基于Solidworks气动卡盘结构设计及装配

摘要： 随着现代计算机技术的高速发展， CAD/CAM等计算机辅助设计方法得到了普遍的应用。这些设计方法不但提高了设计速度，而且设计出来的产品更加可靠美观，大大提高产品的竞争力。卡盘是一种广泛应用的车床夹具，是机床中传递力与运动的重要部件。在设计过程中，首先，选定气动卡盘工作原理方案。其次，进行卡盘的结构设计。最后，使用Solidworks软件建立零件的实体模型，生成了装配体模型。

关键词： 气动卡盘；结构设计；Solidworks

中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0139-020引言

夹具的主要功能使工件定位和夹紧，以确定工件相对于刀具、机床占有正确的加工位置，保证其加工质量和精度。卡盘是车床中传递力与运动的重要部件，它是指利用均布在卡盘体上的活动卡爪的径向移动，把工件定位并夹紧的机床附件。卡盘的使用能提高工件的加工精度、扩大机床的使用范围，降低生产成本，提高生产效率[1]。在卡盘夹具中，气动卡盘定心性能好，工作可靠，动作迅速，操作方便，在数控车床上得到了广泛应用。因此，研究气动卡盘的设计与制造对机械加工业的发展有着重要意义[2]。

本文根据卡盘在机床主轴上的安装要求，设计卡盘的结构，主要零件及连接方式。使用Solidworks软件建立了卡盘零件的三维模型[3]，生成了三维实体装配模型，并进行装配仿真运动。形象、直观展示了卡盘的结构及工作过程。

1气动卡盘的结构设计

本文应用计算机辅助设计技术设计斜楔式气动三爪动力卡盘，分为工作原理设计、结构方案设计、零件设计与装配设计四个阶段。

1.1 气动卡盘的工作原理气动卡盘的工作原理如图1所示。高压气体由空气压缩机来提供，并通过管路进入气缸，推动活塞沿轴向运动，活塞与活塞杆相连接，活塞杆与斜楔相连接，从而使活塞通过活塞杆带动斜楔沿轴向运动，斜楔与滑块为T型槽斜面连接，并使滑块沿径向运动，滑块通过T型块与卡爪相连带动卡爪径向运动，从而达到对工件进行夹紧与松开。

1.2 气动卡盘主要零件本次设计的三爪刻盘能实现快速夹紧、松开；在夹紧时能保持夹紧力；具有功能；此外还具有弹回装置，当机床出现故障断气时可将斜楔弹回，将工件卸掉；还有防尘功能。主要零件包括三大部分：动力装置零件，传力装置零件，定位、夹紧及防尘等装置零件[4]。下面用Solidworks软件工具对其主要零件进行设计。

1.3 动力装置零件结构设计

1.3.1 气缸结构气缸提供活塞的推、拉力、运动行程；带动卡盘转动，其结构如图2所示。采用螺纹联接，当转动时扭转强度不够时可在小轴端面加工键槽等用来传递扭矩。

1.3.2 连接盘结构设计

用来连接盘体和导气套；将压缩气体传送到气缸筒中，结构如图3所示。

1.4 传力装置零件结构设计

1.4.1 斜楔结构设计将活塞杆轴向运动转换为卡爪的径向运动，将活塞轴向推、拉力转化为卡爪径向夹紧力。其结构如图4所示。

1.4.2 盘体的结构设计盘体用来支撑卡盘的这个系统，其结果如图5所示。

1.5 定位、夹紧及防尘等装置零件结构设计

1.5.1 卡爪结构设计卡爪是卡盘中夹紧件，其结构的合理性，对工件加工精度有很大影响。本次设计中，所设计卡盘的卡爪可以更换，加大卡盘加工范围，如图6所示。

1.5.2 T型块、挡板、挡盖的结构设计T型块主要用于连接卡爪与滑块，通过两边的导轨与滑块的T型槽配合，结构如图7（a)所示。挡板主要用于防止切屑及切削液进入卡盘体，同时也起到防尘作用，结构如图7（b）所示。挡盖通过螺钉与盘体相连，结构如图7（c）所示。

2气动卡盘的装配仿真

完成其零件建模后，下面用Solidworks软件对其进行装配。本次所设计三爪卡盘的结构装配体由盘体、盘体、斜楔、滑块、卡爪、T形块、气缸轴、活塞、导气套、活塞杆及其附件组成。装配时以连接盘为基准件，按装配次序，依次导入相关零件。为了表达清楚装配体内部零件的连接方式，将装配体旋转剖开，如图8所示。

3结论

根据卡盘在车床中安装位置及工作要求设计了气动卡盘的结构。设计过程使用了Solidworks软件建模、装配，根据数字化设计技术表达了卡盘设计思路、方案、结构参数与设计成果，提高了设计质量与效率，是机械行业现代设计方法的重要手段。

参考文献：

[1]蔡瑾，李翠玉，李德红等.夹具设计发展综述．河北工业大学报，2002，31（5）：35～40.

[2]卢学玉.新型动力卡盘的设计与研究.硕士学位论文，2005．（06）.

[3]蔡瑾，段国林，姚涛等.计算机辅助夹具设计技术回顾与发展趋势综述.机械设计，2010，27（2）：1～6.

[4]张玉莲.一种气动卡盘夹紧机构的设计.机械研究与应用，2007，20（2）：90～91.