车床上碟簧作动力是时弹簧夹头夹紧及松开机构设计全套图纸.doc

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1、优秀机械毕业设计CAD图纸通过答辩 QQ 194535455毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：本文是设计了一种车床用碟形弹簧做动力时弹簧夹头夹紧及松开机构。该机构主要由弹簧夹头、拉杆、碟形弹簧、气动三联件等几部分组成。工作原理主要是通过螺母套对碟形弹簧施加一定的轴向力，碟形弹簧安装在拉杆上，间接对拉杆产生推动力推动推承套向右移动，推成套装配在弹簧夹头上，弹簧夹头与法兰相接触，利用推承套上的锥度形状将轴向力转换成径向力，使弹簧夹头产生夹紧力对工件实现夹紧。再通过气动三联件对气缸活塞杆产生推动力，而活塞杆与拉杆通过拨块相连接，所产生的推动力大于螺母套施加的力，拉杆得以向左移动，推承套失去推动力与

2、弹簧夹头分离，弹簧夹头实现对工件的松开。而本次设计的夹具与以往的卡爪式夹紧松开机构相比较，拥有更好的平衡性能、夹紧牢靠、结构紧凑、便于操作、加工及更换方便等主要优点。在主轴高速旋转的情况下，也能达到需要的平衡要求。是高效率和良好精度特点的现代车床夹具，可以有效地减少时间基本和配套工件加工的时间，大大提高了劳动生产率，有效地降低了劳动强度。关键词：数控车床 夹紧机构 弹簧夹头 夹紧动力1优秀机械毕业设计CAD图纸通过答辩 QQ 194535455毕业设计说明书（论文）英文摘要Title Design Control collet chuck clamping and release mechan

3、ism is in a lathe powered by a conical springAbstractThis article is designed to do when one kind of lathe with power disc spring collet chuck clamping and release mechanism. The agency consists of several parts collets, rod, disc springs, pneumatic FRL and other components. Works mainly on the disc

4、 springs exert a certain axial force through the nut sleeve, disc springs mounted on the rod, the rod indirectly generate driving force pushing the push bearing sleeve moves to the right, push the spring clip assembly head sets, spring chuck in contact with the flange using push bearing sleeve taper

5、 shape of the axial force is converted into a radial force, so that collet chuck generate clamping force on the workpiece clamping realization. And then the driving force generated by the cylinder piston rod pneumatic FRL, and the piston rod and the rod is connected by dialing block, the driving for

6、ce is greater than the force exerted by the nut sleeve, lever to move to the left, push the bearing sleeve lose impetus with the spring chuck separation collets achieve workpiece release.The design of the fixture and conventional jaw clamp release mechanism compared with a better balance of performa

7、nce, clamping reliable, compact, easy to operate, processing and easy replacement of major advantages. In the case of the main shaft rotates at high speed, but also to achieve the desired balance requirements. Modern lathe fixture high efficiency and good accuracy characteristics, can effectively re

8、duce the time basic and auxiliary workpiece machining time, greatly improving labor productivity, effectively reducing labor intensity.Keywords： CNC lathes Clamping mechanism Collet chuck Clamping force1优秀机械毕业设计CAD图纸通过答辩 QQ 194535455目 录目 录I前 言1第一章 绪论21.1车床夹具及其应用21.1.1车床夹具的概述21.1.2车床夹具的分类31.1.3车床夹具的组

9、成41.2选题目的和意义41.3国内外的研究现状和发展趋势61.3.1弹簧夹头的发展61.4车床上用碟簧作动力时弹簧夹头夹紧及松开机构。8第二章 弹簧夹头 102.1弹簧夹头及其应用102.2弹簧夹头的主要尺寸122.3弹簧夹头夹紧力计算122.4弹簧夹头的技术要求15第三章 碟形弹簧 163.1碟形弹簧的结构和类型163.1.1蝶形弹簧的基本概念163.1.2碟形弹簧的分类173.2碟形弹簧的尺寸系列173.3碟形弹簧的设计计算17第四章 拉杆的设计21 4.1确定拉杆的直径21 4.2 设计拉杆的长度21 4.3 拉杆的强度校核21第五章 气缸的选型分析 235.1确定气缸体的尺寸235.

