設(shè)計報告-三爪卡盤結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)力分析

2/19設(shè)計報告課程名稱：計算機(jī)輔助總體設(shè)計與概念設(shè)計題目名稱：三爪卡盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)力分析學(xué)校：xx理工大學(xué)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院班級：xxxx班姓名：xxxxx指導(dǎo)教師：xxx提交日期：年月日指導(dǎo)老師簽名：年月日目錄全套設(shè)計圖紙加V信153893706或扣3346389411摘要……………………（3）關(guān)鍵詞………………（3）一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………（4）二、國內(nèi)外技術(shù)差距……………（4）三、專利申請情況………………（5）四、常見三爪卡盤…………（7）五、設(shè)計研究內(nèi)容…………（9）六、三爪卡盤實(shí)體建?！?1）七、三爪卡盤應(yīng)力分析（卡盤爪）……………（15）八、總結(jié)………………（17）九、參考文獻(xiàn)………………（18）十、任務(wù)分配……………………（18）

摘要隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，車床已經(jīng)遍布各個工業(yè)領(lǐng)域。而作為車床的核心部件之一的卡盤，是我們值得研究的部分。“卡盤”是機(jī)床上用來夾緊工件的機(jī)械裝置。從卡盤爪數(shù)上面可以分為：兩爪卡盤，三爪卡盤，四爪卡盤，六爪卡盤和特殊卡盤。從使用動力上可以分為：手動卡盤，氣動卡盤，液壓卡盤，電動卡盤和機(jī)械卡盤。從結(jié)構(gòu)上面還可以分為：中空型和中實(shí)型。三爪卡盤：用伏打扳手旋轉(zhuǎn)錐齒輪，錐齒輪帶動平面矩形螺紋，然后帶動三爪向心運(yùn)動，因為平面矩形螺紋的螺距相等，所以三爪運(yùn)動距離相等，有自動定心的作用。三爪卡盤是由一個大錐齒輪，三個小錐齒輪，三個卡爪組成。三個小錐齒輪和大錐齒輪嚙合，大錐齒輪的背面有平面螺紋結(jié)構(gòu)，三個卡爪等分安裝在平面螺紋上。當(dāng)用扳手扳動小錐齒輪時，大錐齒輪便轉(zhuǎn)動，它背面的平面螺紋就使三個卡爪同時向中心靠近或退出。SolidWorks是目前廣泛應(yīng)用的通用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，其參數(shù)化設(shè)計、裝配模擬、干涉檢驗和有限元分析等功能，為計算機(jī)輔助夾具設(shè)計提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，可實(shí)現(xiàn)夾具管理、工藝分析與設(shè)計、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計及夾具裝配全過程一體化.SolidWorks提供了基于三維模型的強(qiáng)大設(shè)計工具，可以完成設(shè)計過程中的許多工作.其中，COSMOSMotion可以模擬夾具裝配體的機(jī)械運(yùn)作以及它們產(chǎn)生的作用力.通過確定各種相關(guān)因素(如能量消耗、運(yùn)動零件之間的干涉)，判斷設(shè)計方案是否會失效，零件將在何時斷裂，以及它們是否存在安全隱患.COSMOSWorks可進(jìn)行應(yīng)力和變形分析等研究，識別薄弱區(qū)域，為夾具結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供數(shù)據(jù);也可以通過去除多余的材料，或盡可能減少物理原型機(jī)的需求，節(jié)省資金和時間、增加設(shè)計方案可信度和降低產(chǎn)品研發(fā)成本。關(guān)鍵詞：三爪卡盤、結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維建模、應(yīng)力分析正文國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代切削加工技術(shù)向高效率、高精度、高安全性以及柔性加工方向發(fā)展，對機(jī)床及其夾緊裝置提出了高轉(zhuǎn)速、高精度、高可靠性和柔性化的要求。