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拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)（臥式）
1 前言
某拖拉機(jī)廠是一家專門生產(chǎn)拖拉機(jī)及其零部件的廠，臥式X62W銑床是該廠用來銑削拖拉機(jī)撥叉腳厚度的機(jī)床。隨生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高，顯然X62W銑床越來越不能滿足要求和社會競爭性原則了。
X62W銑床對于銑削大批量拖拉機(jī)撥叉，既不經(jīng)濟(jì)也不實(shí)惠。在生產(chǎn)拖拉機(jī)撥叉，X62W銑床不僅人工操作，工人勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低，而且工人技術(shù)水平也要求高。因此廠方必需培訓(xùn)專門的技術(shù)人員，工作過程是人工上料----人工定位----手動夾緊----開機(jī)----手動銑削----銑削完后關(guān)機(jī)----松開夾具----取下工件。從而耗費(fèi)了大量的時(shí)間。由于頻繁的開機(jī)關(guān)機(jī)對機(jī)器的損耗很大，多次的沖擊也使刀具的使用壽命也大大減小了。人工定位、手動夾緊以及手動銑削使產(chǎn)品的精度降低，廢品率的增大，從而使生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)率低，迫切要求改變這種生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)X62W型臥式撥叉銑專機(jī)就是非曲直了解決這一問題的。
X62W型臥式撥叉銑專機(jī)，主要用于拖拉機(jī)齒輪箱的撥叉腳厚度。此專機(jī)的工作過程是人工上料——自動定位——自動夾緊——自動銑削，銑畢自動松開工件后由操作者取下。
本課題來源于現(xiàn)某拖拉機(jī)制造股份有限公司。該公司在加工拖拉機(jī)齒輪箱的撥叉腳厚度時(shí)，利用臥式銑床X62W人工操作，工人勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低。隨生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高，迫切要求改變這種生產(chǎn)現(xiàn)狀，因此他們需要一臺撥叉銑專機(jī)，對這種專機(jī)的技術(shù)要求是：
a.加工時(shí)該工件的主軸孔呈立式安置；
b.工作節(jié)拍為每分鐘加工20件；
c.加工時(shí)，由操作員人工上料——自動定位——自動夾緊——全速連續(xù)自動銑削；銑畢工件被自動松開，后由操作者取下并上下一個(gè)料(上料、下料時(shí)不停機(jī))；
d.工件以其主軸孔定位，定位心軸置于圓盤工作臺上，圓盤工作臺主軸呈立式安置；
e.專機(jī)工作安全、可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡單；
f.專機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，裝料高度為800mm左右。
在黃開有老師的指導(dǎo)下，首先進(jìn)行了方案論證。經(jīng)過研究和討論，由于需設(shè)計(jì)的機(jī)床工作節(jié)拍為每分鐘加工20件，因此要節(jié)省工件的上料時(shí)間。這就需要上料和銑加工同時(shí)進(jìn)行。工件夾具設(shè)計(jì)時(shí)要用彈簧夾頭來夾緊，工件的支撐臺需要是一個(gè)大圓盤。另外還要設(shè)計(jì)一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)銑加工。另外工件的定位要精確。這樣加工時(shí)就會實(shí)現(xiàn)人工上料——自動定位——自動夾緊——全速連續(xù)自動銑削這個(gè)過程。
在這樣的設(shè)計(jì)效果下X62W型臥式撥叉銑專機(jī)可以使工作的效率大大的提高，生產(chǎn)過程安全、可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡單。改造后的
X62W型臥式拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)在生產(chǎn)實(shí)踐中將會得到有效的應(yīng)用，而且會取得了良好的效果，在滿足生產(chǎn)急需的前提下為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