10、2气缸的选择245.3气缸密封件的选型分析24第六章 气动式夹紧机构的成本分析256.1 成本分析的目的与意义256.2 材料的成本计算256.3 材料成本的构成266.3.1 非标准件266.3.2标准件购买花费276.4 总成本的统计计算28结 论29致 谢 31参考文献32III前 言中国的机械制造业社会主义现代化建设的要求在逐步的提高，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。现在很多国内的机床主机生产的厂家为了自身长远的发展，不仅仅只是卖产品这么简单。同时还要卖技术，卖服务。当机床出问题时，及时的为客户提供整套的技术解决方案，在远程指导无法解决问题的情况下，还会派专人上门

11、服务，利用这种方式来带动产品的销售。而在这种情况下，产品质量的保证才是带来高利润和高收益的关键。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。 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。 根据工作力需要的大小来选择活塞杆推力和拉力。从而选择气缸时，气缸输出力微

12、弱的差距。如果你选择一个小孔，输出功率不够，气缸不工作;但该孔过大，不仅重型设备，成本高，而气体消耗增加，从而导致能量的浪费。在保证工件的加工精度和质量情况下，在同样的加工时间内，设计的夹具能进一步的提高加工的精度和质量，并能减少劳动强度，提高生产能力，降低加工成本，为企业争取最大的利润。因而对夹具知识的认识和学习，在今天显的优为重要起来。1第一章 绪论1.1车床夹具及其应用1.1.1车床夹具的概述定位：加工车床加工过程中工件，以确保准确性和提高生产力，工作必须持有车刀相对正确的位置，被称为定位。 装夹：装夹就是以适当的方式固定待加工零件，以保证零件加工尺寸及其精度要求的过程。装夹时要最重要考

13、虑两点：一是零件的定位，这包括零件适应加工设备，即零件以什么姿态进行加工；也包括重复定位问题，即批量化生产时，每批零件的定位面与被加工尺寸的几何关系和精度是相同的。二是零件的夹紧，即装夹要提供足够的夹持力来保证加工时零件不会产生非预期的移动。 数控车床的夹紧机构具有的主要功能有: 工件夹紧力被施加到工件上，从而使已被赋予了良好的位置将被牢固地夹紧工件，一个称为夹紧过程。把工件装夹到夹具里，并使工件无法移动的过程是夹紧，其目的为了将加工工件固定在加工位置。 对准方法是基于工件的有关夹紧表面上或指定用途作为对准标记线的基础上，具有一个触针或一个表格，显示对准，工件的正确定位，并在工件被夹紧以进行处

14、理。这样的方式是为了便于安装，不需要借助于外界的帮助。可是精度不能得到保证，产量不会很高，常在制作一件或是几件时被采用。夹钳夹紧方法是依赖于工件在数控车床上具有一个正确位置且夹紧牢靠，主要有以下几个特点：1 通过机床上夹紧机构上的辅助平面使工件在数控机床上获得一个正确的加工位置。因此，不再需要找到一个正确的位置便可将工件夹紧。2 在车床上，再进一步对准的过程中，通过拥有一个预先可以调整的位置对工件进行夹紧，使工件被固定在数控车床上。3 刀具置由一个夹具，以确保相对于工具的表面的正确位置。4 定位是基本不受人为的操控和影响，能准确的使工件进行夹紧。5 快速且准确的夹紧能大量的减少装夹时间，缩短加

15、工时间，降低劳动成本，提高加工效率。6 为了使在车床上能加工各种各样的零件。阶梯钻镗床体图，如果没有水平钻孔机和专用设备，可以设计一种车床来代替。1.1.2车床夹具的分类 很多不同类型的车床它们的车床夹具也不同。但是为了以后在加工设计，管理的过程中方便，可以根据夹具的类型进行分类。（一） 按夹具的通用特性分根据这种方法进行分类，常见的夹具可以分成通用夹具，专用夹具，可调夹具，组合夹具和自动线夹具等五大类。可以根据分析这些夹具不同类型的主要特点选择不同的夹具。 通用夹具一般来说是指在结构，规模标准，并在一定范围内可以通用的夹具,如三爪自定心卡盘、四爪卡盘,台虎钳,万能分度头，中心架、电磁吸盘。适

