医用X光片机图像防护罩夹具设计.docx
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医用X光片机图像防护罩夹具设计
摘要
近20年来,信息技术的发展推动了制造技术的进步,现代先进制造技术正逐渐成为全世界发展的重点。
而机械制造工艺和机床夹具设计作为机械设计制造行业中必不可少的组成部分,在机械制造装备行业中正发挥着举足轻重的作用。
本论文是根据自己所学的专业知识和技能,结合实际工作生产实习所见所闻,以生活中必不可少的医疗设备—X光片机为基础,对其所需零部件进行夹具设计。
X光片机图像防护罩主要用于X光片机图像摄影连接部分,为X光片机提供防护、保护作用,防止灰尘、水或者外力人为破坏,进而为病人的健康提供更科学的保障,有较强的现实研究意义。
本文所设计研究的内容主要包括防护罩零件的图纸分析、材料选用、刀具选用、加工工艺分析和夹具定位方案设计、对刀及导向装置设计、夹紧装置设计、夹具体设计、夹具总装配图绘制等,运用所学理论知识和实践技能设计出具有实用性的夹具,从而提高生产效率,降低劳动强度。
关键词:
机械制造工艺机械制造装备机床夹具X光片机
Abstract
Intherecent20years,thedevelopmentofinformationtechnologypromotestheprogressofthemanufacturingtechnology.Modernadvancedmanufacturingtechnologyhasgraduallybecomethefocusofdevelopmentthroughouttheworld.Asanessentialpartofmechanicaldesignandmanufacturingindustry,mechanicalmanufacturingprocessandfixturedesignhavebeenplayingadecisiveroleinthemechanicalequipmentmanufacturingindustry.
Basedontheprofessionalknowledgeandskillswehavelearned,combinedwiththeactualproductionpracticewhatIhaveseenandheard,onthebasisofmedicalequipment-Xraymachinewhichisessentialinourdailylife,thispapermainlydesignmachinetoolfixtureforitscomponentsandparts.TheimageshieldofXraymachineismainlyusedintheimagephotographyconnectionpartofXraymachine,toprovideprotectionforXraymachine,preventdust,waterorman-madedamage,andprovidethescientificsupportforthepatient'shealth,hasthestrongpracticalsignificance.Thecontentofstudydesignmainlyincludestheanalysisofthedrawings,thechoiceofmaterialsandtools,theanalysisofmachiningprocessandtheplandesignoffixedposition,toolpositionaccuratelyandguidingdevicedesign,clampingdevicedesign,thedesignoffixturebodyanddrawthefixtureassemblydrawing.Byusingthetheoreticalknowledgeandpracticalskills,thedesignofmachinetoolfixturepractically,notonlycanimprovetheefficiencyofproduct,butalsocanreducelaborintensity.
Keywords:
MechanicalmanufacturingprocessMachinerymanufacturingequipmentMachinetoolfixtureX-raymachine
目录
1绪论1
1.1机床夹具概述1
1.2课题研究设计的目的及意义1
1.3国内外文献综述1
1.4现代机床夹具的发展趋势2
1.5论文研究内容3
1.6创新点3
2机床夹具设计概述4
2.1机床夹具的组成4
2.2机床夹具的功能4
2.3机床夹具的分类4