在機(jī)床中，卡盤是最常用的工件夾緊裝置，一般由卡盤體、活動卡爪和卡爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成，卡爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動均布在卡盤體上的活動卡爪徑向移動，將工件夾緊和定位在機(jī)床主軸上。它是機(jī)床主軸和工件之間的連接部件，機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速、扭矩和旋轉(zhuǎn)精度通過卡盤傳遞給工件。為了適應(yīng)切削加工技術(shù)高速化發(fā)展的需求，國內(nèi)外各大機(jī)床產(chǎn)商對卡盤進(jìn)行了多方面的研究和改進(jìn)，取得了許多研究成果，擁有了核心產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，并形成了知識產(chǎn)權(quán)體系。國內(nèi)外技術(shù)差距隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和不斷的提高，國產(chǎn)的機(jī)床附件為主機(jī)的配套率顯著的提高。我們的動力卡盤不僅規(guī)格全、多品種以及功能可靠性好，但是還更需要創(chuàng)新開發(fā)研制，而且也應(yīng)及時了解使用中發(fā)生的問題，為不斷改進(jìn)設(shè)計提供可靠的經(jīng)驗。數(shù)控機(jī)床卡盤的長時間的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的新產(chǎn)品研發(fā)出來，大大的滿足了市場上各種機(jī)械設(shè)備的需要，為用戶提供了可靠的機(jī)械設(shè)備。由于我國整體的工業(yè)水平的關(guān)系，我們機(jī)床工業(yè)的發(fā)展與國外的先進(jìn)國家相比來看，還是存在著一定的差距。作為數(shù)控機(jī)床主要附件之一的動力卡盤，它的設(shè)計與制造也存在同樣的情況，長期以來數(shù)控機(jī)床卡盤的生產(chǎn)企業(yè)通常是作為機(jī)床廠的配套廠家。由于我們機(jī)床的技術(shù)水平關(guān)系，一定程度上抑制了動力卡盤的技術(shù)水平的再提高。但我們的技術(shù)會越來越成熟，越來越完美。制造工藝方面，國內(nèi)外的差別主要表現(xiàn)在設(shè)備上，發(fā)達(dá)國家的加工設(shè)備多為數(shù)控機(jī)床!加工中心等，而國內(nèi)多為普通設(shè)備，即使有少量的數(shù)控機(jī)床和加工中心，大多數(shù)精度也不高,盤體的制造精度和性能對卡盤的影響很大。結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)理論存在差距.國外知名廠商對于一款全新的大型重載卡盤產(chǎn)品的設(shè)計,生產(chǎn)往往要經(jīng)過比較長的時間，從承載,轉(zhuǎn)速,刀具,模擬變形等多角度進(jìn)行論證，從而在結(jié)構(gòu)上確保精度,變形量等技術(shù)參數(shù),而國內(nèi)廠家缺乏相應(yīng)的技術(shù)手段。專利申請情況1.卡盤領(lǐng)域全球?qū)＠暾垹顩r本文中的專利申請數(shù)據(jù)截至2014年4月，全球?qū)＠暾埖臋z索在世界專利索引數(shù)據(jù)庫（WPI數(shù)據(jù)庫）中進(jìn)行，國內(nèi)專利申請的檢索在中國專利數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)（CPRS數(shù)據(jù)庫）中進(jìn)行。根據(jù)全球?qū)＠暾埩浚蓪⒖ūP領(lǐng)域全球?qū)＠l(fā)展過程分為四個階段：1975年之前的起步發(fā)展階段、1975-1989年的第一增長階段,1990-1999年的回落階段、2000-2014年的第二增長階段。2.卡盤領(lǐng)域中國專利申請狀況截至2014年4月卡盤領(lǐng)域中國專利申請總量為2969項，其中發(fā)明為僅1086項，占總量的37%，而實(shí)用新型為1883項，占總量的63%?？梢?，在國家政府的宣傳和扶持下，雖然有了一定的專利申請量，但主要以實(shí)用新型申請為主，發(fā)明申請所占比例較小，申請質(zhì)量有待進(jìn)一步的提高。