16、用性,不调整或在夹紧小的调整范围。 专用夹具一个特殊夹具工件加工过程需要专门设计制造夹具。主要针对的一种零件，具有特殊性。该产品是相对稳定的，适合用于大批量，大规模的生产，可以有效地减少时间基本和配套工件加工的时间。但是在制造专用夹具的过程中需要花费很多时间，加大了生产成本。 然而有一些零件具有一些特殊的形状，在通用夹具和专用零件无法装夹的情况下，设计一种夹具可以根据零件不同的形状和特殊的尺寸进行调节装夹方式，这种夹具被称为可调夹具，可以进行多次调节，单个或产量小的情况下被使用。 组合夹具是一套标准化的夹具组合而成。通常具有较好的的精度，标准的模块化组件和良好的耐磨性能,可以通过不同的组合方式

17、来是适应不同的零件，夹具是由多个夹具组合而成，当组合夹具加工完一种零件时，再进行下一个零件加工时，组合件可以重新被使用,组合夹具可以减少经济使用成本，获得更大的利润。 自动线夹具 自动线夹具一般分为两种:一种为固定夹,这是一个类似的专用夹具;另一种方式为在托盘一起使用夹具与工件的移动和工件沿着线自动从处理站移动到下一个站。（二） 按夹具使用的车床分类 这是一个特殊的分类中使用的夹具设计。主要是用在一些特殊的车床上。1.1.3车床夹具的组成各种类型的夹具，以概括可以由下列组分中绘制的结构或元件具有相同的效果是在一般常见的固定装置，既是个体但又将一个又一个的元件链接在一起。1 夹紧元件夹紧机构提供

18、足够的夹持力来保证加工时工件不会产生非预期的移动，从而使工件的具有正确的加工位置。2 夹具体夹紧夹具基本骨架被用于配置，配置在一些铸件体上，形成一个整体，常见的一些形状有旋转体的形状和底座成形等其它形状。上述各种部件，所述夹紧元件，所述夹具体，夹紧机构是夹具的一个重要部分。1.2选题目的和意义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，主要功能是夹紧工件，防止工件产生轴向或径向移动。弹簧夹头夹紧机构通过将所承受的轴向力转换成径向力实现对工件（刀具）的夹紧，同时在受到较大的拉力，驱动力及多方向的切削力的时候，依然能够准确的夹紧和定位刀具（工件），从而不使工件受

19、到损害和降低工件的加工精度。弹簧夹头夹紧机构还具有在主轴高速运转下工作的能力，而且其夹紧力损失是最低的 。在如今的机械加工中，弹簧夹头夹紧机构还被大量的运用到精密车床的主轴上，该机构具有高重复精度，夹紧稳定牢靠等优点。能在精密机床加工中保证工件的表面加工精度及机床加工精度。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。通用卡爪夹具与弹簧夹头的优缺点及适用场合： 弹簧夹头的优点:质量较轻,速度快,有很小的离心力,集中性高,快速夹持零件更换时可快速调

20、换夹头适合的工件尺寸范围有限轴向尺寸长更适合小型零件更适合直径尺寸一致的工件三爪电动卡盘是大多数车床用户的标准工件夹持装置，这种夹头有足够的共性. 三爪卡盘是普通车床上经常使用的一种夹紧机构，对于大多数车床操作工来讲，常使用三爪卡盘来进行加工工件，三爪卡盘适用于各种工件的加工制造。然而，这不是对所有处理任务的最佳夹具。弹弹簧夹头是另外一种工件夹紧机构，它与卡爪卡盘既有相似也有不同，相似之处是都是利用机械力对加工工件进行夹紧，不同之处是弹簧夹头的夹紧范围没有卡爪卡盘的夹紧范围大。但是对于某些加工任务来讲，弹簧夹头比卡爪卡盘提供的速度快，准确度高和高效率等优势。选择不同的夹紧机构主要是根据每种夹紧

