六角螺栓車總長裝置設計【說明書+CAD+UG+仿真】

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The subject is very practical.It also need to investigate in the factory.During the investigation,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 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 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 II 目 錄 引 言 .1 第 1 章 緒 論 .2 1.1 六角螺栓簡介 .2 1.2 六角螺栓級別和扭力(扭矩)的相對關(guān)系 .2 1.3 彈簧夾頭的現(xiàn)狀和應用現(xiàn)狀 .3 第 2 章 氣壓傳動方案 .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 3 章 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 .6 3.2 氣缸各機構(gòu)數(shù)據(jù)計算 .6 3.2.1 氣缸的作用力大小 .6 3.2.2 活塞(或缸)的運動速度 .8 3.2.3 氣缸的選擇 .11 第 4 章 彈簧夾頭的設計 .15 4.1 彈簧夾頭的使用和制造 .15 4.1.1 何時使用彈簧夾頭 .15 4.1.2 彈簧夾頭的應用 .16 4.1.3、彈簧夾頭提出問題及提出解決問題的方案 .19 4.1.4、彈簧夾頭的改進 .19 4.1.5、在加工夾具體和夾具頭時對加工精度的保證 .20 4.1.6、卡塊的加工工藝及其精度的保證 .22 4.2 彈簧夾頭的工藝 .24 4.2.1 彈簧夾頭的熱處理 .24 4.3 提高彈簧夾頭壽命的探討 .26 4.3.1 提高壽命的探討 .26 4.3.2 彈簧夾頭的精度分析 .27 結(jié)論與展望 .28 致 謝 .29 參考文獻 .30 附錄 A.31 附錄 B.36 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） III 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 IV 插圖清單 圖 1-1 不銹鋼六角螺栓.2 圖 3-1 氣缸輸出力經(jīng)驗圖.7 圖 3-2 氣缸輸出力經(jīng)驗圖.8 圖 3-3 活塞桿徑與活塞桿最大計算長度()之間的關(guān)系.9 圖 3-4 活塞桿徑與活塞桿最大計算長度()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 夾頭導向面的磨削原理.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 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） V 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 VI 表格清單 表 3-1 氣缸型號表.11 表 4-1 回火溫度和時間的關(guān)系. .24 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 0 引 言 本課題是對某廠生產(chǎn)零件-六角螺栓進行機械車加工總長的裝置設計，該課題是 對某企業(yè)實際產(chǎn)品的加工過程設計，具有較強的實踐性，需實習調(diào)研過程。在我們?nèi)?實踐觀察的過程中不僅提高了自身的觀察能力而且也同時提高了我們的思考，判斷等 綜合能力。通過對該課題的研究和設計，可以鞏固學生對所學理論知識掌握，提高學 生解決實際生產(chǎn)中設計開發(fā)問題的能力和創(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，在這樣的基礎上我們進行了改裝，設計出了配 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 運用所學知識和技能來解決實際問題的一個重要環(huán)節(jié)，更是對大學階段所學關(guān)于機械 及氣壓知識和實際動手能力的一個考察。通過這次課題，不但可以提高我們的綜合訓 練設計能力、科研能力，其中包括實際動手能力、查閱文獻能力，撰寫論文能力，還 是一次十分難得的提高創(chuàng)新能力的機會，并且使我在以下幾個方面得到訓練： 1、了解氣壓傳動系統(tǒng)設計的基本方法和設計要求，培養(yǎng)了我們運用所學理論知識解決 具體工程技術(shù)問題的能力。 2、掌握氣壓傳動系統(tǒng)的設計步驟，熟悉設計的有關(guān)技術(shù)文件，規(guī)范設計手冊及相關(guān)元 件的國家標準。 3、根據(jù)設計任務要求，進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 對氣壓系統(tǒng)主要性能作必要的設計計算。 針對大學中所學的機械及氣壓方面的知識，我選擇這個課題來完成我的畢業(yè)設計， 并進行了大量的實地調(diào)研考察，嘗試和論證。本次設計中主要以課本和搜集來的各種 資料作為依據(jù)，基于所學的知識，從簡單入手，循序漸進，逐步掌握設計的一般方法 和步驟，讓我把知識掌握的更加牢固，并把所學的知識融成一個體系，以適應將來實 際工作的需要。由于初次設計，所學知識又存在大量局限，實際經(jīng)驗也存在著大量的 不足，因此對一些問題可能考慮不周，致使設計中難免會存在有某些缺點和錯誤，懇 請各位老師批評指正。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 1 第 1 章 緒 論 1.1 六角螺栓簡介 六角螺栓即六角頭螺栓（部分螺紋）-C 級及六角頭螺栓（全螺紋）-C 級，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 常用的標準可參見：SH3404、HG20613、HG20634 等。 