三爪卡盘的改进.docx
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三爪卡盘的改进.docx
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三爪卡盘的改进
三爪卡盘的改进
毕业设计(论文)
(说明书)
题目:
姓名:
编号:
平顶山工业职业技术学院
年月日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计(论文)任务书
姓名
专业
任务下达日期年月日设计(论文)开始日期年月日设计(论文)完成日期年月日设计(论文)题目:
A·编制设计B·设计专题(毕业论文)
指导教师
系(部)主任
年月日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计(论文)答辩委员会记录
系专业,学生于年月日进行了毕业设计(论文)答辩。
设计题目:
专题(论文)题目:
指导老师:
答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生毕业设计(论文)成绩为。
答辩委员会人,出席人答辩委员会主任(签字):
答辩委员会副主任(签字):
答辩委员会委员:
,,,,,,
平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语
第页
毕业设计(论文)及答辩评语:
手动三爪卡盘改进为电动三爪卡盘...............................................................2
Changinggeneralscrollchuckintoelectricchuck...........................................3
第1章前言............................................................................................4
第2章电机的分析与选择.........................................................................7
第3章运动及动力参数............................................................................8
第4章带传动设计.................................................................................10
第5章带轮结构设计.............................................................................11
第6章齿轮转动的设计..........................................................................14
第7章轴的设计....................................................................................17
第8章电动机的控制系统.......................................................................23
第9章三爪卡盘的工艺应用...................................................................25
第10章设计小结.....................................................................................30
致谢.................................................................................................32
参考文献.................................................................................................38
手动三爪卡盘改进为电动三爪卡盘
摘要
总结普通机床数控化改造经验,介绍普通三爪卡盘自动化改造方法,为提高机床生产效率,提供很好的帮助。
关键词:
三爪卡盘;电动;改造;控制
Changinggeneralscrollchuckintoelectricchuck
Abstract
ThetextsummeduptheexperienceofchanginggeneralmachinetoCNC.introducethemeansofchanginggeneralscrollchucktoautomatic.Inordertoprovideprofitablehelpsforincreasingtheproductionefficiencyofmachine.
Keywords:
scrollchuck、electric、change、control
第1章前言
1.1研究的目的及意义
随着科学技术的发展,车床由普通车床发展为数控车床,实现了自动化,机器代替手工,大大降低了劳动强度。
三爪卡盘是车床上常用的一种夹具,它主要用于对工件夹紧和定位。
目前,我国正处于发展时期需要大力搞建设,在大量加工零件的条件下,手动的三爪卡盘的劳动强度大大提高,基于这种条件下,有必要实现三爪卡盘的自动化,这样不但提高生产率而且大大降低了劳动强度,自动化三爪卡盘有气动三爪卡盘、液压三爪卡盘、电动三爪卡盘。
而气动、液压三爪卡盘,较为复杂,占用空间较大,因此经考虑设计为电动三爪卡盘
1.2三爪卡盘的发展趋势
过去都是手动三爪卡盘现在有了液压三爪卡盘,实现了自动化,并且于车床的自动化相匹配,但是液压三爪卡盘比较复杂,成本较高,虽然这样,应用还是很广泛的,发达的企业都使用的是液压三爪卡盘,而电动三爪卡盘机构简单,成本低,容易实现自动化,提高生产效率,有相关论文发表,为了减轻负担,以及未来的发展趋势都是自动化的实现,应时代要求电动三爪卡盘将会在未来应用的更广泛,因此设计电动三爪卡盘是必然
的趋势。
通过三年的学习,运用电工学、机械设计基础、机械设计课程设计、等知识设计了电动三爪卡盘。
1.3主要研究的内容
把原来的大锥齿轮与三个小锥齿轮的传动改为行星轮系传动,通过电机的正反转来实现三爪卡盘的夹紧与松开,结构示意图如下:
1.4解决的关键问题
由与电机的转速极高,会把工件夹持坏,因此需要解决传动比的分配和二级减速,通过电磁继电器来控制电动机的夹紧力,各类零件的校核。
第2章电机的分析与选择
2.1电机类型的选择
按已知的工作要求和条件,选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。
2.2选择电动机的功率
所需电动机的输出功率为
Pd=pw/η
工作机所需的工作效率为
Pw=FV/1000
所以
Pd=FV/1000η
电动机至三爪卡盘的总效率为
η=η1η23η3n4
V带传动效率η1=0.96,滚动轴承效率η2=0.99,轴1上的齿轮传动效率η3=0.97,轴2上的齿轮传动效率n4=0.99,则
η=0.96X0.993X0.97X0.99=0.859
所以
Pd=FV/1000η=1200X1.7/1000X0.859=2.28KW
2.3电动机的转速及传动比的分配
三爪卡盘上的齿轮转速
n4=12r/min
根据
Pd=2.28KW
查表得
n
传动比的分配
i
总
电
=1420r/min
=n
带
电
/n4=1420/12=120
轴1
i=4i=5i
轴2
=6
2.4Y100L2-4型电动机数据
第3章运动及动力参数
3.1各轴的功率、转速、转矩的计算
(1)各轴的转速计算
n1=1420/4=355r/minn2=355/5=71r/min
n3=71/6=12r/min
(2)各轴的输入功率计算
按电动机的额定功率
Ped=3KW
计算各轴的输入功率轴1的输入功率
P1=PedX0.96=2.88KW
轴2的输入功率
P2=P1X0.99X0.97=2.77KW
(3)各轴的输入转矩计算轴1的转矩
T1=9550P1/n1=9550X2.88/355=77.48N.m
轴2的转矩
T2=9550P2/n2=9550X2.77/71=372.58N.m
电动机的转矩
Td=9550Pd/n
电
=15.33N.m
3.2各轴的运动和动力参数
第4章带传动设计
4.1确定V型号和带轮直径
带传动选为普通V带传动,根据工作情况系数KA,由表查得
KA=1.2
皮带转速
n=1420r/min
选带型号:
选A型V带小带轮直径
Dmin=75mm,取dd1=125
验算带速V
V=πdd1n1/60X1000=5.2m/s
在5-25m/s合适.
计算从动轮的基准直径dd2,dd2=idd1,ε=0.01dd2=nmd1(1-ε)/n1=500mm
4.2计算准长度Ld初选a0
