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1、 学号：2015040521035 密级： 本科毕业论文（设计） 输入轴加工工艺流程编制及车铣复合夹具的设计 院（系）名称：机电工程学院 专业名称：机械电子工程 学生姓名：匡仁楷 指导教师：魏显飞、熊颖清 2019年月5日 BACHELORS DEGREE THESIS OF WUHAN DONGHU UNIVERSITYProcessing Process of Input Shaft and Design of Turning-milling Compound Fixture Candidate：Kuang Renkai Supervisor：Prof. Xiong yingqingMay
2、.5th,2019郑重声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日输入轴加工工艺流程编制及车铣复合夹具的设计摘 要机械制造业对世界经济的发展都有着十分重要的作用，而在机械制造中工艺流程的编制也是不可缺少的。本文是对输入轴的加工工艺流程编制和其车铣复合夹具的设计。本次设计内容包括输入轴加工工艺分析，编制出最适合的加工工艺流程，并完
3、成对输入轴车铣复合夹具的设计。设计采用的方法：首先分析循环球式转向器的结构形式及工作原理，论述为什么要对输入轴进行分析设计，然后通过对国外先进的加工工艺流程进行分析，制定出最适合本次设计的加工工艺流程，然后再对输入轴的车铣复合夹具进行设计，画出车铣复合夹具的组装图，完成本次设计。关键词：输入轴；循环球式转向器；流程编制；车铣复合夹具IDesign of Jigs For Drilling Tapping of Rack PistonABSTRACTMachinery manufacturing industry plays an important role in the developmen
4、t of the world economy, and the process planning is also indispensable in machinery manufacturing. In this paper, the processing flow of input shaft and the design of turning and milling compound fixture are presented. This design includes the analysis of the processing technology of the input shaft
5、, compiling the most suitable processing process, and completing the design of the turning and milling composite fixture for the input shaft. The design method: Firstly, the structure and working principle of the circular ball steering gear are analyzed, and the reason why the input shaft should be
6、analyzed and designed is discussed. Then, through the analysis of the advanced processing process abroad, the most suitable processing process for this design is worked out. Then, the Turning-Milling composite fixture of the input shaft is designed, and the assembly of the Turning-Milling composite
