定位基準(zhǔn)和加工表面的位置精度，更好的發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。1.2 機床夾具的基本概念及特點機床夾具是在金屬切削加工中，用以準(zhǔn)確地確定工件的位置，并將其牢固的夾緊以接受加工的工藝裝備。它的主要作用是：可靠的保證工件的加工質(zhì)量，提高加工效率，減輕勞動強度和擴大機床的工藝性能，因此機床夾具在機械制造業(yè)中占有十分重要的地位。機床夾具的主要特點是夾具與機床的主軸聯(lián)接，工作時由機床主軸帶動作高速旋轉(zhuǎn)，因此在機床夾具的設(shè)計時除了保證達到工件的精度要求外，還應(yīng)該考慮：1） 結(jié)構(gòu)力求緊湊、簡單，重量盡可能輕。2） 夾具與機床主軸、花盤或法蘭盤聯(lián)接安全可靠。3） 夾具工作時應(yīng)該保持平衡以免主軸軸承過早磨損而失去精度，因此夾具元2件的重心應(yīng)該盡量接近回轉(zhuǎn)中心。4） 夾具在徑向無突出和可能松脫的零件。5） 切削能夠順利的從夾具中排出或清除。6） 夾具經(jīng)過調(diào)整后即可能在另一種型號的機床上使用。1.3 機床夾具的發(fā)展方向及國內(nèi)外現(xiàn)狀機床夾具是機械加工中必不可少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，切削加工領(lǐng)域中，高速、超高速切削已成為主要發(fā)展趨勢之一。夾頭產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于車、銑、鉆等通用機床，目前國內(nèi)外市場對其需求量較大，年需求量大約 4000～5000 萬只。隨著市場需求量的目益增加，工件精度要求愈高，對于夾具穩(wěn)定及精密的要求也就愈高；對于強調(diào)高速削的各式 CNC工具機床進行高速切削，夾具性能的好壞，對加工質(zhì)量有極為重要的影響。因此對鉆夾頭產(chǎn)品的加工工藝、技術(shù)指標(biāo)要求也越來越高。由于技術(shù)、材料及材質(zhì)硬度的提升，各式夾頭在質(zhì)量的要求上也愈來愈高才能符合市場需求，因此對生產(chǎn)者來說在相關(guān)方面技術(shù)的提升則是另一個挑戰(zhàn)的難題；在高效率切削帶動下，傳統(tǒng)的手動夾頭方式已有被逐漸取代的趨勢，對于各式切削加工機械而言，夾頭因需適應(yīng)各種不同的刀具及機械特性，常需面對夾頭夾持力降低、變形、振動及慣性等問題，因此生產(chǎn)者在設(shè)計夾頭時通常會特別重視這些問題以求產(chǎn)品的穩(wěn)定及安全性。在高速切削過程中，切削工具處于高速回轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時所用的刀具夾頭必須使切削工具保持良好的刃尖振擺精度和夾持剛性。切削工具和夾頭在高速回轉(zhuǎn)條件下，如果不平衡量值較大，則會降低振擺精度，由于離心力的影響，還將降低夾持剛性。這類現(xiàn)象在普通切削加工中也時有發(fā)生，但其影響不如高速切削時明顯，也未受到足夠的重視。目前，高速高精度加工越來越普及，因此，要求切削工具必須具有更高的性能，而且應(yīng)充分發(fā)揮其加工特點。在以切削加工為中心的制造技術(shù)方面，以復(fù)合切削和高速銑削為中心的切削加工技術(shù)，內(nèi)容包括工序集約化、迅速實現(xiàn)高速高精度加工、采用多功能刀具、進行CNC高速切削、向微細(xì)形狀加工發(fā)展等。為了滿足上述要求，在加工技術(shù)方面，除了選用CNC機床外，還有一些共同特點，如必須在高速回轉(zhuǎn)條件下，保證立銑刀等切削工具實現(xiàn)穩(wěn)定切削，延長工具壽命。為此，必須努力實現(xiàn)切削工具和夾頭的最佳配合。2002年秋日本東京國際機床展覽會(JIMTOF)上展出的適用于高速切削的加工中心品種及最高主軸轉(zhuǎn)速。目前，轉(zhuǎn)速達到3OOO～6000r／min的機種已大量投放市場，表明高速切削加工已成為新型生產(chǎn)技術(shù)的有效手段之一。高速切削的普及工作已在3日本國內(nèi)鋪開，歐洲及東南亞地區(qū)也在迅速擴展其使用領(lǐng)域。因而受到人們的普遍關(guān)注，目前已成為全球制造業(yè)的共同趨勢。第 2 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案2.1 設(shè)計的主要任務(wù)在對管板類零件鉸孔時，如果對刀不正，機床主軸中心線與孔不同心時，就容易產(chǎn)生折刀及孔公差超范圍的現(xiàn)象，影響生產(chǎn)順利進行及產(chǎn)品質(zhì)量。為避免工件安裝誤差及及對刀不正引起的主軸中心線與孔不同心，可采用把鉸刀安裝在浮動夾頭里。浮動夾頭能使刀具在垂直于軸線的平面內(nèi)移動，自動修正機床主軸中心與孔的偏差，避免由此產(chǎn)生鉸孔后孔徑擴大及喇叭現(xiàn)象，保證孔的尺寸公差，同時在加工象管板這類的多孔工件時，對每一個孔不用精準(zhǔn)對刀，由浮動夾頭自動找正，可明顯提高生產(chǎn)效率。2.2 平移式浮動夾頭的工作原理尾柄1直接安裝在機床主軸孔中，連接套7內(nèi)插鉸刀，其內(nèi)錐采用3號莫氏圓錐，可滿足一般常用鉸刀的安裝。