a0=1.5(d1+d2)=1.5X(125+500)=937.5
符合
0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)
Ld1=2a0+π(dd1+dd2)+(dd1+dd2)/4a0=2893.75mm
2
取
Ld=2800mm
中心距调整范围
847.6<a<975
4.3计算带的根数Z及初拉力
验算小轮包角a1
a1=180。
-(D1-D2)X60。
/a=155。
>120。
计算带的根数Z
Z=pca/(po+po,)kakL=2
确定带的初拉力F0
F0=500pc(2.5-ka)/Vzka+qv2=123.7N
作用在轴上的压力
FQ=2ZF0sina/2=489N
第5章带轮结构设计
带轮宽度
e=15,
f=10,
B=(Z-1)
e+2f=35
第6章齿轮转动的设计
6.1选择齿轮材料及精度等级
小齿轮用合金调质钢,硬度为220-250HBS,大齿轮用合金调质钢,硬度为170-210HBS。
选8级精度,齿面粗糙度Ra《3.2-6.3um
σHlim1=710Mpa,σFlim2=280Mpa,SH=1,SF=1,YX=1
故
[σH]=σHlim1/SH=700Mpa,[σHlim1]=σHlim1/SF=280Mpa
6.2按轮齿弯曲疲劳强度设计轮齿的模数
2KT1Yβcos2βYFa1
mn≥σF1φdz12εα
初步选定齿轮参数
Z1=25,Z2=125,Z3=750
计算小齿轮名义转矩
T1=9550P1/n1=9550X2.88/355=77.48N.m
计算载荷系数K
KA=1
初估
V,=4m/s,V,Z1/100=0.96
】cosβ=1.71εa=【1.88-3.2(1/Z1+1/Z2)
Ka=1.3Kβ=1.19Kv=1.18K=KAKvKaKβ=1X1.18X1.3X1.19=1.8
查取复合齿形系数YFs
YF1=2.65YS1=1.59YF2=2.18YS2=1.8YFS1=4.21YFS2=3.92
计算大、小齿轮的YFS/[σF]1并进行比较
YFS/[σF]1=4.21/205=0.0205>YFS2/[σF]2=3.92/205=0.019
计算重合度系数Yε
Yε=0.25+0.75/εa=0.25+0.75/1.71=0.6886
设计计算
2KT1Yβcos2βYFa1
mn≥σF1=1.85φdz12εα
m=2
6.3几何尺寸计算
d1=mz1=2X25=50d2=mz2=2X125=250d3=2X750=1500
a1=m/2(z1+z2)=125a2=m/2(z3+z2)=875
b1=50b2=60b3=70
校核齿面接触疲劳强度
[σ]H=
KHNσHlim
=520MP<[σH]=710MpaSH
接触疲劳强度足够
齿轮的实际圆周速度
V=πd1n1/60X1000=0.84m/s
所以
V<V,
对照表7-9,8级精度合适
6.4齿轮的参数
第7章轴的设计
7.1选择轴的材料,确定许用应力
轴1
选用45钢,正火处理。
查表取σb=600Mpa,由表14-7得【σb】1=55Mpa按扭转强度,初估轴的最小直径,由表查得A=110,d》20
由于带轮与轴的配合,d1=20,d2=30
轴2
选用45钢调质,σb=650Mpa,初算轴径d》33,由于齿轮与轴的配合,d=53
7.2轴的校核
圆周力
Ft=2T1/d1=2326
径向力
Fr=Fttgα/cosβ=876.4N
轴向力
Fa1=Fttg=616.2N
带轮对轴的压力
Fa=2ZF0sina/2=490N
绘制弯矩图
计算弯矩
铅垂面:
MH1=RH1?
64=80500.446N?
mmMH2=RH2?
50.5=129198.644N?
mm
水平面:
MV1=RV1?
54=6981.336?
mmMV2=RV2?
50.5=40248.298N?
mmd
MV2'=Fa1?
1=28573.8193N?
mm
2
MV1'=Mv1+m1=34630.631N?
mmMv2=Mv2-m2=16596N?
mm
合成弯矩
M=M1==80802.604N.mmM2==87633.3N.mmM3==135000N.mmM4=130000N.mm
计算扭矩
T=αT2T2=104.667N?
m
减速器单向运转,扭转剪应力按脉动循环变应力,取系数α=0.59,则
T=αT2=0.59?
104667=61753.53N?
m
计算弯矩
Mca=
Mca1=
=83129.774N?
mMca2=
=107000N?
mMca3=
148400N?
m
Mca4==129600N?
m