1.2 六角螺栓級別和扭力(扭矩)的相對關(guān)系 在螺紋緊固件的使用中應用的較廣泛的是螺栓螺母連接副的形式，應用的較多 的是有預緊力的連接方式，預緊力的連接可以提高螺栓連接的可靠性、防松能力及螺 栓的疲勞強度，并且能增強螺紋連接體的緊密性和剛度。在螺紋緊固件的連接使用中， 沒有預緊力或預緊力不夠時，起不到真正的連接作用，一般稱之為欠擰；但過高的預 緊力或者不可避免的超擰也會導致螺紋連接的失敗。眾所周知，螺紋連接的可靠性是 由預緊力來設計和判斷的，但是，除在實驗室可以測量外，在裝配現(xiàn)場一般是不易直 觀的測量。螺紋緊固件的預緊力則多是采用力矩或轉(zhuǎn)角的手段來達到的。因此，當設 計確定了預緊力之后，安裝時采用何種控制方法？如何規(guī)定擰緊力矩的指標？則成為 關(guān)鍵重要問題，這就提出來了螺紋緊固件扭（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)、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 的緊固特性的測試及計算方法，還涉及到螺紋緊固件的應力截面積和承載面積的計算 方法等基礎的術(shù)語、符號的規(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 尚無相應的標準，德國工程 師協(xié)會早在七十年代就發(fā)表了 DVI2230高強度螺栓連接的系統(tǒng)計算技術(shù)準則。日本 也于 1987 和 1990 年發(fā)布了三項國家標準，尚未查到其他國家的標準。國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn) 相應的行業(yè)標準，僅少數(shù)企業(yè)制定了企業(yè)標準。尤其是隨著引進技術(shù)的國產(chǎn)化不斷的 拓展和螺紋緊固件技術(shù)發(fā)展的需要，這一需求日趨迫切。這也就是制定此項標準的初 衷。 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 2 1.3 彈簧夾頭的現(xiàn)狀和應用現(xiàn)狀 在現(xiàn)代復雜的制造環(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)過機床制造商的嚴格培訓，認真學習新設備的加工運動原理、結(jié)構(gòu)特征和使用技 巧，方能進行操作使用。尤其對于頂端的技術(shù)系統(tǒng)，更是如此。例如，先進的機床控 制系統(tǒng)，復雜形狀零件的 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)開發(fā)出的一些功能強大、精度高，但又容易操作(勿須專門 培訓) 和使用壽命長的工藝裝備。用以快速定位、夾緊工件(或刀具)的相對卡盤定位精 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 應用范圍。 第一個彈簧夾頭的使用并不是很理想的。但當時確實證明了一個事實，一個好的 工件夾頭的使用，能提高生產(chǎn)效率和加工零件精度。后來，在車床開發(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)品圖紙和開發(fā)的 系列產(chǎn)品向外公布。當時主要是為適應鐘表和透鏡制造業(yè)大批量生產(chǎn)的市場需要而開 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車床提供得心應手 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，隨著加工與設備技術(shù)的不斷進步，在要求各個系統(tǒng)都能極高地 提高生產(chǎn)效率的設計改革潮流中，對作為機床的最基本但又很重要的工藝裝備彈簧夾 頭，卻從沒有給以設計的空間和時間。這似乎是件非常奇怪的事情。 在機床結(jié)構(gòu)也在以飛快速度變換著的形勢下，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，主要歸功于它特具有的靈巧、精致的結(jié)構(gòu)和功能強大、使用方便 以及經(jīng)濟性好等特點。彈簧夾頭雖小，但在機床工業(yè)中確實起到了很重要的作用，這 是都是由于它具有以下很強的功能： 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自多方向切削力的 功能。 2. 具有增大驅(qū)動力(拉力)和轉(zhuǎn)換驅(qū)動力為工件(或刀具)夾緊力的功能。 3. 具有快速松開工件(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。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 3 第 2 章 氣壓傳動方案 2.1 方案的提出 該課題的傳動方案可以分為氣動式，液壓式，和機械式三類。采用方式不同，結(jié) 果會有非常明顯的區(qū)別。 方案一：機械傳動 通用的機械傳動有齒輪傳動、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動等。適用于精密傳動場 合，加工、安裝、調(diào)整的精度要求高，因而成本較高。無過載保護，需專門加工設備。 方案二：氣壓傳動 氣壓傳動簡稱氣動，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來傳遞動力和控制信號，控制和 驅(qū)動各種機械和設備。主要優(yōu)點有： （1）空氣隨處可取，取之不盡，無介質(zhì)費用和供應上的困難； （2）用后的空氣直接排入大氣，對環(huán)境無污染，處理方便，不必設置回收管路， 因而也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充及更換等問題； （3）空氣粘度小(約為液壓油的萬分之一)，在管內(nèi)流動阻力小，壓力損失小，便 于集中供氣和遠距離輸送。即使有泄漏，也不會嚴重影響工作，不會污染環(huán)境； （4）氣動元件結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，適于標準化、系列化、通用化； （5）氣動系統(tǒng)對工作環(huán)境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、 振動等惡劣工作環(huán)境中工作時，安全可靠性優(yōu)于液壓、電子和電氣系統(tǒng)； （6）.