連接套7松動地插入尾柄1的孔內(nèi)，連接套7的凸緣上的兩個孔內(nèi)壓入銷2，在尾柄1的端面的兩孔內(nèi)也壓有銷2，連接套7與尾柄1端面之間放置撥盤4，各銷2均插入撥盤4的通槽中，借此撥盤4來傳遞由尾柄1到連接套7的回轉(zhuǎn)力矩。銷2上部裝有襯套3以利于在撥盤9的通槽內(nèi)滑動。連接套2、撥盤4、尾柄1用特殊螺母5連接在一起，并通過推力球軸承壓住它們。浮動夾頭結(jié)構(gòu)如附圖。 45 67圖1- １ 浮動夾頭41—尾柄；2—銷軸；3—襯套；4—撥盤；5—螺母；6—軸承；7—連接套。這種結(jié)構(gòu)的夾頭不能使刀桿傾斜，當(dāng)鉸刀與孔不同心時，由于連接套與尾柄及撥盤上開有通槽，使連接套可在垂直于主軸軸線的平面內(nèi)移動，從而可使鉸刀自動找正。鉸刀移動量的大小決定于連接套和尾柄內(nèi)孔之間的間隙(可達3mm)。改變連接套內(nèi)孔的莫氏錐度等級，可適應(yīng)不同直徑鉸刀的安裝。此浮動夾頭應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，在提高精度及生產(chǎn)效率上都取得了良好的效果。5第 3 章 平移式浮動夾頭的零部件設(shè)計3.1 機械零件的設(shè)計方法機械零件的設(shè)計方法有傳統(tǒng)設(shè)計方法和現(xiàn)代設(shè)計方法兩大類。3.1.1 傳統(tǒng)的設(shè)計方法1）經(jīng)驗設(shè)計根據(jù)長期的設(shè)計、生產(chǎn)及使用的實踐總結(jié)的經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)來進行計算，或者參考已有的同類產(chǎn)品進行“ 類比”設(shè)計。這種設(shè)計方法簡便，但是有一定的局限性，一般用于簡單或者不太重要的零件的設(shè)計，如箱體、機架等。2）理論設(shè)計運用設(shè)計理論及實驗數(shù)據(jù)進行設(shè)計。理論設(shè)計有兩種計算方式。（1）設(shè)計計算 根據(jù)理論計算公式求出零件的主要尺寸，然后根據(jù)工藝要求確定結(jié)構(gòu)。（2）校核計算 先根據(jù)經(jīng)驗及簡單的方法，初選零件的主要尺寸及形狀，然后用理論校核公式進行計算。3.1.2 現(xiàn)代設(shè)計方法隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)的應(yīng)用，機械零件的設(shè)計也在突破傳統(tǒng)的設(shè)計方法向著更全面、更科學(xué)、更簡捷、更精確的方向發(fā)展，從而形成了現(xiàn)代設(shè)計方法?，F(xiàn)代設(shè)計方法目前主要有可靠性設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、有限元設(shè)計、疲勞設(shè)計、模塊設(shè)計、計算機輔助設(shè)計（CAD）智能設(shè)計及設(shè)計方法學(xué)等。3.2 機械零件的材料選擇及選擇原則機械零件所用的材料種類很多，主要是金屬材料和各種復(fù)合材料，其中剛和鑄鐵應(yīng)用最為廣泛。材料的選擇是否適合，影響到零件的可靠性和成本，因此選材是機械設(shè)計中比較重要的一個環(huán)節(jié)。3.2.1 鋼由于鋼具有較高的強度，良好的塑性、韌性和可加工性，并且可以通過熱處理改善其力學(xué)性能，因而得到廣泛的應(yīng)用。按化學(xué)成分不同，鋼可以分為碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼；按用途不同，可以分為結(jié)構(gòu)鋼（用以制造零件和工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件） 、工具鋼（用以制造刀具、模具和量具）和特殊鋼（用以制造在高溫、低溫、腐蝕性介質(zhì)等特殊情況下工作的機械零件） 。（1） 碳素鋼 碳素鋼分為普通碳素鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼兩大類。前者用于受載6不大且基本上受靜應(yīng)力的一般零件，后者用于受載荷較大且為變應(yīng)力或沖擊載荷的零件。優(yōu)質(zhì)碳素鋼根據(jù)含碳量的不同可分為：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。低碳鋼（含碳量小于 0.25%）力學(xué)性能差，但有較好的塑性和焊接性，適用于制造沖壓件和焊接件。中碳鋼（含碳量在 0.3%~0.5%之間）力學(xué)性能較高，又有一定塑性和韌性，可用于受載荷較大的零件。高碳鋼（含碳量在 0.55%~0.7%之間）力學(xué)性能高多用于制造強度較高的零件。（2） 合金結(jié)構(gòu)鋼 在優(yōu)質(zhì)碳素鋼中加入某種或某些合金元素，就形成各種合金鋼，從而達到改善鋼的力學(xué)性能的目的。3.2.2 鑄鐵鑄鐵和鋼同屬于鐵碳合金，但是其含碳量較高，一般大于 2%。鑄鐵屬于脆性材料，不能輾壓或鍛造，具有良好的鑄造性、切削性、耐磨性和減震性，抗壓性能也比較好。鑄鐵一般用于受力不大、沖擊載荷小、形狀復(fù)雜、需要減震的各種鑄件，如機床床身、殼體等。常用的是灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵。3.2.3 材料的選擇原則材料的選擇原則是機械零件設(shè)計中關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。選擇材料主要考慮使用要求、制造工藝要求及經(jīng)濟性要求三個方面的問題。使用要求是保證零件在規(guī)定的使用期限內(nèi)可靠工作而不發(fā)生失效，主要考慮以下幾點：（1）零件所受的載荷和應(yīng)力的大小、性質(zhì)及其分布情況，確保滿足強度和剛度的要求。（2）零件的尺寸和重量。（3）零件的工作條件。在機械零件的制造過程中，要考慮機械零件的制造工藝要求 ：首先要考慮零件毛坯的制造。對于形狀復(fù)雜、尺寸較的的零件，可以優(yōu)先選用鑄造材料或焊接材料；對于尺寸較小、外形簡單、批量大的零件，可以用適合壓或模鍛的高塑性材料。其次要考慮材料應(yīng)有良好的切削性和熱處理性。同時我們還要考慮經(jīng)濟性要求，在機械零件的成本中，材料的成本一般占 30%左右，最高達50%，因此經(jīng)濟性要求考慮：（1）材料的價格，盡量選用廉價材料、代用材料。（2）材料的利用率，盡量采用無切削或少切削的毛坯。（3）節(jié)約材料，尤其要節(jié)約稀有材料。73.3 尾柄的設(shè)計尾柄是浮動夾頭的主要部件，它是與機床主軸相連接的，尾柄上有莫氏 4 號錐、內(nèi)孔、兩個端面銷孔及螺紋。其中莫氏 4 號錐直接或配有相應(yīng)的襯套與主軸孔相匹配，以傳遞主軸的轉(zhuǎn)動；內(nèi)孔是用來與連接套間隙配合；兩個端面銷孔用來插銷，與撥盤間隙配合并通過撥盤把轉(zhuǎn)矩傳遞給尾柄；螺紋是用來與特殊螺母緊密相連接，以保證浮動能夠順利進行。在直徑兩變化處設(shè)計有倒角。尾柄的材料為 45 鋼。尾柄的設(shè)計圖形如圖 3-1 所示：圖 3-1 尾柄3.4 連接套的設(shè)計1、連接套的設(shè)計連接套相當(dāng)于傳動軸，主要用來傳遞運動和動力，是浮動夾頭的主要傳動零件。它與尾柄間隙配合，主要有半圓頭、臺階、兩個端面銷孔及莫氏 3 號內(nèi)錐孔組成。半圓頭是用來減少連接套與尾柄配合時的磨損以保證浮動的間隙不變。臺階上的兩個端面銷孔，用來插銷，與撥盤間隙配合并通過撥盤傳遞尾柄的轉(zhuǎn)矩。莫氏 3 號內(nèi)錐孔與標(biāo)準(zhǔn)刀具尾柄相匹配，主要作用是用來裝夾加工刀具，進行切削加工。在連接套的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)工藝性，應(yīng)便于加工、裝配、拆卸、測量和維修等，并且生產(chǎn)率高、成本低。一般地說，連接套的結(jié)構(gòu)越簡單工藝性越好。所以，在滿足使用要求的前提下，連接套的結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能簡化。設(shè)計時應(yīng)該注意以下幾個方面的問題：1） 、連接套的直徑變化應(yīng)盡可能少，應(yīng)盡量限制其最大直徑及各軸段間的直徑差，這樣既可能簡化結(jié)構(gòu)、節(jié)省材料，又可以減少切削量。82） 、各軸段的軸端應(yīng)制成45°的倒角（尺寸盡可能相同） 。3） 、與傳動零件的過盈配合的軸段，可設(shè)置10°的導(dǎo)錐。4） 、為便于拆卸軸承，其定位軸肩應(yīng)低于軸承內(nèi)圈高度，如果軸肩高度無法降低，則應(yīng)在軸上開槽，以便于放入頂拔器的鉤頭。5） 、不同軸段上的鍵槽應(yīng)布置在軸的同一條母線上，以避免多次裝夾。6） 、為了減小應(yīng)力集中，常在軸的截面尺寸變化處采用過渡圓角（半徑r）,但要注意與軸上零件孔端圓角（半徑R）或倒角（高C）間的協(xié)調(diào)。7） 、為了減少加工刀具的種類提高生產(chǎn)率，軸上直徑相近之處的圓角、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽和螺紋退刀槽寬度等，應(yīng)盡可能采用相同的尺寸。連接套上零件軸向的定為方式用軸肩進行，利用軸肩進行軸向定位結(jié)構(gòu)簡單、定位可靠，可承受較大軸向力。考慮以上零件的定位和裝配等要求，擬定連接套的設(shè)計如圖3-2所示：圖3-2 連接套 2、設(shè)計步驟1）根據(jù)工作條件選擇材料并初步確定軸的最小直徑軸的材料主要采用碳素鋼、合金鋼和球墨鑄鐵，不重要和載荷較小的軸，可選用Q235、Q237等普通碳素鋼。因為該軸沒有特殊要求，故選取45鋼，查表其抗拉強度 。650BaMP??查表 16-2 選取由式（16-2）估算軸的最小直徑查表得： ，由公式01A?33min110.pdm??該值為軸連接處的最小直徑，有一個鍵槽增加 ，則選取此直徑為 。%140dm?92）連接套的結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮以上零件的定位和裝配等要求，故其結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：因連接套只受軸向力的作用，故選一 51110 型推力球軸承，軸承的內(nèi)孔直徑，軸承的寬度 ，則裝軸承出的直徑為 ，安裝方式250dm?14Bm?3250dm?為過盈配合。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求及尺寸定位可靠，取臺階右端軸長度 ，2035l?