M15-19孔锚板开槽专用锯床设计毕业论文.doc

M15-19孔锚板开槽专用锯床设计毕业论文1. 绪 论1.1 毕业设计题目课题: M15-19孔锚板开槽专用锯床设计1.2 课题特点传统牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。它是采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，因此传统牛头刨床的生产率较低。本课题针对传统牛头刨床的不利因素考虑，通过机构改进，把原来的单向刨削改进为单向锯削；同时设计抬刀装置使得锯条在完成一次锯削后抬刀回程。通过这样的改进，实现成为加工预应力锚具的专用锯床。1.3 选题意义制造技术是各国经济竞争的重要支柱之一，经济的成功在很大程度上得益于先进的制造技术，而机床是机械制造技术重要的载体，它标志着一个国家的生产能力和技术水平。机床工业是国民经济的一个重要先行部门，担负这为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，以1994年为例，全世界基础的消费额达261.7亿美元。其中美国的消费额56亿美元、中国33.6亿美元。所以，在我国国民经济建设中，机床工业起着重要的作用。然而在制造业中，专用机床有着不可替代作用。专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。它是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点，加之锚具的使用原则，研究M15-19孔锚板开槽专用锯床设计具有重大意义。本课题是与机床的改造相关。在国外，机床改造已有较长的历史，美国旧机床买卖改造组织MDNA (Machine Dealers National Association)成立已有5O多年，现有400个会员厂家。目前，国外普遍认为机床改造有五种可供选择的方式，即翻修、重调、改进、改装和再造。下面是具体含义：翻修(Robuilding)就一般意义来讲，翻修是指把已经磨损(指有形磨损)的机床恢复到可以接受的工作状态，含有“升级改造” 的意思。按严格的定义它是指通过修理和更换已磨损的零件，使机床恢复到原设计的操作条件和性能水平。重调(Rec0nditi0ning)指局部翻修，只修理和更换已磨损的关键零部件(如拖板、导轨、主轴等)，以恢复因磨损丧失的加工精度。这通常是在用户工厂进行的改造作业。改进(0pdating)这主要是通过增加技术先进的零部件来提高机床的性能或扩大机床的加工容量 属于局部再造工程，改造的对象通常选择役龄较短(最好35年)的机床。改装(Retrofitting) 亦称数控改装，这是随着数控(Numerical Control，简称NC)技术的出现而发展起来的一项工程技术。据称，数控技术进入实用阶段就是从数控改装开始的。在我国，对老机床的改造有着积极的意义。首先，旧机床各功能部件经过长期的磨合，其稳定性好。因此通过技术改造来改善设备性能，可提高设备加工精度，是适合国企发展的一种途径。其次，通过对设备改造为企业提高了旧机床的利用价值。牛头刨床在我国已经有50多年的发展历史。使用牛头刨床加工，其刀具简单但加工限效率低，（加工长而窄的平面除外），因而主要用于单件，小批量生产及机修车间，在大批量生产中往往被铣床所代替。特别是近些年来，世界范围内的很多国家都一致推崇发展高效低能耗机床，在欧美、日本等一些发达国家还发出了禁止生产刨床的条例。我们国家也不例外，对牛头刨床的生产应用也越来越少。基于这种现状，我们可以依据传统牛头刨床的特点进行考虑，在其原有的机床基础上，通过创新的技术进行改造，力求简单可行地把传统牛头刨床改造成高效、可靠的直线锯削机床。1.4 国内外现状及市场调查M15-19孔预应力锚具是适用于工程建设过程中，混凝土预应力张拉用的锚具。一般在桥梁施工中经常用到，预先安装好定位，然后浇筑混凝土，埋在混凝土的两端，也就是波纹管的两个端头，是为了张拉时千斤顶的稳定作用而设置的端面。M15-19孔锚固体系锚具的锚固效率系数高，锚固性能非常稳定、可靠，适应范围广泛，一般情况下一套锚具可锚固155根钢绞线，最多锚固钢绞线的根数已达到109根。可锚固直径分别为12.7、12.9、15.2、15.7、17.8、21.8、28.6的钢绞线。 适用于2000MPa级及其以下级别的高强预应力钢绞线 具有优越的静载锚固性能，锚具效率系数在不考虑预应力筋的效率系数(0.97)时也满足A0.95,延伸率2%，达到（FIP）1993后张预应力体系验收建议的要求。 具有优异的抗疲劳性能，通过应力幅度为120MPa，上限应力为0.65fpk,经200万次的抗疲劳性能试验。 