3.最新專利申請德國雄克（SCHUNK）公司的專利申請EP1844886A1公開了一種用于夾緊工具的夾緊裝置，包括基體，在基體中設(shè)置有容納工具柄的中心容納部以及圍繞容納部的環(huán)形空間，該環(huán)形空間向安裝有工具的一側(cè)的端面打開，并通過蓋子封閉，蓋子被置入并被夾緊在環(huán)形空間中；蓋子緊挨工具柄的一側(cè)內(nèi)壁有環(huán)槽，環(huán)槽中有密封環(huán)，且環(huán)槽與液體輸送通道相連，液體通過液體輸送通道輸送給環(huán)槽，并向內(nèi)擠壓密封環(huán)，使密封環(huán)緊貼在工具柄的周圍，以此能有效密封蓋子和工具柄之間的縫隙，抵御碎屑等雜物的進(jìn)入環(huán)形空間，還能有效地阻止液體從縫隙泄露。當(dāng)需要更換工具時，液壓減小，密封環(huán)由于彈性恢復(fù)力而回復(fù)到其起始位置，密封環(huán)的內(nèi)直徑大于工具的柄直徑，因此工具柄置入容納部中時不會損傷密封環(huán)。該申請的卡盤通過液壓和密封環(huán)共同作用有效地密封了卡盤縫隙，使卡盤在使用過程中保持高精度性能。

常見三爪卡盤種類傳統(tǒng)手動三爪卡盤手動三爪卡盤由卡盤體、活動卡爪和卡爪、驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成。三爪卡盤上三個卡爪導(dǎo)向部分的下面，有螺紋與碟形傘齒輪背面的平面螺紋相嚙合，當(dāng)用扳手通過四方孔轉(zhuǎn)動小傘齒輪時，碟形齒輪轉(zhuǎn)動，背面的平面螺紋同時帶動三個卡爪向中心靠近或退出，用以夾緊不同直徑的工件。用在三個卡爪上換上三個反爪，用來安裝直徑較大的工件。三爪卡盤的自行對中精確度為0.05-0.15mm。三爪自定心卡盤利用三個螺釘，通過盤體止口端面上的螺孔，將卡盤緊固在機(jī)床法蘭上。將扳手插入任一齒輪方孔中，轉(zhuǎn)動扳手時，小齒輪帶動盤絲轉(zhuǎn)動，通過盤絲端面螺紋的轉(zhuǎn)動，帶動三塊卡爪同時趨進(jìn)或離散。2.液壓卡盤液壓卡盤使人能有更多的精力和時間來解決機(jī)床以外的復(fù)雜問題，更能進(jìn)一步發(fā)展卡盤機(jī)床和卡盤系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)新，對于機(jī)床液壓卡盤起到了極其重大的作用。它能夠收容大量信息，對各種信息進(jìn)行儲存、分析、處理、判斷、調(diào)節(jié)、優(yōu)化、控制。液壓卡盤還具有重要功能，如：工夾具數(shù)據(jù)庫、對話型編程、刀具路徑檢驗、工序加工時間分析、開工時間狀況解析、實(shí)際加工負(fù)荷監(jiān)視、加工導(dǎo)航、調(diào)節(jié)、優(yōu)化，以及適應(yīng)控制。3.電動卡盤電動卡盤是一個相當(dāng)重要的配件，它主要用于對工件的夾緊，它是一套設(shè)備與一個工件之間的連接點(diǎn)。而隨著時代的發(fā)展，刀具的質(zhì)量不斷的提高，機(jī)床轉(zhuǎn)速也已經(jīng)逐漸進(jìn)入了高速的行列，特別是十二五時期，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式這一主基調(diào)的確定，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。而在數(shù)控機(jī)床中，動力卡盤是一個相當(dāng)重要的配件，它主要用于對工件的夾緊，它是一套設(shè)備與一個工件之間的連接點(diǎn)。而隨著時代的發(fā)展，刀具的質(zhì)量不斷的提高，機(jī)床轉(zhuǎn)速也已經(jīng)逐漸進(jìn)入了高速的行列，面對這一切，動力卡盤也面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，只有提高自己的質(zhì)量，才可以適應(yīng)或者滿足整個市場的需求。4.氣動三爪卡盤氣動二爪卜盤是l打標(biāo)準(zhǔn)三爪卡盤改裝的。其工作原理如下:壓縮空氣、活塞、推桿)法蘭一齒條)齒輪(四方連接)小傘齒、大錐齒、卡腳法蘭上裝有齒條一根、光桿二根、成三等分布置,齒條用來傳動齒輪,光桿作導(dǎo)向之用。設(shè)計研究內(nèi)容三爪卡盤主要有手動、氣動、液動、電動等類型，這里主要針對手動三爪卡盤的結(jié)構(gòu)組成，對其進(jìn)行建模設(shè)計及應(yīng)力分析。