2 總體方案論證
2.1被加工零件分析
2.1.1零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
撥叉的零件圖如圖所示，該零件是東風(fēng)12型手扶拖拉機(jī)副變速撥叉，撥叉頭以孔套在軸上，并用銷釘與軸聯(lián)接，撥叉腳在雙聯(lián)交換齒輪的槽中，變速操縱機(jī)構(gòu)通過撥叉頭部的操縱槽帶動撥叉與軸一起在變速箱中滑移，從而實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的變速。
零件的主要工作表面為操縱槽、撥叉腳撥動雙聯(lián)交換齒輪在花鍵軸上滑動，從而實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的變速。
零件的主要工作表面為操縱槽、撥叉腳兩端面，主要配合面為孔、孔和撥叉腳內(nèi)側(cè)面。零件的形狀較特殊，屬特形零件，結(jié)構(gòu)簡單。由于撥叉在工作時(shí)承受一定的力，因此要有足夠的強(qiáng)度、剛度和韌性。
2.1.2主要技術(shù)要求
零件圖上的主要技術(shù)要求為：撥叉腳表面淬火回火后硬度不小于50HRC。去毛刺、銳棱。
2.1.3加工表面及其要求
a.孔：孔徑mm，兩端倒角1mm×45°，表面粗糙度為Ra3.2。
b.撥叉頭端面：保證尺寸25，表面粗糙度為Ra12.5。
c.操縱槽：寬度為14mm，深度為16mm，對稱面與撥叉頭端面的距離為14.5mm，兩側(cè)面及底面的表面粗糙度為Ra12.5。
d.撥叉腳端面：厚度尺寸為mm，表面粗糙度為Ra6.3、對的軸線的垂直度為0.1mm，外端面與操縱槽對稱面的距離為50.5mm。
e.撥叉腳內(nèi)側(cè)面：寬度尺寸為，其對稱面與撥叉頭對稱面之間的夾角為60°，表面粗糙度為Rd12.5。
f.孔：孔徑mm，表面粗糙度為Ra12.5，孔的軸線對孔軸線的位置度誤差不超過0.2mm。
2.1.4零件材料
零件材料是精鑄ZG65，是中碳鋼，其強(qiáng)度與球鐵相近，但其沖擊韌性和疲勞極限卻比球鐵高得多，其鑄造工藝性介于低碳鋼和高碳鋼之間，可進(jìn)行熱處理，以獲得所需要的機(jī)械性能。
2.2 毛坯的選擇
2.2.1確定毛坯的類型及制造方法
由于零件的材料為ZG310——570，零件形狀不規(guī)則，因此選用鑄造毛坯。由于零件年生產(chǎn)量大，屬于大批生產(chǎn)，零件的輪廓尺寸不大，而且工件上有很多表面不切削加工，所以選用砂型機(jī)器造型。
2.2.2確定毛坯的形狀尺寸如圖所示
選擇過零件最高線且平行與叉腳對稱面的平面（撥叉腳對稱面偏右1.7mm）作分型面。鑄件采用帶型芯的分模造型，多件同時(shí)澆注,鋼水經(jīng)兩撥叉腳位置經(jīng)橫澆口流入.
由于該零件屬特形零件,且利用不加工表面進(jìn)行定位的情形較多,零件圖上列出精鑄,所以確定鑄件的尺寸公差等級為GB641486的CT9,機(jī)械加工余量等級為AM-H.。
2.2.3確定毛坯的技術(shù)要求
a.鑄件無明顯的鑄造缺陷；
b.未注圓角為R3~5；
c.撥模斜度為30；
d.機(jī)加工前正火，消除內(nèi)應(yīng)力；
2.2.4繪制毛坯圖
根據(jù)零件結(jié)構(gòu)形狀，在各加工表面加上加工余量，繪制毛坯圖如圖所示
圖 2-1 工件毛坯圖
2.3基準(zhǔn)選擇
由于圖所示的撥叉零件圖上多數(shù)尺寸及形位公差以孔及其端面為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，因此必須首先將孔及其端面加工好，為后續(xù)工作準(zhǔn)備基準(zhǔn)。根據(jù)粗、精基準(zhǔn)選擇的原則，確定各加工表面的基準(zhǔn)如下：
a.孔及其端面：撥叉頭的外輪廓及端面（粗基準(zhǔn)。
b.撥叉腳端面（粗加工）：孔及其端面。
c.撥叉腳端面（精加工）：孔及撥叉腳端面。
d.撥叉腳內(nèi)側(cè)面：孔、撥叉腳端面及撥叉腳外側(cè)面。
e.操縱槽：及其端面、撥叉腳內(nèi)側(cè)面。
f.孔：孔、操縱槽、撥叉腳內(nèi)側(cè)面
2.4擬訂機(jī)械加工工藝路線
2.4.1確定各加工表面的加工方法及加工路線
該撥叉的加工表面為：及端面的兩側(cè)面及內(nèi)側(cè)面、操縱槽、孔。
根據(jù)各加工表面的精度要求和表面粗糙度要求，孔的加工路線為鉆——鏜——較；端面的加工方法為車；撥叉腳端面的加工路線為粗銑——磨；撥叉腳內(nèi)側(cè)面的加工方法為銑削；操縱槽的加工方法為銑削；孔的加工方法為鉆削。
2.4.2擬訂加工工藝路線
a.工藝路線方案一
