毕业设计（论文）-六角螺栓车总长装置设计（全套图纸）.doc

安徽工程大学毕业设计（论文） I 六角螺栓车总长装置设计六角螺栓车总长装置设计 摘摘 要要 本课题是针对某厂生产的零件（六角螺栓）进行车总长的装置设计，该课题是对 某企业实际产品的加工过程设计，具有较强的实践性，需实习调研过程。在我们去实 践观察的过程中不仅提高了自身的观察能力而且也同时提高了我们的思考，判断等综 合能力。通过对该课题的研究和设计，可以巩固我们对所学理论知识掌握，提高我们 解决实际生产中设计开发问题的能力和创新性。在我的毕业设计中，综合各方面的考 虑自己设计了一个弹簧夹头，其中弹簧夹头的材料是很有讲究的，这在后面都会说到。 夹头主要利用了楔形结构。因为工厂的工作环境和成本效率，我选择了气动的传动方 案。虽然看上去很简单，但是就生产效率的提高上去看绝对起到了非常大的效果。 关键字关键字：气缸；弹簧夹头；弹簧钢；六角螺栓；楔形结构 全套图纸，三维，视频，加全套图纸，三维，视频，加 153893706 六角螺栓车总长装置设计 II 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 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 安徽工程大学毕业设计（论文） 1 目目 录录 引引 言言.3 第第 1 1 章章 绪绪 论论.4 1.1 六角螺栓简介.4 1.2 六角螺栓级别和扭力(扭矩)的相对关系.4 1.3 弹簧夹头的现状和应用现状.5 第第 2 章章 气压传动方案气压传动方案.6 2.1 方案的提出.6 2.2 整体方案的分析、比较与确定.7 第第 3 章章 气缸的确定气缸的确定.8 3.1 气缸的选择.8 3.1.1 气缸的使用要求 .8 3.1.2 气缸的选择要点 .8 3.2 气缸各机构数据计算.8 3.2.1 气缸的作用力大小 .8 3.2.2 活塞(或缸)的运动速度 .10 3.2.3 气缸的选择 .13 第第 4 4 章章 弹簧夹头的设计弹簧夹头的设计.16 4.1 弹簧夹头的使用和制造.16 4.1.1 何时使用弹簧夹头 .16 4.1.2 弹簧夹头的应用 .17 4.1.3、弹簧夹头提出问题及提出解决问题的方案.20 4.1.4、弹簧夹头的改进.20 4.1.5、在加工夹具体和夹具头时对加工精度的保证.21 4.1.6、卡块的加工工艺及其精度的保证.23 4.2 弹簧夹头的工艺.25 4.2.1 弹簧夹头的热处理 .25 4.3 提高弹簧夹头寿命的探讨.27 4.3.1 提高寿命的探讨 .27 4.3.2 弹簧夹头的精度分析 .28 结论与展望结论与展望.29 致致 谢谢.30 参考文献参考文献.31 附录附录 A A.32 附录附录 B.37 六角螺栓车总长装置设计 2 插图清单插图清单 图 1-1 不锈钢六角螺栓.2 图 3-1 气缸输出力经验图.7 图 3-2 气缸输出力经验图.8 图 3-3 活塞杆径与活塞杆最大计算长度()之间的关系.9 图 3-4 活塞杆径与活塞杆最大计算长度()之间的关系.9 图 3-5 .10 图 3-6 气缸空气消耗量 .11 图 3-7 气缸二维图.13 图 3-8 气缸三维图.13 图 4-1 以前的弹簧夹头结构.18 图 4-2 镶块式弹簧夹头.19 图 4-3 夹头外锥面车加工示意图.19 图 4-4 夹头定位面加工原理.20 图 4-5 圆锥面的磨削原理.20 图 4-6 夹头内孔的磨削原理.21 图 4-7 夹头导向面的磨削原理.21 图 4-8 卡块六分口的铣削原理.22 图 4-9 磨削卡块外径原理.22 图 4-10 弹簧夹头示意图.23 图 4-11 淬火+低温回火工艺图.23 图 4-11 弹簧夹头回火工艺示意图.24 图 4-12 热处理工艺工艺曲线.26 表格清单表格清单 表 3-1 气缸型号表.11 表 4-1 回火温度和时间的关系. .24 安徽工程大学毕业设计（论文） 3 引引 言言 本课题是对某厂生产零件-六角螺栓进行机械车加工总长的装置设计，该课题是 对某企业实际产品的加工过程设计，具有较强的实践性，需实习调研过程。