21、机构不同的特点，在选择夹紧机构时也要考虑几个因素。对于一个给定的任务车床,测量选择弹簧夹头或三爪卡盘,需要考虑以下因素。 基于所述机床主轴的允许载荷最大承载的重量主要取决于机床主轴的负载能力，如果卡爪卡盘和工件的组合的重量太大可能会使轴承超载，最终导致事故的发生。所以对于这种情况，可能就会选择更换夹紧机构，而这时弹簧夹头可能会是较好的选择。在以较高的主轴速度进行加工工件时通常会选择弹簧夹头进行夹持工件。选择主要原因: 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，加倍主轴的速度，离心力将四倍。这些力量将其拉离卡爪卡盘中心了，它往往会

22、降低夹持力。但使用弹簧夹头的，离心力不会造成显著的影响。因此，在整个加工速度范围内夹持力会更加稳定。在加工工件时，弹簧夹头夹紧工件不是仅仅对加工工件的某个接触部分施加夹紧力，而是对加工工件整个圆周施加夹紧力。所以可以获得很高的同心度，这在对加工工件进行再次加工有很大的好处。弹簧夹头具有很强的准确夹持能力，所以弹簧夹头也常常用于二次加工中。弹簧夹头的典型重复精度仅有0.0005英寸，为了进一步提高二次加工精度，在安装过程中，还可调整弹簧夹头的同心度。弹簧夹头适合用于加工工件的直径小于50mm且加工工件的长度较短，尽量在机床的轴向(Z轴)加工范围内，一旦加工工件的长度达到了整个机床的长度时，此时再

23、使用弹簧夹头就不适合了，相比之下，就应该采用卡爪卡盘。 批量处理时批量大或小，都适于用弹簧夹头。 在小批量加工的情况下的各项任务，弹簧夹头的优点和产品转换时间有关，标准三爪卡盘的卡爪调换需要15-20分钟，一个专门快速调换更换卡爪卡盘大约1分钟，快速更换弹簧夹头仅15-20秒，并在产品频繁变动时，节省的时间加起来是相当可观的。当大批量加工，它也可以积累与保持时间相关的节省，筒夹夹头的时间比需要用于打开和关闭夹爪卡盘的时间更少。从工件过渡到下一个工序减少了切削时间,缩短加工周期。 为了进行大批量，大规模的加工时会在机床上装有次主轴，可能弹簧夹头在对一个工件的装夹当中节省的时间会很少，可是在整个的

24、生产过程中，所节省的时间就是在装夹一个工件时节约的时间乘以加工工件的个数，通过计算发现在不知不觉中所节省的时间很多。 在情况允许的时候，在机床上同时装有卡爪卡盘和弹簧夹头两种夹具，以防止出现不确定因素。然而从卡爪卡盘换到弹簧夹头，或反之亦然，通常不超过20分钟。这种方案可能是企业经常采用的。但一旦加工几批或大批量尺寸一致的加工工件时，采用弹簧夹头所获得的生产力提高比更换夹具花费时间造成的生产力损失大得多。所以当人们在选择夹具方案是，这也是一个不错的选择。事实上，筒夹卡盘的速度是弹性的，如果工件尺寸是相同的，在筒夹夹头的效率会更快。如果改变了工件尺寸很大，它可能需要使用卡爪卡盘，以适应大范围的工

25、件尺寸。 材料类型对于热辊轧钢材、锻件和模压件，标准卡爪卡盘往往功效较好，因为所有这类零件具有固有的直径变化。另一方面，在冷轧材料零件倾向于具有良好的尺寸一致性，因此，适合使用的套爪卡盘。1.3国内外的研究现状和发展趋势1.3.1弹簧夹头的发展在现代复杂的制造环境中，想在最佳状态下保持连续切削加工，大多数工厂都必须经过机床制造商的严格培训，认真学习新设备的加工运动原理、结构特征和使用技巧，方能进行操作使用。尤其对于顶端的技术系统，更是如此。例如，先进的机床控制系统，复杂形状零件的5轴加工程序的汇编等。庆幸的是，有一种与此相反的处理方案，这就是截止目前已经开发出的一些功能强大、精度高，但又容易操

