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無(wú)錫太湖學(xué)院
工學(xué) 院 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 高精度零件切割加工專機(jī)設(shè)計(jì)
2、專題
二、課題來(lái)源及選題依據(jù)
課題是來(lái)源自于生產(chǎn)實(shí)際。
鋼制試樣切割機(jī)一般用在截取金相試樣，當(dāng)然也會(huì)用來(lái)對(duì)金屬棒料進(jìn)行切口和下料。該機(jī)器廣泛應(yīng)用于在機(jī)械制造，汽車制造和航空航天等領(lǐng)域。鑒于中國(guó)當(dāng)代多軸控制切割機(jī)技術(shù)的落后，無(wú)法對(duì)大型零件切割取樣，所以為了解決這一問題，必須對(duì)鋼制試樣切割機(jī)進(jìn)行研究。
本鋼制試樣切割機(jī)應(yīng)用了全新的設(shè)計(jì)理念，可全自動(dòng)化生產(chǎn)，降低工人勞動(dòng)，性能可靠，工作效率較高，推廣價(jià)值很大。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
1.熟悉專用設(shè)備設(shè)計(jì)的一般思路，掌握零件設(shè)計(jì)的方法和技巧。
2.通過設(shè)計(jì)鞏固機(jī)械制圖、金屬材料、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制造工藝等課程的知識(shí)。
3.完成相關(guān)零件設(shè)計(jì)、主要部件的參數(shù)計(jì)算及標(biāo)準(zhǔn)件的選用。
4.完成高精度零件切割加工專機(jī)零、部件圖10張以上。
5.完成高精度零件切割加工專機(jī)總裝圖1張。
6.撰寫畢業(yè)說(shuō)明書一份。
①計(jì)算正確完整，文字簡(jiǎn)潔通順，書寫整齊清晰。
②論文中所引用的公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注明出處。
③論文字?jǐn)?shù)不少于1.5萬(wàn)字。
7.零件圖及技術(shù)要求見圖紙。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械111 班 姓名 秦錦文
五、開始及完成日期：
自 年 月 日 至 年 月 日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
年 月 日
編號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題 目：高精度零件切割加工專機(jī)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
V
摘 要
本次設(shè)計(jì)是對(duì)高精度零件切割加工專機(jī)的設(shè)計(jì)。在這里主要包括:傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝夾部位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、切割片主軸部位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。
整機(jī)電機(jī)通過聯(lián)軸器連接著據(jù)刀片，工作臺(tái)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過聯(lián)軸器將需要的動(dòng)力傳遞到絲桿上，絲桿帶動(dòng)絲桿螺母，從而帶動(dòng)整機(jī)運(yùn)動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1) 高精度零件切割加工專機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 高精度零件切割加工專機(jī)工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) 高精度零件切割加工專機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì)。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：高精度零件切割加工專機(jī)， 聯(lián)軸器，滾珠絲杠
Abstract
This design is a high-precision cutting plane design. Here include: basic skills driveline design, site design clamping system design cutting blade spindle part of the system design graduate design work training to improve the analysis and the ability to solve engineering problems, and for general mechanical design to create a certain condition.
Machine motor is connected through a coupling according to the blades, the table structure is mainly generated by an electric motor powered by the power coupling will need to pass to the screw, screw drive screw nut, thus boosting the overall campaign to raise labor productivity and production automation. More show its superiority, has a broad development prospects.
This thesis research:
(1) high-precision cutting plane overall structural design.
(2) high-precision cutting plane performance analysis.
(3) Select the motor.
(4) high-precision cutting plane of the transmission system, the implementation of components and chassis designs.
(5) for the design of parts to design computational analysis and verification.
(6) to draw the whole assembly drawings and assembly drawings and designs important parts parts parts diagram.
