机械手-45#刀柄拉刀机构-说明书

四 川 理 工 学 院毕 业 设 计（论 文）说 明 书题 目 45#刀柄拉刀机构 学 生 向 治 海 系 别 机电工程系 专 业 班 级 机械设计制造及其自动化2003级1班 学 号 030110125 指 导 教 师 王 汉 胜 III四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 45#刀柄拉刀机构设计 系：机电工程系 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 2003级1班 学号： 0130110125 学生： 向治海 指导教师： 王汉胜 接受任务时间 2007.3.5 教研室主任 （签名）系主任 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求（1）主要技术指标及要求主电机功率：5.5KW 拉刀力：5000N (2)设计内容及要求：1.编写设计计算说明书:说明书应有以下内容(1)目录；（2）300字以上的中、英文摘要；（3）机构原理、液压驱动原理、电器控制原理；（4）主要零件的设计（包括强度、刚度的计算等）；（5）总结；（6）参考文献等内容。2工程图纸要求：（1）机构装配总图（人工绘图）；（2）重要零部件图（CAD绘图）2指定查阅的主要参考文献 1机械设计手册2.数控机床设计手册 3传感器 4.机电传动控制5液压与气压传动6.数控机床3进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1相关资料的收集及总体机构的确定20073.520073252主要零件的设计和强度计算20073.2620074203画总装配图及零件图20074.2120075314设计说明书编制20076.12007645检查20076.5200766四川理工学院毕业设计摘 要45刀柄拉刀机构是数控机床主轴内部用于刀具自动夹紧的机构。在加工之前，刀具由换刀机械手自动装入主轴孔后，其刀柄后部的拉钉便被送到主轴内拉杆的前端。当液压系统接到夹紧信号时，其电磁换向阀左位得电，液压油通向液压缸的左端，活塞在液压油的作用下向右移动。同时，拉杆在碟形弹簧的作用下也向右移动，其前端径向的钢球在主轴内壁的逼迫下沿直径方向收缩。钢球将刀柄拉钉紧紧扣住，在拉杆作用下带动拉钉向右移动。当活塞移动到位时，其活塞杆上的接近开关发出信号，使得液压系统中的电磁换向阀失电回到中位。这时拉杆便保持在拉刀位置上，刀具便被装夹好，此后便可以进行工件的加工了。 当加工完成需要换刀时，系统向拉刀机构发出松刀信号。在液压系统得到信号后，其电磁换向阀右边得电。液压油通向液压缸的右边，活塞在液压油的作用下向左边移动。这时，拉杆在活塞杆的推动下克服弹簧力向左移动，拉杆带动钢球使其沿直径方向向外移动。最终拉杆把刀柄顶开，以便机械手取走刀具。与此同时，活塞杆上的接近开关向液压系统发出信号，电磁换向阀失电回到中位，使活塞杆保持在松刀位置上。这次毕业设计的任务就是根据已知条件，设计一个45#的刀柄拉刀机构。其目的就是通过毕业设计，加深对数控机床装备的了解，并且巩固大学四年来所学的机械专业的相关的理论知识关键词：45#刀柄拉刀机构，液压，电磁换向阀ABSTRACTThe 45#-handle broach mechanism , which is fixed within the axle of the NC machine tools , is used for the auto-clamping of tools. Before work , tools will be automatically installed within the axle by the manipulator ,which is used for the exchanging of the tools . The nail ,which is installed in the handle of the tools, will be carried in the head of the shaft . When the hydraulic-system get the signal of clamping , the left of its electromagnetic-changing valve will get electricity and work .The hydraulic- oil get into the left of the hydraulic-vat , the piston