车床薄壁卡盘设计

车床用薄壁卡盘设计摘要：本文是针对专门用来生产轴承内环所设计的新型薄壁卡盘。用三爪卡盘加工轴承内环，由于夹紧力集中的缘故，零件会发生不同程度的变形，采用车床薄壁卡盘，夹持点数有了明显的增加，减小零件的变形程度，明显的提高了工件的加工精度，在高转速的情况下夹紧力损失少，每对两相连的卡爪之一能够被互换针对相应的插入通过快速且低成本的交换中心盖，机器工作空间的最大利用率和系统的最大刚度，具有高度的经济效益，车床卡盘的性能也得到最优化使用。达到最佳的跳动精度，对于铸件切削时的夹紧是很好的可重复性精度高。六爪补偿卡盘有对于中心的夹紧成对摆动的夹紧爪，两个卡爪总是与摆身连接。这保证工件六个接触点之间的定心，这六个接触点可以成对调整。甚至预先加工件可以被定心，在工件没有变形的情况下。关键词：夹具，薄壁卡盘，轴承内环，六爪IThedesignoftheLathethin-wallchunkAbstract:Thisarticleisaimedattheproductionofbearinginnerringtodesignanewtypeofthethin-wallchuck.Withthreejawchuckprocessingbearinginnerring,becauseoftheclampingforceconcentration,thepartsmaybehappendifferentdegreeofdeformationusinglathethin-walledchuck,Clampingpointhasincreasedobviously,Decreasingpartdeformationdegree,obviouslyimprovedthemachiningprecisionofworkpiece,LessclampingforcelossathighRPM,Oneofeachoptioncanbeinterchangedbyexchangingthecentralcoverfastandcost-effectivelyagainstthecorrespondinginsert,Maximumutilisationofthemachineworkingspaceandmaximumrigidityofthesystem,Optimumutilizationofthelathechuckperformanceduetohigheconomicefficiency,Optimumrun-outaccuracyachieveable,Perfectforcastings,Easyhandlingduringboring/machiningtopjaws.HighT.I.R.andrepeatabilityaccuracy.The6-jawscompensationchuckhasclampingjawsthatoscillateinpairsforconcentricclamping,Twobasejawsarealwaysconnectedwithapendulumbody.Thisassuresworkpiececenteringbetweensixcontactpoints,whichcanbeadjustedinpairs,Evenpre-machinedpartscanbecenteredwithoutdistortionoftheworkpiece.Keywords:Fixture,thin-walledchuck,bearinginnerring,sixclawII目录1前言.11.1卡盘简介.11.2夹具分类.21.2.1三爪卡盘.21.2.2四爪卡盘.31.2.3软爪卡盘.51.2.4气动卡盘.62车床薄壁卡盘的简单介绍.72.1车床薄壁卡盘的优点.72.2薄壁零件的夹持变形.72.3车床薄壁卡盘的结构、性能特点和工作原理.122.4车床薄壁卡盘ROTANCR的性能特点.173薄壁卡盘零件的设计与选取.203.1标准零件的选用.203.2卡盘体的选用.203.3卡爪的选取.213.4标准T型螺母的选取.224主要参数的确定与计算.244.1离心力的计算.244.2静态锁紧力和动态锁紧力的计算.255液压工作原理的设计.296薄壁卡盘在操作和安装前应注意的事项.316.1卡盘操作时的注意事项.316.1.1产品特定安全注意事项.346.2卡盘安装时的注意事项.346.2.1将卡盘安装在合适的法兰上.356.2.2直接装入卡盘.3636III7结论.39参考文献.40致谢.4101前言随着我国改革的不断深入，市场经济体系的不断完善，我国工业逐渐向成熟化迈进。在整个机械工业中，设计在其中占有的地位日益显现出来。