7、fixture is drawn out. Figure, complete the design.Keywords: Input shaft；Circulating ball steering gear；Process compilation；Turning and milling compound fixture目 录摘 要I1 绪 论11.1 研究背景11.2 研究的目的和意义11.3 国内外研究现状和发展趋势21.3.1 国内研究现状21.3.2 国外研究现状21.3.3 发展趋势21.4 主要研究内容32 循环球式动力转向器输入轴分析32.1分析循环球式转向器结构形式及工作原理32.
8、2 循环球式转向器中输入轴的重要性42.3 零件工艺分析42.4 毛坯的选材73 输入轴加工工艺流程的设计63.1 分析设计输入轴加工工艺流程63.2 输入轴加工所需工艺63.3 工艺流程的初步制定63.3.1 对国外先进的输入轴加工工艺进行分析63.3.2 选定工艺流程73.4 输入轴加工工艺流程84 输入轴车铣复合夹具的设计124.1 输入轴车铣复合夹具设计需要解决的主要问题124.2 分析现有输入轴车铣复合夹具并提出新的设计方案124.2.1分析现有夹具的优缺点124.2.2 初步制定输入轴车铣复合夹具的设计方案134.3 液压三爪卡盘夹具的结构及工作原理134.4 液压三爪卡盘主要参数
9、设计与结构计算154.4.1 液压腔的结构设计154.4.2 转子叶片数的设计154.2.3 摆动角的设计164.2.4 定子圆柱活塞的设计164.5 凹槽轮廓线的设计174.5.1 确定轮廓面段数174.5.2 活塞杠的升程184.5.3 参数1的设计194.5.4 参数的设计204.6 夹具装配图与夹具实体图205 结 论21参考文献22致 谢23附 录24III1 绪 论1.1 研究背景随着科技的发展和人们生活水平的提高，汽车也慢慢的成为了我们生活中必须品，我们日常出行也越来越依赖汽车，所以研究汽车的各种零件变得很有必要。而汽车转向系统也是不可忽视的一部分，它关系中我们在开车过程中的安全
10、问题，所以对汽车转向系统进行研究变得十分重要。而汽车转向系统中最重要的组成部分就是转向器，转向器的作用相当于是一个杠杠，可以放大转向盘输入的力，通过较小的力来改变汽车的行驶方向。转向器的最重要的零件就是输入轴。输入轴在加工时需要对输入轴进行加工工艺流程编制，而输入轴在加工时的夹具也是研究重点，所以对输入轴的的加工工艺流程编制与输入轴车铣复合夹具的设计也变得尤为重要。1.2 研究的目的和意义如今对输入轴的加工一般都是利用数控机床对零件进行智能化加工，而数控编程的基础条件就是对零件加工流程有足够的了解，因此对输入轴的加工工艺流程的编制也是数控编程中最重要、最复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核
11、心工作，在数控加工前，其数控加工工艺分析必须要提前完成。行为只有这样才能避免由于工艺方案的考虑不周而产生的产品质量问题，造成不必要的人力、物力等资源的浪费。因此，安全合理的对零件的数控加工工艺进行分析才是提高数控编程质量的重要保障。所以，在输入轴加工前，对其数控加工工艺分析是极其有必要的，这不仅仅是为了提高其加工的效率，更重要的是对其质量安全的保证。所以，我们研究输入轴的工艺流程是输入轴的加工工艺过程中必不可少的一部分。夹具的作用就是在零件进行加工时对零件固定，不让零件发生意外的移动，从而使零件能够进行安全的加工。输入轴的车铣复合夹具，是保障输入轴加工时输入轴的固定安全的重要工具，所以，在本课
12、题的内容就是如何设计出安全有效的输入轴车铣复合夹具。好的输入轴的加工加工工艺流程不仅可以提高工作的效率性，也可以避免资源的不必要浪费。输入轴的车铣复合夹具的设计，可保障输入轴在加工时的安全。1.3 国内外研究现状和发展趋势1.3.1 国内研究现状我国汽车行业经历了高速增长-爆发-新常态平稳增长的过程。2001年汽车销量236万辆。2002年4月-2004年5月，汽车销量进入第一轮为期两年的高速增长期，期间平均同比增长率达37.91%。2005年11月-2008年3月,汽车销量进入第二轮为期两年的次高速增张，期间平均同比增长率达24.22%。2009年4月-2010年12月之间出现爆发增长，期间