判断危险截面由计算弯矩图可见,C剖面处得计算弯矩最大,该处得计算应力为:
σca=Mca/W=Mca/0.1d3=23.188MPa
查表轴的材料为45号钢调质,可知:
[σ]=(0.09~0.1)σB=58.5~60MPa,取[σ]≈60MPa,故σca<[σ],因此该轴满足强度要求
第8章电动机的控制系统
8.1控制电路图
8.2电磁继电器的选择
根据车床加工零件时主轴的最大转速和最小转速,机床能够加工零件的承受能力范围选择合适的电磁继电器。
电动卡盘的控制电路如图4所示。
其中,QF1为电动机断路器,FV1为灭弧器,M1为控制电动机,SB1为夹紧按钮。
当SB1按下时,KM1线
圈通电,KM1的主辅常开触点接通,其辅助触点并接在SB1两端实现了自保持,主触点接通M1主回路使之正转并通过传动轴带动转动齿圈Z5转动,再通过平面螺旋盘带动卡爪夹紧工件。
随着夹紧力的不断增加,电机电流会相应加大,当电流超过一定值时,电流继电器KA1动作,其常闭触点断开,KM1线圈回路断电,电机M1停转。
夹紧力的大小与电流继电器的动作电流成对应关系,通过计算和试验的方法可测定工件的夹紧力,并通过调整电流继电器的动作电流实现工件夹紧力的调整。
M1停转后,由于卡爪在平面螺旋盘中有自锁作用,卡爪在工件加工过程中不会自动松开。
当需要松开工件时,只要按下点动控制的松开按钮SB2,KM2线圈通电使M1反转并带动卡爪松开工件;SB2按钮一放开,KM2线圈断电,M1停转。
在电路的设计过程中,为防止主回路短路,M1正反转的接触器和控制按钮均采用了互锁,过电流继电器的常闭接点均串接在两个接触器的线圈回路中。
第9章三爪卡盘的工艺应用
三爪卡盘全称为三爪自定心卡盘,其发明应用给机械零件的制
造装夹带来前所未有的便捷和高效,因此在生产过程中得到广泛使用,同时,结合零件的工艺性特点对其进行改造,扩大了三爪卡盘的使用范围;其应用技术的不断创新和完善,更好地保证了零件的制造质量。
三爪卡盘具有夹紧力大,自锁性能好,夹持稳定可靠的特点,其夹持零件的便捷和高效,源于卡盘上三爪联动和自定心的功能。
在生产中常用来夹持回转类零件,亦可借助于筒夹夹持平面立体形状,而更多的则是结合工艺技术和质量控制所做的各种改造。
(本文阐述三爪卡盘的工艺应用,供各位同仁工作中参考。
)
一、三爪卡盘的工艺应用
标准卡盘的三爪是经热处理硬化的平爪,俗称硬爪,可以外夹圆柱形表面或内撑孔表面来夹持零件;还可通过加垫片或偏爪(错位装其中一爪)加垫片夹持零件车制偏心部位表面,如图1。
硬爪的使用常在零件粗加工或半精加中,因切削余量多切削力大所需夹持面长夹紧力大的原故。
对于直接夹持己精加工的表面时,必须采取加软垫等保护措施,以免夹伤己加
工面。
三爪卡盘的改造一般是对三爪改制以适应零件制造的装夹要求,通常有:
为零件装夹因夹位短和控制轴向尺寸将平爪改成一个或多个台阶,俗称台阶爪,如图2是利用台阶爪夹持法兰类零件;为夹持偏离卡盘一定距离夹位的卡爪,俗称加长爪,如图3是利用加长爪装夹填料架或导叶;为精加工提高定位精度和控制尺寸制作的专用软夹爪,俗称软爪,如图4、5;软爪的制作根据零件的刚性可制成窄面软爪或宽面软爪,加工薄套、环形薄壁零件使用宽面软爪,以增加接触面积,减少加工后的变形。
二、卡盘软爪的制作方法
1、软爪的联接有二种方式,一是用辅助材料直接焊接在原爪上,另一种是通过外部联接将辅助材料固定在原爪上,或者与分体式卡爪座联接,可保护原爪完好不被破坏;窄面软爪一般用小圆钢作辅助材料,宽面软爪可用厚壁钢管或由圆钢车成圆环,锯成等分的三片(可以用钢板割成弧片)与原爪联接(如图4、5)。
2、车夹持圆弧面:
用于粗加工装夹零件前,直接对软爪夹持面进行车圆,以保证与主轴回转中心一定的同轴度要求;卡盘在长期使用中,传动螺纹的磨损使配合间隙愈来愈大,所以,用于精加工或半精加工装夹零件己加工表面时,为确保较高的定位精度要求,应对软爪夹持面按以下步骤进行车圆,夹持外表面的软爪先夹紧一个大小适当的圆体,内撑孔表面的软爪则先撑紧一个大小适当的圆环,然后对软爪夹持面按所夹实物直径尺寸进行车圆,以保证软爪与被夹零件表面有较好的接触;在修复硬爪夹持面时也常用这种方法,(如图6)。
三、结束语
专用工装对保证零件制造质量起到至关重要的作用,卡盘三爪的改进可谓是小工装小改革,但能取得高工效高质量的效果,在生产实践中进行工艺、工装改进,是推进工艺技术不断发展的动力源泉。
三爪卡盘装夹工件的定位分析
第10章设计小结
三个月的机械设计使我们认识到了作为一名工程技术人员需具
备的素质,扎实的专业知识和较宽的知识面,我们设计者之间团队的重要性,三周的时间里的能够让我们学到很多很多的实际性的知识,怎样才能在这三周里更好的运用学的知识来完成设计任务呢?