工业设计主要包括三个方面的内容。第一是产品设计。第二是与产品有关的视觉传达设计，如产品的包装、商业广告等平面设计。第三是由产品设计扩展的环境设计。如产品的展示与陈列，商品橱窗设计以及室内设计等。本文是针对专门用来生产轴承内环所设计的新型薄壁卡盘。用三爪卡盘加工轴承内环，由于夹紧力集中的缘故，零件会发生不同程度的变形，采用车床薄壁卡盘，夹持点数有了明显的增加，减小零件的变形程度，明显的提高了工件的加工精度，在高转速的情况下夹紧力损失少，每对两相连的卡爪，之一能够被互换针对相应的插入通过快速且低成本的交换中心盖，机器工作空间的最大利用率和系统的最大刚度，具有高度的经济效益，车床卡盘的性能也得到最优化使用。达到最佳的跳动精度，对于铸件切削时的夹紧是很好的可重复性精度高。六爪补偿卡盘有对于中心的夹紧成对摆动的夹紧爪，两个基爪总是与摆身连接。这保证工件六个接触点之间的定心，这六个接触点可以成对调整。甚至预先加工件可以被定心，在工件没有变形的情况下。1.1卡盘简介各种不同类型的卡盘都是使用在各种机床上的夹持装置，一般多在车床、钻床、磨床或铣床上较为普遍的使用。它们可以被用来实现精确的定位，以便加工出较为合格的产品。这种夹持装置的工作原理是利用严格分布在其上的卡爪的上下移动来实现夹紧工作的，一般的卡盘由三个部分所组成，他们是盘体、可以径向活动的卡爪、和驱动机构部分够成。卡盘体最小直径为60毫米，最大尺寸可达1600毫米。卡盘盘体的中央附带有圆形的通孔，以便使棒料顺利的通过，实现夹持工作。其背部有短锥形结构，通过法兰盘这个联接装置，其整体可以直接与机床主轴端部进行联接。11.2夹具分类按机床种类分类：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、刨床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具按夹紧动力源分类：手动夹具、液动夹具、气动夹具、电动夹具按零部件通用性分类：机床附件类夹具、可调夹具、随行夹具、组合夹具、专用夹具以下是几种典型的夹具1.2.1三爪卡盘三爪卡盘是利用其上三个夹爪实现圆周定位的，它的定位精度不足以满足生产具有高精度的工件，三个夹爪导向部分的下面，有螺纹与碟形伞齿轮背面的平面螺纹相啮合，当用扳手通过四方孔转动小伞齿轮时，碟形齿轮转动，背面的平面螺纹同时带动三个卡爪向中心靠近或退出，用以夹紧不同直径的工件。用在三个卡爪上换上三个反爪，用来安装直径较大的工件。三爪卡盘的自行对中精确度为0.05-0.15mm。用三爪卡盘加工工件的精度受到卡盘制造精度和使用后磨损情况的影响。2图1.1三爪卡盘1.2.2四爪卡盘四爪卡盘一般常见的有两种。一种是四爪自定心卡盘，一种是四爪单动卡盘是用四个丝杠分别带动四爪，因此常见的四爪卡盘没有自动定心的作用。但可以通过调整四爪位置，装夹各种矩形的、不规则的工件。如下图是四爪卡盘的原型图1.四爪自定心卡盘功能:四爪同步移动适用于夹持四方、四方形零件,也适用于轴类,盘类零件。适用机床及附件:普通车床、经济型数控车床、磨床、铣床、钻床及机床附件-分度头回转台等。2.四爪单动卡盘功能:每一个卡爪都可单独移动适用于夹持偏心零件和不规则形状零件。3适用机床及附件:普通车床、经济型数控车床、磨床、铣床、钻床及机床附件-分度头回转台等。四爪卡盘是用手动操作的一种盘体类型，即手动单动卡盘。它由盘体、四个丝杠、一付卡爪够成。在机床处于运转工作时，分别由四个丝杠独自带动四爪，所以常见的四爪卡盘没有自动定位的作用。四爪自定心卡盘的卡爪有两种，有整体爪与分离爪。整体爪是基爪和顶爪为一体的卡爪，一付整体爪分为四个正爪，四个反爪。而一付分离爪只有四个卡爪，每个卡爪都是由基爪与顶爪构成的，通过顶爪的变换，达到正爪和反爪的功用。此外还可根据用户要求提供软卡爪，经随机配车(磨)后可获得较高定心精度，满足夹持要求。四爪单动卡盘的卡爪只有一种整体爪。一个卡爪可单独移动适用于夹持偏心零件和不规则形状零件。适用机床及附件:普通车床、经济型数控车床、磨床、铣床、钻床及机床附件-分度头回转台等。最大转速是在最大的驱动力和选用标准硬度的夹爪的条件下推荐的。在加工时，动力卡盘和被夹持工件必须加以充分的防护在设计时要选用未硬化的夹爪和夹爪座时要确保重量越轻越好。对于软顶爪或特别设计的爪的速度必须按照VDI3106的计算，达到切削要求。建议的最大速度可能不会超过的。计算值要同动态的测量值进行比较。监视功能（活塞运动，驱动压力）必须按照该行业协会制定。使用特殊设计的夹爪当选用特殊设计的夹爪时，要遵循以下规则：-夹爪设计越轻越好。夹紧点应尽可能靠近夹头前端。（夹持点距离越大，夹爪的表面应力也会更大，相对夹紧力会减少）-不要使用焊接夹爪。