快速压紧平口钳.docx
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快速压紧平口钳
毕业设计(论文)
设计(论文)题目:
基于solidworks的平口钳设计
系部名称:
机电动力与信息工程系
学生姓名:
杜权
专业:
机械工程及自动化
班级:
机械一班
学号:
120120501028
指导教师:
张超
填表时间:
2016年3月
摘要
平口钳又名机用虎钳,是一种通用夹具,在工业上有着广泛的用途。
用于安装待加工工件,它是铣床、钻床的随机附件,将其固定在机床工作台上,用来夹持工件进行切削加工。
在现代机械制造中尤其是数控加工中,平口钳是必不可少的。
它起固定工件的作用,从而有利于机加工。
平口钳的制造好坏与它可以实现的功能在保证零件精度和加工范围方面发挥着重要作用。
随着社会的发展,平口钳逐渐成为了机械行业中的一种产业,采用规模化经营的理念进行生产。
这就对平口钳的精度和应用范围有了更高的要求,如果精度和应用范围达不到要求供货商就会产生大量废品甚至整批零件报废,这将给企业带来较大的经济损失。
因此,我的毕业设计就提高平口钳功能进行研究并已加工出气动平口钳样品。
关键词:
平口钳、加工精度、角度、钳口板
Abstract
Parallel-jawvicemachinevise,whoisauniversalfixture,hasbeenwidelyusedinindustryapplication.Usedtoinstallformachining,itismillingmachine,drillingmachineaccessories,shouldbefixedtothemachinetoolworkingplatform,usedforclampingtheworkpieceformachining.
Inthemodernmachinerymanufacturingespeciallyinncmachining,flatpliersisindispensable.ItfixedMaoPeirole,whichishelpfultomachining.Parallel-jawviceisgoodorbadanditcanrealizethefunctioninguaranteeingprecisionpartsmachiningrangeandplayanimportantrole.Withthedevelopmentofthesociety,flatpliers,graduallybecomesoneofthemachineryindustryindustryscalemanagementconceptisadoptedtoimprovetheproduction.Theprecisionandapplicationrangeofflatpliershavehigherrequirements,iftheaccuracyandapplicationrangecannotmeettherequirementssuppliercanproducelargeamountsofwasteandeventhewholebatchofpartsdamaged,thiswillbringlargeeconomiclosstoenterprises.Therefore,improvethemanufacturingprecisionoftheflatpliersandrangeofapplicationisparticularlyimportant.
Keywords:
machiningaccuracy,angles,flatpliers,jawplate
第1章绪论
平口钳在制造业中起着关健作用,平口钳精度的好坏直接影响着产品质量,从一个制造企业来讲,精度关系着获得的利润。
但我国很多企业由于各种原因生产出的夹具精度非常差,达不到要求,更不会实现较好的利润。
夹具的创新也没有明显突破,导致可以加工的零件类型受到限制。
作为机加工中常用的平口钳夹具而言,普通平口钳加工范围受到极大限制。
这极大地影响了平口钳的适用范围。
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。
现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代,以适应市场的需求与竞争。
然而,一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具,一般在具有中等生产能力的工厂里,约拥有数千甚至近万套专用夹具;另一方面,在多品种生产的企业中,每隔3~4年就要更新50~80%左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为10~20%左右。
特别是近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用,对机床夹具提出了如下新的要求:
㈠能迅速而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;
㈡能装夹一组具有相似性特征的工件;
㈢能适用于精密加工的高精度机床夹具;
㈣能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具;
㈤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;
㈥提高机床夹具的标准化程度。
机械加工中大多是采用在通用机床上安装各种夹具,辅助夹具及刀具等进行产品零件的生产,工艺准备工作比较繁重。
其中,夹具设计和制造的工作量显得更为突出,往往成为生产准备工作的关键。
如何提高压缩机精度,降低生产成本是急需解决的问题。
采用夹具安装,可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置,工件的位置精度由夹具保证,不受工人技术水平的影响,其加工精度高而且稳定。
夹具装夹工件,无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧,显著地减少了辅助工时;用夹具装夹工件提高了工件的刚性,因此可加大切削用量;可以使用多件、多工位夹具装夹工件,并采用高效夹紧机构,这些因素均有利于提高劳动生产率。
另外,采用夹具后,产品质量稳定,废品率下降,可以安排技术等级较低的工人,明显地降低了生产成本。
使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围,实现一机多能。
例如,在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后,就可以对箱体孔系进行镗削加工;通过专用夹具还可将车床改为拉床使用,以充分发挥通用机床的作
用夹具装夹工件方便、快速,当采用气动、液压等夹紧装置时,可减轻工人的劳动强度。
第1章快速压紧平口钳设计
5.1方案分析
开江县位于四川省达州市。
由于当地技术条件比较落后生产的平口钳精度达不到要求并且所生产平口钳的应用范围也有限,因此企业获得的利润非常薄弱。
为了为开江县服务,现对以下几种方案进行分析。
5.1.1方案一
产品名称:
快速压紧平口钳
图5.1.1-1快速夹紧台虎钳
图5.1.1-2开合螺母
图5.1.1-3机心结构
工作原理:
图5.1.1-1是一种新型快速夹紧台虎钳。
这种台虎钳的新颖之处是它的机心采用了特殊的开合螺母机构,实现了台虎钳的快速夹紧功能。
这种台虎钳的手柄不管从哪个位置开始逆时针转动,只要转到垂直方向就会被自动阻止,这时,螺杆与组合螺母轴向脱开,活动钳体可以在固定钳体上自由推拉,实现台虎钳对工件的快速装夹。
如果台虎钳的手柄按顺时针转动,组合螺母就会和螺杆自动旋合,实现传统的螺纹传动并对工件实施夹紧。
图1-14是该新型台虎钳开合螺母的原理图。
螺杆的横截面被加工成扁形,保留部分螺纹。
螺母1和螺母2的螺纹按螺杆上的螺纹对应去除。
将螺母1和螺母2同轴穿旋在螺杆上。
图5.1.1-2a表示两螺母的螺纹对正时,周向上螺纹有共同缺口,螺杆正好从对齐的缺口中通过,螺杆与组合螺母1、2实现轴向脱开,活动钳体可以在固定钳体上自由推拉。
图5.1.1-2b中螺母2周向旋转90度,与螺母1形成轴向上同螺线、周向上互补的完整螺纹,使组合螺母1、2能够与螺杆旋合,形成传统的螺纹传动机构,实现对工件的夹紧。
图5.1.1-3是这种台虎钳机心的实物结构,螺母座1的螺孔后面加工有同轴光孔并在周向上开有90度的限位槽,带有限位螺钉3的活动螺母2被装在光孔内并被限定在0-90度范围内转动,活动螺母2的后面是爪片4,爪片4中间有一个与螺杆7横截面相同的孔,这样爪片4可以随螺杆7转动并可以在轴向上滑动,爪片上的棘爪可以带着活动螺母2转动。
后盖6通过弹簧5把活动螺母2和爪片4压装在螺母座1的光孔内。
螺母座1和活动螺母2上的螺纹与螺杆上的螺纹做对应去除。
所示是台虎钳手柄逆时针转动到垂直位置时螺杆与组合螺母脱开的状态。
螺钉3被限定在垂直位置上,棘爪的直面不能从活动螺母2携带的缺口中跃出,手柄阻止在垂直位置不能继续逆时针转动,这时螺杆上的螺纹正好处在螺母座1和活动螺母2对齐的螺纹缺口中。
当手柄带动螺杆7做顺时针转动时,棘爪的斜面带着活动螺母2转动,转动90度时,螺钉3被限定在水平位置上,活动螺母2不能继续转动并与螺母座1上的螺纹形成互补,而棘爪的斜面可以跃出活动螺母上的缺口继续转动,从而实现螺杆7与组合螺母之间的螺纹传动。
图5.1.1-3的机心结构虽然实现了组合螺母的程控开合。
特点:
这种台虎钳的新颖之处是它的机心采用了特殊的开合螺母机构,实现了台虎钳的快速夹紧功能。
主要优点:
1.装夹速度快、提高工作效率、减轻劳动强度等优势。
2.组成简练,结构紧凑。
缺点:
1.材料∶HT250 +球墨QT易生锈,局部强度危险。
2.加工范围有限。
5.1.2方案二
产品名称:
快速压紧平口钳
图5.1.2-1
(1)图5.1.2-1快速夹紧装置简图
1、2、5、l6.螺钉;3、15挡圈;4.手柄;6.夹紧螺柱;7.导向平键;8.
