手动夹紧机构设计毕业作品Word格式.docx
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摘要:
机械设计是机械工程的重要组成部分,是决定机械性能的最主要因素。
由于各产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的机械设计。
手动夹紧是机械工程的重要组成部分,是决定机械性能的最主要因素、由于各生产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的机械设计。
关键词:
机械设计,手动夹紧,机械工程
Manualclampingmechanismdesign
Abstract:
Mechanicaldesignisanimportantpartofmechanicalengineering,istodeterminethemostimportantfactorinthemechanicalproperties.Duetotheperformancerequirementsoftheindustryofmechanicaldifferentandhasmanyprofessionalmechanicaldesign.Manualclampisanimportantpartofmechanicalengineering,istodeterminemechanicalpropertiesofthemostimportantfactor,becausetheproductionofmechanicalperformancerequirementsofdifferentandthereareanumberofprofessionalmechanicaldesign.
Keywords:
mechanicaldesign,manualclamping,mechanicalengineering
1前言
机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化(或机械工程及自动化)专业的一门重要的专业基础课。
在机械制造厂的生产过程中,用来安装工件使之固定在正确位置上,完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作,所使用的工艺装备统称为夹具。
如机床夹具、检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。
手动夹紧是机械工程的重要组成部分,是决定机械性能的最主要因素、由于各生
产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的机械设计。
手动夹紧机构与现有夹紧机构相比,在三次增力后,能获得较大的增力系数,解决了手动夹紧机构夹紧力较小的问题;
并能部分替代耗能较高的液压与气压夹紧机构,顺应制造技术绿色化的发展要求,具有广阔的发展前景。
因此,对其进行较为系统的研究与开发,具有重要的现实意义。
1.1机床夹具的现状
据国际生产研究协会统计表明,目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右,而现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代,以适应市场的需求和竞争。
但是,一般企业仍习惯于大量采用传统的夹具。
一般的,在具有中等生产能力的工厂中,大约拥有数千乃至近万套,而在多品种生产的企业中,每隔3~4年就会更新50~80%左右的专用夹具,但夹具的实际磨损量仅为10~20%左右。
特别是近几年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用,对机床的夹具也提出了新的要求:
(1)能够迅速且方便地装备新产品的投产,以缩短生产准备周期,降低生产成本。
(2)能够装夹一组具有相似性特征的工件。
(3)能够适用于精密加工的高精度机床夹具。
(4)能够适用于各种现代制造技术的新型机床夹具。
(5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率。
(6)提高机床夹具的标准化程度。
1.2现代机床夹具的发展方向
现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。
(1)标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。
目前,我国已有的夹具零件及部件的国家标准为:
GB/T2148~T2259—91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。
机床夹具的标准化有利于夹具的商品化生产,有利于缩短生产准备周期,降低生产总成本。
(2)精密化随着机械产品精度的日益提高,势必会提高对夹具的精度要求。
精密化夹具的结构类型有很多,例如用于精密分度的多齿盘,其分度精度可达±
0.1。
