MYA6025万能工具磨床万向平口钳的设计.doc

MYA6025万能工具磨床万向平口钳的设计MYA6025万能工具磨床万向平口钳的设计机械设计制造及其自动化 摘 要 本项目是基于MYA6025万能工具磨床对各种刀具实际磨削中遇到的问题的需要，而设计的一种可完成空间任一方向动作的万向平口钳。其设计原理就是由三个相互垂直的回转坐标轴，通过调整可实现工件的X、Y、Z三个方向的位移和转动，调整工件至空间任意角度的平口钳。该万向平口钳有结构简单、便于拆装、装夹工件方便、制造方便、精度较高等一系列优点。该平口钳能明显扩大万能工具磨床的磨削加工范围，能提高刀具磨削的灵活性和磨削的效率等。关键词 工具磨床；平口钳；万向；制作The Design of Universal Flat-nose Pliers of MYA 6025 Universal Tool Grinding Machine Mechanical Design, Manufacturing and Automation Major Abstract：The project, based on the MYA6025 universal tool grinder tool for various problems encountered in the actual grinding needs, is the design of the universal flat-nose pliers which can move in all directions. The principle of the design is the flat-nose pliers that is composed of three mutually perpendicular Rotary axis，and the displacements and rotation of the work piece can be achieved in the X, Y, Z three directions and then adjust the work piece to any angle. The universal flat-nose pliers have a series of advantages such as a simple structure, disassembled easily, clamping work piece conveniently and high accuracy. The flat-nose pliers can significantly expand the grinding range of the universal tool grinder and improve the flexibility and efficiency of tool grinding and so on.Key words：universal tool grinder; flat-nose pliers; universal; manufacture目 录1 绪论11.1 课题提出的背景11.2 本课题在国内（外）的研究现状11.3 课题研究的内容21.4 项目的研究意义22 设计方案的拟定22.1 设计要求22.2 设计原理与参考22.1.1 平口钳万向转动的实现32.1.2精确的旋转的实现32.2 典型零部件的设计42.2.1 底座的设计42.2.2 转节的设计52.2.3 转盘的设计52.2.4 固定钳身的设计62.2.5 活动钳身的设计62.2.6 螺杆的设计73 平口钳的应用、安装及注意事项73.1 平口钳的应用范围73.2 平口钳的安装83.3 装夹工件注意事项84 刀体加工工艺设计与制作94.1 60外圆车刀刀体工艺规程的设计94.1.1 零件工艺分析94.1.2 毛坯的选择94.1.3 工艺路线的拟定104.1.5 