工序a 車撥叉頭端面，鉆、鏜、鉸孔，孔口倒角。
工序b 校正撥叉腳。
工序c 粗銑撥叉腳兩端面。
工序d 銑撥叉腳內(nèi)側(cè)面。
工序e 銑操縱槽。
工序f 鉆孔。
工序g 去毛刺。
工序h 撥叉腳局部淬火。
工序i 校正撥叉腳。
工序j 磨撥叉腳兩端面
工序k 清洗。
工序l 檢驗(yàn)。
b.工藝路線方案二
工序a 車撥叉頭端面。
工序b 鉆、鏜、鉸孔，孔口倒角。
工序c 孔口倒角。
工序d 校正撥叉角。
工序e 粗銑撥叉腳兩端面。
工序f 銑撥叉腳內(nèi)側(cè)面。
工序g 銑操縱槽。
工序h 鉆孔。
工序i 去毛刺。
工序j 撥叉腳局部淬火。
工序k 校正撥叉腳。
工序l 磨撥叉腳兩端面。
工序m 清洗。
工序n 檢驗(yàn)。
工藝路線方案分析: 工藝路線方案一是按工序集中原則組織工序，孔及端面需采用六角車床和專用夾具加工，優(yōu)點(diǎn)是工藝路線短，優(yōu)點(diǎn)是工藝路線短，孔及其端面的加工在一臺機(jī)床上完成，減少工件裝夾次數(shù)，易于保證加工面相互位置精度，需要的機(jī)床數(shù)量少，減少工件在工序間的運(yùn)輸，減少輔助時(shí)間和準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間。工藝路線方案二是按工序分散原則組織工序，撥叉頭端面可在普通車床上用通用卡盤裝夾加工，孔可在普通鉆床上用鉆模加工，孔口倒角在另一抬車床上加工。優(yōu)點(diǎn)是可以采用通用機(jī)床和通用夾具、缺點(diǎn)是工藝路線長，增加了工件的裝夾次數(shù)，而且工序Ⅰ和工序Ⅱ重復(fù)使用粗基準(zhǔn)。由于本零件形狀不規(guī)則，加工面分散，而且生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)，可以采用萬能性機(jī)床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。綜合上述兩工藝路線方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇第一種方案。
2.5確定機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》（以下簡稱《工藝手冊》），分別確定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公差如表1。
表2-1 加工余量、工序尺寸及公差
工序
工序內(nèi)容
單邊余量
工序尺寸
表面粗糙度Ra
工序Ⅰ
1．車撥叉頭端面
3.5mm
25mm
12.5m
2.鉆孔
6.5mm
12.5
3.鉸孔
0.5mm
6.3
4.孔口倒角
1mm
1mm×45°
12.5
工序Ⅲ
粗銑撥叉腳兩端面
3 mm
6mm
12.5
工序Ⅳ
銑撥叉腳內(nèi)側(cè)面
3.5mm
12.5
工序Ⅴ
銑操縱槽
7mm
14HB
12.5
工序Ⅵ
鉆孔
4.35mm
12.5
工序Ⅹ
磨撥叉腳兩端面
0.3mm
6.3
2.6 選擇機(jī)床設(shè)備及工藝裝備
根據(jù)一般工廠現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，為了滿足生產(chǎn)需要，現(xiàn)選用各工序所用的設(shè)備為：
工序a C366——1 回轉(zhuǎn)式六角車床，YT15外圓車刀，，卡尺，標(biāo)準(zhǔn)錐柄麻花鉆 ，YT15銑刀孔用塞規(guī)，YT15外圓車刀。
工序b 鉗工臺、校正工具。
工序c X62W臥式銑床，YT15三面刃銑刀，專用夾具，0~200/0.02mm游標(biāo)卡尺。
工序d X62W臥式銑床，YT15三面刃銑刀，專用夾具，0~200/0.02mm游標(biāo)卡尺。
工序e X62W臥式銑床，YT15三面刃銑刀，專用夾具，0~200/0.02mm游標(biāo)卡尺。
工序f Z515鉆床，錐柄麻花鉆，鉆用夾具，0~200/0.02游標(biāo)卡尺。
工序g 鉗工臺，校正工具，0~200/0.02mm游標(biāo)卡尺。
工序h M7120A平面磨床，砂輪，專用夾具，0~200/0.02mm游標(biāo)卡尺。
3.金屬切削用量的選擇與計(jì)算
3.1 刀具的選擇
銑刀的直徑的大小直接影響切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任意取，根據(jù)被加工零件的分析，選擇鑲齒三面刃銑刀。銑刀的尺寸為：。
由于加工零件的材質(zhì)為ZG65，所以刀具的材料選擇YT15。其工藝性好，滿足加工工藝要求。
3.2切削用量的選擇以及計(jì)算
a.確定背吃刀量，由毛坯圖得ae=18mm,ap=4mm.