26、作(勿须专门培训)和使用寿命长的工艺装备。用以快速定位、夹紧工件(或刀具)的相对卡盘定位精度高的弹簧夹头(或称弹簧套)就属于这一范畴。它具有100多年的悠久历史和很广阔的应用范围。第一个弹簧夹头的使用并不是很理想的。但当时确实证明了一个事实，一个好的工件夹头的使用，能提高生产效率和加工零件精度。后来，在车床开发制造领域享有盛名的Hardinge公司，在1901年骄傲地在他们开发的车床上使用了(于1890年)由本公司研制成功，用以提供工件定位与夹紧的弹簧夹头，并将他们的产品图纸和开发的系列产品向外公布。当时主要是为适应钟表和透镜制造业大批量生产的市场需要而开发的。能如此好地为早期(1920年前)

27、的普通车床与凸轮式多轴自动车床提供得心应手的弹簧夹头产品，的确令人难以置信。这就如同在现在的先进的CNC车床上配置一套现代化技术的控制系统。让我们回顾以往，随着加工与设备技术的不断进步，在要求各个系统都能极高地提高生产效率的设计改革潮流中，对作为机床的最基本但又很重要的工艺装备弹簧夹头，却从没有给以设计的空间和时间，这似乎是件非常奇怪的事情。在机床结构也在以飞快速度变换着的形势下，能继续保持原弹簧夹头基本结构保持不变的这一奇迹，主要归功于它特具有的灵巧、精致的结构和功能强大、使用方便以及经济性好等特点。总的来说，弹簧夹头的设计和使用是一个涉及面很宽的领域，它是需要相对应于多种机床系列，以及包括

28、了为体现它与机床各自不同风格和特征 而设计的产品，所以总数已有成千上万。但是现在还有一个普遍的错误观念，认为弹簧夹头只用以夹紧圆柱形工件毛坯。这是不符合事实的，实际上它几乎能对任何形状的工件(或刀具)，包括正方形或六边形工件进行定位夹紧。夹紧力是机床经弹簧夹头施加在工件上的力。弹簧夹头是一个结构简单的工艺装置，却有许多影响夹紧力的主要因素。对于基本原理的了解可以帮助工件(或刀具)正确装夹和迅速查找故障。以下介绍几个影响夹紧力的主要因素和总结的使用经验：在弹簧夹头使用中，设计的锁紧角(或头部倾角)大小将决定着夹紧力经扩大后能达到的指标，通常由机床制造商和弹簧夹头制造商决定。当弹簧夹头新的设计还正

29、在探求之中，从经济性和可靠性考虑，设计师建议用户使用现有弹簧夹头结构。标准锥度(或头部倾角)已根据机床类型(如车床等)、使用条件(动态与静态)和用途(工件与刀具)不同，由设计时确定。工件(或刀具)与弹簧夹头之间的总摩擦力将直接影响夹紧力。小的摩擦值将导致小的夹紧力，反之亦然。弹簧夹头供应商能采取各种措施，克服弹簧夹头与工件(或刀具)之间的相对转动或轴向窜动等，比如弹簧夹头内孔有意制出锯齿形状或将硬质合金微晶粒浸渍在夹紧表面等。主轴锥面与弹簧夹头在锁紧角处产生摩擦。其摩擦力大小也直接影响弹簧夹头对工件的夹紧力大小。摩擦力太小时夹紧力不够，太大的夹紧力，会加快弹簧夹头磨损。使用中弹簧夹头要经常松开

30、实行工件交换，例如在车削加工中心上使用，需在松开时在弹簧夹头内孔表面喷涂一薄层润滑剂。有条件采用冷却剂润滑更好，因为冷却剂提供可冲洗弹簧夹头，而且润滑性效果好。尤其在锁紧角处定期施加冷却剂，则能减少长期磨损和增加夹紧力。一些更多润滑效果更好的材料也可以使用，包括有EP(极限压力)特性的高质量润脂油或蜡基材料。似乎有些奇怪的是，一些聪明的操作者在加工难度大，而且在一般的冷却润滑的效果都不佳时，选用女士们使用的唇膏，据称效果很好。选择合适的弹簧夹头直径尺寸，以保证弹簧夹头对工件的完全支撑是增大夹紧力和可靠夹紧保证高质量加工的必要条件。如果弹簧夹头的孔直径选择太大，工件仅仅由弹簧夹头的孔口部分将工件