moves right,which is pushed by the hydraulic-oil . Meanwhile , the shaft moves right on the effect of the plate-shaped spring , which takes the nail . When the piston arrives the predetermined-position , the switch, which is fixed on the piston , will send the controlled signal , which makes the electromagnetic-changing valve of the hydraulis-system lose electricity and get back to the middle position . At the same time , the shaft keeps its position , and the tool is clamped well . So the system is ready for the work .When the work is over or the mechanism need to change tools , the system will send the relative signals to the broach mechanism . As the hydraulic-system get the corresponding signal , the right of the electromagnetic-changing valve get electricity and work . And the hydraulic-oil get into the right of the hydraulic-vat , the piston moves left . Meanwhile , the shaft moves left and arrives the predetermined-position on the effect of the piston . When the piston arrives the predetermined-position , the switch, which is fixed on the piston , will send the controlled signal ,which makes the electromagnetic-changing valve of the hydraulis-system lose electricity and get back to the middle postion . At the same moment , the shaft keeps its position .The task of the graduating-design is to design a 45#-handle broach mechanism , on the basis of the provided conditions. Its purpose is to deepen the comprehension of the NC machine tools and consolidate the corresponding knowledge of machine ,which is learned in the four years .Keywords: the 45#-handle broach mechanism , hydraulic, electromagnetic-changing valve目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论1第二章 拉刀机构总体结构的分析22.1 拉刀机构设计的目的26培养学生检索文献和使用文献的能力。 