彈性夾套新式快速平口鉗設計

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彈性夾套新式快速平口鉗設計 姓名： 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 摘 要 平口鉗又名機用虎鉗，是一種通用家具，在工業(yè)上有著廣泛的用途，它是銑床、鉆床的隨機附件，用于安裝待加工工件進行切削加工。 在現(xiàn)代機械制造中尤其是數(shù)控加工中，平口鉗是必不可少的，它起固定夾緊工件的作用，從而有利于機加工。平口鉗的制造好壞與它可以實現(xiàn)的功能在保證零件精度和加工范圍方面發(fā)揮著重要作用。隨著社會的發(fā)展，平口鉗逐漸成為了機械行業(yè)中的一種產(chǎn)業(yè)，采用規(guī)模化經(jīng)營的理念進行生產(chǎn)。這就對平口鉗的精度和應用范圍有了更高的要求，如果精度和應用范圍達不到要求供貨商就會產(chǎn)生大量廢品甚至整批零件報廢，這將給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟損失。因此，我的畢業(yè)設計就如何提高平口鉗的效率進行探討，提出了兩種易于實現(xiàn)的方案，并對其結構，功用等進行了分析闡述，在原有的快速緊固平口鉗基礎上加以改進設計，旨在優(yōu)化現(xiàn)有平口鉗的生產(chǎn)與作用，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率。 關鍵詞：平口鉗 加工精度 彈性夾套 Abstract parallel-jaw vice or machine vise, is a universal furniture, has a wide range of USES in the industry, it is a milling machine, drilling machine accessories, used to install for machining on machining. in the modern machinery manufacturing especially in nc machining, flat pliers is indispensable, it ACTS as a fixed clamping workpiece, which is helpful to machining. Parallel-jaw vice manufacturing quality and it can realize the function in guaranteeing precision parts machining range and play an important role. With the development of the society, flat pliers gradually becomes one of the machinery industry industry, using the concept of scale management. The precision and application range of flat pliers with higher requirements, if the accuracy and application range can not meet the requirements the supplier can produce a large number of discarded waste and even the whole batch of parts, which will bring large economic losses. My graduation design, therefore, discusses on how to improve the efficiency of the flat pliers, proposes two easy to implement, and its structure, function and so on are analyzed in this paper, aimed at optimizing production and function of existing flat pliers, reduce labor intensity, improve production efficiency. Keywords： flat pliers machining precision flexible jacket 目 錄 1. 