结构尺寸缩小：夹片的外径、长度相对一般夹片减少了2mm；相应减少了锚板的锥孔尺寸与间距；适当减少了锚板的外径、厚度。 锚下结构优化，在原轻量化的锚垫板基础上进一步改进，改善锚下应力状态。 适用于现有的张拉设备。 具有良好的自锚性能，不用顶压设备自行锚固。 锚具规格多，方便选用；配套机具、工具完善。 锚具内缩量6mm。 锚口磨阻损失2.5%。M15-19孔锚固体系成为当今最成功的预应力群锚体系之一。由于性能卓越，已广泛应用于国内外桥梁建设、预应力混凝土、钢结构、高速公路建设、高层建筑、矿山、岩土锚固、边坡治理、水电核电建设等领域。1.5 课题内容概述对M15-19孔预应力锚板消除应力，以便更好的在工程中发挥作用。M15-19含义:锚固标准强度为小于或等于1860MPa,19根15.24的钢绞线。直径为18mm孔，锚板最大直径276mm,厚度68mm。课题所设计之专用锯床是M15-19孔预应力锚板进行应力的消除，加工4mm槽。主要设计部分包括：（1） 水平运动方向机构设计；（2） 抬刀装置设计；（3） 专用夹具设计；（4） 电气系统结构设计。1.6 设计目的1、通过这次毕业设计来培养我们运用机械制造及有关课程（机械设计、机械原理、机械制造装备设计、公差与技术测量等）知识，结合生产实习、毕业实习中学到的实践知识，独立地分析和解决问题，具备改造和设计一台普通机床机构的能力。2、能根据机床加工需要的主运动，运用学过的机械设计和机械原理的相关理论知识，学会拟定设计方案，完成传动机构的设计，提高结构设计能力。3、培养我们熟悉并运用有关手册、标准与规范、图表等技术资料的能力。4、进一步培养我们识图、制图、运算和编写技术文件等的基本技能。1.7 零件图 图0.1 预应力锚具张拉体系 图0.2 零件实物图2. 水平运动方向机构设计2.1 选取要改进的对象选取B665型牛头刨床进行改造。B665型牛头刨床原型的一些技术参数如下面表格所示。 B665型牛头刨床技术参数(部分)型号B665最大刨削长度mm650工作台顶尺寸mm650 x 450工作台行程（mm）横向600升降300滑枕切削速度级数范围（米/分）工作精度平面度0.025平行度0.05垂直度0.035电机主电机3总容量3台数1净重（t）1.85外形尺寸：长x宽x高（mm）2230 x 1450 x 1750本课题主要对B665型牛头刨床进行以下几个方面改进和创新：1.水平运动机构设计2.抬刀装置设计3.专用夹具设计4.电气系统结构设计2.2 水平运动机构的改造 考虑到各方面因素，专用锯床的水平运动可以有匀速和变速两种。传统牛头刨床主传动机构的曲柄摇杆机构的运动特性是无法实现滑枕往复等速运动的，正因为滑枕在刨削行程中的速度不均匀性，无法提供对滑枕的恒定推力。而对牛头刨床机构进行改进可以实现滑枕往复等速运动，从机械设计角度分析方法可谓多种多样，但从经济性、技术性、可靠性等角度综合分析，比较简单易行且经济实用的方法是采用机械传动式，下面就各种实现滑枕往复运动方案进行对比。方案一 图1.1.1 传统牛头刨传动机构 滑枕带着刨刀，作直线住复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。方案二图1.1.2 机械传动方案二该六杆机构中，曲柄1绕A轴回转，与其铰接在B点的导块3在导杆4上相对滑动，该导杆的下端与C轴摆动的导块5组成移动副，其上端与滑块2铰接在D点，从而带动该滑块固定导路a-a作往复运动。设该机构的各杆尺寸满足下列条件：AC=1.86AB,l=3.57AB,ACaa,则当曲柄1等角速度回转时其在垂直线AC两侧夹角为的范围内，滑块2将作近似等速直线运动。方案三图1.1.3 机械传动方案三 在该六杆机构中，曲柄1绕A轴回转，与其铰接在B点的导块3一端和绕C轴摆动的导块4组成移动副，该导杆的另一端与C轴摆动的导块4组成移动副，滑块5与滑块2铰接在D点 ，从而带动该滑块沿导路a-a作往复运动。设该机构各杆尺寸满足下列条件：AC=1.86AB,l=3.47AB,ACaa,则当曲柄1等角速度回转时其在垂直线AC两侧夹角为的范围内，滑块2将作近似等速直线运动。方案四图1.1.4 机械传动方案四 曲柄1和2都分别绕定轴A和D逆时针转动。绕定轴A转动的曲柄1和滑块四组成转动副B，5在导杆2的槽中滑动，导杆2绕定轴线D转动。导杆2上的指销b和滑块5组成转动副。滑块4在导杆3的槽d中滑动。3绕定轴线E转动。导杆3和连杆7组成转动副F，7和滑块6组成转动副G，6沿固定导轨f滑动。当曲柄1匀角速度转动时。导杆2为非匀速转动。导杆3完成摆动运动。而滑块6在某一区段上完成近似匀速直线往复运动。