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文档简介

1机用虎钳的结构改良设计(夹紧装置、钳身的设计)摘要械制造厂使用的一种工艺设备,分为机床夹具,焊接夹具,装配夹具及检验夹具等。各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺设备,称为机床夹具。如机床上使用的三爪定心卡盘,铣床上使用的平口虎钳等。本设计主要是对机用虎钳进行机械改良改进后的功能,(1)能实现快速定位;(2)快速夹紧;(3)旋转角度。本次设计由几个同学一起完成,本人主要负责底座及夹紧部分的结构改进,设计了这一部分的结构,与其余同学的设计的结构进行组装,并且进行了三维造型,制作了装配视频、PPT。让我对零件的设计与加工工艺的认识提高了一个等级。关键词机用虎钳、机械改良、PRO/E三维建模ABSTRACTMACHINERYFACTORYUSINGAKINDOFPROCESSEQUIPMENT,DIVIDEDINTOMACHINETOOLFIXTURE,WELDINGFIXTURE,ASSEMBLYFIXTURESANDTESTFIXTURE,ETCALLKINDSOFMETALCUTTINGMACHINETOOLUSEDFORCLAMPINGWORKPIECEPROCESSEQUIPMENT,KNOWNASTHEMACHINETOOLFIXTURESUCHASMACHINETOOLWITHTHREECENTERINGCHUCKCLAWS,TOUSETHEFLATMILLINGMACHINEVICE,ETCTHISDESIGNMAINLYISTHEVISEFORMACHINEMECHANICALIMPROVEMENTOFTHEIMPROVEDFUNCTION,1CANACHIEVERAPIDPOSITIONING2QUICKGRIP3THEROTATIONANGLETHISDESIGNDONEBYSEVERALCLASSMATES,IMAINLYRESPONSIBLEFORTHEBASEANDTHECLAMPINGPARTSTRUCTUREIMPROVEMENT,DESIGNTHESTRUCTUREOFTHISPART,THEDESIGNOFTHESTRUCTUREOFTHEASSEMBLYWITHTHERESTOFTHECLASSMATES,ANDHASCARRIEDONTHE3DMODELLING,MAKINGTHEASSEMBLYVIDEO,PPTLETMEUNDERSTANDINGOFPARTSDESIGNANDPROCESSINGTECHNOLOGYTOIMPROVEAGRADEKEYWORDSMACHINEVISE,MECHANICALIMPROVEMENT,PRO/E3DMODELING2目录1、引言42、夹具的概述421夹具的一般概念43、机床夹具的分类431种类划分432按使用分类533按夹紧分类54、夹具的现状541国际夹具的现状542国内夹具的现状55、设计及改进内容651树状图分析652虎钳的正确使用及保养752任务分配753夹具夹紧力的确定方案854虎钳适用范围8541虎钳装夹工件尺寸大小范围8542虎钳装夹工件力的范围96、材料的选择及设计961钳身材料的选择962钳身的设计9621钳身三维图的设计1063夹块材料的选1364夹块的设计13641V型夹块的三维图设计13642平面式夹块的三维图148、扭力限制器的选取1481扭力限制器主要分为14382扭力限制器的种类15821滚珠式扭力限制器15822联轴型扭力限制器15823磨擦式扭力限制器1583滚珠式扭矩限制器159、虎钳总的转配图的展示17总结18致谢19参考文献2041、引言夹具作为制造企业中重要的基础工艺设备,广泛应用于加工,检测和装配等制造过程中。作为生产准备的重要组成部分,夹具设计的效率直接影响到制造的生产准备时间和产品成本。一般来说,夹具设计过程中不仅需要大量的有关零件的设计,工艺和加工数据,同时还需要设计人员具有丰富的领域知识和设计经验。2、夹具的概述21夹具的一般概念夹具广泛应用于各种制造工序中,用以将工件定位并牢固地夹持在一定的位置,以便按照产品设计规定完成要求的制作过程。为了将工件可靠定位,经常用定位和支撑件与工件表面相接触,以限制工件包括移动和旋转在内的六个自由度,用夹紧来来抵消切削力,以保证工件牢固定位。传统夹具以专用夹具为代表主要有四个功能定位定位,夹紧,导向,和对刀。3、机床夹具的分类31种类划分1)通用夹具通用夹具是指已经标准化的,在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如,车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘,铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产,常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广,生产效率低,主要适用于单件、小批量的生产中。