填写工艺过程卡片104.245外圆车刀刀体工艺规程的设计104.2.1 零件工艺分析104.2.2 毛坯的选择114.2.3 工艺路线的拟定114.2.4 填写工艺过程卡片124.375外圆车刀刀体工艺规程的设计124.4.1 零件工艺分析124.4.2 毛坯的选择134.4.3 工艺路线的拟定134.4.4 填写工艺过程卡片134.5 制作过程中的问题及解决办法145 结论与存在的问题145.1 结论145.2 存在问题15参考文献16致 谢17III1 绪论1.1 课题提出的背景本项目的主要目的是为实现在MYA6025万能工具磨床一种可围绕三个坐标轴相互垂直的轴线转动而设计的一种夹具。夹具是机械加工中不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、模块、组合、通用、经济的方向发展。随着机床的发展，机床夹具也越来越多，它的好坏也直接影响着加工工件的精度和加工效率，各种自定心夹紧、精密平口钳、通用夹具不断推陈出新。 本项目的主要目的是为实现在MYA6025万能工具磨床一种可围绕三个坐标轴相互垂直的轴线转动而设计的一种夹具。该项目设计的万向平口钳可以达到调整工件至任意角度，因此也可以扩大万能工件磨床的功能及刀具磨削的灵活性。1.2 本课题在国内（外）的研究现状磨削加工是利用磨料去除材料的加工方法，用磨料去除材料的加工是人类最早使用的生产技艺方法。随着磨削技术的发展，磨床在加工机床中也占有相当大的比例。据1997年欧洲机床发展会（EMO）的调查数据显示，25%的企业认为磨削是他们应用最主要的加工技术。磨床在企业中占机床的比例高达42%。1998年，开发生产的通用磨床有1800多种，专用磨床有几百种，磨床的拥有量占金属切削机床总拥有量的13%左右1。可见磨削技术及磨床在机械制造中占有极其重要的位置。磨削加工中的磨床、磨具、工件、夹具和量具等构成了磨削工艺系统。而夹具是在机床上装夹工件的一种装置，起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。机床夹具的主要功能有：1）保证加工质量；2）提高生产效率；3）扩大机床工艺范围；4）减轻工人劳动强度，保证安全生产。本项目的主要目的是为实现在MYA6025万能工具磨床一种可围绕三个坐标轴相互垂直的轴线转动而设计的一种设备。磨削加工是机械制造中重要的加工工艺。随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高，高硬度、高强度、高耐磨性的新型材料的应用增多，给磨削加工提出了许多新问题。诸如材料个磨削加工性及表面完整性、超精密磨削、高效磨削和磨削自动化等问题亟待解决2。当前磨削加工技术正朝着使用超硬材料磨具，开发精密及超精密磨削，高速、高效磨削工艺及研制高精度、高刚度的自动化磨床的方向发展。因而对机床附件的要求也越来越精密和多样化，就目前平口钳的发展来看，市场上常见的有机用平口钳、精密平口钳、角固式平口钳、液压平口钳、多工位组合平口钳、数控柔性平口钳、气动平口钳等等。而本项目所设计的是万能工具磨床用万向平口钳，可以在空间任意角度进行旋转，要有结构简单、便于拆装、装夹工件方便、制造方便、精度较高等一系列优点。1.3 课题研究的内容本课题研究的内容主要围绕MYA6025万能工具磨床而展开，进行万向平口钳的设计，其主要内容包括万向平口钳的结构设计、尺寸设计、材料选择等。根据课题要求进行相关磨床资料查询，然后根据具体的使用要求，并参考相关实物，借鉴相关平口钳的设计资料，制定出设计方案，以满足课题设计的要求。1.4 项目的研究意义本项目的研究意义主要在于：更方便于磨削垂直平面和斜面的磨削，使其安装在工作台上以后，可围绕三个相互垂直的轴线转动，调整工件至任意角度的平口钳，以扩大万能工件磨床的功能及刀具磨削的灵活性。