31、夹紧，将引起工件外圆和弹簧夹头内孔之间几何形状的不匹配，因而降低夹紧力。如果夹头孔直径选择太小，只有头部倾角的内部与工件接触，相对而言，夹紧力增大，但会引起夹头与工件的不同心问题。在同一个尺寸下，它可对直径相同的工件进行装夹定位。当选择弹簧夹头的孔径尺寸，Hardinge公司推荐指标为能在 0.0254mm 范围发生变化 。由切削试验和多年的使用实际证明，弹簧夹头能满足切削速度日益增长着的加工需要和有很长的使用寿命。我们知道，在100多年前主轴转速一般按每分钟几百转计量。今天，主轴转速高达每分钟数万转，材料切除率也以惊人的速度递增。在100多年来的成功使用中，尽管使用了许多先进的高端制造技术，

32、和能在很高的主轴转速条件下加工，但仍都还使用着现有结构的弹簧夹头。这在制造业中的确是罕见的，也确实是Hardinge公司人应该倍感骄傲的地方。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。现在很多国内的机床主机生产的厂家为了自身长远的发展，不仅仅只是卖产品这么简单。同时还要卖技术，卖服务。当机床出问题时，及时的为客户提供整套的技术解决方案，在远程指导无法解决问题的情况下，还会派专人上门服务，利用这种方式来带动产品的销售。1.4车床上用碟簧作动力时弹簧夹头夹紧及松开机构 本次设计的车床用碟形弹簧做动力时弹簧夹头夹紧及松开机构的目的是为了解决普通车床在夹紧机构方面所存在的一些问题。该机构包

33、括有弹簧夹头、推承套、拉杆、碟形弹簧、螺母套、拨块、气动三联件等。弹簧夹头装配在推承套的内腔中，在推承套和弹簧夹头之间设有弹簧，弹簧夹头的夹爪的外表面与推承套的一端内表面的锥度形状相接触，推承套被限制位置；拉杆的左端装有可移动的外螺母套，外螺母套装在固定机构上，在拉杆上装有碟形弹簧，拉杆的左侧外端装有内螺套与可移动的拨块相连接，拨块装在活塞杆。其中，为了保证拉杆和活塞杆之间的平衡，在内螺套和拨块之间装有推力轴承，本次设计的车床夹紧机构结构比较简单，平衡性能好、对工件的夹紧比较可靠，稳定性好，制造成本低，更换工件快速方便，实现自动化装夹，工作效率高，大大提高了劳动生产率，有效地降低了劳动强度。

34、如上所述的车床用碟形弹簧做动力时弹簧夹头夹紧及松开机构，基本工作原理主要是通过螺母套6对碟形弹簧3施加一定的轴向力，碟形弹簧3安装在拉杆4上，间接对拉杆4产生推动力推动推承套9向右移动，推成套9装配在弹簧夹头1上，弹簧夹头1与法兰相接触，利用推承套9上的锥度形状将轴向力转换成径向力，使弹簧夹头1产生夹紧力对工件实现夹紧。再通过气动三联件对气缸活塞杆产生推动力，而活塞杆与拉杆4通过拨块相连接，所产生的推动力大于螺母套施加的力，拉杆4得以向左移动，推承套9失去推动力与弹簧夹头1分离，弹簧夹头1实现对工件的松开。该机构如图1-1所示：图1-1 气动夹紧机构图 1.弹簧夹头 2.汽缸 3.碟簧 4.拉

35、杆 5.轴承 6.螺母套 7.拉爪 8.支座 9.推承套33- -第二章 弹簧夹头2.1弹簧夹头及其应用利用工件和工具夹紧的夹爪和定心工具配件的弹性变形筒夹夹头（夹头）。弹簧夹头孔通常用于配备主轴。 图2-1显示了弹簧夹头的一个典型结构。带有外锥面的头部沿轴向开有3条或4条等分的长槽，形成可以向心收缩的夹爪。内孔形状根据被夹物截形可制成圆形、正方形或六边形。中部为一薄壁段，起弹性变形作用。尾部带螺纹，与拉杆相连。弹簧夹头的外锥面与主轴的内锥孔相配合。当拉杆后拉时，夹头产生轴向移动，于是外锥受压，使夹爪均匀收缩，实现工件或刀具的定心和夹紧。当夹紧510毫米直径的光滑棒料时,距夹头端面25毫米处的