緒論 1 2. 快速緊固平口鉗方案分析 3 2.1方案一 快速開合螺母式緊固平口鉗 3 2.2方案二 快速彈性夾套式緊固平口鉗 6 3.彈性夾套新式快速平口鉗設計 10 3.1彈性夾套新式平口鉗結構設計 10 3.2彈性夾套新式平口鉗裝配結構設計 13 3.3彈性夾套新式平口鉗零部件的設計及計算 20 3.4彈性夾套式平口鉗使用說明書 23 總結 24 致謝 25 參考文獻 26 彈性夾套新式快速平口鉗設計 1 緒論 平口鉗在制造業(yè)中起著關健作用，平口鉗精度的好壞直接影響著產(chǎn)品質量，從一個制造企業(yè)來講，精度關系著獲得的利潤。但我國很多企業(yè)由于各種原因生產(chǎn)出的夾具精度非常差，達不到要求，更不會實現(xiàn)較好的利潤。夾具的創(chuàng)新也沒有明顯突破，導致可以加工的零件類型受到限制。作為機加工中常用的平口鉗夾具而言，普通平口鉗加工范圍受到極大限制。這極大地影響了平口鉗的適用范圍。 目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50～80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10～20％左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求： ㈠ 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本； ㈡ 能裝夾一組具有相似性特征的工件； ㈢ 能適用于精密加工的高精度機床夾具； 　 ㈣ 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具； ㈤ 采用以液壓站等為動力源的高效緊固裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； ㈥ 提高機床夾具的標準化程度。 機械加工中大多是采用在通用機床上安裝各種夾具，輔助夾具及刀具等進行產(chǎn)品零件的生產(chǎn)，工藝準備工作比較繁重。其中，夾具設計和制造的工作量顯得更為突出，往往成為生產(chǎn)準備工作的關鍵。如何提高壓縮機精度，降低生產(chǎn)成本是急需解決的問題。 采用夾具安裝，可以準確地確定工件與機床、刀具之間的相互位置，工件的位置精度由夾具保證，不受工人技術水平的影響，其加工精度高而且穩(wěn)定。 夾具裝夾工件，無需找正便能使工件迅速地定位和緊固，顯著地減少了輔助工時；用夾具裝夾工件提高了工件的剛性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夾具裝夾工件，并采用高效緊固機構，這些因素均有利于提高勞動生產(chǎn)率。另外，采用夾具后，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，廢品率下降，可以安排技術等級較低的工人，明顯地降低了生產(chǎn)成本。 使用專用夾具可以改變原機床的用途和擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能。例如，在車床或搖臂鉆床上安裝鏜模夾具后，就可以對箱體孔系進行鏜削加工；通過專用夾具還可將車床改為拉床使用，以充分發(fā)揮通用機床的作用夾具裝夾工件方便、快速，當采用氣動、液壓等緊固裝置時，可減輕工人的勞動強度。 2 快速緊固平口鉗方案分析 寶雞是我國重點建設的老工業(yè)基地，裝備制造業(yè)優(yōu)勢突出，有重型汽車、數(shù)控機床、精密磨床、電子儀器儀表、石油鉆采設備、鐵路橋梁及鈦材生產(chǎn)等企業(yè)。