在我们去 实践观察的过程中不仅提高了自身的观察能力而且也同时提高了我们的思考，判断等 综合能力。通过对该课题的研究和设计，可以巩固学生对所学理论知识掌握，提高学 生解决实际生产中设计开发问题的能力和创新性。由于是大批量生产如果用三爪卡盘 就行装夹，效率方面肯定是上不去的，在这样的基础上我们进行了改装，设计出了配 套的弹簧夹头与气压顶紧的装置，以致使生产效率得到了很大的提高。从中也是我们 运用所学知识和技能来解决实际问题的一个重要环节，更是对大学阶段所学关于机械 及气压知识和实际动手能力的一个考察。通过这次课题，不但可以提高我们的综合训 练设计能力、科研能力，其中包括实际动手能力、查阅文献能力，撰写论文能力，还 是一次十分难得的提高创新能力的机会，并且使我在以下几个方面得到训练： 1、了解气压传动系统设计的基本方法和设计要求，培养了我们运用所学理论知识解决 具体工程技术问题的能力。 2、掌握气压传动系统的设计步骤，熟悉设计的有关技术文件，规范设计手册及相关元 件的国家标准。 3、根据设计任务要求，进行工况分析和确定气压系统的气压元件拟定出气压系统，并 对气压系统主要性能作必要的设计计算。 针对大学中所学的机械及气压方面的知识，我选择这个课题来完成我的毕业设计， 并进行了大量的实地调研考察，尝试和论证。本次设计中主要以课本和搜集来的各种 资料作为依据，基于所学的知识，从简单入手，循序渐进，逐步掌握设计的一般方法 和步骤，让我把知识掌握的更加牢固，并把所学的知识融成一个体系，以适应将来实 际工作的需要。由于初次设计，所学知识又存在大量局限，实际经验也存在着大量的 不足，因此对一些问题可能考虑不周，致使设计中难免会存在有某些缺点和错误，恳 请各位老师批评指正。 六角螺栓车总长装置设计 4 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1.1 六角螺栓简介 六角螺栓即六角头螺栓（部分螺纹）-C 级及六角头螺栓（全螺纹）-C 级，又名六 角头螺栓（粗制） 、毛六角头螺栓、黑铁螺丝。图 1-1 不锈钢六角螺栓 常用的标准可参见：SH3404、HG20613、HG20634 等。 1.2 六角螺栓级别和扭力(扭矩)的相对关系 在螺纹紧固件的使用中应用的较广泛的是螺栓螺母连接副的形式，应用的较多 的是有预紧力的连接方式，预紧力的连接可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力及螺 栓的疲劳强度，并且能增强螺纹连接体的紧密性和刚度。在螺纹紧固件的连接使用中， 没有预紧力或预紧力不够时，起不到真正的连接作用，一般称之为欠拧；但过高的预 紧力或者不可避免的超拧也会导致螺纹连接的失败。众所周知，螺纹连接的可靠性是 由预紧力来设计和判断的，但是，除在实验室可以测量外，在装配现场一般是不易直 观的测量。螺纹紧固件的预紧力则多是采用力矩或转角的手段来达到的。因此，当设 计确定了预紧力之后，安装时采用何种控制方法？如何规定拧紧力矩的指标？则成为 关键重要问题，这就提出来了螺纹紧固件扭（矩）拉（力）关系的研究课题。 螺纹紧固件扭拉关系，不仅涉及到扭矩系数、摩擦系数（含螺纹摩擦系数和支 撑面摩擦系数）、屈服紧固轴力、屈服紧固扭矩和极限紧固轴力等一系列螺纹连接副 的紧固特性的测试及计算方法，还涉及到螺纹紧固件的应力截面积和承载面积的计算 方法等基础的术语、符号的规定。并且也还必须给出螺纹紧固件紧固的基本规则、主 要关系式以及典型的拧紧方法。目前，这些内容 ISO/TC2 尚无相应的标准，德国工程 师协会早在七十年代就发表了 DVI2230高强度螺栓连接的系统计算技术准则。日本 也于 1987 和 1990 年发布了三项国家标准，尚未查到其他国家的标准。国内尚未发现 相应的行业标准，仅少数企业制定了企业标准。尤其是随着引进技术的国产化不断的 拓展和螺纹紧固件技术发展的需要，这一需求日趋迫切。这也就是制定此项标准的初 衷。 安徽工程大学毕业设计（论文） 5 1.3 弹簧夹头的现状和应用现状 在现代复杂的制造环境中，想在最佳状态下保持连续切削加工，大多数工厂都必 须经过机床制造商的严格培训，认真学习新设备的加工运动原理、结构特征和使用技 巧，方能进行操作使用。