36、偏心量为0.020.04毫米。当拉杆前推时，夹头外锥放松，依靠薄壁部的弹性使夹爪恢复到张开的原状，即可卸下工件或刀具。弹簧夹头采用弹性较好的优质合金钢制成，并经热处理使头部外锥与夹爪内壁有较高硬度以保证坚硬耐磨。每种规格的弹簧夹头所能夹紧工件的尺寸范围很小，所以多用于自动车床等高效自动机床上，夹紧外形尺寸比较一致的坯料(如冷拨棒料)。除了图2-1中拉式夹头，尚有推入型、静止型和双锥形等多种其他类型弹簧夹头图2-2。图2-1 拉入型弹簧夹头图2-2 其它类型弹簧夹头（一） 夹头的功能弹簧夹头虽小，但在机床工业中确实起到了很重要的作用，这是都是由于它具有以下很强的功能：1. 能精确地定位与夹紧工件

37、（或刀具），具有抵抗扭矩和承受来自多方向切削力的功能。2. 具有增大驱动力（拉力）和转换驱动力为工件（或刀具）夹紧力的功能。3. 具有快速松开工件（或刀具）的功能。4. 具有在不降低加工精度和使工件不受损害前提下的高重复精度。5. 具有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。6. 在高速切削中的转动惯量最小。（二） 夹头类型有哪些ER夹头：是用来装置在钻、攻、铣床或加工中心主轴上的一种用来禁锢钻攻刀具或者是铣刀具的筒形夹具，也称ER筒夹。也可以用来固定加固需要改造加工零件的一种固定锁紧装置。ER弹簧夹头，夹紧力大，夹持范围广，精度好。广泛用于镗、铣、钻、攻丝、磨雕刻等加工。E

38、R夹头，是弹簧夹头的一种，一般用于数控刀柄配套使用。气动夹头：性能优势：(1)装夹迅速提高工效；(2)降低劳动强度提升企业形象；(3)结构简单安装方便；(4)无需使用耗材投资一步到位；(5)夹持力大夹持范围广；(6)夹持精度高使用寿命长；(7)安全性、可靠性强。安全夹头：安全夹头，卧式安装及立式安装。安全夹头具有设计简单、安装容易，耦合分离准确及安全实用的优点。另外，安全夹头的传动部分可以根据机械性能和不同的尺寸需要进行设计和制造。滑动式安全夹头在机床运行加工中可以进行轴向调节，也可以通过手轮（可选），轴支架板卷曲轴调节扭矩确保安全，准确的传递。2.2弹簧夹头的主要尺寸图2-3a所示为弹簧夹头

39、的机构见图，图中1是夹紧元件弹簧套筒，2是拉杆。当原始作用力Q通过拉杆2是弹簧套筒1往左移动式，通过锥面的作用是夹爪收缩，从而对工件进行定心夹紧。弹簧套筒为薄壁带锥面的夹紧元件，其结构如图2-3b所示。带锥面一端开有三条或四条轴向槽a。弹簧套筒有三个基本部分，一是夹爪A，二是包括夹爪在内的弹性部分B，称为簧瓣，三是导向部分C。图2-3弹簧夹头的结构1弹簧套筒 2拉杆本次设计的弹簧夹头的主要尺寸如下：2.3弹簧夹头夹紧力计算弹簧夹头的夹紧力的计算与斜楔夹紧机构类似，当要考虑夹紧时套筒的变形阻力R，每瓣弹簧夹爪的阻力值时可近似地按弧形断面的悬臂梁的变形阻力来进行计算，如图2-4所示。图2-4 簧瓣

40、的变形阻力 （2-1）式中： 三瓣夹头： 弹簧夹头在夹紧时的受力情况如图2-5所示:图 2-5 弹簧夹头夹紧力计算夹紧力按下式计算： （kgf） （2-2）式中 Q轴向作用力（kgf） R套筒的变形阻力（kgf） 假定轴向力为7340N，则夹紧力为： 以上公式出自机床设计手册 第三册2.4弹簧夹头的技术要求 弹簧夹头的定心精度一般为0.020.05mm。 弹簧夹头的材料一般用65Mn(热处理C58）、T10A（热处理C51）或9SiCr(热处理60）。弹簧夹头常采用65Mn、60Si2Mn、9SiCr等几种材料，为了使弹簧夹头的颈部不易断裂和具有良好的弹性，一般采用的是弹簧钢。近来也有选用GC