方案五图1.1.5 牛头刨床滑枕恒推动力和等速直线运动的设计方案五 用齿轮齿条传动方式实现牛头刨床滑枕恒推动力和等速直线运动的设计方案如图1.1.5所示。其设计思路采用机构运动简图方式来描述运动。其传动原理是：电动机通过带传动拖动由齿轮1，2，3，4组成的齿轮传动机构，再由齿轮4与齿条1啮合推动滑枕运动(齿条1与滑枕作相互固定的连接)。因为电动机是在某一选定的转速下工作，而且整个传动系统传动比恒定，因此，这套机械传动系统必定能给滑枕提供恒定的刨削力和匀速直线运动。为了在正反向刨削过程中电动机始终保持一个方向转动，且不停歇不换向，设计方案中特别加入一个电磁阀和一个介轮(介轮与齿轮4相啮合)。按图7所示，当齿轮2顺时针转动时，若齿轮3和齿轮4啮合，滑枕向右作正向运动；当滑枕运动到碰铁1触动行程开关1时，电磁铁动作，将齿轮3推向右侧脱离齿轮4并与介轮啮合，这就使齿轮4反转，最终使滑枕反向运动。按图7所示，当电动机拖动使齿轮2做顺时针转动时，若齿轮3和齿轮4啮合，滑枕向右运动作正向刨削，齿轮5在齿条2上向右滚动，齿轮5受到的啮合阻力方向向左，这就使得摇杆向左摆转，同时牵动连杆2及与之相连的连杆1向左移动，从而带动刀架1和刀架2绕主刀架上的铰链作顺时转动，这样就使刨刀1靠向工作面而同时使刨刀2抬起，此时便可使牛头刨床作正向刨削。当滑枕运动到碰铁1触动行程开关1时，电磁铁动作将齿轮3推向右侧脱离齿轮4并与介轮啮合，这就使齿轮4反转，使滑枕反向运动，同时，齿轮5在齿条2上向左滚动，齿轮5受到的啮合阻力方向向右，使得摇杆向右摆转，同时牵动连杆2及与之相连的连杆一1向右移动，从而带动刀架1和刀架2绕主刀架上的铰链作逆时转动，这样就使刨刀2靠向工作面而同时使刨刀1抬起，此时便可使牛头刨床作反向刨削。当滑枕回程过程中，碰铁2触动行程开关2时，电磁铁又动作并将齿轮3拉回与齿轮4重新啮合，使滑枕再次换向右行，进而又实现正向刨削。移动碰铁1，2的位置便可调整滑枕的行程和相对工作台的位置。工作台的横向进给由横向进给步进电机拖动一套丝杆传动机构来实现。当任意一个行程开关动作时，步进电机工作一个角度，通过丝杆传动机构使工作台作横向移动一个距离。2.3 方案评价与方案确定 方案二：虽然在特定的情况下可以实现近似等速直线往复运动，但是导杆的往复行程受其铰接点D的不可滑移的制约而不可以改变。因此，这个机构的使用范围也会受到较大的影响。由于原来牛头刨床也属于曲柄滑块机构，假如使用这个改进方案则可以最小限度的对原来机床进行改进，这样一来就可以节约了经济成本。方案三：这个方案和方案一比较相似。不同的地方在于，方案而的曲柄和导杆3是通过交接组成转动副，而导杆2与交接在导杆3上的滑块5组成移动副。因此，方案二与方案一有着同样的优点，但是方案二的缺点是受导杆3的长度限制而使得整个滑枕不能获得理想的刨削长度。原因在于：加长导杆3的长度其转动空间也会相应加大，但是刨床传动箱不可能给导杆3提供很大的空间。所以，用方案3改造的刨床不可行。方案四：在原有的牛头刨床的基础上增加了一个转动副A和一个移动副B。其优点在于：这个改造方案可以把整个机床的改造成本控制在最小限度。其缺点在于：它在回程刨削时，曲柄是在近程角做功，这样会使曲柄的受力杠杆加大，并最终造成往复这两个行程的刨削功率不一样，结果是降低了电动机的使用寿命。方案五：采用齿轮齿条加一个介轮的一种传动方式。该机构能实现匀速直线往复运动的关键在于：电磁铁推动介轮的时机。而这个问题的解决办法为：在每个运动方向的终点加装两块撞块来控制和改变行程开关，从而来控制电磁铁的推和吸这两个动作。该行程开关控制机构的设计可以参照直线磨床上控制工作台往复运动的机构。这个方案的优点在于：由于采用了齿轮齿条的传动方案而获得了较高的传动精度，因此机床的加工精度也可以相应的得到了提高。这也符合现代企业的零件加工要求。其缺点在于：该方案的往复运动和进给运动采用电器系统进行控制，故较其他种方案而言，方案四的改进成本会相应提高。综合这五种方案的优缺点进行总结：传统牛头刨床主传动机构的曲柄摇杆机构的运动特性虽然无法实现滑枕往复等速运动，但是具有急回运动，可以有充足的时间加工零件，减少回程中时间的消损，提高工作效率。最终选择方案五。3 抬刀装置设计3.1 牛头刨床刨刀架的功能图2.1.0 老式牛头刨床的刀架结构简图如刀架结构简图 2.1.0所示：刀架上安装有刀具托板，托板有刀架用螺栓连接，因此托板可以绕着螺栓转动。这样使得刀具连同托板在刨削回程时能有抬起来的空间，而避免刀具在刨削回程时碰到工件，造成划伤工件甚至造成崩刀的事故。托板上安装有刀具夹套，夹套能牢固地把刀具和托板夹紧。松紧螺柱能松开和紧固刀架，松开的时候能手动调整刀架在小角度内摆动，这样设计是为了能刨削三角槽。手轮和丝杆能调节刀架在一定范围内上下移动。