尤其对于顶端的技术系统，更是如此。例如，先进的机床控 制系统，复杂形状零件的 5 轴加工程序的汇编等。庆幸的是，有一种与此相反的处理 方案，这就是截止目前已经开发出的一些功能强大、精度高，但又容易操作(勿须专门 培训)和使用寿命长的工艺装备。用以快速定位、夹紧工件(或刀具)的相对卡盘定位精 度高的弹簧夹头(或称弹簧套)就属于这一范畴。它具有 100 多年的悠久历史和很广阔的 应用范围。 第一个弹簧夹头的使用并不是很理想的。但当时确实证明了一个事实，一个好的 工件夹头的使用，能提高生产效率和加工零件精度。后来，在车床开发制造领域享有 盛名的 Hardinge 公司，在 1901 年骄傲地在他们开发的车床上使用了(于 1890 年)由本 公司研制成功，用以提供工件定位与夹紧的弹簧夹头，并将他们的产品图纸和开发的 系列产品向外公布。当时主要是为适应钟表和透镜制造业大批量生产的市场需要而开 发的。能如此好地为早期(1920 年前)的普通车床与凸轮式多轴自动车床提供得心应手 的弹簧夹头产品，的确令人难以置信。这就如同在现在的先进的 CNC 车床上配置一套 现代化技术的控制系统。 让我们回顾以往，随着加工与设备技术的不断进步，在要求各个系统都能极高地 提高生产效率的设计改革潮流中，对作为机床的最基本但又很重要的工艺装备弹簧夹 头，却从没有给以设计的空间和时间。这似乎是件非常奇怪的事情。 在机床结构也在以飞快速度变换着的形势下，能继续保持原弹簧夹头基本结构保 持不变的这一奇迹，主要归功于它特具有的灵巧、精致的结构和功能强大、使用方便 以及经济性好等特点。弹簧夹头虽小，但在机床工业中确实起到了很重要的作用，这 是都是由于它具有以下很强的功能： 1. 能精确地定位与夹紧工件(或刀具)，具有抵抗扭矩和承受来自多方向切削力的 功能。 2. 具有增大驱动力(拉力)和转换驱动力为工件(或刀具)夹紧力的功能。 3. 具有快速松开工件(或刀具)的功能。 4. 具有在不降低加工精度和使工件不受损害前提下的高重复精度。 5. 具有能在较宽的主轴转速范围内工作与只有极小的夹紧力损失的能力。 六角螺栓车总长装置设计 6 第第 2 章章 气压传动方案气压传动方案 2.1 方案的提出 该课题的传动方案可以分为气动式，液压式，和机械式三类。采用方式不同，结 果会有非常明显的区别。 方案一：机械传动 通用的机械传动有齿轮传动、链传动、带传动、蜗杆传动等。适用于精密传动场 合，加工、安装、调整的精度要求高，因而成本较高。无过载保护，需专门加工设备。 方案二：气压传动 气压传动简称气动，是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和 驱动各种机械和设备。主要优点有： （1）空气随处可取，取之不尽，无介质费用和供应上的困难； （2）用后的空气直接排入大气，对环境无污染，处理方便，不必设置回收管路， 因而也不存在介质变质、补充及更换等问题； （3）空气粘度小(约为液压油的万分之一)，在管内流动阻力小，压力损失小，便 于集中供气和远距离输送。即使有泄漏，也不会严重影响工作，不会污染环境； （4）气动元件结构简单、制造容易，适于标准化、系列化、通用化； （5）气动系统对工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、 振动等恶劣工作环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气系统； （6）.排气时气体因膨胀而温度降低，因而气动设备可以自动降温，长期运行也 不会发生过热现象。 同时，它亦有相应的缺点，如由于空气的可压缩性大，所以气动系统的稳定性差， 负载变化时对工作速度的影响较大，速度调节较难；气压传动系统工作压力低，输出 力较小，且传动效率低等。 