【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 優(yōu)化設(shè)計(jì)，并完成心軸夾具的裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)及其工藝性審查， 最后研究了心軸夾具的制造方法。 以圖 所示的典型零件為對(duì)象進(jìn)行液性塑料心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先根據(jù)加工要求確定基于心軸的零件定位夾緊方案，然后根據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)液性塑料心軸進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算。主要包括薄 壁套筒、加壓螺釘和柱塞的結(jié)構(gòu)選型、參數(shù)計(jì)算、材料及技術(shù)要求確定，液塑通道設(shè)計(jì)和心軸基體材料選擇， 最后對(duì)液性塑料心軸的結(jié)構(gòu)密封性、定位精度、工作壓力控制問(wèn)題進(jìn)行研究。 采用液性塑料心軸的定位夾緊方案 表 典型零件的主要工藝流程 工序號(hào) 工序內(nèi)容 使用機(jī)床 1 粗車外圓，端面 馬鞍車床 CW6263B 5 粗車內(nèi)圓，端面 馬鞍車床 CW6263B 10 半精加工內(nèi)圓 馬鞍車床 CW6263B 15 精車右外圓、端面 馬鞍車床 CW6263B 20 精車左外圓、端面 馬鞍車床 CW6263B 25 磨外圓、端面 外圓磨床 M1450 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 30 精車槽 CW6263B 表 列出了圖 軸套類典型零件與心軸設(shè)計(jì)有關(guān)的工藝流程，后續(xù)工序略去。 目前，磨外圓工序采用的定位夾緊方案：以右端面和 φ 104mm 內(nèi)孔定位，在工件左端面使用圓螺母夾緊。由于使用可做端面定位，使得兩個(gè)加工尺寸長(zhǎng)度 φ 90mm和直徑 φ 130mm 的測(cè)量 不太方便，工件要安裝時(shí)要先進(jìn)行定位，再進(jìn)行夾緊，所以也影響了生產(chǎn)效率和定位精度。 使用本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的液性塑料心軸定位夾緊進(jìn)行外圓的磨削，這樣就能保證外圓的跳動(dòng)滿足精度，而且提高加工時(shí)工藝系統(tǒng)的剛度。外圓磨削時(shí)，工件軸向并不需要非常精確的定位，因此我們使用φ 104mm 小孔的右 端面進(jìn)行大致的軸向定位，以確定工件和液性塑料心軸薄壁套筒之間的相對(duì)位置，使得套筒變形量不超過(guò)許用范圍。 薄壁套筒的設(shè)計(jì) 液性塑料心軸夾具中的定位元件是中部帶薄膜的薄壁套筒。其在夾具中是靠中部薄膜的外漲或內(nèi)縮對(duì)工件進(jìn)行定位與夾緊。 薄壁套筒的結(jié)構(gòu) 液性塑料夾緊定位元件的結(jié)構(gòu)一般只有外漲式和內(nèi)夾式兩種，如圖 所示： a、外漲式套筒 b、內(nèi)夾式套筒 圖 外漲式套筒用于加工外圓及端面，內(nèi)夾式套筒用于加工內(nèi)圓及端面，在本設(shè)計(jì)中， 根據(jù)圖 零件要求，可選擇 要加工的表面適合用外漲式套筒。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 薄壁套筒材料的選用 加緊定位元件材料應(yīng)選用彈性極限高的，以保證其具有高的彈性及穩(wěn)定性。 各材料的 性能 參數(shù)如表 所示。 表 不同鋼種的性能 由于鋼的彈性模量 E基本是個(gè)定值，均在 2 105MPa左右，而安全系數(shù)在一定 條件下也是個(gè)定值。