b.確定每齒進(jìn)給量 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3——5得
每齒進(jìn)給量為fz=0.009——0.18mm, 取fz=0.09
c.選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)以及耐用度：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7
銑刀刀齒后面最大磨損量為1.2 mm，耐用度T=150mm。
d.確定切削速度和工作臺每分鐘進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.27
Cv=600，qv=0.21 ，xv=0，yv=0.21，uv=0.4，pv=0，m=3.5，kv=1.1
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.30與475.38r/min相近的主軸轉(zhuǎn)速為475r/min和600r/min。取n=475r/min。實(shí)際切削速度為vc=119.32mm/min。
工件每分鐘進(jìn)給量為fmz=fz×60×10=0.09×10×60=54mm/min.
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.30X62w銑床與54mm/min相近的工作臺進(jìn)給量為47.5mm/min和60mm/min。選擇60mm/min 。
則實(shí)際每齒進(jìn)給量為
4.機(jī)械傳動裝置的總體設(shè)計(jì)
4.1分析和擬訂傳動裝置
經(jīng)過分析和比較，決定采用如下的傳動裝置，銑削運(yùn)動通過電機(jī)帶動V帶輪，通過帶輪傳遞動力，帶動軸傳動，通過扭矩帶動銑刀做切削運(yùn)動。而零件的運(yùn)動通過減速機(jī)帶動活動盤運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)零件的連續(xù)不段地運(yùn)轉(zhuǎn)。整個(gè)部分結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)。
4.2 減速機(jī)的選擇
因?yàn)閷?shí)際每齒進(jìn)給量為fz=0.1mm/z
所以縱向進(jìn)給量vf=fzzn=0.1×10×475=475
則
由表2——5《實(shí)用金屬切削計(jì)算手冊》得cp=50
由《實(shí)用金屬切削計(jì)算手冊》表2——6得k=1.2，
由《實(shí)用金屬切削計(jì)算手冊》表2——7得k1=0.94
N
帶輪傳動比在，在這里取
電機(jī)功率為
查雙級減速機(jī)電動機(jī)功率表取傳動比i=2537
輸入轉(zhuǎn)速n1=1500r/min
由輸出軸許用扭矩為，故取電機(jī)型號為
BLE2215-59×43-0.55
即P=0.55kw.
