1、軋輥堆焊機床設計（床身及夾具設計）摘要：鋼軋輥的堆焊技術已有30多年的歷史，它逐步從對裂紋的修復和對磨損部分的修復發展到復合軋輥的生產。目前，軋輥堆焊技術已是軋鋼廠降低輥耗、提高軋機作業率、增加產品產量、改善產品質量、降低生產成本的一項行之有效的措施。其中軋輥堆焊機修復廢舊軋輥，運用堆焊的方法，不僅使軋輥使用壽命比原來有所提高，而且還實現廢輥再生，具有重要的經濟意義。床身是堆焊機的主要支承件，它支承著堆焊機的床頭箱，尾座等部件；承受著重力，摩擦力等靜態力和動態力的作用。其結構的合理性和性能的好壞直接影響著堆焊機的制造成本；影響著堆焊機各部件制件的相對位置精度和堆焊機在工作中各運動部件的相對運動

2、軌跡的準確性，從而影響著工件的加工質量；還影響著堆焊機的工作效率和壽命等。本次設計的目的是把普通機床床身改造為軋輥堆焊機床床身。夾具的主要作用為縮短輔助時間、提高勞動生產率、保證加工精度穩定、擴大機床使用范圍 ，減輕勞動強度。通過對夾具的作用的了解，結合軋輥堆焊機夾具的用途，本文另一設計主題是目設計一種簡約經濟的對軋輥的夾緊裝置。關鍵詞：軋輥堆焊機 、床身 、三爪卡盤、頂尖尾座design of roll welding machine（the major design of bed and fixtures） abstract: steel roll welding technology f

3、or more than 30 years of history, it gradually from the crack repair and restoration of the worn part of the development of the composite roll of the production. at present, roll welding technology is reducing rolling mill roll wear and improve mill operations, increase product yield, improve produc

4、t quality, reduce production costs of a well-established measures. one roll of roll welding machine repair waste, the use of welding methods, not only than the original roll life has increased, but also to achieve regeneration of waste roll of great economic significance. bed is the main supporting

5、pieces of welding machine, welding machine that supports the headstock, tailstock and other components; sustains force, friction and other static force and dynamic force. the rationality of its structure and performance of a direct impact on manufacturing costs of welding machines; affected parts pa

6、rts welding machine accuracy and the relative position of each welding machine moving parts in the work of the relative accuracy of the trajectory , which affects the processing quality of the workpiece.the purpose of this design is to transform the ordinary machine bed roll welding machine bed. the

7、 main role is to reduce fixture auxiliary time, improve labor productivity; ensure accuracy and stability; to expand the use of machine tools; reduce labor intensity and lower level workers.through understanding of the role of the fixture, with roll welding machine of a fixture designed for another

8、theme of this design project to design a simple economy on the roll of the clamping device.key words： roll welding machine machine bed jaw chuck top tailstock目 錄1 緒 論11.1 本課題研究的目的與意義11.2 軋輥堆焊機的現狀22 機床床身結構及工藝設計42.1 床身性能及結構設計42.1.1 床身結構設計42.1.1.1 床身截面的結構設計42.1.1.2 床身結構工藝設計62.1.2 床身材料的選擇和熱處理62.2 機床床身工藝

9、設計62.2.1床身的作用62.2.2床身的工藝分析62.2.3確定毛坯的制造形式72.2.4基準的選擇72.2.4.1粗基準的選擇72.2.4.2精基準的選擇72.2.5制定工藝路線72.2.6機械加工余量及毛坯尺寸的確定8 2.2.6.1確定床身毛坯的尺寸公差等級8 2.2.6.2確定床身機械加工余量、毛坯尺寸82.3 床身導軌的要求：92.4 安裝、調試及維護92.4.1安裝92.4.1.1 螺旋傳動機構的安裝92.4.2 調試93 軋輥堆焊機夾具設計113.1 卡盤發展趨勢113.1.2 卡盤組成、原理及作用123.1.2.1 三爪卡盤的原理123.1.2.2 三爪卡盤的作用133.1

10、.3 卡盤設計的要求133.1.4 軋輥堆焊機的床頭箱輸出轉矩計算143.1.4.1 電動機的選擇143.1.4.2 初選傳動比143.1.4.3 擺線針輪齒數確定143.1.4.4 針輪齒數的確定143.1.4.5 傳動比的確定143.1.4.6 輸出轉矩t的確定143.1.5 三爪卡盤錐齒輪傳動的設計163.1.6三爪卡盤保養方法223.2 頂尖尾座的設計223.2.1 頂尖尾座的工作原理223.2.2頂尖尾座的安裝243.2.3 頂尖尾座的作用243.2.4頂尖尾座各個零件工藝分析及設計253.2.4.1滑座設計253.2.4.2頂尖設計263.2.4.3滑塊設計273.2.4.4絲杠設

