气动台钳的设计与仿真（全套CAD图纸+设计说明书）
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气动
台钳
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摘要
本文对传统台钳进行升级改造，结合气动技术对原有传统台钳相关结构进行改进设计，并使用三维软件进行台钳三维建模、虚拟装配、机构仿真。使之在功能上满足实际生产的要求。降低操作工人的疲劳强度，提高人机功效。
关键词：斜楔机构；自锁；虚拟装配；机构仿真；
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附件 1： 毕业设计 (论文 )中期 报告 （学生用表） 姓名 学号 专业 机械设计制造及其 自动化 院系 机械工程系 论文 (设计 )题目 气动台钳的设计与仿真 校内指导教师 校 外 指导教师 开题报告 (打 ) 外文翻译 (打 ) 工作进度 (打 ) 是否上交 ( ) 是否批改 ( ) 是否上交 ( ) 是否批改 ( ) 超前 ( ) 正常 ( ) 滞后 ( ) 学生填写课题简介： 该课题主要是 对传统台钳的结构进行改进，利用汽缸作为动力源，提高人机功效， 降低操作人员体力 劳动强 度。 按照任务书应完成的工作内容与进展情况（文献资料查阅、课题调研与实习、开题报告、外文翻译、课题研究与设计、实施等）： 目前毕业设计的进度与任务书上的时间安排基本上保持同步，从动员大会那天起到寒假结束期间，我查阅了与毕业设计相关的资料 ， 指导老师给予我一定地指导 。 3 月 9 号上传了开题报告，指导老师进行了批阅，并最终定稿。 3 月 28 号上传了外文翻译，在此期间，查阅了大量外文资料，通过 自己的推荐和老师的审核，确定出最终的外文翻译 。工作日志记录每星期的工作 内容 并由老师查阅，基本上能与老师 每星期安排的任务 一致，完成任务书上的内容。 目前主要是做台钳参数确定以及三维建模。 课题存在的问题及解决办法： 该课题存在的主要问题 有：移动滑块的结构存在不合理。解决办法，查阅相关资料，对结构局部做修改。 待完成的工作： 接下来需要完成的任务是 进行台钳的三维建模，制三视图，以及台钳运动的动态仿真， 撰写毕业设计论文。 指导教师意见 指导教师： 年 月 日 注：此表装入学生毕业论文（设计）资料袋存档。 毕业设计 (论文 )任务书 课题名称 气动台钳的设计与仿真 一、课题内容 普通台钳结构简单，机械效率高，但是操作消耗体力较大 ； 改用 气动 结构，降低操作人员体力劳动强度，提升人机功效。 二、课题任务要求 1、绘制工程图不少于 ； 2、撰写开题报告不少于 5000 字； 3、翻译相关外文参考文献不少于 3000 字； 4、编写设计说明书不少于 15000 字； 5、对气动台钳进行运动仿真。 三、进程安排 四、应阅读的主要参考文献 1、 濮良贵等著 高等教育出版社， 2007 2、 液压与气动 3、 机械设计手册 序号 设计（论文）各阶段名称 日 期 1 收集有关资料，阅读参考文献，并熟悉 设计与仿真 软件 1 月 15 日 3 月 5 日 2 撰写开题报告 3 月 6 日 3 月 10 日 3 分析 气动台钳的功能要求， 提出 设计 方案，进行外文资料翻译 3 月 11 日 4 月 1 日 4 对气动台钳进行设计和仿真 4 月 2 日 5 月 14 日 5 撰写毕业设计论文 5 月 15 日 5 月 21 日 6 检查、改错、打印、装订及整理设计资料 5 月 22 日 5 月 25 日 7 答辩前的准备及答辩 5 月 26 日 6 月 7 日 8 毕业设计资料整改 6 月 8 日 6 月 10 日 毕业设计 (论文 )参考文献译文 别： 机 械 工 程 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 毕 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 1 有关 带式输送机驱动 装置 设计 的一些研究 理工学硕士 1 ， P. 理工学硕士 2 （ 1 汉森变速器（控股）有限公司董事 ； 2 输送机知识与信息科技（控股）有限公司 ） 摘要： 这是 一 篇关于探讨 运送大量颗粒物质 动力 机构 和平板橡胶 输送 带之间的 驱动装置的综述 。 它 关注的是大批量的 物料 输送，而不是 像喂料 或计量 输 送带， 大 倾 角式 输送 机等 特殊情况 。