2.2 拉刀机构原理的分析2第三章 拉刀机构主要零件的设计、计算及其强度校核53.1 机械零件设计的性质和任务53.2 机械零件设计准则和设计步骤53.3 主轴主要参数的确定63.3.1主轴前轴颈D1的选取63.3.2 主轴内孔直径d的确定73.3.3 主轴前端悬伸量a的确定73.3.4 主轴支承跨距L的确定93.4 碟形弹簧的选择与计算103.4.1 碟形弹簧的特点103.4.2 碟形弹簧的计算123.4.3 碟形弹簧的技术要求133.5 拉杆的设计与计算及其相应的强度的校核133.5.1 标准钢球的选取133.5.2 拉杆的尺寸确定183.6 螺纹联接的设计与计算213.6.1 螺纹基本尺寸的确定213.6.2 螺母的选取243.6.3 垫片的选取243.7 拉杆套的设计与计算253.8 液压缸的设计与计算263.8.1液压缸的载荷组成与计算263.8.2 液压缸主要参数的确定27第四章 气、液压系统设计394.1 液压系统设计概述394.2 气、液压传动的特点394.2.1 液压传动与其它传动（如机械传动、电气传动及气压传动）比较的优点：394.2.2气压传动特点404.3 气、液压传动原理414.4 液压元件的选择424.4.1 确定液压泵的最大工作压力Pp424.4.2 确定液压泵的流量Qp424.4.3 选择液压泵的规格434.4.3液压阀的选择434.4.4油箱容量的确定444.5 液压系统的性能验算444.5.1 回路压力损失验算444.5.2 油液温升验算44第五章 电气自动控制设计455.1 概述455.2 可编程控制器（PLC）的编程：455.2.1 PLC的概述455.2.2 PLC的编程465.2.3 PLC接线图47第六章 总结48参考文献49致谢50第一章 绪论随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。尤其是在宇宙、车工，造船，汽车和模具加工行业，用普通机床加工（精度低，效率低，劳动度大）已无法满足生产要求，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计的新技术的机电一体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的自动化机床。该系统能够逻辑的处理具有使用号码，或其他符号编码指令（刀具移动轨迹信息）规定的程序。具体的讲，把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，经过编码、运算，从而实现控制刀具与工件的相对运动，加工出所需要的零件的机床，简称数控机床。 数控机床的加工原理：按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开，冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其他辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。 数控机床的结构：数控机床主要有控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成。 这次毕业设计的课题，就是数控机床本体部分45#刀柄拉刀机构的设计。设计的任务是在拉刀力为5000N、主电机功率为5.5KW的条件下设计一个45#的刀柄拉刀机构。设计内容包括：拉刀机构的机械结构、液压系统、电气系统等等。此次设计主要应用三个原理：机构原理、液压驱动原理、电器控制原理。此说明书共分为五大部分：总体结构分析、机构设计、液压系统设计、电气控制设计、总结。设计过程中参考了诸多文献，列表附说明书末页。51第二章 拉刀机构总体结构的分析2.1 拉刀机构设计的目的拉刀机构是数控机床的核心部件（主轴）中一个重要的机构，而数控机床又是最典型的机电设备。作为机电专业的学生，以数控机床中的机构作为毕业设计的课题是非常合适的。而数控机床中的拉刀机构是机床主轴中很具代表性的机构，所以以45#拉刀机构作为毕业设计的课题是很合理的。通过做这次毕业设计，可以巩固和加深我们四年来所学的与本专业相关基础理论知识。并且可以把我们课堂所学的理论与生产实际相结合，做到理论也实践相结合的目的。机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。而拉刀机构设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力,而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。拉刀机构的设计涉及：机械设计原理、液压、气压、电气传动及单片机、PLC、可编程控制器等控制系统与基本理论知识。本次毕业的设计目的：1. 巩固学生课堂所学的机械专业理论知识；2. 培养学生自己进行机电设备设计的能力；3.培养学生分析问题，解决问题的能力；4.培养学生自主创新的能力；5培养学生的动手实践的能力；6培养学生检索文献和使用文献的能力。2.2 拉刀机构原理的分析该拉刀机构是主轴内部部件中的刀具自动夹紧机构，这个机构是数控机床，特别是加工中心的重要机构。