連接套左端與尾柄在軸向為間隙配合，故選軸的長度。169.247.l??臺階的厚度 ，所以連接套的總長3m1234.5llm??3） 受力分析、繪計算簡圖作用在軸上的轉(zhuǎn)矩 095095785.3pTNn??繪轉(zhuǎn)矩圖（圖 3-3） ，為了使轉(zhuǎn)矩符合公式????221ca abTTMPW??????將 T 折換成 ，則 0.592786095.Nm???圖 3- 轉(zhuǎn) 矩 圖4） 校核軸的強度因為采用的軸為傳動形式 ，所以只需計算它的扭轉(zhuǎn)強度，當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩 時，(.)TNm強度條件為10（3-1）??6349.5102()T aTnpMPWd????????式中 — 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力， ；a— 軸的扭剖面模量， ；T 3m— 軸的直徑， ；d—軸的轉(zhuǎn)速 ,r/min；n—傳遞的功率，Kw ；p—系數(shù)， ；?1d?—許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力， ；??T?aMP公式（3-1 ）代入數(shù)值得：63509.148.36204()T aMPW??????經(jīng)查表， =30—50 ，因此 ，滿足強度要求。??T?aP??T??3.5 撥盤的設(shè)計撥盤的作用是用來把尾柄的運動或轉(zhuǎn)動傳遞給連接套。它的設(shè)計原理是與連接套為間隙配合，撥盤面上銑有4個通槽，用來分別插入尾柄與連接套的銷軸，且為間隙配合。對撥盤的設(shè)計要求是表面精度要高，且要有較好的平面度，因為一面與尾柄端面緊密相接觸，另一面與連接套的端面相接觸。撥盤選取的材料為45鋼。考慮以上的定位和裝配等要求，擬定撥盤的設(shè)計如圖3-4所示：11圖3-4 撥盤3.6 壓緊螺母的設(shè)計在本設(shè)計中，壓緊螺母的功用很多。螺母上的內(nèi)螺紋用來連接尾柄，起到連接作用。內(nèi)孔設(shè)計有臺階是為了頂住推力球軸承以及保證連接套與尾柄之間的正確位置。螺母的小臺階孔與連接套為間隙配合，間隙余量為0.20～0.30mm，目的是為了實現(xiàn)夾頭的浮動功能。壓緊螺母使撥盤、軸承、銷軸及襯套有了準(zhǔn)確的軸向和徑向定位，而且減少粉塵的進入，對夾頭內(nèi)部零件有保護作用。螺母外面設(shè)計有滾花，有利于其裝卸。螺母選取的材料為45鋼?？紤]以上的定位和裝配等要求，擬定壓緊螺母的設(shè)計如圖3-5所示：圖3-5 壓緊螺母3.7 銷的選擇銷的主要作用是用來固定零件之間的相互位置，它是組合加工和裝配的重要輔助零件，也可以用于軸于轂的聯(lián)接或其他零件的聯(lián)接，并可以傳遞不大的載荷，還可以作為安全裝置的過載剪斷元件。銷可以分為圓柱銷、圓錐銷、開口銷、槽銷及特殊形狀的銷等。其中圓柱銷、圓錐銷、開口銷均有國家標(biāo)準(zhǔn)。圓柱銷靠過盈固定在孔中，用以固定零件、傳遞動力或作定位元件。圓柱銷有不同的直徑公差供不同的配合要求使用。這種銷的缺點是如經(jīng)多次裝拆就回破壞聯(lián)接的可靠性或定位的精確性。銷通常不承受載荷或者只受很小的載荷，其直徑按結(jié)構(gòu)確定，數(shù)目一般用 2 個，銷在每一個被聯(lián)接件內(nèi)的長度，均為銷直徑的 1~2 倍。12查《機械零件設(shè)計手冊》圖 3-6 圓柱銷公稱直徑 d = 8mm 公差為 m6 公稱 L=18~95mm 材料為 35、45 鋼，并進行硬化處理，其許用切應(yīng)力 =80~100Mpa，許用彎曲應(yīng)力 =120~150Mpa 。不經(jīng)??? ??b?淬火，不經(jīng)表面處理的圓柱銷標(biāo)記：GB/T119.1 8m6×203.8 襯套的選擇襯套的主要作用是用來減少圓柱銷的磨損。由于尾柄與連接套在傳遞運動或轉(zhuǎn)動過程中，需要用圓柱銷來傳遞轉(zhuǎn)矩，在此過程中會加快圓柱銷的磨損，故設(shè)計襯套以減少圓柱銷的更換次數(shù)。4 個襯套都與圓柱銷為間隙配合，與撥盤也為間隙配合。襯套通常不承受載荷或者只受很小的載荷，其直徑及長度由圓柱銷確定。查《金屬切削機床夾具設(shè)計手冊》圖 3-7 襯套技術(shù)條件：1 材料 d≤26mm 132 熱處理 T10A 為 58~64HRC，20 鋼滲碳深度 0.8~1.2mm，58~64HRC3 其他技術(shù)條件接用 GB/T2259 的規(guī)定4 襯套的標(biāo)記：d = 8mm，H=10mm 的 A 型襯套襯套：A8×10 GB/T2263襯套與銷的配合為間隙配合，其規(guī)格尺寸部分見下表 1-1d D基本尺寸 極限偏差 F7 基本尺寸 極限偏差 n6H8 12 10 16 _10+0.028+0.013 15+0.023+0.01212 1812 20 2515 2218+0.034+0.01626+0.028+0.015 16 28 3622 3026+0.041+0.020 35+0.033+0.01720 36 453.7 滾動軸承的選擇與校核3.7.1 滾動軸承的選擇針對工作性能要求軸承有三個基本性能參數(shù)：滿足一定疲勞壽命要求的基本額定動載荷 C，滿足一定靜強度要求的基本額定靜載荷 C0 和控制軸承磨損的極限轉(zhuǎn)速N0。