圖4-1 減速機(jī)
減速機(jī)的主要尺寸為：D=340，L=443，L1=382，D1=310，D2=270，E=80，h=15,R=4,安裝螺孔：n=6,d0=13,d1=55,b1=16,C1=59,l1=75,S 為M10，d2=30,b2=8,C2=33,l1=44,重量為100kg.。
擺線針輪減速機(jī)廣泛應(yīng)用于化工、石油、制藥、輕工、印染、紡織、起重運(yùn)輸、工程機(jī)械、造船、冶金、礦山、環(huán)境保護(hù)以及國防等工業(yè)內(nèi)部，作為驅(qū)動裝置以及減速傳動裝置，產(chǎn)品有如下特點(diǎn)：
a.傳動比大。
b.傳動效率高。
c.使用壽命長。
d.承載能力高，并可以承受較大過載及沖擊載荷。
e.運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪音低。
f.容易拆卸以及裝配，維修方便。
g.結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。
標(biāo)準(zhǔn)型行星擺線針輪減速機(jī)是按每日八小時(shí)的單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)的條件下設(shè)計(jì)的。如負(fù)荷性質(zhì)，工作條件變化，應(yīng)考慮工作情況系數(shù)K。即應(yīng)將所需功率乘以工作情況系數(shù)K，作為選擇機(jī)型的設(shè)計(jì)功率。
如果輸入轉(zhuǎn)速是變化的，則所傳選的功率也應(yīng)變化。在使用變速原動機(jī)驅(qū)動時(shí)，應(yīng)確定工作條件是“恒功率”還是“恒扭矩”。“恒功率”時(shí)應(yīng)按最低速選擇機(jī)型號，“恒扭矩”時(shí)按最高轉(zhuǎn)速選擇機(jī)型號。
4.3帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
A.選擇v帶型號
a.確定計(jì)算功率Pca 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表4.6得工作情況系數(shù)KA=1.1
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式4.22得Pca=KAP=1.1×3=3.3kw
b.選擇V帶型號
按Pca=3.3kw、n1=1500r/min查圖4.1選A型V帶
B.確定帶輪直徑dd1、dd2
a.選取小帶輪直徑dd1
參考圖4.11及表4.4，選小帶輪直徑dd1=90mm 即dd1=90mm
b.驗(yàn)算帶速
V=7.065在5-25m/s內(nèi)，合適。
c.確定從動帶輪直徑dd2
查表4.4取dd1=280mm
d.計(jì)算實(shí)際傳動比
e.驗(yàn)算從動輪實(shí)際轉(zhuǎn)速
（482-475）/475×100%=1.47%<5%
n2=482r/min允許
C.確定中心距a和帶輪Ld
a.初選中心距a0
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式4.23
取a0=500mm
b.求帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度L0
由式4.24
查表4.2得Ld=1600mm
c.計(jì)算中心距a
由式4.25
d.確定中心距調(diào)整范圍
由式4.26
amax=549mm
amin=477mm
D.驗(yàn)算小帶輪包角
由式4.12
合適
E.確定V帶根數(shù)z
a.確定額定功率Po
由dd1=90mm，、n1=1460r/min 以及n1=1600r/min， 查表4.5得單根A型v帶的額定功率分別1.07kw和1.15kw。用線性插值法求n1=1500r/min時(shí)的額定功率P0值
b.確定V帶根數(shù)z
由式4.28
確定△P0 查表4.7得△P0=0.17kw
確定包角系數(shù)K 查表4.8得K=0.95
確定長度系數(shù)KL 查表4.2得KL=0.99
計(jì)算V帶根數(shù)
取 z=3根合適
F.計(jì)算V帶初拉力F0
查表4.1得q=0.1kg/m
由式4.29
G.計(jì)算對軸的壓力
由式4.30得
H.確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸，繪制帶輪工作圖
dd2=280mm，采用孔板式結(jié)構(gòu)，其工作圖如圖1，
圖 4-2 大帶輪
dd1=90mm，采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)，工作圖如圖2
圖4-3 小帶輪
5. 彈簧夾頭的特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1彈簧夾頭的介紹