2.4铣削机床常用通用夹具的结构5
2.5加工中心机床夹具的特点5
2.6夹具装夹工件的特点6
2.7机床夹具的安装6
2.8机床夹具的对刀7
3夹具结构方案设计8
3.1零件分析8
3.2工序1夹具8
3.2.1工序1工艺方案分析8
3.2.2工序1定位方案8
3.2.3工序1夹紧方案12
3.2.4工序1对刀方案14
3.2.5工序1夹具体设计15
3.2.6工序1辅助元件15
3.3工序2夹具16
3.4工序3夹具17
3.5本文所设计夹具的使用要求及改进方案18
结论19
致谢20
参考文献21
1绪论
1.1机床夹具概述
机床夹具主要用于金属切削加工中的批量生产,因此,其设计质量的高低直接影响到零部件的加工质量和工作生产效率。
对零件进行金属切削加工,就要对其制定工艺规程,然后按工艺规程加工,加工中除需要机床、刀具和量具外,成批量生产时还要有机床夹具。
机床夹具作为机床和工件之间的连接装置,使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置,进而保证机床工作台的正确运动轨迹,在加工过程中应用较为活跃[]。
1.2课题研究设计的目的及意义
X光片机在医疗器械上应用较为广泛,其工作时性能的稳定性、图像分辨率显示的高低、拍摄和曝光时间的长短直接影响到诊断和治疗的效率。
而防护罩的设计就能满足这些要求。
它的设计制造对X光片机的实际工作性能影响较大,因此其制造精度要求要满足其装配精度要求,才能保证X光片机的使用性能要求,进而为诊断和治疗提供更科学的依据。
而此过程中,在机床、刀具和量具不变的条件下,夹具设计就显得尤为重要[]。
近年来,在市场经济的推动下,企业之间的竞争较为激烈,因此,需要我们在最短的时间内设计并制造出高效的夹具。
在大批量生产中,如果为防护罩设计的夹具不合理,或者设计、制造周期相对较长,这不仅会导致产品的生产周期长,而且还会使零件的制造成本大幅度提高,进而使生产出的零部件产品可能达不到制造精度要求。
这就不符合防护罩的使用要求。
因此,在目前的形势下,设计出一套高效且能保证加工精度要求的夹具显得尤为关键[]。
随着科技的进步和现代机械制造业的发展,机床夹具在现代机械加工制造行业中正发挥着越来越重要的作用,已成为其必不可少的工艺装备之一。
它的应用和广泛发展不仅能提高零部件的加工精度并保证它们的互换性,还能缩短工人的劳动强度,进而扩大机床的应用范围,缩短产品的试制周期[]。
1.3国内外文献综述
1.3.1国内机床夹具的发展历史
早在20世纪60年代,我国已将夹具看作是机械加工制造行业中的重要辅助装置,并建立了天津组合夹具厂和保定向阳机械厂,这些厂主要针对于机械行业和航空工业,以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。
这些厂的生产能力在当时尤为惊人,全国年产组合夹具元件能达到800万件。
到了20世纪80年代,两厂经过不断的产品研发和试制,适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统出现在了公众的视野,这不仅扩大了内需,还增加了出口量。
然而,当前国内的大部分NC机床、加工中心仍需进口,但与其配套的夹具价格却非常昂贵,因此,在国内为机床设计出配套夹具,能节省大量外汇[]。
1.3.2国外机床夹具发展历史
近年来,从国际机械制造行业的发展形势看,俄罗斯、德国和美国等生产的组合夹具较多。
国际上生产组合夹具的企业多以中小型为主,由于专用夹具、可调整夹具的专用性较强,故而其生产主要集中在本地区和国内,而通用性强的组合夹具由于能满足国际贸易对现代机床夹具的要求,正逐步成熟为一个新品种。
据不完全统计,夹具和组合夹具在全球的产值和贸易额异常惊人,仅对于欧美市场,一套用于加工中心的夹具,通常就为机床价格的很多倍,更不用说组合夹具的大型基础件了。
我国在加入WTO和制造业全球一体化后,凭借着在组合夹具技术上的历史积累和性价比的优势,加上国内电子商务的日益发展,对我国市场经济的发展是一个良好的机遇,为进一步扩大出口奠定了基础[]。
1.3.3国内外机床夹具的发展现状
国际生产研究协会的有关统计显示:
目前,85%左右的工件种类产品多为中、小批多品种产品。
为了适应市场需求和竞争,现代生产对企业又有了新的要求,即其生产制造出的产品要经常能更新换代。
然而,对一些工艺基本较为成熟的一般企业来说,他们仍习惯于大量采用传统专用夹具。
另一方面,由于多品种产品的生产,夹具的更新换代更快,而夹具的实际磨损量却不大,这就造成了大量浪费。
近年来,新加工技术层出不穷,从数控机床到加工中心,然后到成组技术,最后到柔性制造系统(FMS)等的应用,迫使机床夹具的应用范围和性能特点不得不发生新的变化和提升,以适应机械制造装备业对它的新的要求[]:
(1)能快速而简便的装配到新产品的试制中,从而缩短产品的生产准备时间,降低生产劳动的投入成本
(2)能满足有相似性特征工件的装夹要求
(3)能满足高精度机床对精密加工的使用要求
(4)能配合应用于各种现代化制造技术
(5)能适用于一些高效夹紧装置,如以液、气压等作为动力源的夹紧装置
(6)能提高各组件或零部件的标准化程度
1.4现代机床夹具的发展趋势
与传统机床夹具相比,现代机床夹具更加注重夹具向标准化、精密化、高效化和柔性化的方向发展等。
(1)标准化
机床夹具的标准化与通用化密切相关。
随着我国机床夹具行业的崛起和迅猛发展,截至到目前,我国已建立了夹具零件和部件的国家标准:
GB/T2148-T2259—91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。
对机床夹具实现标准化,有利于夹具的商品化生产,有利于缩短产品的生产准备时间,从而降低生产劳动总成本。
(2)精密化
由于机械产品的设计制造精度在不断提高,因此,只有提高夹具的精度,才能满足日益增长的市场化需求。
精密化夹具有很多结构类型,例如多齿盘,来实现精密分度。
定心精度为5µm的高精度三爪自定心卡盘,来实现精密车削。
(3)高效化
为了提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度,就必须减少工件加工的基本时间和辅助时间,这样,高效化夹具就起到了举足轻重的作用。
高效化夹具主要有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧装置的夹具等。
例如,电动虎钳,能在数控机床或加工中心上迅速装夹工件,能提高5倍左右的生产效率。
高速三爪自定心卡盘,在车床上即能实现快速定心定位,又能在实验转速为9000r/min的条件下,使卡爪仍能牢固的夹紧工件,进而大幅度提高切削速度,提高生产效率。
目前,高效、自动化夹具主要应用在生产流水线、自动线上,但随着夹具自动化的迅速发展,在数控机床上,尤其在加工中心上也配备了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置,这样充分应用了数控机床的性能特点和优势。
(4)柔性化
与机床的柔性化相似,机床夹具的柔性化是指机床夹具通过调整、组合等方式以满足不同工件的加工。
目前,很多新型夹具具有柔性化特征,例如,通用可调夹具、数控夹具、成组夹具、组合夹具、模块化夹具等。
随着现代机械工业产品多品种、中小批量生产的发展趋势,现代机床夹具只有提高柔性化程度,将夹具的不可拆结构改为可拆结构,并使之发展成可调夹具结构,才能满足日益增长的现代化市场需求[]。
1.5论文研究内容
本课题主要研究的内容是:
(1)对机床夹具设计进行理论分析,了解其应用装置、结构特点等
(2)通过分析确定夹具定位方案、夹紧方案等
(3)通过所选方案进行定位装置、夹紧装置的设计
(4)通过所设计的装置进行夹具结构相关参数的确定及验证
1.6创新点
结合自己的实际生产实习和所学专业知识技能,选择与人们的身心健康息息相关的课题进行系统而科学的分析、设计、论证,达到学以致用的目的。
2机床夹具设计概述
2.1机床夹具的组成
机床夹具是在机床上装夹工件的一种装置,其作用是使工件相对于机床和刀具有一个正确的位置,并在加工过程中保持这个位置不变。
机床夹具的基本组成部分主要有:
(1)定位元件或装置用于确定工件在夹具上的位置。
(2)刀具导向元件或装置用于引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置。
(3)夹紧元件或装置用于夹紧工件。
(4)联接元件用于保证夹具在机床上的正确位置并与机床相联接。
(5)夹具体将夹具各元件或装置联接装配成一个整体,然后利用它将夹具安装在机床上。
(6)其它元件或装置除上述元件或装置以外的元件或装置。
如某些夹具上的分度装置、防错(防止工件错误安装)装置、安全保护装置、为便于卸下工件而设置的顶出器等[]。
2.2机床夹具的功能
机床夹具的主要功能如下:
(1)保证加工质量机床夹具的主要使用性能和功能就是保证加工精度。
被加工工件加工面与定位面之间或者被加工表面相互之间的位置精度,对产品的制造精度影响最大,而这些位置精度,主要靠机床夹具来保证,对工人的技术水平要求不大。
(2)提高生产效率,降低生产成本在产品机械加工的过程中,划线、找正等工作不但会占据工人的机床调试时间,而且在反复找正的情况下,产品的制造质量也无法保证。
因此,机床夹具的使用,不但可减少大部分辅助时间,而且可在一次装夹的情况下,对产品实现多件、多工位加工。
在现代机床夹具中,广泛采用气动、液动等机动夹紧装置,可使辅助时间进一步减少。
(3)扩大机床工艺范围在机床上使用夹具可使加工变得方便,并可扩大机床的工艺范围。
例如,在车床或钻床上使用镗模,可以替代镗床镗孔。