(3)高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间,以提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度。
常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等等。
例如在铣床上使用的电动虎钳来装夹工件,其效率可提高5倍左右。
目前,除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外,在数控机床上,尤其是在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具,以及自动更换夹具的装置,充分发挥了数控机床的效率。
(4)柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似,它是指机床夹具通过调整、组合等方式,以适应工艺可变因素的能力。
工艺的可变因素主要有:
工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。
而具有柔性化特征的新型夹具的种类主要有:
组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等等。
为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需求,扩大夹具的柔性化程度,将专用夹具的不可拆结构改变为可拆结构,发展可调夹具结构,都见识当前夹具发展的主要方向。
1.3机床夹具的作用可归纳为以下四个方面:
(1)保证加工精度机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置,可以保证加工精度。
(2)提高生产效率机床夹具可快速地将工件定位和夹紧,减少辅助时间。
(3)减少劳动强度采用机械、气动、液动等夹紧机构,可以减轻工人的劳动强度。
(4)扩大机床的工艺范围利用机床夹具,可使机床的加工范围扩大,例如在卧式车床刀架处安装镗孔夹具,可对箱体孔进行镗孔加工。
1.4机械制造装备设计项目训练是机械设计中的一个重要的实践性教学环节,也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。
其目的在于:
(1)培养学生综合运用机械设计基础以及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力,通过课设训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。
(2)学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。
培养独立设计能力,为以后的专业课程及毕业设计打好基础,做好准备。
(3)使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。
绿色设计与制造是制造业实施可持续发展战略、解决环境污染问题的必由之路。
机床夹具是制造业中不可缺少的工艺装备,目前,手动夹具耗能较小,但夹紧力也较小。
为此,在参照国内外机床夹具夹紧机构先进设计理念的基础上,结合国内企业现状,开发设计了一种可以在多种机床夹具上使用的冲击式手动夹紧机构,其能耗低、夹紧力大、自锁性好、无需调节、操作简单、无污染,在机械加工行业具有广阔的应用前景。
我国的装备制造业尽管已有一定的基础,规模也不小,实力较其它发展中国家雄厚。
但毕竟技术基础薄弱,滞后于制造业发展的需要。
我们要以高度的使命感和责任感,采取更加有效的措施,克服发展中存在的问题,把我国从一个制造业大国建设成为一个制造强国,成为世界级制造业基础地之一。
2手动夹紧机构概述
2.1夹紧机构目的
2.1.1.保证工件的加工质量
使用夹具可以稳定的保证工件的加工质量,减少废品。
具体的说,使用夹具所能保证的只是工件加工表面的位置精度。
只有夹具设计合理、制造合格,既具有一定的精度,又有良好的技术状态,在正常操作情况下,就可以排除工人技术等级和主观因素对加工质量的影响,稳定的保证工件的加工精度。
只有高精度的夹具,才能保证加工出高精度的零件;
有了高精度的零件,才能装配出高质量的机器;
有了高质量的机器才会创造出巨大的经济效益。
2.1.2.提高生产率
一般,夹具多是为了加工工件的某一道工序专门设计的,工件的安装夹紧十分方便可靠,因而大大缩短了安装工件的辅助时间。
夹具的导向及对刀装置,使刀具和工件始终保持最佳的相对位置,从而避免了工人的对刀时间和反复试切的操作。
除了采用高速切削和强力切削外,改进夹具结构采用高效夹具从来就是提高生产效率的一个重要途径。
所以,每个工厂都十分重视夹具的结构设计和改进,把它作为技术改造的重要内容。
在中小工厂,夹具的使用和改进能够使产量成倍增长。
但是,应该注意夹具结构的先进性是相对的,大厂的先进夹具中小厂不一定欢迎;
中小厂的先进夹具大厂也不一定满意。
也就是说,夹具结构的合理性要因地而异。
而且夹具的结构总是在不断的洗手新技术而发展变化,技术人员要不断的改进夹具结构,促进生产率的提高。