它 主要 研究 电机 联轴器 和驱动 滚筒之间的减速器 ， 带速 ，轴承寿命， 使用因数 ，制 动器 和 逆止器等 。 关键词 ： 驱动器；制动；带传动 ； 1. 概述 地球原材料的 消耗 越来越多 ，那就 需要 很 快地 将 这些材料从 一个地方转移到 使用 它 的地 方，而且要通过一定的工艺来 运输这些 物 料 并且要 在最短的时间 内 处置废物 。 许多 物料输送 的方法 是从轮手推车 送到 自卸卡车或接送 的 车辆 上，或是依靠一定的空气流 在 空气 导管 中 进行 散料输送 。 这种输送方式中 ， 在限制成本的前提下，在 可靠的长距离 的物料输送中 带式输送机发挥了非常重要的 作用 。 每一种物 料 输送 都 有其优点和 缺点。 带式输送机 的问题之一是，输送带 柔 软易降解，特别是在装货和卸货 的时候 。如果维持 整体尺寸 是很重要的 话 ， 那么照 目前 的技术来说这在 复杂 的 输送系统中是很 困难。 输送系统已 变得越来越 大 ，越来越 复杂 ， 驱动系统 也已经历一个演 进 过程 而且会继续演进下去。 大带 要求很 大的 驱动 力 。不仅 需要更大的 独立驱动装置，同时也需要 多驱动 装置比如一个带需要 4 个 各 1000率的驱动器 。完整驱动装置 中 轴 的 安装是另一个 变化 ，它 要求更紧凑重量更轻 的驱动装置。这往往倾向于 在输送带 和硬齿面齿轮旁边配置 一个 直角 驱动器来 减 小 驱动器的尺寸和质量。 2. 传动比与带速 根据 待输送物料的 数量， 规模 ， 输送 距离和 其 特点的不同 决定了带的 吸收功率，宽度，拉伸要求和厚度 等 。 大部分的传送带带速范围在 2 6m/s，并且由带允许的弯曲半径决定了托辊的直径。大型传送带的托辊直径在 间，托辊速度在 50 125间。 假设使用 4 极电机，这 能提供 12:1 30:1 之间需要 的 减 速比 。 大部分 的 齿轮 制造商不 会采 用 过高的传动比 ，每 级传动比不超过 5:1， 这意味着将会是 2 3 级减速 。（ 除小 功率的 蜗杆减速器 或是 扭矩 臂 和 V 带驱动器可 能会 使用 ）。 毕 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 2 有一种误解以为减速器使用 6 或 8 极电机可以降低成本，但即使是 8 极电 极能有 更高的速 度，且每级减速比超过 6:1，这样仍然需要 2 级传动 。大部分变速 器 的成本与低速轴的扭矩 有关系。 因此， 只要 确定 了这 一点， 除了 使用了 4 极电机 以外使用其他任何电机相比之下都是 没有 任何 经济优势 可言的 。 由于 受到 规模和数量 的限制 ，一般 对电机 制造商 来说提供的 4 极电机的价格最低 。 因此作为选择电机的一条原则 ， 为了达到要求 的 传动 轴速度 ， 4 极电机 是 最佳选择了。 电动机 使用 球 轴承 和滚子轴承 的 一些制造商喜欢 6 极甚至 8 极的转速 ， 能给电机提供 超过 1000千瓦 的功率 。 3. 驱动器 选择单个或多个驱动器 在计算出驱动皮带所需功率和皮带张力和 包角之后就 可决定就带是否应装有一个或多个驱动器。 这一决定往往 受 安装在工厂 的 数倍 于经常使用的 小 驱动器等设备 的影响。 驱动器的大小也可能 由 最近可用的标准电动机 决定 。如果一个驱动器离主要动力源 有 相当 的距离 ， 那么就要用一根 长的 电缆 来连接电机和 驱动器。 这样一来 ， 在 选择 我们 使用 的电机的 数量和 尺寸时 电缆尺寸和变压器的成本 就 可能发挥 一个很重要的作用 。 随着电机的启动 ，电动机的峰 值 电流可能是 6 相 满载电流 。一个电机 或一组 电机的运 行电流与 最后 一个 电机启动 时的启动电流之间的联系对 驱动器的选择会有很强的影响。 低速轴的连接 从减速器 到 皮带轮轴的传动 一种 是 通过与 安装在 构架 旁边的基础 部件上的 驱动 装置的“ 弹性 ”耦合 来实现，一种是通过 挂在 带 轮轴 上的 驱动装置的轴 来实现 。驱动装置可以 安装 空心轴，通过摩擦 锁合原理来驱动 或 是安装实心轴用一个 刚性 联轴器将其与 输送 机 轴 连接起来以实现驱动。 4. 起动方法 驱动器的大小和保护装置 起动方法 驱动器的大小和保护装置的选择 在启动传送带 时 ，通常涉及 到一个 需要加速 的 相当大 的质量。