Keywords: high-precision cutting plane, couplings, ball
目 錄
摘 要 II
Abstract III
1 緒論 1
1.1高精度零件切割加工專機(jī)的研究現(xiàn)狀 1
1.2高精度零件切割加工專機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 2
1.3本課題研究的內(nèi)容及方法 4
1.3.1主要的研究?jī)?nèi)容和研究意義 4
1.3.2設(shè)計(jì)要求 4
1.3.3關(guān)鍵的技術(shù)問題 5
2 高精度零件切割加工專機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.1設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù) 6
2.2 鋸刀片選型 6
2.3 整機(jī)工作原理圖 7
3 鋼制金相切割X方向進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì) 7
3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 8
3.1.1導(dǎo)程確定 9
3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 9
3.1.3估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重 9
3.1.4確定絲桿的等效負(fù)載 9
3.1.5確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷 10
3.1.6精度的選擇 11
3.1.7選擇滾珠絲桿型號(hào) 11
3.2校核 12
3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證 12
3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 13
3.2.3絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 13
3.3電機(jī)的選擇 14
3.3.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 14
3.3.2電機(jī)扭矩計(jì)算 15
4 鋼制金相切割Y方向進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì) 18
4.1 Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 18
4.2 滾珠絲杠計(jì)算、選擇 19
4.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 22
第3章 夾持工件夾具的設(shè)計(jì) 25
3.1 夾具結(jié)構(gòu) 25
3.2 工作原理 25
各組成部分的設(shè)計(jì) 26
4.1 固定座的設(shè)計(jì) 26
4.2 活動(dòng)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4.3 絲杠螺母的設(shè)計(jì) 27
4.4 鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
4.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
4.6螺母的選擇設(shè)計(jì) 28
4.7銷的選擇設(shè)計(jì) 29
4.8螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
4.9 螺桿的強(qiáng)度校核計(jì)算 30
4.10墊片的選擇設(shè)計(jì) 30
結(jié)論 32
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 34
1 緒論
1.1高精度零件切割加工專機(jī)的研究現(xiàn)狀
在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，用來(lái)提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作。當(dāng)然，我們發(fā)現(xiàn)切割技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域并且被廣泛使用。根據(jù)資料顯示，割技術(shù)加工。我國(guó)每年的切割設(shè)備需求量金額超過50億元。既然切割機(jī)能夠這么普遍地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，它肯定具備了很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
80年代初期，國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司(IBM)首先提出的化學(xué)機(jī)械拋光引入集成電路進(jìn)行平坦化的制程工作。主要是通過適當(dāng)?shù)闹瞥虆?shù)設(shè)計(jì)，利用一個(gè)拋光平臺(tái)，配合適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)溶液，將晶片表面高低起伏不一的輪廓加以磨平。安永暢男使用不銹鋼環(huán)拋光鋼制金相，發(fā)現(xiàn)鋼制金相界面與不銹鋼形成了結(jié)構(gòu)松軟的固相化學(xué)反應(yīng)層，鋼制金相表面具有鏡面光澤，而且沒有發(fā)現(xiàn)亞表面損傷的現(xiàn)象，并提出了機(jī)械化學(xué)拋光的概念。Namba和Tsuwa等人在進(jìn)行鋼制金相超拋光的實(shí)驗(yàn)中，利用二氧化硅水溶液搭配上錫盤當(dāng)研磨盤，首次觀察到鋼制金相的殘余表面粗糙度為1nm，對(duì)于使用SiO2當(dāng)磨粒而言，因?yàn)槠溆捕缺蠕撝平鹣嗟囊?，理論上并不具有去除鋼制金相表面的能力，但是?shí)驗(yàn)結(jié)果卻說(shuō)明SiO2拋光液具有去除鋼制金相表面材料的能力，利用此套儀器設(shè)備對(duì)鋼制金相進(jìn)行拋光可獲得比較好的表面粗糙度并認(rèn)為在超拋光中，拋光液中直徑7nm的膠羽狀SiO通過撞擊移除了鋼制金相表面原子，并提出了一種新的拋光方法，浮法拋光法。Gutsehe和Moody等人在其研究成果上提出假設(shè)，他們認(rèn)為是由于單純的化學(xué)反應(yīng)SiO2才能移除鋼制金相表面的原子，而來(lái)自拋光過程摩擦產(chǎn)生的熱是化學(xué)反應(yīng)能夠進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)力，并提出化學(xué)反應(yīng)式為：