固定螺母;9.弹性夹套;10.固定锥套;11.夹紧支座;12.支座端
盖;13.夹紧圆杆;14.活动钳身;17.固定钳身
座用螺钉安装在固定钳身上,支座端盖用螺钉安装在夹紧支座左端,固定锥套的内锥面与弹性夹套的外锥面配合后装入夹紧支座的孔中,固定螺母用螺钉安装在夹紧支座右端,夹紧螺柱通过右旋螺纹旋合在固定螺母中,导向平键用螺钉安装在夹紧螺柱的内孔中,夹紧圆杆上开有长键槽,与导向平键配合后装入弹性夹套的圆柱孔中,二者之间为间隙配合。
在夹紧圆杆左端,通过挡圈和螺钉将活动钳身与夹紧圆杆连接,形成能够相对回转的可动连接;在夹紧圆杆右端,手柄通过其上的方孔与夹紧圆杆上的方榫进行定位,并通过挡圈和螺钉紧固在一起。
(2)快速夹紧装置的工作原理
图5.1.2-2弹性夹套
图5.1.2-2所示为弹性夹套。
其上开有三条均匀分布的槽,从而使弹性夹套形成均匀分布的三个圆柱卡爪,没有夹紧时三个圆柱卡爪的圆柱面与夹紧圆杆的外圆柱面是间隙配合,此时手柄可以推拉夹紧圆杆,使其在弹性夹套的圆柱孑L内自由移动,从而带动活动钳身前后移动。
需要夹紧时将工件放人钳口,推动手柄使活动钳身向前移动,活动钳口压住工件,同时顺时针旋转手柄,带动夹紧圆杆回转,通过导向平键使夹紧螺柱在固定螺母中回转并产生轴向移动,将弹性夹套压入固定锥套中使弹性夹套变形,三个圆柱卡爪同时抱住夹紧圆杆的外圆柱面,由于夹紧螺柱和固定螺母旋紧后能自锁,弹性夹套上的三个卡爪始终抱住夹紧圆杆使其不能轴向移动,从而使活动钳身不能移动,达到夹紧工件的目的。
需要松开工件时逆时针旋转手柄,此时夹紧螺柱回转并轴向移动,弹性夹套上的三个圆柱卡爪松开夹紧圆杆,同时拉动手柄使夹紧圆杆沿导向平键后移,带动活动钳身也向后移动,此时工件即被松开。
(3)夹紧装置零件设计
1.夹紧圆杆
图5.1.2-3夹紧圆杆
快速夹紧装置主要靠夹紧螺柱和固定螺母旋合后的轴向移动,推动弹性夹套轴向移动进而压入固定锥套中,然后通过紧固夹紧圆杆来夹紧工件。
在快速夹紧装置中,为了实现快速夹紧,活动钳身必须能够快速移动。
为解决这个问题,我们将传统虎钳的夹紧螺杆改成圆杆;同时为了能够带动夹紧螺柱回转,又在圆杆上开了长键槽,以便与夹紧螺柱的导向平键配合,从而达到带动夹紧螺柱回转的目的。
夹紧圆杆结构如图5.1.2-3所示。
2.弹性夹套设计
图5.1.2-4(改进后的弹性夹套)
由于弹性夹套与夹紧圆杆之间的夹紧力大小主要与两者间的接触面积有关,如果采用图5.1.2-2所示的弹性夹套,夹紧时由于夹套大端到小端变形不均匀,各接触面积上的夹紧力也不均匀;为保证夹紧的可靠性,增加弹性锥形夹套与夹紧圆杆之间的接触面积,对图5.1.2-2所示的弹性夹套进行了改进,改进后的弹性夹套如图5.1.2-4所示。
将夹套两端各开三条均匀分布的槽,这样当弹性夹套轴向移动而压入锥套中时整个夹套均匀变形,弹性夹套内的圆柱孔与夹紧圆杆的圆柱面紧密接触,大大增加了两者之间的夹紧力,从而提高了夹紧的可靠性。
特点
1.采用高质量的钢材料。
2.外观简练。
主要优点:
1.耐磨损寿命长。
2.精度高,质量好。
缺点:
1.制造难度大,成本高,所需要的毛坯要求高
2.成本较高。
5.2快速压紧平口钳的结构设计
我将在上述的两种平口钳的理论基础上综合各自的优缺点加以改进,再加上一个分度盘以实现可旋转功能。
5.2.1整体结构
图5.2.1-1