在加工之前，刀具由换刀机械手自动装入主轴孔后，其刀柄后部的拉钉便被送到主轴内拉杆的前端。当液压系统接到夹紧信号时，其电磁换向阀左位得电，液压油通向液压缸的左端，活塞在液压油的作用下向右移动。同时，拉杆在碟形弹簧的作用下也向右移动，其前端径向的钢球在主轴内壁的逼迫下沿直径方向收缩。钢球将刀柄拉钉紧紧扣住，在拉杆作用下带动拉钉向右移动。当活塞移动到位时，其活塞杆上的接近开关发出信号，使得液压系统中的电磁换向阀失电回到中位。这时拉杆便保持在拉刀位置上，刀具便被装夹好，此后便可以进行工件的加工了。 当加工完成需要换刀时，系统向拉刀机构发出松刀信号。在液压系统的到信号后，其电磁换向阀右边得电。液压油通向液压缸的右边，活塞在液压油的作用下向左边移动。这时，拉杆在活塞杆的推动下克服弹簧力向左移动，拉杆带动钢球使其沿直径方向向外移动。最终拉杆把刀柄顶开，以便机械手取走刀具。与此同时，活塞杆上的接近开关向液压系统发出信号，电磁换向阀失电回到中位，使活塞杆保持在松刀位置上。拉杆是空心的，其目的是每次换刀时要用压缩空气清洁主轴孔和刀柄上的切屑，以保证刀具的准确安装。图2-1是数控镗铣床主轴的拉刀机构。图2-11-P型拉钉，2-钢球、3-拉杆、4-碟形弹簧、5-拉杆套、6-垫片、7-螺母、8-缸盖、9-缸筒、10-活塞在数控机床中，为实现刀具的自动装卸，必须要在其主轴必须设计刀具的拉刀机构。自动换刀卧式镗铣床主轴的刀具夹紧机构如图1-1所示。刀杆1采用7：24的大锥度锥柄，在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时，通过锥面的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴2的端部。大锥度的锥柄既利于定心，也为松夹带来了方便。在碟形弹簧8的作用下，拉杆7始终保持约5000N的拉力，并通过拉杆左端的刚球3将刀杆1的尾部轴颈拉紧。换刀前必须首先将刀柄松开，这是通过将压力油通入主轴后面的液压缸的右腔，活塞杆11推动拉杆7向左移动，同时使碟形弹簧8压紧。拉杆7向左边移动使左端的钢球3位于套筒5的喇叭口处，解除了刀杆上的拉力。当拉杆继续左移，拉杆头的端部把刀具的刀柄顶松，这时机械手便可以取出刀柄。当活塞处于左右两个极限位置时，相应的接近开关发出松开或夹紧的信号。液压系统中的电磁阀在得到相应的信号后，便会左边得电而进行把刀具拉紧的工作，或者是右边得电而进行把刀具顶松的工作，或失电使拉刀或者是松刀保持在所需的位置以便机床进行其他相关的工作。自动清除主轴孔中的切屑和灰尘是换刀操作中的一个不容忽视的问题。如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其它污物，在拉尽刀杆时，主轴锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至使刀杆发生偏斜，破坏了刀具正确的定位，影响加工零件的精度，甚至使零件报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常用压缩空气吹屑。图2-1的活塞10的心部钻有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经过活塞主轴孔内的空气喷嘴4吹喷出。将锥孔清理干净。喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀分布，以提高其吹屑效果。此结构采用的是7：24圆锥刀柄，这种标准的7：4锥联接有许多优点：因比自锁，可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触，实心的锥体直接在主轴孔内支承刀具，可以减少刀具的悬伸量；这种联结只有一个尺寸即锥角需加工到很高的精度，所以成本较低，而且可靠，多年来应用较广泛。但是，7：24锥联结也有一些缺点：锥度较大，锥柄较长，锥体表面同时要起两个作用，即刀具相对于主轴的精确定位及实现刀具夹紧并提供足够的联结刚度，由于它不能实现与主轴端面和内锥面同时定位。所以标准的7：24刀/轴锥联结在主轴端面和刀柄法兰端面有较大的间隙。7；24锥度联结的刚度对锥角的变化和轴向拉力的变化很敏感，当拉力增大48倍时联结的刚度可提高20%50%。但是过大的拉力在频繁的换刀过程中，会加速主轴内孔的磨损，使主轴内孔膨胀影响主轴前轴承的寿命。在了解了机构的总体结构和相应的工作原理后，将从三个主要的方面对拉刀机构进行设计与计算及强度的校核。