41、r15轴承钢的。总结了以前弹簧夹头热处理的不足，现在做出了以下的改进： （1）一段（整体）硬度法：采用整体亚温淬火、等温淬火，获得整体硬度5055HRC。经过淬火后的弹簧夹头获得的弹性性能还不错，但夹紧部位获得的硬度不足，长时间使用会出现磨损。使用寿命很短。 （2）二段硬度法：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，二段硬度法弥补了夹紧部位硬度不足的问题，但颈部、尾部的弹性性能达不到要求，相应部位会很脆，易断裂。 （3）三段硬度法：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

42、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。 近年来对弹簧夹头材料的进行各种选择，热处理的工艺方式进行各种改进和多次试验，发现还是没有办法提高弹簧夹头的使用寿命。在精密机床中要求弹簧夹头具有使用次数大于两万次，而目前市场上的弹簧夹头只能使用一万次左右。 为了实现精密机床主轴筒夹夹头的精确设计，夹持提高其可靠性，系统必须进行的机制的深入研究用于夹紧夹头，加之有效可靠性分析

43、方法夹头夹紧有效可靠性预测。第三章 碟形弹簧3.1碟形弹簧的结构和类型3.1.1蝶形弹簧的基本概念 碟形弹簧主要是由钢板冲压成带锥度的压缩弹簧。 碟形弹簧按结构形式可以分为两种，如图3-1所示。a型无支撑面的碟形弹簧。b型有支撑面的碟形弹簧。 图3-1 碟形弹簧结构图3.1.2碟形弹簧的分类碟形弹簧按其厚度分为三类，如表3-1所示。表3-1按碟形弹簧厚度分类3.2碟形弹簧的尺寸系列GB/T1972-1992规定，碟簧尺寸和参数分为A、B、C三个系列，在相同的外径尺寸下，A系列承载大，刚度大。如表3-2所示。表3-2碟形弹簧尺寸系列3.3碟形弹簧的设计计算 本文采用的是的A系列碟形弹簧的对合方式

44、，螺母套对碟形弹簧施加大约7340N的轴向力才能使弹簧夹头夹紧工件，而此时碟形弹簧被压缩了大约3.5mm。 系数值除按式计算外，也可以按下表查取。系数值可在下图中根据h0/t查得，从而较为方便的计算出碟簧的作用载荷。图3-2 碟形弹簧特性曲线A系列碟簧D=100mm，对合方式 （3-1） (3-2） 代入公式： （3-3）根据对合方式组合的碟形弹簧的计算方法，每个碟形弹簧所承受的载荷是相同的。 (3-4）由上图3-2中可以查出A系列的碟形弹簧特性可知，及时， 碟形弹簧对合方式： （3-5）取整数，一共需要14片碟形弹簧。计算出碟形弹簧在未受到外力载荷情况下，它的总自由高度： 拉杆需要向左移动4

45、mm，且这时碟形弹簧压缩7.5mm，计算出碟形弹簧将受到多大的外力载荷才能使工件松开。 （3-6） 查单片碟形弹簧的特性曲线，如图3-2所示： （3-7） 当活塞杆对拉杆产生16.7KN拉力时，碟形弹簧压缩量大于7.5mm时，工件能轻松取下。 以上公式出自机械零件设计手册第四章 拉杆的设计4.1确定拉杆的直径根据碟形弹簧的内经尺寸以及其它装配零件的尺寸设计的拉杆结构如图4-1所示。图4-1 拉杆设计图4.2 设计拉杆的长度通过设计需要14片碟形弹簧对合装配在拉杆上，拉杆的左侧装有锁紧螺母。计算出碟形弹簧的总自由高度是114.8mm，再根据主轴部件的组装长度设计出拉杆的长度为513mm。4.3 拉杆的强度校核轴类零件在设计的时候，要考虑它的强度校核，而拉杆的强度条件为： （4-1） 式中： 拉杆上的最大轴向力；