根據(jù)對所設(shè)計的平移式浮動夾頭的結(jié)構(gòu)與原理進行分析，所要求的軸承應(yīng)該具備：無須承受徑向載荷，需承受軸向載荷；轉(zhuǎn)速要求也不高且要符合經(jīng)濟性的要求，要進行與之相應(yīng)的性能指標(biāo)，選擇相應(yīng)的軸承。14滾動軸承的選擇表 1-2綜合上表分析可選擇推力球軸承，查《軸承手冊》可選擇的推力球軸承的基本數(shù)如下：軸承代號：51108基本額定載荷：Ca = 26.8 C0a = 62.8 單位：KN最小載荷常數(shù)：A = 0.021 極限轉(zhuǎn)速 脂潤滑 3400r/min油潤滑 4800r/min由于推力球軸承不受徑向力 ，只受軸向力 ，所以當(dāng)量動載荷rFaFP = = = =1080 N。aF0.25.13ppfvk?0.250.1534897???3.7.1 滾動軸承的校核預(yù)期推力球軸承所受的當(dāng)量動載荷 P=1080N，使用壽命 20000h，最高轉(zhuǎn)速 970 r/min，中等沖擊，常溫工作，試校核該軸承是否合格。查《軸承手冊》得溫度系數(shù)和載荷系數(shù)分別為： =1 =1.5 ，對球軸承 =3tfp?=1.2443 KN'' 36 601.50897201phatfnLC??????而選軸承的基本額定動載荷：Ca = 26.8KN，所以滿足設(shè)計要求，該軸承的實際壽命57375 h31671672809.5thpfCLn?????????????????滿足設(shè)計要求，因為軸承承受的載荷不大，故不需要進行靜強度計算。軸向載荷軸承類型 徑向載荷單向 雙向高速性 調(diào)心性 調(diào)隙性 價格比軸承 良 差 良 中 中 1調(diào)心球軸承 中 中 中 優(yōu) 差 1.8觸軸襯 良 良 無 良 中 良 2.1推力球軸承 無 優(yōu) 無 差 無 無 1.1雙向推力球軸承 無 優(yōu) 差 無 無 1.8推力圓柱滾子軸承 無 優(yōu) 無 差 無 無 3.815第四章 切削用量的選擇原則和計算4.1 切削用量的選擇原則切削用量是指切削速度、進給量及背吃刀量等三個切削要素，它們表示切削運動的大小及刀具切入工件的程度。根據(jù)加工零件的材料性質(zhì)、幾何尺寸、精度要求等因素來選擇三要素。切削用量三要素的選擇原則如下：1、切削深度 ap 切削深度是根據(jù)工件的加工余量來決定的選擇是應(yīng)考慮：1）在留下精加工及半精加工的余量后，粗加工應(yīng)盡可能將剩下的余量一次切削，以減少走刀次數(shù)；2）如果工件余量過大，也應(yīng)將第一次走刀的切削深度盡可能取大些；3）當(dāng)沖擊負(fù)荷較大，或工藝系統(tǒng)剛性較差時，應(yīng)適當(dāng)減小切削深度；4）一般精切（Ra1.25~2.5 毫米）時，可取 ap=0.05~0.8 毫米；半精切（Ra5.0~10.0 毫米）時，可取 ap=1.0~3.0 毫米；2、進給量 f 通常限制進給量的主要因素是切削力及加工表面粗糙度：粗切時表面粗糙度的要求不高，進給量主要受刀桿、刀片、工件及機床強度和剛度所能夠承受的切削力的限制。半精切削、精切削時進給量主要受表面粗糙度要求的限制，刀具的 Kr 偏角、刀尖圓弧半徑、切削速度、及工件材料的影響。3、切削速度16切削速度的選擇，主要考慮切削加工的經(jīng)濟性，必須保證刀具的經(jīng)濟壽命，同時切削負(fù)荷不應(yīng)該超過機床的額定功率。通常原則是：a) 刀具材料的耐熱性好，切削速度可以高些；b) 工件材料的強度、硬度高，或塑性太大和太小，切削速度應(yīng)取低些；c) 加工帶皮工件時，應(yīng)適當(dāng)減低切削速度；d) 斷續(xù)切削時，應(yīng)取較低的切削速度；e) 工藝系統(tǒng)剛性較差時，切削速度應(yīng)適當(dāng)減小4.2 切削用量的計算工序 1、 粗車 40 、 84 的外圓，留余量 2?mm加工條件：CA6140 車床，主偏角 =90o、副偏角 =10o，0～100 /0.02 游'rKm標(biāo)卡尺，0～100 /0.01 千分尺，乳化液冷卻。1 確定背吃刀量工件材料 45 鋼，毛坯料 90 ×125 ，采用硬質(zhì)合金車刀切削，查《機床?加工工藝手冊》表 3.5粗加工外圓時，取 =5～8 ， pam2 確定進給量 根據(jù)《機床加工工藝手冊》表 3.7 選擇進給量粗加工外圓時，取 =0.5～0.7 /min，f3 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)《機夾可轉(zhuǎn)位刀具手冊》表 1.1-3.3，YT15 硬質(zhì)合金車刀的最大磨損量：粗車 1.0～1.4 , 耐用度為 T=30minm4 確定切削速度和轉(zhuǎn)速根據(jù)查《機械加工工藝手冊》取=212 ，T=30min， =6 ， =0.6vCpafm切削速度98.17( /min)0.2150.3vpTaf??0.2.150.356vC??轉(zhuǎn)速=347.42(r/min)swvnd?98.70根據(jù)查《切削手冊》表與 347.42r/min 相近的主軸轉(zhuǎn)速為 280r/min 和 350r/min 取 350r/min 。sn?5 計算基本時間17根據(jù)查《金屬切削手冊》可得切削時間基本公式：m57.0t 2.8min36plAnfa????其中 進給行程長度（ ）l?