2)专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑,操作迅速、方便、省力,可以保证较高的加工精度和生产效率,但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时,夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3)通用可调夹具和成组夹具其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。用于相似零件的成组加工所用的夹具,称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比,加工对象不很明确,适用范围更广一些。4)组合夹具5组合夹具是指按零件的加工要求,由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造,其特点是灵活多变,万能性强,制造周期短、元件能反复使用,特别适用于新产品的试制和单件小批生产。5)随行夹具随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用,又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位,进行不同工序的加工。32按使用分类由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同,对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同,夹具又可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。33按夹紧分类1)根据夹具所采用的夹紧动力源不同,可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。2)夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步,夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。4、夹具的现状41国际夹具的现状1)国际生产研究协会的统计表明,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。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34年就要更新5080左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为1020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。2)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。42国内夹具的现状在国内夹具和国际相比相差较远。在近几年国内夹具虽然向着国际的标准化、精密化、高效化、和柔性化等四个大的方向发展,但是好多都是单一功能6的体现在某一个夹具上。这样一来加工夹具的种类多对设计者和消费者都有很大的不利。5、设计及改进内容虎钳是机械加工过程中用途最广泛的,我将快速夹紧、快速定位、和虎钳的钳身与底座旋转角度等几大功能同时实现在一个虎钳上。设计重点1)虎钳的快速定位;2)虎钳的快速夹紧;3)机用虎钳与底座的旋转;设计的难点1)台式虎钳各个部件的造型。部件造型既要满足设计的简单化,又要保证加工的精度与难度;2)零件的三维建模。利用PRO/E进行虎钳的三维零件建模及装配建模,必须保证零件设计的精度以及装夹精度51树状图分析752虎钳的正确使用及保养1、台式虎钳安装在台钳上时,必须使用固定钳身的钳口工作面处于台边缘之外,以保证可以夹持长条形工件从而顺利的加工。2、夹持工件时,手动夹紧时只允许用双手的力量来夹紧或放松手柄力度,决不允许使用套管接长手柄或垂直敲击,以免损坏机件。3、活动钳身的光滑平面,不准用锤子敲击,以免降低它与固定钳身的配合性能。4、台式虎钳必须牢固的固定在钳台上,扳动手柄使夹紧螺钉旋紧,工作时保证钳身无松动现象。否则易损坏台式虎钳和影响工件质量。5、台式虎钳的保养丝杠、螺母和其他活动表面都要经常加油润滑,保持清洁,防止生锈,要安全正确使用,工作结束要及时清理工作台和台式虎钳铁屑。52任务分配姓名学号设计任务设计要求张万江121075311)钳身的设计2)夹块的设计3)扭矩限制器的的选取1)安装电机位置的设计2)安装扭矩限制器位置设计3)控制按钮位置的设计4)夹块设计为两种(A平口式夹块BV型槽夹块)马锐121075031)电机的选取2)齿轮的设计3)丝杠的设计1电机功率的说明及选取范围2)齿轮的设计、计算及检验3)丝杠设计、尺寸计算及确定张阳121075131)底座的设计2)轴承的选取3)动块设计1)底座的设计(下底座的设计及尺寸计算,上底座的设计与钳身的配合)2)盘型推力轴承的选取力的计算3)动块外形及尺寸的设计853夹具夹紧力的确定方案夹紧力的大小、对于保证定位稳定、夹紧可靠,确定夹紧装置的结构尺寸,都有着密切的关系。