排氣時氣體因膨脹而溫度降低，因而氣動設備可以自動降溫，長期運行也 不會發(fā)生過熱現(xiàn)象。 同時，它亦有相應的缺點，如由于空氣的可壓縮性大，所以氣動系統(tǒng)的穩(wěn)定性差， 負載變化時對工作速度的影響較大，速度調(diào)節(jié)較難；氣壓傳動系統(tǒng)工作壓力低，輸出 力較小，且傳動效率低等。 方案三 ：液壓傳動 相比于氣動，液壓傳動優(yōu)點有： （1）傳動平穩(wěn) 在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可 以認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以 設置液壓緩沖裝置，故不像機械機構(gòu)因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十 分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向； （2）質(zhì)量輕體積小 液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，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、動作靈敏； （3）液壓元件能夠自動潤滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動裝置能 自動潤滑，因此元件的使用壽命較長； （4）簡化機構(gòu) 采用液壓傳動可大大地簡化機械結(jié)構(gòu)，從而減少了機械零部件數(shù) 目； （5）便于實現(xiàn)自動化 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，很容易實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 4 缺點： （1）不適宜遠距離輸送動力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜 遠距離輸送動力； （2）油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動 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 從以上的三個方案可以看出： 方案一的機械傳動多用于工業(yè)精密傳動以及對速度的控制有嚴格要求的場合，故 其不適用于此處系統(tǒng)的傳動。相比較，液壓與氣壓傳動更加適合。 據(jù)分析可知，六角螺栓車總廠裝置設計的主要工序有：上工件、氣壓頂緊、車總 長、下工件等動作。整個工作的過程要求動作平穩(wěn)、盡量避免噪聲的產(chǎn)生。因生產(chǎn)效 率要求，夾具的開合次數(shù)會非常的頻繁，需要考慮到夾具的使用壽命，震動、撞擊的 因素應該避免；此外，該處的動力輸送距離不遠，并且綜合該廠的生產(chǎn)環(huán)境要求清潔， 而且，該過程對動力大小要求并不高，氣動就已經(jīng)能滿足，綜上所述，選擇方案二氣 壓傳動比較合適。 綜上，采用方案二氣壓傳動方式，至此，有關(guān)傳動方案就已確定。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 5 第 3 章 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，應考慮使用特殊密封材料及十分干燥的空氣。 2）安裝前應在 1.5 倍的工作壓力下試壓，不允許有泄漏。 3）在整個工作行程中負載變化較大時，應使用有足夠出力余量的氣缸。 4）不使用滿行程工作，特別在活塞伸出時以避免撞擊損壞零件。 5）注意合理潤滑，除無油潤滑氣缸外應正確設置和調(diào)整油霧器，否則將嚴重影響氣缸 的運動性能甚至不能工作。 6）氣缸使用時必須注意活塞桿強度問題。由于活塞桿頭部的螺紋受沖擊而遭受破壞， 大多數(shù)場合活塞桿承受的是推力負載,必須考慮細長桿的壓桿穩(wěn)定性和氣缸水平安裝時 活塞桿伸出因自重而引起活塞桿頭部下垂的問題。安裝時還要注意受力方向，活塞桿 不允許承受徑向載荷。 7）活塞桿頭部連接處,在大慣性負載運動停止時,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,在使用時應檢查負載的慣性力,設置負載停止的阻 擋裝置和緩沖裝置,以及消除活塞桿上承受的不合理的作用力。 3.1.2 氣缸的選擇要點 1）根據(jù)氣缸的負載狀態(tài)和負載運動狀態(tài)確定負載力 F 和負載率，再根據(jù)使用壓力應小 于氣源壓力 85的原則，按氣源壓力確定使用壓力 P。對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 預選，并根據(jù)公式便可求得缸徑 D，將所求出 的 D 值標準化即可。如 D 尺寸過大，可采用機械擴力機構(gòu)。 2）根據(jù)氣缸及傳動機構(gòu)的實際運行距離來預選氣缸的行程,為便于安裝調(diào)試，對計算 出的距離以加大 1020mm 為宜，但不能太長，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。可參考相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本。 4）活塞(或缸筒)的運動速度主要取決于氣缸進、排氣口及導管內(nèi)徑，選取時以氣缸進 排氣口連接螺紋尺寸為基準。為獲得緩慢而平穩(wěn)的運動可采用氣液阻尼缸。普通氣 缸的運動速度為 0.51ms 左右，對高速運動的氣缸應選用緩沖缸或在回路中加緩沖。 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 6 3.2 氣缸各機構(gòu)數(shù)據(jù)計算 3.2.1 氣缸的作用力大小 (1)氣缸作用力的大?。?根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應使氣 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；但缸徑過大， 不僅使設備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設計時，應盡量 采用增力機構(gòu)，以減少氣缸的尺寸。 