-特殊夹爪要求比阶梯状夹爪宽一些或是高一些时，在确定夹紧力和最大推荐转速时要考虑产生的更大的离心力。-选取紧固螺丝的时候要确保其能达到最大扭矩。4-推荐的最大转速要和最大驱动力、适当的卡盘相结合。-只有在充分的防护之下，卡盘才可以实现高转速。-夹爪快换装置的卡盘是在内部有一个转换装置，而这个转换装置是一个能阻止夹爪未夹紧时，主轴不能运转的安全设施。-碰撞后在开机之前，夹紧装置利用透射电子显微镜检查是否有裂缝。损坏的部件必须是原航动备件更换。-当夹爪的紧固螺丝损坏或是磨损时要立即更换，使用的螺丝等级为12.9图1.2四爪卡盘1.2.3软爪卡盘软爪卡盘正确的调整与车削，是保证软爪卡盘精度的首要条件。软爪的底面和定位台，软爪卡盘正确的调整与车削，是保证软爪卡盘精度的首要条件。软爪的底面和定位台，应与卡爪底座滑配和正确地定位。软爪用于装夹工件的部分比硬爪加长(10-15)mm，以备多次车削，并要对号装配；车削软爪的直径最好与被装夹工件直径一致，或大或小，都不能保证装夹精度。一般卡爪车削直径比工件直径大0.2mm左右，也即是被卡的工件直径，要控制在一定公差范围内；车削软5爪时，为了消除间隙，必须在卡爪内或卡爪外安装一适当直径的圆柱或圆环，它们在软爪安装的位置，应和工件夹紧的方向一致，否则不能保证工件定位精度。当工件为夹紧时，圆柱应夹紧在卡盘爪里面进行车软爪爪面，当工件为涨紧时，圆环应安装在卡盘爪外面，车削软爪外面。-对于夹紧装置的润滑，推荐经过我们测试过的重型油脂-利诺MAX。选择不适当的润滑剂会对夹紧装置的（夹紧力，摩擦系数，磨损）等产生负面影响。-所有要求润滑的表面都要润滑。（狭窄的组件要求高压注射压力，因此需要使用高压油枪）-为了确保润滑脂很好的分配，反复的运动活塞，重新润滑随后检查夹紧力。-建议在一批新的生产开始与维护检查前，使用压力表检查夹紧力。“只有正常检查可以保证最佳的安全”-设计卡盘时，测量的夹紧力作为参考条件之一，设计夹爪时，作为单个夹持任务，同一个夹爪的夹紧力也需要进行测量。还要考虑高速旋转会产生离心力，会损失掉一部分的夹紧力。所以说实际的夹紧力是一个动态的测量值。-对于夹紧行程是500的活塞，往返几次行走活塞是明智的。（虽然润滑剂被带走，但表面的压力依然存在，从而夹紧力保存了很长时间）1.2.4气动卡盘朝铨气动卡盘回转缸内藏气压筒夹夹头提供用户安装筒夹夹头系统时极大的方便性。用户只需要准备法兰连接盘与压缩空气源，即可以快速地完成筒夹夹头系统的安装工作，并即刻展开加工作业。与传统的筒夹夹头系统相较，选用朝铨气动筒夹卡盘可以节省油压回转缸、油压帮浦、油冷却设备等安装步骤与设备成本，因此能带给用户极大的成本效益。朝铨JAP200/JASR/CPC/CPB气动卡盘的本体精度达0.010mm，高转速可达5000RPM，是一款高阶高性能的气动筒夹卡盘。有中空通孔，可搭配自动送料系统工作以提升生产效率。目前JAP200气动卡盘已广泛应用于数控车床或加工专用机的工件夹持系统、传统车床改装自动化、研磨床或是安装于数控加工中心的第四轴分度夹头等各式应用。62车床薄壁卡盘的简单介绍2.1车床薄壁卡盘的优点（1）装夹可靠，提高了生产精度该薄壁卡盘也是属于手动卡盘的范畴，手工操作时，由于摆体的作用，两对相对应的卡爪可以实现方便定心的作用，薄壁卡盘的夹持爪相比三爪或四爪卡盘有了明显的增多，由于夹持力均匀分布且集中的特点，其夹紧力相当稳定可靠。大大的提高了工件的生产精度，生产效率也较高，同时降低了劳动成本，专门适用于轴承内外环磨序前的加工，减小磨削的工作量，提高了磨序生产效率。（2）夹持力可调、浮动范围大该卡盘是由德国雄克公司所创新设计的一种专用夹具，之前的专用夹具夹持力相对较小，另有夹持力不稳定的缺点，这种薄壁卡盘夹持力不仅可调，夹持力的范围较之前有了明显的提高，客户可适当更换、硬夹爪、软顶夹爪等，并可以根据夹持件的尺寸大小人为的调节卡爪的合适位置以便加工不同尺寸的工件。（3）设备技术创新，提高产品竞争力使用该卡盘，在提高工艺的可靠性、达到最好的生产效果，满足客户的需求等方面，既可降低工人的工作强度，提高生产效率，也可使企业提升整体形象，提高产品在企业市场的竞争力，让您的企业做先进的模范，也可为公司增加信用度以便失业人员来关注，引起他们的重视，另外可以提升设备的先进档次，是企业提升产品质量的首选件。（4）使用寿命长该薄壁卡盘采用高强度的钢铁材料制成，具有较好的使用寿命，特别适用于铸铁材料的加工，由于活动卡爪的灵活应用，其使用寿命也较为乐观。2.2薄壁零件的夹持变形7当使用三爪卡盘加工轴承内外环时，由于夹持点数相对较少，其应力也较集中，会使得加工出来的零件其内外环圆度误差明显增大，而不能满足实际生产所需要的精度。采用车床薄壁卡盘，由于其先进的创新设计方法。