轉(zhuǎn)速（ ）每次加工總余量（ ）A工件直徑（ ）dm總工時 2.8 + 2 =4.8minmatt??其中 切削工時?輔助時間at工序 2、 粗車 52 的外圓，留余量 2?加工條件：CA6140 車床，主偏角 =90o、副偏角 =10o，0～100 /0.02rK'rKm游標(biāo)卡尺，0～100 /0.01 千分尺，乳化液冷卻。m1 確定背吃刀量工件材料 45 鋼，毛坯料 90 ×125 ，采用硬質(zhì)合金車刀切削，查《機床?m加工工藝手冊》表 3.5，粗加工時，取 =5～8 ，pa2 確定進給量 根據(jù)《機床加工工藝手冊》表 3.7 選擇進給量粗加工外圓時，取 =0.5～0.7 /min，fm3 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)《機夾可轉(zhuǎn)位刀具手冊》表 1.1-3.3，YT15 硬質(zhì)合金車刀的最大磨損量：粗車 1.0～1.4 , 耐用度為 T=30min4確定切削速度和轉(zhuǎn)速根據(jù)查《機械加工工藝手冊》取=212 ，T=30， =6 ， =0.6vCpamf切削速度98.17( /min)0.2150.3vptaf?0.2.150.356??m轉(zhuǎn)速=347.42( /min)swvnd??98.70?r18根據(jù)查《切削手冊》表與 347.42 /min 相近的主軸轉(zhuǎn)速為 280 /min 和rr350 /min 取 350 /min。rsn?r5 計算基本時間根據(jù)查《金屬切削手冊》可得切削時間基本公式：m5t 2min30.76plAnfa????總工時 2 + 2 =4 mintt?工序 3、 鉆 20 的孔?加工條件：CA6140 車床、三爪卡盤、0～100 /0.02 游標(biāo)卡尺， 20 麻花?m鉆，乳化液冷卻。1 確定進給量 f根據(jù)表 5-61，取 ,根據(jù) Z3040 鉆床表 5-24 實際.2.0.4/dmr???縱向進給量取 f=0.4 / 。mr2 選擇鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)《切削手冊》表 2.21，取鉆頭的最大磨損量為 0.8 ；耐用度為 T=45min 。3 確定切削速度和轉(zhuǎn)速 根據(jù)《切削手冊》表 3.27， , , ， ， ，4.2VC?0.VZVX?0.5Y.7m?1vP?切削速度 0.40.752198.6(/in)5zVcmxypdTaf????轉(zhuǎn)速 1.962(/min)18swvnrd??根據(jù)《切削手冊》表 4.2-2,與 r/min 相近的主軸轉(zhuǎn)速為 n =280 /min，實際切wr削速度 19.8207.4(/i)V????4 計算基本時間 。bT加工孔的長度為 84 ，切入量L?m19，取19.8cot(~2cot601~26.87()dy m???????） （ ） 14L?14.(in)8bwLTnf??工序 4、熱處理 調(diào)質(zhì)處理的目的是使鋼具有高的強度、高的韌性相結(jié)合的良好綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)處理為 23～32HRC。工序 5、精車 40 、 的外圓?m0.148?加工條件：CA6140 車床，主偏角 =90o、副偏角 =10o，0～100 /0.02rK'rKm游標(biāo)卡尺，0～100 /0.01 千分尺。1 確定背吃刀量工件材料 45 鋼，毛坯料 90 ×125 ，采用硬質(zhì)合金車刀切削，查《機床?m加工工藝手冊》表 3.5，精加工外圓時，取 =0.5～1 ，pa2 確定進給量 根據(jù)《機床加工工藝手冊》表 3.7 選擇進給量精加工外圓時，取 =0.2～0.3 /min，fm3 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)《機夾可轉(zhuǎn)位刀具手冊》表 1.1-3.3，YT15 硬質(zhì)合金車刀的最大磨損量：精車 0.4～0.6 ，耐用度為 T=30min，4 確定切削速度和轉(zhuǎn)速根據(jù)查《機械加工工藝手冊》取=212 ，T=30， =0.5 ， =0.6vCpamf切削速度 0.2150.3Vptf?0.2.150.3521.(/min)??轉(zhuǎn)速 swvnd??.75.(/in)90r??根據(jù)查《切削手冊》表與 347.42r/min 相近的主軸轉(zhuǎn)速為 710 和 900 /mir取 710 。 /minrs/minr205 計算基本時間根據(jù)查《金屬切削手冊》可得切削時間基本公式：m57.0.t 27min16plAnfa????總工時 0.2.itt??工序 6、 精車 的外圓 0.53??加工條件：CA6140 車床，主偏角 =90o、副偏角 =10o，0～100 /0.02rK'rKm游標(biāo)卡尺，0～100 /0.01 千分尺。