2 设计方案的拟定2.1 设计要求1）根据MYA6025万能工具磨床的工作原理和工作台的结构，设计一种可围绕三个相互垂直的轴线转动，调整工件至任意角度的平口钳，以扩大万能工件磨床的功能及刀具磨削的灵活性。2）要求结构合理，安装使用方便，便于加工。2.2 设计原理与参考本项目是基于MYA6025万能工具磨床对各种刀具实际磨削中遇到的问题的需要，而设计的一种可完成空间任一方向动作的万向平口钳，设计的技术要求即为: 根据MYA6025万能工具磨床的工作原理和工作台的结构，设计一种可围绕三个相互垂直的轴线转动，调整工件至任意角度的平口钳，以扩大万能工件磨床的功能及刀具磨削的灵活性。根据设计的要求以及参考相关机床附件等资料和在老师的大力知道与帮助下，最终根据原理就是由三个相互垂直的回转坐标轴，通过调整可实现工件的X、Y、Z三个方向的位移和转动，调整工件至空间任意角度，以便实现对特殊加工的要求。2.1.1 平口钳万向转动的实现图1 转向示意图 图2 坐标系示意图 如图1所示，平口钳万向转动的实现就是由三个相互垂直的回转坐标轴，即回转轴1、回转轴2和回转轴3，它们三个在空间上相互垂直，互不干涉，能够相互独立的实现自由的转动，通过它们之间的相互转动以达到使工件调整至空间任意的角度。同时，各个转向节具有足够大的回转直径，而且相互之间不干涉，在进行角度调整的时候，可实现一定幅度的位移调节；当仅仅依靠转向节来调整位移不能满足实际的位置要求时，可松开底座与工作台的连接，进行适当的位移调整至加工的位置要求，然后拧紧各个连接进行加工。2例如，要使现在位置的工件旋转至空间第一象限某一角度进行加工操作，若被加工表面仍是平行与工作台，则只需松开旋转轴3，旋转轴3至所需加工角度，即可使钳身4所夹工件旋转至第一象限的加工角度，然后对连接部分拧紧，即可达到所需的角度进行加工；若要是实现具有一定倾斜度的操作，可同时松开旋转轴1、2、3，之后进行角度和位置的调整，同时对工件加工部分进行实际角度和位置的测量，待调整好后，拧紧各个连接部分，然后进行加工。若需调整至其他象限亦是如此进行操作。对工件进行调整的时候要注意：调整后工件所要加工表面的角度是否在砂轮的加工范围之内，如果不在，则需调整工件的装夹方位。2.1.2精确的旋转的实现如图3所示，为整个万向平口钳的结构设计3。对于工件旋转，如2.1.1部分内容所示，通过旋转轴可以实现工件的自由旋转，但是具体旋转到某一空间时，需要有精确的旋转刻度来衡量。对于本平口钳来说，转向主要是以转节与转盘以及底座的之间的相对转动来实现的，在转节以及转盘上均标有精确的刻度，在调整工件至空间任意角度时，要严格按照刻度线的划分进行角度的调整。刻度的线划分：转节及转盘直径均为96mm,围绕最大直径处360等分圆周。图3 万向平口钳装配图主视图2.2 典型零部件的设计本平口钳的设计共包括6个大的关键零部件，其中包括底座、转节、转盘、固定钳身、活动钳身、螺杆等部分的设计，另外还包括螺栓、螺钉等一些标准件，其不再进行描述。各零部件部分之间连接配合精度要求较高。2.2.1 底座的设计图4 底座如图4所示，底座是用于整个平口钳与机床床身相连接的部件，其结构设计要与相连接的床身相吻合，而且要便于拆装，与床身相连要紧密精确。底座材料采用HT150，下面设有导向键与机床导轨相配合，以便保证装配的精度。两端设有U型凸台，用两个直径为14mm的螺栓与机床的导轨相连接。中间设有一个通孔，用一个直径为16mm的螺栓通过配合与转节相连接。底座上表面与中间孔的中线垂直度偏差要求为0.02mm，以保证最终被装夹工件的平行度与垂直度。底座的凸台部分设有刻线，与转节的刻度线相配合，在旋转的时候可以精确的确定相对旋转的角度。2.2.2 转节的设计图5 转节如图5所示，为转节部分的结构与尺寸部分设计，其材料为45钢，进行调质处理。转节下面的凸台与底座部分相连接，并且可绕底座自由旋转，下面画又刻线，以便准确的掌握旋转的角度4。其中的螺纹部分为直径16mm，长为45mm,用于与底座相连接，当需要进行角度调整时，松开底座下面的连接螺栓，调整转节到所需角度，然后拧紧螺栓即可。