车床上碟簧作动力时弹簧夹头夹紧及松开机构设计-开题报告

南京工程学院工 业 中 心本科毕业设计（论文）开题报告题 目 ： 车床上用碟簧作动力时弹簧夹头夹紧及松开机构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： D 机加工 121 学 号：学生姓名： 指导教师： 2016 年 3 月 11 日本科毕业设计(论文) 开题报告学生姓名 学 号 专 业 机械设计制造及其自动化指导教师姓名 职 称 研究员级高工 所在院系 工程中心课题来源 D.自拟课题 课题性质 A.工程设计课题名称 车床上用碟簧作动力时弹簧夹头夹紧及松开机构毕业设计的内容和意义 采用通过对通用夹具和专用夹具的对比，进行车床上用碟簧作动力时弹簧夹头夹紧及松开机构的设计，使其满足工人在各种环境中实际加工工件时的要求。毕业设计的具体内容：1、机械制图a) CAD 绘制课题装配图 0 号图 1 张 b)其它零件图纸采用 CAD 绘制,CAD 图纸折合 0 号 1 张 （约 10 个零件）c) 绘制碟型弹簧受力简图2、设计计算a) 弹簧夹头受力分析计算b) 碟型弹簧受力及压缩量分析计算c) 弹簧夹头松开用推力轴承选型分析d) 气缸活塞受力分析计算3、技术经济分析a) 各零件成本分析b) 课题成本计算4、翻译有关外文资料本课题研究的意义：本课题对车床上用碟簧作动力时弹簧夹头夹紧及松开机构进行了设计，其意义如下：1、在对这次毕业设计的课题进行了初步了解之后，随着普通车床和数控车床的不断发展，车床用碟簧作动力时弹簧夹头夹紧及松开机构与传统的卡爪式夹紧及松开机构相比，具有动平衡性好、稳定性好、结构简单、易于制造、夹紧可靠、使用便捷和更换方便等优点。2、大学四年中学习了许多的机械课程，比如机械原理，现代数控机床，金属材料的加工与热处理，材料力学，理论力学等，在此过程中学会了将理论与实际相结合来解决在毕业设计中遇到的一些问题，从而能更好的完成任务，同时也为将来在参加工作做好充足的准备。3、毕业设计是学习、研究与实践成果的全面总结；是综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验；是实现从学校学习到岗位工作的过渡环节。文献综述本次课题研究的是车床用碟簧作动力时弹簧夹头的夹紧与松开机构。车床的主要附件夹具，用于装夹工件的装置。车床夹具分通用夹具和专用夹具。常见的附件还有卡盘、顶尖、中心架、跟刀架、花盘等。弹簧夹头夹紧装置是一种用来装置在铣床上的一种用来禁锢钻头或者是铣刀的一种筒形的夹具，是一种用来固定加固需要改造的零件的一种固定装置。弹簧夹头夹紧装置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，增大驱动力、拉力和转换驱动力为工件或刀具夹紧力，快速松开工件 ( 或刀具 )，在不降低加工精度和使工件不受损害条件下的高重复精度，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 。弹簧夹头是精密机床主轴夹紧的重要装置，直接影响到精密机床加工精度及表面加工质量，该装置具有工作稳定可靠、精度重复性好的特点 2。碟形弹簧简称碟簧，它是一种由钢板冲压成碟形的薄板弹簧，体积小，承载能力大，加压均匀，缓冲和减震能力强，采用不同的组合（叠合或对合）可以得到不同的符合、非线性、渐增性、零刚度及负刚度的变性特性曲线 3。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。标准卡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。随着市场经济不断深入的发展，客户对产品的要求越来越高。机床主机生产厂从自身市场发展的需求和行业协会的要求，对客户实行“交钥匙工程” 。近年来，又为客户提供整套的技术解决方案，当好客户的工艺师。以前是卖产品，现在是卖技术、卖服务以带动机床的销售。用户提出降低机床使用过程中的营运成本，适当地扩大加工范围。为满足用户的需求，设计了弹簧夹头新结构 4 。英文期刊文章引用：作者. 题名. 期刊名, 出版年份，期号：起止页码文献综述目的是设计一种碟簧式气动夹紧及松开机构，以解决提高机构的动平衡性和稳定性的问题，同时又便于制造和使用方便。该碟簧式气动夹紧及松开机构的结构包括：旋转主轴、套在主轴内随其旋转的拉管、固定与拉管一端的弹簧夹头、连接于拉管另一端的落幕套、汽缸、连杆和轴承：所述螺母套的小直径段套接在拉管上，中直径段套置在主轴外，大直径的变径端之间；该压缩碟簧两端被固定在主轴上的凸台与螺母套的大直径段的变径端之间；所述汽缸活塞杆与主轴平行，并且通过连杆与固定于螺母套上的轴承外圈相接触形成推动关系；所述拉管与主轴为轴向可滑动的套接结构，主轴端部与螺母套之间保留一段可移动间隙。如上所述的碟簧式气动夹紧及松开机构，所述连杆的端部与气缸活塞杆活动链接，中部为圆环形，在圆环内侧上设有拨叉挡在轴承的外圈上，连杆下端活动固定于支座上。该机构如图 1 所示：1.