要 想要 提高套筒的最大允許變形量，應(yīng)選 s? 較大的材料和適當(dāng)?shù)臒崽幚矸秶?，因此我們選用合金鋼 30CrMnSi，通過(guò)鍛造提高其力學(xué)性能，淬火到 HRC35~40，以保證套筒具 有良好的彈性和耐磨性。其 彈性模量 E= 105MPa，泊松比 u=。熱處理后，屈服極限 s? =850MPa，保證了套筒具有很高的許用應(yīng)力。 由于薄壁套筒反復(fù)處于漲緊和松開(kāi)狀態(tài)，應(yīng)考慮因應(yīng)力循環(huán)次數(shù)而破壞疲勞強(qiáng)度 ， 夾具體與薄壁套筒配合應(yīng)有過(guò)盈量，其內(nèi)應(yīng)力不能因時(shí)間久而產(chǎn)生應(yīng)力松弛。 熱處理后， 其硬度應(yīng)均勻，否則會(huì)影響定心精度。 薄壁套筒參數(shù)設(shè)計(jì) 由于液性塑料心軸夾具的參數(shù)設(shè)計(jì)，沒(méi)有確定的參考，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候只能查閱相關(guān)的資料以及經(jīng)驗(yàn)公式 ，通過(guò)對(duì)所查閱資料的研究比較，選擇出一套比較合理的方案。 套筒 1 由 前面的分析可知我們選用的是外脹式 薄壁套筒。一般來(lái)說(shuō)當(dāng)被加工件的長(zhǎng)度 L＜定位直徑 D時(shí)，采用 如 圖 ， 而在本題中， 被加工件的長(zhǎng)度 L＞ D,薄壁套筒較長(zhǎng) ，從而產(chǎn)生較 大的徑向變形△ D， 使得套筒剛性變差， 影響定心精度。此情況最好采用 如圖 ，改善這種現(xiàn)象。 鋼號(hào) 彈性模量 E kg\c ㎡ 泊松比 u 極限強(qiáng)度 ? b kg／ cm2 屈服點(diǎn) s? kg\c ㎡ 布氏硬度 HB 在比例極限時(shí)的延伸率ep 30CrMnSi 106 11000 8500 363~311 103 18CrNiWA 106 11000 9500 375~331 103 12CrNi3A 106 9500 7000 341~269 103 45 106 7000 4000 229~197 103 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 圖 圖 （ 1） 套筒薄壁 長(zhǎng)度 部分 相關(guān)尺寸計(jì)算 ： 圖 對(duì)于經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算套筒我們需要綜合多種文獻(xiàn)，對(duì)比得出比較適中的，進(jìn)而使計(jì)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 算結(jié)果更加接近實(shí)際 。 第一種： 一般情況下， 當(dāng)套筒不承受切削扭矩或扭矩很小時(shí)，如定心用于檢具、鉆具、精車、精磨夾具等，可取 ? =。當(dāng)承受中等負(fù)荷時(shí)，如粗磨、粗鏜等，可取 ? =。當(dāng)承受重 載 工作時(shí)，如切齒加工或其他精加工，可取 ? =。 則有本題取 ? =。 接觸系數(shù) ? ，計(jì)算公式為： ? =l\L，其中， l為工件基準(zhǔn)長(zhǎng)度， L為薄壁套筒長(zhǎng)度。 表 Lc、 hc的尺寸（ mm） 套筒直徑 D Lc Hc ? 30 6 5 30~50 8 6 50~80 11 9 80~120 16 12 120~160 22 16 160~200 28 18 200~2500 36 26 H=2 3D 則可計(jì)算出 L=74mm， H=10mm， 由表 Lc=11mm， R=5mm， h=4mm制造時(shí)， H可考慮在薄壁套筒和夾具體上各占一半。