反應(yīng)后生成物為高嶺土，并可利用拋光液的流動(dòng)特性將高嶺土移除。
Prochnow和Edwards等人使用直接接觸法搭配上瀝青拋光盤對(duì)鋼制金相進(jìn)行超拋光，拋光結(jié)果均方根粗糙度值可達(dá)到0.2~0.3nm。 B.Hader和o.weis依據(jù)Prochnow和Edwards等人證實(shí)的直接接觸的想法的基礎(chǔ)上，提出了“熱液磨耗”的理論模型。最近幾年，國(guó)際上一些知名的半導(dǎo)體及光電子技術(shù)公司紛紛投入了大量的資金去研究鋼制金相拋光，并取得了一定的成果，如美國(guó)、日本、德國(guó)以及俄羅斯等公司己經(jīng)能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)3英寸的單晶鋼制金相，并且正在研發(fā)4英寸的技術(shù)。
改革開放 20 多年來(lái)，國(guó)內(nèi)金相加工工業(yè)經(jīng)歷了持續(xù)快速發(fā)展的過程，到了 2005 年我 國(guó)金相加工總量已達(dá) 3 億噸，約占世界金相加工總量的 35%，主要的金相產(chǎn)品——輪胎、 傳送帶等產(chǎn)量均居世界第一位。金相業(yè)依然是國(guó)內(nèi)重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在滿足人民金相 產(chǎn)品消費(fèi)，出口創(chuàng)匯，為其他產(chǎn)業(yè)提供支持，解決就業(yè)問題等方面發(fā)揮重要作用。 今年來(lái)隨著金相行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的升入，通過國(guó)內(nèi)技術(shù)的改造和國(guó)外先進(jìn)技 術(shù)的引進(jìn)和吸收，金相行業(yè)的裝備和技術(shù)水平大幅提高，企業(yè)自主創(chuàng)新能力也有所增強(qiáng)， 生產(chǎn)效率不斷提高，品種范圍迅速擴(kuò)展，生產(chǎn)已從勞動(dòng)密集型向科技型轉(zhuǎn)換。淘汰落后裝 備和工藝，光、機(jī)、電、氣動(dòng)、液壓、傳感、計(jì)算機(jī)技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用，為金相附加值提高 和新產(chǎn)品開發(fā)提供了強(qiáng)有力的保障，金相產(chǎn)品休閑化，個(gè)性化，高檔化趨勢(shì)日益明顯，橡 膠產(chǎn)品出口以年均 19%的速度增長(zhǎng)，出口成品自給率也提高到 70%，徹底扭轉(zhuǎn)了金相進(jìn)口 量高于出口量的局面，增強(qiáng)了行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。但我國(guó)金相行業(yè)的整體水平與世界先進(jìn) 國(guó)家相比仍有較大差距。應(yīng)對(duì)整個(gè)金相領(lǐng)域的飛速發(fā)展有了一個(gè)總體認(rèn)識(shí)，以期待找出與 國(guó)外差距和今后提高科技水平的方向。
1.2高精度零件切割加工專機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行大型機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品切割結(jié)構(gòu)的研究，20 多年來(lái)已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。切割結(jié)構(gòu)已經(jīng)在現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床等大型機(jī)床上應(yīng)用以焊代鑄以焊代鍛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)迅速發(fā)展。
20 世紀(jì)90 年代發(fā)展起來(lái)的線切割技術(shù)的成熟應(yīng)用，成功地滿足了大片徑、低損耗和相對(duì)較高表面質(zhì)量的晶片切割需要。線切割晶圓技術(shù)剛開始是運(yùn)用游離磨粒的方式，也就是利用線帶動(dòng)游離磨粒（如碳化硅等），傳統(tǒng)的金屬切割線如圖1所示，使在工件和線中間的磨粒對(duì)工件進(jìn)行磨切割。但是游離磨粒的缺點(diǎn)在于，因?yàn)槟チ：凸ぜ?shí)際接觸到的面積較小，造成材料移除率較小，所以需要較長(zhǎng)的加工時(shí)間；而另外一個(gè)缺點(diǎn)在于，如須加工更硬、更難以切割的工件（如鋼制金相、碳化硅），則游離磨粒的方式將難以對(duì)工件的表面達(dá)到預(yù)期的切割。為了改善上面的缺點(diǎn)，切割碳化硅、鋼制金相等硬度大的材料，固定金剛石磨料線切割技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這種加工技術(shù)通常是使用電鍍的方法將金剛石磨料固定在鋼絲表面（如圖2 所示）,加工過程中鋸絲上的金剛石直接獲得運(yùn)動(dòng)速度和一定的壓力對(duì)硅材料進(jìn)行磨削加工, 相比游離磨料多線鋸的" 三體加工",它屬于" 二體加工"，其加工效率是游離磨料多線鋸的數(shù)倍以上。金剛石單線切割機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為第三代半導(dǎo)體硬脆材料和大直徑材料切割中不可或缺的一部分。在當(dāng)前，高精度零件切割加工專機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)絕大多數(shù)還是依據(jù)具體的情況來(lái)設(shè)計(jì)專用切割高精度零件切割加工專機(jī)，稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)高精度零件切割加工專機(jī)，其運(yùn)動(dòng)特性使特定高精度零件切割加工專機(jī)僅能適應(yīng)一定的范圍，花費(fèi)成本較大，不利于高精度零件切割加工專機(jī)的發(fā)展。