三爪卡盤實(shí)物圖：三爪卡盤組成零件（拆開）：三爪卡盤的結(jié)構(gòu)組成和工作原理（1）基本結(jié)構(gòu):三爪卡盤由卡盤體、卡盤爪、轉(zhuǎn)盤、以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成。三爪卡盤上三個卡盤爪導(dǎo)向部分的下面，有螺紋與碟形傘齒輪背面的平面螺紋相嚙合，當(dāng)用扳手通過四方孔轉(zhuǎn)動小傘齒輪時，碟形齒輪轉(zhuǎn)動，背面的平面螺紋同時帶動三個卡爪向中心靠近或退出，用以夾緊不同直徑的工件。用在三個卡爪上換上三個反爪，用來安裝直徑較大的工件。（2）工作原理：三爪自定心卡盤利用三個螺釘，通過盤體止口端面上的螺孔，將卡盤緊固在機(jī)床法蘭上。將扳手插入任一齒輪方孔中，轉(zhuǎn)動扳手時，小齒輪帶動盤絲轉(zhuǎn)動，通過盤絲端面螺紋的轉(zhuǎn)動，帶動三塊卡爪同時趨進(jìn)或離散。三爪卡盤的性能優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）利用三爪卡盤進(jìn)行加工夾緊時，能實(shí)現(xiàn)快速的定位，對精度要求不高工件進(jìn)行快速加工；（2）使用細(xì)牙螺釘對三爪卡盤的移動副進(jìn)行限位并緊固，使加工時工件具有很強(qiáng)的自鎖性，防止位移產(chǎn)生誤差；（3）三爪卡盤具有很好的密封性，加工時能有效防止碎屑進(jìn)入卡盤的移動副，避免影響工作。缺點(diǎn)：（1）在使用三爪卡盤裝夾工件時，前端不受力，只是后端受力，使工件裝夾不穩(wěn)加工困難。造成卡盤前端磨損嚴(yán)重，后端磨損較輕；（2）定心誤差變大，在進(jìn)行工件裝夾后徑向圓跳動明顯，容易產(chǎn)生位移現(xiàn)象，難以達(dá)到加工精度的要求，從而造成返工現(xiàn)象，極大降低加工的工作效率。另外，三爪卡盤對可加工的工件種類有限，主要進(jìn)行棒類，盤套，六角棱形等類的加工，對于方形等工件的加工不易進(jìn)行。而且對于工件的尺寸也有一定的限制。三爪卡盤實(shí)體建模繪制零件該系列的零件主要運(yùn)用了實(shí)體的拉伸、切除、掃描、旋轉(zhuǎn)切除、陣列等，大致用到的工具如圖所示：1.1卡盤基座卡盤爪轉(zhuǎn)盤加力螺釘加力桿后蓋2.實(shí)體裝配插入各零件、打開坐標(biāo)軸進(jìn)行配合，最終效果圖，如下圖所示。（1）裝配體內(nèi)部結(jié)構(gòu)（拆了后蓋）（2）裝配體外部結(jié)構(gòu)三爪卡盤應(yīng)力分析（卡盤爪）應(yīng)力分布合位移安全系數(shù)

總結(jié)設(shè)計結(jié)束了，在這次的設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。該設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實(shí)的基礎(chǔ)．通過這次三爪卡盤的solidworks建模設(shè)計，本人在多方面都有所提高。通過這次設(shè)計，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識進(jìn)行一次零件設(shè)計工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了機(jī)械制造工藝學(xué)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握solidworks設(shè)計的方法和步驟，懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，了解了零件的基本結(jié)構(gòu)，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。在這次設(shè)計過程中，需要我們綜合前階段所學(xué)習(xí)的機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、機(jī)械制造工藝學(xué)等多門課程的知識。體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計的能力以及綜合運(yùn)用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。設(shè)計結(jié)束了，但我們一起奮斗的精神和這份寶貴的經(jīng)歷將