畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）六角螺栓車總長(zhǎng)裝置設(shè)計(jì)

1、六角螺栓車總長(zhǎng)裝置設(shè)計(jì)六角螺栓車總長(zhǎng)裝置設(shè)計(jì) 摘摘 要要 本課題是針對(duì)某廠生產(chǎn)的零件（六角螺栓）進(jìn)行車總長(zhǎng)的裝置設(shè)計(jì)，該課題是對(duì) 某企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品的加工過(guò)程設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，需實(shí)習(xí)調(diào)研過(guò)程。在我們?nèi)?shí) 踐觀察的過(guò)程中不僅提高了自身的觀察能力而且也同時(shí)提高了我們的思考，判斷等綜 合能力。通過(guò)對(duì)該課題的研究和設(shè)計(jì)，可以鞏固我們對(duì)所學(xué)理論知識(shí)掌握，提高我們 解決實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)問(wèn)題的能力和創(chuàng)新性。在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，綜合各方面的考 慮自己設(shè)計(jì)了一個(gè)彈簧夾頭，其中彈簧夾頭的材料是很有講究的，這在后面都會(huì)說(shuō)到。 夾頭主要利用了楔形結(jié)構(gòu)。因?yàn)楣S的工作環(huán)境和成本效率，我選擇了氣動(dòng)的傳動(dòng)方 案。雖然看上

2、去很簡(jiǎn)單，但是就生產(chǎn)效率的提高上去看絕對(duì)起到了非常大的效果。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字：氣缸；彈簧夾頭；彈簧鋼；六角螺栓；楔形結(jié)構(gòu) the lathing total length fixture design of tapped stud abstract this topic is for a certain part(hex bolts) which should be turn the total length out. the subject is very practical.it also need to investigate in the factory.during the inves

3、tigation,it do not only promote our ability of observation but also enhance our thinking and judgment comprehensive abilities.we can turn our theoretical knowledge into practice.in my graduation design,i have considered many aspects.i have designed a spring chuck which is wedge- shaped.the material

4、of the spring chuck is complex.because of the working environment and the cost,i think the pneumatic transmission is best.although it is easy,it is very useful for the improvement of the efficiency. the keywords：cylinder； spring chuck； spring steel； hexagonal bolt； wedged structure 目目 錄錄 引引 言言.1 第第

5、1 1 章章 緒緒 論論.2 1.1 六角螺栓簡(jiǎn)介.2 1.2 六角螺栓級(jí)別和扭力(扭矩)的相對(duì)關(guān)系.2 1.3 彈簧夾頭的現(xiàn)狀和應(yīng)用現(xiàn)狀.3 第第 2 章章 氣壓傳動(dòng)方案氣壓傳動(dòng)方案.4 2.1 方案的提出.4 2.2 整體方案的分析、比較與確定.5 第第 3 章章 氣缸的確定氣缸的確定.6 3.1 氣缸的選擇.6 3.1.1 氣缸的使用要求 .6 3.1.2 氣缸的選擇要點(diǎn) .6 3.2 氣缸各機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算.6 3.2.1 氣缸的作用力大小 .6 3.2.2 活塞(或缸)的運(yùn)動(dòng)速度 .8 3.2.3 氣缸的選擇 .11 第第 4 4 章章 彈簧夾頭的設(shè)計(jì)彈簧夾頭的設(shè)計(jì).14 4.1 彈簧夾

6、頭的使用和制造.14 4.1.1 何時(shí)使用彈簧夾頭 .14 4.1.2 彈簧夾頭的應(yīng)用 .15 4.1.3、彈簧夾頭提出問(wèn)題及提出解決問(wèn)題的方案.18 4.1.4、彈簧夾頭的改進(jìn).18 4.1.5、在加工夾具體和夾具頭時(shí)對(duì)加工精度的保證.19 4.1.6、卡塊的加工工藝及其精度的保證.21 4.2 彈簧夾頭的工藝.23 4.2.1 彈簧夾頭的熱處理 .23 4.3 提高彈簧夾頭壽命的探討.25 4.3.1 提高壽命的探討 .25 4.3.2 彈簧夾頭的精度分析 .26 結(jié)論與展望結(jié)論與展望.27 致致 謝謝.28 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).29 附錄附錄 a a.30 附錄附錄 b.35 插圖清單插圖

7、清單 圖 1-1 不銹鋼六角螺栓.2 圖 3-1 氣缸輸出力經(jīng)驗(yàn)圖.7 圖 3-2 氣缸輸出力經(jīng)驗(yàn)圖.8 圖 3-3 活塞桿徑與活塞桿最大計(jì)算長(zhǎng)度()之間的關(guān)系.9 圖 3-4 活塞桿徑與活塞桿最大計(jì)算長(zhǎng)度()之間的關(guān)系.9 圖 3-5 .10 圖 3-6 氣缸空氣消耗量 .11 圖 3-7 氣缸二維圖.13 圖 3-8 氣缸三維圖.13 圖 4-1 以前的彈簧夾頭結(jié)構(gòu).18 圖 4-2 鑲塊式彈簧夾頭.19 圖 4-3 夾頭外錐面車加工示意圖.19 圖 4-4 夾頭定位面加工原理.20 圖 4-5 圓錐面的磨削原理.20 圖 4-6 夾頭內(nèi)孔的磨削原理.21 圖 4-7 夾頭導(dǎo)向面的磨削原理

8、.21 圖 4-8 卡塊六分口的銑削原理.22 圖 4-9 磨削卡塊外徑原理.22 圖 4-10 彈簧夾頭示意圖.23 圖 4-11 淬火+低溫回火工藝圖.23 圖 4-11 彈簧夾頭回火工藝示意圖.24 圖 4-12 熱處理工藝工藝曲線.26 表格清單表格清單 表 3-1 氣缸型號(hào)表.11 表 4-1 回火溫度和時(shí)間的關(guān)系. .24 引引 言言 本課題是對(duì)某廠生產(chǎn)零件-六角螺栓進(jìn)行機(jī)械車加工總長(zhǎng)的裝置設(shè)計(jì)，該課題是 對(duì)某企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品的加工過(guò)程設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，需實(shí)習(xí)調(diào)研過(guò)程。在我們?nèi)?實(shí)踐觀察的過(guò)程中不僅提高了自身的觀察能力而且也同時(shí)提高了我們的思考，判斷等 綜合能力。通過(guò)對(duì)該課題的研

9、究和設(shè)計(jì)，可以鞏固學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)掌握，提高學(xué) 生解決實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)問(wèn)題的能力和創(chuàng)新性。由于是大批量生產(chǎn)如果用三爪卡盤 就行裝夾，效率方面肯定是上不去的，在這樣的基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了改裝，設(shè)計(jì)出了配 套的彈簧夾頭與氣壓頂緊的裝置，以致使生產(chǎn)效率得到了很大的提高。從中也是我們 運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，更是對(duì)大學(xué)階段所學(xué)關(guān)于機(jī)械 及氣壓知識(shí)和實(shí)際動(dòng)手能力的一個(gè)考察。通過(guò)這次課題，不但可以提高我們的綜合訓(xùn) 練設(shè)計(jì)能力、科研能力，其中包括實(shí)際動(dòng)手能力、查閱文獻(xiàn)能力，撰寫(xiě)論文能力，還 是一次十分難得的提高創(chuàng)新能力的機(jī)會(huì)，并且使我在以下幾個(gè)方面得到訓(xùn)練： 1、了解氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10、的基本方法和設(shè)計(jì)要求，培養(yǎng)了我們運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決 具體工程技術(shù)問(wèn)題的能力。 2、掌握氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，熟悉設(shè)計(jì)的有關(guān)技術(shù)文件，規(guī)范設(shè)計(jì)手冊(cè)及相關(guān)元 件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 3、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，進(jìn)行工況分析和確定氣壓系統(tǒng)的氣壓元件擬定出氣壓系統(tǒng)，并 對(duì)氣壓系統(tǒng)主要性能作必要的設(shè)計(jì)計(jì)算。 針對(duì)大學(xué)中所學(xué)的機(jī)械及氣壓方面的知識(shí)，我選擇這個(gè)課題來(lái)完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)， 并進(jìn)行了大量的實(shí)地調(diào)研考察，嘗試和論證。本次設(shè)計(jì)中主要以課本和搜集來(lái)的各種 資料作為依據(jù)，基于所學(xué)的知識(shí)，從簡(jiǎn)單入手，循序漸進(jìn)，逐步掌握設(shè)計(jì)的一般方法 和步驟，讓我把知識(shí)掌握的更加牢固，并把所學(xué)的知識(shí)融成一個(gè)體系，以適應(yīng)將來(lái)實(shí) 際工作的