11、計283.2.4.5夾緊螺桿設計293.2.4.6蓋形螺母設計303.2.4.7立板設計313.2.4.8軸承設計323.2.4.9手輪、手柄設計324 結 論34 參考文獻35 致 謝36致 謝391 緒 論1.1 本課題研究的目的與意義 鋼軋輥的堆焊技術已有30多年的歷史，它逐步從對裂紋的修和對磨損部分的修復發展到復合軋輥的生產。目前，軋輥堆焊技術已是軋鋼廠降低輥耗、提高軋機作業率、增加產品產量、改善產品質量、降低生產成本的一項行之有效的措施。其中軋輥堆焊機修復廢舊軋輥，運用堆焊的方法，不僅使軋輥使用壽命比原來有所提高，而且還實現廢輥再生，具有重要的經濟意義。鋼鐵工業是國民經濟的重要基礎產

12、業，我國是鋼鐵工業大國，對軋輥的需求量非常大。軋輥是軋鋼的主要部件，是關系到鋼材質量和數量的關鍵所在，也是軋機的主要消耗部件。軋輥的過量消耗給軋鋼廠增加了生產成本，引起了業內人士的高度重視。一般從兩個方面解決這個問題：(1)通過合金化等手段提高新軋輥材質的硬度與耐磨性，延長新輥的使用壽命；(2)對舊輥實施修復處理，提高軋輥的利用率，降低成本。修復軋輥的方法很多，堆焊修復的成本低、效果好，是國內外廣泛采用的軋輥修復技術。堆焊機是將焊條平敷在金屬的表面,來提高焊口的高度,所特用的一種焊接設備.堆焊機是由包括機架、機頭、翻轉機構、行走機構、控制設備構成，所述控制設備通過機頭控制卡與機頭相連接，同時通

13、過控制電路板、驅動器與翻轉機構和行走機構相連接，以實現行走機構和翻轉機構的協同精確轉動和移動，機頭為兩個，一個是絲極機頭，一個是帶極機頭，分別安裝在行走機構的兩條導軌上進行焊接。堆焊的應用廣泛，它遍及各種機械使用和制造部門。堆焊作為材料表面改性的一種經濟而快速的工藝方法，越來越廣泛地應用于各個工業部門零件的制造修復中。為了最有效地發揮堆焊層的作用，希望采用的堆焊方法有較小的母材稀釋、較高的熔敷速度和優良的堆焊層性能，即優質、高效、低稀釋率的堆焊技術。用它制造某些零件時，不僅發揮零件的綜合技術性能和材料的工作潛力，還能節約大量的貴重合金。例如，一般的熱鍛模用5crmnmo或5crnimo等合金鋼

14、整體模制造，而我國有的工廠已成功的應用45mn2鑄鋼基體電渣堆焊合金材料來制造，從而大量節約了貴重的ni、mo等合金元素。用堆焊修復舊件費用低、省工、省時、省材料，還可以縮短制造周期。因此，合理地采用并用并推廣堆焊技術具有重大的經濟意義。本次設計的主要任務就是對軋輥堆焊機機床床身的改裝。軋輥堆焊機床身功和機床床身功能相似。故可仿照機床床身。將機床床身改造為軋輥堆焊機床是本次設計的意義之一。夾具可分為通用夾具、專用夾具、可調夾具和組合夾具。夾具的主要作用為縮短輔助時間，提高勞動生產率；保證加工精度穩定；擴大機床使用范圍 ；減輕勞動強度，降低工人等級。通過對夾具的作用的了解，結合軋輥堆焊機夾具的用

15、途而設計一種簡約經濟的軋輥堆焊機夾具。1.2 軋輥堆焊機的現狀 從軋輥堆焊的設備、材料和工藝三個方面看我國軋輥堆焊的現狀，我國現有的堆焊設備中改裝設備多專用設備少，自動化程度較低，有待進一步提高設備的自動化和智能化水平；堆焊用焊接材料存在系列化程度低、品種少、嚴重依賴進口等問題，開發具有自主知識產權的焊材是發展方向；堆焊工藝方面，應發展堆焊工藝專家系統，以提高堆焊工藝水平，縮短工藝試驗時間。目前，國內堆焊復合材質軋輥研究正在興起，而且越來越受到重視。但對于服役工況更為苛刻，性能要求更高的冶金軋輥堆焊復合制造，仍然是冶金行業亟待解決的重大攻關難題。隨著軋制新技術的應用，對軋輥的各項性能都提出了更

16、高的要求。具有方法簡單、綜合性能優異、技術優勢及經濟效益顯著等特點的堆焊制造方法越來越受到各軋鋼廠的青睞。因此研究開發優質、高效、低耗、靈活、清潔的先進堆焊技術，是我國軋輥堆焊的必然趨勢。 目前我國的堆焊機主要有改裝和專用兩種形式。改裝的堆焊設備由軋輥裝夾、回轉系統和焊機系統組成。軋輥裝夾和回轉系統由堆焊廠家自己設計制造，焊機采用埋弧自動焊機，將普通埋弧機頭改裝成堆焊機頭，電源采用直流弧焊電源。另一種是專用堆焊設備，可分為軋輥夾持系統、焊接系統、控制系統和輔助系統四個部分。軋輥夾持系統包括軋輥轉動及支承機構、焊接機頭軸向移動機構、機頭垂直升降系統和導前距離調整機構等；焊接系統包括焊接電源、焊接

