电动卡盘夹具设计毕业论文Word格式.docx

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第四章电动卡盘电气控制部分的设计15

4.1控制电路图的设计15

4.2电器元器件的选择16

4.2.1电机的选择16

4.2.2元器件选择16

第五章电动卡盘的组装调试16

5.1机械部分的组装16

5.2电气控制部分的组装18

5.3运行及调试18

结束语19

附件20

附件

（1）学生工作情况20

附件

（2）零件图装配图21

致谢28

参考文献29

第一章三爪卡盘

1.1夹具的概述

在机械加工过程中，为了保证工件的加工精度，使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速、可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。

夹具的组成：

1）定位元件

它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。

2）夹紧装置

用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。

3）对刀、引导元件或装置

这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。

用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。

用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。

4）连接元件

　使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。

5）夹具体

　用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。

它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。

6）其它元件及装置

　　有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。

　以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。

夹具的功用：

1）能稳定地保证工件的加工精度

　　用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。

　　2）能减少辅助工时，提高劳动生产率

　　使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时；

工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，可加大切削用量；

可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。

　　3）能扩大机床的使用范围，实现一机多能

　　根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围。

例如在车床的溜板上或摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以进行箱体零件的镗孔加工。

1.2三爪卡盘的介绍

三爪卡盘是机床上用来夹紧工件的机械装置。

利用均布在卡盘体上的活动卡爪的径向移动，把工件夹紧和定位的机床附件。

卡盘一般由卡盘体、活动卡爪和卡爪驱动机构三部分组成。

卡盘体直径最小为65毫米，最大可达1500毫米，中央有通孔，以便通过工件或棒料；

背部有圆柱形或短锥形结构，直接或通过法兰盘与机床主轴端部相联接。

卡盘通常安装在车床、外圆磨床和内圆磨床上使用，也可与各种分度装置配合，用于铣床和钻床上。

三爪卡盘是由爪盘体、小锥齿轮、大锥齿轮（另一端是平面螺纹）和三个卡爪组成。

三个卡爪上有与平面螺纹相同螺牙与之配合，三个卡爪在爪盘体中的导槽中呈120°

均布。

爪盘体的锥孔与车床主轴前端的外锥面配合，起对中作用，通过键来传递扭矩，最后用螺母将卡盘体锁紧在主轴上。

三爪卡盘结构图

1.3三爪卡盘改进的意义

在普通机床数控化改造的过程中，主要是进行机床进给装置的数控化改造，对于机床附件和其他功能的数控化改造，则视实际需要而定。

普通车床数控化改造中，一般并不进行三爪卡盘的改造，但是，如果所改造的车床用于大批量生产，则自动三爪卡盘却是提高生产率的关键。

对于普通机床而言,若是进行大批量生产,若工件能够实现自动装夹,将会降低操作人员的劳动强度,节省时间,提高效率。

对于力气较小的操作人员而言，装夹工件不仅费力，还会存在安全隐患。

因此，为解决以上问题，如何在投资少、时间短的基础上将原有手动三爪卡盘（包括普通机床和数控机床）改造为自动三爪卡盘，仍然是值得关注和研究的。

对于自动卡盘可以设计成液压控制和电控制，液压控制比较繁琐，选择电动卡盘。

通过这次毕业设计，扎实我们所学的基础理论和专业知识，逻辑思维能力、动手能力、独立学习能力，分析和解决问题的能力、查阅和归纳数据的能力都会有大幅度提高，为我们即将踏上工作岗位很大的帮助。

方法：

在主轴内孔中装一传动轴与卡盘内部联接，通过联轴器传动与异步电动机联接，控制电动机实现卡盘装夹与松开的自动化。

第二章电动卡盘

2.1电动卡盘的概述

电动卡盘涉及广泛应用于机械领域的一类夹持工件的通用夹具。

本发明由电动卡盘装置夹持功能单元，电动卡盘装置动力功能单元，电磁摩擦离合器组件，卡盘体外壳及电磁制动器组件等组成。

当电磁制动器组件通电时，电动卡盘装置夹持功能单元与床头箱联接为一体且不旋转；

电磁摩擦离合器组件通电，电动卡盘装置动力功能单元把旋转运动传递给卡爪夹紧或松开工件。

加工过程中，仅电动卡盘装置夹持功能单元随主轴旋转，而电动卡盘装置动力功能单元不随主轴旋转。

本发明与已有技术相比较，有效减少随主轴旋转部分零件数量及旋转的质量，有利于提高主轴动平衡质量，易于系列化和标准化设计制造、装置结构简单紧凑，便于安装和维修。

特点：

是属于电动型带动，通过其它主轴等来带动卡盘，通电后，主轴转动，卡盘即吻和转动，既有效快的转动力，速度快，转速高，精密度高，寿命长。

2.2国内外电动卡盘的研究现状

在国外,尤其是发达国家比较早开始了城镇化道路,在城市化的发展阶段,发展条件同发展中国家相比有明显区别和差距,一些发达国家在上世纪就已经达到了很高的城镇化水平,基本完成了城市化的进程,甚至出现了城镇人口向城郊回流,所以国外对城镇化的研究时间比我们要早,研究范围比我们要广研究的程度要深。