其中右面的直径为32mm的凹槽用于连接另外一个相同大小的转节。连接螺栓直径大小认为16mm。其中右面转节的凸台部分与固定钳身下面的转盘相连接。为了保证装配的精度以及钳口部分的位置精度，各个凸台与凹槽连接部分的公差配合均选为H7/f6。2.2.3 转盘的设计图6 转盘如图6所示，为转盘部分的结构与尺寸设计。其作用是连接固定钳身部分与转节。其材料为45钢。其与固定钳身的连接靠4个直径为6的螺钉相连接，其中直径为32mm，长为10mm的凸台嵌入到固定钳身；与转节的连接仍为一个长为10mm，直径为32mm的凸台与转节的凹槽相配合连接，并用直径为16mm的螺栓拧紧。转盘的一侧画有一条刻线，便于工件进行精确的角度旋转。2.2.4 固定钳身的设计图7 固定钳身如图7所示为平口钳的固定钳身部分，材料为HT150。钳身下面直径为32mm的凹槽与转盘相连接，可以达到对工件进行自由旋转。钳身的上表面与两侧用于安装和固定活动钳口，活动钳口可在固定钳身上沿钳身两侧左右有限度的移动，以便对工件进行装夹。平口钳的固定钳口是工件装夹时的定位支撑面。在卧式机床上加工零件时，要求固定钳口平面不但要垂直与工作台面，而且必须和主轴平行。至于钳口在水平面内的位置，可根据工件的长度来确定。对于较长的工件，钳口应与进给方向平行；对与较短的工件，则最好与进给方向垂直，以便由刚性较好的固定钳口来承受水平切削分力。固定钳口的位置可用百分表来找正，具体的找正方法见3.2平口钳的安装部分。2.2.5 活动钳身的设计图8 活动钳身如图8所示为活动钳口部分的设计，材料为45钢。M12的螺纹与螺杆相配合，进行对工件的装夹；活动钳口的作用就是通过右端的星型把手，把旋转的运动通过螺杆变为活动钳口的直线运动，对工件进行夹紧与放松，活动钳身的直线运动是由螺旋运动转变而来；下面的槽与固定钳身相配合，沿固定钳身移动，同时也能防止钳口左右摆动；为防止活动钳口上下蹿动，用4个螺钉与两个压板与固定钳身的连接。活动钳口的左侧设有两个螺纹孔，用于安装护口板，以保护活动钳口。钳口底部设有一个长30mm，高2mm的槽，其主要作用一是为了减少加工面，二是可以加入润滑油，对导轨面进行很好的润滑。2.2.6 螺杆的设计图9 螺杆如图9所示为零件螺杆的结构图，其作用为连接活动钳口，推动活动钳口的运动，进行工件的装夹。该螺杆的螺纹部分采用普通螺纹，牙型为等边三角形，牙型角a=60度，内外螺纹旋合后留有径向间隙。螺纹牙根允许有较大的圆角，一减小应力集中。该螺纹采用细牙，与粗牙螺纹相比，细牙螺纹螺距小，升角小，自锁性较好，强度高。鉴于此处螺纹行程较小，而且需要有较好的自锁性，故采用细牙型普通螺纹5，直径为12mm，长75mm。该部分装拆方便，对工件夹紧也很方便，不需要其他助力设施，手动拧紧即可达到对工件的夹紧，在对工件加紧的过程中又不会因为加紧力过大而使工件变形。该螺杆使用非常方便，制造与结构简单。3 平口钳的应用、安装及注意事项3.1 平口钳的应用范围该万向平口钳是应用于MYA6025万能工具磨床的一种夹具，常用于安装小型工件。它是工具磨床的随机附件，将其固定在机床工作台上，用来夹持工件进行磨削加工。用手转动螺杆端部的把手，通过螺杆带动活动钳口移动，形成对工件的加紧与松开。被夹工件的尺寸不得超过55毫米。该万向平口钳组成简练，结构紧凑，可广泛用于平面磨削，如周边纵向磨削、周边切入磨削；端面纵向磨削、端面切入磨削、导轨磨削；以及翘曲平面的磨削、垂直平面的磨削、斜面的磨削、台阶与直角形槽的磨削等。 3.2 平口钳的安装一般情况下，平口钳应处在工作台长、宽方向中间部位以方便操作，钳口平面应与磨床刀具的进给方向平行，对于加工要求不高的工件时，平口钳可直接装于底座上11。对于加工较高精度的工件，必须对固定钳口进行校正。图10 百分表校正示意图平口钳的校正：为使钳口的校正精确无误，常用百分表校正固定钳口。