自动机械设计--弹性夹头自动铣槽机

1、弹性夹头自动铣槽机设计一、设计要求及主要技术指标1 弹性夹头结构如图1所示。图1 弹性夹头的结构2 当图中的结构尺寸2mm时，铣出四条槽，槽长21.5mm，四槽均布；当2mm时，铣三条槽，槽长不变；槽宽均为0.3mm，无铣削毛刺。3铣槽机在工作中，允许手工上下料，但铣槽过程必须自动进行。铣槽机的设计生产纲领：230件/8h。研制费用：4万元。研制周期：10个月。二、分析论证弹性夹头（三爪或四爪）在机械加工中应用十分普遍。这里讨论的弹性夹头时作为钻石（直径23mm、厚度约0.3mm）加工中的一种专用夹具。所要研制的铣槽机是加工弹性夹头的专用机床。由图1可知，弹性夹头外部由两段圆柱和一段圆锥组成，

2、主要配装在钻石夹具的套内，加工要求不是太高，可以经车削加工后研磨即可。当完成弹性夹头外形加工后，需要在锥体部分加工出三槽或四槽。加工槽的常规方法就是铣槽，考虑槽的宽度，可采用片铣刀。从铣切原理考虑，可由机床主轴夹持住弹性夹头外圆，铣刀先铣切出一条槽后，主轴分度，依次再加工其余各槽，从而完成铣槽任务。按此铣切原理，设计一台自动铣槽机，设计中再采取一些技术措施，完全可以保证加工要求。三、方案设计1铣刀选用常用的高速钢圆盘铣刀规格如下表1所示。根据铣削要求，选用规格为D·d=40*13,Z=56的铣刀。铣刀外径D/mm铣刀内径d/mm铣刀齿数Z粗齿细齿2584472321050804013

3、56902 铣切方法的选择铣切时，由夹具夹持住弹性夹头的尾部并进行分度，铣刀在旋转中进刀铣切，手工上下料。常用的铣切方法有顺铣法和逆铣法，如图2所示。考虑是在工件内部开槽，逆铣时不易在夹头端部产生铣削毛刺，而且产生的铣削力又有利于夹具夹具夹紧弹性夹头，故选定逆铣法。图2 铣切方法（a）顺铣（b）逆铣1-工件 2-铣刀3 铣切工艺手工下料铣切抬刀分度铣切抬刀卸料4铣刀转速和进刀时间计算： 式中 v-切削速度，取v=62.8m/min。铣刀进给总行程为：H=21.5(槽长)+4.5(余量)=26(mm)设铣刀铣切一条槽需要转动R转，取铣刀的每齿进给量为0.005mm，则：（转）设铣刀铣切一条槽的进

4、给时间为t，则：（s）5铣切夹具设计由于弹性夹头可夹持部分直径为，长度仅为6mm，而铣切时的悬伸量有20mm，这在铣切时，极易使弹性夹头变形，铣刀因振动等原因也很容易爆裂损坏，从而不能保证铣切加工质量。所以如图3所示的专用铣切夹具。图中的三爪（或四爪）铣切夹头2（槽数与待加工弹性夹头槽数相同）装夹在机床主轴1中，夹头前端的弹性辅助支承可托住弹性夹头，形成两点支承，从而增加了铣切时弹性夹头的刚性和抗振能力，确保了加工质量，也延长了铣刀使用寿命。图3 铣切夹具1-机床主轴 2-铣切夹头 3-弹性夹头四、铣槽机传动系统的设计 （一）传动路线的拟定按照上述铣切工艺，铣槽机主要执行机构有两个：机床主轴和

5、铣刀，其工艺动作如下：机床主轴夹持住弹性夹头并进行分度；铣刀向弹性夹头进给铣切，抬刀、退刀后，机床主轴分度，铣刀二次铣切，如此反复三次（三槽）或四次（四槽）。铣槽机传动录像（如图4所示）安排如下：铣刀16的转动由电机13通过带传动副14单独驱动；主轴17分度、铣刀进给以及抬刀、退刀运动之间形成内联传动链，由凸轮分配轴7控制；凸轮分配轴由电动机1以及传动系统组成的外联传动链驱动。电动机1通过联轴器2、减速器3、链传动4、安全离合器5驱动凸轮分配轴7转动；分配轴上的凸轮6通过连杆机构20、棘轮19、齿轮（、）传动，实现机床主轴17的分度；分配轴上的凸轮8使刀架11拖动铣刀16沿机床导轨前后运动，实