图5.2.1-2
图5.2.1-3
图5.2.1-4
图5.2.1-5
5.2.2钳体结构
图5.2.2-1
钳身结构简单易加工易于保证形位公差精度。
5.2.3快速压紧结构
图5.2.3-1
5.2.4旋转结构
(如图5.2.4-1)采用最常见的分度盘结构,进行部分改造。
图5.2.4-1
5.2.5应用范围
可用于普通或数控铣床、钻床、磨床、刨床等。
5.3快速压紧平口钳装配结构设计
图5.3-1
(图5.3-1)该平口钳采用中华人民共和国机械工业部1996-04-22发布1996-07-01实施的机用虎钳行业标准JB/T2329-1996。
工作压紧力为30KN。
钳口200mm
(1)导轨上平面对底座支撑底面的要有0.02mm的平行度要求
(2)两钳口夹持面对导轨上平面要有0.05mm的垂直度要求
(3)两钳口夹持面在宽度方向要有0.02mm的平行度要求
间隙配合采用H6/h5基孔制。
基孔制过盈配合采用H6/n5,基轴制过盈配合采用N6/h5。
因其有较高的尺寸与表面精度,而又需要其对机床要求不能太高,所以选用精度为5-6级。
同理接触面采用粗糙度为3.2μm,铸造表面粗糙度为12.5μm,其余表面采用表面粗糙度为6.3μm。
快速压紧平口钳材料除了对材料要求不高的用HT200其余都采用45钢,保证接触面与受力面有足够的表面强度和整体强度。
5.4快速压紧平口钳零件设计(部分重要零件)
图5.4-1
图5.4-2
图5.4-3
图5.4-4
图5.4-5
图5.4-6
图5.4-7
图5.4-8
5.5快速压紧平口钳零部件的设计及计算
5.5.1快速压紧平口钳重量
(因其由45钢与灰铁组成取密度为7.4g/cm*3)
(1)气动平口钳重量=密度×体积
=7.4g/cm*3×12100cm*3
=89.54Kg
(2)分度盘重量=密度×体积
=7.4g/cm*3×9223cm*3
=68.25kg
因此,平口钳总重量M=89.54+68.25
=157.8kg
5.5.2快速压紧平口钳的设计计算
5.5.2.1压紧杆的强度计算
受力较大的杆需进行强度计算。
压紧杆工作时只承受轴向压力(或拉力)Q和扭矩T的作用。
因此;核核螺杆强度时,应根据第四强度理论求出危险截面的计算应力σca,其强度条件为
压紧杆的最大应力(拉、压应力)
最大应力=F/A=σ
=30×10³/(3.14×15²)
=42.45Mpa<150(45钢最小许用拉压应力)
F—压紧时横截面积上的轴力
A-最小横截面
所以压紧杆强度合格
下图为钢材许用应力表表(5.5.2.1-1):
表5.5.2.1-1
5.5.2.2连接螺栓的强度计算
分析:
由于固定钳口的固定是靠螺钉实现的,螺钉在钳口与钳身中起连接作用。
因此、螺钉主要受力为切应力
M20螺钉切应力=F/A=τ
=30×10³/(3.14×10²)
=95.5N/mm*2
普通螺纹的保证拉力载荷表表(5.5.2.1-1);
表5.5.2.1-1
以最低等级3.6级计算,最大载荷为6.63KN
[6]=(6.63×10*3)/(3.14×3*2)=234Mpa
[许用切应力]=(0.8~1.0)×[6]=187.2N/mm*2~234N/mm*2
固定钳口靠两个螺钉连接所以一个螺钉切应力为95.5/2=48N/mm*2
由于48N/mm*2小于[许用切应力]所以M20螺钉能承受(合适)