3.2 锯床刀架的改进方案方案一图2.2.0 锯床刀架方案一它包括带有手柄7的后弓架6，插装在后弓架连接槽腔中并通过定位销与后弓架相结合的前弓架5，用于安装锯条12的前后弓头1和10均通过连接销轴3与弓架铰接在一起，连接销轴3的轴线与弓架的长度相平行，在其铰接处设置有限制弓架左右摆动的限位件4，沿前弓头下端面纵向，竖直向上加工有用于插装锯条的开口槽11，在垂直于开口槽11的槽壁上有加工有连接销穿装孔；后弓头用于安装锯条的的部位为一镂空框架结构，在镂空框架结构的前端面上加工有一竖直向后延伸并与镂空部位相连通用于插装锯条的开口槽11，镂空框的后端加工有一连通镂空部位的调节螺栓安装孔，穿装在该安装孔内的调节螺栓8的前端加工有连接销穿装孔9。其不足之处是：1.虽然前弓架插装在后弓架连接槽腔内且可以调整前弓架相对于后弓架的位置，但是前弓架与后弓架连接不紧凑，正常工作中不免造成锯条位置偏移，直接影响使用效果；2.由于调解螺栓位于靠手柄拧紧出，容易伤到手。 优点：1. 结构简单紧凑，制造方便；2. 锯条工作稳定，不易损坏，不受弓架的影响；方案二图2.2.1 锯床刀架方案二该刀架由锯弓、锯把、锯条和锯条张紧装置组成，其特征在于：所述的锯弓由右半锯弓和左半锯弓构成，左半锯弓穿装在右半锯弓内，左半锯弓的外部尺寸与右半锯弓的内部尺寸匹配，左半锯弓与右半锯弓之间为滑动配合，左半锯弓与右半锯弓构成长度可调的锯弓。在左半锯弓的竖直部分的下半部分和右半锯弓的竖直部分的下半部分的下端均开有夹持锯条的弹性槽和加紧螺栓孔，在加紧螺栓孔内安装有加紧螺栓，在加紧螺栓上旋装有加紧螺母。它是一种能够使用断锯条，锯把和锯条的角度都可调整的多功能锯，不但使用方便，而且节省开支的多功能锯。原理：由锯弓、锯把手1、锯条12和锯条张紧装置5组成，其特征在于：所述的锯弓由右半锯弓6和左半锯弓7构成，左半锯弓7穿装在右半锯弓6内，左半锯弓7的外部尺寸与右半锯弓6的内部尺寸匹配，左半锯弓7与右半锯弓6之间为滑动配合，左半锯弓7与右半锯弓6构成长度可调的锯弓。方案三 图2.2.2 锯床刀架方案三该方案是一种液压张紧锯夹，包括固定锯夹、活动锯夹，固定锯夹及活动锯夹分别相对地安装在锯框上，在活动锯夹与锯框之间设有一活塞，活塞由液压张紧器控制动作，锯片可被固定锯夹及活动锯夹夹紧，其特征在于：所述固定锯夹的尾端设有一单螺杆结构或双螺杆结构，其中螺杆的顶部设有插块，拧动螺杆，螺杆顶进插块，锯片处于预张紧状态。所述活动锯夹包括依次设置的滑块、蝴蝶板、拉杆、铰接在拉杆上的拉钩，滑块固定在一连接板上，连接板安装在拉杆上。所述螺杆结构为单螺杆或双螺杆结构。本实用新型具有结构紧凑，减少不稳定受力点，避免受力不均造成变形，可经久耐用，结构更简单、实用，制造成本更低，使用过程能缩短安装锯片和卸装锯片的时间，可提高生产效率，可适用于加工薄型板材的优点。一种液压张紧锯夹，包括固定锯夹、活动锯夹，固定锯夹及活动锯夹分别相对地安装在锯框上，在活动锯夹与锯框之间设有一活塞，活塞由液压张紧器控制动作，锯片可被固定锯夹及活动锯夹夹紧，其特征在于：所述固定锯夹的尾端设有一螺杆结构，其中螺杆的顶部设有插块，拧动螺杆，螺杆顶进插块，锯片处于预张紧状态。方案四图2.2.3 锯床刀架方案四本实用新型公开了一种电动锯弓往复运动机构。该往复运动机构采用齿轮传动，它包括有蜗轮、主动齿轮、过桥换向齿轮、从动齿轮、驱动齿轮及齿条等部分，主动齿轮和过桥换向齿轮安装在固定于底座上的摇臂架上，并通过摇臂架和过桥换向齿轮来改变从动齿轮和驱动齿轮的旋转方向，从而来达到控制电动锯弓来回往复运动的目的。一种包括有蜗轮3、主动齿轮4、过桥换向齿轮5、从动齿轮9、驱动齿轮10、齿条11的电动锯弓往复运动机构，其特征是所述的蜗轮3和主动齿轮4同轴安装，主动齿轮4和过桥换向齿轮5通过各自齿轮轴安装在固定于底座上的摇臂架6上；从动齿轮轴7安装在支架8上，从动齿轮9和驱动齿轮10安装在从动齿轮轴7上。结合零件的加工，考虑各方面的因素，最终确定用以下方案： 图2.2.4 刀架机构图工作原理：前文已经讨论过，老式刨床上刀架与滑枕为螺柱连接方式，则在返回的刨削行程中，切削力的反作用力必然对刀架产生拉扯的后果，时间一长就会使连接螺栓松动，最终造成刨削精度下降，更为严重的则会致使螺栓被扯断，从而刀架掉落造成事故。所以，锯床刀架的改进设计刀架的滑枕方向用燕尾槽导轨定位，刀架的竖直方向用丝杆螺母副定位。凸轮能调节刀架在一定范围内在垂直方向上下移动。这样就很好的解决了上述问题。该方案存在的问题：由于改进设计采用了燕尾槽导轨方案，受燕尾槽导轨占用的空间限制，导致托板不能再另行设计成老式单向牛头刨床上的托板一样能在垂直工作台平面旋转。