方案三 ：液压传动 相比于气动，液压传动优点有： （1）传动平稳 在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下可 以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以 设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十 分平稳，便于实现频繁的换向； （2）质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的 条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏； （3）液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能 自动润滑，因此元件的使用寿命较长； （4）简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数 目； （5）便于实现自动化 液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的， 再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。 安徽工程大学毕业设计（论文） 7 缺点： （1）不适宜远距离输送动力 由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜 远距离输送动力； （2）油液中混入空气易影响工作性能 油液中混入空气后，容易引起爬行、振动 和噪声，使系统的工作性能受到影响； （3）油液受温度的影响 由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低 温的环境下工作。 2.2 整体方案的分析、比较与确定 从以上的三个方案可以看出： 方案一的机械传动多用于工业精密传动以及对速度的控制有严格要求的场合，故 其不适用于此处系统的传动。相比较，液压与气压传动更加适合。 据分析可知，六角螺栓车总厂装置设计的主要工序有：上工件、气压顶紧、车总 长、下工件等动作。整个工作的过程要求动作平稳、尽量避免噪声的产生。因生产效 率要求，夹具的开合次数会非常的频繁，需要考虑到夹具的使用寿命，震动、撞击的 因素应该避免；此外，该处的动力输送距离不远，并且综合该厂的生产环境要求清洁， 而且，该过程对动力大小要求并不高，气动就已经能满足，综上所述，选择方案二气 压传动比较合适。 综上，采用方案二气压传动方式，至此，有关传动方案就已确定。 六角螺栓车总长装置设计 8 第第 3 章章 气缸的确定气缸的确定 3.1 气缸的选择 3.1.1 气缸的使用要求 1）气缸的一般工作条件是：周围环境及介质温度 5600，工作压力 0.40.6Mpa（表 压） 。超出此范围时，应考虑使用特殊密封材料及十分干燥的空气。 2）安装前应在 1.5 倍的工作压力下试压，不允许有泄漏。 3）在整个工作行程中负载变化较大时，应使用有足够出力余量的气缸。 4）不使用满行程工作，特别在活塞伸出时以避免撞击损坏零件。 5）注意合理润滑，除无油润滑气缸外应正确设置和调整油雾器，否则将严重影响气缸 的运动性能甚至不能工作。 6）气缸使用时必须注意活塞杆强度问题。由于活塞杆头部的螺纹受冲击而遭受破坏， 大多数场合活塞杆承受的是推力负载,必须考虑细长杆的压杆稳定性和气缸水平安装时 活塞杆伸出因自重而引起活塞杆头部下垂的问题。安装时还要注意受力方向，活塞杆 不允许承受径向载荷。 7）活塞杆头部连接处,在大惯性负载运动停止时,往往伴随着冲击,由于冲击作用而容 易引起活塞杆头部遭受破坏。因此,在使用时应检查负载的惯性力,设置负载停止的阻 挡装置和缓冲装置,以及消除活塞杆上承受的不合理的作用力。 3.1.2 气缸的选择要点 1）根据气缸的负载状态和负载运动状态确定负载力 F 和负载率，再根据使用压力应小 于气源压力 85的原则，按气源压力确定使用压力 P。对单作用缸按杆径与缸径比为 0.5，双作用缸杆径与缸径比为 0.30.4 预选，并根据公式便可求得缸径 D，将所求出 的 D 值标准化即可。如 D 尺寸过大，可采用机械扩力机构。 2）根据气缸及传动机构的实际运行距离来预选气缸的行程,为便于安装调试，对计算 出的距离以加大 1020mm 为宜，但不能太长，以免增大耗气量。 