首先是机构方面的设计，主要涉及拉刀机构的相关的零件，包括碟形弹簧、拉杆、拉杆套、拉钉、螺母、垫片、活塞、缸筒等，并且对相关的标准件进行选型。接下来就是对拉刀机构中液压驱动部分的设计，主要是液压系统的设计。最后的一步就是对拉刀机构的电气控制部分的设计与PLC的编程。 四川理工学院毕业设计第三章 拉刀机构主要零件的设计、计算及其强度校核3.1 机械零件设计的性质和任务机械是人类用来减轻体力劳动和提高劳动生产率的工具。机械化程度的高低是衡量一个国家社会生产率发展水平的重要标志。在新技术革命中，最大限度的提高劳动生产率和产品质量，为工业、农业、国防、轻工、化工、交通、能源及能源开发以及新的科学实验基地提供更多的先进设备。这是机械工业的伟大历史使命。不论是制造新的机械设备还是改进原有的机械设备，都要进行大量的机械设计工作。“机械”是一个总称，习惯上包括机构和机器。机构是由相对运动的构件组成的。它的作用是传递运动并变换运动形式和改变运动量；机器是由若干基本单元构成的，构成机器的这些单元称为机械零件，如轴、齿轮和螺栓等。通常又把为完成同一使命的零件组合在一起。构成一套协调工作的整体，这个整体称为部件，如联轴器、减速器等。由此可知，机械零件是组成机械的基本单元。机械零件设计是根据零件在机器中的工作条件，阐明其设计原则，设计方法和设计规范的。其主要任务包括：进行基本的力学计算，确定零件的最适当外形尺寸；选择材料、精度等级和表面质量以及制造上的技术要求等，最后绘制工作图。3.2 机械零件设计准则和设计步骤 设计的机械零件既要工作可靠，又要成本低廉。要解决前一个问题，零件在其强度、刚度、表面质量等方面必须满足一定的条件，这些零件是判断零件工作能力的准则。要降低零件的制造成本，必须从设计和制造两方面着手。就设计而言，设计时要正确选择材料、合理规定公差等级及认真考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。具体说来设计机械零件时必须考虑以下要点：1设计的机械零件要确实能满足机器的使用要求，充分发挥其机能，具有各方面的可靠性；2使用寿命要长，要能耐腐蚀、耐疲劳、耐磨损、耐蠕变、耐高温等；3结构要简单，制造费用要低廉；4重量要尽可能轻，尺寸要尽可能小，占地面积要尽可能少；5尽量使所设计的机械零件标准化、系列化、通用化。根据上述要点，机械零件设计的一般步骤为：1了解设计要求，收集有关设计资料，拟订最好的方案；2根据零件的结构和受力分析建立力学模型，据此算出作用在零件上的外载荷大小和变化性质，求出计算载荷；3对由计算载荷产生的应力和变形进行计算，选取满足要求的材料，用计算方法确定零件的基本尺寸，确定热处理方法；4进行强度校核计算，确定零件的全部结构尺寸；5绘制工作图和编制技术条件。3.3 主轴主要参数的确定此次设计主轴不用详细设计，但该参数对后面的机构设计相关，故在此对其有用部分进行说明。主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈D1、D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数直接影响旋转精度和主轴刚度。3.3.1主轴前轴颈D1的选取一般按机床类型、主轴传递的功率或最大的加工直径（参考表（3-1）选取D1后轴颈D2（0.70.85）D1。表3-1 主轴前轴颈直径功率P/KW1.472.52.63.63.75.55.67.3车床608070907010595130升降台铣床50906090609575100外圆磨床506055907080功率P/KW7.4111114.714.818.418.522车床110145140165150169220升降台铣床90105110115外圆磨床75907510090100105 由设计任务书上数据知主机功率P=5.5KW，故可选取D1=60mm,D2=0.8D1= 48mm。3.3.2 主轴内孔直径d的确定很多机床的主轴是空心的，内孔直径与其用途有关，如车床主轴内孔用来通过棒料或安装送夹料机构。铣床主轴内孔通过拉杆来拉紧刀杆等。为不过多的削弱主轴的刚度，铣床的主轴孔径d可比刀具拉杆直径大510mm。在此初步定d=26mm。由于主轴内孔直径在一定范围内对主轴刚度影响很小，若超出此范围，则能使主轴刚度急剧下降，由材料力学知识可知刚度K正比于截面惯性矩I，它与直径间有下列关系，即:（2-1） （3-1）d，D主轴内外径K0，I0空心主轴的刚度和截面惯性矩K，I实心主轴的刚度和截面惯性矩一般取0.7对刚度影响不大，若0.7将使刚度下降，这里=26/60=0.43小于0.7，故满足刚度要求。 