很數(shù)高精度零件切割加工專機(jī)還有焊縫跟蹤的功能,其不足之處就是在焊前必須通過人為的方式,幫助高精度零件切割加工專機(jī)找到合適的位置并且放好，通過人工將高精度零件切割加工專機(jī)本體、十字滑塊等調(diào)整到合適的狀態(tài) ,這里所設(shè)計(jì)的移動(dòng)高精度零件切割加工專機(jī)是有軌移動(dòng)切割高精度零件切割加工專機(jī)，也就是說(shuō)高精度零件切割加工專機(jī)的自主性還跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步。
金相切割機(jī)的發(fā)展前景:
（1）復(fù)合化發(fā)展。隨著金相機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械復(fù)合技術(shù)和復(fù)合加工技術(shù)逐漸成熟， 在每一臺(tái)機(jī)床上都可以符合多重任務(wù)完成各種生產(chǎn)要求。這樣的復(fù)合生產(chǎn)將是新一輪的先進(jìn)生產(chǎn)方式，金相切割行業(yè)的技術(shù)研究應(yīng)該更加注重復(fù)合化發(fā)展，研究建造出可以完成多 重任務(wù)完成各種生產(chǎn)要求的金相切割機(jī)。
（2）實(shí)現(xiàn)金相切割的全面智能化。過去的人工控制切割已經(jīng)不能滿足金相機(jī)械管理的 發(fā)展需求。未來(lái)的控制需要通過計(jì)算機(jī)對(duì)切割機(jī)的操控，使我們的金相切割向智能化邁進(jìn)， 在整個(gè)系統(tǒng)中，智能化也成為數(shù)控發(fā)展的又一大突破。
（3）現(xiàn)代高精度化。加緊技術(shù)研究，提高精密度。因?yàn)榫然佑狭爽F(xiàn)代高科技 產(chǎn)品的高要求，符合了新的時(shí)代發(fā)展要求。所以要適應(yīng)時(shí)代新的發(fā)展要求必須加快精度研 究的步伐。
（4）趨向柔性化發(fā)展。引進(jìn)柔性自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)于切割過程中復(fù)雜規(guī)格的金相件，保 證規(guī)格的高要求，準(zhǔn)精度。這樣的柔性技術(shù)能夠滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的高要求，改變市場(chǎng)供不 應(yīng)求的現(xiàn)狀。是一項(xiàng)先進(jìn)的而有時(shí)效性的切割技術(shù)，它已經(jīng)成為切割機(jī)發(fā)展的主流趨勢(shì)。
（5）結(jié)合電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)的力量在 21 世紀(jì)已經(jīng)無(wú)法阻擋，切割系統(tǒng)網(wǎng) 絡(luò)化也是歷史之必然。要加緊切割機(jī)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合生產(chǎn)研發(fā)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)綜合開發(fā)新的切 割機(jī)項(xiàng)目。這樣的發(fā)展一定會(huì)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)帶動(dòng)切割技術(shù)的新一代變革。
未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)可分為以下三個(gè)方面：
1 選擇視覺傳感器來(lái)進(jìn)行傳感跟蹤：因?yàn)榕c圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展；
2 采用多傳感信息融合技術(shù)以面對(duì)更為復(fù)雜的切割任務(wù)；
3 控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展：這也將是移動(dòng)切割高精度零件切割加工專機(jī)的控制所采用。
1.3本課題研究的內(nèi)容及方法
1.3.1主要的研究?jī)?nèi)容和研究意義
在查閱了國(guó)內(nèi)外大量的有關(guān)切割高精度零件切割加工專機(jī)設(shè)計(jì)理論及相關(guān)知識(shí)的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮切割高精度零件切割加工專機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體作業(yè)任務(wù)特點(diǎn)以及切割高精度零件切割加工專機(jī)的推廣應(yīng)用，分析確定使用切割高精度零件切割加工專機(jī)配合生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切割的目的。