m1 確定背吃刀量工件材料 45 鋼，毛坯料 90 ×125 ，采用硬質(zhì)合金車刀切削，查《機床?m加工工藝手冊》表 3.5，精加工外圓時，取 =0.5～1 ，pa2 確定進給量 根據(jù)《機床加工工藝手冊》表 3.7 選擇進給量精加工外圓時，取 =0.2～0.3 /minfm3 選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)《機夾可轉(zhuǎn)位刀具手冊》表 1.1-3.3，YT15 硬質(zhì)合金車刀的最大磨損量：精車 0.4～0.6 ，耐用度為 T=30min4 確定切削速度和轉(zhuǎn)速根據(jù)查《機械加工工藝手冊》取=212 ，T=30， =0.5 ， =0.6vCpamf切削速度 0.2150.3Vptf?0.2.150.3521.(/min)??轉(zhuǎn)速 swvnd??.75.(/in)90r??根據(jù)查《切削手冊》表與 347.42r/min 相近的主軸轉(zhuǎn)速為 710 和 900 /mir取 710 。 /minrs/minr5 計算基本時間根據(jù)查《金屬切削手冊》可得切削時間基本公式：21m50.t 26min716plAnfa????總工時 0.2.itt??工序 7、鉆 孔，孔深 80.1328??加工條件：Z525A 鉆床，鉗工臺， 8H9 孔用塞規(guī)， 9 標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆， 8 標(biāo)準(zhǔn)麻???花鉆，0～200mm/0.02 游標(biāo)卡尺1 確定進給量 f根據(jù)表 5-61，取 ,根據(jù) Z3040 鉆床表 5-24 實際0.2.0.4/dmr???縱向進給量取 f=0.4 / 。mr2 選擇鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)《切削手冊》表 2.21，取鉆頭的最大磨損量為 0.8 ；耐用度為 T=45min 。3 確定切削速度和轉(zhuǎn)速 根據(jù)《切削手冊》表 3.27, , ， ， ， 6.VC?0.4VZVX?0.5Y.2m?1vP切削速度 0.40.256198.71(/in)5zVcmxypdTaf????轉(zhuǎn)速 1015.72(/min)98swvnrd????根據(jù)《切削手冊》表 4.2-2,與 r/min 相近的主軸轉(zhuǎn)速為 n =280 /min，實際切wr削速度 19.8207.4(/mi)V????4 計算基本時間 bT加工孔的長度為 8 ， Lm切入量 ，取cot(1~2cot601~23.4()dy m???????） （ ） 12L?221820.9(min)4bwLTnf?????工序 8、銑 的鍵槽10m?加工條件：XA6132 臥式銑床，專用夾具，P10 三面刃銑刀，YT15 刀片，齒數(shù) 20,柴油冷卻，0～200 /0.02 游標(biāo)卡尺1 確定背吃刀量 由零件圖知銑削寬度為 a =8.2 , 銑削深度為 =40 。empam2 確定每齒進給量 根據(jù)《切削手冊》表 3.5，每齒進給量 f =0.06～0.18 / 。取z z0.6/zfmz?3 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)《切削手冊》表 3.7，銑刀刀齒后面的最大磨損量為 1.2 ；耐用度為mT=150min。4 確定切削速度、轉(zhuǎn)速、工作臺每分鐘進給量根據(jù)《切削手冊》表 3.27， ， ， ， ， ，270vC?.1vq0.vX?.4vy0.3vU?vp0.35m?切削速度 0.40.35. 0271372.54(/min)169zVcmxyupedTaf? ????轉(zhuǎn)速 1072.450(/min)1swvnrd??根據(jù)《切削手冊》表 4.2-39,與 550 ，相近的主軸轉(zhuǎn)速為 560 ,取 /ir /minrs=560 。/mir工作臺每分鐘進給量為 ，根據(jù)《切削 S 手冊》0.627(/in)mf???表 4.2-40，XA6132 銑床與 72 相近的進給臺進給量 =75 ，則實際/inmf/in的每齒進給量為 =75 。mf/i5 計算基本時間 根據(jù)《切削手冊》74.2-31，取 ,10.5~l?23銑鍵槽 13.80.19min75mfltv???工序 9、熱處理淬火處理的目的是強化鋼件，充分發(fā)揮鋼材性能的潛力。其主要是提高鋼件的力學(xué)性能，如提高硬度、耐磨性、彈性極限等；改善材料的物理性能和化學(xué)性能，如耐腐蝕性。工序 10、研磨研磨選擇的主要材料為白剛玉，研磨的主要目的是提高工件尺寸，形狀精度和降低表面粗糙度，精度可達 0.025 m?總 結(jié)本設(shè)計到目前為止，已經(jīng)基本完成。在設(shè)計過程中也對原始零部件做了一些改進。 在本次設(shè)計中，所做的分析、計算等設(shè)計步驟都是必要的，達到了設(shè)計的目的，以下是本次的設(shè)計思想。為了使本方案設(shè)計能較好地滿足工作范圍和性能要求，首先參考了同類的浮動夾頭及手頭資料提供的數(shù)據(jù)，確定了尾柄、連接套、壓緊螺母等零件的尺寸，從而設(shè)計出原理圖。本原理圖滿足了工作范圍的要求，效率適中，其中，裝配尺寸的設(shè)計花費了一些時間，做了較多的反復(fù)。浮動夾頭的設(shè)計工作原理是使其與機床的主軸相連接，通過連接套把主軸的運動或轉(zhuǎn)動傳遞給刀具。在設(shè)計過程中，對每一個零件材料的選擇、分析與計算都是非常重要的。設(shè)計出的夾頭工作性能的優(yōu)劣對被加工零件影響很大，性能好，能夠達到設(shè)計目的，也是本次設(shè)計最終目標(biāo)。因此做了大量的資料查詢、收集。