由上知一般主轴孔径比拉杆直径大510mm，故现在可预取拉杆外径D拉杆=20mm。在后面的拉杆设计与计算过程中将对其进行刚度校核。3.3.3 主轴前端悬伸量a的确定 主轴前端悬伸灵a是指主轴前端面到前轴颈径向支反力作用中点（或前径向支承中点）的距离，它主要取决于主轴端部的结构，前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。由结构设计确定。由于前端悬伸量对主轴部件的刚度、抗振性的影响很大，因此在满足结构要求的前提下，设计时应尽量缩短该悬伸量。此次设计的机构主轴前端部结构主要是457：24大锥度的标准锥柄及与之相对应的标准化的拉钉的结构，由这两者的尺寸可初步选取a=110mm，刀柄及拉钉的结构与尺寸见下表或图:图3-1 BT型刀柄 表3-2 BT型刀柄图3-2 P型拉钉 表3-3 P型拉钉规格其中选择的刀柄型号是45BT型刀柄，拉钉型号相对应的是P型拉钉，值取45。 3.3.4 主轴支承跨距L的确定 合理确定主轴主要支承间的跨距L，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一，支承跨距过小，主轴的弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前轴端的位移量增大；反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前轴端的位移量尽管减小了，但主轴的弯曲变形增大，也会引起主轴前轴端较大的位移，因此存在一个最佳的跨距L0，在该跨距时因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前轴端的总位移量最小，一般取L0=（23.5）a，但在实际结构设计时，由于结构上的原因，以及支承刚度因磨损会不断降低，主轴主要支承间的实际跨距L往往大于上述最佳跨距L0。故初步取L0=3a=3110=330mm,取L=360mm,则由整个机构的装配关系可预取L拉杆=280mm。最后根据碟形弹簧及其他主轴部件的结构最终确定主轴的外形及相关的尺寸，如图3-3所示：图3-33.4 碟形弹簧的选择与计算 3.4.1 碟形弹簧的特点 碟形弹簧是一种用钢板冲压的截锥形的薄板压缩弹簧，如图3-4所示。其具有如下特点：1） 刚度大，缓冲吸振能力强。适用于负荷大，而轴向空间要求小的地方例如，在机床的夹紧、卸荷等装置中，得到了广泛的应用；2） 具有变刚度的特性。根据设计选用的内锥高度h0与碟簧厚度t的比值可得到不同的碟簧特性曲线（图3-5）。当需要近似于线性特性时，可选用h0/t=0.40.8的碟簧片；当要求随着变形的增加，压力变化很小时，选用h0与t的比值大于1.4的碟簧片为合适； 3）为满足大负荷或大变形量的要求，碟簧可按不同方式组合，可得到不同的负荷变形特性曲线（表3-4）。图3-4图3-5按不同h0/t值求得的碟簧特性曲线表3-4碟簧的组合型式、计算公式及其说明3.4.2 碟形弹簧的计算碟簧一般用50CrVA或60Si2MnA的带、板材或锻造比不得小于2的锻造坯料制造。此材料经回火淬硬后，综合力学性能好，强度高，冲击韧度好，高温性能稳定，能在250C300C以下工作。 根据设计任务书数据知拉刀力F=5000 N。则根据拉杆的外径D拉杆=20 mm及F值可选取碟簧尺寸如下表2-5所示：表3-5 碟簧尺寸 D/t18 h0/t0.4D/mmd/mmt/mmh0H/mmF/N变形量f/mm最大计算拉应力/MPa碟簧与导向件直径之差/mm4020.42.250.93.1565000.6813300.4计算单片弹簧的受力情况；拟订预压缩量X0=0.2mm，由D/d=40/20.4=1.96，查机械零件设计手册（中）表25-21，并用插值法可求得K1=0.686， 取K4=1(即无承载面)，又E=206000。由公式： （3-2）将上述数据代入公式（2-2）可得K=3902.2 N/mm，取X=0.3 mm，则预拉伸力F预拉=K（X0+X）=3902.2*（0.2+0.3）= 1951.1N，所以复合碟簧的叠合层数： i=F/F预拉=5000/1951.5=1.192.56，故将i取整得：i=3。验算：F=3*1951.1=5853.3 N5000 N。初步拟订行程量L=10 mm，则对合碟簧片组数n为：n=L/f=L/2（X+X）=10。则复合碟簧组的自由高度H0为：（3-3）将数据代入得=76.5 mm。3.4.3 碟形弹簧的技术要求1.