如图10所示，先将表座固定在机床主轴或床身上，并用百分表测头和钳口平面相接触（尽可能垂直），然后利用横向（或纵向）工作台的移动及主轴的上下升降运动，找出钳口平面在水平和垂直两个方向的误差。水平方向的误差可用转动钳身的方法来纠正；垂直方向的误差松开钳口垫铁的紧固螺钉，在钳口垫铁内侧垫上适当厚度的铜片来纠正6。3.3 装夹工件注意事项（1）工件的被加工面必须高出钳口，否则就要用平行垫铁垫高工件；（2）为了能装夹得牢固，防止刨削时工件松动，必须把比较干整的平面贴紧在垫铁和钳口上。要使工件贴紧在垫铁上，应该一面夹紧，一面用手锤轻击工件的子面，光洁的平面要用铜棒进行敲击以防止敲伤光洁表面； （3）为了不使钳口损坏和保持已加工表面，夹紧工件时在钳口处垫上铜片。用手挪动垫片以检查夹紧程度，如有松动，说明工件与垫铁之间贴合不好，应该松开平口钳重新夹紧；（4）刚性不足的：工件需要支实，以免夹紧力使工件变形7。4 刀体加工工艺设计与制作4.1 60外圆车刀刀体工艺规程的设计如图11所示为60外圆车刀刀体图11 60外圆车刀刀体其具体工艺规程如下部分所述。4.1.1 零件工艺分析（1）零件的结构及其工艺性分析该零件是车刀的一个主要部分，其结构较为复杂。（2）零件的技术要求分析从该零件图可知：刀片安装槽表面和偏心销钉孔表面为重要的两个表面，该零件的主要技术要求为：1）槽的平面度和相对与刀体底面A的平行度为公差为0.02，表面粗糙度为Ra3.2m,且孔的轴线相对与底面A的垂直度公差为0.028。4.1.2 毛坯的选择由于该零件为刀片安装体，其强度要求不太高，工作时受力较稳定，故选择35mm的冷轧圆钢作为毛坯。4.1.3 工艺路线的拟定（1）加工方法的选择和加工阶段的划分针对该零件，加工阶段可划分为铣，磨，钻三个阶段。由于刀片槽和刀片配合的精度比较高，最终加工方法为磨削，磨平面前要就进行粗铣，半精铣，并加工出越程槽和完成其它次要平面的加工。（2）工艺路线的拟定根据以上分析，该零件的加工工艺路线为：下料正火处理铣刀体面调质处理铣刀体槽铣矩形越程槽磨刀槽面钻铰销钉孔刃磨刀具角度。4.1.5 填写工艺过程卡片如表1所示为60外圆车刀刀体制作过程工艺卡片：序号工序名称工序内容定位基准设备01下料35x13502正火840-860空冷03铣铣刀体六个面，铣刀头形式毛坯外圆面铣床04调质300-45005铣铣刀体槽刀体底面铣床06铣铣越程槽刀体底面铣床07磨磨削刀体槽刀体底面磨床08钻钻铰销钉孔刀体侧面钻床表1 60外圆车刀刀体制作工艺卡4.2 45外圆车刀刀体工艺规程的设计如图12所示为45外圆车刀刀体，其具体工艺规程如下部分所述。4.2.1 零件工艺分析（1）零件的结构及其工艺性分析该零件是车刀的一个主要部分，其结构较为复杂。（2）零件的技术要求分析从该零件图可知：刀片安装槽表面，定位销钉孔，钩板配合面为重要的三个加工因素。该零件的主要技术要求为：1）刀槽的高度为16.5士0.09mm,边长为12士0.1mm, 刀槽主前角-6，后角6，副后角5，副前角-5。平面度0.05，表面粗糙度为Ra3.2m。2）定位销钉孔孔径为mm, 表面粗糙度为Ra1.6m,轴线槽面的垂直度公差为mm8。3)与钩板配合的槽高为19.5士0.01m，槽侧面表面糙度为Ra3.2m，与刀槽的平面度要求为0.04mm。图12 45外圆车刀刀体4.2.2 毛坯的选择由于该零件为刀片安装体，其强度要求不太高，工作时受力较稳定，故选择35146mm冷轧钢作为毛坯。4.2.3 工艺路线的拟定（1）加工方法的选择和加工阶段的划分针对该零件，加工阶段可划分为铣，钻两个阶段。由于销钉孔的加工精度要求比较高，最终加工方法为钻扩铰，在此之前应完成对槽的加工和次要平面的加工。（2）工艺路线的拟定根据以上分析，该零件的加工工艺路线为：下料正火处理铣刀体面及刀头部分调质处理钻工艺孔铣刀体槽钻扩铰孔钻攻螺纹孔刃磨刀具角度。