下面是氣缸理論出力的計算公式： 2*104FDP F：氣缸理論輸出力(kgf) F：效率為 85%時的輸出力(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，可直接查閱經(jīng)驗圖 3-1、圖 3-2。 圖 3-1 氣缸輸出力經(jīng)驗圖 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 7 圖 3-2 氣缸輸出力經(jīng)驗圖 例：直徑 340mm 的氣缸，工作壓力為 3kgf/cm2 時，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，得： F2800kgf；F2300kgf 3.2.2 活塞(或缸)的運動速度 活塞運動速度與氣源壓力、負載、摩擦力、進排氣管接頭通徑等有密切關(guān)系。其 中，以排氣速度影響最大。如果要求活塞桿高速運動時，應選用內(nèi)徑較大的進、排氣 口及導管、通常為了得到緩慢的、平穩(wěn)的活塞桿運動速度，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：當水平安裝的氣缸去推負載時，推薦用排氣 節(jié)流；如果用垂直安裝的氣缸舉升重物時，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選擇用于控制氣缸的控制元件閥的有效截面積，并由此來判斷 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，找出與計劃使用的氣缸尺 寸的交點，由此交點引垂直線，便可從橫軸的交點上得知所需的有效截面積。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算出的數(shù)值。請注意這里未考 慮調(diào)速器、配管、管接頭等回路因素和氣缸的負荷率等。 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 8 圖 3-3 活塞桿徑與活塞桿最大計算長度()之間的關(guān)系 圖 3-4 活塞桿徑與活塞桿最大計算長度()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。在一般場合下，多用固定式氣缸。在需要隨 同工作機構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(如車床、磨床等)應選用回轉(zhuǎn)氣缸。在除要求活塞桿做直線運 動外，又要求缸作較大的圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。僅需要在 360或 180之 內(nèi)作往復擺動時，應選用單葉片或雙葉片擺動氣缸，另有特殊要求，應選用相適當?shù)?特種氣缸和組合式氣缸。 選擇可參照圖 3-5。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 9 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用的一部分，圖 1-6 是根據(jù)以下公式計算的空氣消耗。 24*104QDSP ：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) 利用此公式計算的空氣消耗量為近似值，因為有時在氣缸室內(nèi)的供應空氣，并不 完全排放(特別是在高速狀態(tài)下)，實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，空氣消耗量隨即可從橫 座標讀出，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，來回行程之空氣消耗量為 83。 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 10 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，應考慮使用特殊密封材料及十分干燥的空氣。 （2）安裝前應在 1.5 倍的工作壓力下試壓，不允許有泄漏。 （3）在整個工作行程中負 載變化較大時，應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 伸出時以避免撞擊損壞零件；（5）根據(jù)氣缸的負載狀態(tài)和負載運動狀態(tài)確定負載力 F 和負載率，再根據(jù)使用壓力應小于氣源壓力 85的原則，按氣源壓力確定使用壓力 P。對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 預選； （6）根據(jù)氣缸及傳動機構(gòu)的實際運行距離來預選氣缸的行程,為便于安裝調(diào)試，對計 算出的距離以加大 1020mm 為宜，但不能太長，以免增大耗氣量。 結(jié)合現(xiàn)在市場狀況以及工作時汽缸要求，初選德國 Festoon 帶活塞汽缸。有關(guān)型 號參數(shù)見下表 3-1 表 3-1 型材式和拉桿式氣缸 型號 功 能 直徑 （mm） 力（N） 行程 （mm） 緩 沖 P P P V 感 測 標準 說明 雙 作 用 32.100 483.4712 2.2000 - + + 1.ISO 15552 2.經(jīng)濟型標準安裝，無派生型 3.最接近開關(guān)齊平安裝 4.附件品種齊全 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000 0 + 0 1.ISO 15552 2.派生型眾多 3.三側(cè)都有型材槽 4. 接近開關(guān)齊平安裝 5.附件品種齊全 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 11 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000 - + + 1.ISO 15552、ISO6431 2.拉桿式氣缸，結(jié)構(gòu)堅固 3.使用安裝組件安裝接近開關(guān) 4. 