参数的公差及偏差；表3-6 参数的公差及偏差碟簧在时的弹簧负荷公差，%厚度公差，mm外径公差，mm内径公差，mm内外径的同轴度，mm自由高度公差，mm+35-15+0.18-0.22（h14）（H14）0.20+0.25-0.152碟簧锥面加热前的光洁度，车削时不得低于5，磨削时不得低于7；对于级精度碟簧，在厚度4mm时，可按高级精度冷轧钢板供货表面状态；3碟簧淬火次数不得超过两次，经两次淬火后的级精度碟簧应进行脱碳层深度检查。单面全脱碳层深度，当厚度3mm时，不得超过厚度的5%。碟簧的硬度应在HRC=4252范围内；4碟簧表面不得有毛刺、发裂、斑疤等缺陷，淬火后应清除氧化皮、盐浴痕迹及其他污物。级精度碟簧表面允许有微小的厚度公差范围以内的凹陷。5所有碟簧应全部进行强压处理。处理方法为：一次持续压平，持续时间不小于12小时，短时压平，压平次数不少于5次。压平力不小于的二倍。经强压处理后，自由高度应稳定。6碟簧表面处理（如镀锌、镀镉、磷化）的要求，根据需要在产品图样或有关文件中注明。经电镀处理的碟簧必须进行去氢处理。3.5 拉杆的设计与计算及其相应的强度的校核3.5.1 标准钢球的选取根据中华人民共和国国家标准GB308-2002，钢球的材料为高碳铬轴承钢，优先采用的钢球公称直径如下表3-7所示表3-7优先采用的钢球公称直径其技术要求为：1材料及热处理 钢球采用符合GB/T18254-2000，GB/T18579-2001规定的轴承钢制造，热处理质量应符合JB/T1255的规定。2硬度及压碎载荷成品钢球硬度按表3-8的规定，其3 mm50.8 mm。表3-8成品钢球硬度钢球的压碎载荷值不应小于表3-9，其中3 mm50.8 mm。3公差等级： 钢球按制造的尺寸公差、形状公差、规值及表面粗糙度可分成3，5，10，16，20，24，28，40，60，100，200十一个等级，精度依次由高到低。4几何形状和表面质量： 对每一个公差等级钢球几何形状和表面质量，规定有以下几方面：球直径变动差，见表3-10球形误差，见表3-10表面粗糙度，见表3-10表3-10形状误差和表面粗糙度表表3-9钢球的最小压碎载荷值所以根据上述要求及结构要求预选其公称直径Dw为8 mm。3.5.2 拉杆的尺寸确定从价格比及性能上可选取材料为45号优质碳素结构钢，则b=600 Mpa，s=300 Mpa，=140 Mpa，由整个机构的工作原理可将拉杆的结构设计如下图所示：图3-6 拉杆结构 对拉杆轴向尺寸确定的说明：根据拉刀机构主轴的尺寸及其内部零件的装配关系可以初步拟定拉杆的轴向尺寸为L=287mm,拉杆的外径D=20mm,根据机构的工作原理知拉杆的受力分析如下：松刀时：拉杆受力如图3-7所示：图3-7其中，F2F弹F1危险截面m-m处受力最大、最危险，但是右端BC很短，即使在受压条件下也不能轻易被压弯，故此情况下不作为拉杆稳定性校核的依据。所以可以根据装配图的机构来确定拉杆的最终的尺寸为，L=287mm。拉刀时：拉杆受力如图3-8所示：图3-8初步设计拉杆的内径d=8。校核：1）刚度校核 （3-4） 将D=20mm，d=8mm代入得 A= （D2-d2）/4=263.9m （3-5） 将F=5000N代入得=18.9Mpa （3-6）将数据代入得=167 Mpa。 因为 ，所以强度满足要求,故初选的拉杆内径d=8mm,是安全的可以采用。 其中的s是最小许用安全系数，（根据机械设计（第四版）P15表2.2可知， 表2-4）。在这里取s=1.8。表3-11 最小许用安全系数s值s/b0.45-0.550.55-0.700.70-0.90铸件s1.2-1.51.4-1.81.7-2.21.6-2.5 拉杆左边部分锥孔的设计与相应的强度的校核：根据拉刀机构的原理及其装配图的结构可以初步设计拉杆的锥孔的外形尺寸和位置尺寸，如图3-9所示：图3-91锥孔与钢球接触部分的挤压强度的校核： （3-7）代入数据得p=300/1.25=240 Mpa其中Sp为许用挤压安全系数。其中对于钢来说Sp=11.25，这里取1.25。 （3-8）其中F=5000/4=1250N，A=X1X2 （3-9）其中X1为钢球的直径，X2为拉杆头的厚度，计算得X1=8mm,X2=5.5mm.。代入数据计算得A=44mm2把数据代入（3-8）得： =28.4Mpap。所以锥孔部分的挤压强度是满足要求的。2锥孔与钢球接触部分的剪切强度的校核： （3-10） 其中 ，X3由锥孔的形状及位置尺寸确定，计算得X3=7mm。 代入数据得=1250/56=22.3 MPa=140 Mpa所以锥孔部分的剪切强度也满足要求。综合上面的设计，可知拉杆的锥孔部分的设计是满足要求的，故可以采用。3.6 螺纹联接的设计与计算在机器设备上，常用螺纹与螺纹联接件实现机件与机件之间的联接。