它們在生產(chǎn)加工中都離不開平口鉗這個設備，平口鉗精度的好壞直接影響產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率。為了保級重工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)對以下幾種方案進行分析。 2.1方案一 快速開合螺母式緊固平口鉗 1、快速開合螺母緊固臺虎鉗工作原理 圖2.1-1是一種新型快速開合螺母緊固臺虎鉗，這種臺虎鉗的新穎之處是它的機心采用了特殊的開合螺母機構，實現(xiàn)了臺虎鉗的快速緊固功能。這種臺虎鉗的手柄不管從哪個位置開始逆時針轉動，只要轉到垂直方向就會被自動阻止，這時，螺桿與組合螺母軸向脫開，活 圖2.1-1 快速緊固臺虎鉗 動鉗體可以在固定鉗體上自由推拉，實現(xiàn)臺虎鉗對工件的快速裝夾。如果臺虎鉗的手柄按順時針轉動，組合螺母就會和螺桿自動旋合，實現(xiàn)傳統(tǒng)的螺紋傳動并對工件實施緊固。 圖2.1-2 開合螺母 圖2.1-3 機心結構 圖2.1-3是這種臺虎鉗機心的實物結構，螺母座1的螺孔后面加工有同軸光孔并在周向上開有90度的限位槽，帶有限位螺釘3的活動螺母2被裝在光孔內(nèi)并被限定在0-90度范圍內(nèi)轉動，活動螺母2的后面是爪片4，爪片4中間有一個與螺桿7橫截面相同的孔，這樣爪片4可以隨螺桿7轉動并可以在軸向上滑動，爪片上的棘爪可以帶著活動螺母2 轉動。后蓋6通過彈簧5 把活動螺母2和爪片4壓裝在螺母座1的光孔內(nèi)。螺母座1和活動螺母2上的螺紋與螺桿上的螺紋做對應去除。所示是臺虎鉗手柄逆時針轉動到垂直位置時螺桿與組合螺母脫開的狀態(tài)。螺釘3被限定在垂直位置上，棘爪的直面不能從活動螺母2攜帶的缺口中躍出，手柄阻止在垂直位置不能繼續(xù)逆時針轉動，這時螺桿上的螺紋正好處在螺母座1和活動螺母2對齊的螺紋缺口中。當手柄帶動螺桿7做順時針轉動時，棘爪的斜面帶著活動螺母2 轉動，轉動90度時，螺釘3被限定在水平位置上，活動螺母2不能繼續(xù)轉動并與螺母座1上的螺紋形成互補，而棘爪的斜面可以躍出活動螺母上的缺口繼續(xù)轉動，從而實現(xiàn)螺桿7與組合螺母之間的螺紋傳動。 2、快速開合螺母緊固臺虎鉗的特性 這種臺虎鉗的新穎之處是它的機心采用了特殊的開合螺母機構，組成簡練，結構緊湊，裝夾速度快、提高工作效率、減輕勞動強度等優(yōu)勢。使用材料為HT250?＋ 球墨QT易生銹，局部強度危險；加工范圍有限。 2.2方案二 快速彈性夾套式緊固平口鉗 1、快速緊固平口鉗的工作原理 圖2.2-1所示為彈性夾套，其上開有三條均勻分布的槽，從而使彈性夾套形成均勻分布的三個圓柱卡爪，沒有緊固時三個圓柱卡爪的圓柱面與緊固圓桿的外圓柱面是間隙配合，此時手柄可以推拉緊固圓桿，使其在彈性夾套的圓柱孑L內(nèi)自由移動，從而帶動活動鉗身前后移動。需要緊固時將工件放人鉗口，推動手柄使活動鉗身向前移動，活動鉗口壓住工件，同時順時針旋轉手柄，帶動緊固圓桿回轉，通過導向平鍵使緊固螺柱在固定螺母中回轉并產(chǎn)生軸向移動，將彈性夾套壓入固定錐套中使彈性夾套變形，三個圓柱卡爪同時抱住緊固圓桿的外圓柱面，由于緊固螺柱和固定螺母旋緊后能自鎖，彈性夾套上的三個卡爪始終抱住緊固圓桿使其不能軸向移動，從而使活動鉗身不能移動，達到緊固工件的目的。需要松開工件時逆時針旋轉手柄，此時緊固螺柱回轉并軸向移動，彈性夾套上的三個圓柱卡爪松開緊固圓桿，同時拉動手柄使緊固圓桿沿導向平鍵后移，帶動活動鉗身也向后移動，此時工件即被松開。 圖2.2-1 彈性夾套 2、快速緊固裝置結構 圖2.2-2 快速緊固裝置簡圖 1、2、5、l6．螺釘；3、15擋圈；4．手柄；6．緊固螺柱；7．導向平鍵；8．固定螺母；9．彈性夾套；10．固定錐套；11．緊固支座；12．支座端蓋；13．緊固圓桿；14．活動鉗身；17．固定鉗身 座用螺釘安裝在固定鉗身上，支座端蓋用螺釘安裝在緊固支座左端，固定錐套的內(nèi)錐面與彈性夾套的外錐面配合后裝入緊固支座的孔中，固定螺母用螺釘安裝在緊固支座右端，緊固螺柱通過右旋螺紋旋合在固定螺母中，導向平鍵用螺釘安裝在緊固螺柱的內(nèi)孔中，緊固圓桿上開有長鍵槽，與導向平鍵配合后裝入彈性夾套的圓柱孔中，二者之間為間隙配合。