在現(xiàn)代復(fù)雜的制造環(huán)境中，想在最佳狀態(tài)下保持連續(xù)切削加工，大多數(shù)工廠都必須經(jīng)過機(jī)床制造商的嚴(yán)格培訓(xùn)，認(rèn)真學(xué)習(xí)新設(shè)備的加工運(yùn)動原理、結(jié)構(gòu)特征和使用技巧，方能進(jìn)行操作使用。尤其對于頂端的技術(shù)系統(tǒng)，更是如此。例如，先進(jìn)的機(jī)床控制系統(tǒng)，復(fù)雜形狀零件的軸加工程序的匯編等。慶幸的是，有一種與此相反的處理方案，這就是截止目前已經(jīng)開發(fā)出的一些功能強(qiáng)大、精度高，但又容易操作(勿須專門培訓(xùn))和使用壽命長的工藝裝備。用以快速定位、夾緊工件(或刀具)的相對卡盤定位精度高的彈簧夾頭(或稱彈簧套)就屬于這一范疇。一個(gè)好的工件夾頭的使用，能提高生產(chǎn)效率和加工零件精度。彈簧夾頭雖小，但在機(jī)床工業(yè)中確實(shí)起到了很重要的作用，這是都是由于它具有以下很強(qiáng)的功能：
a.能精確地定位與夾緊工件(或刀具)，具有抵抗扭矩和承受來自多方向切削力的功能。
b.具有增大驅(qū)動力(拉力)和轉(zhuǎn)換驅(qū)動力為工件(或刀具)夾緊力的功能。
c.具有快速松開工件(或刀具)的功能。
d.具有在不降低加工精度和使工件不受損害前提下的高重復(fù)精度。
e.具有能在較寬的主軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作與只有極小的夾緊力損失的能力。
f.在高速切削中的轉(zhuǎn)動慣量最小。
5.2 彈簧夾頭的夾緊力的影響因素：
總的來說，彈簧夾頭的設(shè)計(jì)和使用是一個(gè)涉及面很寬的領(lǐng)域，它是需要相對應(yīng)于多種機(jī)床系列，以及包括了為體現(xiàn)它與機(jī)床各自不同風(fēng)格和特征 而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，所以總數(shù)已有成千上萬。但是現(xiàn)在還有一個(gè)普遍的錯(cuò)誤觀念，認(rèn)為彈簧夾頭只用以夾緊圓柱形工件毛坯。這是不符合事實(shí)的，實(shí)際上它幾乎能對任何形狀的工件(或刀具)，包括正方形或六邊形工件進(jìn)行定位夾緊。
下面主要介紹影響各種彈簧夾頭正確裝夾定位和夾緊力的有關(guān)因素和工作原理。
夾緊力是機(jī)床經(jīng)彈簧夾頭施加在工件上的力。本文講的是一個(gè)在車床上使用的用以定位、夾緊工件的彈簧夾頭 , 同樣也可以被用來對刀具、磨削的工件實(shí)行 定位、夾緊或許多別的場合。拉桿的外螺紋與彈簧夾頭的后端內(nèi)螺紋連接拉緊，產(chǎn)生軸向拉力。然后由機(jī)床主軸前端的被稱為鎖緊角的錐面，將軸向拉力轉(zhuǎn)換成一垂直于彈簧夾頭中心的夾緊力。不僅如此，夾緊力還可以通過鎖緊角將其擴(kuò)大，經(jīng)過計(jì)算得知，根據(jù)不同的鎖緊角，彈簧夾頭夾緊力可擴(kuò)大3-4倍。
彈簧夾頭是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的工藝裝置，卻有許多影響夾緊力的主要因素 。對于基本原理的了解可以幫助工件(或刀具)正確裝夾和迅速查找故障。以下介紹幾個(gè)影響夾緊力的主要因素和總結(jié)的使用經(jīng)驗(yàn)：
a.軸向作用力。如圖所示為拉桿施于彈簧夾頭的軸向拉力 。在彈簧夾頭的使用中，軸向力拉力可由不同的方式施加，但其作用原理基本相同。很明顯，大的軸向拉力將產(chǎn)生大的夾緊力，反之亦然。一般拉桿的軸向拉力可由操作員進(jìn)行調(diào)整。
b.在彈簧夾頭使用中，設(shè)計(jì)的鎖緊角(或頭部傾角)大小將決定著夾緊力經(jīng)擴(kuò)大后能達(dá)到的指標(biāo)， 通常由機(jī)床制造商和彈簧夾頭制造商決定。當(dāng)彈簧夾頭新的設(shè)計(jì)還正在探求之中， 從經(jīng)濟(jì)性和可靠性考慮， 設(shè)計(jì)師建議用戶使用現(xiàn)有彈簧夾頭結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)錐度(或頭部傾角)已根據(jù)機(jī)床類型(如車床等)、使用條件(動態(tài)與靜態(tài))和用途(工件與刀具)不同，由設(shè)計(jì)時(shí)確定。
c.工件(或刀具)與彈簧夾頭之間的總摩擦力將直接 影響夾緊力。小的摩擦值將導(dǎo)致小的夾緊力，反之亦然 。彈簧夾頭供應(yīng)商能采取各種措施，克服彈簧夾頭與工件(或刀具)之間的相對轉(zhuǎn)動或軸向竄動等，比如彈簧夾頭內(nèi)孔有意制出鋸齒形狀或?qū)⒂操|(zhì)合金微晶粒浸漬在夾緊表面等。
d.主軸錐面與彈簧夾頭在鎖緊角處產(chǎn)生摩擦。其摩擦力大小也直接影響彈簧夾頭對工件的夾緊力大小。摩擦力太小時(shí)夾緊力不夠，太大的夾緊力，會加快彈簧夾頭磨損。使用中彈簧夾頭要經(jīng)常松開實(shí)行工件交換，例如在車削加工中心上使用，需在松開時(shí)在彈簧夾頭內(nèi)孔表面噴涂一薄層潤滑劑。有條件采用冷卻劑潤滑更好，因?yàn)槔鋮s劑提供可沖洗彈簧夾頭，而且潤滑性效果好。尤其在鎖緊角處定期施加冷卻劑，則能減少長期磨損和增加夾緊力。一些更多潤滑效果更好的材料也可以使用，包括有EP(極限壓力)特性的高質(zhì)量潤脂油或蠟基材料。似乎有些奇怪的是，一些聰明的操作者在加工難度大，而且在一般的冷卻潤滑的效果都不佳時(shí)，選用女士們使用的唇膏，據(jù)稱效果很好。