弹簧夹头 2.汽缸 3.碟簧 4.连杆 5.轴承6.螺母套 7.拉管 8.支座 9.主轴文献综述该碟簧式气动夹紧及松开机构与传统的数控车床所使用的卡爪式气动夹紧及松开机构相比，具有动平衡性好、稳定性好、结构简单、易于制造、夹紧可靠、使用便捷和跟换方便等优点，能够满足株洲高转速的平衡性要求，主轴转速可提高到6000r/min。目前广泛使用的弹簧夹头材质有 60Si2Mn、65Mn、9SiCr 等几种，以选用弹簧钢为主，其主要目的是保证夹头颈部的弹性与韧性。近来也有选用 GCr15 轴承钢的。弹簧夹头热处理工艺改进概括如下：（1）一段（整体）硬度法：采用整体亚温淬火 5、等温淬火 6，获得整体硬度5055HRC。淬火的弹簧夹头弹性部位性能较理想，但夹紧头部硬度偏低较易磨损，寿命不高。（2）二段硬度法 7：采用整体淬火、局部回火方法来达到，获得头部硬度6063HRC，颈部和尾部硬度 5055HRC，二段硬度法避免了头部易磨损缺陷，但颈部、尾部因弹性不足会出现早期脆断；（3）三段硬度法 8：将弹簧夹头装在夹具内进行整体加热，保温后将头部、颈部放入 260280硝盐等温槽中，尾部暴露空气中空冷，空冷至黑色时整体入硝盐等温，然后 380400整体回火，此时颈部硬度 5055HRC，尾渐硬度 3035HRC，由于头部硬度未达到，为此将夹头的 2/3 在 86010中性盐浴中进行局部加热淬油，达到头部硬度 6063HRC，最后将弹簧夹头在 200220浴炉中进行整体回火，使其达到最终要求。目前虽然对弹簧夹头材料、热处理工艺进行多次试验与改进，夹头使用寿命还是无明显提高。弹簧夹头要求使用寿命大于 2 万次，而实际使用寿命一般仅 1 万次 9。为了实现精密机床主轴弹簧夹头的精确设计，提高其夹紧的可靠性，必须针对弹簧夹头的夹紧机制进行深入系统的研究，并结合有效的可靠性分析方法对弹簧夹头的夹紧可靠性进行有效的预测 10。参考文献：1、樊丙建.数控车床弹簧夹头加紧装置，实用新型专利，B23B 31/20 (2006.01)2、王启平.机床夹具设计M.北京：机械工业出版社，1996：229-2403、孙利民 王小波 施力.组合弹簧的刚度研究，郑州大学学报（工学版） ，2007，28（3）：4、王志龙. 弹簧夹头新结构，机械制造与自动化，2013，42（4）：82-835、沈春香. 小型弹簧夹头的亚温淬火，机械工人（热加工） ，2002（3） ，6、祁宏志. 弹簧夹头的热处理工艺，制造技术与机床， 2002（11） ，7、周辉全. GCr15 钢制弹簧夹头热处理工艺的改进，机械工人（热加工） ，1995（11） ，8、王荣滨. 弹簧夹头三段热处理新工艺 机械工人（热加工） ，2000（6） ，9、陈静.新型弹簧夹头的研究与运用J.热加工工艺，2007，36（20）：62-66.10、张国智.精密机床主轴弹簧夹头夹紧力计算方法研究.机床与液压，2014(08)研究内容1弹簧夹头夹紧的可靠性针对车床主轴弹簧夹头夹紧机构，首先建立了弹簧夹头夹紧力的可靠性分析模型，对车床主轴弹簧夹头夹紧机构进行计算，通过分析可知：当弹簧夹头的弹性模量和弹簧夹爪与工件的直径间隙有 20正态随机波动时，该夹紧机构可靠性还是可以保证的；其次，建立了整个弹簧夹头夹紧机构的非线性有限元模型，与理论计算结果的相对误差为 12.1，由此验证了有限元模型的准确性 .2对碟型弹簧受力及压缩行程最佳使用范围进行分析，碟形弹簧的材质选择60Si2MnA 钢。3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。研究计划研究周期与时间安排毕业设计起止日期：2.226.03（第 1 周第 15 周）第 1 周 (2.22-2.26) 收集资料，学习有关书籍文献，参观工厂，搜集设计过程中所要遵照的有关国家标准并进行学习。第 2 周 (2.29-3.04) 提出完成课题的基本思路和方法，暨完成该课题所采用的技术路线、方案，要设计和完成的任务第 3 周 (3.07-3.11）完成开题报告及外文材料翻译第 4 周 (3.14-3.18) 完成弹簧夹头受力分析、碟型弹簧受力及压缩量分析计算第 5 周 (3.21-3.25) 完成装配图草图设计，绘制弹簧夹紧受力简图第 6 周 (3.28-4.01) 完成弹簧夹头松开用推力轴承选型分析；确定松开气缸的松开力，完成气缸活塞受力分析计算，气缸密封件的选型分析第 7 周 (4.04-4.08）毕业设计中期检查第 8 周 (4.11-4.15）完成装配图设计，进行零件图计算机绘图第 9 周 (4.18-4.22) 完成零件图计算机绘图第 10 周 (4.25-4.29）进行各零件及课题成本分析，完成各零件成本及课题成本计算第 11 周 (5.02-5.06) 递交论文初稿第 12 周 (5.09-5.13) 修改论文并定稿第 13 周 (5.16-5.20) 论文评审及答辩资格确定第 14 周 (5.23-5.27) 毕业设计（论文）答辩第 15 周（5.30-6.03）整理资料存档特色与创新本论文特色与创新如下：(1)通过对于弹