在緊固圓桿左端，通過擋圈和螺釘將活動鉗身與緊固圓桿連接，形成能夠相對回轉的可動連接；在緊固圓桿右端，手柄通過其上的方孔與緊固圓桿上的方榫進行定位，并通過擋圈和螺釘緊固在一起。 3、緊固裝置零件設計 (1) 緊固圓桿 快速緊固裝置主要靠緊固螺柱和固定螺母旋合后的軸向移動，推動彈性夾套軸向移動進而壓入固定錐套中，然后通過緊固緊固圓桿來緊固工件。在快速緊固裝置中，為了實現(xiàn)快速緊固，活動鉗身必須能夠快速移動。為解決這個問題，我們將傳統(tǒng)虎鉗的緊固螺桿改成圓桿；同時為了能夠帶動緊固螺柱回轉，又在圓桿上開了長鍵槽，以便與緊固螺柱的導向平鍵配合，從而達到帶動緊固螺柱回轉的目的。緊固圓桿結構如圖2.2-3所示。 圖2.2-3 緊固圓桿 圖2.2-4(改進后的彈性夾套) (2) 彈性夾套設計 由于彈性夾套與緊固圓桿之間的緊固力大小主要與兩者間的接觸面積有關，如果采用圖2.2-2所示的彈性夾套，緊固時由于夾套大端到小端變形不均勻，各接觸面積上的緊固力也不均勻；為保證緊固的可靠性，增加彈性錐形夾套與緊固圓桿之間的接觸面積，對圖2.2-2所示的彈性夾套進行了改進，改進后的彈性夾套如圖2.2-4所示。將夾套兩端各開三條均勻分布的槽，這樣當彈性夾套軸向移動而壓入錐套中時整個夾套均勻變形，彈性夾套內(nèi)的圓柱孔與緊固圓桿的圓柱面緊密接觸，大大增加了兩者之間的緊固力，從而提高了緊固的可靠性。 4、快速彈性夾套緊固臺虎鉗的特性 這種臺虎鉗的新穎之處是它的機心采用了先進的彈性夾套機構，耐磨損壽命長，精度高，質量好，操作簡單，裝夾速度快、效率高、有效減輕勞動強度等優(yōu)勢。采用高質量的鋼材料，外觀簡練。但制造難度大，成本高，所需要的毛坯要求高。 3 快速彈性夾套新式平口鉗設計 我將在上述的兩種平口鉗的理論基礎上綜合各自的優(yōu)缺點加以分析最終選擇方案二快速彈性夾套進行設計加工，再加上一個分度盤以實現(xiàn)可旋轉功能。 3.1 彈性夾套新式平口鉗的結構設計 1、整體結構（圖3.1-1～5） 圖3.1-1 圖3.1-2 3.1-3 圖3.1-4 圖3.1-5 2、鉗體結構 （圖3.1-6）鉗身結構簡單易加工易于保證形位公差精度。 圖3.1-6 3、快速緊固結構（圖3.1-7） 圖3.1-7 4、旋轉結構 （如圖3.1-8）采用最常見的分度盤結構，進行部分改造。 圖3.1-8 5、應用范圍 可用于普通或數(shù)控銑床、鉆床、磨床、刨床等。 3.2 彈性平口鉗裝配結構設計 1、裝配結構要求 （圖3.2-1）該平口鉗采用中華人民共和國機械工業(yè)1996-04-22發(fā)布1996-07-01實施的機用虎鉗行業(yè)標準JB/T 2329-1996。 快速緊固平口鉗材料除了對材料要求不高的用HT200其余都采用45鋼，保證接觸面與受力面有足夠的表面強度和整體強度。工作緊固力為30KN。鉗口200mm。 （1）導軌上平面對底座支撐底面的要有0.02mm的平行度要求， （2）兩鉗口夾持面對導軌上平面要有0.05mm的垂直度要求， （3） 兩鉗口夾持面在寬度方向要有0.02mm的平行度要求。 圖3.2-1 間隙配合采用H6/h5基孔制?；字七^盈配合采用H6/n5，基軸制過盈配合采用N6/h5。因其有較高的尺寸與表面精度，而又需要其對機床要求不能太高，所以選用精度為5-6級。同理接觸面采用粗糙度為3.2μm，鑄造表面粗糙度為12.5μm，其余表面采用表面粗糙度為6.3μm。 2、零件設計要求（部分重要零件） 圖3.2-2 圖3.2-3 圖3.2-4 圖3.2-5 圖3.2-6 圖3.2-7 圖3.2-8 圖3.2-9 3.3 彈性夾套式平口鉗零部件的設計及計算 1、快速緊固平口鉗重量 （因其由45鋼與灰鐵組成取密度為7.4g/cm*3） （1）氣動平口鉗重量=密度×體積 =7.4g/cm*3×12100cm*3 =89.54Kg (2)分度盤重量=密度×體積 =7.4g/cm*3×9223cm*3 =68.25kg 因此，平口鉗總重量M =89.54+68.25 =157.8kg 2、快速緊固平口鉗的設計計算 (1) 緊固桿的強度計算 ??? 