近年来中国电动三爪自定心卡盘机行业取得了很大的发展，但是行业发展中也存在一些问题，和国外相比仍有很大的差距。

中国制造业由于缺乏核心技术，贴牌生产仍然是“中国制造”普遍的生存模式。

很多高端产品表面上市中国生产，其实核心技术都来自国外。

为此，“十二五”明确指出必须坚持发挥市场基础性作用与政府引导推动相结合，科技创新与实现产业化相结合，深化体制改革，以企业为主体，推进产学研结合，让高端制造业成为国民经济的先导产业和支柱产业。

制造业的升级和转型，对于电动三爪自定心卡盘行业有着深远影响和重大意义。

2.3普通三爪卡盘改进为电动卡盘的思路

原有的手动三爪卡盘是通过人工转动小锥齿轮，使螺旋盘带动卡爪实现工件的松开和夹紧。

这个过程既花费了时间也增加了劳动强度，为使松加工件的过程能自动完成以提高工作效率，可将原有三爪卡盘改造为传动或电动方式的自动三爪卡盘。

一般液压传动方式对原有卡盘的改动较大、液压系统需要较大的投资而且夹紧过程需要保持压力，使液压系统更为复杂，因此，常用的改造方式是将手动三爪卡盘改造为电动三爪卡盘。

2.4普通三爪卡盘改进为电动卡盘的设计

电动三爪卡盘应满足卡爪活动范围大、可夹持工件的尺寸范围大，装夹力度可靠，并可实现自锁等要求。

为此，可以保留原来的螺旋盘带动卡爪实现工件的松开和夹紧这一套机构。

但是，由于三相异步电动机的转速较高，对松夹工件不利，因此在传动轴和螺旋盘之间增加了具有大传动比的行星齿轮机构。

其结构是有由双排行星机构组成的行星传动装置，为使结构紧凑，将双排行星机构的太阳轮、行星轮设计成完全一样，也就是共用太阳轮和行星轮。

其工作原理为：

行星轮Z4同时与太阳轮Z2、固定齿圈Z3及转动齿圈Z5啮合，平面螺旋盘与转动齿圈Z5固定连结，电动机的运动通过联轴器传动使太阳轮Z2转动，并通过行星传动装置的转动齿圈Z5带动螺旋盘转动，从而带动卡爪夹紧或松开工件。

第三章电动卡盘机械部分设计

3.1卡盘各部分尺寸的测量（见附件

（2）零件图及装配图）

3.2行星轮系的设计

行星轮系的定义：

当齿轮系运转时，至少一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮固定几何轴线转动。

优点：

行星轮的自由度为1

计算：

d1+d2=m*（Z1+Z2）

即中心距=模*两个齿轮数的和

根据卡盘孔尺寸设计各个齿轮,首先先预设各齿轮的齿数，行星轮的齿数为18，太阳轮的齿数为23，固定齿圈的齿数为60，转动齿圈的齿数为59。

通过这些公式计算出齿轮的参数。

齿轮参数和各部分定义：

1）齿数Z

　　闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小一些为好，小齿轮的齿数可取为z1=20~40。

开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不亦选用过多的齿数，一般可取z1=17~20。

　　为使齿轮免于根切，对于α=20o的标准支持圆柱齿轮，应取z1≥17。

Z2=u•z1。

　　2）压力角αrb=rcosα=1/2mzcosα

　　在两齿轮节圆相切点P处，两齿廓曲线的公法线（即齿廓的受力方向）与两节圆的公切线（即P点处的瞬时运动方向）所夹的锐角称为压力角，也称啮合角。

对单个齿轮即为齿形角。

标准齿轮的压力角一般为20”。

在某些场合也有采用α=14.5°

、15°

、22.50°

及25°

等情况。

　　3）模数m=p/π

　　齿轮的分度圆是设计、计算齿轮各部分尺寸的基准，而齿轮分度圆的周长=πd=zp

　　模数m是决定齿轮尺寸的一个基本参数。

齿数相同的齿轮模数大，则其尺寸也大。

　　4）齿顶高系数和顶隙系数—h*a、C*

　　两齿轮啮合时，总是一个齿轮的齿顶进入另一个齿轮的齿根，为了防止热膨胀顶死和具有储成润滑油的空间，要求齿根高大于齿顶高。

为次引入了齿顶高系数和顶隙系数。

正常齿：

h*a=1；

C*=0.25短齿：

h*a=0.8；

C*=0.3[2

齿轮各部分计算

齿轮的直径计算方法

　　齿顶圆直径=（齿数+2）*模数

　　分度圆直径=齿数*模数

　　齿根圆直径=分度圆直径-2.5模数=齿顶圆直径-4.5模数

　　比如：

M4、32齿

　齿顶圆直径=（32+2）*4=136mm

　　分度圆直径=32*4=128mm

　　齿根圆直径=136-4.5*4=118mm

　　这种计算方法针对所有的模数齿轮（不包括变位齿轮）。

　　模数表示齿轮牙的大小。

　　齿轮模数=分度圆直径÷

齿数=齿轮外径÷

（齿数+2）

齿轮模数选择

　　齿轮模数国家标准为GB1357-78。

　　优先选用模数：

0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.25mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm；

　　可选模数：

1.75mm、2.25mm、2.75mm、3.5mm、4.5mm、5.5mm、7mm、9mm、14mm、18mm、22mm、28mm、36mm、45mm；

　　很少用模数：

3.25mm、3.75mm、6.5mm、11mm、30mm、

4相互啮合的