4.2.4 填写工艺过程卡片如表2所示为45外圆车刀刀体制作工艺过程卡：序号工序名称工序内容 定位基准设备01下料35146mm02正火840-860空冷03铣铣刀体六个面，铣刀头形式毛坯外圆面铣床04调质300-45005钻钻两工艺孔刀体底面钻床06铣铣刀体槽刀体底面铣床07钻钻扩铰销钉孔刀体底面钻床08刃磨刃磨刀体偏角钻床表2 45外圆车刀刀体制作工艺卡4.3 75外圆车刀刀体工艺规程的设计如图13所示为75外圆车刀刀体，其具体工艺规程如下部分所述。图13 75外圆车刀刀体4.4.1 零件工艺分析（1）零件的结构及其工艺性分析该零件是车刀的一个主要部分，其结构较为复杂。（2）零件的技术要求分析从该零件图可知：刀片安装槽表面和杠销销钉孔以及螺钉孔为三个重要的加工因素9，该零件的主要技术要求为：1）槽的平面度为0.05和销钉孔轴线相对与刀体槽底面A的垂直度度为公差为mm，表面粗糙度为Ra3.2m,且孔的轴线相对与底面A的垂直度公差为0.02。2）槽的边长为mm。槽离底面的高度为14.8士0.1mm。4.4.2 毛坯的选择由于该零件为刀片安装体，其强度要求不太高，工作时受力较稳定，故选择35mm130mm的冷轧圆钢作为毛坯。4.4.3 工艺路线的拟定（1）加工方法的选择和加工阶段的划分针对该零件，加工阶段可划分为铣，钻两个阶段。由于销钉孔的精度比较高，最终加工方法为铰削。为保证两孔的位置精度，钻孔前应找正孔位。（2）工艺路线的拟定根据以上分析，该零件的加工工艺路线为：下料正火处理铣刀体面调质处理钻工艺孔铣刀体槽钻铰销钉孔钻螺纹孔刃磨刀具角度。4.4.4 填写工艺过程卡片如表3所示为75外圆车刀刀体工艺过程卡：序号工序名称工序内容定位基准设备01下料35140mm02正火840-860空冷03铣铣刀体六个面，铣刀头形式毛坯外圆面铣床04调质300-45005钻钻工艺孔刀体侧面钻床06铣铣刀体槽刀体底面铣床07钻钻铰销钉孔刀体侧面钻床08钻钻螺纹孔刀体侧面钻床表3 75外圆车刀刀体工艺过程卡4.5 制作过程中的问题及解决办法在此次制作过程中，在制作60车刀时，两个7度斜面的加工是最难的。理论上可以把车刀倾斜7，使加工面与工作台平行然后在立铣床上加工，但是倾斜车刀7难以夹紧且加工余量很小所以最终决定手工磨到要求尺寸。最终产品表面粗糙度和平面度并不是很好。45车刀加工时斜面比较多，其中再顶面上铣一个四方形斜槽最难。一般情况下立铣加工直槽，在这种情况下只有旋转工作台，使铣刀的运动方向与槽的边平行。前提是工件倾斜安装保证槽所在的平面也是斜的。经过这几次倾斜所加工槽的质量并不高。5 结论与存在的问题5.1 结论 我们经过了一个学期的毕业设计，这次毕业设计的主要任务是设计所选课题的内容；自己动手加工零件；撰写毕业论文。我设计的是MYA6025万能工具磨床万向平口钳。本次设计与以前所做的课程设计有着很大的不同。在本次设计中，主要解决的问题就是怎么设计出合理的结构以达到平口钳万向的目的。由于设计需要一定的经验，但是由于在课堂上学到的实际经验很少，只有理论知识，所以对此类课题设计起来有一定的难度，难度主要体现在了结构设计上，因为对各设备的原理作用和适用场合不了解，在以前的金工实习中也很少接触，不知道该怎么设计结构来满足要达到的要求。但经过老师的指导，打开了自己的思路，最终确定了合理的设计方案。通过本次设计使我对万能工具磨床万向平口钳有了比较全面的了解，熟悉了各种设备的原理及作用，掌握了对装置结构设计的技能。在设计的过程中有了较深的心得体会。让我了解了设计方法对我们学习的重要性，同时也发现了自己的很多不足之处。深有感触：1)仅仅了解书本上的知识是远远不够的，只有结合自己的实际情况运用于实践，这样才能更深地了解和学习好知识。2)我们要在工作中不断的积累经验，学会用自己的知识解决实际问题。3)觉得自己学到的知识太有限，知识面太窄，以后还有待加强训练和实践4)同时我们要不断地向别人学习，尤其要多向老师请教，他们可以让我们少走很多的弯路，同时也让我们知道很多优秀的设计方法和与众不同的设计理念。5)创新设