3.3 抬刀装置设计方案方案一 1- 箱体 2-主轴 3-销轴 4-抬刀杆 5-抬刀凸轮 6-进刀凸轮 7-连杆 8-棘爪 9-棘轮 10-丝杆 11-丝母 12-销轴图2.3.0 机动抬刀装置该方案将本设计的进刀和抬刀系统如上图所示。1为锯床的减速箱体。在箱体的外侧固联有导向板，锯弓安装于导向板的导轨中。锯床主轴2通过减速机构获得一定的转速，经过曲柄滑块机构使锯弓获得切削材料时所必须的往复运动速度。箱体可绕支撑主轴的支座作圆弧摆动。锯床的进刀系统由装在主轴上的凸轮6、连杆7、棘爪8、棘轮9、丝杆10及丝母11等组成。主轴运转时，通过凸轮带动连杆使棘爪运动。棘爪往复运动一次，推动棘轮使与其固联在一起的丝杆转过相应的角度，而丝母由于转动受到约束，只能下移相应的距离。又由于丝母上的销轴口经过抬刀杆与箱体上的销轴3相连接，故丝母下移时带动箱体同样下移相应的距离（实际为顺时针转过相应的角度）。又由于箱体的下移使安装与箱体外侧的锯弓也下移了相应的距离，从而使锯条在被切材料上获得相应的进刀深度。锯床的抬刀系统由装在主轴上的凸轮5、抬刀杆4、销轴3和丝母11等组成。抬刀杆经销轴和箱体相连接，又经销轴12和丝母相联接，故抬刀杆实为一杠杆机构。杠杆支点为活动支点销轴口。且抬刀杆和箱体经销轴3相联接用一长圆形槽，目的是使抬刀杆在锯床工作时的任何位置不致被卡死。当主轴运转时，若凸轮5处于升程位置，能使抬刀杆左端向上移动一定的距离，从而带动销轴3使箱体下移相应的距离（实际为顺时针转过相应的角度）。而此时锯弓恰好处于工作行程中。箱体的下移带动锯弓使锯条在被切材料上获得给定的进刀深度；若当凸轮5处于回程位置时，由于箱体左端重量大于右端（电机安装于箱体左端），则此时由于箱体的自重使得其右端向上抬起（实为逆时针转过相应的角度）。从而带动锯弓亦向上抬起使锯条脱离工作的切削表面，实现锯床回程时抬刀运行。如此循环往复，从而实现锯床理想的切削运动。方案二 图2.3.1 杠杆式自动抬刀结构：抬刀装置由杠杆1、滑块2、推杆7、压簧8、小滚轮架9、连杆I2、棘爪I4等组成。杠杆I槽中的滑块2上的孔滑配在固定拖板上的小轴3上。适当调节以小轴为中心的杠杆两端的长度，可达到不同的抬刀高度，调节后用螺钉4固定。转套5可在支座6的孔内旋转，借以协调推杆7动作时的旋转角度。推杆7瑞孔中装有压簧8，撞击直挡块时起缓冲作用。小滚轮架9上铣有长槽，以螺钉10导向 拉簧11连接在杠杆1和拖杆上，以减少刀架下落对的撞击。大滚轮架 6上端的扁方，用螺钉固定在同步杆I7一端的槽内。同步杆的另一端穿在棘轮14的孔内。大滚轮架16与棘爪14均可在焊接在支座18的套19、20。中的孔中滑动，并通过同步杆起到上下动作的同步作用。原理：当刀架进刀，工作台前进至行程终端时，直挡块碰到滚轮21，通过小滚轮架9、压簧8，使推杆7推动杠杆1下部，则以小轴3为支点转动，杠杆上部反向移动，并推动连杆12，小轴13使刀架抬起。工作台反向，推杆失去直挡块的推力，刀架由自重落下，迫使连杆、杠杆、推杆返回。当推杆稍一回动，推杆上的尖槽至棘爪位置时，棘爪由于拉簧的作用进人推杆上的尖槽中，锁住了推杆的动作。当工作台退至行程末端、斜挡铁的斜面使滚轮22至大滚轮架16向上滑动，通过同步杆17使棘爪从推杆的尖槽中脱出。刀架由自重下落复位至此完成落刀动作。方案三 图2.3.2 电磁抬刀装置刀架抬刀机构的机械结构示意图刀架的抬起是靠电磁铁的推力完成的。图2.3.2中的(a)和(b)，分别是刀架机构处于落下和抬起两种状态。锯床刀架的工作运行曲线，如图2.3.3图2.3.3 刀架的工作运行曲线根据工件加工工艺的要求，锯床的工作运行性能，应该具有如下几个阶段：(1)工作台前进起动阶段(刀架落下一落刀阶段开始)；(2)刀具慢速切入阶段；(3)加速至稳定工作速度；(4)工作速度阶段；(5)减速退出工件阶段(刀架抬起一抬刀阶段开始)；(6)前进换向阶段(由进程转为返程)；(7)快速返回阶段(空刀返回)；(8)返回后期减速阶段；(9)返回换向阶段(由返程转为进程)。以上各个阶段均是由电气控制系统来完成的。电磁铁抬刀机构的组成原理及特点：从图2.3.2中我们可以看到抬刀机构主要由八个部分组成：刀架座；抬刀板；电磁铁激磁线圈；柱形衔铁；静铁心；压簧；推杆；拉杆等。其中刀架即抬刀板抬起时的主要动力来源是电磁铁，即电磁线圈、铁心和衔铁的电磁吸力；落刀时靠抬刀板的自身重力和压簧的回复拉力来完成。电磁铁的种类、原理及结构形式：电磁铁的种类很多，可以按照它的动作方式、激磁线圈中电流的种类、线圈同外电路的连接方式、动作速度、衔铁运动方式以及磁路的构造等来进行分类。如图2.3.4所示，其中除(a)为开路导磁体外，其余均为闭路导磁体。(a)、(b)螺管式电磁铁广泛地应用在交、直流电路上，这种电磁铁的气隙全部集中在线圈的中间，吸力较大。