如果夾具體切削過(guò)深，則會(huì)減低其抗彎剛性 ， 若套筒切削過(guò)深，則會(huì)使套筒端壁面積增大，而加大軸向壓力，使套筒徑向彈性減少，縮小了夾具的應(yīng)用范圍。 第二種 : 表 【 1】 夾緊定位元件薄壁部分厚度 D(mm) 10~50 50~100 LD/2 h=+ h= D/2LD/4 h=+ h= D/4LD/8 h=+ h= 其中 D為工件定位直徑， L為薄壁套筒的薄壁的長(zhǎng)度， h為薄壁的厚度。由于該工件LD,可以選用 h== 70=≈ 2mm 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 表 【 1】 夾緊定位元件薄壁部分長(zhǎng)度 2h/D L D為工件定位直徑， L為薄壁套筒的薄壁的長(zhǎng)度， h為薄壁的厚度。 由于 2h/D=2 2/70=,則 L==≈ 30mm， 此時(shí) L2/D，結(jié)合工作 實(shí)際 我們不選用此種方法 。 選用方案 1。 （ 2） 套筒最大允許變形量 Δ D【 1】 ： δ max表示被加工工件表面與薄壁套筒之間在未加壓前的最大間隙，△ Dmax表示薄壁套筒直徑最大變形量。則當(dāng)△ Dmax δ max=0只能起定心作用 ， 當(dāng) △ Dmax δ max時(shí)，間隙消除不了，不起任何作用 ,當(dāng) △ Dmax δ max時(shí)，起定心和夾緊作用。 取 ： Δ D max =D2P/2Eh （ 1） 式中： E—— 加緊定位元件的彈性模數(shù)， kPa； P—— 夾緊定位元件最大允許液性塑料壓力； P 按下表取值。 表 【 1】 加緊定位元件最大允許液性塑料壓力 D(mm) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 P(MPa) 45 45 40 40 35 35 30 30 25 由表 可知，我們的夾具定位直徑為 70mm， 所以 P 取 35MPa 合適。我們選用的薄壁套筒材料 30CrMnSi 的彈性模量 E= 105MPa，因此， 據(jù)參考文獻(xiàn)【 2】 計(jì)算出 Δ D max =D2P/2Eh=702 35/2 105 4= 另一種對(duì) Δ D 的計(jì)算是通過(guò)胡克定律： Δ D max =σ sD/EK （ 2） 式中：σ s—— 薄壁套筒材料的屈服極限（ kPa），對(duì)于我們所選的材料， σ s= 102MPa； E—— 套筒材料的彈性模數(shù)（ MPa），對(duì)于我們所選的材料， E= 105MPa； K—— 安全系數(shù)，一般取 ~； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 把上述取值帶入公式 (2)中， Δ D max =σ sD/EK= 102 70/ 10 =。 若工件定位基準(zhǔn)較長(zhǎng)（ L），對(duì)合金鋼薄壁套筒來(lái)說(shuō)，最大徑向漲量 Δ D max大約為 ；若工件定位基準(zhǔn)短（ L） , 套筒直徑的最大漲量則應(yīng)更小些，對(duì)合金鋼薄壁套筒來(lái)說(shuō)，最大徑向漲量 Δ D max大約為 ； 比較上述兩種方法，方案 1 更合理一些 （ 3） 套筒定位面直徑 最大配合間隙 ： 在未夾 緊時(shí)工件與套筒定位面間的最大配合間隙： Δ max=D1max— D2min=δ D+Δ +δ d （ 3） 式中： D1max—— 工件內(nèi)孔的最大直徑； D2min—— 套筒定位面的最小直徑； Δ —— 工件定位基準(zhǔn)與套筒定位表面間的最小保證間隙； δ D及δ d—— 工件定位基準(zhǔn)及套筒定位表面的制造誤差； 套筒的壁厚差不超過(guò) ~，因此， 我們?nèi)?