为了缩短 电机 达到启动电流 的时间， 需要在 减速 器和 驱动 电机 之间安装一个 “ 滑 动联轴器” 。另外，滑环 电动机 的使用，实现 了通过 控制 电机的 峰值电流 以实现快 速 且柔性 启动 。功率 10下的小带直接在 线器启动采用 直接耦合是很正常 的，但对于 100 千瓦 以下的带来说采用“ 滑 动 联轴器 ” 是最常见的 ， 而且可能是最简单和成本效益 最大的 。 采用 较大 的 驱动器 来获得需要的功率会持续的 增加成本， 在这种情况下 滑环 电机毕 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 3 就可能引起了人们的注意 ，因为 它能 预防 用电 高峰 期 ，特别是在最高电力需求 需要支出大量 电费 的时候 。 市场上有 很 多种 与 配套 使用 的 滑 动 联轴器，但对于较大的 输送 带 来说多数 使用液体耦合器 ，无论是 连续 牵引或 是 延迟 填补 牵引或 是 可控填补填补 牵引 （ 杓子式 ）。流 力 耦合 器 总是会做 少量 的“ 滑 动”以帮助 多个驱动器共 担 负载， 并且 提供了 精确 调整 过的 耦合 “ 填 补 ” 。 一般来说， 每个耦合 器都 略有 各自 不同的特点，如果正确调整 分担载荷，在满载 条件下将有可能 比 轻载条件下 不适当的分担载荷更好 。 电机 的特点也各不相同 ，这 有助于多个驱动器分担负荷。 驱动系统通常 都是 每带 最多 4 个电机 ，但 只用很少的会用 更多 的电机 。 电动机起动（ 多个驱动器 启动的一般 做法是 先 启动 次级 驱动器 电机 3 5 秒钟后 在启动另一个主级电机，持续 5 10 秒钟后 启动下一个主级电机 。 然而，在实践中观察到 启动开始后和理想状态有一个 时间 延迟 。一个非常常见的 现象 是 观察到次 级 驱动电机由于保守耦合的选择，启动电流有所下降，但很快又开始上升，由于延迟填补耦合增加 了 它的滑 动 力矩，而带依然平稳。如果主 级 驱动器是在耦合扭矩 大幅度增加 之前的正确时间 启动的， 带 就会在过低 电流 状态下带速增加 。 联轴器 的相对滑移影响到它的扭矩 和 电机电流，而且 很快带 就 可 以启动了 ，峰值电流 很快也 将下降。 在 杓子式 液力偶合器 中 所有 电机 都 很快成功的启动 然后所有联轴器 开始 缓慢填 补 。滑环电动机也采用 类似的 的方式启动。 这两种方法无疑 对 皮带，皮带轮是 有利的方式。 采用 杓子式 液力偶合器或滑环 电机 有可能 使 较小型 电机 的使用 更 安全和开关装置维修 成本 的 节省 。 其他驱动器方法 如果要求输送率变 化的 ， 那么 直流驱动器可以 当 作鼠笼电动机 来实现 变频控制 。 另一种方法是用 水文静态驱动器 ， 但 大功率驱动器的 运行和维护费用上很可能会高于采用 机液力偶合驱 动器和 或滑环电动机。 带保护 带 保护 是为了 防止超载和 失控。其做法 通常是 通过 皮带下方的 托辊驱动的 离心开关 来实现的。然而，这并不是现在使用 的 非常 灵敏 和 最尖端 的方法。 一种恰当的方法是 在 驱动 变速 箱低速轴 上安装一个 脉冲发生器 ， 皮带驱动的 托 辊 上装上 类似的脉冲发生器。监测 器能不断的检测 脉冲频率，如果 输送带跑偏的话它就会 给出警报 或直接使 带停下来。 通过使用 监测 器来 控制滑环电动机的启动 能将 带 的跑偏滑动控制 在最低限度 内 。监测 器 可控制转子电阻 继而控制 起动转矩 。 毕 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 4 5. 带式输送机制动 正向制动 一般说来 ，摩擦会降低皮带正常前进的速度 并增加 负载使其在相对较短的时间 内停止 。停车时间的 长短 主要取决于 卸料 结束条件。如果一个带 给另一个带送料是 ， 平稳 的条件， 转载仓的大小 和带 的 布局 可能会 需要一个 制动 带 的 其他方法 而不是靠 正常 的 摩擦。 一般来说向下卸料或是向上输送的带都需要制动 。如果一个 输送 带 输送部分 比 输送机 其 它部分长很多的话 ， 输送斜槽就 可 会 超载甚至可能是 遭到破坏 ，但 这种情况很少出现。 先初步根据 输送 带的 布局 在 变速箱高速轴 上 装制动 器 ，可以看到，当 又载荷的情况下 停止 的时候载荷的 惯性往往会 依靠 重力拉紧和释放 驱动器和前部带轮之间带的张紧力 ，甚至 带还 可能 会松弛 。反转时驱动器因制动器作用而不动，但 负载 会在重力的作用下使带加速 。 