從中分析、計算，從計算結(jié)果可以知道，本設(shè)計的性能較好，能夠滿足要求。連接套設(shè)計屬于關(guān)鍵部分設(shè)計，根據(jù)連接套方案設(shè)計確定撥盤、軸承等零件的尺寸結(jié)構(gòu)及位置尺寸。為了保證扭矩傳遞的穩(wěn)定性，需要對連接套進行強度校核。通過查資料、手冊等，通過計算證明連接套的設(shè)計是能夠在工作壓力作用下正常工作。圓柱銷及襯套的尺寸選擇、配合精度都是通過查手冊得到的。同時，還對軸承的壽命進行校核，通過選擇與一系列的計算，可以證明所選擇的軸承能夠滿足壽命要求。24在對零件的實際加工過程中，還需要對工藝、切削用量等進行分析與計算，例如加工路線、工序、切削深度、速度以及進給量的選擇等，都查了相關(guān)切削手冊，進行材料的分析與計算而得到數(shù)據(jù)，并通過詢問實習(xí)老師才進行加工的，最終完成零件的裝配工作。 在設(shè)計過程中還存在一些不足，例如結(jié)構(gòu)的設(shè)計不是十分完美、實物表面質(zhì)量還不夠理想等。我也感覺到自己所學(xué)的專業(yè)知識是遠遠不夠的，以后會繼續(xù)努力學(xué)習(xí)、鉆研，為機械行業(yè)盡微薄之力。參考文獻[1] 崔正昀,王健民等.機械設(shè)計基礎(chǔ).天津:天津大學(xué)出版社，2000.[2] 李 洪 .機 械 加 工 工 藝 手 冊 .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ,1999.[3] 白 成 軒 .機 床 夾 具 設(shè) 計 新 原 理 .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ,1997.[4] 薛 源 順 .機 床 夾 具 設(shè) 計 .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ,2000.[5] 肖 繼 德 ,陳 寧 平 .機 床 夾 具 設(shè) 計 .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ,1991.[6] 勞 動 和 社 會 保 障 部 教 材 辦 公 室 .機 床 夾 具 .第 二 版 .北 京 :中 國 勞 動 社 會 保 障 部 出 版 社 ,2001.[7] 陳 宏 鈞 .金 屬 切 削 速 查 速 算 手 冊 .第 二 版 .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ,2004.[8] 成 大 先 .機 械 設(shè) 計 手 冊 .第 三 篇 .聯(lián) 接 與 緊 固 .北 京 :化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 ,2004.[9] 徐 圣 群 .簡 明 機 械 加 工 工 藝 手 冊 .上 海 :上 海 科 學(xué) 技 術(shù) 出 版 社 ,1991.[10] 陳 宏 鈞 .機 械 加 工 工 藝 手 冊 .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ,1996.[11] 馮 之 敬 .機 械 制 造 工 程 原 理 .北 京 :清 華 大 學(xué) 出 版 社 ,2005.[12] 編 委 會 .機 械 工 程 材 料 性 能 數(shù) 據(jù) 手 冊 .北 京 :機 械 工業(yè) 出 版 社 ,1994.[13] 張 進 生 .機 械 制 造 工 藝 學(xué) 與 夾 具 設(shè) 計 指 導(dǎo) .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ,1997.[14] 宋 殷 .機 床 夾 具 設(shè) 計 .武 漢 :華 中 理 工 大 學(xué) 出 版 社 ,1995.25[15] 李 洪 .機 械 加 工 工 藝 手 冊 .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ,1999.致 謝首先衷心感謝我的指導(dǎo)老師王健民教授。從論文的選題到設(shè)計方法、思路以及論文的撰寫都是在指導(dǎo)老師王健民教授的悉心指導(dǎo)和熱切關(guān)懷下完成的。王老師廣博的知識、敏銳的思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和誨人不倦的育人作風(fēng)，我將終生學(xué)習(xí)。他對學(xué)生嚴(yán)格要求，著重培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力，使我在畢業(yè)設(shè)計過程中受益匪淺。在此向王老師表示最為真摯的敬意和深深的感謝!在畢業(yè)設(shè)計實做過程中得到了系實習(xí)車間的各位老師的大力支持和幫助，其中包括張富強老師、崔立軍老師等，在此表示真摯的感謝！在實做期間，得到了好友張萬貴、賀林同學(xué)以及高職部學(xué)生大力支持和幫助，其中包括李強、白楊、白鈺等，在此表示衷心的感謝!感謝所有被引用的文獻的作者們，他們的研究工作使我在理論研究中獲益匪淺。最后，感謝在百忙之中為我審閱論文的各位專家!向所有在我求學(xué)道路上給予關(guān)心和幫助的老師和同學(xué)們表示衷心的謝意！26二00七 年 六 月