在機(jī)械加工過程中，金相切割方法常用是手工切割、半自動(dòng)切割及數(shù)控切割機(jī)切割。 手工切割靈活方便，但切割質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工工作量大，同時(shí) 勞動(dòng)條件惡劣，生產(chǎn)效率低。半自動(dòng)切割機(jī)中仿形切割機(jī)，切割工件的質(zhì)量較好，由于其 使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件切割。其它類型半自動(dòng)切割機(jī)雖然降低了 工人勞動(dòng)強(qiáng)度，但其功能簡(jiǎn)單，只適合一些較規(guī)則形狀的切割。專業(yè)切割機(jī)相對(duì)手動(dòng)方式 來(lái)說(shuō)，可有效地提高金相切割地效率、切割質(zhì)量，減輕操作者地勞動(dòng)強(qiáng)度。在我國(guó)的一些 中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中使用手工切割方式還較為普遍。 我國(guó)機(jī)械工業(yè)金相使用量已達(dá)到 3 億噸以上，金相的切割量非常大；隨著現(xiàn)代工業(yè) 的發(fā)展，對(duì)金相切割加工的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也同時(shí)提高。因而專業(yè)切割機(jī)的市 場(chǎng)潛力還是很大、市場(chǎng)前景比較樂觀。 專業(yè)金相切割機(jī)的誕生，對(duì)于提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本具有重要意義。此項(xiàng)研究也 是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)課程的一次總復(fù)習(xí)，它將機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)和工藝分析，夾具設(shè)計(jì)等 機(jī)械設(shè)計(jì)制造主要專業(yè)課程緊密聯(lián)系在一起，利用所學(xué)的機(jī)械與控制相關(guān)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際 的生產(chǎn)問題，將理論設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)用聯(lián)系起來(lái)，需要考慮多方面的問題，如成本、定位方 案，加工精度的控制和機(jī)械設(shè)備使用壽命等等。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容如下:
1 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的環(huán)境要求和高精度零件切割加工專機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定高精度零件切割加工專機(jī)整體設(shè)計(jì)方案。
2 確定高精度零件切割加工專機(jī)的性能參數(shù)，對(duì)初步模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇電機(jī)。
3 從所要功能的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，完成高精度零件切割加工專機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4 完成主要零部件強(qiáng)度與剛度校核。
1.3.2設(shè)計(jì)要求
1 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出高精度零件切割加工專機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案；
2 完成高精度零件切割加工專機(jī)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
3 通過相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，完成電機(jī)選型；
4 完成高精度零件切割加工專機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；繪制高精度零件切割加工專機(jī)結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件圖。
1.3.3關(guān)鍵的技術(shù)問題
1 方案選擇
2整體的支撐架設(shè)計(jì)
3機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4 強(qiáng)度校核
35
2 高精度零件切割加工專機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)
要求：
1) 所設(shè)計(jì)的高精度零件切割加工專機(jī)使用帶鋸進(jìn)行切割
2) 保證帶鋸行進(jìn)與路線切向一致；
3) 被切材料快速定心夾緊；
4) 切削液回收。
本文課題參數(shù)假定
假設(shè)切割鋼制金相直徑為?250
電機(jī)功率為0.37 KW,本文選用減速電機(jī)作為帶鋸驅(qū)動(dòng)裝置。查SEW減速電機(jī)的規(guī)格表，選用如下減速電機(jī)。
表3.2 選用的電機(jī)的詳細(xì)參數(shù)
電機(jī)額定功率Pm/kW
輸出轉(zhuǎn)速
na/[r/min]
輸出扭矩
Ma/N·m
減速機(jī)
速比i
輸出軸許用徑向載荷FRa/N
使用系數(shù)
SEW-fB
減速機(jī)
型號(hào)
電機(jī)
型號(hào)
重量/kg
0.37
56
47
22.5
2870
1.55
DT71D4
SF37
14
此型號(hào)的電機(jī)在一定程度上保證了驅(qū)動(dòng)功率有一定的盈余，因數(shù)在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，若輸送機(jī)床上有工件，則此時(shí)的起動(dòng)功率會(huì)比平時(shí)工作時(shí)的功率要大，且減速電機(jī)本身還有一定的使用系數(shù)。
2.2 鋸刀片選型
由于鋸刀片沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，故從市場(chǎng)上使用的任意一種選擇帶鋸，鋸帶尺寸：依據(jù)機(jī)床規(guī)格指定，但鋸帶厚度不得超過1.4mm，帶鋸直徑取為?250.