e.選擇合適的彈簧夾頭名義直徑尺寸，以保證彈簧夾頭對工件的完全支撐是增大夾緊力和可靠夾緊保證高質(zhì)量加工的必要條件。如果彈簧夾頭的名義孔直徑選擇太大，工件僅僅由彈簧夾頭的孔口部分將工件夾緊，將引起工件外圓和彈簧夾頭內(nèi)孔之間幾何形狀的不匹配，因而降低夾緊力。如果如果夾頭名義孔直徑選擇太小，只有頭部傾角的內(nèi)部與工件接觸，相對而言，夾緊力增大，但引起夾頭與工件的不同心問題。在一個(gè)名義尺寸下，它可對名義直徑相同的工件進(jìn)行裝夾定位。當(dāng)選擇彈簧夾頭名義的孔徑尺寸，Hardinge公司推薦指標(biāo)為能在 0.0254mm 范圍發(fā)生變化 。
6.軸的強(qiáng)度校核
6．1 求軸上載荷
A.計(jì)算帶輪受力
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：
帶輪的拉應(yīng)力
帶輪的離心拉應(yīng)力
帶輪的彎曲應(yīng)力
Fa對軸心產(chǎn)生的彎矩
B.求支反力
軸承的支點(diǎn)位置 參見圖 由軸承座查手冊為a=10mm
帶輪中點(diǎn)距左支點(diǎn)距離
帶輪中心距左支點(diǎn)的位置
左支點(diǎn)的水平面的支反力
右支點(diǎn)的水平面的支反力
左支點(diǎn)垂直面的支反力
右支點(diǎn)垂直面的支反力
6.2 計(jì)算彎矩和扭矩
截面C處水平面彎矩
截面C處垂直面彎矩
截面C處合成彎矩
6.3 彎矩合成強(qiáng)度校核
截面C處計(jì)算彎矩
考慮啟動、停機(jī)的影響，扭矩為脈動循環(huán)變應(yīng)力，
截面C處計(jì)算應(yīng)力
強(qiáng)度校核：45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.2得, 彎矩合成強(qiáng)度滿足要求。
6.4 疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)
不計(jì)軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力的影響
A.確定危險(xiǎn)截面
由于dmin 在估算時(shí)放大了5%以考慮鍵槽的影響，而且截面A，Ⅱ、Ⅲ、B只承受轉(zhuǎn)矩，故不必校核。
截面C上應(yīng)力最大，但由于過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在該軸段兩端，故不必校核。
截面Ⅳ、Ⅴ處應(yīng)力接近最大，應(yīng)力集中相近，且最嚴(yán)重，但截面Ⅴ不受轉(zhuǎn)矩作用，故不必校核。截面Ⅳ為危險(xiǎn)截面，截面Ⅳ的左右兩側(cè)均需校核。
B.截面Ⅳ左側(cè)強(qiáng)度校核
抗彎截面系數(shù)
截面Ⅳ左側(cè)的彎矩
截面上的彎曲應(yīng)力
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
平均應(yīng)力 ：彎曲正應(yīng)力為對稱循環(huán)彎應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，
應(yīng)力幅
材料的力學(xué)性能 45鋼調(diào)質(zhì)，查表11.2得
軸肩理論應(yīng)力集中系數(shù)
查表1.6并經(jīng)插植計(jì)算
材料的敏感系數(shù) 由r=1.0mm,查圖2.8并經(jīng)插值得
有效應(yīng)力集中系數(shù)
尺寸及截面形狀系數(shù)
由h=4mm.d=36mm查圖2.9得
扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù) 由D=d34=36mm查表2.10
表面質(zhì)量系數(shù)
軸按磨削加工 查圖2.12
表面強(qiáng)化系數(shù) 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理
疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)
等效系數(shù) 45鋼： 取
取
僅有彎曲正應(yīng)力時(shí)的計(jì)算安全系數(shù)
僅有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時(shí)的計(jì)算安全系數(shù)
彎扭聯(lián)合作用下的計(jì)算安全系數(shù)
設(shè)計(jì)安全系數(shù)
材料均勻，載荷應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)：S=1.3~1.5 取 S=1.5
疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核
左側(cè)疲勞強(qiáng)度合格
同理右側(cè)合格
C.靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核