17、機頭、機頭焊接控制箱、單絲(雙絲)焊槍等；控制系統包括主控制臺、主軸驅動調速控制、機頭升降驅動控制、焊劑送給與回收電控系統等；輔助系統包括軋輥加熱與保溫裝置、除塵系統等。 綜上所述，目前堆焊設備存在改裝設備多、專用設備少、機械化設備多、智能化設備少的問題，有待進一步提高設備的自動化智能化水平。軋輥堆焊技術的競爭趨于白熱化，我國更應該從堆焊設備、材料和工藝等方面進行改進。焊接設備應實現智能化自動化，以提高生產效率，改變改裝設備多、專用設備少的現狀。在焊接材料方面要更廣泛地研究制造先進材料，擺脫依賴進口的現狀。實現堆焊工藝的專家控制系統是現代堆焊工藝發展的必然趨勢。 目前，高強度、高韌性和高耐磨性

18、的冶金軋輥在國外發達國家已開始推廣應用。相對于傳統的冶金制造方法，其技術進步主要體現在改變軋輥材質和采用新的冶金復合制造技術。改變軋輥材質是提高軋輥性能的首要措施。軋輥材質發展的趨勢是廣泛使用合金元素，且合金化程度逐步提高。如國外熱軋帶鋼精軋前段由60年代的半鋼工作輥發展到70年代的高鉻鑄鐵輥，到了80年代末開始使用高速鋼軋輥；冷軋帶鋼工作輥材質由2%鉻鋼發展到3%鉻鋼、5%鉻鋼，到了90年代末開始使用半高速鋼。高速鋼材料用于軋輥制造，使軋輥性能顯著提高，軋材質量明顯改善。近十多年來，國外采用多種新的冶金軋輥復合制造技術，使軋輥的綜合性能明顯優于整體鍛造和普通離心鑄造軋輥。其中堆焊復合技術由于

19、其更低的制造成本、較高的綜合性能，始終是發達國家研究的重點。由于堆焊材料和工藝的復雜性，使其在實際應用方面沒有其它復合方法的產品應用廣泛。但由于其優越的性價比，使堆焊復合技術的研究仍然不斷的向前發展。2 機床床身結構及工藝設計2.1 床身性能及結構設計床身是堆焊機的主要支承件，它支承著堆焊機的床頭箱，尾座等部件；承受著重力，摩擦力等靜態力和動態力的作用。其結構的合理性和性能的好壞直接影響著堆焊機的制造成本；影響著堆焊機各部件制件的相對位置精度和堆焊機在工作中各運動部件的相對運動軌跡的準確性，從而影響著工件的加工質量；還影響著堆焊機的工作效率和壽命等等。因此，軋輥堆焊機的床身具有足夠的靜態剛度和

20、較高的剛度/質量比；良好的動態性能；較小的熱變形和內應力；并易于加工制造，裝配等；才能滿足堆焊機對床身的要求。2.1.1 床身結構設計堆焊機工作時，主要受到水平方向摩擦力和垂直方向重力作用，使床身在水平面和垂直面內發生彎曲，以及在這些分力聯合作用下的扭轉，其中，影響最大的是床身水平面內的彎曲。因此，在床身不太長的情況下，主要應提高床身在水平面內的彎曲剛度。所以，在設計軋輥堆焊機床身時，采用與水平面傾斜 600的斜面床身。這種結構特點是由于在床身上無需開孔，就可以增加與底座連接的床身底面的整體性，從而可增加床身底面的剛性。基于以上特點使得床身抵抗來自切削力在水平和垂直面內的分力所產生的彎曲變形能

21、力，以及它們的合力產生的扭轉變形能力顯增強。從而大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。2.1.1.1 床身截面的結構設計床身在彎曲、扭轉載荷作用下，床身的變形與床身的截面的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有關。材料、截面相同，但形狀不同的床身，截面的慣性矩相差很大。截面積相同時，采用空形截面，加大外輪廓尺寸，在工藝允許的情況下，盡可能減小壁厚，可以大大提高截面的抗彎和抗扭剛度；矩形截面的抗彎剛度高于圓形截面，但圓形截面的抗扭剛度較高；封閉截面的剛度顯著高于不封閉截面的剛度。為此，我們在設計床身截面時，綜合考慮以上因素，在滿足使用、工藝情況下，采用空心截面，加大輪廓，減小壁厚，采用全封閉的類似矩形的床身截面形