5.6快速压紧平口钳使用说明书
现有的机用平口钳一般有很多空行程而且需要一圈一圈地揪动螺杆,使得工作效率低,且操作不方便。
快速压紧平口钳它改变了需要走空行程、效率低的缺陷。
主体内设有快速压紧装置具有运动快慢推力,平行度高和装夹速度快的特点。
即减轻了劳动强度,也提高了工作效率。
1.手动调节丝杆钳口大于工件2-5毫米即可,操作简便。
2.每班加油一次。
外形尺寸
总长∶712.5mm
宽∶243mm
钳口宽∶200mm
最大张开度∶170mm
材料∶HT200 +45钢
150气动平口钳性能参数表(5.6-1):
参数型号
推拉力
kn
开口度
mm
ART.1-6×200
30
0-170
表5.6-1
5.7快速压紧平口钳优点及使用时注意的问题
优点:
此装置与普通的平口钳相比可以实现快速压紧与平口钳水平旋转、钳口板可替换与可拆卸的功能。
注意事项:
1.手动调节丝杆钳口大于工件2-5毫米即可,操作简便。
2.每班加油一次。
第6章快速压紧平口钳小批量工艺编制
以下选用几个重要零件与类似零件进行分析。
6.1钳身加工
6.1.1钳身的工艺分析
下图为钳身的零件图
图6.1.1-1
1、技术要求分析
(1)几何元素分析:
该工件总体结构较为简单,轮廓面,螺纹孔等
(2)精度分析:
直角处的垂直度误差较高,平行度误差较高,用角度卡尺测量。
(3)材料分析:
采用HT200,铸造。
(价格便宜,成本低,又具有良好的铸造性能、切削加工性能)
2、主要加工表面
(1)零件接触重要表面
(2)T形槽
(3)螺纹孔
6.1.2毛坯的选择
1.确定毛坯类型
零件的材料为铸件(HT200),属小批量生产。
用于形状较复杂的零件毛坯。
2.确定毛坯的技术要求
(1)铸件不应有裂纹,砂眼和局部缩松、气孔及夹渣等缺陷。
铸件表面应清除毛刺、结瘤和粘砂。
(2)铸造圆角R3~R5mm
6.1.3基准的选择
根据粗、精基准选择原则,确定各加工表面的基准如表6.1.3-1所示
表6.1.3-1
序号
加工部位
基准选择
1
上表面
下表面
2
上表面
下表面
3
T形槽
下表面
4
螺纹孔
下表面
6.1.4拟定机械加工工艺路线
1.确定各表面的加工方法
根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求,选定如下加工方法:
外轮廓铣削一次完成;钳口面与直角面粗-精铣;钻沉头孔;M20螺纹孔钻-攻丝
2.加工工艺路线的总体设计
此零件适合在铣床上加工。
对于加工来说要能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求使走刀路线最短
3.按照铣削加工的工艺原则工件的加工工艺方法为
(1)铸造毛坯并装夹在平口钳上
(2)使用直径为Ø25的立铣刀分别加工毛坯的各个面
(3)使用T形铣刀铣T形槽
(3)使用直径为Ø11的麻花钻打M20的底孔Ø11。
(8)使用M20丝锥加工螺纹
6.1.5加工余量及工序尺寸的确定
根据上述原始资料和加工工艺,分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸,如表6.1.5-1所示。
表6.1.5-1
加工内容
单边余量/mm
工序尺寸/mm
宽
3
78
长
4
535
T形槽
3