套筒和工件之間的最小保證間隙 為 ，套筒制造公差取 f5 級(jí)精度，故套筒定位面直徑 D=70f5=70 ?? mm， 工件φ 70mm 內(nèi)孔 制造公差 為φ 70 ?? mm，因此，最大可能間隙Δ max= +－ （ －） = mm （ 4） 套筒與工件配合的過(guò)盈量： Δ g=Δ D max— Δ max=－ = （ 5） 塑料腔環(huán)形槽深度： 表 【 1】 夾緊定位元件其他尺寸 D（套筒定位直徑） S H 30 6 5 30~50 7 6 50~80 8 7 80~120 10 8 120~180 12 9 180~250 15 12 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 表中 S 表示套筒固定部分長(zhǎng)度， H 表示 1/2 容塑腔深度，由此可見(jiàn)塑料腔環(huán)形深度取7mm， S=8mm。 另一種取表 環(huán)槽高度 H=2 3D =2 370 =2 =≈ 10mm。 第三種選取原則見(jiàn)下表： 表 容塑腔高度值 直徑 D（ mm） 高度 H（ mm） 10~30 6 30~50 7 50~70 8 70~90 9 90~100 10 從上面比較，可以看出文獻(xiàn) 2 和文獻(xiàn) 3 選取的方法不同，但結(jié)果相近，所以我們?nèi)=10mm。 （ 6） 液性塑料工作壓力： 由表 我們可取 P=35MPa （ 7） 圓角半徑 有關(guān)于圓角半徑的取值原則：薄壁套筒圓角半徑是保證液性塑料暢流無(wú)阻的重要條件，以避免應(yīng)力集中。 一種是 :圓角半徑： R== 70=，我們將其取為 3mm。 另一種是 ： R》 h ，由上面得出的薄壁的厚度 h 我們可以得出 R=4mm 我們選用第二種方法，為了避免應(yīng)力集中。 （ 8） 套筒與基體的配合過(guò) 盈量： 表 套筒與基體的配合過(guò)盈量 工件定位直徑 D 過(guò)盈量δ c 50 以下 50~80 80~120 120~180 180~250 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 目前在配合上存在不同的看法，有的選擇基孔制壓配合 77Hs??????、 76Hs??????，有的選用過(guò)度配合 76Hm??????，有的采用控制過(guò)盈量，有的既用制壓配合，又注上過(guò)盈值。一般認(rèn)為采用保證過(guò)盈值 更為可靠。當(dāng)承受切削力較小時(shí)，常用過(guò)盈值按上表 選擇。當(dāng)切削力較大且套筒與夾具體之間又無(wú)銷釘固定時(shí)，可取 c? =。 套筒 2： (1) 套筒薄壁長(zhǎng)度部分相關(guān)尺寸計(jì)算 套筒 2 中 L 與 D 的尺寸相差不太大，不會(huì)引起剛度方面的減弱，我們可以用普通的圖 的套筒。 同例有表 H= H=2 3D =2 3104 =10mm， 取 Lc=16mm， R=6mm， h=6mm制造時(shí)， H可考慮在薄壁套筒和夾具體上各占一半。如果夾具體切削過(guò)深，則會(huì)減低其抗彎剛性 ， 若套筒切削過(guò)深，則會(huì)使套筒端壁面積增大，而加大軸向壓力，使套筒徑向彈性減少，縮小了夾具的應(yīng)用范圍。 第二種 : 由表 、表 ： 該段 LD,可以選用 h== 104=≈ 3mm 由于 2h/D=2 3/104=,則 L==mm≈ ，此時(shí) L2/D，結(jié)合工作實(shí)際我們不選用此種方法。選用方案 1。 （ 1） 套筒最大允許變形量 Δ D【 2】 ： δ ma x表示被加工工件表面與薄壁套筒之間在未加壓前的最大間隙，△ Dmax表示薄壁套筒直徑最大變形量。則當(dāng)△ Dmax δ max=0只能起定心作用 ， 當(dāng)△ Dmax δ max時(shí)，間隙消除不了，不起任何作用 ,當(dāng)△ Dmax δ max時(shí)，起定心和夾緊作用。 取 Δ D max =D2P/2Eh式中： E——