而 当驱动器和 头部滚筒张紧时 ， 就会使因负载而加速的带由于长距离输送之间的摩擦力而减缓下来 。 在这种 根据负载突然 停止的时候 驱动器 会 受 到剧烈冲击 。在这种情况下，制动不仅是不必要的 ，而且是 极不可取 的 。 安装在 卸料 带 的 制动器将再次释放驱动器 和头部滚筒 之间的 张 紧 力 ，但这往往会释放 正在运行（或停止） 的带 轮 的张力 ，并 使得带有滑动 。这 对 皮带和 带 轮 有害 ， 而且也 是 很 危险的。 制动 带正确的方法像 是 这样 的：在带尾部滚筒 或 反转时的其它滚筒上 采取行动。 另一个 制动器有时会用到的方法 有时用一个移动堆垛机 来制动 皮带，以减少 带的刮伤； 带固定 的时候堆垛机 应 能够移动 。 但在 尾部滚筒 上仍然要装一个制动器，在 驱动器或 输送机 头部安装 一个钳制器 。 6. 总结 该综述对 带式输送机驱动 装置的传动比与带速， 起动方法 驱动器的大小和保护装置，电动机起动，带式输送机制动做了相关介绍。对于在这方面的选择，注意事项做了相关分析，为以后在这方面的设计坐下铺垫。 参考文献 ： 【 1】 of of 【 2】 in 【 3】 in 【 3】 of of 毕 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 5 A F . is a of of of It is as or It . he of of s it a of of to of or of in of to or to in an In of a in of at a of of 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 6 is be in If of is on a a of to do as as 000 kW on of is it to a to to of 2. on of to be of be in of is of ,8 ,5 m 0 25 a 2:1 0:1. do a :1, be (or be is a of by a 6 on a 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 7 :1a 2 be of of a is to is no at in a 4 of at as a a 4 is a of to at in or 000 to of a be on be or is by in a of be by a is a be to to In of an in of of on is to be of x of of a or of of to a on to is a on a to or by on be 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 8 a or by a to in (). up of a is to of a is to a up of On 0kW on is on 00 . is On at be to of a in is a of on . in or or A a to As a a if to a to on go up (On is to on -5 of 毕 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 9 In a A is to to to its If a is at is a of its so be In of in A is to of or is to to of on a is be as as is by on to be a or is by a by a on of is of a to to a by A 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 10 if go an is or On be to a by to up on so of a be by 5. a s a of it to in a on a a to be by On a of a a or is is If on of a of or be be a is a a as ) a on it be of to up in go by to by up in it to in a of in it of is to In a is 毕 业 设 计 (论 文 )参 考 文 献 译 文 11 A on a up to on or to be of a is on or on it is on a to of be is a be to a to or 译 文 要 求 1、 外文翻译一律采用计算机录入，用 打印输出。 