可以在不同程度上弥补三爪卡盘以往具有的缺点，因为使用车床薄壁卡盘既明显的增加了工件的被夹持点数,又在不同程度上提高了工件定位的精度，具备了双重的压倒性的性能优势。以下是德国雄克公司的相应的试验，即对比三爪卡盘与车床薄壁卡盘ROTANCR在相同夹紧力的状况下，它们所生产出来的轴承内外环圆度的误差的分析（如下图所示，其中钢环壁厚为6mm，两者都是165mm的标准卡盘）。其中图为壁厚为6mm的钢环在预先磨制的状态下所生产出来的结果，其内外1环圆度误差的测量轮廓线分析结果，对比与下图壁厚为6mm的钢环在预先磨制2的状态下所生产出来的结果，其内外环圆度误差的测量轮廓线分析如下。对比两者的圆度误差，很明显由车床薄壁卡盘所夹持的工件，其生产出来的钢环内外环的圆度误差要小于由三爪卡盘所夹持的工件，其生产出来的钢环内外环的圆度误差。尤其是体现在内环上，由三爪卡盘所夹持的工件生产出来的钢环，其内环的圆度误差大大高于由车床薄壁卡盘所夹持的工件生产出来的钢环的圆度误差，外环的精度误差也较为明显。另外图和图是对比三爪卡盘与车床薄壁卡盘在相24同夹紧力的状况下，它们所生产出来的轴承内外环圆度的测量轮廓线误差的分析如图（如下图所示，其中钢环壁厚为，8mm，两者都是165mm的标准卡盘）。其中图为壁厚为8mm的钢环在预先研磨的状态下所生产出来的结果，其内外2环圆度误差的测量轮廓线分析，对比与下图壁厚为8mm的钢环在预先研磨的2状态下所生产出来的结果，其内外环圆度误差的测量轮廓线分析如下。对比两者的圆度误差，很明显由车床薄壁卡盘所夹持的工件，其生产出来的钢环内外环的圆度误差要小于由三爪卡盘所夹持的工件，其生产出来的钢环内外环的圆度误差。尤其是体现在内环上，由三爪卡盘所夹持的工件生产出来的钢环，其内环的圆度误差大大高于由车床薄壁卡盘所夹持的工件生产出来的钢环的圆度误差，外环的精度误差也较为明显。8图2.1钢环的内外环圆度的测量对比以下是三爪卡盘和车床薄壁卡盘两者所生产出来的钢环的内外圆度误差分析的实验结果。9表2.1壁厚6mm的钢环两者的对比实验三爪卡盘(165mm)薄壁卡盘（165mm）夹紧长度22mm12mm夹紧的参数夹紧力20kN20kN转速720r/min720r/min夹持工件直径110mm110mm进给速度0.15mm/u0.15mm/u加工的参数（车内径）夹紧深度1mm1mm加工的外圆圆度0.024mm0.009mm测量的内外圆圆度的结果加工的内圆圆度0.365mm0.034mm注：工件为预先磨制的壁厚为6mm的钢环，其内外环的圆度误差0.005mm10表2.2壁厚8mm的钢环两者的对比实验三爪卡盘(165mm)薄壁卡盘（165mm）夹紧长度22mm12mm夹紧的参数夹紧力20kN20kN转速720r/min720r/min夹持工件直径110mm110mm进给速度0.15mm/u0.15mm/u加工的参数（车内径）夹紧深度1mm1mm加工的外圆圆度0.1530.016测量的内外圆圆度的结果加工的内圆圆度0.0160.003注：工件为预先磨制的壁厚为8mm的钢环，其内外环的圆度误差0.005mm11由以上的两种对比的实验可以得出如下结论：使用车床薄壁卡盘所加工出来的零件，其圆度值误差要比使用三爪卡盘所加工出来的零件的圆度值误差小8-9倍，使用车床薄壁卡盘很明显的改善了三爪卡盘具有的缺点。下图是车床薄壁卡盘的原型图，其相应的夹爪个数直接决定了生产出来的工件，其内外环的圆度值误差。一般用来夹持工件所使用的三爪卡盘或者是四爪卡盘不能满足生产的精度要求，况且车床薄壁卡盘还适用于粗糙件的加工，从根本上解决了轴承内外环生产精度的问题。图2.2车床薄壁卡盘原型图122.3车床薄壁卡盘的结构、性能特点和工作原理车床薄壁卡盘有多种不同的结构形式，现以由德国雄克公司专门为生产轴承内外环而生产的薄壁卡盘ROTANCR为例，来分析它的结构，以及它所具有的性能特点。车床薄壁卡盘ROTANCR的结构和工作原理车床薄壁卡盘ROTANCR的结构如图所示。以下图中为标准卡盘夹爪接1口装置，德国雄克公司为此生产了许多不同标准的顶爪，为集成离心力补偿装2置，为改进设计装置，可以通过卡盘体的特定密封来避免杂质的渗入，为优34化的润滑系统装置，可以减少夹紧力的损失和延长维修周期，为成对的基爪的5联接部分的装置，该装置通过摆体的内部，为所有的功能部件和卡盘体固定的6装置，对于卡盘体的寿命起着决定的作用，为简单的改进装置，通过锁定摆体7机构，实现补偿再到中心夹紧，为中心进给装置，其针对于空气或冷却剂，8为优化的活塞装置，为了既简单又快速的卡盘装配。913图2.3车床薄壁卡盘的结构图六个夹爪分别由相应的六个摆杆所带动，其结构(如图2.3所示)。以下图中为基爪与顶爪的连接部分，相对于由德国雄克公司生产的标准顶爪的装置，1为角杆，为选带的离心力补偿以减少夹紧力的装置，为固定角杆的装置。