又如,使用靠模夹具,可在车床或铣床上进行仿形加工。
(4)减轻工人劳动强度,保证安全生产[]。
2.3机床夹具的分类
机床夹具可以有很多分类方法。
通常按机床夹具的使用范围,可划分为5种类型:
(1)通用夹具如车床上常用的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、中心架、电磁吸盘、铣床上常用的平口钳、分度头、回转工作台等均属此类夹具。
该类夹具由于具有较大的通用性,故得此名。
通用夹具一般已标准化,并由专门的专业工厂(如机床附件厂)生产,常作为机床的标准附件提供给客户。
(2)专用夹具这类夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计的,因其用途单一而得名。
专用夹具广泛应用于批量生产中。
(3)可调整夹具和成组夹具这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换,部分装置可以调整,以适应不同零件的加工。
用于相似零件成组加工的夹具,通常被称为成组夹具。
与成组夹具相比,可调整夹具的加工对象不很明确,适用范围更广一些。
(4)组合夹具这类夹具有一套标准化的夹具元件,根据零件的加工要求拼装而成,就像搭积木一样,不同元件的不同组合和联接可构成不同结构和用途的夹具。
夹具用完后可拆卸重复使用。
这类夹具特别适用于新产品试制和小批量生产。
(5)随行夹具这是一种在自动线或柔性制造系统中的一种夹具。
工件安装在随行夹具上,除完成对工件的定位和夹紧外,还载着工件随输送装置送往个各机床,并在各机床上被定位和夹紧。
机床夹具根据加工类型和机床的不同,广泛应用在车床、铣床、钻床、镗床、磨床、数控机床上等。
机床夹具还可以按其夹紧装置的动力源来分类,可分为手工操作夹具、气动夹具、液动夹具、电磁夹具、真空夹具等[]。
2.4铣削机床常用通用夹具的结构
在铣床上用来使工件定位并夹紧的工艺装置称为铣床夹具。
铣床夹具安装在铣床工作台上随工作台一起进给。
铣床、数控铣床和加工中心机床常用的通用夹具主要有平口虎钳,它主要用于装夹长方形工件,也可以用于装夹圆柱形工件。
机用平口虎钳是通过虎钳体固定在机床上。
固定钳口和钳口铁起垂直定位作用,虎钳体上的导轨平面起水平定位作用。
活动座、螺母、丝杠(及方头)和紧固螺钉可作为夹紧元件。
回转底座和定位键分别起角度分度和夹具定位作用[]。
2.5加工中心机床夹具的特点
加工中心是一种带有刀库和自动换刀功能的数控镗铣床。
加工中心机床夹具与一般铣床或镗床夹具相比,具有以下特点:
(1)功能简化一般铣床或镗床夹具具有四种功能,即定位、夹紧、导向和对刀。
加工中心机床由于有数控系统的准确控制,加之机床本身的高精度和高刚性,刀具位置可以得到很好的保证。
因此,加工中心机床使用的夹具只需具备“定位”和“夹紧”两种功能,就可以满足加工要求,使夹具结构得到简化。
(2)完全定位一般铣床或镗床夹具在机床上的安装只需要“定向”,常采用定向键或找正基面确定夹具在机床上的角向位置。
而加工中心机床夹具在机床上不仅要确定其角向位置,还要确定其坐标位置,即要实现完全定位。
这是因为加工中心机床夹具定位面与机床原点之间有严格的坐标尺寸要求,以保证刀位的准确(相对于夹具和工件)。
(3)开敞结构加工中心机床的加工工作属于典型的工序集中,工件一次装夹可完成多个表面的加工。
为此,夹具通常采用开敞式结构,以免夹具各部分(特别是夹紧部分)与刀具或机床运动部件发生干涉和碰撞。
有些定位元件可以在工件定位时参与,而当工件夹紧后被卸去,以满足多面加工的要求。
(4)快速重调为尽量减少机床加工对象转换的时间,加工中心机床使用的夹具通常要求能够快速更换和快速重调。
为此,夹具安装时一般采用无校正定位方式。
对于相似工件加工,则常常采用可调整夹具,通过快速调整(或快速更换元件),使一套夹具可以同时适应多种零件的加工[]。
2.6夹具装夹工件的特点
夹具装夹方法是靠夹具将工件定位、夹紧,以保证工件相对于刀具、机床的正确位置。
具有以下特点:
(1)工件在夹具中的正确定位,是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。
因此,不再需要找正便可将工件夹紧。
(2)由于夹具在机床上已调整好位置(也有在加工过程中再进行找正的)。
因此,工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置。
(3)通过夹具上的对刀装置,保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。
(4)装夹基本上不受工人技术水平的影响,能比较稳定和容易地保证加工精度。
(5)装夹迅速、方便,能够减轻劳动强度,显著地减少辅助时间,提高劳动生产率。