因此许多牵引电磁铁和制动电磁铁都常采用这种磁路结构；拍合式和n式的电磁铁也可以应用在交、直流电路上，(c)一般大多应用在交流电路中，（d)一般大多应用在直流电路上；(e)盘式电磁铁应用在起重电磁铁领域较为广泛；(g)为E形电磁铁，在这种磁路结构形式中，磁通全部通过中间的铁心，两边的铁心作为返回磁路，形成两个并联回路。该磁路结构共有三个气隙，吸引时中间衔铁伸入到线圈内，其作用类似螺管式电磁铁，故吸力较大。在许多交流接触器和电磁制动器中都采用这种磁路结构。图2.3.4 电磁铁的构造及分类上述各种电磁铁归纳起来，可以合并为三大类型：拍合式、螺管式和E形电磁铁。其中拍合式电磁铁的行程最短，而螺管式电磁铁的行程最长，E形电磁铁则介于前两者之间。还有其他形式的电磁铁如：型等，这里就不再一一介绍了。从图2.3.4可知，无论那一种结构，只要线圈通电(交流或直流)电磁铁便产生电磁吸力，衔铁就会沿着箭头方向运动，向着减少气隙6的方向被吸引，进而磁通在铁心形成闭合回路(对于闭路导磁体)，这就是电磁铁的工作原理。线圈的形状设计可以是圆形的，也可以是方形或矩形等，当然要与铁心或衔铁的形状相配合而定。本文根据实际经验，按照磁路的构造型式，选择具有闭路导磁体的如图2.3.4b项所示装甲螺管式电磁铁，作为龙门刨床抬刀机构的电磁铁。同时在方案设计中，选择直流供电方式的电磁铁，而且线圈采用并联形式，线圈电压固定不变，可根据具体情况选择直流：24V、36V、110V或220V。 直流电磁铁的特点介绍： a直流电磁铁线圈的激磁电流比较稳定，不受气隙大小等因素影响，仅与线圈(并联线圈)本身的电阻值有关；而交流电磁铁线圈的电流不仅与电阻有关，还与线圈的总电抗(容抗和感抗)有关，而且电抗起着主导作用(因为电抗在数值上比电阻大得多)； b直流电磁铁不像交流电磁铁有电流及磁通过零现象；它不存在振动也不产生噪音，吸力稳定；而交流电磁铁，需要采取短路环的办法来解决振动和噪音等 c直流电磁铁不会发生因衔铁卡住而烧坏线圈的情况；而交流电磁铁一旦发生因衔铁卡住现象并且没有及时发现，必定烧坏激磁线圈； d直流电磁铁导磁体中没有涡流和磁滞损耗存在；而交流电磁铁在交变的磁通作用下，导磁体中存在涡流及磁滞损耗，即铁损。图2.3.5 螺管式直流电磁铁的结构图图2.3.6 电磁铁线圈图2.3.5是装甲螺管式直流电磁铁的结构图，线圈为圆形螺管式(图2.3.6)，线圈用直流电压供电。线圈中间有圆柱形静铁心、衔铁，圆柱形衔铁可来回运动，并带动衔铁推杆推动刀架实现抬刀功能，电磁铁的四周由电磁材料围成圆柱形封闭导磁体。直流电磁铁线圈吸力的计算：图2.3.5中的装甲螺管式电磁铁的衔铁在线圈中作水平方向左右运动。衔铁所受到向右的吸力F可由两个部分组成：其一部分是由衔铁与静铁心端面之间的主磁通所产生的吸力，称为表面力F ；另一部分是由衔铁与外壳之间的漏磁通所产生的吸力，称为螺管力F 。电磁铁的吸力F就是这两部份的合力。合成电磁铁吸力的数据计算：一般可由下面的经验公式(1)-(3)计算： （1） （2） （3） 上式中的各参数的含义及计算单位： -电磁铁合成吸力kg； -表面力kg； -螺管力kg；-A（安培）；-匝数（线圈）；-电磁铁行程，及圆柱衔铁与静铁心之间的气隙长度（cm）；-圆柱衔铁半径（cm）；-衔铁伸入线圈中的长度（cm）；-激磁线圈的高度（cm）；-空气的导磁系数，其值为：；-单位长度漏磁导，参见图27中的各几何参数，按照公式（4）计算： （4）上式（4）中的各参数的含义及计算单位：-磁路的平均长度（cm）；-激磁线圈的内径（cm）；-激磁线圈的厚度（cm）。公式(1)中，中括号里的第一项涉及的是气隙中主磁通所产生的表面吸力：；第二项涉及的是由漏磁通所产生的螺管力。螺管式电磁铁总的电磁铁吸力等于上面两部分力之和，即：。螺管式电磁铁的吸力，在工作气隙较大时，主要是螺管力起作用；而在工作气隙较小时，表面力起主要作用。因此在设计螺管式电磁铁时，要分别不同情况进行吸力的计算。根据简化的经验公式计算螺管力，具体的简化的经验公式及如下所示。线圈的温升的计算，应该选择线圈导线的绝缘等级，代入相应参数进行验算。 （5） （6）上式（5）（6）中的各参数的含义及计算单位：-激磁线圈的高度（cm）；-铁心或衔铁的内径（cm）；-线圈的安匝数（安匝）；-填充系数，指线圈中铜导体截面所占的面积与线圈总的截面积之比，一般取平均值：0.45；-激磁线圈的厚度（cm）；-散热系数（），可根据手册查表得到；-铜导线的电阻系数，它和工作温度大小有关，可根据手册查表得到。方案四图2.3.7 双柱塞液压高抬刀装置高抬刀装置有两种，一种是采用单行程油缸，另一种是采用单行程油缸和齿轮、齿条配合达到抬刀目的。