夹紧了的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠,在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位,其结果轻则影响工件加工质量,重则造成工件报废甚至发生安全事故。夹紧力过大会使工件变形,也会对工件质量不利。理论上,夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力(力矩)相平衡;而实上,夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、加紧机构的传递效率等有关,计算是很复杂的。因此,实际设计中采用估算法、类比法和实验法确定所需的夹紧力。当采用估算法确定夹紧力的大小时,为简化计算,通过将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件所受切削力、夹紧力(大型工件应考虑重力、惯性力)的作用情况,找出加工过程中对夹紧最不利的状态,按静力平衡原理计算出理论夹紧力,最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力,即FK公式中F实际所需夹紧力,单位为N;在一定条件下,由于静力平衡算出的理论夹紧力,单位为N;K安全系数,粗略计算时,粗加工取K253,精加工取K152。夹紧力三要素的确定,实际是一个综合性的问题。必须全面考虑工件结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素。1)虎钳夹紧力的大小是根据钳口的面积大小来确定的,电机扭力限制器齿轮丝杠动块钳口。2)虎钳钳口的确定,夹块分为两种A夹块与工件接触的面为平面;B夹块与工件接触为V型块的形式(V型槽在夹的放置为垂直相交的形式)。C通过夹块与工件接触的面积来计算工件所需的夹紧力,还有在加工时所加的外力54虎钳适用范围541虎钳装夹工件尺寸大小范围虎钳的钳身尺寸为400MM300MM150MM;钳口夹块的尺寸300MM60MM;如装夹圆棒加工圆柱表面时圆柱与夹具是平行是最大直径为100MM;加工圆柱端9面时的最大值径为3100MM;加工正方体或规则的工件时的钳口最大尺寸为3100MM300MM。542虎钳装夹工件力的范围本次设计的机用虎钳装加工件的大小是由虎钳钳口和电机功率共同决定的,一般加紧工件需要的夹紧力为2500N左右。在我们选用电机适应功率比较大点的,通过扭力限制器来控制电输出的扭力。因为在力的传递过程中会有很大的消耗,如果在直接传力是会好些。这次的设计机用虎钳中会有齿轮的传动,及丝杠螺纹的设计。则夹紧力负载情况空载1/4负载1/2负载3/4负载满载功率因数0205077085089效率00780850880895假设在平常工作是电机的负载情况为满载由得6、材料的选择及设计61钳身材料的选择台虎钳材料一般是要求有一定的硬度、和韧度,则45号以上、60号碳钢以下的材料,淬火后再正火(随炉冷却)处理。本次设计的虎钳的好多部位都是需要经过特殊处理的,(比如设计虎钳齿轮槽的表面粗糙度和尺寸精度的要求。)等一系联的尺寸及表面粗糙度的要求。最主要的是每个部位金属结构组织是同的,(如钳身的平板与钳口垂直交接的部位,在加工时是必须经过热处理。因为这个部位在虎钳夹紧时受力是比较大的。62钳身的设计10621钳身三维图的设计1钳身快速定位的三维图设计(图1)2)在这个设计中主要是虎钳钳身改良及设计新的零件来改进机用虎钳的功能及它的灵活性。在这里我将虎钳钳身设计的尺寸将要比其它常规的虎钳要大些,虽然体积要比普同机用虎钳大了些但是总体重量与普通机用虎钳的是相当的。在虎钳钳身上平面上设有定位槽,将设计好的定位块放入你需要的定位槽。定位槽的宽度是一定的,而定位块设计为不同大小的为定位就加工带来方便。A、定位槽的设计总长是249MM单边的宽度是120MM。B、定位槽在虎钳表面设六槽,左右各三个。C、钳身高度设计为150MM,因为要在钳身的尾部要设有装电机、扭力限制器的安装位置。D、虎钳钳口设为固定装卸夹块式的,在加工时对它的尺寸精度、垂直度、平行度等要求都比较高。113)电机及扭力限制器安装位的三维设计(图2)4)在设有电机及扭力限制器安装位置的一边,则相对相应的虎钳表面定位槽的深度应不另边要相对的浅一些。A、设计电机槽与扭力限制器安装位置时应注意电机的轴线和扭力限制器的轴线是在同一轴线的。B、还有就是扭力限制器与齿轮的安装位置,也应是在同一轴线的,这两者之间的轴线横向距离不能太远。C、电机和扭力限制器的安装位置都是另件来设计的,因为这两个都是标准件他的位置都是由标准件的尺寸来决定的。5)齿轮槽及底座安装本的三维设计12(图3)6)在设计齿轮槽和底座上盘的安装位置及在虎钳钳身的设计,这两个的位置精度是比较高的。底座上盘的安装位置的设计机加工有误差,则会给后续的的加工及安装好后会出现钳身不能保持平很等。齿轮槽的设计他的位置精度是比较高端不管在安装还是在齿轮运行中它对齿轮的影响是个很大的,对加工工件会有一定的误差。7)钳口的三维设计(图4)138)这块设计与普通的机用虎钳是不同的,大多是应用活动的螺栓来固定的。这次的设计是为了快速跟换夹块的这一优点来设计的,有优点就会有缺点的设计成这样的形状会对加工式的要求比较高;A、对夹块的尺寸要求是比较高的;B、对虎钳钳口的设计是跟不用说了,因为这两个是相互配合的。