3）根据使用目的和安装位置确定气缸的品种和安装形式。可参考相关手册或产品样本。 4）活塞(或缸筒)的运动速度主要取决于气缸进、排气口及导管内径，选取时以气缸进 排气口连接螺纹尺寸为基准。为获得缓慢而平稳的运动可采用气液阻尼缸。普通气 缸的运动速度为 0.51ms 左右，对高速运动的气缸应选用缓冲缸或在回路中加缓冲。 安徽工程大学毕业设计（论文） 9 3.2 气缸各机构数据计算 3.2.1 气缸的作用力大小 (1)气缸作用力的大小： 根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气 缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大， 不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量 采用增力机构，以减少气缸的尺寸。 下面是气缸理论出力的计算公式： 22 *10* 4 FDP F：气缸理论输出力(kgf) F：效率为 85%时的输出力(kgf)-(FF85%） D：气缸缸径(mm) P：工作压力(kgf/cm2) 通常在工程中确定输出力的大小时，可直接查阅经验图 3-1、图 3-2。 图 3-1 气缸输出力经验图 六角螺栓车总长装置设计 10 图 3-2 气缸输出力经验图 例：直径 340mm 的气缸，工作压力为 3kgf/cm2 时，其理论输出力为多少?芽输出力是 多少? 将 P、D 连接，找出 F、F上的点，得： F2800kgf；F2300kgf 3.2.2 活塞(或缸)的运动速度 活塞运动速度与气源压力、负载、摩擦力、进排气管接头通径等有密切关系。其 中，以排气速度影响最大。如果要求活塞杆高速运动时，应选用内径较大的进、排气 口及导管、通常为了得到缓慢的、平稳的活塞杆运动速度，可选用带节流装置的或气- 液阻尼装置的气缸。节流调速的方式有：当水平安装的气缸去推负载时，推荐用排气 节流；如果用垂直安装的气缸举升重物时，则选用带缓冲装置的气缸。 从下列的图 3-3 和图 3-4“阀的有效截面积及气缸速度”的关系里，可以根据气缸 的缸径和使用速度来选择用于控制气缸的控制元件阀的有效截面积，并由此来判断 阀的通径大小。 使用方法，纵轴上表示气缸的速度，由此引出水平线，找出与计划使用的气缸尺 寸的交点，由此交点引垂直线，便可从横轴的交点上得知所需的有效截面积。根据有 效载面积选择较适合的阀。 上述气缸速度为仅考虑了电磁阀的有效截面积而计算出的数值。请注意这里未考 虑调速器、配管、管接头等回路因素和气缸的负荷率等。 安徽工程大学毕业设计（论文） 11 图 3-3 活塞杆径与活塞杆最大计算长度()之间的关系 图 3-4 活塞杆径与活塞杆最大计算长度()之间的关系 (4)安装形式的选择： 由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合下，多用固定式气缸。在需要随 同工作机构连续回转时(如车床、磨床等)应选用回转气缸。在除要求活塞杆做直线运 动外，又要求缸作较大的圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。仅需要在 360或 180之 内作往复摆动时，应选用单叶片或双叶片摆动气缸，另有特殊要求，应选用相适当的 特种气缸和组合式气缸。 选择可参照图 3-5。 六角螺栓车总长装置设计 12 图 3-5 气缸的基本类型和安装方式 (5)气缸的空气消耗量： 空气消耗量是操作费用的一部分，图 1-6 是根据以下公式计算的空气消耗。 24 *10 4 QDSP ：每厘米行程空气消耗量(/) D：活塞或活塞杆直径(mm) ：气缸行程(此外为常数 10mm) P：操作压力(kgf/cm2) 利用此公式计算的空气消耗量为近似值，因为有时在气缸室内的供应空气，并不 完全排放(特别是在高速状态下)，实际所需消耗量可能稍低于图上所读出的数据。 例：气缸50500，活塞直径 50mm，活塞杆径 20mm，行程 500mm，操作压力 45。 求：空气消耗量。 