这两种方法主要用于老型号的龙门刨床，因为刀架抬起是通过刀舌相对刀盒运动实现的，这种结构有宽敞的油缸安装位置。而新型号的机床的结构与之相反，是刀盒相对舌式刀座做抬刀运动，固定部分没有油缸的安装部位，尤其在要求抬刀高度较高时，持高抬刀装置设计带来困难。为此，我们采用了双柱塞液压高抬刀装置，满足了安装位置小、抬刀高的工艺要求。双柱塞液压高抬刀装置结构：为了精小曲缸的尺寸，又要满足高抬刀要求，设计上采用两种方法。其一是采用双柱塞曲缸，使油缸长度减小了近一半；其二是将油缸斜置在刀盒上，这样可以在相同的活塞行程下增加抬刀高度。抬刀装置的结构如图2.3.7所示。当压力油进入双柱塞油缸下腔时，小柱塞2的油腔容积小首先动作将刀盒抬起。在小柱塞移动到极限位置时，大柱塞9开始动作，并把刀盒推到最高点。当压力抽进入上腔时，小活塞首先返回，接着大活塞返回使刀盒落下。压力油是由联接梁凹槽内的油箱泵出的。齿轮泵l将油泵出，其压力由溢流阀8调节，再由分油器2将压力油分别供给两个刀架的油缸(见图2.3.7)。压力油的换向是由二位四通换向阀4来实现的。电磁换向阀的动作由行程开关来控制，即工作台完成工作进给以后压下行程开关，使主电机反转，工作台近程，同时电磁换向阀也开始动作，使压力油进入下腔，刀架抬起。工作台返程到位后，又压下另一个行程开关，使主电机正转， 工作台开始工作进给，与此同时电磁换向阀又动作，压力油进入上腔，刀架复位。方案五 图2.3.8 电动机抬刀装置 该方案采用伺服电机作为动力源，用行程开关来控制电机的运转。电机轴通过联轴器带动圆柱凸轮转动，凸轮上连接有连杆，带动刀架上升下降，来实现在工进时锯刀始终与工件接触，回程时凸轮刀架抬起，减少锯条与工件之间的磨损，延长锯条的寿命。3.4 评价与确定方案一和二：虽然能稳定可靠的自动抬刀，但是考虑到其设计和制造该机构占用空间比较大。方案三采用电磁抬刀系统，实现方便。但是考虑到刀架自身的重量，可靠性不高。方案四采用液压来实现，经济性不好。最终选择方案五。4 专用夹具设计机床夹具设计是工艺装备设计的重要组成部分。机床的夹具应能够达到可靠的保证零件的加工质量；提高劳动生产率；降低劳动强度；结构工艺好、便于制造及维修；成本低；操作方便、安全、省力和排屑方便等要求。在对M15-19孔锚板加工槽时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计加工4mm槽夹具一套。其中该夹具将用于牛头刨床改造后的专用锯床，刀具采用。 4.1 M15-19孔锚板工艺分析 M15-19孔锚板如下图3.1所示。图3.0.0 M15-19孔锚板工件以加工过的孔径分别为mm和mm，厚度为68mm。在加工槽口时，槽口的宽度由刀具直接保证，而槽口的深度和位置则和设计的夹具有关。槽口的位置包括的要求：槽口的中心面应通过的中心线，但是要求精度较低，不必做太多考虑。4.2 确定夹具的结构方案4.2.1 研究原始材料利用本夹具主要用来锯槽，该槽侧面对锚板的中心线要满足尺寸要求以及垂直度要求。在加工槽时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。4.2.2 定位基准的选择由零件图可知：该槽对锚板的中心线有尺寸要求及垂直度要求，其设计基准为锚板的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选用特制锥度心轴找中心线，这种定位在结构上简单易操作。采用心轴定心平面定位的方式，保证槽加工的技术要求。 4.2.3 切削力及夹紧分析计算刀具材料：刀具有关几何参数： 300124刨削时主切削力的大小与被加工金属材料、背吃刀量、进给量有关，可以利用以下公式来计算。 （7）式中：-被加工材料和加工条件对切削力的影响系数； -背吃刀量（mm）； -进给量（mm/次）； -刀具前角不同时，切削力的修正系数； -刀具主偏角不同时，切削力的修正系数； 根据锯床加工时通常处于的加工条件，查文献1附表22得：=0.89（刀具前角为）=1 （刀具主偏角为）=6mm（粗加工时的最大背吃刀量）=0.66mm/次（粗加工时的最大进给量）=225（刀具材料为高速钢）经过计算，刨床刨削时的最大刨削力为：PZ=880（公斤）由金属切削刀具表1-2可得：垂直切削力 ： （8）背向力：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： （9） 安全系数K可按下式计算： （10）式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 所以 （11） （12）由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： （13）式中参数由机床夹具设计手册可查得： 其中： 螺旋夹紧力：易得：经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。