22、式；同時，為了提高床身的抗扭剛度和床身的剛度 /重量比，在大截面內設計一個較小的類似圓形截面，如圖2-1所示。圖2-1床身截面圖為了進一步提高床身的抗彎、抗扭剛度和床身的剛度/重量比，在大截面和小截面之間的橫向和縱向布置隔板，將兩個截面連接起來，如圖 2-1和如圖2-2所示。圖2-2 床身俯視局部圖堆焊機床身局部結構的剛性也很重要，若不重視，同樣會影響床身的整體性能。為此，根據床身的受力情況，在床身的斜面下方布置了加強筋，如圖2-3所示。左圖2-3 床身的局部剖視 機床導軌的質量在一定程度上決定了機床的加工精度、工作能力和使用壽命。導軌應滿足導向精度，精度保持性，低速運動平穩性和結構的工藝性的

23、要求。由于燕尾形導軌制造簡單，剛度高，承載能力大，具有兩個相垂直的導軌面。且兩個導軌面的誤差不會相互影響，便于安裝。再將矩形整體傾斜 600后，側面磨損能自動補償，克服了矩形導軌側面磨損不能自動補償的缺陷，使其導向性更好。為此，設計出導軌結構來滿足機床對導軌結構的要求。2.1.1.2床身結構工藝設計 這類鑄件是機床的基礎件，其共同特點是輪廓尺寸較大、箱型結構、筋多、具有導軌面。結構設計時需要考慮的鑄造工藝性問題如下： 選擇合適的壁厚是這類鑄件結構設計的最重要問題之一，過分地減薄或增加鑄造上的空難。壁厚主要根據鑄件尺寸、重量、工藝條件等因素來確定。 關于床身的壁厚尺寸，資料推薦：底部18、外壁1

24、6、內壁15，床身重量約1350kg。由于床身是軋輥堆焊機上的基礎大件，因此其壁厚對鑄件和整個機床的重量都有較大的影響。2.1.2床身材料的選擇和熱處理 床身與導軌為一體，床身材料的選擇應根據導軌的要求選擇。鑄鐵具有良好的減震性和耐磨性，易于鑄造和加工。床身材料采用機械性能優良的ht250，其硬度、強度較高，耐磨性較好，具有很好的減震性。為了消除床身的內應力，對床身進行兩次時效處理，粗加工前后各進行一次。導軌表面經熱處理，中頻淬火后，其硬度可達40-50hrc，淬火后其硬度、強度更高，耐磨性更好；而且淬火質量穩定，成本低、生產效率高。淬火后進行磨削加工，磨削后導軌具有良好的導向精度、精度保持性

25、和低速運動平穩性，完全可以滿足機床的技術要求。2.2機床床身工藝設計2.2.1床身的作用床身是軋輥堆焊機的基礎構件。堆焊機機床的各個主要部件和零件都裝在床身上或在床身導軌上作相對運動。床身是機床的支承件，裝左床腿和右床腿并支承在地基上。床身上安裝著機床的各部件，并保證它們之間具有要求的相互準確位置。 在床身上安裝有尾座、床頭箱等零件。 在工作中，尾座與工件相互作用力傳遞到床身上而床身變形，床身的變形和振動直接影響到被加工零件的精度和表面粗糙度。因此，床身是機床上極為重要的構件。 導軌，則是床身上極為重要的一個部分。導軌為尾座導軌，其作用為導向和承載，所以，以導軌要求有較高的的導向精度，結構簡單

26、，工藝好等特點。 本次的設計主要就是針對加工床身導軌而進行設計的，為了保證導軌的精度，降低工人的勞動強度，床身導軌的加工基準選用導軌本身即“自為基準”原則。2.2.2床身的工藝分析 床身主要有三組加工表面，該二組加工表面都要求有較小的表面粗糙度值。現述如下：（1）導軌面。床身上有四條導軌，其中有兩條上安裝拖板，另兩條安裝尾架，導軌面是床身的的一個重要表面，因此，要求導軌面有較小的表面粗糙度值和好的直線度，以保證零件的加工精度。（2） 床頭箱的安裝定位面。該平面主要安裝床頭箱，所以，要求該平面要較小的表面粗糙度和好的平面度。（3） 鉆孔。該項加工主要包括鉆床身的安裝孔、齒條安裝孔、床頭箱安裝孔。

27、要求加工這些孔的時候，保證良好的位置精度，以保證安裝時的順利。2.2.3確定毛坯的制造形式正確的選擇毛坯，具有重大的經濟技術意義，毛坯的材料、制造方法和制造精度對工件的加工過程、加工勞動量、材料利用率和工件成本都有很大的影響。由于床身的結構較復雜，生產量又為大批量的生產，所在毛坯應選用鑄件，為了保證床身的鑄造精度和提高其生產率，應選用精度和生產率都經較高的毛坯制造方法，所以，這里選用機器造型的砂型鑄造，一是為了提高生產率，二是為了降低工人的勞動強度。2.2.4基準的選擇2.2.4.1粗基準的選擇 零件在加工時，考慮到粗基準的幾個選擇原則,以及更好的制訂合理的加工工藝路線，這里，零件的粗基準按預