13、平均同比增长率达59.32%，最高同比增长幅度126.15%。2012年以后，汽车行业进入一种“新常态”：销量增幅变动减小，月度销量同比去年同期增速平均为7.89%。截至2018年4月，汽车最近12个月销量2935万辆，因此国内汽车行业发展趋势一片大好。汽车转向系统是汽车不可或缺的一部分，在国内许多地方都有了专门对汽车转向系统进行研究制造的专业工厂，而循环球式转向器是汽车最常用的一种转向器，所以国内大部分工厂都以制造循环球式转向器为主发展，在转向器市场上占据了优势。由于制造行业的竞争激烈，许多厂家如果质量不合格或者比不上其他厂家的生产产品，这些厂家就会被淘汰，导致了国内大部分循环球式生产工厂在
14、质量上不断提高。正是因为这种良性竞争，使国内在汽车转向系统的研究与制造方面变得更加深入。1.3.2 国外研究现状汽车转向系作为汽车关键部件之一得到了很好的发展，在国外已经行成了专业化、智能化、系统化的生产流程。在汽车行业如此良好的发展前景下，国外有很多的转向器厂已经发展成为大规模的、专业化的生产厂商，转向器年产量早已经超过了百万台，在质量上也得到了全世界的认可。国外的转向器销售点基本上已经遍布全世界，占据了转向器销售行业的90%以上。而循环球式转向器作为最广泛应用的转向器，在市场上受到了消费者的喜爱。因此国外的转向器大规模生产厂家重点基本在于对循环球式的生产上，所以国外的循环球式转向器已经形成
15、了专业化的生产线，这些厂家进行了大量的实验与研究，在产品的质量方面基本上是行业第一，并且由于专精于循环球式的生产，所以这些厂家专业生产线可以大幅度的提升循环球式转向器的生产效率。例如日本的NSK公司，由于在循环球式转向器上的研究，优化了生产线，使得该公司在生产循环球式转向器时，不仅质量高、产量高，最重要的是大幅度的减少了生产的成本，逐渐占领了日本的汽车转向器市场，成为日本汽车转向器市场的龙头企业，打开了国际市场的大门，在全世界都有它的销售点。又如德国的ZF汽车转向器公司，它因为生产专业的汽车转向器而在全世界都很有名气，其公司生产转向器的年产量早已达到了220多万台。另外国外还有一些转型的汽车转
16、向器生产厂，这些公司都正在慢慢向智能化、专业化的生产方向靠拢，因为专业化、智能化生产已经是大势所趋，如果不能成功转型，那么就很有可能被其他厂家给淘汰掉。也只有走上智能化、专业化的道路才能使产品更加安全、客户更加放心。1.3.3 发展趋势目前，循环球式转向器是国内外市场上最受欢迎的转向器结构种类之一。由于其螺母与螺杆之间没有滑动摩擦，只用滚珠与螺杆之间的滚动摩擦，所以循环球式转向器的传动效率相比于其他结构的转向器（如齿轮齿条式转向器）要高，再加上在汽车车速越来越追求极限的如今，对转向器的要求越来越高，不仅要求转向器拥有较高的强度和耐磨性，还要求转向器拥有较长的使用寿命。而循环球式转向器则满足以上
17、这些条件，这也是循环球式转向器为什么拥有这么大市场的原因。据资料显示，在全世界范围内，使用循环球式转向器的汽车占据了整个汽车的的50%，而大型汽车如（公交车、大型货车）等基本上都是使用的式循环球式转向器。由此我们可以看出循环球式转线器的发展前景还是十分可观的。1.4 主要研究内容及方法本次课题研究的内容重点在于输入轴的加工工艺流程以及输入轴的车铣复合夹具的设计。输入轴工艺的编制是采用CAXA工艺图表设计软件，对每道工序的工艺设备及加工参数，机械加工附图卡等进行编制。夹具要求结构简单，定位精准，安全可靠。2 循环球式动力转向器输入轴分析2.1分析循环球式转向器结构形式及工作原理循环球式转向器的主