受力較大的桿需進行強度計算。緊固桿工作時只承受軸向壓力（或拉力）Q和扭矩T的作用。因此；核核螺桿強度時，應根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應力σca，其強度條件為緊固桿的最大應力（拉、壓應力）。 最大應力=F/A=σ =30×10 3/（3.14×15 2） =42.45Mpa＜150(45鋼最小許用拉壓應力) F—緊固時橫截面積上的軸力 A-最小橫截面 所以緊固桿強度合格 下圖為鋼材許用應力表表（3.3-1）： (2) 連接螺栓的強度計算 分析：由于固定鉗口的固定是靠螺釘實現(xiàn)的，螺釘在鉗口與鉗身中起連接作用。因此、螺釘主要受力為切應力 M20螺釘切應力=F/A=τ =30×10 3/（3.14×10 2） =95.5N/mm*2 普通螺紋的保證拉力載荷表表（3.3-2）; 以最低等級3.6級計算，最大載荷為6.63KN ［6］=(6.63×10*3)/（3.14×3*2）=234Mpa ［許用切應力］=(0.8～1.0)×［6］=187.2 N/mm*2～234 N/mm*2 固定鉗口靠兩個螺釘連接所以一個螺釘切應力為95.5/2=48 N/mm*2 由于48 N/mm*2小于［許用切應力］所以M20螺釘能承受（合適） 3.4 彈性夾套式平口鉗使用說明書 1、使用說明書 現(xiàn)有的機用平口鉗一般有很多空行程而且需要一圈一圈地揪動螺桿，使得工作效率低，且操作不方便?？焖倬o固平口鉗它改變了需要走空行程、效率低的缺陷。 主體內(nèi)設有快速緊固裝置具有運動快慢推力，平行度高和裝夾速度快的特點。即減輕了勞動強度，也提高了工作效率。 (1) 手動調節(jié)絲桿鉗口大于工件2-5毫米即可，操作簡便。 (2) 每班加油一次。 外形尺寸 總長∶ 712.5mm 寬∶ 243mm 鉗口寬∶ 200mm 最大張開度∶ 170mm 材料∶ HT200?＋ 45鋼 總 結 這次的畢業(yè)設計對我的鍛煉非常的大，雖然剛開始做起來非常難非常慢也浪費了很多時間，但后來就做得比較快了。而且我對于CAD、UG的操作更加熟練，也不會犯一些低級錯誤了。當我自己設計機械結構時，才發(fā)現(xiàn)機械設計并不是我想象的那樣簡單，要實現(xiàn)一種功能往往有很多種結構，而沒有一種是最好的，它總會被一些更好的結構代替，所以機械設計只有更好沒有最好。當然在設計時我也遇到了很多問題，比如結構選擇、公差選擇、尺寸選擇等問題。這次的畢業(yè)設計讓我真正了解了設計并不是嘴上說的那樣簡單，需要考慮很多東西如加工條件、加工成本等綜合因素。 致 謝 本次畢業(yè)設計工作是在王老師的耐心指導和悉心關懷下完成的。每當我沒有信心是他就會鼓勵我給我做心理工作。她給予了我們充分的指導，并且還培養(yǎng)了我們獨立思考問題的能力。從他身上,我不僅學到了很多專業(yè)方面的知識,還學到了一種嚴謹?shù)那笾瘛Ｋ羞@些都將成為我們以后繼續(xù)學習的榜樣。為此，學生對您表示衷心的感謝和深深的敬意！ 同時在設計的過程中，很多的同學和老師給予了我很大大的幫助。在這難忘的三個多月中，沒有他們的支持，我的設計不可能這樣順利的完成。在此，對這些同學和老師也表示衷心的感謝！ 參考文獻 ［1］ 王曉莉，機械制圖，科學出版社 ［2］李志明，彭文生主編.機械設計.華中理工大學出版社 ［3］羅圣國，吳宗澤主編.機械設計課程設計手冊.高等教育出版社 ［4］鄧昭銘，杜志忠主編.機械設計基礎.高等教育出版社 ［5］趙家齊.機械制造工藝學課程設計指導書.機械工業(yè)出版社 ［6］孫麗媛.機械制造工藝及專用夾具設計.冶金工業(yè)出版社 ［7］劉守勇.機械制造工藝與機床家具.第二版.機械工業(yè)出版社 ［8］徐嘉元、曾家駒.機械制造工藝學.機械工業(yè)出版社 ［9］陸劍中、家寧.金屬切削原理與刀具.第三版，機械工業(yè)出版社 ［10］艾興.肖詩綱主編.切削用量簡明手冊.機械工業(yè)出版社 ［11］李益民主編.機械制造工藝設計簡明手冊.機械工業(yè)出版社 ［12］李華志主編.數(shù)控加工工藝與裝備.清華大學出版社 26 1