28、先劃好的加工線來找正，這樣，更有利于保證準確的加工位置，對于劃線的基準，由于床身上導軌面是一個重要面，所以這里先用導軌面作為基準。2.2.4.2精基準的選擇一般的零件在加工前，都應對基準進行的合理的選擇，這樣，才有利于保證零件加工時的精度。但是對于床身來說，這就不一樣了，因為床身是屬于較大型的工件，同時又比較重，在加工過程在只要調節好了床身和刀具的相對位置，就相當于保證了床身加工時的精度，因為床身較重，在加工過程中可以以自身的重量來限制某些自由度。2.2.5制定工藝路線由于生產類型為大批生產， 應盡量使工序集中來提高生產率，保證零件的各部 份精度，除此以外，還應降低生主成本。工序1：鑄造毛坯工

29、序2：清理、噴砂后上底漆工序3：劃線，劃底面及導軌面的刨加工線及校正線工序4：粗刨床身底面 按劃線找校正線，以導軌面為安裝基準工序5：粗銑各導軌面及結合面 按劃線找校正線，以底面為安裝基準工序6：人工時效處理工序7：半精刨底面 以導軌面為基準 工序8： 半精銑導軌面、床身內側面、結合面、外側面 找正導軌側面，以底面為安裝基準工序9： 熱處理、導軌表面高頻淬火工序10：精刨底面、壓板面和齒條安裝面 以導軌面為安裝基準工序11：鉆齒條安裝孔、進給箱安裝孔及攻螺紋 以底面為基準工序12：鉆床身的安裝孔 以底面為基準工序13：精磨床頭箱定位安裝面及壓板面 找正導軌面，以底面為安裝基準工序14：粗、精磨

30、導軌面 找正導軌面，以底面為安裝基準工序15：終檢2.2.6機械加工余量及毛坯尺寸的確定 2.2.6.1 確定床身毛坯的尺寸公差等級 查機械制造工藝簡明手冊 表2.23可知鑄件的尺寸公差為810級 2.2.6.2確定床身機械加工余量、毛坯尺寸 確定床身各加工表面的機械加工余量、毛坯尺寸如下： 查機械制造工藝簡明手冊 表2.21和機械加工工藝實用手冊表 684可知：（1）高度方向尺寸： 毛坯的底面加工余量為2.8、頂面加工余量為2.8，所以該方向的毛坯 尺寸為。（2）結合面尺寸： 壓板面寬度尺寸：該方向的加工余量為4，所以，毛坯尺寸為和 床頭箱面寬度尺寸：該方向的加工余量為4，所以，毛坯尺寸為和

31、 。 壓板面高度尺寸：該方向的加工余量為2.6，所以，毛坯尺寸為 床頭箱面高度尺寸：該方向的加工余量為2.6，所以，毛坯尺寸為（3） 頂面槽尺寸：該方向的加工余量為1.5，所以，其槽深方向尺寸為1.5（4） 導軌的加工余量為1.5 導軌尺寸為 （5） 底面厚度尺寸：。（6）底面寬度尺寸： 該方向的加工余量是4，所以，毛坯尺寸的2.3 床身導軌的要求： 該導軌的工作條件是在低速下工作，所以，選用凸形的導軌，該種導軌不易積存切屑等臟物，適用于低速運動中。在導軌工作中，導軌的受力是垂直向下的，由于床身會引起導軌的磨損，所以，這里選用導軌的截面形狀為三角形導軌，該導軌具有較高的導向精度，它的工作面為兩

32、側面，故承載能力較大，兩邊的磨損量是一樣的，磨損后能夠起到自動補償作用，所以，工作時導向精度也高。 而導軌材料則選用鑄鐵，鑄鐵具有較好的耐磨性和減振性、高的熱穩定性、并且易于鑄造和切削加工，成本也較低，因此在工業中用途較多。 對于導軌的剛度，由于三角導軌的工作面是兩側面，受力面共有四個面，工作過程中載荷也較平穩，無沖擊現像等發生，且支承方式為兩邊同時支承，故導軌的剛度足夠。2.4 安裝、調試及維護2.4.1安裝2.4.1.1 螺旋傳動機構的安裝(1)將螺紋襯套裝入面板下方的通孔中，并用螺釘固定；(2)將兩個圓柱襯套分別裝入支承座的孔中；(3)將面板裝入支承座中的導軌上；(4)裝入螺旋傳動桿；(