23414图2.4底爪和夹爪摆杆等的联接跟据以上的叙述，该装置主要是实现在卡盘体的导槽内的里外运动，从而使夹持更为方便紧凑，有良好的自定心功能。这样的创新设计的方法能够从根本上满足了客户的需求，应普遍应用于生产的实际生活中。每二个成对的夹爪摆杆形成一组,两个成对的夹爪其中部都装在夹头活塞内部，活塞摆杆为两个夹爪的中心，以便在不同的加工状态下，活塞摆杆处于松开或锁紧状态下加工出需求的产品，其结构(如图2.5所示)。以下图中为摆体，1为角杆，为卡盘活塞，对于两个基爪的连接在位于摆体的内部的地方，通过23六个接触点这种方式达到工件的中心的夹紧并通过六个接触点。这种位于内部的连接技术是免受污染的并且能够非常稳定的运转，在较低的夹紧力状态下也可能被驱动起来15图2.5车床薄壁卡盘的活塞结构两个成对的夹爪所夹工件的尺寸可以人为的调节夹爪的距离，在卡盘活塞的内部，其摆杆处于摆动的情况下时,与活塞摆杆相连的二个成对夹爪，其中一个向前移动，另一个则向后移动；一个向后移动，另一个则向前移动，这样就形成了浮动的夹紧。活塞摆杆也能在通过调节螺钉的作用下被固定住，从而不使它自由的移动，这样就可以人为的控制，使其不能摆动，活塞摆杆处于锁紧状态时，六个夹爪就可以实现同时运动，夹持精度相对较高，并可以实现定心夹紧，圆度误差也较小。16当活塞摆杆没有被固定，即处于锁开状态时，其结构（如图2.6所示），以下图中为摆体处于松动状态下的情形，为调节螺钉，专门用来控制活塞摆杆12的锁紧状态或其松开状态，为摆锁处于松开时的状态下。通过松开摆身，摆身3锁完全的向后移动，而且三个所有的摆身都松开了。通过这种方式工件被夹紧在一个修正的状态下。图2.6活塞摆杆锁开状态的情形当活塞摆杆被固定，即摆体处于被夹紧锁定的状态时，其结构（如图2.7所示），以下图中为摆体锁定时的状态。为调节螺钉。为摆体处于夹紧锁定123的状态下，通过单摆尽可能的被锁定，通过移动位于中部的调节螺钉使之完全向下移动以便锁定三个所有的摆身锁定的状态下。通过单摆尽可能的被锁定，现在所有的六个卡爪被夹紧在中心位置上，实现精确定位的目的。17图2.7活塞摆杆锁定状态的情形通过摆补偿装置就可以带动活塞上下移动，这时夹爪就可以在滑槽内前后移动，这样就实现了工件夹紧锁定或锁开的目的。该德国雄克公司特别生产的车床薄壁卡盘ROTANCR，其中有两种结构形式，一种结构是它带有离心力补偿装置的。另一种它不带有离心力补偿装置的。带有离心力补偿装置的车床薄壁卡盘，其相对做的比较厚，随着转速的增加，其夹紧力的衰减不是很明显，不带有离心力补偿装置的车床薄壁卡盘可以做的比较薄，这样大大节省了薄壁卡盘的占用空间，同时又提高了整个系统的刚性。2.4车床薄壁卡盘ROTANCR的性能特点车床薄壁卡盘ROTANCR的结构参数和性能参数见下表18表2.3车床薄壁卡盘ROTANCR的结构参数和性能参数型号FD165FD200FD250FD315FD400FD500FD630FD800FD1000dmm104.5132170170235330330465465Mmm101216162024242424t1mm162030303535354040d1mm13161818202020202062d2mm3440505065659292122M1mm162024243030303036hmm4040555555555555h1mm2525393939393939X1maxmm87105133165210260325410518X1max8199125157198248309394493最大驱动力kN2025384054658080150最大夹紧力kN36506480100125160160300最高转速rpm4000350030002500140012001000800600卡爪行程mm66881212161625活塞行程mm13.51518.5203030404060卡爪浮动量mm11222.52.53.53.56转动惯量kgm0.140.190.410.8136.82535160重量kg152145641302144005001350下图为车床薄壁卡盘ROTANCR250的转速与相应的夹紧力性能曲线。图中共有三条曲线，最上面的曲线，表示该薄壁卡盘使用重量约7kg的硬顶卡爪,在速度与夹紧力两者为变量参数的情况下所表示的平面曲线图。最下面的曲线，表示19该薄壁卡盘使用重量约18.8kg的软顶卡爪。在速度与夹紧力两者为变量参数的情况下所表示的平面曲线图。水平线是该薄壁卡盘，最小的剩余夹紧力，(约为总夹紧力的百分之三十三)。卡盘的六个卡爪越重,在高速运转的情况下，其对应的离心力相应的越大。当转速逐步增加时，该薄壁卡盘的夹紧力的衰减也相应加快。