2.3 整機(jī)工作原理圖
電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)據(jù)刀片，而工作臺(tái)XY方向可以進(jìn)給到合適的位置，上面的夾具裝夾工件，
通過調(diào)整距離來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。
3 鋼制金相切割X方向進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)
表 3-1滾珠絲桿副支承
支承方式
簡(jiǎn)圖
特點(diǎn)
一端固定一端自由
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計(jì)時(shí)盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。
一端固定一端游動(dòng)
需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長(zhǎng)度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。
兩端固定
只有軸承無(wú)間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會(huì)受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高?？梢灶A(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對(duì)剛度和位移精度要求較高的場(chǎng)合。
3.1 X向滾珠絲桿副的選擇
滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個(gè)機(jī)構(gòu)。他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動(dòng)體，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)滾珠滾動(dòng)。
設(shè)X向最大行程為300mm,最快進(jìn)給速度為18m/min,主軸箱大概質(zhì)量為50kg,工作臺(tái)大概質(zhì)量為80kg,移動(dòng)部件大概質(zhì)量為30kg，工作臺(tái)最大行程為300mm。
3.1.1導(dǎo)程確定
電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動(dòng)比i=1, 選擇電機(jī)Y系列異步電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為
取Ph=12mm
3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速
基本公式
最大進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
最小進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速
絲桿的等效轉(zhuǎn)速 式中取故
3.1.3估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重
主軸箱重量
工作臺(tái)重量
移動(dòng)部件重量
3.1.4確定絲桿的等效負(fù)載
工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滑動(dòng)導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為
其等效載荷按下式計(jì)算（式中取，）
3.1.5確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷
fw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負(fù)載
nz-------等效轉(zhuǎn)速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計(jì)算得Car=17300N
表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間Lh
表3-1-2精度系數(shù)fa
表3-1-3可靠性系數(shù)fk
表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw
3.1.6精度的選擇
滾珠絲杠副的精度對(duì)電氣機(jī)床的定位精度會(huì)有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導(dǎo)程誤差對(duì)機(jī)床定位精度是最明顯的。一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定絲杠的任意300行程變動(dòng)量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗(yàn)算中確定。，選用滾珠絲杠的精度等級(jí)X軸為1～3級(jí)（1級(jí)精度最高），Z軸為2～5級(jí)，考慮到本設(shè)計(jì)的定位精度要求及其經(jīng)濟(jì)性，選擇X軸Y軸精度等級(jí)為3級(jí)，Z軸為4級(jí)。
3.1.7選擇滾珠絲桿型號(hào)
計(jì)算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN
公稱直徑Ph=12mm
則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器，雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號(hào)為FFZD4010—3。
公稱直徑 d0=40mm 絲桿外徑d1=39.5mm 鋼球直徑dw=7.144mm 絲桿底徑d2=34.3mm 圈數(shù)=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 剛度kc=973N/μm
3.2校核
滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動(dòng)固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度KS，絲桿副內(nèi)滾道的接觸剛度KC，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計(jì)算而定。
3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證
絲桿的支撐方式對(duì)絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負(fù)荷按下列計(jì)算：
式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2）
LO-------最大受壓長(zhǎng)度（m）
K1-------安全系數(shù)，取K1=1.3
Fmax-------最大軸向工作負(fù)荷（N）
f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f1=15.1
I=絲桿最小截面慣性距（m4）
式中do--------是絲桿公稱直徑（mm）
dw------------滾珠直徑（mm），
絲桿螺紋不封閉長(zhǎng)度Lu=工作臺(tái)最大行程+螺母長(zhǎng)度+兩端余量
Lu=300+148+20X2=488mm
支撐距離LO應(yīng)該大于絲桿螺紋部分長(zhǎng)度Lu，選取LO=620mm
代入上式計(jì)算得出Fca=5.8X108N
可見Fca＞Fmax，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。
3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證
滾珠絲杠副高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速：
式中：A------絲桿最小截面：A=
-------絲杠內(nèi)徑，單位；
P--------材料密度p=7.85*103(Kg/m)
--------臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，單位為，本設(shè)計(jì)中該值為=148/2+300+(620-488)/2=440mm
----------安全系數(shù)，可取=0.8
fZ----------絲杠支承系數(shù)，雙推-簡(jiǎn)支方式時(shí)取18.9
經(jīng)過計(jì)算，得出= 6.3*104，該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。
3.2.3絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率
絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計(jì)算公式
式中 A——絲杠最小橫截面，；
螺母座剛度KH=1000N/μm。
當(dāng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。
經(jīng)計(jì)算得：
式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)；
KH——螺母座的剛度(N/μm)；KH=1000 N/μm
Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)；
KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)；
KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。
經(jīng)計(jì)算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。
3.3電機(jī)的選擇
步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無(wú)累計(jì)誤差、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，再者還要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。
3.3.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
a、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
上式中：d—直徑,絲桿外徑d=39.5mm
L—長(zhǎng)度=1m
P—鋼的密度=7800
經(jīng)計(jì)算得
b、X向直線運(yùn)動(dòng)件向絲桿折算的慣量
上式中：M—質(zhì)量 X向直線運(yùn)動(dòng)件M=160kg
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
經(jīng)計(jì)算得
c、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
查表得
因此
3.3.2電機(jī)扭矩計(jì)算
a、折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩
上式中：
J=0.0028kg/m2
ta—加速時(shí)間 KS—系統(tǒng)增量，取15s-1,則ta=0.2s
經(jīng)計(jì)算得
b、折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩
上式中：F0—導(dǎo)軌摩擦力，F(xiàn)0=Mf，而f=摩擦系數(shù)為0.02，F(xiàn)0=Mgf=32N
P—絲桿螺距（m）P=0.001m
η—傳動(dòng)效率，η=0.90
I—傳動(dòng)比，I=1
經(jīng)計(jì)算得
c、折算至電機(jī)軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩
上式中P0—滾珠絲桿預(yù)加載荷≈1500N
η0—滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率為0.9
經(jīng)計(jì)算的T0=0.05N·M
則快速空載啟動(dòng)時(shí)所需的最大扭矩
根據(jù)以上計(jì)算的扭矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，選擇電機(jī)型號(hào)為SIEMENS的IFT5066，其額定轉(zhuǎn)矩為6.7。
4 鋼制金相切割Y方向進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)
4.1 Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇
根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：
因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取
根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:
選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號(hào)為:HJG-D25
基本參數(shù)如下:
額定載荷/N
靜態(tài)力矩/N*M
滑座重量
導(dǎo)軌重量
導(dǎo)軌長(zhǎng)度
動(dòng)載荷
靜載荷
L
(mm)
17500
26000
198
198
288
0.60
3.1
760
滑座個(gè)數(shù)
單向行程長(zhǎng)度
每分鐘往復(fù)次數(shù)
M
4
0.6
4
導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：
額定行程長(zhǎng)度壽命:
導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命:
導(dǎo)軌的工作壽命足夠.