附件品種齊全 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000 - + 0 1.ISO 15552 2.易清洗結(jié)構(gòu) 3.增強了耐腐蝕性能 4. 可選擇集成位置感測或附 加位置感測 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000 + - + 1.ISO 21287 2.標準尺寸的緊湊型氣缸 3.和標準氣缸比，派生型更多 4. 結(jié)構(gòu)特點：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.增強了耐腐蝕性能 4. 可選擇集成位置感測或附 加位置感測 雙 作 用 32.125 483.7363 10.2000 + - + 1.ISO 21287 2.經(jīng)濟型標準氣缸，無派生型 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的工作 環(huán)境 結(jié)合實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 應的型號為標準型汽缸 DNC-50-160-PPV. 二維圖 3-8 如下： 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 12 三維圖 3-9 如下： 至此，氣壓傳動系統(tǒng)元器件的選型結(jié)束。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 13 第 4 章 彈簧夾頭的設計 4.1 彈簧夾頭的使用和制造 4.1.1 何時使用彈簧夾頭 彈簧夾頭的優(yōu)缺點：重量輕加速快受離心力的影響小同心度高快速夾持零件更換 時可快速調(diào)換夾頭適合的工件尺寸范圍有限軸向尺寸長更適合小型零件更適合直徑尺 寸一致的工件。 三爪電動卡盤是大多數(shù)車床用戶的標準工件夾持裝置，這種卡盤具有足夠的通用 性，可應用于多種車削加工。然而，它不是所有加工任務的最佳夾具。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有卡爪卡盤的寬，對于某些加工任務來說，它所提供的 與速度、準確度和生產(chǎn)力有關(guān)的優(yōu)勢也許是極其重要的。 何種夾具的功效更好，做決定時需要考慮幾個因素。對于一項給定的車床加工任 務，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。 主軸負載容量車床主軸的最大允許重量基于軸承負載容量，如果夾盤和工件組合 的重量太大，軸承有可能超負荷。對于那些存在超出限度的危險的加工任務，這種危 險性可能決定人們對工件夾具的選擇，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合，彈簧夾頭是恰當?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行車削時的較好選擇，主要有兩 個原因： 一個原因與卡盤的質(zhì)量有關(guān)，假定以相同的主軸馬力驅(qū)動卡爪卡盤和彈簧夾頭， 較厚重的卡爪卡盤需要更長的時間來加速達到所需的速度，加速時間長將延長工作周 期，降低生產(chǎn)力。 另一個原因與離心力有關(guān)，因為它隨著 rpm 平方值的增加而增加，所以，在高速 切削的情況下，這個數(shù)值很重要。例如，將主軸速度加倍，離心力將為原來的四倍。 這種力量將卡盤卡爪拉離中心，往往會降低夾持力。但采用彈簧夾頭，離心力不會造 成明顯的影響。因而，在整個加工速度范圍內(nèi)夾持力會更加穩(wěn)定。 加工操作彈簧夾頭在零件的整個圓周施加夾持力，而不是僅在選定的接觸區(qū)域， 因而，可獲得很好的同心度，這一點對于二次加工的項目尤其重要，二次加工需要考 慮與一次加工有關(guān)的精確度，因為彈簧夾頭的準確夾持能力強，即使卡爪卡盤用于一 次加工時，彈簧夾頭也可用于二次加工。帶有空心軟卡爪的卡盤可達到 0.0006 至 0.0012 英寸范圍內(nèi)的 TIR(總讀數(shù))重復精度，而彈簧夾頭的典型重復精度為 0.0005 英 寸 TIR 或更好，為了進一步提高二次加工精度，在安裝過程中，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。彈簧夾頭對工件的長度 有所限制，特別地，彈簧夾頭限制機床的軸向(Z 軸)行程范圍，因為它的長度比卡爪卡 盤長。當工件的加工長度差不多需要用到機床的整個可用行程時，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均適合采用彈簧夾頭。 在小批量和多種任務的加工場合，彈簧夾頭的優(yōu)勢與產(chǎn)品轉(zhuǎn)換時間有關(guān)，標準卡 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 14 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 20 秒，在產(chǎn)品變換頻繁時，節(jié)省的時間累計 起來是可觀的。 當加工批量大時，可同樣累積所節(jié)省的與夾持有關(guān)的時間，彈簧夾頭所需的開合 時間比卡爪卡盤的少，通過減少從一個工件轉(zhuǎn)換至下一個工件的非切削時間，削減加 工循環(huán)時間。 工件尺寸范圍彈簧夾頭開合更快的部分原因是它的驅(qū)動沖程較短，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床經(jīng)常用于各種大批量加工，在這些應用中，彈 簧夾頭可顯著節(jié)省加工時間。它們可在一個工作循環(huán)中加工零件的所有面，這些機床 常與棒材進料器組合在一起，實現(xiàn)無人值守生產(chǎn)，連續(xù)加工工件。在這些應用中，對 一個工件而言，所節(jié)省的夾盤驅(qū)動時間可能是很少的，但在整個生產(chǎn)過程中，每個工 件節(jié)省時間與加工工件數(shù)相乘，累計起來所節(jié)省的時間是很可觀的。 夾盤工具庫當人們在卡爪卡盤和彈簧夾頭之間選擇一個最合適的工件夾持裝置時， 考慮第三個選項也是重要的。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 20 分鐘?？