11、需要。由于初次設(shè)計(jì)，所學(xué)知識(shí)又存在大量局限，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)也存在著大量的 不足，因此對(duì)一些問(wèn)題可能考慮不周，致使設(shè)計(jì)中難免會(huì)存在有某些缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇 請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 第第 1 1 章章 緒緒 論論 1.1 六角螺栓簡(jiǎn)介 六角螺栓即六角頭螺栓（部分螺紋）-c 級(jí)及六角頭螺栓（全螺紋）-c 級(jí)，又名六 角頭螺栓（粗制） 、毛六角頭螺栓、黑鐵螺絲。圖 1-1 不銹鋼六角螺栓 常用的標(biāo)準(zhǔn)可參見(jiàn)：sh3404、hg20613、hg20634 等。 1.2 六角螺栓級(jí)別和扭力(扭矩)的相對(duì)關(guān)系 在螺紋緊固件的使用中應(yīng)用的較廣泛的是螺栓螺母連接副的形式，應(yīng)用的較多 的是有預(yù)緊力的連接方式，預(yù)緊力的連接可以提

12、高螺栓連接的可靠性、防松能力及螺 栓的疲勞強(qiáng)度，并且能增強(qiáng)螺紋連接體的緊密性和剛度。在螺紋緊固件的連接使用中， 沒(méi)有預(yù)緊力或預(yù)緊力不夠時(shí)，起不到真正的連接作用，一般稱之為欠擰；但過(guò)高的預(yù) 緊力或者不可避免的超擰也會(huì)導(dǎo)致螺紋連接的失敗。眾所周知，螺紋連接的可靠性是 由預(yù)緊力來(lái)設(shè)計(jì)和判斷的，但是，除在實(shí)驗(yàn)室可以測(cè)量外，在裝配現(xiàn)場(chǎng)一般是不易直 觀的測(cè)量。螺紋緊固件的預(yù)緊力則多是采用力矩或轉(zhuǎn)角的手段來(lái)達(dá)到的。因此，當(dāng)設(shè) 計(jì)確定了預(yù)緊力之后，安裝時(shí)采用何種控制方法？如何規(guī)定擰緊力矩的指標(biāo)？則成為 關(guān)鍵重要問(wèn)題，這就提出來(lái)了螺紋緊固件扭（矩）拉（力）關(guān)系的研究課題。 螺紋緊固件扭拉關(guān)系，不僅涉及到扭矩系數(shù)

13、、摩擦系數(shù)（含螺紋摩擦系數(shù)和支 撐面摩擦系數(shù)）、屈服緊固軸力、屈服緊固扭矩和極限緊固軸力等一系列螺紋連接副 的緊固特性的測(cè)試及計(jì)算方法，還涉及到螺紋緊固件的應(yīng)力截面積和承載面積的計(jì)算 方法等基礎(chǔ)的術(shù)語(yǔ)、符號(hào)的規(guī)定。并且也還必須給出螺紋緊固件緊固的基本規(guī)則、主 要關(guān)系式以及典型的擰緊方法。目前，這些內(nèi)容 iso/tc2 尚無(wú)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，德國(guó)工程 師協(xié)會(huì)早在七十年代就發(fā)表了 dvi2230高強(qiáng)度螺栓連接的系統(tǒng)計(jì)算技術(shù)準(zhǔn)則。日本 也于 1987 和 1990 年發(fā)布了三項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，尚未查到其他國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn) 相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，僅少數(shù)企業(yè)制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。尤其是隨著引進(jìn)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化不斷的 拓展和

14、螺紋緊固件技術(shù)發(fā)展的需要，這一需求日趨迫切。這也就是制定此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的初 衷。 1.3 彈簧夾頭的現(xiàn)狀和應(yīng)用現(xiàn)狀 在現(xiàn)代復(fù)雜的制造環(huán)境中，想在最佳狀態(tài)下保持連續(xù)切削加工，大多數(shù)工廠都必 須經(jīng)過(guò)機(jī)床制造商的嚴(yán)格培訓(xùn)，認(rèn)真學(xué)習(xí)新設(shè)備的加工運(yùn)動(dòng)原理、結(jié)構(gòu)特征和使用技 巧，方能進(jìn)行操作使用。尤其對(duì)于頂端的技術(shù)系統(tǒng)，更是如此。例如，先進(jìn)的機(jī)床控 制系統(tǒng)，復(fù)雜形狀零件的 5 軸加工程序的匯編等。慶幸的是，有一種與此相反的處理 方案，這就是截止目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的一些功能強(qiáng)大、精度高，但又容易操作(勿須專門 培訓(xùn))和使用壽命長(zhǎng)的工藝裝備。用以快速定位、夾緊工件(或刀具)的相對(duì)卡盤定位精 度高的彈簧夾頭(或稱彈簧套)

15、就屬于這一范疇。它具有 100 多年的悠久歷史和很廣闊的 應(yīng)用范圍。 第一個(gè)彈簧夾頭的使用并不是很理想的。但當(dāng)時(shí)確實(shí)證明了一個(gè)事實(shí)，一個(gè)好的 工件夾頭的使用，能提高生產(chǎn)效率和加工零件精度。后來(lái)，在車床開(kāi)發(fā)制造領(lǐng)域享有 盛名的 hardinge 公司，在 1901 年驕傲地在他們開(kāi)發(fā)的車床上使用了(于 1890 年)由本 公司研制成功，用以提供工件定位與夾緊的彈簧夾頭，并將他們的產(chǎn)品圖紙和開(kāi)發(fā)的 系列產(chǎn)品向外公布。當(dāng)時(shí)主要是為適應(yīng)鐘表和透鏡制造業(yè)大批量生產(chǎn)的市場(chǎng)需要而開(kāi) 發(fā)的。能如此好地為早期(1920 年前)的普通車床與凸輪式多軸自動(dòng)車床提供得心應(yīng)手 的彈簧夾頭產(chǎn)品，的確令人難以置信。這就如同

16、在現(xiàn)在的先進(jìn)的 cnc 車床上配置一套 現(xiàn)代化技術(shù)的控制系統(tǒng)。 讓我們回顧以往，隨著加工與設(shè)備技術(shù)的不斷進(jìn)步，在要求各個(gè)系統(tǒng)都能極高地 提高生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì)改革潮流中，對(duì)作為機(jī)床的最基本但又很重要的工藝裝備彈簧夾 頭，卻從沒(méi)有給以設(shè)計(jì)的空間和時(shí)間。這似乎是件非常奇怪的事情。 在機(jī)床結(jié)構(gòu)也在以飛快速度變換著的形勢(shì)下，能繼續(xù)保持原彈簧夾頭基本結(jié)構(gòu)保 持不變的這一奇跡，主要?dú)w功于它特具有的靈巧、精致的結(jié)構(gòu)和功能強(qiáng)大、使用方便 以及經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。彈簧夾頭雖小，但在機(jī)床工業(yè)中確實(shí)起到了很重要的作用，這 是都是由于它具有以下很強(qiáng)的功能： 1. 能精確地定位與夾緊工件(或刀具)，具有抵抗扭矩和承受來(lái)自多方向