车床薄壁卡盘ROTANCR在人为的情况下，共有2种夹紧方式：粗糙值比较大、并且内外圆精度并不是很好的、未经过加工的表面，可以采用浮动夹紧的方法。粗糙值比较小、并且内外圆精度度都很好的、已经过加工的表面，圆度好的已加工表面，可以采用定心夹紧的方法。由德国雄克公司生产的车床薄壁卡盘ROTANCR，同样也可以在夹紧力不是很大的状态下使用。图2.8车床薄壁卡盘的性能曲线3薄壁卡盘零件的设计与选取203.1标准零件的选用该卡盘的选择是以车床薄壁卡盘ROTANCR500为主体的构件，这个薄壁卡盘所有的零部件均为标准件的选取，该薄壁卡盘的主要结构部分与六爪液压卡盘有一定的相似度，只是在卡爪的摆杆上做了某些部分的改动，即可以人为的对工件进行浮动夹紧和定心夹紧，对其调节部分也做了较大的改动，两成对的卡爪也可以在不同的工作情况下互相调节两者的距离，以适应不同工件的加工。3.2卡盘体的选用由机械设计手册的表中查表可知，该薄壁卡盘的外圆直径最大值为500mm，依次选取H=145mm，D1=380mm，t=8mm，d=330mm，禁锢螺栓选为M24，t1=35mm，d1=20mm，d2=65mm，M1选取M30，h=55mm，h1=39mm，Xmax=60mm，Xmin=30mm，X1max=260mm，X1min=248mm，最大驱动力为65kN，最大夹紧力为125kN，最高转速为1200r/min，卡爪行程为12mm，活塞行程为30mm，卡爪浮动量为2.5，卡爪的转动惯量为5.6kgm，卡盘总重量为175kg。下图为车床薄壁卡盘ROTANCR500的三视图和其整体的外形构造，具体信息详询本论文的装配图。21图3.1卡盘体的三视图和外形构造3.3卡爪的选取由机械设计手册查得，选取该薄壁卡盘的材料为16MnCr5，依次选取N=21mm，B=50mm，H=80mm，L=120mm，a=20mm，b=28mm，a1=4mm，螺丝选取M16，其标准卡爪的质量为5.6kg，其外形尺寸如图所示。22图3.2卡爪3.4标准T型螺母的选取由机械设计手册查得，s=21mm，H=26.5mm，h=10mm，b=28mm，螺栓选取M16，螺丝钉选取M1635安装车床卡盘的紧固螺丝的最大容许扭矩（螺丝等级10.9）表3.1螺丝最大允许扭矩螺丝规格M6M8M10M12M14M16M18M20M22M24M27M30最大扭矩（Nm）1225425888125150183350375670830安装车床卡盘夹爪的螺丝的最大容许扭矩（螺丝等级12.9）表3.2螺丝最大允许扭矩螺丝规格M6M8M10M12M14M16M20M24最大容许扭矩（Nm）16305070105150220450由上表可知：该螺栓的最大拧紧扭矩为150NM,其外形尺寸如下图所示。23T型螺母图3.3标准T型螺母244主要参数的确定与计算4.1离心力的计算离心力的计算公式为：（4-2c30nsrmF1）其中m为每只卡爪的重量，用kg表示。为重心到卡盘中心的距离，用米表示。n为转速，已知：H=80mm，h=40mm，L=120mm，f=80mm，重心到卡盘夹爪的距离如下图所示：（下面是计算重量减少的卡爪的区域的计算公式）,则有hfHLf22r0m50408120218r0则有25上图中S为卡爪的重心，D为夹持件的直径（取60mm），则所得离心力2c30nsrmFN5623018.654.2静态锁紧力和动态锁紧力的计算尺寸和技术数据可以参照目录夹持力/转速图采用标准硬度夹爪来确定夹紧力和转速曲线。卡盘在最大容许压力，夹爪位于卡盘的外径线上运转。卡盘状态良好，润滑油采用LINOMAX。如果一个或几个上述参数被改变，则此图形无效。FG:静止状态下卡盘的夹紧力S：重心ra：半径Fmax：驱动力26计算公式如下：=总锁紧力N=夹头锁紧力N=切削扭矩Nma=切削深度mm=切削直径mm=切削力N/(见表)n=实际转速rpm=张紧系数(见表)27=主要切削力N=卡爪离心力N=卡爪夹紧力矩Nm=夹紧直径mmf=进给速度mm/rev=每套卡爪的重量Kg=卡爪的重力半径mS=安全系数1.5-2动态锁紧力由静态锁紧力，再减去卡爪离心力的总和计算出。（参见下图）28由所给数据可得:则可得外径锁紧力=85887-5652=80235N。内径锁紧力=85887+5652N=91539N。295液压工作原理的设计液压传动是为整个控制系统提供动力的主要来源，因此，它的设计也是整个设计的重要组成部分，须与其他部分的设计一块进行。在产品完成设计，当设计与它的动作要求、循环工作或其他要求的基础上，一定要经过设计人员的认真分析，还需要做大量的计算工作，采取合适的液压传动系统是方便控制的必要条件，不然会影响工件的制造精度，之后才能进试验性的工作。