(6)能扩大机床的工艺范围。
综上所述,夹具安装方法简单,不受技术水平影响,易操作[]。
2.7机床夹具的安装
机床夹具在机床工作台上的安装位置,直接影响到被加工表面的位置精度,因而在设计时必须考虑其安装方法,一般在夹具底座下面装两个定位键,定位键的结构尺寸以标准化,应按机床工作台的T形槽尺寸选定,它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6,H8/h8.两定位键的距离应力求最大。
如图2.7所示
图2.7夹具定向键
定位键的安装是夹具通过两个定位键嵌入到机床工作台的同一T形槽中,再用T形螺栓、螺母将夹具体紧固在工作台上,所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。
如果夹具宽度较大时,可在同侧设置两个耳座,两耳座的距离要和机床工作台两个T形槽的距离一致[]。
2.8机床夹具的对刀
机床夹具在工作台上安装了以后,还需要调整铣刀对夹具的相对位置,以便于进行定距加工。
对刀方法一般有三种:
(1)试切对刀
(2)应用样件对刀
(3)采用对刀装置对刀
对刀装置由对刀块和塞尺组成。
采用对刀装置对刀时,为防止损坏刀刃或造成对刀块过早磨损,刀具与对刀面不应直接接触,而是将对刀面移近刀具,并且在对刀面和铣刀之间塞入塞尺,凭抽动的松紧感觉来判断对刀的准确程度[]。
如图2.8所示
图2.8对刀装置
3夹具结构方案设计
3.1零件分析
由附录B可知,零件为铸件,且外形尺寸较大,毛坯材料为纯铝,硬度为35HB,小批量生产。
图中,位置度要求较高,大部分为Φ0.35mm,表面光洁度要求也较高,为3.2µm或6.3µm,还有两个
的精度孔,另外,螺纹孔较多,其中这些螺纹孔大部分都是用来装螺纹套的,因此,在设计夹具和制造工艺时应考虑这些因素。
由于零件为盘型零件,故选择数控铣床或加工中心来生产。
选择在立式加工中心上加工此零件,机床主要参数为工作台纵向行程为500mm,横向行程为300mm,主轴转速在200—8000r/min之内,定位精度为0.02mm。
铣刀主要选用硬质合金面铣刀、高速钢立铣刀、高速钢钻头、硬质合金铰刀和高速钢丝锥等。
3.2工序1夹具
3.2.1工序1工艺方案分析
由于材料为铸铝,生产工艺简单,铸造性能良好,材质较软,故可选择较高转速、较大进给速度和较大吃刀量。
工序1工艺方案是在其定位和夹紧方案的前提下制定出的。
在此道工序中主要完成的工艺有粗铣-精铣上表面和侧壁,铣出2x20mm和2x8mm半圆形槽并保证其位置度,钻-铰出2xΦ6mm的8级精度孔,钻-攻螺纹出7个装M6x1螺纹套的螺纹孔。
工序简图如图3.2.1所示
图3.2.1工序1简图
工艺路线如下:
(1)粗-精铣左边的上表面
(2)粗-精铣右边的上表面和直径为Φ114的外圆柱侧壁表面
(3)粗-精铣2x20mmU形槽和2x8mmU形槽
(4)中心钻打上表面上所有孔的中心点
(5)钻直径为Φ6的底孔
(6)铰直径为Φ6的精度孔至尺寸要求
(7)钻直径为Φ6.25的底孔
(8)攻底孔直径为Φ6.25,螺距为1mm的螺纹孔
3.2.2工序1定位方案
3.2.2.1自由度的概念
一个自由刚体,在空间直角坐标系中,有六个方向活动的可能性,一般把某个方向活动的可能性称为一个自由度[]。
如图3.2.2-1所示
图3.2.2-1空间自由度
3.2.2.2工件的定位基准及定位基面
机械零件是有若干要素(点、线、面)组成的,各要素之间都有一定的尺寸和位置公差要求,用来确定生产要素对象上几何要素之间几何关系所依据的那些点、线、面,称为基准。
在加工中用作确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的基准,称为定位基准。
体现定位基准的表面称为定位基面[]。
3.2.2.3六点定位原理
一个物体在空间可以有六个独立的运动,即沿3个方向的直线移动和绕3个方向的转动。
这3个方向就是X轴、Y轴和Z轴。
通常把上述6个独立运动称为六个自由度。
采用6个按一定规则布置的约束点来限制工件的6个自由度,实现完全定位,称之为六点定位原理[]。
如图3.2.2-2所示
图3.2.2-2六点定位原理
工件在夹具中要想获得正确定位,首先应正确选择定位基准,其次是选择合适的定位元件。
工件定位时,工件定位基准和夹具上的定位元件接触并形成定位副,以实现工件的六点定位。
定位元件的基本要求:
(1)定位基面应有足够的精度以保证工件的定位精度。
(2)定位基面应有较好的耐磨性。
由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦,容易磨损,为此要求定位元件定位表面的耐磨性要好,
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