17、切削力的 功能。 2. 具有增大驅(qū)動(dòng)力(拉力)和轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)力為工件(或刀具)夾緊力的功能。 3. 具有快速松開(kāi)工件(或刀具)的功能。 4. 具有在不降低加工精度和使工件不受損害前提下的高重復(fù)精度。 5. 具有能在較寬的主軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作與只有極小的夾緊力損失的能力。 第第 2 章章 氣壓傳動(dòng)方案氣壓傳動(dòng)方案 2.1 方案的提出 該課題的傳動(dòng)方案可以分為氣動(dòng)式，液壓式，和機(jī)械式三類。采用方式不同，結(jié) 果會(huì)有非常明顯的區(qū)別。 方案一：機(jī)械傳動(dòng) 通用的機(jī)械傳動(dòng)有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)等。適用于精密傳動(dòng)場(chǎng) 合，加工、安裝、調(diào)整的精度要求高，因而成本較高。無(wú)過(guò)載保護(hù)，需專門加工設(shè)備。 方案二：

18、氣壓傳動(dòng) 氣壓傳動(dòng)簡(jiǎn)稱氣動(dòng)，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力和控制信號(hào)，控制和 驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械和設(shè)備。主要優(yōu)點(diǎn)有： （1）空氣隨處可取，取之不盡，無(wú)介質(zhì)費(fèi)用和供應(yīng)上的困難； （2）用后的空氣直接排入大氣，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，處理方便，不必設(shè)置回收管路， 因而也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充及更換等問(wèn)題； （3）空氣粘度小(約為液壓油的萬(wàn)分之一)，在管內(nèi)流動(dòng)阻力小，壓力損失小，便 于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。即使有泄漏，也不會(huì)嚴(yán)重影響工作，不會(huì)污染環(huán)境； （4）氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，適于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化； （5）氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、 振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中工作

19、時(shí)，安全可靠性優(yōu)于液壓、電子和電氣系統(tǒng)； （6）.排氣時(shí)氣體因膨脹而溫度降低，因而氣動(dòng)設(shè)備可以自動(dòng)降溫，長(zhǎng)期運(yùn)行也 不會(huì)發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。 同時(shí)，它亦有相應(yīng)的缺點(diǎn)，如由于空氣的可壓縮性大，所以氣動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性差， 負(fù)載變化時(shí)對(duì)工作速度的影響較大，速度調(diào)節(jié)較難；氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作壓力低，輸出 力較小，且傳動(dòng)效率低等。 方案三 ：液壓傳動(dòng) 相比于氣動(dòng)，液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)有： （1）傳動(dòng)平穩(wěn) 在液壓傳動(dòng)裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可 以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中還可以 設(shè)置液壓緩沖裝置，故不像機(jī)械機(jī)構(gòu)因加工和裝配誤差會(huì)引起振動(dòng)扣撞擊，使傳動(dòng)十 分平穩(wěn)，便于

20、實(shí)現(xiàn)頻繁的換向； （2）質(zhì)量輕體積小 液壓傳動(dòng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)方式相比，在輸出同樣功率的 條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動(dòng)作靈敏； （3）液壓元件能夠自動(dòng)潤(rùn)滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動(dòng)裝置能 自動(dòng)潤(rùn)滑，因此元件的使用壽命較長(zhǎng)； （4）簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu) 采用液壓傳動(dòng)可大大地簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少了機(jī)械零部件數(shù) 目； （5）便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的， 再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。 缺點(diǎn)： （1）不適宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜 遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力； （2）油液中混入空氣易影響工作性

21、能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動(dòng) 和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響； （3）油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低 溫的環(huán)境下工作。 2.2 整體方案的分析、比較與確定 從以上的三個(gè)方案可以看出： 方案一的機(jī)械傳動(dòng)多用于工業(yè)精密傳動(dòng)以及對(duì)速度的控制有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，故 其不適用于此處系統(tǒng)的傳動(dòng)。相比較，液壓與氣壓傳動(dòng)更加適合。 據(jù)分析可知，六角螺栓車總廠裝置設(shè)計(jì)的主要工序有：上工件、氣壓頂緊、車總 長(zhǎng)、下工件等動(dòng)作。整個(gè)工作的過(guò)程要求動(dòng)作平穩(wěn)、盡量避免噪聲的產(chǎn)生。因生產(chǎn)效 率要求，夾具的開(kāi)合次數(shù)會(huì)非常的頻繁，需要考慮到夾具的使用壽命，震動(dòng)、撞擊的 因素應(yīng)該避

22、免；此外，該處的動(dòng)力輸送距離不遠(yuǎn)，并且綜合該廠的生產(chǎn)環(huán)境要求清潔， 而且，該過(guò)程對(duì)動(dòng)力大小要求并不高，氣動(dòng)就已經(jīng)能滿足，綜上所述，選擇方案二氣 壓傳動(dòng)比較合適。 綜上，采用方案二氣壓傳動(dòng)方式，至此，有關(guān)傳動(dòng)方案就已確定。 第第 3 章章 氣缸的確定氣缸的確定 3.1 氣缸的選擇 3.1.1 氣缸的使用要求 1）氣缸的一般工作條件是：周圍環(huán)境及介質(zhì)溫度 5600，工作壓力 0.40.6mpa（表 壓） 。超出此范圍時(shí)，應(yīng)考慮使用特殊密封材料及十分干燥的空氣。 2）安裝前應(yīng)在 1.5 倍的工作壓力下試壓，不允許有泄漏。 3）在整個(gè)工作行程中負(fù)載變化較大時(shí)，應(yīng)使用有足夠出力余量的氣缸。 4）不使用滿

23、行程工作，特別在活塞伸出時(shí)以避免撞擊損壞零件。 5）注意合理潤(rùn)滑，除無(wú)油潤(rùn)滑氣缸外應(yīng)正確設(shè)置和調(diào)整油霧器，否則將嚴(yán)重影響氣缸 的運(yùn)動(dòng)性能甚至不能工作。 6）氣缸使用時(shí)必須注意活塞桿強(qiáng)度問(wèn)題。由于活塞桿頭部的螺紋受沖擊而遭受破壞， 大多數(shù)場(chǎng)合活塞桿承受的是推力負(fù)載,必須考慮細(xì)長(zhǎng)桿的壓桿穩(wěn)定性和氣缸水平安裝時(shí) 活塞桿伸出因自重而引起活塞桿頭部下垂的問(wèn)題。安裝時(shí)還要注意受力方向，活塞桿 不允許承受徑向載荷。 7）活塞桿頭部連接處,在大慣性負(fù)載運(yùn)動(dòng)停止時(shí),往往伴隨著沖擊,由于沖擊作用而容 易引起活塞桿頭部遭受破壞。因此,在使用時(shí)應(yīng)檢查負(fù)載的慣性力,設(shè)置負(fù)載停止的阻 擋裝置和緩沖裝置,以及消除活塞桿上承

24、受的不合理的作用力。 3.1.2 氣缸的選擇要點(diǎn) 1）根據(jù)氣缸的負(fù)載狀態(tài)和負(fù)載運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定負(fù)載力 f 和負(fù)載率，再根據(jù)使用壓力應(yīng)小 于氣源壓力 85的原則，按氣源壓力確定使用壓力 p。對(duì)單作用缸按桿徑與缸徑比為 0.5，雙作用缸桿徑與缸徑比為 0.30.4 預(yù)選，并根據(jù)公式便可求得缸徑 d，將所求出 的 d 值標(biāo)準(zhǔn)化即可。如 d 尺寸過(guò)大，可采用機(jī)械擴(kuò)力機(jī)構(gòu)。 2）根據(jù)氣缸及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行距離來(lái)預(yù)選氣缸的行程,為便于安裝調(diào)試，對(duì)計(jì)算 出的距離以加大 1020mm 為宜，但不能太長(zhǎng)，以免增大耗氣量。 3）根據(jù)使用目的和安裝位置確定氣缸的品種和安裝形式?？蓞⒖枷嚓P(guān)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本。 4）活塞(或