18、要零件有螺杆、螺母、转向器壳体以及多个小钢球。顾名思义，循环球式转向器主要就是靠这些小钢球来达到转向的目的，这些小钢球被放在特定的密封管道内。当需要汽车转向时，手摆动方向盘，通过方向盘将转向力传递给循环球式转向器的输入轴，再通过扭杆轴传递给螺杆轴，这时力通过小钢球传递给摇臂轴，导致摇臂轴发生转动，从而达到使汽车转向的目的。1臂轴侧盖总成；2壳体总成；3阀活塞总成图2.1 循环球式动力转向器总成循环球式动力转向器总成三大部件：壳体总成、臂轴侧盖总成、阀活塞总成。2.2 循环球式转向器中输入轴的重要性输入轴，顾名思义就是输入动力的轴，输入轴的作用就是传递扭矩，输入轴是循环球式动力转向器的核心部件之
19、一。由于输入轴的位置与功能比较特殊，其加工精度与质量的好坏会直接影响到转向器的性能，甚至会影响到汽车的安全驾驶。因此需要输入轴具有较高的精度并且还要有较强的耐磨性，所以对输入轴的选材要有较高的要求。2.3 输入轴零件加工工艺分析由工程师所给资料可知输入轴零件加工要求如图2.2所示：图 2.2输入轴零件图（1）输入轴表面加工方法的确定表面加工的方法主要有：车铣复合、搓花键、热处理、去氧化皮、磨、抛光、清洗。（2）根据工程师给予的资料要求，可以知道输入轴的主要加工表面及技术要求如表2-1所示：表2-1 输入轴表面加工要求序号检验项目检验标准检具1扭杆孔直径90+0.0279 0D规配合通止规合用2
20、搓花键外圆直径250+0.020-25外径千分尺配合卡板3各外圆直径16.7-0.05026.30.0323-0.1-0.050-25外径千分尺25-50外径千分尺4销控直径、总长80+0.0151180.18 0D0-200(0.02)带表卡尺5密封槽宽度、底径2.10+0.121.1-0.100-200(0.02)带表卡尺6花键弧底径23-0.100-200(0.02)带表卡尺7油槽宽度、两对边槽底距7.60+0.119-0.500-200(0.02)带表卡尺0-25外径千分尺8销控位置990.05平板、高度尺、8量棒9花键外圆位置、油封槽位置24-0.5045.90+0.10-200(0
21、.02)带表卡尺10两中心孔深度0.05中心孔标准间及中心孔深度检具11花键外圆跳动0.02偏摆仪及百分表12销控对称度、垂直度0.10.1三坐标13油槽对称度0.1三坐标14扭杆内控与外圆同轴度0.05三坐标15密封槽底径与外圆同轴度0.05偏摆仪及百分表16花键圆弧位置80.20-200(0.02)带表卡尺17扭杆孔深度12.50.10-200(0.02)带表卡尺18长度尺寸1050.10-200(0.02)带表卡尺19花键退刀槽24.4-0.100-200(0.02)带表卡尺20短油槽位置尺寸87.50.3180.20-200(0.02)带表卡尺21长油槽位置尺寸950.30-200(0
22、.02)带表卡尺22台阶长度尺寸940.30-200(0.02)带表卡尺23眉尖槽长度尺寸、眉尖槽位置关系7.50.20-200(0.02)带表卡尺2.4 毛坯的选材通过查阅资料可知，轴类零件的选材种类较多，一般对于要求不高的轴，选用45钢，对于高速、重载的轴，则可以选用20CrMnTi、20Gr、20Mn2B等低碳合金钢或38GrMoAL淡化钢，而对于精度较高的轴，则可以选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，还可以选择球墨铸铁。输入轴是循环球式转向器动力输入部分，这样再长时间的工作下会导致输入轴磨损，因此要求输入轴具有较高的耐磨性，又因为输入轴必须拥有较高的精度，否则可能会导致输入
23、轴装配时出现误差。综上所述，考虑到众多因素，输入轴毛坯材质选用40Cr的圆钢，截取尺寸大小为282800的圆钢作为毛坯材料,每件毛坯可以生产22件产品。83 输入轴加工工艺流程的设计3.1 输入轴加工工艺分析在设计工艺流程中需要解决的主要问题是分析输入轴加工工艺流程，尽可能的去优化加工流程，在提高输入轴加工效率的同时，一定要保证输入轴的加工精度要求，这点是必不可少的。对输入轴加工工艺流程优化方法主要有：（1）机床的优化：引进功能更加好的机床，这样可以将原本两台甚至更多机床的功能集中在一台机床身上，让加工效率可以大幅度的提升，甚至加工精度也会更高。（2）加工程序的优化：在加工输入轴时，在保证加工