ㄗūP可保留在機床上，以處理零件范圍不確定的情況。但當機床加工大批 量工件，或幾批尺寸一致的零件時，采用彈簧夾頭所獲得的生產(chǎn)力提高，大大超過更 換夾具花費時間造成的生產(chǎn)力損失。 實際上，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 會更快。如果工件尺寸的變化大，可能需要采用卡爪卡盤以適應尺寸范圍寬的加工工 件。 材料類型對于熱輥軋鋼材、鍛件和模壓件，標準卡爪卡盤往往功效較好，因為所 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，缺乏一致的直徑測量值不一定構(gòu)成采用彈簧 夾頭的障礙，可提供設計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 彈簧夾頭的應用 彈簧夾頭必須保持與工件(或刀具)的定位基準相同如主軸。彈簧夾頭和工件(或刀 具)之間的相對運動將導致不正確的零件加工。彈簧夾頭與工件(或刀具)的相對轉(zhuǎn)動或 相對軸向移動都會使加工工件尺寸的一致性和幾何精度受到影響。 在現(xiàn)代復雜的制造環(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)過機床制造商的嚴格培訓，認真學習新設備的加工運動原理、結(jié)構(gòu)特征和使用技 巧，方能進行操作使用。尤其對于頂端的技術(shù)系統(tǒng)，更是如此。例如，先進的機床控 制系統(tǒng)，復雜形狀零件的 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)開發(fā)出的一些功能強大、精度高，但又容易操作(勿須專門 培訓)和使用壽命長的工藝裝備。用以快速定位、夾緊工件(或刀具)的相對卡盤定位精 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 的應用范圍。 第一個彈簧夾頭的使用并不是很理想的。但當時確實證明了一個事實，一個好的 工件夾頭的使用，能提高生產(chǎn)效率和加工零件精度。后來，在車床開發(fā)制造領(lǐng)域享有 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 15 盛名的 Hardinge 公司，在 1901 年驕傲地在他們開發(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)品圖紙和開發(fā)的 系列產(chǎn)品向外公布。當時主要是為適應鐘表和透鏡制造業(yè)大批量生產(chǎn)的市場需要而開 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車床提供得心應手 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，隨著加工與設備技術(shù)的不斷進步，在要求各個系統(tǒng)都能極高地 提高生產(chǎn)效率的設計改革潮流中，對作為機床的最基本但又很重要的工藝裝備彈簧夾 頭，卻從沒有給以設計的空間和時間。這似乎是件非常奇怪的事情。 在機床結(jié)構(gòu)也在以飛快速度變換著的形勢下，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，主要歸功于它特具有的靈巧、精致的結(jié)構(gòu)和功能強大、使用方便 以及經(jīng)濟性好等特點。彈簧夾頭雖小，但在機床工業(yè)中確實起到了很重要的作用，這 是都是由于它具有以下很強的功能： 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自多方向切削力的 功能。 2.具有增大驅(qū)動力(拉力)和轉(zhuǎn)換驅(qū)動力為工件(或刀具)夾緊力的功能。 3.具有快速松開工件(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 總的來說，彈簧夾頭的設計和使用是一個涉及面很寬的領(lǐng)域，它是需要相對應于 多種機床系列，以及包括了為體現(xiàn)它與機床各自不同風格和特征 而設計的產(chǎn)品，所以 總數(shù)已有成千上萬。但是現(xiàn)在還有一個普遍的錯誤觀念，認為彈簧夾頭只用以夾緊圓 柱形工件毛坯。這是不符合事實的，實際上它幾乎能對任何形狀的工件(或刀具)，包 括正方形或六邊形工件進行定位夾緊。 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，影響夾緊力的因素 夾緊力是機床經(jīng)彈簧夾頭施加在工件上的力。本文中插圖是一個在車床上使用的 用以定位、夾緊工件的彈簧夾頭 , 同樣也可以被用來對刀具、磨削的工件實行 定位、 夾緊或許多別的場合。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，夾緊力還可以通過鎖緊角將其擴大，經(jīng)過計 算得知，根據(jù)不同的鎖緊角，彈簧夾頭夾緊力可擴大 3-4 倍。 彈簧夾頭是一個結(jié)構(gòu)簡單的工藝裝置，卻有許多影響夾緊力的主要因素 。對于基 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。以下介紹幾個影響夾 緊力的主要因素和總結(jié)的使用經(jīng)驗： 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行調(diào)整。 2.在彈簧夾頭使用中，設計的鎖緊角(或頭部傾角)大小將決定著夾緊力經(jīng)擴大后 能達到的指標， 通常由機床制造商和彈簧夾頭制造商決定。當彈簧夾頭新的設計還正 在探求之中， 從經(jīng)濟性和可靠性考慮， 設計師建議用戶使用現(xiàn)有彈簧夾頭結(jié)構(gòu)。標 準錐度(或頭部傾角)已根據(jù)機床類型(如車床等)、使用條件(動態(tài)與靜態(tài))和用途(工件 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 16 與刀具)不同，由設計時確定。 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 致小的夾緊力，反之亦然 。