25、缸筒)的運(yùn)動(dòng)速度主要取決于氣缸進(jìn)、排氣口及導(dǎo)管內(nèi)徑，選取時(shí)以氣缸進(jìn) 排氣口連接螺紋尺寸為基準(zhǔn)。為獲得緩慢而平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)可采用氣液阻尼缸。普通氣 缸的運(yùn)動(dòng)速度為 0.51ms 左右，對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的氣缸應(yīng)選用緩沖缸或在回路中加緩沖。 3.2 氣缸各機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算 3.2.1 氣缸的作用力大小 (1)氣缸作用力的大小： 根據(jù)工作所需力的大小來(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。由此來(lái)選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣 缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過(guò)大， 不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量 采用增力機(jī)構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。 下面是氣缸理論出力的計(jì)算公式：

26、 22 *10* 4 fdp f：氣缸理論輸出力(kgf) f：效率為 85%時(shí)的輸出力(kgf)-(ff85%） d：氣缸缸徑(mm) p：工作壓力(kgf/cm2) 通常在工程中確定輸出力的大小時(shí)，可直接查閱經(jīng)驗(yàn)圖 3-1、圖 3-2。 圖 3-1 氣缸輸出力經(jīng)驗(yàn)圖 圖 3-2 氣缸輸出力經(jīng)驗(yàn)圖 例：直徑 340mm 的氣缸，工作壓力為 3kgf/cm2 時(shí)，其理論輸出力為多少?芽輸出力是 多少? 將 p、d 連接，找出 f、f上的點(diǎn)，得： f2800kgf；f2300kgf 3.2.2 活塞(或缸)的運(yùn)動(dòng)速度 活塞運(yùn)動(dòng)速度與氣源壓力、負(fù)載、摩擦力、進(jìn)排氣管接頭通徑等有密切關(guān)系。其 中，以

27、排氣速度影響最大。如果要求活塞桿高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)選用內(nèi)徑較大的進(jìn)、排氣 口及導(dǎo)管、通常為了得到緩慢的、平穩(wěn)的活塞桿運(yùn)動(dòng)速度，可選用帶節(jié)流裝置的或氣- 液阻尼裝置的氣缸。節(jié)流調(diào)速的方式有：當(dāng)水平安裝的氣缸去推負(fù)載時(shí)，推薦用排氣 節(jié)流；如果用垂直安裝的氣缸舉升重物時(shí)，則選用帶緩沖裝置的氣缸。 從下列的圖 3-3 和圖 3-4“閥的有效截面積及氣缸速度”的關(guān)系里，可以根據(jù)氣缸 的缸徑和使用速度來(lái)選擇用于控制氣缸的控制元件閥的有效截面積，并由此來(lái)判斷 閥的通徑大小。 使用方法，縱軸上表示氣缸的速度，由此引出水平線，找出與計(jì)劃使用的氣缸尺 寸的交點(diǎn)，由此交點(diǎn)引垂直線，便可從橫軸的交點(diǎn)上得知所需的有效截面積

28、。根據(jù)有 效載面積選擇較適合的閥。 上述氣缸速度為僅考慮了電磁閥的有效截面積而計(jì)算出的數(shù)值。請(qǐng)注意這里未考 慮調(diào)速器、配管、管接頭等回路因素和氣缸的負(fù)荷率等。 圖 3-3 活塞桿徑與活塞桿最大計(jì)算長(zhǎng)度()之間的關(guān)系 圖 3-4 活塞桿徑與活塞桿最大計(jì)算長(zhǎng)度()之間的關(guān)系 (4)安裝形式的選擇： 由安裝位置、使用目的等因素決定。在一般場(chǎng)合下，多用固定式氣缸。在需要隨 同工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)(如車床、磨床等)應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在除要求活塞桿做直線運(yùn) 動(dòng)外，又要求缸作較大的圓弧擺動(dòng)時(shí)，則選用軸銷式氣缸。僅需要在 360或 180之 內(nèi)作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，應(yīng)選用單葉片或雙葉片擺動(dòng)氣缸，另有特殊要求，應(yīng)選用相適當(dāng)

29、的 特種氣缸和組合式氣缸。 選擇可參照?qǐng)D 3-5。 圖 3-5 氣缸的基本類型和安裝方式 (5)氣缸的空氣消耗量： 空氣消耗量是操作費(fèi)用的一部分，圖 1-6 是根據(jù)以下公式計(jì)算的空氣消耗。 24 *10 4 qdsp ：每厘米行程空氣消耗量(/) d：活塞或活塞桿直徑(mm) ：氣缸行程(此外為常數(shù) 10mm) p：操作壓力(kgf/cm2) 利用此公式計(jì)算的空氣消耗量為近似值，因?yàn)橛袝r(shí)在氣缸室內(nèi)的供應(yīng)空氣，并不 完全排放(特別是在高速狀態(tài)下)，實(shí)際所需消耗量可能稍低于圖上所讀出的數(shù)據(jù)。 例：氣缸50500，活塞直徑 50mm，活塞桿徑 20mm，行程 500mm，操作壓力 45。 求：空氣消

30、耗量。 解：選出所給活塞直徑，定出該水平線與操作壓力線之交點(diǎn)，空氣消耗量隨即可從橫 座標(biāo)讀出，讀出之值再乘該氣壓缸之行程()。上述步驟讀出之值給為 001/行程，則單行程之空氣消耗量為 451，對(duì)回程而言，活塞桿之體積必須 扣除 20直徑為 00141/行程50行程01)因此回程空氣消耗量為 38，來(lái)回行程之空氣消耗量為 83。 圖 3-6 氣缸空氣消耗量 3.2.3 氣缸的選擇 根據(jù)汽缸的選擇要求：（1）周圍環(huán)境及介質(zhì)溫度 5600，工作壓力 0.40.6mpa（表壓） 。超出此范圍時(shí)，應(yīng)考慮使用特殊密封材料及十分干燥的空氣。 （2）安裝前應(yīng)在 1.5 倍的工作壓力下試壓，不允許有泄漏。 （

31、3）在整個(gè)工作行程中負(fù) 載變化較大時(shí)，應(yīng)使用有足夠出力余量的氣缸。 （4）不使用滿行程工作，特別在活塞 伸出時(shí)以避免撞擊損壞零件；（5）根據(jù)氣缸的負(fù)載狀態(tài)和負(fù)載運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定負(fù)載力 f 和負(fù)載率，再根據(jù)使用壓力應(yīng)小于氣源壓力 85的原則，按氣源壓力確定使用壓力 p。對(duì)單作用缸按桿徑與缸徑比為 0.5，雙作用缸桿徑與缸徑比為 0.30.4 預(yù)選； （6）根據(jù)氣缸及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行距離來(lái)預(yù)選氣缸的行程,為便于安裝調(diào)試，對(duì)計(jì) 算出的距離以加大 1020mm 為宜，但不能太長(zhǎng)，以免增大耗氣量。 結(jié)合現(xiàn)在市場(chǎng)狀況以及工作時(shí)汽缸要求，初選德國(guó) festoon 帶活塞汽缸。有關(guān)型 號(hào)參數(shù)見(jiàn)下表 3-1 表

32、3-1 型材式和拉桿式氣缸 型號(hào)功 能 直徑 （mm） 力（n） 行程 （mm） 緩 沖 p p p v 感 測(cè) 標(biāo)準(zhǔn) 說(shuō)明 雙 作 用 32.100 483.4712 2.2000-+1.iso 15552 2.經(jīng)濟(jì)型標(biāo)準(zhǔn)安裝，無(wú)派生型 3.最接近開(kāi)關(guān)齊平安裝 4.附件品種齊全 雙 作 用 32.125 483.7363 10.20000+01.iso 15552 2.派生型眾多 3.三側(cè)都有型材槽 4. 接近開(kāi)關(guān)齊平安裝 5.附件品種齊全 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000-+1.iso 15552、iso6431 2.拉桿式氣缸，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固 3.使用安裝組件安裝接近

33、開(kāi)關(guān) 4. 附件品種齊全 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000-+01.iso 15552 2.易清洗結(jié)構(gòu) 3.增強(qiáng)了耐腐蝕性能 4. 可選擇集成位置感測(cè)或附 加位置感測(cè) 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000+-+1.iso 21287 2.標(biāo)準(zhǔn)尺寸的緊湊型氣缸 3.和標(biāo)準(zhǔn)氣缸比，派生型更多 4. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：節(jié)省空間 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000+-+1.iso 15552 2.易清洗結(jié)構(gòu) 3.增強(qiáng)了耐腐蝕性能 4. 可選擇集成位置感測(cè)或附 加位置感測(cè) 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000+-+1.