此外,生产中大量专用夹具的采用还未生产过程的机械化和自动化创造了前提,为机械手和机器人的使用提供了条件。
2.1.3扩大机床的工艺范围
在通用机床上采用夹具可以扩大机床的工艺范围,充分发挥机床的潜力,达到一机多用的目的。
2.1.4改善操作者的劳动条件
由于气动、液压、电磁等动力源在夹具中的应用,一方面减轻了工人的劳动强度;
另一方面,保证了夹紧工件的可靠性,并能实现机床的互锁,避免事故,保证了操作者和机床设备的安全。
2.2夹紧机构的功能
手动夹具的主要功能是使工件定位和夹紧。
然而,由于各类手动夹紧方式的不同,有的夹具还有对刀、导向、分度等特殊功能。
2.2.1.手动夹具的主要功能
1定位。
确定工件在夹具中占有正确位置的过程。
正确的定位可以保证工件加工面的尺寸和位置精度要求。
2夹紧。
工件定位后将其固定,使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。
由于受到各种力的作用,工件在加工时如不将工件夹紧,工件会松动而不能保证加工精度。
从定位到夹紧的整个过程,称为装夹。
2.2.2.手动夹具的特殊功能
1对刀。
调整刀具切削刃相对于工件或夹具的正确位置,如铣床夹具中的对刀块,它能迅速确定铣刀相对于夹具的正确位置。
2导向。
如钻床夹具中的钻套,能迅速确定钻头的位置,并引导其进行钻削。
3分度。
工件一次装夹后,在加工过程中进行分度。
2.3夹紧机构的组成
2.3.1.手动夹具的基础组成部分
虽然夹具的结构不同,但其基本组成部分都有定位元件、夹紧装置和夹具体三大部分。
1定位元件
定位元件是夹具的主要功能元件之一,用于确定工件在夹具中的正确位置。
2夹紧装置
夹紧装置是夹具的主要功能元件之一,用于夹紧工件,使工件在受到外力作用后仍能保持既定位置不变。
3夹具体
夹具体是夹具的基本骨架,通过它将夹具所有元件连成一个整体。
2.3.2.手动夹具的其他组成部分
1对刀元件与引刀元件
用于确定或引导刀具,使其与夹具的定位元件保持某一正确的相对位置关系。
对刀元件常见于铣床夹具的对刀,引导元件主要指钻模的钻模板、钻套,镗模的镗模支架、镗套等。
它们确定刀具的位置并引导刀具进行切削。
2连接元件
用于保证夹具与机床间相对位置的元件。
连接元件有两种形式:
一种是安装在工作台上的,另一种是安装在机床主轴上的。
3其他元件及装置
根据工件的加工要求,某些夹具具有分度装置、靠模装置、工件的抬起装置等。
2.3.3.手动夹具的分类及设计要求
1手动夹具的分类
(1)按专业化程度分类
①通用夹具。
指已经标准化的,在一定范围内可用于加工不同的工件夹具。
它们有很大的通用性,一般已标准化,由专业工厂生产,并作为机床附件供给用户。
这类夹具主要用于单件,小批量生产。
②专用夹具。
指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。
专用夹具结构紧凑,操作方便,采用各种省力机构或动力装置,可以保证较高的加工精度和生产效率。
但是,专用夹具需要根据工件的加工要求自行设计与制造,周期长,费用高,产品一旦变更只能报废,因而只适用于产品固定且产量较大的生产中。
③可调夹具。
指根据不同的尺寸或种类的工件,夹具的某些元件可调整或更换,以适应多种工件加工的夹具。
它的通用范围较大,适用于多品种,小批量的生产。
④成组夹具。
指专为加工某一组零件而设计的可调夹具。
经过调整夹具可以用来定位,夹紧一组零件。
⑤组合夹具。
指按某一工件中的某道工序的加工要求,由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的专用夹具。
这种夹具拆卸后可重新组装新夹具,故具有组装迅速,周期短,能反复使用的特点,适用于单件,小批量生产,在新产品试制和数控加工中,是一种比较经济的夹具。
⑥自动化生产用夹具。
自动化生产用夹具主要分自动线夹具和数控机床用夹具两大类。
自动线夹具有两种:
一种是固定式夹具;
另一种是随行夹具。
数控机床夹具还包括加工中心用夹紧和柔性制造系统用夹具。
随着制造的现代化,在企业中数控机床夹具的比例正在增加,以满足数控机床的加工要求。
数控机床夹具的典型结构是拼装夹具。
它是利用标准的模块组装成的夹具。
(2)按使用夹具的机床分类
这是专用夹具的分类方法,可分为车床夹具,铣床夹具,钻床夹具,刨床夹具,镗床夹具,磨床夹具,拉床夹具等。
(3)根据夹具所采用的夹具动力源分类
可分为手动夹具,气动夹具,液压夹具,电磁夹具,真空夹具,自夹紧夹具等。
3设计方案
3.1年生产纲领
工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。
如工件的年生产量很大,可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案,采用此方案时,机床夹具的结构较复杂,制造成本较高;
如工件的年生产量不大,可采用单件加工,手动夹紧的设计方案,以减小机床夹具的结构复杂程度及夹具的制作成本。
如5万件以上夹具复杂用全自动化的设备,5000件小批量生产用手动设备。
3.2生产条件