彈簧夾頭供應商能采取各種措施，克服彈簧夾頭與工件 (或刀具)之間的相對轉(zhuǎn)動或軸向竄動等，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 對工件的夾緊力大小。摩擦力太小時夾緊力不夠，太大的夾緊力，會加快彈簧夾頭磨 損。使用中彈簧夾頭要經(jīng)常松開實行工件交換，例如在車削加工中心上使用，需在松 開時在彈簧夾頭內(nèi)孔表面噴涂一薄層潤滑劑。有條件采用冷卻劑潤滑更好，因為冷卻 劑提供可沖洗彈簧夾頭，而且潤滑性效果好。尤其在鎖緊角處定期施加冷卻劑，則能 減少長期磨損和增加夾緊力。一些更多潤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滑的效果都不佳時，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，只有頭部傾 角的內(nèi)部與工件接觸，相對而言，夾緊力增大，但引起夾頭與工件的不同心問題。在 一個名義尺寸下，它可對名義直徑相同的工件進行裝夾定位。當選擇彈簧夾頭名義的 孔徑尺寸，Hardinge 公司推薦指標為能在 0.0254mm 范圍發(fā)生變化 。 由切削試驗和多年的使用實際證明，彈簧夾頭能滿足切削速度日益增長著的加工 需要和有很長的使用壽命。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 量。今天，主軸轉(zhuǎn)速高達每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)，材料切除率也以驚人的速度遞增。在 100 多 年來的成功使用中，盡管使用了許多先進的高端制造技術(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)的彈簧夾頭。這在制造業(yè)中的確是罕見的，也確 實是 Hardinge 公司人應該倍感驕傲的地方。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 17 4.1.3、彈簧夾頭提出問題及提出解決問題的方案 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, 夾頭導向用 L 3。 圖 4-1 以前的彈簧夾頭結(jié)構(gòu) 但是在長期的使用過程中, 當夾頭磨損超過一定限度就會出現(xiàn)夾不牢工件現(xiàn)象, 直接影響加工精度和生產(chǎn)效率, 這時彈簧夾頭報廢，無形中增加了夾具的制造成本， 造成了巨大的經(jīng)濟損失。要想提高夾頭的耐磨性, 就必須提高夾頭的硬度, 而硬度過 高夾頭彈性減弱, 簧瓣易斷, 為此我針對此問題設計了鑲塊式彈簧夾頭。 4.1.4、彈簧夾頭的改進 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, 二者通過螺釘相聯(lián)接。夾頭體有六個簧瓣, 工作時靠簧瓣的彈性變 形來完成夾緊和松開動作, 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) 過以下幾個問題: (1) 由于夾頭制造誤差容易出現(xiàn)偏心, 車加工后的套圈會出現(xiàn)壁厚差超差現(xiàn)象。 (2) 卡塊任意裝入夾頭后, 測出卡塊圓度不好, 用這樣的卡塊夾緊套圈, 被加工 后的套圈也會出現(xiàn)壁厚差超差現(xiàn)象。制造時必須想辦法加以克服。 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 18 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對加工精度的保證 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面, 并鉆完 等分孔后, 再車圓錐面, 車圓錐面時以螺紋面為定位基準, 我們設計一種螺紋胎, 它 可以保證車圓錐面時車加工精度。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床主軸上, 最后用托板上的小刀架進行切削。 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，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定位 面的加工精度, 其加工原理如下圖 4-4 所示： 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 19 圖 4-4 夾頭定位面加工原理 在以上加工之后要對夾具進行熱處理，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：在磨削加工夾頭圓錐面的時候同樣用螺紋胎保證磨加工精度。 圓錐面是夾頭夾緊過程中的一個重要的定位面, 圓錐面精度的好與壞, 直接影響整個 夾頭的精 度,設計一套磨加工用螺紋胎夾緊卡頭, 定位基準還是選用螺紋面, 其磨削原理如下圖 4-5 所示,磨完后的圓錐面相對于螺紋面同軸度可達 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。我們設計一種特制的磨內(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 所示。磨削后夾頭的內(nèi)徑相對于圓錐面 同軸度一般可達 0. 02mm。夾頭頭部六瓣切開, 然后回火漲大 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 20 圖 4-6 夾頭內(nèi)孔的磨削原理 5、磨夾頭導向面：同樣使用螺紋胎保證磨加工精度，導向面在夾頭中起導向作用, 要求導向面和圓錐面必須同軸。還是用磨圓錐面時用的螺紋胎夾緊夾頭, 其磨削原理 如下圖 4-7 所示。磨削后的導向面相對于圓錐面同軸度可達 0. 04 mm。夾頭的精度是 通過以上五個部分的加工工藝及保證措施來達到的, 但是裝在夾頭里面的卡塊精度的 好與壞也直接影響整個夾頭的精度。 圖 4-7 夾頭導向面的磨削原理 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, 所以卡塊也是六瓣一組,在銑六等分口時, 口先不 銑透, 徑向留有 3 4 mm 連筋, 使一組里的六個卡塊還是一體, 保證淬火后磨加工時 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 六個工件。 