33、5)裝入右端限位擋板，并用螺栓固定；(6)將導軌擋塊裝入面板上，并用螺釘固定；(7)將整體裝在導軌機床的工作臺上；(8)安裝完成，調試使用。 2.4.2 調試 （1）裝配完成后，在不安裝工件的情況下，扳動手柄，看各導軌面和螺旋傳動面的運動是否靈活，有無卡死現像。 （2）裝上工件后，再檢查看各部分之間的相對運動是否靈活，行程能否達到要求。 2.4.3 維護 （1）定期對導軌進行潤滑 （潤滑方式為澆油潤滑）； （2）定期對調節裝置的各個部分進行檢查，查看導軌、螺紋，支承桿等主要部位有無磨損，如有磨損，應及時更換。3 軋輥堆焊機夾具設計 3.1 卡盤發展趨勢 夾具是機械加工不可缺少的部件，在現代化機

34、床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環保方向發展的帶動下，卡盤技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發展。 高精隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對卡盤的制造精度要求更高。高精度卡盤的定位孔距精度高達5m，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler（戴美樂）公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接卡盤平臺，其等高誤差為0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5m以內；夾具重復安裝的定位精度高達5m；卡盤的重復定位精度高達25m。機床卡盤的精度已提高到微米級，世界知名的卡盤制造公司都是精密機械制造企

35、業。誠然，為了適應不同行業的需求和經濟性，卡盤有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。二、高效為了提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具卡盤產品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁卡盤，加緊和松開工件只用12秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創造了條件。為了縮短在機床上安裝與調整夾具的時間，瑞典3r夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機床卡盤的安裝與校正。采用美國jergens（杰金斯）公司的球鎖裝夾系統，1分鐘內就能將卡盤定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統

36、用于柔性生產線上更換卡盤，起到縮短停機時間，提高生產效率的作用。模塊、組合夾具元件模塊化是實現組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發的基點。省工、省時，節材、節能，體現在各種先進夾具系統的創新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用cad技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創建夾具專業技術網站，為夾

37、具行業提供信息交流、夾具產品咨詢與開發的公共平臺，爭取實現夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經營電子商務化。四、通用、經濟夾具的通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式的夾具系統，一次性投資比較大，只有夾具系統的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現出經濟性好。德國demmeler（戴美樂）公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經濟實用才有推廣應用的價值。專家們建議組合夾具行業加強產、學、研協作的力度，加快用高新技術改造和提升夾具技

38、術水平的步伐，創建夾具專業技術網站，充分利用現代信息和網絡技術，與時俱進地創新和發展夾具技術。主動與國外夾具廠商聯系，爭取合資與合作，引進技術，這是改造和發展我國組合夾具行業較為行之有效的途徑。3.1.2 卡盤組成、原理及作用 卡盤是機床上用來夾緊工件的機械裝置。利用均布在卡盤體上的活動卡爪的徑向移動，把工件夾緊和定位的機床附件。卡盤一般由卡盤體、活動卡爪和卡爪驅動機構三部分組成。卡盤體直徑最小為65毫米，最大可達1500毫米，中央有通孔，以便通過工件或棒料；背部有圓柱形或短錐形結構，直接或通過法蘭盤與機床主軸端部相聯接。 從卡盤爪數上面可以分為：兩爪卡盤，三爪卡盤，四爪卡盤，六爪卡盤和特殊卡

39、盤。 從使用動力上可以分為：手動卡盤，氣動卡盤，液壓卡盤，電動卡盤和機械卡盤。 從結構上面還可以分為：中空型和中實型。3.1.2.1 三爪卡盤的原理 由于軋輥堆焊機工件轉動速度:0.1r/min-3r/min承受的轉矩不大，故本次設計選擇三爪卡盤為堆焊機的夾緊工件的機械裝置。 三爪卡盤全稱為三爪自定心卡盤，其發明應用給機械零件的制造裝夾帶來前所未有的便捷和高效，因此在生產過程中得到廣泛使用。 三爪卡盤具有夾緊力大，自鎖性能好，夾持穩定可靠的特點，其夾持零件的便捷和高效，源于卡盤上三爪聯動和自定心的功能。在生產中常用來夾持回轉類零件，亦可借助于筒夾夾持平面立體形狀。 它根據工件裝夾部分的圓周確定

40、工件的回轉中心，但它的定心精度不是很高。三爪卡盤裝夾工件的原理是，利用卡盤扳手轉動圓周上的三個傘齒中的任一個。從而帶動平面螺紋轉動并帶動三個卡爪一齊移動，起到自定心裝夾工件作用。用伏打扳手旋轉錐齒輪，錐齒輪帶動平面矩形螺紋，然后帶動三爪向心運動，因為平面矩形螺紋的螺距相等，所以三爪運動距離相等，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構，三個卡爪等分安裝在平面螺紋上。當用扳手扳動小錐齒輪時，大錐齒輪便轉動，它背面的平面螺紋就使三個卡爪同時向中心靠近或退出。3.1.2.2 三爪卡盤的作用 卡盤就是將焊件準確定位