4.2 滾珠絲杠計(jì)算、選擇
初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm
強(qiáng)度計(jì)算
絲杠軸向力：(N)
其中：K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時(shí)：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計(jì)算。
取f=0.004,則:
壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)
最大動(dòng)載荷：
式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時(shí)為1.0。
查表得中等沖擊時(shí)則:
根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào)為: CM系列滾珠絲桿副，其型號(hào)為：CM2005-5。
其基本參數(shù)如下:
其額定動(dòng)載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.
滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表
名稱
計(jì)算公式
結(jié)果
公稱直徑
――
20mm
螺距
――
５mm
接觸角
――
鋼球直徑
――
3.175mm
螺紋滾道法向半徑
1.651mm
偏心距
0.04489mm
螺紋升角
螺桿外徑
19.365mm
螺桿內(nèi)徑
16.788mm
螺桿接觸直徑
17.755mm
螺母螺紋外徑
23.212mm
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
20.7mm
（1） 傳動(dòng)效率計(jì)算
絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：
式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。
（2） 穩(wěn)定性驗(yàn)算
絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。
（3） 剛度驗(yàn)算
滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)
Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算
絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差Δ為
E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。
4.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算
根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，有：
（1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
式中：為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為齒輪１的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
為齒輪２的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ｍ為移動(dòng)部件的質(zhì)量。
對(duì)鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算：
式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長(zhǎng)度。
所以有：
電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，所以有：
步進(jìn)電機(jī)的選用
(１）步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算
設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：
式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動(dòng)部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動(dòng)的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以：
式中：為移動(dòng)部件負(fù)載（N），G為移動(dòng)部件質(zhì)量（N），為與重力方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（N），為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，為步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad）,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（N.cm）。
取=0.3（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），＝０.8，==279.23Ｎ。考慮到重力影響，Ｙ向電機(jī)負(fù)載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有：
考慮到啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：
取系數(shù)為０.３，則：
對(duì)于工作方式為三相６拍的步進(jìn)電機(jī)：
(２） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率
為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動(dòng)頻率要大于最高運(yùn)行頻率,同時(shí)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇兩個(gè)90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī).
電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下:
型號(hào)
主要技術(shù)參數(shù)
相數(shù)
步距角
電壓
(V)
相電流
(A)
最大靜轉(zhuǎn)矩
(n.m)
空載啟動(dòng)頻率
空載運(yùn)行頻率
分配方式
90BF001
4
0.9
80
7
3.92
2000
8000
4相8拍
外形尺寸(mm)
重量
kg
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
Kg.m
外直徑
長(zhǎng)度
軸直徑
90
145
9