24、精度要求的同时可以修改原本数控机床的加工程序，使得加工步骤变得更加简便，这样也会提高加工效率。 输入轴加工步骤主要有：根据工程师所给资料可以知道，输入轴的所需加工步骤较为简单，其中最为重要的加工步骤为车铣复合加工，车铣复合加工过后则是搓花键，然后为热处理、去氧化皮、抛光、清洗等加工过程。3.2 工艺流程的初步制定对输入轴加工工艺流程进行设计，其中最关键的一点在于对理论知识与实际情况的结合，不仅要考虑到实际生产时数控机床的类型，还要考虑输入轴生产的效率与输入轴加工的成本。在通过分析国外先进的输入轴加工流程，结合实际数控机床的情况，最后初步制定输入轴的加工工艺流程。在保障输入轴加工质量的前提下，提
25、高输入轴的生产效率。3.2.1 输入轴先进的加工工艺分析目前，国外大型专业的输入轴加工企业对输入轴加工的方法各有优劣，但最优秀的加工方法是利用车铣复合机床把输入轴车、铣步骤合二为一，这样在批量的输入轴生产过程中不仅能够大幅度的提升生产效率，并且由于车铣复合机床加工的高精度性，是输入轴在加工时的精度得到很好的保证。国外主要采用德国蒂森克虏伯（Thyssenkrupp）汽车转向器有限公司公司生产的加工中心进行车铣复合加工。主要的加工工序为：打中心孔粗精车内控粗精车外圆铣油槽切油封槽铣眉尖槽钻8、5孔搓花键高频淬火去掉表面氧化皮精磨短头外圆半精磨26外圆精磨26外圆及刃边抛光密封位外圆磁力探伤与退磁
26、清洗零件。上述输入轴加工工艺流程的优缺点如下：（1）优点：该方案由于使用的是车铣复合数控机床，使车、铣两步流程只需要在一台机床上就可以完成，节省了大量的时间，使得生产效率大幅度的提升。又因为使用的是车铣复合机床，操作智能化程度很高，操作变得更加简单，节省了很多人力资源，降低了生产的成本。（2）缺点：由于输入轴加工的机床是由国外进口的，所以机床的成本特别高昂，（以蒂森克虏伯（Thyssenkrupp）公司生产的车铣复合数控机床sprint65为例，一台机床的成本就为700多万）。并且由于是进口机床，所以在维修、保养方面很麻烦。3.2.2 选定工艺流程通过分析国外先进的输入轴加工工艺流程，选定适合
27、本次设计所符合的流程，初步制定加工工艺流程如表3-1所示：表3-1输入轴加工工艺流程工序名称工序内容工段设备名称设备型号车铣复合打中心孔、粗精车内孔、粗精车外圆、铣油槽、切油封槽、铣眉尖槽、钻8、5孔热前德马吉车铣复合sprint65搓花键搓花键热前安徽力成搓齿机VLC500热处理高频淬火热前高频淬火机去氧化皮去掉表面氧化皮热后磨精磨短头外圆、半精磨26外圆热后数控外圆磨床MK1320X500抛光精磨26外圆及刃边热后万能外圆磨床MG21IS-2SP抛光抛光密封位外圆热后万能外圆磨床M1414清洗磁力探伤并退磁热后杜尔清洗机CEW-2000清洗清洗油污及杂质装配杜尔清洗机81-W3.3 输入轴
28、加工工艺流程由于车铣复合工序比较复杂，有许多重要的步骤，所以特对车铣复合流程进行拆开处理，使流程更加的清晰，输入轴加工工艺流程如下所示（1）工序1 打中心孔：采用中心钻对毛坯进行加工。（2）工序2 粗精车内孔：分别采用粗、精车内孔刀对加工件进行粗、精加工。（3）工序3 粗精车外圆：分别采用粗、精车外圆刀对加工件进行粗、精加工。（4）工序4 铣油槽：采用铣油槽刀具对加工件进行加工。（5）工序5 切油封槽：采用切油封槽刀具对加工件进行加工。（6）工序6 铣眉尖槽：采用铣眉毛刀具对加工件进行加工。（7）工序7 钻8、5孔：采用8、5铰孔刀具对加工件进行加工。（8）工序8 搓花键：采用轧齿机对加工件进
29、行加工。（9）工序9 热处理：用热处理机床对加工件进行高频淬火热处理加工。热处理加工区间如图3.1所示。图3.1 输入轴热处理加工区间（10）工序10 去氧化皮：去掉表面氧化皮。（11）工序11 精磨短头外圆：利用砂轮对加工件进行加工处理。（12）工序12 半精磨26外圆：利用金刚笔对加工件进行加工处理。其加工精度如图3.2所示。图3.2 输入轴半精磨加工精度（13）工序13 精磨26外圆及刃边：利用砂轮、金刚笔及轧槽砂轮对加工件进行加工。其加工精度如图3.3所示。图3.3 输入轴精磨加工精度（14）工序14 抛光密封位外圆：利用砂轮与金刚笔对输入轴进行抛光处理。其加工精度与加工位置如下图3.