螺纹联接的结构简单、形式多样、联接可靠、装拆方便、成本低廉，因而得到广泛的应用。螺纹的种类很多，根据用途可分为传动螺纹和联接螺纹。传动螺纹主要用来传递运动和动力；它的牙型常采用梯形、矩形、锯齿形。联接螺纹的牙型常采用三角形，因为三角形螺纹之间的摩擦力大、自锁性好、联接牢固可靠。根据螺距的不同可分为粗牙螺纹和细牙螺纹。粗牙螺纹一般用于联接，细牙螺纹的小径较大，螺杆强度高，但螺纹牙齿细小，所以螺纹牙的强度比粗牙螺纹低，由于细牙螺纹的螺距小，螺纹深度浅，导程和升角小，自锁性能好，因此它适用于薄壁零件及微调装置。3.6.1 螺纹基本尺寸的确定 拉杆的右端需要定位，在此用的是螺母与垫片的配合。首先应确定螺纹的基本尺寸。 根据拉杆的外径可选择螺纹的型号及基本尺寸：附图如下，初步拟定螺纹的长度为：L=26mm,其余径向尺寸的选择见表2-12图3-10普通螺纹的基本牙型表3-12螺纹基本尺寸公称直径D螺距P中径D2，d2小径D1，d1202.518.37617.294螺纹危险截面的强度校核：H0.866p=0.8662.5=2.165 mm螺纹部分危险截面的计算直径dc=d1-H/6=17.294-2.165/6=15.129 mm螺纹部分的强度条件为： （3-11）其中的是许用力, F=F拉+KX （3-12） 其中X根据碟形弹簧松刀时的行程计算可得：X=0.5mm, 又F拉=5000N，代数据可以计算出F=5000+3902.20.5=6951.1N。又将F的值代入公式（3-11）得： 4F/dc2=46951.1/15.1292=38.67Mpa又螺纹的许用拉应力= s/Ss=300/4=75 MPa其中Ss根据螺纹尺寸及材料可选取范围42.5，这里取4。因为满足式（3-11），所以其强度满足要求。 由机械设计知识可知，螺纹螺距变化差主要靠旋合各圈螺纹牙的变形来补偿。一般从传力算起的第一圈螺纹变形最大，因而受力也最大，以后各圈递减。旋合圈数越多，受力不均匀程度也越明显，到第810圈以后，螺纹牙几乎不受力。所以这里取旋合长度L10p=25 mm。又由机械设计课程设计手册表3-2可选取旋合长度为 L=26 mm。 另外，在拉杆头的部分还要开环形的槽用以安装O形橡胶密封圈，根据机械设计课程设计手册（第二版）中表7-13可以选取代号为GB-3452.1-92D的O形橡胶密封圈的尺寸。并且可以相应的选取拉杆头部分相应的沟槽的尺寸，如图3-11所示：图3-11表3-13沟槽尺寸（GB3452.3-88）d2bhd3偏差值r1r21.82.41.380-0.040.20.40.10.32.653.62.070-0.050.40.83.554.82.740-0.065.37.14.190-0.070.81.27.09.55.670-0.09 表3-14内径截面直径d2d1极限偏差1.800.082.650.093.550.1019.020.021.222.423.625.025.826.528.030.0 0.220.22其中表示取相同的值，根据上面的表格可以选取相应的数值，取d1=23.6mm,d2=3.55mm,则从表格中查取其他相应的数值。3.6.2 螺母的选取根据螺纹的尺寸可选取螺母型号为：I型六角薄螺母 GB617086 M20。其基本尺寸及结构图如3-12所示：图3-12 螺母的外形和尺寸表3-15 螺母基本尺寸螺纹规格DdamaxdwmineminsmaxcmaxmM2021.627.732.95300.893.6.3 垫片的选取根据螺纹的尺寸可选取垫片型号为：小垫圈 GB 84885 24140HV，其基本的尺寸及结构图如下2图3-13垫片的外形和参数表3-16 垫圈的基本尺寸 mm螺纹规格dd1d2h20213433.7 拉杆套的设计与计算拉杆套的材料选取45#钢。其结构与尺寸如下图所示：图3-14 拉杆套结构根据其结构特点取其内、外径分别为：D外=42 mm，D内=20 mm，h=20 mm。对拉杆套进行挤压强度的校核：p=F/2A=6951.1/(22011)=15.7 Mpap=240 Mpa经过上述校核知拉杆套的设计是满足要求的，故可以采用。另外拉杆套上的O形密封圈沟槽的尺寸可以根据上面的表3-13和3-14查取。3.8 液压缸的设计与计算3.8.1液压缸的载荷组成与计算作用在活塞杆上的外部载荷Fw包括工作载荷Fg，由于速度变化而产生的惯性力Fa。1） 工作载荷Fg常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的方向与活塞运动方向相同为负，相反为正。由以上设计知Fgmax=14717 N 2）惯性载荷FaFa=（G/g）.（V/t）式中 V速