2、 译文内容必须与课题 (或专业内容 )相联系，并需注明详细出处。 3、 外文翻译 3000字 ,要求见毕业设计 (论文 )指导工作条例；外文参考资料阅读量至少 3 篇以上。 4、 译文应在毕业设计前八周内完成， 并附上英文原件一起装订。 (本页作为封底 ) 导师评语 (应根据学校“译文要求” ,对学生译文翻译的准确性、翻译数量以及译文的文字表述情况等作具体的评价。 ) 毕 业 设 计 开 题 报 告 课题名称 气动台钳的设计与仿真 课题来源 生产实际 专 业 机械设计制造及其自动化 - 1 - 一、 课题来源、目的、意义 1 课题的来源 本课题 根据 郧西精诚汽配有限 公司制造车间实际的 生产情况 ，对原有的传统台钳改为气动台钳，通过结构的设 计以及 仿真达到可以在现实中使用。 2 本课题研究目的 随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的生产模式已不能适应现代社 会的发展需求，作为装备 制造业的必不可少组成部分的工艺装备 。 （夹 也必然得到相应的重视 ） 台钳是一种装夹工件的工艺装备，他广泛应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在现代生产中，台钳是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件的加工精度、劳动的生产率和产品的制造成本等。 目前机械制造业中使用的台钳大部分是传统台钳，但随着技术 的发展以及制造业的要求越来越高，自动化程度的提高，传统的台钳在功能上达不到要求了，因此传统台钳的改造升级是必然的趋势。这样才能适应加工 制造 业的发展。 3 本课题研究的意义 气动技术，全 称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。 通过该公司长期的调查统计发现，普通台钳结构简单，机械效率高，但是操作消耗体力较大，工人在长期的工作中容易产生疲劳，影响生产效率以及有一定的危险性。 改用 气动 结构，降低操作人员体力劳动强度，提升人机功效。 综合运用 机械设计基础，机械制造基础的知识和绘图技能，完成传动装置的绘制，分析 与仿真 ，通过这一过程全面了解一个机械产品所 涉及的结构、 制造、装配以及表达方面的知识，培养综合分析、实际解决问题的能力，培养团队协作精神。 - 2 - 二、 国内外概况、预测和文献综述 1 课题的国内外研究概况 台钳，又称虎钳，台虎钳。为钳工必备工具，也是钳工的名称来源原因，因为 钳工的大部分工作都是在台钳上完成的，比如锯，锉，以及零件的装配和拆卸。安装在钳工台上，以钳口的宽度为标定规格。常见规格从 75 300 根据台钳动力源的不同，台钳一般可以分为手动台钳，气动台钳和液动台钳，三种台钳各有优缺点，目前机械加工中应用最广的是手动台钳，气动和液动应用的比较少。但是随着技术的进步和工业自动化的要求，气动和液动作为动力源的台钳在加工制造中变得越来越重要。 手动台钳的 结构是由钳体、底座、导螺母、丝杠、钳口体等组成。活动钳身通过导轨与 固定钳身的导轨作滑动配合。丝杠装在活动钳身上，可以旋转，但不能轴向移动，并与安装在固定钳身内的丝杠螺母配合。当摇动手柄使丝杠旋转，就可以带动活动钳身相对于固定钳身作轴向移动，起夹紧或放松的作用。弹簧借助挡圈和开口销固定在丝杠上，其作用是当放松丝杠时，可使活动钳身及时地退出。在固定钳身和活动钳身上，各装有钢制钳口，并用螺钉固定。钳口的工作 面上制有交叉的网纹，使工件夹紧后不易产生滑动。钳口经过热处理 淬硬，具有较好的耐磨性。固定钳身装在转座上，并能绕转座轴心线转动，当转到要求的方向时，扳动夹紧手柄使夹紧螺钉旋紧，便可在夹紧盘的作用下把固定钳身固紧。转座上有三个螺栓孔，用以与钳台固定。 气动和液压台钳在结构上大致与手动台钳相同，只是动力源由液压缸或气压缸提供，通过局部的结构改变 ，加上一些自锁机构。 