30、4所示。图3.4 输入轴抛光密封位外圆位置及精度（15）工序15 磁力探伤及退磁：利用磁力探伤机对工件分别进行磁力探伤与退磁处理。（16）工序16 清洗油污及杂质：用杜尔清洗机清洗工件。完成所有加工工序。上述零件加工工艺方案特点优缺点如下：（1）优点：将车、铣两种工序完美的结合在一起，不仅节约了大量的加工时间，而且因为使用的是国外先进的数控机床，所以在加工精度上比一般机床更高，零件成品率更高。而且由于机床智能化程度较高，降低了工人的劳动强度，节省了人工成本，保障了加工时的生产安全。（2）缺点：由于是引进的是国外最先进的机床设备，一旦机床发生故障，则维修会很困难，使加工任务不能完成，造成经济上的
31、损失。4 输入轴车铣复合夹具的设计4.1 输入轴车铣复合夹具设计需要解决的主要问题在设计输入轴车铣复合夹具时，需要解决的问题有对输入轴车铣复合夹具的选择，对输入轴车铣复合夹具的结构设计以及对输入轴车铣复合夹具各零件参数的计算设计。这些都是在设计输入轴车铣复合夹具时所面对的主要问题，也只有在解决了这些问题后，才能设计出满足要求的输入轴车铣复合夹具。（1）根据输入轴的特征，根据其车铣复合过程中的步骤，选择出最适合输入轴车铣复合夹具为三爪卡盘。因为三爪卡盘由卡盘体、活动卡爪以及卡爪驱动机构组成（2）改进并且优化传统三爪卡盘夹具的一些缺点，设计出自动化程度更高的三爪卡盘夹具，改手动卡盘为动力卡盘，极大
32、的增加了其夹具的自动程度。考虑到设计的需要，动力卡盘将会采用液压动力卡盘，因为液压动力卡盘不仅传动功率更高，其夹紧力与转速也更高，结构也更为紧凑，所以采用液压三爪卡盘为输入轴的车铣复合夹具。4.2 分析现有输入轴车铣复合夹具并提出新的设计方案4.2.1分析现有夹具的优缺点目前国内大多数企业在对输入轴进行车铣复合加工时采用的手动三爪卡盘，根据所查资料可以分析出手动三爪卡盘的优缺点如下所示。（1）手动三爪卡盘优点：装夹简单方便，并且夹紧力大、装夹范围也比较大，具有较高的装夹效率。手动三爪卡盘在装夹时也不用进行定位操作，可以起到自定心装夹工件的作用。手动三爪卡盘可以装夹尺寸不同的工件，具有很高的适用
33、性。（2）手动三爪卡盘缺点：由于手动三爪卡盘装夹工件时为人工操作，因此会导致装夹时可能会危及到操作工人的安全。在手动三爪卡盘使用久了之后，卡盘会出现磨损，三爪会出现缺口，导致在使用手动三爪卡盘进行加工时可能会出现比较大的误差。手动三爪卡盘为人工操作，因此自动化程度没有其他动力卡盘的高，因此在装夹效率上没有动力卡盘的高。4.2.2 初步制定输入轴车铣复合夹具的设计方案根据上面描述的国内输入轴车铣复合夹具的优缺点，通过查阅资料并结合输入轴生产加工的实际状况，提出输入轴车铣复合夹具的设计优化方案。（1）由于传统的机床如车床、铣床都是采用的手动卡盘，这就需要靠工人手动进行装夹，这种方式不但加强了工人的