解：选出所给活塞直径，定出该水平线与操作压力线之交点，空气消耗量随即可从横 座标读出，读出之值再乘该气压缸之行程()。上述步骤读出之值给为 001/行程，则单行程之空气消耗量为 451，对回程而言，活塞杆之体积必须 扣除 20直径为 00141/行程50行程01)因此回程空气消耗量为 38，来回行程之空气消耗量为 83。 安徽工程大学毕业设计（论文） 13 图 3-6 气缸空气消耗量 3.2.3 气缸的选择 根据汽缸的选择要求：（1）周围环境及介质温度 5600，工作压力 0.40.6Mpa（表压） 。超出此范围时，应考虑使用特殊密封材料及十分干燥的空气。 （2）安装前应在 1.5 倍的工作压力下试压，不允许有泄漏。 （3）在整个工作行程中负 载变化较大时，应使用有足够出力余量的气缸。 （4）不使用满行程工作，特别在活塞 伸出时以避免撞击损坏零件；（5）根据气缸的负载状态和负载运动状态确定负载力 F 和负载率，再根据使用压力应小于气源压力 85的原则，按气源压力确定使用压力 P。对单作用缸按杆径与缸径比为 0.5，双作用缸杆径与缸径比为 0.30.4 预选； （6）根据气缸及传动机构的实际运行距离来预选气缸的行程,为便于安装调试，对计 算出的距离以加大 1020mm 为宜，但不能太长，以免增大耗气量。 结合现在市场状况以及工作时汽缸要求，初选德国 Festoon 带活塞汽缸。有关型 号参数见下表 3-1 表 3-1 型材式和拉杆式气缸 型号功 能 直径 （mm） 力（N） 行程 （mm） 缓 冲 P P P V 感 测 标准 说明 双 作 用 32.100 483.4712 2.2000-+1.ISO 15552 2.经济型标准安装，无派生型 3.最接近开关齐平安装 4.附件品种齐全 双 作 用 32.125 483.7363 10.20000+01.ISO 15552 2.派生型众多 3.三侧都有型材槽 4. 接近开关齐平安装 5.附件品种齐全 六角螺栓车总长装置设计 14 双 作 用 32.125 483.7363 10.2000-+1.ISO 15552、ISO6431 2.拉杆式气缸，结构坚固 3.使用安装组件安装接近开关 4. 附件品种齐全 双 作 用 32.125 483.7363 10.2000-+01.ISO 15552 2.易清洗结构 3.增强了耐腐蚀性能 4. 可选择集成位置感测或附 加位置感测 双 作 用 32.125 483.7363 10.2000+-+1.ISO 21287 2.标准尺寸的紧凑型气缸 3.和标准气缸比，派生型更多 4. 结构特点：节省空间 双 作 用 32.125 483.7363 10.2000+-+1.ISO 15552 2.易清洗结构 3.增强了耐腐蚀性能 4. 可选择集成位置感测或附 加位置感测 双 作 用 32.125 483.7363 10.2000+-+1.ISO 21287 2.经济型标准气缸，无派生型 双 作 用 32.125 483.7363 10.2000+-+1.节省空间 2.符合 ATEX 指令的特定形式， 可用于有潜在爆炸危险的工作 环境 结合实际的安装方式和汽缸的行程，最终选用的缸径为 50mm，行程为 160mm。对 应的型号为标准型汽缸 DNC-50-160-PPV. 二维图 3-8 如下： 安徽工程大学毕业设计（论文） 15 三维图 3-9 如下： 至此，气压传动系统元器件的选型结束。 六角螺栓车总长装置设计 16 第第 4 4 章章 弹簧夹头的设计弹簧夹头的设计 4.1 弹簧夹头的使用和制造 4.1.1 何时使用弹簧夹头 弹簧夹头的优缺点：重量轻加速快受离心力的影响小同心度高快速夹持零件更换 时可快速调换夹头适合的工件尺寸范围有限轴向尺寸长更适合小型零件更适合直径尺 寸一致的工件。 三爪电动卡盘是大多数车床用户的标准工件夹持装置，这种卡盘具有足够的通用 性，可应用于多种车削加工。然而，它不是所有加工任务的最佳夹具。弹簧夹头是一 种备用工件夹持装置，与卡爪卡盘相似，也用机械力固定需要车削的零件。虽然弹簧 夹头所提供的工件尺寸范围没有卡爪卡盘的宽，对于某些加工任务来说，它所提供的 与速度、准确度和生产力有关的优势也许是极其重要的。 