34、iso 21287 2.經(jīng)濟(jì)型標(biāo)準(zhǔn)氣缸，無(wú)派生型 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000+-+1.節(jié)省空間 2.符合 atex 指令的特定形式， 可用于有潛在爆炸危險(xiǎn)的工作 環(huán)境 結(jié)合實(shí)際的安裝方式和汽缸的行程，最終選用的缸徑為 50mm，行程為 160mm。對(duì) 應(yīng)的型號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)型汽缸 dnc-50-160-ppv. 二維圖 3-8 如下： 三維圖 3-9 如下： 至此，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)元器件的選型結(jié)束。 第第 4 4 章章 彈簧夾頭的設(shè)計(jì)彈簧夾頭的設(shè)計(jì) 4.1 彈簧夾頭的使用和制造 4.1.1 何時(shí)使用彈簧夾頭 彈簧夾頭的優(yōu)缺點(diǎn)：重量輕加速快受離心力的影響小同心度高快速夾持零件

35、更換 時(shí)可快速調(diào)換夾頭適合的工件尺寸范圍有限軸向尺寸長(zhǎng)更適合小型零件更適合直徑尺 寸一致的工件。 三爪電動(dòng)卡盤是大多數(shù)車床用戶的標(biāo)準(zhǔn)工件夾持裝置，這種卡盤具有足夠的通用 性，可應(yīng)用于多種車削加工。然而，它不是所有加工任務(wù)的最佳夾具。彈簧夾頭是一 種備用工件夾持裝置，與卡爪卡盤相似，也用機(jī)械力固定需要車削的零件。雖然彈簧 夾頭所提供的工件尺寸范圍沒(méi)有卡爪卡盤的寬，對(duì)于某些加工任務(wù)來(lái)說(shuō)，它所提供的 與速度、準(zhǔn)確度和生產(chǎn)力有關(guān)的優(yōu)勢(shì)也許是極其重要的。 何種夾具的功效更好，做決定時(shí)需要考慮幾個(gè)因素。對(duì)于一項(xiàng)給定的車床加工任 務(wù)，衡量選用彈簧夾頭還是卡爪卡盤，需要考慮以下的所有因素。 主軸負(fù)載容量車床主

36、軸的最大允許重量基于軸承負(fù)載容量，如果夾盤和工件組合 的重量太大，軸承有可能超負(fù)荷。對(duì)于那些存在超出限度的危險(xiǎn)的加工任務(wù)，這種危 險(xiǎn)性可能決定人們對(duì)工件夾具的選擇，卡爪卡盤往往比同等的彈簧夾頭的重量大，因 此，在需要控制重量的場(chǎng)合，彈簧夾頭是恰當(dāng)?shù)倪x擇。 主軸速度彈簧夾頭往往是以非常高的主軸速度進(jìn)行車削時(shí)的較好選擇，主要有兩 個(gè)原因： 一個(gè)原因與卡盤的質(zhì)量有關(guān)，假定以相同的主軸馬力驅(qū)動(dòng)卡爪卡盤和彈簧夾頭， 較厚重的卡爪卡盤需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)加速達(dá)到所需的速度，加速時(shí)間長(zhǎng)將延長(zhǎng)工作周 期，降低生產(chǎn)力。 另一個(gè)原因與離心力有關(guān)，因?yàn)樗S著 rpm 平方值的增加而增加，所以，在高速 切削的情況下，這個(gè)

37、數(shù)值很重要。例如，將主軸速度加倍，離心力將為原來(lái)的四倍。 這種力量將卡盤卡爪拉離中心，往往會(huì)降低夾持力。但采用彈簧夾頭，離心力不會(huì)造 成明顯的影響。因而，在整個(gè)加工速度范圍內(nèi)夾持力會(huì)更加穩(wěn)定。 加工操作彈簧夾頭在零件的整個(gè)圓周施加夾持力，而不是僅在選定的接觸區(qū)域， 因而，可獲得很好的同心度，這一點(diǎn)對(duì)于二次加工的項(xiàng)目尤其重要，二次加工需要考 慮與一次加工有關(guān)的精確度，因?yàn)閺椈蓨A頭的準(zhǔn)確夾持能力強(qiáng)，即使卡爪卡盤用于一 次加工時(shí)，彈簧夾頭也可用于二次加工。帶有空心軟卡爪的卡盤可達(dá)到 0.0006 至 0.0012 英寸范圍內(nèi)的 tir(總讀數(shù))重復(fù)精度，而彈簧夾頭的典型重復(fù)精度為 0.0005 英

38、寸 tir 或更好，為了進(jìn)一步提高二次加工精度，在安裝過(guò)程中，還可調(diào)整彈簧夾頭的 同心度。 工件尺寸彈簧夾頭非常適合直徑小于 3 英寸的工件采用。彈簧夾頭對(duì)工件的長(zhǎng)度 有所限制，特別地，彈簧夾頭限制機(jī)床的軸向(z 軸)行程范圍，因?yàn)樗拈L(zhǎng)度比卡爪卡 盤長(zhǎng)。當(dāng)工件的加工長(zhǎng)度差不多需要用到機(jī)床的整個(gè)可用行程時(shí)，大概就要采用卡爪 卡盤了。 加工批量大小很大批量和很小批量的加工任務(wù)均適合采用彈簧夾頭。 在小批量和多種任務(wù)的加工場(chǎng)合，彈簧夾頭的優(yōu)勢(shì)與產(chǎn)品轉(zhuǎn)換時(shí)間有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)卡 爪卡盤的卡爪調(diào)換約需 15 至 20 分鐘，專用于快速更換的卡爪卡盤需要 1 分鐘，而快 速更換彈簧夾頭的夾頭調(diào)換只需要 15 至

39、 20 秒，在產(chǎn)品變換頻繁時(shí)，節(jié)省的時(shí)間累計(jì) 起來(lái)是可觀的。 當(dāng)加工批量大時(shí)，可同樣累積所節(jié)省的與夾持有關(guān)的時(shí)間，彈簧夾頭所需的開(kāi)合 時(shí)間比卡爪卡盤的少，通過(guò)減少?gòu)囊粋€(gè)工件轉(zhuǎn)換至下一個(gè)工件的非切削時(shí)間，削減加 工循環(huán)時(shí)間。 工件尺寸范圍彈簧夾頭開(kāi)合更快的部分原因是它的驅(qū)動(dòng)沖程較短，與卡爪卡盤相 比，彈簧夾頭所適用的工件尺寸范圍更為有限。 次主軸情況裝有次主軸的車削機(jī)床經(jīng)常用于各種大批量加工，在這些應(yīng)用中，彈 簧夾頭可顯著節(jié)省加工時(shí)間。它們可在一個(gè)工作循環(huán)中加工零件的所有面，這些機(jī)床 常與棒材進(jìn)料器組合在一起，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守生產(chǎn)，連續(xù)加工工件。在這些應(yīng)用中，對(duì) 一個(gè)工件而言，所節(jié)省的夾盤驅(qū)動(dòng)時(shí)間可