液压控制系统的设计须要从现实出发，特别是注重实际的调查研究，吸收先进的国内外高科技技术，采取多元化的设计思路，在满足客户的要求，可靠性也足够强的前提下，尽可能的地使控制系统的成本低廉、工作效率高、运行的精确度高、便于操作人员的使用、结构也要力求简单、可靠性强、使用寿命长。以下为该系统的液压回路图：上面部分为控制部分的液压缸，中间部分是电磁换向阀，下面有单向液压阀和提供动力源的液压泵。30它的工作原理为：工作时，通过液压管接头连接液压管，单向阀此时处于打开状态，这时由操作人员把待加工的工件放在适当的位置，用手推动六个任意的换向阀手柄，液压油经换向阀的启动进入液压缸，这时相应的活塞向右匀速移动，这个换向阀所控制的卡爪向内夹紧工件，分别启动其余的换向阀，使六个卡爪同时夹紧工件，各个液压缸的右面部分从管路流回油箱，与之反之的操作，就可以实现活塞左移，并同时松开工件，然后再取下工件，完成一次加工工作。316薄壁卡盘在操作和安装前应注意的事项6.1卡盘操作时的注意事项为了确保工作的安全性，夹头的维修工作实行权力负责安全的原则。产品保养和维修过程中，遵守所有适用的安全和GE法定要求，避免人身安全受到损害，维修人员开始工作前对要这一规则阅读和理解。正确使用本标准产品满足于车床和其它旋转机床上工件的夹持。无意识和误操作，都会给操作者的人身和肢体带来伤害。规定的技术参数不能超过实际操作中的数据。该动力卡盘只能在技术参数范围内使用。这也包括要符合试运行，装配和操作的条件，同时运营商要提供环境和维修的条件。对于每个夹紧个体，允许的转速和要求的夹紧力必须确定各自的标准，而这个标准是由先进的科学和技术数据得出的。应用实例动力卡盘的应用案例是制造商/供应商和用户之间，通过合同达成的协议。包括产品描述和技术价值。动力刀盘的安全功能是可以预见的，可靠的，因为它作为预期的目标连同安全法规一起被应用于设计当中。动力刀的不恰当使用会导致以下后果：-操作者的生命和肢体的危害-卡盘的损坏，进一步是经营者或者是第三方的财产损失不经心和不正确使用卡盘实例-工件夹紧不正确-忽视安全法规，工人操作动力卡盘而机床没有额外的防护设施。-没有留意卡盘用于机床或工具32卡盘使用不当，忽视安全法规会危及操作者的生命和肢体根据欧共体机械指令的保护规则，无论卡盘在旋转还是在静止的状态下，都必须穿戴防护设施，因此当松动工件，卸掉卡盘，或是排除故障的时候强制性的要求保护设施。加工过程中要确保工件要有足够的壁厚夹持在机床平面上，一定不能使用任何一种聚碳酸酯的玻璃作为防护窗，因为万一夹爪破碎将会给操作者的生命和肢体造成伤害。在运输和装卸卡盘的任一组件时，要遵守合适的安全措施。卡盘安装当向车床安装动力卡盘和油缸时，必须遵守下面的技术安全要求：-机床主轴只能在油缸产生夹紧力和在夹紧允许的范围内启动。-只能在机床主轴停止的状态下，松开工件。-一旦夹紧动力失效，在主轴停止之前工件必须保持在安全的夹紧状态。-即使动力失效再供给时，要保证当前的位置不发生改变。-在各自的指示里必须严格遵守安全要求。功能测试安装完动力卡盘之后，必须检测其正常功能。两个重要的要点：-夹紧力！卡盘的夹紧力必须达到最大的运行力/压力-行程控制！活塞行程的前后位置必须保证一个安全的范围内。只有在活塞已通过安全的区域时，主轴才可以开始夹紧。重要的是，只有限位开关符合VDE0113/12.73认证的7.1.3安全要求，才可用于监测夹紧行程。转速如果车床的最大转速大于夹紧装置或是夹紧油缸推荐的最大转速，要求设备需要配备一个限速装置。如果夹紧装置发生变化，重要的是要调整行程控制，以适应新的工况。当确定工件所需的夹紧力时，一定要考虑卡爪的离心力。维修要求33正确执行操作指示里的维修说明就能保证卡盘设备的可靠性。尤其要注意以下几点：-对于夹紧装置的润滑，推荐经过我们测试过的重型油脂-利诺MAX。选择不适当的润滑剂会对夹紧装置的（夹紧力，摩擦系数，磨损）等产生负面影响。-所有要求润滑的表面都要润滑。（狭窄的组件要求高压注射压力，因此需要使用高压油枪）-为了确保润滑脂很好的分配，反复的运动活塞，重新润滑随后检查夹紧力。-建议在一批新的生产开始与维护检查前，使用压力表检查夹紧力。“只有正常检查可以保证最佳的安全”-设计卡盘时，测量的夹紧力作为参考条件之一，设计夹爪时，作为单个夹持任务，同一个夹爪的夹紧力也需要进行测量。还要考虑高速旋转会产生离心力，会损失掉一部分的夹紧力。所以说实际的夹紧力是一个动态的测量值。-对于夹紧行程是500的活塞，往返几次行走活塞是明智的。（虽然润滑剂被带走，但表面的压力依然存在，从而夹紧力保存了很长时间）维修时的安全-停止一切可能会威胁到安全的工作。-只有当所有的保护装置安装并投入使用时，才可以运行动力卡盘。-至少每一次的转变都要检查动力卡盘，以见外部可见的损坏和故障。