34、劳动强度，并且在工人失误操作时可能会导致装夹工件不紧，从而产生安全事故，使产品生产率降低。所以本次设计将会把手动卡盘替换为液压三爪卡盘，利用液压三爪卡盘的液压缸增力机构，不仅可以与原有卡盘体有较好的结合，而且结构比较简单，夹紧力大，加工时会更加安全，更加具有经济性与安全性。（2）由于设计的是液压三爪卡盘，所以在设计时最重要的是主要参数的确定及结构计算，还有其凹槽轮廓线的计算。4.3 液压三爪卡盘夹具的结构及工作原理（1）液压三爪卡盘其结构如图4.1、4.2所示图4.1 液压三爪卡盘结构图1.卡盘体 2.液压油 3.缸体端盖 4.转子叶片5.定子叶片 6.换油机构 7.卡盘体端盖 8.小锥齿轮
35、9.大锥齿轮 10.圆柱活塞 11.圆锥螺旋弹簧 12.液压缸体 13.卡爪 图4.2 液压三爪卡盘结构图（2）液压三爪卡盘的工作原理：液压三爪卡盘的工作原理就是工作时，液压油从油缸的进油口进入油缸，油缸与活塞构成一个封闭腔，通过封闭腔的压力增大或者减小来实行三爪卡盘夹紧或者松开所夹零件。4.4 液压三爪卡盘主要参数设计与结构计算4.4.1 液压腔的结构设计根据液压三爪卡盘所要求的安装条件和强度与刚度要求，对液压三爪卡盘液压腔尺寸初步设定为下表4-1所示：表4-1 液压腔的尺寸设计外壁厚度n116mm内壁厚度n28mm油腔宽度a30mm空隙宽度x1mm由三爪卡盘液压腔面积的公式可以得到三爪卡盘
36、液压腔的面积为：s1=a(D/2-d/2-L1-L2-x-n1-n2)=1350mm2 （4- 1）式中 D卡盘体大径：320mmd 卡盘体小径：100mmL1卡盘体外壁厚：25mmL2卡盘体内壁厚：15mm4.4.2 转子叶片数的设计在液压三爪卡盘中，转子叶片的作用就是为了得到最大的扭矩，输出扭矩的计算公式为：M=ZBD12-d12PYm(Nm) （4- 2）式中 Z叶片数目 B轴间宽度 D1油腔大径 d1油腔小径P进油口压强 Ym机械效率因为： D1=D-2L1-2X1-2n1 （4- 3）所以：D1=236mm又因为：d1=d+2L1+2L2 （4- 4）所以：d1=146mm由上述公式
37、可知，在轴间宽度B、油腔大径D1、油腔小径d1、进口油压力P以及机械效率Ym一定的情况下，输出扭矩与叶片数成正比。但是在本次设计里，因为液压缸的结构已经特定，所以输出扭矩并不会与叶片数成正比，在给定外力的状况下，油腔轴向面积越大，其输出扭矩也会越大。所以叶片数只会影响到压力油压强，并不会改变扭矩大小。因此，为了方便，取转子叶片数Z=3。4.4.3 摆动角的设计一般在平时加工时，工件被夹紧时工件的形变K1mm，因此在每次行程中，取卡爪的进给量为0.06mm。因为摆动角的计算公式如下：=360/qj （4- 5）其中q平面螺旋机构的升程：12mm j卡爪的进给量：0.06所以得到=1.4。4.4.