40、能是很少的，但在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，每個(gè)工 件節(jié)省時(shí)間與加工工件數(shù)相乘，累計(jì)起來(lái)所節(jié)省的時(shí)間是很可觀的。 夾盤工具庫(kù)當(dāng)人們?cè)诳ㄗūP和彈簧夾頭之間選擇一個(gè)最合適的工件夾持裝置時(shí)， 考慮第三個(gè)選項(xiàng)也是重要的。在許可的情況下，保留兩種夾具，從一種更換至另一種 可能是最具成本效益的方案。從卡爪卡盤換到彈簧夾頭，或反之亦然，通常不超過(guò) 20 分鐘?？ㄗūP可保留在機(jī)床上，以處理零件范圍不確定的情況。但當(dāng)機(jī)床加工大批 量工件，或幾批尺寸一致的零件時(shí)，采用彈簧夾頭所獲得的生產(chǎn)力提高，大大超過(guò)更 換夾具花費(fèi)時(shí)間造成的生產(chǎn)力損失。 實(shí)際上，彈簧夾頭的速度是有彈性的，如果工件尺寸是一致的，彈簧夾頭的速度 會(huì)更快。如

41、果工件尺寸的變化大，可能需要采用卡爪卡盤以適應(yīng)尺寸范圍寬的加工工 件。 材料類型對(duì)于熱輥軋鋼材、鍛件和模壓件，標(biāo)準(zhǔn)卡爪卡盤往往功效較好，因?yàn)樗?有這類零件具有固有的直徑變化。另一方面，冷輥軋材料零件往往具有較好的尺寸一 致性，因此，適合選用彈簧夾頭。然而，缺乏一致的直徑測(cè)量值不一定構(gòu)成采用彈簧 夾頭的障礙，可提供設(shè)計(jì)用于非圓橫截面的夾頭，用于夾持制成客戶所需形狀的模壓 棒材。 4.1.2 彈簧夾頭的應(yīng)用 彈簧夾頭必須保持與工件(或刀具)的定位基準(zhǔn)相同如主軸。彈簧夾頭和工件(或刀 具)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致不正確的零件加工。彈簧夾頭與工件(或刀具)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或 相對(duì)軸向移動(dòng)都會(huì)使加工工件尺寸的一致

42、性和幾何精度受到影響。 在現(xiàn)代復(fù)雜的制造環(huán)境中，想在最佳狀態(tài)下保持連續(xù)切削加工，大多數(shù)工廠都必 須經(jīng)過(guò)機(jī)床制造商的嚴(yán)格培訓(xùn)，認(rèn)真學(xué)習(xí)新設(shè)備的加工運(yùn)動(dòng)原理、結(jié)構(gòu)特征和使用技 巧，方能進(jìn)行操作使用。尤其對(duì)于頂端的技術(shù)系統(tǒng)，更是如此。例如，先進(jìn)的機(jī)床控 制系統(tǒng)，復(fù)雜形狀零件的 5 軸加工程序的匯編等。慶幸的是，有一種與此相反的處理 方案，這就是截止目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的一些功能強(qiáng)大、精度高，但又容易操作(勿須專門 培訓(xùn))和使用壽命長(zhǎng)的工藝裝備。用以快速定位、夾緊工件(或刀具)的相對(duì)卡盤定位精 度高的彈簧夾頭(或稱彈簧套)就屬于這一范疇。它具有 100 多年的悠久歷史和很廣闊 的應(yīng)用范圍。 第一個(gè)彈簧夾頭的

43、使用并不是很理想的。但當(dāng)時(shí)確實(shí)證明了一個(gè)事實(shí)，一個(gè)好的 工件夾頭的使用，能提高生產(chǎn)效率和加工零件精度。后來(lái)，在車床開(kāi)發(fā)制造領(lǐng)域享有 盛名的 hardinge 公司，在 1901 年驕傲地在他們開(kāi)發(fā)的車床上使用了(于 1890 年)由本 公司研制成功，用以提供工件定位與夾緊的彈簧夾頭，并將他們的產(chǎn)品圖紙和開(kāi)發(fā)的 系列產(chǎn)品向外公布。當(dāng)時(shí)主要是為適應(yīng)鐘表和透鏡制造業(yè)大批量生產(chǎn)的市場(chǎng)需要而開(kāi) 發(fā)的。能如此好地為早期(1920 年前)的普通車床與凸輪式多軸自動(dòng)車床提供得心應(yīng)手 的彈簧夾頭產(chǎn)品，的確令人難以置信。這就如同在現(xiàn)在的先進(jìn)的 cnc 車床上配置一套 現(xiàn)代化技術(shù)的控制系統(tǒng)。 讓我們回顧以往，隨著加

44、工與設(shè)備技術(shù)的不斷進(jìn)步，在要求各個(gè)系統(tǒng)都能極高地 提高生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì)改革潮流中，對(duì)作為機(jī)床的最基本但又很重要的工藝裝備彈簧夾 頭，卻從沒(méi)有給以設(shè)計(jì)的空間和時(shí)間。這似乎是件非常奇怪的事情。 在機(jī)床結(jié)構(gòu)也在以飛快速度變換著的形勢(shì)下，能繼續(xù)保持原彈簧夾頭基本結(jié)構(gòu)保 持不變的這一奇跡，主要?dú)w功于它特具有的靈巧、精致的結(jié)構(gòu)和功能強(qiáng)大、使用方便 以及經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。彈簧夾頭雖小，但在機(jī)床工業(yè)中確實(shí)起到了很重要的作用，這 是都是由于它具有以下很強(qiáng)的功能： 1.能精確地定位與夾緊工件(或刀具)，具有抵抗扭矩和承受來(lái)自多方向切削力的 功能。 2.具有增大驅(qū)動(dòng)力(拉力)和轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)力為工件(或刀具)夾緊力的功能。

45、3.具有快速松開(kāi)工件(或刀具)的功能。 4.具有在不降低加工精度和使工件不受損害前提下的高重復(fù)精度。 5.具有能在較寬的主軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作與只有極小的夾緊力損失的能力。 1，夾 緊 力 總的來(lái)說(shuō)，彈簧夾頭的設(shè)計(jì)和使用是一個(gè)涉及面很寬的領(lǐng)域，它是需要相對(duì)應(yīng)于 多種機(jī)床系列，以及包括了為體現(xiàn)它與機(jī)床各自不同風(fēng)格和特征 而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，所以 總數(shù)已有成千上萬(wàn)。但是現(xiàn)在還有一個(gè)普遍的錯(cuò)誤觀念，認(rèn)為彈簧夾頭只用以?shī)A緊圓 柱形工件毛坯。這是不符合事實(shí)的，實(shí)際上它幾乎能對(duì)任何形狀的工件(或刀具)，包 括正方形或六邊形工件進(jìn)行定位夾緊。 下面主要介紹影響各種彈簧夾頭正確裝夾定位和夾緊力的有關(guān)因素和工作原理。 2

46、，影響夾緊力的因素 夾緊力是機(jī)床經(jīng)彈簧夾頭施加在工件上的力。本文中插圖是一個(gè)在車床上使用的 用以定位、夾緊工件的彈簧夾頭 , 同樣也可以被用來(lái)對(duì)刀具、磨削的工件實(shí)行 定位、 夾緊或許多別的場(chǎng)合。拉桿(圖中未示出)的外螺紋與彈簧夾頭的后端內(nèi)螺紋連接拉緊， 產(chǎn)生軸向拉力。然后由機(jī)床主軸前端的被稱為鎖緊角的錐面，將軸向拉力轉(zhuǎn)換成一垂 直于彈簧夾頭中心的夾緊力。不僅如此，夾緊力還可以通過(guò)鎖緊角將其擴(kuò)大，經(jīng)過(guò)計(jì) 算得知，根據(jù)不同的鎖緊角，彈簧夾頭夾緊力可擴(kuò)大 3-4 倍。 彈簧夾頭是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的工藝裝置，卻有許多影響夾緊力的主要因素 。對(duì)于基 本原理的了解可以幫助工件(或刀具)正確裝夾和迅速查找故障。