这无疑让我们有时间做一个理性的思考。
把所学的知识在这次设计中和自己的想法结合起来并在自己的设计中形象而生动的表现出来,我认为此次课程设计是我们走向工作的前奏也算是对个人的一个实践性的训练。
美丽而多彩的大学生活把我们带进了知识的殿堂,为了将来更好
的服务社会,为了把我们已基本掌握的基础知识和专业课程更好的融会、贯通,而课程设计就是这道桥梁。
随着高新技术时代的发展,机械设计越来越表现出其特有的结构化新颖的作用,通过此次机械设计,使我对机械零件设计步骤和设计思想,得到了充分掌握,真正地能把所学到的知识初步地运用到了实践之中,收益很大,同时,也发现了自己的多方面的不足之处。
在这段时间里我们通过彼此之间的相互合作,交流学习,了解了
许多新知识,尤其对机械原理和机械设计有了系统的掌握。
但由于时间有限,学习心得不够深刻,还不能对所学的知识达到熟练的运用,这就需要我们在今后的工作中有待学习和提高。
初次接触课程设计,有一种特别的感觉,和以前接触的是完全不
同的境界。
一切都从零开始许多所学知识都已经淡忘了,翻阅资料,到图书馆借书,试着照书上的例题设计、计算、校核、绘图,并且不断的修改,反复修改再验证。
每一部分、每一个步骤都让我们感到了许多事情都是显得有些无奈必须都按技术要求来设计。
在这次设计中,在计算数据过程中我们遇到了很多麻烦,每个零件的数据改了一次又一次再经过反复的零开始性的计算,决不能存在半点侥幸的心理,否则就会出现结构上的不合理或设计上的不当,我就在设计中不止一次的修改数据,有时因一个小小的错误,看起来并不影响减速器的整体结构,但是在实际工程中才会发现这样一个小小的错误就会造成意想不到的后果,很可能达不到使用的寿命要求,这让我想到了千里之堤,
毁于蚁穴的道理;所以要作一个成功的工程师还需要我们不满足于现状,较强的创新精神严肃认真,事实求是的工作态度。
只有这样我们才能划向成功的彼岸。
虽然,我们为能如期完成了课程设计,应当承认,我们设计的全面性还还不够,考虑问题的周密性也不强,所设计的最后结果还没有达到最优效果。
这其中有多方面原因,这包括对所学的知识不够熟练,在绘图中重新学了一下AutoCAD真的感觉到了它的方便和实用性。
这也包括我们对实践中的机械零件的接触的太少了,在绘出标准的图形和用视图表达零件的方法上走了不少的弯路。
课程设计让我们有机会把理论和实践相结合,学会了用理论去指
导实践,同时也也看到实践检验才知道理论正确与否我们也不能完全按理论是的去做毕竟有的时候是做不到的。
在这里我们大胆的尝试了创新和自己想法同时在这次模拟设计中我们深刻体会到机械设计发展的速度之快,在社会各领域的地位也越来越高使用的设计软件也在前进性的发展,
设计中缺点和不足望老师们给予批评指正,在这里我们对指导老师们致以由衷的感谢。
致谢
非常感谢王纲领老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导,从最初的定题,到资料收集,到写作、修改,到论文定稿,她们给了我耐心的指导和无私的帮助。
为了指导我们的毕业论文,她们放弃了自己的休息时间,她们的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩,在此我向她们表示我诚挚的谢意。
同时,感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助,是他们教会了我专业知识,教会了我如何学习,教会了我如何做人。
正是由于他们,我才能在各方面取得显著的进步,在此向他们表示我由衷的谢意,并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才,桃李满天下!
光阴似箭,日月如棱。
三年的时间,在我们漫长的人生旅途中是那么的短暂,但是,这短短的三年是最真诚的青春,是最纯真的岁月,是最美丽的大学生活……我们的自学能力在这里得提升,我感谢所有的恩师:
是您赋予我们最有意义的收获;是您带领我们走进知识殿堂,使我们不但丰富了知识;是您给我们一个全新
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