38、4 定子圆柱活塞的设计查询资料可知，输出扭矩的公式为：M=Ps1rZ1Ym （4- 6）其中 r叶片面积的几何中心到轴心线的距离进油口压强P的计算公式为：P=F2/S2 （4- 7）F2=FZ （4- 8）每个叶片受力的计算公式为：F1=PS1 （4- 9）F1F2=S1S2=1 （4-10）在上式中，1为增力比，是一常数，所以：S2=S11 （4-11）4.5 凹槽轮廓线的设计根据设计所需要求分析，特设计凹槽形状如下图4.3所示。图4.3 设计的凹槽形状如图4.3所示，1角斜面为槽面第一部分，角为第三部分增力部分，2角为第三部分过渡部分，下面分别确定各参数。4.5.1 确定轮廓面段数因采用三
39、个圆柱活塞杠，故同样形状的轮廓面段数N=3n(n=1、2、3. . .)考虑到结构的具体需要，取n=2，取N=6，卡爪在一周内将进给f为：f=6f1=0.30mm （4-12）故缩短了夹紧时间，提高了效率。4.5.2 活塞杠的升程活塞杠的升程H=H1+H2，分别确定H1、H2。再根据H=m (4-13)其中：增力比 m：卷子叶片的平均移动距离m=1/r=(D1+d1/2)=3mm （4-14）根据安装的需要，活塞杠轴线与卡盘体轴线R为：R=（191-6）/2=92mm （4-15）得轮廓线参数L：L=2r/6=90.3mm （4-16）则H=m1=12mm，故S2=S1/1=1380/5=27
40、6mm。r2=1r1/=9.2mm。凹槽轮廓线的增力比最大为 3=J/L对活塞杠进行受力分析，如图4.4所示图4.4 活塞杠的受力分析图由于新增机构增力比为13，且其他机构不变，故13就是最终的增力比。设计目标为增力比0=10，故13=10.4相差不大，符合要求，故取1=4，H=m1=12mm，可设H1=4mm，H2=8mm。4.5.3 参数1的设计当活塞杠处于与凹槽配合状态，与大锥齿轮还没有相对滑动时，其受力如图所示，去临界状态分析，则根据平衡条件可得：图4.5整体受力分析图水平力平衡：Fcos+Nsin+R2=R （4-17）竖直力平衡：F1+F2+Fsin+T=Nsin （4-18）Fc
41、os+Nsin=Q （4-19）F=Rf （4-20）T=PS2+T0 （4-21）T圆锥螺旋弹簧力F1、F2密封圈出摩檫力R1、R2密封圈处空壁对活塞杠作用力f：可取摩擦系数为f=0.16，f1=f2=0.3已知H1=4,力N的作用点在h=H1/2=2处，为方便计算的实际需要，初=45。由以上各式可得：(3.83sin-0.85cos)T/(0.1cos+sin)=2R1 （4-22）(1.83sin-1.15cos)Q/(0.15cos+sin)=2R2 （4-24）由于T0, 50。20;由于R20，31。7，取=31。7，则T=0.86Q，R2=0。取=50。20，则T=0，故可得：如
42、果变大，则圆锥螺旋弹簧力T则会迅速变小，又因为圆锥弹簧力T与活塞升程成正比，如果弹簧确定，则临界圆锥螺旋弹簧力T确定不变，则可以求出最小动力。因此选定的=45。符合条件，此时有R1=1.2Q，R2=0.32Q，T=0.24Q。4.6 夹具装配图与夹具实体图通过计算得到的数据，完成了夹具的设计，其装配图大致如图4.6所示。图4.6 液压三爪卡盘装配图夹具实体图如图4.7所示。图4.7 液压三爪卡盘实体图5 结 论本次设计的重点有两点，一是编制出输入轴的加工工艺流程，二是对输入轴车铣复合夹具的设计。在编制输入轴加工工艺流程时，本次设计是先分析输入轴的总体所需加工工艺，再对国外先进的加工工艺进行分析借鉴，选定出制定出本次设计所需要的输入轴加工流程，最终选定性价比最高的工艺流程。在输入轴车铣复合夹具的设计过程中，根据输入轴形状特性，确定了其车铣复合夹具的种类三爪卡盘，再根据生产实际中的需要和成本分析和对比国内外大型企业的生产流程确定了三爪卡盘的种类液压三爪卡盘，在设计液压三爪卡盘时，分析设计液压三爪卡盘所需需要的数据，再通过计算得到所需的数据，设计出液压三爪