41、和可靠夾緊，便于焊件進行裝配和焊接、保證焊件結構精度方面要求的工藝裝備。在現代焊接生產中積極推廣和使用與產品結構相適應的夾具，對提高產品質量，減輕工人的勞動強度，加速焊接生產實現機械化、自動化進程等方面起著非常重要的作用。 在焊接生產過程中，焊接所需要的工時較少，而約占全部加工工時的2/3以上的時間是用于備料、裝配及其他輔助的工作，極大的影響著焊接的生產速度。為此，必須大力推廣使用機械化和自動化程度較高的裝配焊接工藝裝備。 卡盤的主要作用有以下幾個方面： （1）準確、可靠的定位和夾緊，可以減輕甚至取消下料和劃線工作。減小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可換性。 （2）有效的防止和減輕了焊接變

42、形。 （3）使工件處于最佳的施焊部位，焊縫的成型性良好，工藝缺陷明顯降低，焊接速度得以提高。 （4）以機械裝置代替了手工裝配零件部位時的定位、夾緊及工件翻轉等繁重的工作，改善了工人的勞動條件。 （5）可以擴大先進的工藝方法的使用范圍，促進焊接結構的生產機械化和自動化的綜合發展。3.1.3 卡盤設計的要求 卡盤設計的基本要求 （1）夾具應具備足夠的強度和剛度。夾具在生產中投入使用時要承受多種力度的作用，所以夾具應具備足夠的強度和剛度。 （2）夾緊的可靠性。夾緊時不能破壞工件的定位位置和保證產品形狀、尺寸符合圖樣要求。既不能允許工件松動滑移，又不使工件的拘束度過大而產生較大的拘束應力。 （3）焊接

43、操作的靈活性。使用夾具生產應保證足夠的裝焊空間，使操作人員有良好的視野和操作環境，使焊接生產的全過程處于穩定的工作狀態。 （4）便于焊件的裝卸。操作時應考慮制品在裝配定位焊或焊接后能順利的從夾具中取出，還要制品在翻轉或吊運使不受損害。 （5）良好的工藝性。所設計的夾具應便于制造、安裝和操作，便于檢驗、維修和更換易損零件。設計時還要考慮車間現有的夾緊動力源、吊裝能力及安裝場地等因素，降低夾具制造成本。3.1.4 軋輥堆焊機的床頭箱輸出轉矩計算3.1.4.1 電動機的選擇 初始數據：輸出轉速v=13r/min; 根據工況條件，初步選定yd系列。根據初始數據=13r/min;選定電機：yd180l電

44、動機; p=3.3kw; n=500r/min。3.1.4.2 初選傳動比因級擺線針輪減速器 所以不能滿足要求，故選擇雙級擺線針輪減速器。則選擇 故選擇 ， 3.1.4.3 擺線針輪齒數確定為使擺線輪齒廓和銷軸孔能正好重疊加工,以提高生產率和精度,齒數盡可能取奇數,即也應盡可能取奇數,在平穩載荷下選材料為gcr15,硬度為60hrc以上。由于 則可知11 =17；3.1.4.4 針輪齒數的確定 由于 故， ；選材為gcr15,硬度為60hrc以上。3.1.4.5 傳動比的確定 3.1.4.6 輸出轉矩t的確定根據，則可得：由輸出轉矩可選擇fsc-310(12)型號的標準前裝卡盤三爪卡盤。表3-

45、1 三爪卡盤規格表最大靜態夾持力（kn）最大轉速（r/s）重量（kgf）最大輸入轉矩操作力矩（n）fsc-310(6)31400011.4610688.3fsc-310(7)31350012.27.8106107.9fsc-310(9)37290021.28.5106147fsc-310(10)462500289.3106176.5fsc-310(12)5522004110.5106206圖3-1 三爪卡盤結構 表3-2 三爪卡盤結構尺寸表d(mm)d1(mm)d2(mm)d3(mm)h(mm)h(mm)h1(mm)h2(mm)(mm)fsc-310(6)1671411302751731361

46、553m4fsc-310(7)1921691553251891431653m4fsc-310(9)2322041903561971521743m6fsc-310(10)2732442304962051621863m6fsc-310(12)3102742606072271821963m6由圖3-1、表3-2所示，fsc-310(12)型號三爪卡盤的結構尺寸即為本次設計所取尺寸。3.1.5 三爪卡盤錐齒輪傳動的設計 選軸夾角為90度的直齒圓錐齒輪，為8級精度，選擇小齒輪材料為45鋼（調質），硬度為280hbs，大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240hbs，二者材料 硬度差40hbs。(1) 選小

47、齒輪的齒數 z1=16， 大齒輪齒數 z2=103。由直齒錐齒輪齒面接觸強度zhi cm 配對材料系數，取1 。 計算齒數比 取小齒輪傳遞的轉矩 。(2) 最常用的值，齒寬系數 (3) 查得材料的彈性影響系數 (4) 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 大齒輪的齒面的接觸疲勞強度極限為 (5) 由式計算應力循環次數(6) 由取接觸疲勞壽命系數 (7) 計算接觸疲勞許用應力取失效概率為 ，安全系數 ，由式(8) 試驗算小齒輪分度圓直徑 代入 中較小的值。 (9)計算齒寬(10）模數 (11）計算載荷系數根據 8級精度，查得動載荷系數 ，直齒錐齒輪使用系數查得(12）齒間載荷分配系數可按下試計