何种夹具的功效更好，做决定时需要考虑几个因素。对于一项给定的车床加工任 务，衡量选用弹簧夹头还是卡爪卡盘，需要考虑以下的所有因素。 主轴负载容量车床主轴的最大允许重量基于轴承负载容量，如果夹盘和工件组合 的重量太大，轴承有可能超负荷。对于那些存在超出限度的危险的加工任务，这种危 险性可能决定人们对工件夹具的选择，卡爪卡盘往往比同等的弹簧夹头的重量大，因 此，在需要控制重量的场合，弹簧夹头是恰当的选择。 主轴速度弹簧夹头往往是以非常高的主轴速度进行车削时的较好选择，主要有两 个原因： 一个原因与卡盘的质量有关，假定以相同的主轴马力驱动卡爪卡盘和弹簧夹头， 较厚重的卡爪卡盘需要更长的时间来加速达到所需的速度，加速时间长将延长工作周 期，降低生产力。 另一个原因与离心力有关，因为它随着 rpm 平方值的增加而增加，所以，在高速 切削的情况下，这个数值很重要。例如，将主轴速度加倍，离心力将为原来的四倍。 这种力量将卡盘卡爪拉离中心，往往会降低夹持力。但采用弹簧夹头，离心力不会造 成明显的影响。因而，在整个加工速度范围内夹持力会更加稳定。 加工操作弹簧夹头在零件的整个圆周施加夹持力，而不是仅在选定的接触区域， 因而，可获得很好的同心度，这一点对于二次加工的项目尤其重要，二次加工需要考 虑与一次加工有关的精确度，因为弹簧夹头的准确夹持能力强，即使卡爪卡盘用于一 次加工时，弹簧夹头也可用于二次加工。带有空心软卡爪的卡盘可达到 0.0006 至 0.0012 英寸范围内的 TIR(总读数)重复精度，而弹簧夹头的典型重复精度为 0.0005 英 寸 TIR 或更好，为了进一步提高二次加工精度，在安装过程中，还可调整弹簧夹头的 同心度。 工件尺寸弹簧夹头非常适合直径小于 3 英寸的工件采用。弹簧夹头对工件的长度 有所限制，特别地，弹簧夹头限制机床的轴向(Z 轴)行程范围，因为它的长度比卡爪卡 盘长。当工件的加工长度差不多需要用到机床的整个可用行程时，大概就要采用卡爪 卡盘了。 加工批量大小很大批量和很小批量的加工任务均适合采用弹簧夹头。 在小批量和多种任务的加工场合，弹簧夹头的优势与产品转换时间有关，标准卡 安徽工程大学毕业设计（论文） 17 爪卡盘的卡爪调换约需 15 至 20 分钟，专用于快速更换的卡爪卡盘需要 1 分钟，而快 速更换弹簧夹头的夹头调换只需要 15 至 20 秒，在产品变换频繁时，节省的时间累计 起来是可观的。 当加工批量大时，可同样累积所节省的与夹持有关的时间，弹簧夹头所需的开合 时间比卡爪卡盘的少，通过减少从一个工件转换至下一个工件的非切削时间，削减加 工循环时间。 工件尺寸范围弹簧夹头开合更快的部分原因是它的驱动冲程较短，与卡爪卡盘相 比，弹簧夹头所适用的工件尺寸范围更为有限。 次主轴情况装有次主轴的车削机床经常用于各种大批量加工，在这些应用中，弹 簧夹头可显着节省加工时间。它们可在一个工作循环中加工零件的所有面，这些机床 常与棒材进料器组合在一起，实现无人值守生产，连续加工工件。在这些应用中，对 一个工件而言，所节省的夹盘驱动时间可能是很少的，但在整个生产过程中，每个工 件节省时间与加工工件数相乘，累计起来所节省的时间是很可观的。 夹盘工具库当人们在卡爪卡盘和弹簧夹头之间选择一个最合适的工件夹持装置时， 考虑第三个选项也是重要的。在许可的情况下，保留两种夹具，从一种更换至另一种 可能是最具成本效益的方案。从卡爪卡盘换到弹簧夹头，或反之亦然，通常不超过 20 分钟。卡爪卡盘可保留在机床上，以处理零件范围不确定的情况。但当机床加工大批 量工件，或几批尺寸一致的零件时，采用弹簧夹头所获得的生产力提高，大大超过更 换夹具花费时间造成的生产力损失。 实际上，弹簧夹头的速度是有弹性的，如果工件尺寸是一致的，弹簧夹头的速度 会更快。如果工件尺寸的变化大，可能需要采用卡爪卡盘以适应尺寸范围宽的加工工 件。 材料类型对于热辊轧钢材、锻件和模压件，标准卡爪卡盘往往功效较好，因为所 有这类零件具有固有的直径变化。另一方面，冷辊轧材料零件往往具有较好的尺寸一 致性，因此，适合选用弹簧夹头。