該設(shè)備無大的瞬時(shí)過載和嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱，無需靜強(qiáng)度校核
D.繪制軸的零件工作圖 附圖
圖6-1 軸
7 結(jié)論
通過對X62型銑床的改進(jìn)，設(shè)計(jì)出X62W型撥叉銑專機(jī)，兩種銑床相比較，X62W型撥叉銑專機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1.加工時(shí)該工件的主軸孔呈立式安置；
2.工作節(jié)拍為每分鐘加工20件；
3.加工時(shí)，由操作員人工上料——自動定位——自動夾緊——全速連續(xù)自動銑削；銑畢工件被自動松開，后由操作者取下并上下一個(gè)料(上料、下料時(shí)不停機(jī))；
4.工件以其主軸孔定位，定位心軸置于圓盤工作臺上，圓盤工作臺主軸呈立式安置；
5.專機(jī)工作安全、可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡單；
改造后的X62W型臥式拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)在生產(chǎn)實(shí)踐中將會得到有效的應(yīng)用，而且會取得了良好的效果，在滿足生產(chǎn)急需的前提下為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
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致 謝
在黃開有老師的帶領(lǐng)下，為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)業(yè)已經(jīng)結(jié)束?；仡櫿麄€(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程，雖然充滿了困難與曲折，但我感到受益匪淺。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)（臥式）。本設(shè)計(jì)是為了解決實(shí)際生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)力低的問題，因此廠方對我的要求很高。本設(shè)計(jì)是學(xué)完所有大學(xué)期間本專業(yè)應(yīng)修的課程以后所進(jìn)行的，是對我三年半來所學(xué)知識的一次大檢驗(yàn)。使我能夠在畢業(yè)前將理論與實(shí)踐更加融會貫通，加深了我對理論知識的理解，強(qiáng)化了實(shí)際生產(chǎn)中的感性認(rèn)識。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我基本上了解了專用機(jī)床設(shè)計(jì)的方法和步驟，以及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題等，另外還更加熟悉運(yùn)用查閱各種相關(guān)手冊，選擇使用工藝裝備等。
總的來說，這次設(shè)計(jì)，使我在基本理論的綜合運(yùn)用以及正確解決實(shí)際問題等方面得到了一次較好的鍛練，提高了我獨(dú)立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，縮短了我與工廠工程技術(shù)人員的差距，為我以后從事實(shí)際工程技術(shù)工作奠定了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)任務(wù)業(yè)已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗(yàn)，難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，在此懇請各位專家、老師及同學(xué)不吝賜教。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)在黃開有友老師的認(rèn)真指導(dǎo)下進(jìn)行的。黃老師經(jīng)常為我解答一系列的疑難問題，以及指導(dǎo)我的思想，引導(dǎo)我的設(shè)計(jì)思路。在三個(gè)多月的設(shè)計(jì)過程中，一直熱心的輔導(dǎo)。在此，我忠心地向他表示誠摯的感謝和敬意！
祝黃老師身體健康，家庭幸福，事業(yè)蒸蒸日上。
附錄
序號 圖名 圖號 圖幅
1 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)（臥式） BCXW62.00.00 A A0
2 彈簧夾頭 BCXW62.14 A2
3 底座 BCXW62-01 A1
4 軸 BCXW62-22 A2
5 孔板式板輪 BCXW62-19 A2
6 毛坯圖 12-37-112 A3
7 零件圖 12-37-113 A3
8 實(shí)心帶輪 BCXW62-20 A3
9 支架 BCXW62-17 A3
10 機(jī)械加工工藝過程卡片
11 機(jī)械加工工序卡片
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