48、算 (13）由表10-9中查得取軸承系數(14）故載荷系數 按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由式得 (15） 計算模數 彎曲強度的設計公式為由查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 大齒輪的彎曲強度極限 （16）取彎曲疲勞壽命系數 （17)計算彎曲疲勞許用應力。 取彎曲疲勞安全系數 由式得（18）計算載荷系數k (19)查取齒形系數 由表查得： (20)查取應力校正系數由表查取 ，小齒輪的 ,并加以比較大齒輪的數值大(21)彎曲強度的設計公式為計算 =2.08mm對比計算結果，由齒面接觸疲勞計算的模數m大于由齒根彎曲疲勞強大計算的模數，由于齒輪模數m大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而

49、齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，反于齒輪直徑（即模數與齒數的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數3.03mm并就圓整為標準值。按接觸強度算得的分度圓直徑算出小齒輪齒數 大齒輪齒數根據三爪卡盤的標準規格以及與小錐齒嚙合的參數而定。這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費則取z2=110。(22)計算分度圓直徑(23) 計算齒輪齒寬 取 表3-3小錐齒輪參數（單位：mm）端面模數m2.25齒數z1110分錐角8.84法向齒形角20分度圓直徑d138.25齒寬中點分度圓直徑31.875外錐距124.45齒寬b 145齒頂高2.25齒根高2.

50、7頂圓直徑41.94齒根角1.240齒頂角1.240頂錐角10.080根錐角7.60分度圓齒厚3.53分度圓弦齒厚3.52分度圓弦齒高2.33當量齒數18當量齒數分度圓直徑38.71齒寬中點齒頂高1.25當量齒輪頂圓直徑41.21精度等級it6表3-4大錐齒的參數單位：mm）端面模數m2.25齒數z217分錐角81.16法向齒形角20分度圓直徑d2247.5齒寬中點分度圓直徑206.25齒寬b 245齒頂高2.25齒根高2.7頂圓直徑251.95齒根角1.240齒頂角1.240頂錐角82.40根錐角79.920分度圓齒厚3.53分度圓弦齒厚3.529分度圓弦齒高2.252當量齒數716當量齒數

51、分度圓直徑671.06齒寬中點齒頂高142.4當量齒輪頂圓直徑955086精度等級it7圖3-2三爪卡盤主視剖面圖3.1.6三爪卡盤保養方法（1） 為了常保車床卡盤常時間使用后，仍然有良好精度，潤滑工作很重要。不正確或不合適潤滑將導致一些問題，例如低壓時不正常功能，夾持力減弱，夾持精度不良，不正常磨損及卡住，所以必須正確潤滑卡盤。（2）每天至少打一次二硫化鉬油脂(顏色為黑色)，將油脂打入卡盤油嘴內直到油脂溢出夾爪面或卡盤內孔處(內孔保護套與連結螺帽處)，但如果卡盤高旋轉或大量水性切削油于加工使用時，需要更多潤滑，須依照不同情況來決定。（3）作業終了時務必以風槍或類似工具來清潔卡盤本體及滑道面。

52、 （4）至少每6個月拆下卡盤分解清洗，保持夾爪滑動面干凈并給予潤滑，使卡盤壽命增長。但如果切削鑄鐵每2個月至少一次或多次來澈底清潔，檢查各部零件有無破裂及磨損之情形，嚴重者立刻更換新品。檢查完畢后，要充份給油，才能組立。 （5）針對不同工件，必須使用不同夾持方式或選擇制作特殊夾具。三爪卡盤只泛用型一種挾治具，勉強使用它去夾不規則或奇怪工件，會造成卡盤損壞!若卡盤壓力不正常，會使卡盤處于高壓力下，或機臺關機后卡盤還將工件夾住，這都會降低卡盤壽命!所以當你發現卡盤間隙過大時，必須立即更換新卡盤。（6）使用具有防銹效果切削油，可以預防卡盤內部生銹，因為卡盤生銹會降低夾持力，而無法將工件夾緊。3.2 頂尖尾座的設計尾座是夾具的重要組成部份，在堆焊中，利用尾座來完成頂緊工件。尾座：它用于安裝后頂尖，以支持較長工件進行加工。尾座的結構由下列部分組成。 滑塊 其左端有錐孔，用以安裝頂尖。套筒在尾座體內的軸向位置可用手輪調節，并可用蓋形螺母固定。將套筒退至極右位置時，即可卸出頂尖。滑座 它與底座相連，當松開固定螺釘，擰動蓋形螺母可使尾座體在