97.5
其余未说明加工部分均一次加工完成。
6.1.6设备的选用
采用铣床XK714对工件进行加工,游标卡尺量程0-250mm对工件进行测量,角度规对直角测量,平口钳对工件进行装夹
6.1.7切削参数的选择
轴转速的确定粗加工转速取800r/min,精加工转速取1000r/min。
速度的确定,粗加工进给速度60mm/min。
精加工进给速100mm/min。
钻孔时主轴转速为1000r/min,进给量为0.5mm/r
6.2压紧杆加工
6.2.1零件的工艺分析
下图为丝杆的零件图
图6.2.1-1
1.技术要求分析
(1)几何元素的分析:
该工件形状结构较简单,只含有孔
(2)粗糙度分析:
该工件上表面粗糙度没有太高的要求。
(3)材料分析:
该工件选用45号钢(优质碳素结构钢,硬度不高易切削加工
2.主要加工表面
(1)零件外轮廓
(2)Ø16通孔
6.2.2毛坯的选择
选取φ45x500的圆棒料
1.确定毛坯类型
零件的材料为45钢,属小批量生产。
选择合适的毛坯,对零件的加工质量、加工工时都有很大的影响。
2.确定毛坯的技术要求
加工前调质
6.2.3基准的选择
根据粗、精基准选择原则,确定各加工表面的基准如表6.2.3-1所示
表6.2.3-1
序号
加工部位
基准选择
1
右端外轮廓
右端面
2
左端外轮廓
左端面
3
Ø16通孔
右端面
6.2.4拟定机械加工工艺路线
1.确定各表面的加工方法
根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求,选定如下加工方法
外轮廓加工方法为粗-精铣完成,Ø16通孔钻一次完成,平面加工方法为铣一次完成,螺纹加工方法为粗-半精-精车完成
2.按照车削加工的工艺原则工件的加工工艺方法为
(1)下料:
φ45x500的圆棒料并用平口钳与V型铁装夹
(2)使用硬质合金外圆车刀车削右端面保证平面度
(3)对右端进行加工
(4)使用3.5mm切槽刀加工φ20槽
(5)夹住右端轴,车加工左端轴。
(6)使用直径为5mm麻花钻钻左端Ø16孔
3.工艺路线分析
此零件适合在车床上加工。
对于加工来说要能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求使走刀路线最短,螺纹在数控机床上加工
6.2.5加工余量及工序尺寸的确定
根据上述原始资料和加工工艺,分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸,如表6.2.5-1所示。
表6.2.5-1
加工表面
单边余量/mm
工序尺寸/mm
左端圆柱面
15
Ø20
中间圆柱面
3
Ø32
螺纹面
9
Ø26
其余未说明加工部分均一次加工完成。
6.2.6设备的选用
使用机床CK6132数控车床加工外轮廓,车螺纹,游标卡尺量程0-250mm千分尺测量量程0-25mm三抓卡盘装夹
本工件外轮廓时要注意的几点:
1、螺纹加工时保证能够很好的配合
2、多次采用辅助配合的方式进行加工
3、工件装夹与对刀,工件采用三抓卡盘装夹辅助顶尖试切法对刀
6.2.7切削参数的选择
轴转速的确定粗加工转速取500r/min,精加工转速取800r/min
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