給每套卡塊標注規(guī)格、組號, 再按順序給每一組里的每一塊卡塊標注順序號，卡塊 材料選用軸承鋼, 淬火硬度一般為 60 62HRC。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 21 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, 磨一批活時內(nèi)徑尺寸要一 致, 然后磨外徑, 磨外徑時用內(nèi)徑定位, 保證內(nèi)、外徑同軸。我們設計一個長 150mm , 前后錐度差 0. 02 0. 03mm 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 0. 02 mm。 圖 4-9 磨削卡塊外徑原理 3、切開六瓣, 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, 應該注意以下幾點: (1) 更換規(guī)格時, 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 個一組, 成組保管, 成組使用, 不得混用。 (3) 安裝卡塊時必須按順序號排列, 否則會破壞卡塊自身精度, 車加工后的套圈會出 現(xiàn)壁厚差超差現(xiàn)象。 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 22 4.2 彈簧夾頭的工藝 4.2.1 彈簧夾頭的熱處理 夾頭作時,其柄部在鎖緊套的作用下對夾頭頭部施加一個鎖緊力,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大,因此要嚴格 控制理淬火加熱溫度和保溫時間。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 通過淬火+低溫回火，可保證整個夾頭硬度 56HRC。進行淬火+低溫回火后，再對 其進行局部回火。局部回火在硝鹽爐內(nèi)進行。回火時要注意對過渡區(qū)的控制，通過專 用工序，保證夾頭過渡區(qū)下部 10mm 左右浸在硝鹽中，具體示意見圖 4-11。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 23 圖 4-11 彈簧夾頭回火工藝示意圖 過渡區(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；過渡區(qū)在柄部,造成柄部和頭部結(jié)合處硬度高,易在此處發(fā)生斷。同時工件在硝 鹽爐中停留時間太長，否則熱量通過柄部傳導，將降低頭部硬度。局部回火只能采用 高溫快速回火。 2回火溫度和時間的確定 回火是受擴散控制的,組織轉(zhuǎn)變?nèi)Q于溫度和時間,但溫度是主要的,所有回火轉(zhuǎn)變 都在一定范圍內(nèi)發(fā)生。在該范圍內(nèi),用較低的溫度、較長的時間與較高溫度、較短時間 發(fā)生的轉(zhuǎn)變相比可能有相同的效果。高溫快速回火正是基于這一點提出的。根據(jù)實踐 經(jīng)驗,要獲得相同硬度值,高溫快速回火比常規(guī)回火溫度高 100200。由于要求柄部 硬度為,所以我們將高溫回火溫度定為（500 士 10）然后通過分組試驗確定回火時間。 結(jié)果見下表 4-1。 表 4-1 回火溫度和時間的關(guān)系 回火溫度 回火時間/s 柄部硬度 HRC 頭部硬度 HRC 55010 30 52-55 5861 55010 50 4851 5860 55010 70 4447 5759 55010 90 42-44 57-59 3熱處理具體步驟 1，在 600鹽浴中預熱，預熱時間以每厘米 0.5 分鐘計。 2，取出后放到 860-870鹽浴中加熱，加熱時間以每厘米 0.250.3 分鐘計。 3，取出后立即投入 180左右的硝酸鹽浴中冷卻，或投入油槽中冷卻。 4，冷到室溫后，放到 180-200的硝酸鹽浴中回火一次，以去除淬火應力并增加工件 的韌性，回火時間以 60 分鐘（如果是油淬，要清洗后再回火。 ） 5，把工件后面部分浸入 550的硝酸鹽浴中快速加熱，加熱時間以每厘米 813 秒鐘 計，加熱后，取出投入油槽中冷卻。 6，取出清洗，吹砂。 李肥翔：六角螺栓車總長裝置設計 24 4.3 提高彈簧夾頭壽命的探討 4.3.1 提高壽命的探討 彈簧夾頭服役時,是利用自身的彈性變形來夾緊工件完成機加工的。如何提高彈簧夾 頭的壽命呢？我們采取了如下措施。 1，重新確定 H 和 之間的尺寸差值 很顯然,增加圓角過渡區(qū) R 處的半徑能降低該處的應力集中程度,但增加圓角過渡區(qū) R 處的半徑又受到一定的限制。于是我們注意到 H 和 (見圖)之間的尺寸差值,因為增加 此差值,可以增加圓角過渡區(qū) R 處的抗扭故而模量和抗彎截面模采,在彈簧夾頭服役條件 不變的情況下,能顯苦地降低圓角過渡區(qū) R 處的應力峰值,這對提高彈費夾頭的壽命起著 重要作用。所以當圈角過渡區(qū) R 處的半徑恒定時,H 和 之間的尺寸差值增為 4mm 時效 果最佳。 2 ，重新制定熱處理工藝 按圖紙要求,彈簧夾頭圓角過渡區(qū) R 處的硬度為 HRC4751。采用常規(guī)的熱處理工 藝進行處理,雖然能保證精度要求，但由于其形狀因素和淬火應力的作用,圓角過渡區(qū) R 處很容易形成顯微裂紋。為了減少該處的淬火缺陷,我們利用正交試驗重新制定了熱處 理工藝工藝曲線如圖 4-13 所示。 圖 4-12 熱處理工藝工藝曲線 （1）根據(jù)彈簧鋼 65Mn 的等溫轉(zhuǎn)變曲線,將彈簧夾頭淬入 170的硝鹽中,等溫 4min 后取出空冷。這樣既可以使彈簧夾頭具有足夠高的強度,又可以防止其變形或開裂。 （2）將彈簧夾頭的頭部向上,基體的上部留 55mm,其余部分浸入 400的硝鹽中回 火 1h。這樣,彈簧夾頭的基體得到的是高彈性極限的回火屈氏體組織,圓角過渡區(qū) R 處 得到的是高強度極限的復合組織,保證了彈簧夾頭服役時的綜合性能要求。 3,結(jié)論 經(jīng)上述方法處理的彈簧夾頭,其使用情況如表所示,壽命提高了 3 倍,年節(jié)約資金愈 萬元。實踐證明,增加 H 和 之間的尺寸差值,可以降低彈簧夾頭圓角過渡區(qū) R 處的應力 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 2