4.5
1764
5 夾持工件夾具的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中，充分考慮到夾具的功能需求和與系統(tǒng)的配合需求，在具體實(shí)現(xiàn)的過程中，以系統(tǒng)的可靠性與易用為準(zhǔn)則，盡量把鉗工用夾具設(shè)計(jì)成為一個(gè)功能齊全、可靠性高且易于使用的產(chǎn)品。
5.1 夾具結(jié)構(gòu)
夾具主要由活動(dòng)鉗身、固定鉗身、絲桿、手柄等可活動(dòng)零件，以及螺釘、螺母等起固定作用的零件組成。
5.2 工作原理
夾具的固定鉗身用螺栓固定于工作臺(tái)邊緣上，固定鉗身裝在固定鉗身上，并能繞固定鉗身軸心線繞一定角度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到要求的方向時(shí)，扳動(dòng)夾緊手柄使夾緊螺栓旋緊，使固定鉗身固緊。
活動(dòng)鉗身通過導(dǎo)軌與固定鉗身的導(dǎo)軌配合。處于活動(dòng)鉗身上的絲桿可以旋轉(zhuǎn)，但不能軸向移動(dòng)，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的絲杠螺母配合。當(dāng)搖動(dòng)手柄時(shí)，絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)活動(dòng)鉗身相對(duì)于固定鉗身作軸向移動(dòng)，在鉗口的作用下夾緊或放松物件。
其次，在絲桿與活動(dòng)鉗身配合處有彈簧，其借助擋圈和開口銷固定在絲杠上，當(dāng)放松絲杠時(shí)，可使活動(dòng)鉗身及時(shí)地退出。
另外，在固定鉗身和活動(dòng)鉗身上，各有用螺釘固定的鋼制且制有交叉網(wǎng)紋的鉗口，起夾緊、防滑的作用。
5.3各組成部分的設(shè)計(jì)
5.3.1 固定座的設(shè)計(jì)
固定座屬于機(jī)架、箱體類零件。該類零件特點(diǎn)是形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。固定鉗身的總體組合方式為綜合式，由圓柱臺(tái)和若干凸臺(tái)組成。其作用主要是固定連接，與桌面和臺(tái)面連接緊固的；還有一部分是和其他零件配合連接；固定其他零件，為其他零件提供安裝區(qū)域。
根據(jù)固定鉗座的零件圖畫出三維實(shí)體圖，選取材料為HT150[2]。固定鉗座的零件圖（圖2）：
圖2固定座的零件圖
5.3.2 活動(dòng)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)活動(dòng)鉗身的零件圖畫出三維實(shí)體圖，選取材料為HT150[2]。
活動(dòng)鉗身的零件圖（圖5）：
圖5活動(dòng)鉗身的零件圖
圖6 活動(dòng)鉗
5.3.3 絲杠螺母的設(shè)計(jì)
根據(jù)杠螺母的零件圖畫出二維實(shí)體圖，選取材料為HT150。
根據(jù)杠螺母的二維圖畫出三維實(shí)體圖。
5.3.4 鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)鉗口板的零件圖畫出三維實(shí)體圖，選取材料為45 。
鉗口板的零件圖（圖11）：
圖11 鉗口板零件圖
5.3.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)需求和夾具的使用性能要求，本設(shè)計(jì)中選取標(biāo)準(zhǔn)件螺釘——GB/T 68，選取材料為Q235。查取設(shè)計(jì)手冊(cè)可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)得鉗口板用螺釘?shù)娜S實(shí)體圖（圖13）：
圖13 固定鉗口板用螺釘
5.3.6螺母的選擇設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)需求和夾具的使用性能要求，本設(shè)計(jì)中選取標(biāo)準(zhǔn)件螺母——GB/T 6174—2000—M10[10]，選取材料為35。查取設(shè)計(jì)手冊(cè)可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)得螺母M10的三維實(shí)體圖（圖16）。
圖16 螺母M10
5.3.7銷的選擇設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)需求和夾具的使用性能要求，本設(shè)計(jì)中選取標(biāo)準(zhǔn)件y圓錐銷——GB/T 91—3x14，選取材料為Q235。查取設(shè)計(jì)手冊(cè)可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)得銷的三維實(shí)體圖（圖17）。
圖17 銷
5.3.8螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)螺桿的零件圖畫出三維實(shí)體圖，選取材料為45。
螺桿的零件圖（圖18）：
圖18 螺桿（絲杠）的零件圖
螺桿的三維實(shí)體圖（圖19）：
圖19 螺桿（絲杠）
5.3.9 螺桿的強(qiáng)度校核計(jì)算
進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。本設(shè)計(jì)中，螺桿主要是扭矩，則應(yīng)該按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。
這種方法是只按軸所受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa；T——軸所受的扭矩，N.mm；
· ——軸的抗扭截面系數(shù)， n——軸的轉(zhuǎn)數(shù)，p——軸傳遞的功率，d——計(jì)算截面處軸的直徑，mm；——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa。
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，選取許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為25-45Mpa. T=15 kN.m。截面處軸的直徑為18mm。代入數(shù)據(jù)可算得實(shí)際扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為12.86 Mpa，與理論相比可知符合設(shè)計(jì)使用性能的要求。所以，和螺母配合處軸的尺寸選擇合理。
5.3.10墊片的選擇設(shè)計(jì)
為了使螺桿在固定鉗身里能夠較好的定位，特配備兩個(gè)墊圈，一個(gè)用于和M10螺母的配合使用，另一個(gè)用在螺桿的把手方位與固定鉗身的配合使用。
和M10螺母配合使用的彈簧墊圈（圖20）選用標(biāo)準(zhǔn)件，按GB 93—87，相關(guān)尺寸為：d=10.2，s=b=2.6，0
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