直径从1毫米以下至120毫米的所有规格钻头都可以使用钻床加工。
台式钻床的加工范围通常在15毫米以下。
立式钻床的最大加工范围通常在15~75毫米之间。
摇臂钻的最大加工范围在25~120毫米之间。
各种钻床主轴的锥孔型号和功率不同。
最小的高速台钻的功率只有200W,最大的摇臂钻的功率可以达到25KW。
台钳常用在立式钻床和台式钻床上,只能夹持小型零件,大中型零件通常在摇臂钻上加工,直接夹紧在工作台上。
Z5025型号立式钻床,最大钻孔直径25mm,主轴端至底面距离1000mm,主轴级数9级,主轴转速范围500-2000转每分钟,主轴行程200mm,外形尺寸1050×
687×
1980。
3.3端盖成型工艺分析
本次课设是要为此图3-1中的端盖设计一个钻2-φ8孔的夹具,最终实现将工件定位,更加精确和方便的完成钻孔工作,并保证能夹紧工件,夹紧力要适中,不要使工件变形,又能保证工件所要求的加工精度。
零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求,它决定了工件在机床夹具中的放置方法,是设计机床夹具总体结构的依据,本工件放置方法应如图3-1所示。
工序图给出了零件本工序的工序基准、已加工表面、待加工表面,以及本工序的定位、夹紧原理方案。
工件的工序基准、已加工表面决定了机床夹具的方位方案,如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等;
定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法,定位方案不一定要定六个自由度,但要完全定位。
工件的待加工表面是选择机床、刀具的依据。
确定夹紧机构要依据零件的外型尺寸,选择合适的定位点,确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。
图3-1端盖
4手动夹紧结构设计
4.1定位设计的基本原则
为满足夹具设计的要求,定位设计应遵循以下原则:
1遵循基准重合原则。
使定位基准与工序基准重合,在多工序加工时还应遵循基准统一原则。
2合理选择主要定位基准。
主要定位基准应有较大的支撑面,较高的精度。
3便于工件的装夹和加工,并使夹具的结构简单。
4.2对定位元件要求
1足够的精度
由于定位误差的基准位移误差直接与定位元件的定位表面有关,因此,定位元件的定位表面应有足够的精度,以保证工件的加工精度。
2足够的储备精度
由于定位是通过工件的定位基准与定位元件的定位表面相接触来实现,而工件的装卸将会使定位元件磨损,使定位精度下降。
因此,为了提高夹具的使用寿命,定位元件表面应有较高的硬度和耐磨性。
特别是在产品较固定的大批量生产中,应注意提高定位工件的耐磨性,以使夹具有足够的储备精度。
通常工厂可以按生产经验和工艺资料对主要定位元件。
3足够的强度和刚度
通常对定位工件的强度和刚度是不作校核的,但是在设计时仍应该注意定位元件危险断面的强度,以免使用者损坏;
而定位元件的刚度也往往是影响加工精度的因素之一。
因此,可用类比法来保证定位元件的强度和刚度,以缩短夹具设计的周期。
4应协调好与有关元件的关系
在定位设计时,还应处理,协调好与夹具体,夹紧装置,对刀导向元件的关系。
有时定位元件还需要留出排屑空间等,以便于刀具进行切削加工。
5良好的结构工艺性
定位元件的结构应符合一般标准化要求,并应满足便于加工,装配,维修等工艺性要求。
通常标准化的定位元件有良好的工艺性,设计时应优先标准定位元件。
4.3定位机构
图4-1定位心轴
图4-2大平面
在夹具设计中,定位方案不合理,工件的加工精度就无法保证。
工作定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。
根据工序图给出的定位元件方案,按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。
在机床夹具的使用过程中,工件的批量越大,定位元件的磨损越快,选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性,方便机床夹具的维修和维护。
设计夹具是原则上应选该工艺基准为定位基准。
无论是工艺基准还是定为基准,均应符合六点定位原理。
由于该零件的加工是钻2-φ8孔并以φ30孔内表面作为定位面,属孔定位类型,因此本次设计采用的定位机构为圆柱销与大平面相结合。
圆柱销定位的形式很多,短圆柱销定位限制Y,Z方向的移动,限制两个自由度;
长圆柱销定位限制工件的Y,Z方向的转动和移动,限制四个自由度;
两个短圆柱销与长圆柱销相同。
大平面限制X,Y方向的转动及Z方向的移动。
装夹工件时,通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件。
本次设计的定位选用的是短销与平面相结合,分别限制工件的X、Y方向的移动及转动自由度以及Z方向的旋转自由度。
心轴定位的特点为结构简单、制造容易、夹紧可靠,自锁性好,夹紧动作慢、效率低。
4.4夹紧机构
图4-3工件放置方式
1夹紧的目的:
使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏,同时保证加工精度。
2夹紧力的方向的确定:
(1)夹紧力的方向应有利于工件的准确定位,而不能破坏定位,一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。
(2)夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致,以利于减少工件的变形。
(3)夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致,有利于减小夹紧力。
3夹紧力的作用点的选择:
(1)夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应,或在支承点确定的区域内,以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。
(2)夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。
(3)夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位,以提高工件切削部位的刚度和抗振性。
(4)夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。
4选择夹紧机构:
设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则:
(1)夹紧必须保证定位准确可靠,而不能破坏定位。
(2)工件和夹具的变形必须在允许的范围内。
(3)夹紧机构必须可靠。
夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度,手动夹紧机构
(4)必须保证自锁,机动夹紧应有联锁保护装置,夹紧行程必须足够。
(5)夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。
(6)夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。
图4-4夹紧机构
选用螺栓螺母夹紧机构来对被加工工件进行夹紧。
螺栓螺母夹紧机构的特点:
①结构简单,制造方便加紧可靠施力范围大;
②自锁性能好操;
③扩力比80以上,行程S不受限制;
④加紧工作慢,效力低。
图4-5立柱
4.5导向装置的选择
导向装置是夹具保证加工精度的重要装置,如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等,钻床夹具中钻头的导向采用钻套,钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套四种。
这些装置均已标准化,可按标准选择。
综上分析,本次设计采用固定导向套加工工件,来提高其工作的连续性和其工作效率。
选择导向装置:
导向装置是夹具保证加工精度的重要装置,如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等,这些装置均已标准化,可按标准选择。
图4-6钻模板
用于钻床零件加工的是可换钻套装置。
换钻套时,只需将钻套逆时针转动,当缺口转到螺钉位置时即可取出,换套方便迅速。
钻夹具中的钻套,除要求它引导钻头,钻出正确的孔外,还要求它能在装卸时快而准确。
一般在工厂中使用较多的是可换钻套,虽然这种钻套具有可换的优点,但在制造上较复杂;
由于采用螺钉来压紧,所以占面大,而又增加制造步骤。
钻模板与支柱之间用开口销连接。
4.6手动夹具的总体形式
夹具的总体形式一般应根据工件的形状、大小、加工内容及选用机床等因素来确定。
(1)夹具的组成归纳为:
①定位元件及定位装置用于确定工件正确位置的元件或装置。
②夹紧元件及夹紧装置用于固定元件已获得的正确位置的元件或装置。
③导向及对刀元件用于确定工件与刀具相互位置的元件。
④动力装置在成批生产中,为了减轻工人劳动强度,提高生产率,常采用气动、液动等动力装置。
⑤夹具体用于将各种元件装置连接在一体,并通过它将整个夹具安装在机床上。
⑥其他元件及装置根据加工需要来设置的元件或装置。
(2)确定夹具体:
夹具体上一般不设定位和定向装置,特别是台钻、立钻和摇臂钻上使用时,但夹具体底板上一般都设有翻边或留一些平台面,以便夹具在机床工作台上固定。
夹具体一般是设计成平板式(有些夹具体铸造成特殊形状),保证具有足够的刚性。
它用来固定定位元件、加紧机构和联接体,并于机床可靠联接。
(3)确定联接体:
联接体是将导向装置与夹具体联接的工件,设计时主要考虑联接体的刚性,合理布置联接体的位置,给定位元件、夹紧机构留出空间。
此夹具体的联接装置通过内六角螺栓和圆柱销来定位,考虑到刚性问题,在相对应的位置上在用一个联接体支承钻套板,同样用内六角螺栓定位。
(4)夹具体的总体设计图:
图4-7总体图
4
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