-向负责任的地方/人立即报告卡盘的任何变化，包括运行状态的变化，如果必要使安装动力卡的机器盘即停。-只有当出现的问题解决时，才可以启动设备。环保要求在维修和保养期间，要遵守目前的环保要求。请考虑水，危险液体和环境保护的指示和法规。苯是禁止使用的。它是高度易燃，静电充电并能形成爆炸性气体/空气混合物的。在选择润滑剂和润滑油时，要考虑它的环保，健康危害，处置要求和本地根据法律的规定如何处置这些产品。346.1.1产品特定安全注意事项重要事项本操作手册仅适用于介绍航动公司的动力旋转卡盘最大转速是在最大的驱动力和选用标准硬度的夹爪的条件下推荐的。在加工时，动力卡盘和被夹持工件必须加以充分的防护在设计时要选用未硬化的夹爪和夹爪座时要确保重量越轻越好。对于软顶爪或特别设计的爪的速度必须按照VDI3106的计算，达到切削要求。建议的最大速度可能不会超过的。计算值要同动态的测量值进行比较。监视功能（活塞运动，驱动压力）必须按照该行业协会制定。当选用特殊设计的夹爪时，要遵循以下规则：-夹爪设计越轻越好。夹紧点应尽可能靠近夹头前端。（夹持点距离越大，夹爪的表面应力也会更大，相对夹紧力会减少）-不要使用焊接夹爪。-特殊夹爪要求比阶梯状夹爪宽一些或是高一些时，在确定夹紧力和最大推荐转速时要考虑产生的更大的离心力。-选取紧固螺丝的时候要确保其能达到最大扭矩。-推荐的最大转速要和最大驱动力、适当的卡盘相结合。-只有在充分的防护之下，卡盘才可以实现高转速。-夹爪快换装置的卡盘是在内部有一个转换装置，而这个转换装置是一个能阻止夹爪未夹紧时，主轴不能运转的安全设施。-碰撞后在开机之前，夹紧装置利用透射电子显微镜检查是否有裂缝。损坏的部件必须是原航动备件更换。-当夹爪的紧固螺丝损坏或是磨损时要立即更换，使用的螺丝等级为12.9.6.2卡盘安装时的注意事项负责人必须审查主轴鼻端法兰的安装35为了保证夹头的高同心度，机器安装前必须对齐法兰。并且用百分表检查主轴径向和安装表面上的同心度和跳动度。保证最大径向跳动误差为0.005毫米，最大轴向跳动误差为0.005毫米的精度。此外，还要对主轴配合面的平面度进行审查。注意，还应确保有效配合表面的孔去毛刺和清洁。6.2.1将卡盘安装在合适的法兰上如果夹头被拧紧在合适的法兰上，以下几点必须注意：将卡盘通过一个短锥安装在机床主轴鼻端自带的一个合适的法兰连接在上。在安装卡盘法兰，从机床主轴、安装中心和法兰接触面中去除污垢和切屑。在卡盘安装之前，由用户自己生产的法兰必须在机床主轴上加工为成品的，且必须平衡。安装后，必须确保的法兰牢固的安装在整个表面上。其次，径向和轴向跳动必须检查如第章所述。此时，开始进行安装如图描述法兰已对齐后安装卡盘。此时，必须确保在法兰和卡盘表面上的任何污染都被去除。注意当安装或拆卸卡盘时，可以通过起重机使用一个吊环升降卡盘。一定要从卡盘上卸去吊环，然后再开始进行工作或将卡盘安装在机器上。尺寸为250及250以上的卡盘吊装时需要提供吊环。将卡盘压到中间的法兰上。此时，必须确保用于连接夹头配合的法兰的螺纹孔与卡盘通孔对正。然后拧紧螺丝和紧张。检查轴向和径向跳动，并从外部用冲击锤进行调节。然后用扭矩扳手拧紧法兰盘与夹头上的螺杆。此时，注意螺栓拧紧的理论扭矩。然后，再次如图描述检查径向和轴向跳动。366.2.2直接装入卡盘当由螺纹连接方式直接装入卡盘时，首将法兰连接到卡盘上，然后再安装在主轴上。在此，必须遵守以下几点：再将卡盘装入法兰盘的止口之前，必须将围绕卡盘和法兰接触表面的灰尘和切屑清理干净。卡盘和法兰必须用螺栓稍微收紧,保证卡盘的首尾在一条直线上。然后，检查径向和轴向跳动。然后，必须在收紧螺丝指定的力矩。安装后，必须确保该法兰紧紧的配合在整个表面上。检查径向和轴向跳动。机床主轴上的法兰安装后的，再将卡盘安装在法兰上。在此，必须遵守下面点：将卡盘压到中间的法兰上。此时，必须确保用于连接夹头配合的法兰的螺纹孔与卡盘通孔对正。然后拧紧螺丝和紧张。检查轴向和径向跳动，并从外部用冲击锤进行调节。然后用扭矩扳手拧紧法兰盘与夹头上的螺杆。此时，注意螺栓拧紧的理论扭矩。然后，再次如图描述检查径向和轴向跳动。下表显示了最高可达到径向和轴向跳动公差6.3安装航动的卡盘直接安装去掉卡盘包装并检查卡盘是否损坏，确认其完好无损。将拉管推到其最突出位置上。卡盘尺寸165和200螺丝插入活塞确保他们不能被打开。夹头完全拧入拉杆。37交替紧固螺丝，以确保夹头与主轴鼻子被安全的收紧。检查径向和轴向跳动误差。检查卡爪运动是否顺畅和卡爪的是否满行程运行。将上下卡爪根据标记固定在合适的位置上。500较大规模卡盘-移除螺丝和开起包装。-从活塞完全拧下螺丝。注意：分别锁紧松动的螺栓。拉一拉，将夹头螺栓孔与与主轴中心对齐。用组合扳手，将旋转螺丝尽可能的拧紧推拉管重引。将夹头紧固螺丝交替拧紧。检查径向