4.2.4 夹具结构方案的选择针对零件的结构以及加工工艺，采用主体为虎钳结构的改进。虎钳，利用螺杆或其他机构使两钳口作相对移动而夹持工件的工具。一般由底座、钳身、固定钳口和活动钳口，以及使活动钳口移动的传动机构组成。按使用的场合不同，有钳工虎钳和机用虎钳等类型。钳工虎钳安装在钳工工作台上，供钳工夹持工件以便进行锯、锉等加工。钳工虎钳一般钳口较高，呈拱形，钳身可在底座上任意转动并紧固。机用虎钳是一种机床附件，又称平口钳，一般安装在铣床、钻床、牛头刨床和平面磨床等机床的工作台上使用。机用虎钳钳口宽而低，夹紧力大，精度要求高。机用虎钳有多种类型，按精度可分为普通型和精密型。精密型用于平面磨床、镗床等精加工机床。机用虎钳按结构还可分为带底座的回转式、不带底座的固定式和可倾斜式等。机用虎钳的活动钳口也有采用气动、液压或偏心凸轮来驱动快速夹紧的。类型： 1、双向可倾式虎钳 7、角固式虎钳 2、平面油压虎钳 8、双向油压虎钳 3、倍力虎钳 9、精密虎钳 4、直角虎钳 10、光面直角虎钳 5、超级倍力增压虎钳 11、空压虎钳 6、快速虎钳图3.1.0 虎钳结构图方案一：机用虎钳的用途非常广泛，常见于机床上加工各种零件时的夹紧。如铣床、饱床、钻床上加工零件时就常用机用虎钳来夹固被加工零件。机用虎钳具有结构简单、装夹可靠等优点。但钳口大小的调整是通过丝杠转动完成的。尤其是钳口距离由最大变为最小时，装夹速度慢，劳动强度也很大。为提高装夹速度，减轻劳动强度，利用开合螺母原理，对机用虎钳进行改进。当两半螺母分开时，丝杠不受螺母限制，可以快速手推活动钳体。合上螺母后，又恢复了正常的丝杠传动。为使虎钳的结构不受破坏，只在原虎钳上增加半只螺母即可(如下图)。图3.1.1 方案一虎钳结构图1垫圈 2固定钳体3钳口板 4活动钳身 5螺母 6、7轴8模板手柄 9丝杠 1O垫圈 l1锥销 l2挡圈其工作原理如下：当虎钳钳口距调整不大时，按原虎钳操作。当钳口距需作较大调整时，可先把模板手柄8扳到上极限位置，使螺母脱开丝杠；再用手推(拉)活动钳体到所需位置。然后把模板手柄8按下，使螺母回到下极限位置，虎钳回到正常工作状态。使用时应注意两点：(1)当虎钳上夹有工件时，先拧动丝杠，使工件松动，再进行快速进退。(2)模板手柄8有时压不下去，只需稍稍活动钳体便可。实践证明，使用改进后的虎钳，既省时，又省力，尤其大批量生产时，效果更加显著。方案二：台虎钳是机械加工和机械维修行业中常用的夹紧装置，其用途和使用范围极其广泛。目前，台虎钳大多是根据螺纹自锁原理进行设计加工的，现常用规格有100ram，125ram，150mm等 ；其优点是结构简单，操作方便，夹紧工件比较牢固。但在生产实践中，由于摩损导致丝杆拔丝而夹紧不可靠等问题并不少见；特别是学生在金工实习中，由于操作不当，如：夹紧工件时用力过大导致丝杆拔丝或将薄壁工件损坏等现象时有发生，有时还在一定程度上存在安全隐患。故设计一种新型的液压台虎钳十分必要。改进后的台虎钳由固定钳身、活动钳口和液压系统等部件所组成，见图3.1.2。钳身与固定支撑台可相对转动，活动钳身嵌入固定钳身的导槽内可自由滑动，相对固定钳身滑动的最大距离为120mm，与活塞杆固接；液压缸固接在固定钳身上。工作时根据被夹紧工件需要，调整夹紧力，操作液压手柄，活动钳身在活塞杆的驱动下开始运动，速度由快变慢地将工件夹紧。 图3.1.2 台虎钳结构示意图夹紧机构主要由增速液压缸，手动二位四通换向阀，操纵手柄，单向阀和压力控制阀等元件组成 ，见图3.1.3。活塞的工作行程和夹紧力根据夹紧工件的形状与大小确定。如：由端面夹持的圆形工件，其夹紧力就是由工件的最大直径确定，而夹紧力的大小可以通过油路油压得到控制。图3.1.3 液压夹紧原理 图3.1.4 液压缸结构 增速液压缸是夹紧装置实现空行程快速运动的重要机构。主要由柱塞1、活塞2和缸体3组成。当压力油从a腔进入时，由于柱塞直径较小，将活塞2快速推出，带动活动钳身快速靠近工件，此时，腔中形成部分真空，在b口补充低压油，腔中的液压油有C口排出；当活动钳身开始夹紧工件时，油压升高，在压力控制阀的作用下，压力油从a和b两处进入腔I和，此时活塞开始低速运动，推力增加。单向阀主要防止液体倒流和保持压力。工件时，先根据工件所需夹紧力的大小调整压力控制阀，将换向阀移动到图示位置，开始操纵手柄，活塞杆推动活动钳身快速运动，当活动钳身接触工件开始夹紧工件时，其运动速度逐渐减缓直至将工件夹紧。当夹紧力超过工件所能承受的夹紧力时，压力控制阀开始工作，以保证夹紧