47、以下介紹幾個(gè)影響夾 緊力的主要因素和總結(jié)的使用經(jīng)驗(yàn)： 1.軸向作用力。如圖所示為拉桿施于彈簧夾頭的軸向拉力 。在彈簧夾頭的使用中， 軸向力拉力可由不同的方式施加，但其作用原理基本相同。很明顯，大的軸向拉力將 產(chǎn)生大的夾緊力，反之亦然。一般拉桿的軸向拉力可由操作員進(jìn)行調(diào)整。 2.在彈簧夾頭使用中，設(shè)計(jì)的鎖緊角(或頭部?jī)A角)大小將決定著夾緊力經(jīng)擴(kuò)大后 能達(dá)到的指標(biāo)， 通常由機(jī)床制造商和彈簧夾頭制造商決定。當(dāng)彈簧夾頭新的設(shè)計(jì)還正 在探求之中， 從經(jīng)濟(jì)性和可靠性考慮， 設(shè)計(jì)師建議用戶使用現(xiàn)有彈簧夾頭結(jié)構(gòu)。標(biāo) 準(zhǔn)錐度(或頭部?jī)A角)已根據(jù)機(jī)床類型(如車床等)、使用條件(動(dòng)態(tài)與靜態(tài))和用途(工件 與刀具)不

48、同，由設(shè)計(jì)時(shí)確定。 3.工件(或刀具)與彈簧夾頭之間的總摩擦力將直接 影響夾緊力。小的摩擦值將導(dǎo) 致小的夾緊力，反之亦然 。彈簧夾頭供應(yīng)商能采取各種措施，克服彈簧夾頭與工件 (或刀具)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或軸向竄動(dòng)等，比如彈簧夾頭內(nèi)孔有意制出鋸齒形狀或?qū)⒂?質(zhì)合金微晶粒浸漬在夾緊表面等。 4.主軸錐面與彈簧夾頭在鎖緊角處產(chǎn)生摩擦。其摩擦力大小也直接影響彈簧夾頭 對(duì)工件的夾緊力大小。摩擦力太小時(shí)夾緊力不夠，太大的夾緊力，會(huì)加快彈簧夾頭磨 損。使用中彈簧夾頭要經(jīng)常松開(kāi)實(shí)行工件交換，例如在車削加工中心上使用，需在松 開(kāi)時(shí)在彈簧夾頭內(nèi)孔表面噴涂一薄層潤(rùn)滑劑。有條件采用冷卻劑潤(rùn)滑更好，因?yàn)槔鋮s 劑提供可沖洗彈

49、簧夾頭，而且潤(rùn)滑性效果好。尤其在鎖緊角處定期施加冷卻劑，則能 減少長(zhǎng)期磨損和增加夾緊力。一些更多潤(rùn)滑效果更好的材料也可以使用，包括有 ep(極 限壓力)特性的高質(zhì)量潤(rùn)脂油或蠟基材料。似乎有些奇怪的是，一些聰明的操作者在加 工難度大，而且在一般的冷卻潤(rùn)滑的效果都不佳時(shí)，選用女士們使用的唇膏，據(jù)稱效 果很好。 5.選擇合適的彈簧夾頭名義直徑尺寸，以保證彈簧夾頭對(duì)工件的完全支撐是增大 夾緊力和可靠夾緊保證高質(zhì)量加工的必要條件。如果彈簧夾頭的名義孔直徑選擇太大， 工件僅僅由彈簧夾頭的孔口部分將工件夾緊，將引起工件外圓和彈簧夾頭內(nèi)孔之間幾 何形狀的不匹配，因而降低夾緊力。如果如果夾頭名義孔直徑選擇太小，

50、只有頭部?jī)A 角的內(nèi)部與工件接觸，相對(duì)而言，夾緊力增大，但引起夾頭與工件的不同心問(wèn)題。在 一個(gè)名義尺寸下，它可對(duì)名義直徑相同的工件進(jìn)行裝夾定位。當(dāng)選擇彈簧夾頭名義的 孔徑尺寸，hardinge 公司推薦指標(biāo)為能在 0.0254mm 范圍發(fā)生變化 。 由切削試驗(yàn)和多年的使用實(shí)際證明，彈簧夾頭能滿足切削速度日益增長(zhǎng)著的加工 需要和有很長(zhǎng)的使用壽命。我們知道，在 100 多年前主軸轉(zhuǎn)速一般按每分鐘幾百轉(zhuǎn)計(jì) 量。今天，主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)，材料切除率也以驚人的速度遞增。在 100 多 年來(lái)的成功使用中，盡管使用了許多先進(jìn)的高端制造技術(shù)，和能在很高的主軸轉(zhuǎn)速條 件下加工，但仍都還使用著現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的彈簧夾

51、頭。這在制造業(yè)中的確是罕見(jiàn)的，也確 實(shí)是 hardinge 公司人應(yīng)該倍感驕傲的地方。 4.1.3、彈簧夾頭提出問(wèn)題及提出解決問(wèn)題的方案 以前加工軸承套圈的彈簧夾頭是下圖 4-1 所示的整體式結(jié)構(gòu), 由頭部- 卡爪 l 1; 簧瓣包括頭部在內(nèi)的彈性部分 l 2; 導(dǎo)向部分 l 3 組成。彈簧夾頭夾緊工件用頭部 l 1, 夾頭彈性變形用簧瓣 l 2, 夾頭導(dǎo)向用 l 3。 圖 4-1 以前的彈簧夾頭結(jié)構(gòu) 但是在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中, 當(dāng)夾頭磨損超過(guò)一定限度就會(huì)出現(xiàn)夾不牢工件現(xiàn)象, 直接影響加工精度和生產(chǎn)效率, 這時(shí)彈簧夾頭報(bào)廢，無(wú)形中增加了夾具的制造成本， 造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。要想提高夾頭的耐磨性

52、, 就必須提高夾頭的硬度, 而硬度過(guò) 高夾頭彈性減弱, 簧瓣易斷, 為此我針對(duì)此問(wèn)題設(shè)計(jì)了鑲塊式彈簧夾頭。 4.1.4、彈簧夾頭的改進(jìn) 鑲塊式彈簧夾頭的結(jié)構(gòu)如下圖 4-2 所視, 它是由兩部分組成的, 一部分是夾頭體, 另一部分是卡塊, 二者通過(guò)螺釘相聯(lián)接。夾頭體有六個(gè)簧瓣, 工作時(shí)靠簧瓣的彈性變 形來(lái)完成夾緊和松開(kāi)動(dòng)作, 夾頭體材料選用 65m n, 淬火硬度 40 45 hrc, 以保證夾 頭的彈性; 而卡塊安裝在夾頭的爪部, 直接接觸工件, 卡塊是易磨損件, 卡塊材料可 采用 gcr15, 淬火硬度 60 62 hrc, 以增加耐磨性。鑲塊式彈簧夾頭在使用中曾出現(xiàn) 過(guò)以下幾個(gè)問(wèn)題: (1

53、) 由于夾頭制造誤差容易出現(xiàn)偏心, 車加工后的套圈會(huì)出現(xiàn)壁厚差超差現(xiàn)象。 (2) 卡塊任意裝入夾頭后, 測(cè)出卡塊圓度不好, 用這樣的卡塊夾緊套圈, 被加工 后的套圈也會(huì)出現(xiàn)壁厚差超差現(xiàn)象。制造時(shí)必須想辦法加以克服。 圖 4-2 鑲塊式彈簧夾頭（1- 夾頭體; 2- 卡塊） 4.1.5、在加工夾具體和夾具頭時(shí)對(duì)加工精度的保證 1、精車夾頭的圓錐面, 用螺紋胎保證車加工精度夾頭體在精車完各個(gè)面, 并鉆完 等分孔后, 再車圓錐面, 車圓錐面時(shí)以螺紋面為定位基準(zhǔn), 我們?cè)O(shè)計(jì)一種螺紋胎, 它 可以保證車圓錐面時(shí)車加工精度。加工原理如下圖 4-3 所示, 首先把夾頭擰到螺紋胎 上,然后把螺紋胎裝到機(jī)床主軸