6、现铣刀的进给运动；分配轴上的凸轮9通过连杆机构10使顶杆12绕轴转动，从而驱动铣刀支架14沿刀架11立导轨上下滑动，实现铣刀的抬刀运动；在主轴17上安装凸轮18用于驱动行程开关，实现铣切完成后的停车。图4 铣槽机的传动系统1主电动机 2联轴器 3减速器 4链轮副 5安全离合器 6主轴分度凸轮 7凸轮分配轴 8进刀凸轮 9抬刀凸轮 10连杆机构11刀架12顶杆3铣刀电动机14铣刀支架15带传动副 16铣刀 17机床主轴18停车凸轮 19棘轮20连杆机构 21手轮（二）传动系统的计算1铣刀传动系统（1） 电动机的选择 由机床设计手册可知，铣刀的铣削力F（N）按下式计算： 式中 系数，查表得=68；

7、 切削深度，=2.5mm； 每齿进给量，=0.01mm/齿； 铣削宽度，=0.3mm； 铣刀直径，=40mm； Z铣刀齿数，Z=56。 代入上式计算得：F21（N） 由铣削速度v=80m/min，则铣削功率为N（kw）: 式中 效率，取=0.9。 可选功率100W、转速1400r/min的电动机。 （2）皮带传动的计算 根据功率大小，选用O型带，取小带轮直径，计算大带轮直径: 2 分配轴传动系统（1）分配轴转速确定 取铣刀进给凸轮的工作行程和空行程的时间比为1：1。由铣刀铣切一条槽的进给时间t=11.13S，则凸轮转一转的时间为22.25s，分配轴转速为 设铣切三条槽时所需要的时间为 设铣切四

8、条槽时所需要的时间为 取工件装夹所需要的时间为30s，则铣槽机每班产量为当铣切三槽时： 当铣切四槽时： （2）分配轴外联传动链设计 考虑分配轴转速（3.43r/min）比较低，选用功率0.6kW、转速为1201200r/min的滑差电动机。取电动机的正常工作转速为600r/min，则外联传动链总降速比为： i=可选用降速比为121的摆线针轮减速器，其余降速比由链传动来调整。减速器输出端选用齿数、节数t=12.7的自行车用飞轮作为主动链轮。飞轮是一种超越离合器，当转动盘车手轮以调整铣槽机时，离合器可将减速器以及电动机脱开，以便轻松转动盘车手轮。分配轴上从动链轮设计计算如下： 圆整后取。式中的、分

9、别为从动链轮的齿数、分度圆直径、顶圆直径、根圆直径。（3）分配轴内联传动链设计 根据铣切工艺要求，确定各执行机构运动循环组成以及时间（转角）。铣刀进给机构运动循环： 铣刀抬刀机构运动循环: 主轴分度机构运动循环： 停车行程开关驱动机构运动循环： 根据铣切工艺要求以及各执行机构的运动循环，设计并绘制铣槽机的工作循环图（分配轴同步化循环图），如图5所示根据此分配轴同步化循环图，选用合适的运动规律，完成四个凸轮的设计。图5 铣槽机工作循环图五、铣槽机主轴系统设计1 主轴分度运动的实现主轴分度采用凸轮机构、棘轮机构以及齿轮传动来实现，在图4中，主轴分度凸轮通过连杆机构20使棘轮19间歇转动，在棘轮轴上装设一双联滑移齿轮（齿数）,分别与主轴17的两个齿轮（）啮合，实现主轴的分度运动。当需要三分度时，主轴的转角为： 当需要四分度时，主轴的转角为： 2 主轴定位机构的设计在主轴分度后，由弹性定位锥销机构的锥销锁定主轴位置，以确保主轴的定位精度，从而保证加工质量。图6 主轴分度定位装置六、铣槽机总体结构设计总