配合精度也是比较高的。63夹块材料的选1)铬钒钢,化学符号CRV,是钢材中质量比较高档的,价格也比较高碳钢,质量相对差些,现在市面上此材质最多,价格也比较低。2)台虎钳钳口材料一般是要求有一定的硬度、和韧度,(就是我们理解的软硬劲)如上所述45号以上、60号碳钢以下的材料,淬火后再正火(随炉冷却),加工时注意平行度,在一面上用刨床按45度分别两个方向加工,形成有规律、有间距的斜齿,主要是增加咬合力(摩擦力),如果你想了解台虎钳加工使用的方法,应该说加工零件是活用的,比如夹光洁度较高的精加工,就不可直接夹上去,一定要增加一层软材质的钳口,如铝钳口,塑料材质的都可以,原则上台钳示大小,一定要视加工什么零件的材质而决定,一般不提倡在台虎钳上作冷作工的活,对台钳损耗较大。64夹块的设计641V型夹块的三维图设计图5141)V型夹块的设计尺寸大小是300MM60MM40MM,共设有四个V型槽。V型槽在夹块上的位置安排如图642平面式夹块的三维图(图6)平口的设计与普通夹块的质量是相同的在加工时多,对加工精度是有比较高的要求。在横向的尺寸尺寸精度是比较高的,还有固定夹块的的位置的垂直度与水平度的精度都是与夹具体和动块相互配合的安装的。加工精度与夹块的安装和加工都有关系。8、扭力限制器的选取81扭力限制器主要分为1)滚珠式扭力限制器;2)摩擦式扭力限制器;A、链轮型扭力限制器;B基准型扭力限制器;C、加宽型扭力限制器;D、弹性联轴型扭力限制器。3)精密型滚珠式扭力限制器;A、弹性型扭力限制器;B、法兰型轴孔带键槽的扭力限制器。4)大扭矩滚珠式;A、弹性型扭力限制器;B、法兰型轴孔带键槽的扭力限制器。5)气动式扭力限制器;15A、法兰型扭力限制器;B、联轴型扭力限制器。82扭力限制器的种类821滚珠式扭力限制器1内置精密滚珠机构,一旦产生过载,主、被动侧之间产生分离;2侧面的法兰可安装同步带轮、链轮等诸多传动件;3分离扭矩可以自行加以设定;4滚珠式扭力限制器可在过载瞬间输出电信号,用于启动报警装置(如电铃、指示灯),亦可用于瞬间关闭驱动机。822联轴型扭力限制器1附带联轴器,用于轴与轴之间的联结,分离扭矩可自行设定;2)一旦产生过载,主动轴与被动轴之间即产生脱离;3)传动无任何间隙,可应用与伺服电机,滚动丝杠等精密场合;4)可在过载瞬间输出电信号,用于启动警报装置,即可用于瞬间关闭驱动电机。823磨擦式扭力限制器1)采用磨擦式结构原理,一旦产生过载,主、被动侧之间产生打滑;2)安装形式轴与链轮、轴与齿轮、轴与同步带轮、轴与V型带轮;3)能够有效避免由于过载产生的各种机械损害;4)打滑扭矩可以自行加以设定。83滚珠式扭矩限制器16图71)由符合条件或机器之设计强度,决定所需的滑动扭矩。如机器的符合条件不懂扭矩设计为其安装轴相关点击所缠身扭矩的152倍。2)请选择扭矩范围和内径范围足够的扭力限制器,由设在摩插片间的中心构件厚度,决定正确的轴套长度。轴套的选择不可大于中心构件的款图。3)自动复位功能,确保过载后的位置度或重复位置度;4)扭矩简单易调且易读,只需旋动调整螺母,再通过刻度盘及扭矩指示器即可轻松的将脱开扭矩值调至设定值;5配有标准的过载检测传感器,通过使用交流或直流的TG传感器可在扭矩过载时输出交流或直流电信号,可用于启动报警装置(如电铃、指示灯),亦可用于瞬间关闭驱动机。应用范围印刷机械、包装机械、制冷设备、自动化生产线、输送机行业等。6结构特点A、使用有专利权的有特殊弹性曲线的碟形弹簧。B、打滑力矩的设置精度高,重复精度高。C、无齿隙力矩传递。D、链接法兰带滚珠轴承。E、打滑部件表面热处理,工作寿命长。F、轴和轴套之间用胀紧套链接,保证无反转齿隙。G、可配合其他联轴器用于轴与轴之间的链接。7)扭矩限制联轴器、扭力限制联轴器、过载保护器8)它具有联轴器及扭矩保护器的双重功能。具有体积小、重量轻、传递扭矩大、不用液压油、不污染环境、无损坏零件,停机回复时间最短。承受工作温度高,内部瞬时温度可达500C以上。超载扭矩可无极调节,其大小不收转速高低的影响。节能降低、传递效率高、安全可靠、安装调整方便、维护保养容易。可以承受尖峰冲击,扭力过载则联轴器打滑,保护机械超负荷运转时的安全,避免设备损坏与停机之损失。本机设有超载转速自动简则装置和温度自动控制装置,当发生超载时发注自动停车信号;或者当发热使温度升高到限定值时发出自动停车信号。9)该技术产品是机械设备安全的保护神。限扭矩联轴器可以直接代替普通的联轴器、液力偶合器、剪切销安全联轴器、液力俺去昂联轴器。该产品有直联型MXL、分离型FMXL两种系列,分离型维修更快更方便。超载扭矩范围100470000NM,轴颈直径20350转速范围3000200转/分。179、虎钳总的转配图的展示(图8)(图9)18总结通过这么长时间的毕业设计,我收获良多。首先,我所设计的东西工作量特别大,以至于我每天都要看书,查阅大量的资料,不敢有丝毫的懈怠,希望能够按时完成毕业设计任务。不过任何事物都是具有两面性的,虽然工作的辛苦累,但是我从中学到了很多东西,查漏补缺,也弥补了过去所学知识的缺陷与不足,更加完善了自己,提高了自己。

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