54、上, 最后用托板上的小刀架進(jìn)行切削。 圖 4-3 夾頭外錐面車加工示意圖 2、銑等分槽：在銑削加工夾頭上的分槽時(shí)，先用立銑刀銑 20 mm 40 mm 六等分 槽, 然后再用片銑刀銑分瓣用的寬 3 mm 六等分窄槽,但是此槽不能銑通, 端面留有 3 4 mm 連筋, 使夾頭體還是整體, 保證夾頭熱處理后不變形及磨加工夾頭各個(gè)定位 面的加工精度, 其加工原理如下圖 4-4 所示： 圖 4-4 夾頭定位面加工原理 在以上加工之后要對(duì)夾具進(jìn)行熱處理，但處理的部位要合理，夾頭頭部、尾部需 淬火, 其硬度大概為 40 45hrc, 夾頭中間部分不淬火, 以保證夾頭彈性。 3、磨削夾頭圓錐面：在磨削加工夾

55、頭圓錐面的時(shí)候同樣用螺紋胎保證磨加工精度。 圓錐面是夾頭夾緊過(guò)程中的一個(gè)重要的定位面, 圓錐面精度的好與壞, 直接影響整個(gè) 夾頭的精 度,設(shè)計(jì)一套磨加工用螺紋胎夾緊卡頭, 定位基準(zhǔn)還是選用螺紋面, 其磨削原理如下圖 4-5 所示,磨完后的圓錐面相對(duì)于螺紋面同軸度可達(dá) 0. 1mm。 圖 4-5 圓錐面的磨削原理 4、磨削夾頭內(nèi)徑： 用磨內(nèi)徑胎保證磨削加工的精度，夾頭的內(nèi)徑也是一個(gè)定位面, 用夾頭內(nèi)徑夾持卡塊, 再用卡塊夾緊工件, 所以內(nèi)徑的精度也直接影響被加工工件的 精度, 這就要求內(nèi)徑和圓錐面必須同軸。我們?cè)O(shè)計(jì)一種特制的磨內(nèi)徑胎具夾緊夾頭, 此胎是以圓錐面定位, 其磨削原理如下圖 4-6 所

56、示。磨削后夾頭的內(nèi)徑相對(duì)于圓錐面 同軸度一般可達(dá) 0. 02mm。夾頭頭部六瓣切開(kāi), 然后回火漲大 圖 4-6 夾頭內(nèi)孔的磨削原理 5、磨夾頭導(dǎo)向面：同樣使用螺紋胎保證磨加工精度，導(dǎo)向面在夾頭中起導(dǎo)向作用, 要求導(dǎo)向面和圓錐面必須同軸。還是用磨圓錐面時(shí)用的螺紋胎夾緊夾頭, 其磨削原理 如下圖 4-7 所示。磨削后的導(dǎo)向面相對(duì)于圓錐面同軸度可達(dá) 0. 04 mm。夾頭的精度是 通過(guò)以上五個(gè)部分的加工工藝及保證措施來(lái)達(dá)到的, 但是裝在夾頭里面的卡塊精度的 好與壞也直接影響整個(gè)夾頭的精度。 圖 4-7 夾頭導(dǎo)向面的磨削原理 4.1.6、卡塊的加工工藝及其精度的保證 1、銑等分口：由于夾頭體是六瓣,

57、所以卡塊也是六瓣一組,在銑六等分口時(shí), 口先不 銑透, 徑向留有 3 4 mm 連筋, 使一組里的六個(gè)卡塊還是一體, 保證淬火后磨加工時(shí) 一組卡塊的尺寸和精度一致, 銑削原理如下圖 4-8 所示，一次可以銑削五 六個(gè)工件。 給每套卡塊標(biāo)注規(guī)格、組號(hào), 再按順序給每一組里的每一塊卡塊標(biāo)注順序號(hào)，卡塊 材料選用軸承鋼, 淬火硬度一般為 60 62hrc。 圖 4-8 卡塊六分口的銑削原理 2、徑磨：要求每組卡塊內(nèi)徑、外徑必須同軸。首先磨內(nèi)徑, 磨一批活時(shí)內(nèi)徑尺寸要一 致, 然后磨外徑, 磨外徑時(shí)用內(nèi)徑定位, 保證內(nèi)、外徑同軸。我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)長(zhǎng) 150mm , 前后錐度差 0. 02 0. 03mm

58、的芯棒。先把工件插緊在芯棒上, 然后把芯棒用頂尖頂 上, 最后在萬(wàn)能磨床上磨削外徑, 其磨削原理如下圖 4-9 所示, 磨削后卡塊內(nèi)、外徑 同軸度可達(dá) 0. 02 mm。 圖 4-9 磨削卡塊外徑原理 3、切開(kāi)六瓣, 并去毛刺：鑲塊式夾頭的中心定位精度除了取決于夾頭體和卡塊的制造 精度之外, 應(yīng)該注意以下幾點(diǎn): (1) 更換規(guī)格時(shí), 只換卡塊, 不換夾頭體; 夾頭磨損后也只換卡塊。 (2) 卡塊必須分為 6 個(gè)一組, 成組保管, 成組使用, 不得混用。 (3) 安裝卡塊時(shí)必須按順序號(hào)排列, 否則會(huì)破壞卡塊自身精度, 車加工后的套圈會(huì)出 現(xiàn)壁厚差超差現(xiàn)象。 4.2 彈簧夾頭的工藝 4.2.1 彈

59、簧夾頭的熱處理 夾頭作時(shí),其柄部在鎖緊套的作用下對(duì)夾頭頭部施加一個(gè)鎖緊力,這就要求其柄部必 須具有很好的彈性和韌性,否則柄部將因壁薄而易夾頭頭部夾緊鋼令,使頭部受力很大, 目要頻繁裝卸鋼令,因此要求其頭部必須耐磨。 我們選用彈簧鋼 65mn 或 60si2mn 作為夾頭材料。此類材料硬度在 4045hrc 范圍內(nèi) 具有良好的彈性,硬度大于時(shí)有良好的耐磨性。因此,我們將夾頭柄部硬度定為 40 45hrc,頭部硬度定為 56-60hrc,夾頭形狀如圖 4-10 所示 圖 4-10 彈簧夾頭示意圖 1.熱處理工藝的制定和分析 65mn,60si2mn 材料具有良好的淬透性,但易產(chǎn)生氧化脫碳和晶粒長(zhǎng)大

60、,因此要嚴(yán)格 控制理淬火加熱溫度和保溫時(shí)間。由于夾頭頭部和的熱處理技術(shù)要求不同,所以不能采 用常規(guī)熱處理方法,而采用淬火+低溫回火+局部回火。淬火+低溫回火工藝如圖 4-11 所 示 圖 4-11 淬火+低溫回火工藝圖 通過(guò)淬火+低溫回火，可保證整個(gè)夾頭硬度56hrc。進(jìn)行淬火+低溫回火后，再對(duì) 其進(jìn)行局部回火。局部回火在硝鹽爐內(nèi)進(jìn)行?；鼗饡r(shí)要注意對(duì)過(guò)渡區(qū)的控制，通過(guò)專 用工序，保證夾頭過(guò)渡區(qū)下部 10mm 左右浸在硝鹽中，具體示意見(jiàn)圖 4-11。 圖 4-11 彈簧夾頭回火工藝示意圖 過(guò)渡區(qū)位置既不能太靠近頭部偏上,也不能在柄部，太靠近頭部偏上,將影響頭部 硬度；過(guò)渡區(qū)在柄部,造成柄部和頭部