然而，缺乏一致的直径测量值不一定构成采用弹簧 夹头的障碍，可提供设计用于非圆横截面的夹头，用于夹持制成客户所需形状的模压 棒材。 4.1.2 弹簧夹头的应用 弹簧夹头必须保持与工件(或刀具)的定位基准相同如主轴。弹簧夹头和工件(或刀 具)之间的相对运动将导致不正确的零件加工。弹簧夹头与工件(或刀具)的相对转动或 相对轴向移动都会使加工工件尺寸的一致性和几何精度受到影响。 在现代复杂的制造环境中，想在最佳状态下保持连续切削加工，大多数工厂都必 须经过机床制造商的严格培训，认真学习新设备的加工运动原理、结构特征和使用技 巧，方能进行操作使用。尤其对于顶端的技术系统，更是如此。例如，先进的机床控 制系统，复杂形状零件的 5 轴加工程序的汇编等。庆幸的是，有一种与此相反的处理 方案，这就是截止目前已经开发出的一些功能强大、精度高，但又容易操作(勿须专门 培训)和使用寿命长的工艺装备。用以快速定位、夹紧工件(或刀具)的相对卡盘定位精 度高的弹簧夹头(或称弹簧套)就属于这一范畴。它具有 100 多年的悠久历史和很广阔 的应用范围。 第一个弹簧夹头的使用并不是很理想的。但当时确实证明了一个事实，一个好的 工件夹头的使用，能提高生产效率和加工零件精度。后来，在车床开发制造领域享有 六角螺栓车总长装置设计 18 盛名的 Hardinge 公司，在 1901 年骄傲地在他们开发的车床上使用了(于 1890 年)由本 公司研制成功，用以提供工件定位与夹紧的弹簧夹头，并将他们的产品图纸和开发的 系列产品向外公布。当时主要是为适应钟表和透镜制造业大批量生产的市场需要而开 发的。能如此好地为早期(1920 年前)的普通车床与凸轮式多轴自动车床提供得心应手 的弹簧夹头产品，的确令人难以置信。这就如同在现在的先进的 CNC 车床上配置一套 现代化技术的控制系统。 让我们回顾以往，随着加工与设备技术的不断进步，在要求各个系统都能极高地 提高生产效率的设计改革潮流中，对作为机床的最基本但又很重要的工艺装备弹簧夹 头，却从没有给以设计的空间和时间。这似乎是件非常奇怪的事情。 在机床结构也在以飞快速度变换着的形势下，能继续保持原弹簧夹头基本结构保 持不变的这一奇迹，主要归功于它特具有的灵巧、精致的结构和功能强大、使用方便 以及经济性好等特点。弹簧夹头虽小，但在机床工业中确实起到了很重要的作用，这 是都是由于它具有以下很强的功能： 1.能精确地定位与夹紧工件(或刀具)，具有抵抗扭矩和承受来自多方向切削力的 功能。 2.具有增大驱动力(拉力)和转换驱动力为工件(或刀具)夹紧力的功能。 3.具有快速松开工件(或刀具)的功能。 4.具有在不降低加工精度和使工件不受损害前提下的高重复精度。 5.具有能在较宽的主轴转速范围内工作与只有极小的夹紧力损失的能力。 1，夹 紧 力 总的来说，弹簧夹头的设计和使用是一个涉及面很宽的领域，它是需要相对应于 多种机床系列，以及包括了为体现它与机床各自不同风格和特征 而设计的产品，所以 总数已有成千上万。但是现在还有一个普遍的错误观念，认为弹簧夹头只用以夹紧圆 柱形工件毛坯。这是不符合事实的，实际上它几乎能对任何形状的工件(或刀具)，包 括正方形或六边形工件进行定位夹紧。 下面主要介绍影响各种弹簧夹头正确装夹定位和夹紧力的有关因素和工作原理。 2，影响夹紧力的因素 夹紧力是机床经弹簧夹头施加在工件上的力。本文中插图是一个在车床上使用的 用以定位、夹紧工件的弹簧夹头 , 同样也可以被用来对刀具、磨削的工件实行 定位、 夹紧或许多别的场合。拉杆(图中未示出)的外螺纹与弹簧夹头的后端内螺纹连接拉紧， 产生轴向拉力。然后由机床主轴前端的被称为锁紧角的锥面，将轴向拉力转换成一垂 直于弹簧夹头中心的夹紧力。不仅如此，夹紧力还可以通过锁紧角将其扩大，经过计 算得知，根据不同的锁紧角，弹簧夹头夹紧力可扩大 3-4 倍。 弹簧夹头是一个结构简单的工艺装置，却有许多影响夹紧力的主要因素 。对于基 本原理的了解可以帮助工件(或刀具)正确装夹和迅速查找故障。以下介绍几个影响夹 紧力的主要因素和总结的使用经验： 1.轴向作用力。如图所示为拉杆施于弹簧夹头的轴向拉力 。在弹簧夹头的使用中， 轴向力拉力可由不同的方式施加，但其作用原理基本相同。很明显，大的轴向拉力将 产生大的夹紧力，