采用气动控制的台钳有很多优点：操作方便，能大大地减轻劳动强度气动反应速度快，因而在生产过程中能缩短辅助时间，提高劳动生产效率气动夹具中的气动原件允许有少量泄漏，因而对气动原件的精度要求不高，易于制造采用气动夹具便于实现自动化控制。 气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。 大约开始于 1776年， 个大气压左右压力的空气压缩机。 - 3 - 1880 年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功地用到火车的制动上。 20世纪 30 年代初，气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上 。至 50年代初，大多数气压元件从液压元件改造或演变过来，体积很大。 60 年代，开始构成工业控制系统，自成体系，不再与风动技术相提并论。在 70 年代，由于气动技术与电子技术的结合应用，在自动化控制领域得到广泛的推广。 80 年代进入气动集成化、微型化的时代。 90 年代至今，气动技术突破了传统的死区，经历着飞跃性的发展，人们克服了阀的物理尺寸局限，真空技术日趋完美，高精度模块化气动机械手问世，智能气动这一概念产生，气动伺服定位技术使气缸高速下实现任意点自动定位，智能阀岛十分理想地解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。 2 课题的研究趋势预测 该课题主要研究的是在以前的结构方案中利用气动技术进行改进，气动技术 是 一门应 用很广泛的学科。在工业各个领域中都大量使用。在以后的发展中结合气 动技术的产品以及装备 其发展趋势主要有以下几个方面： 体积更小，重量更轻，功耗更低。在电子元件、药品等制造行业中，由于被加工件体积很小，势必限制了气动元件的尺寸，小型化、轻型化是气动元件的第一个发展方向。 执行元件的定位精度提高，刚度增加，活塞杆不回转，使用更方便 带制动机构和伺服系统的气缸应用越来越普遍。 多功能化， 复合化，为了方便用户，适应市场的需要开发了各种由多只气动元件组合并配有控制装置的小型气动系统。 与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化。带开关的气缸国内已普遍使用，开关体积将更小，性能更高，可嵌入气缸缸体 ;有些还带双色显示，可显示出位置误差，使系统更可靠。用传感器代替流量计、压力表、能自动控制压缩空气的流量、压力，可以节能并保证使用装置正常运行。 高速、高频、高响应、高寿命方向发展。为了提高生产设备的生产效率，提高执行元件的工作速度势在必行。 气动技术在国民经济中多数领域中的应用都得到了大幅提高。可以说，气动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标准之一。 - 4 - 三、 系统设计方案及可行性分析 1 系统设计方案 本课题的系统设计方案采用气动夹紧 来代替原有的手动夹紧，在该方案中利用了一个汽缸，一个滑块机构，再加上局部的改进完成了此次方案的改进。 本课题研究整体构架如 图 1。 该系统的运行过程如下，夹紧过程：打开汽缸控制阀，气路启动，活塞推动，滑块移动，通过滑块机构，將汽缸的动力实现转向，活动钳口移动，进行工件夹紧。夹紧之后，进行工件加工，为 了防止气源不稳或者意外，滑块设有自锁机构 已提高稳定性。加工完毕，关闭汽缸控制阀，汽缸归位，钳口松开。 图 1 设计方案 2 可行性分析 本课题重点是把液压缸的推力转换成夹紧力的过程中的稳定性以及夹紧后稳定性的问题，研究技术路线包括 气动控制部分：汽缸推力的大小，汽缸的行程，汽缸运动的速度等等。机械运动部分：滑块的自锁，滑块的复位 等等。 1） 气动控制部分的建立：根据工作的要求，夹具要实现自动夹紧和加工 完毕后自动松开 ，因此汽缸通过开关控制需自动实行进退，为了防止夹伤零件，气缸运动过程中尽量平稳，匀速。 2）机械运动部分：由于机构的设计，汽缸的运动方向和夹紧里的方向不同向，因此中间需要一个转向机构 ，还有一个就是位移的控制，汽缸的位移通过滑块转换方向后，夹具的移动要与汽缸的位移相协调，这就需要给滑块选一个合适的倾斜角。在台钳使用的过程中为了防止气源的不稳定以及突然气源中断，应该在机械运动部分设置自锁机构。 通过上述分析，该方案实际可行，但在实际操作中比以前操作复杂，但是很容易掌握，因此要规范操作说明。在 系统运行前，应进行相关检查。 - 5 - 四、 预计达到的要求及预计的关键技术 术指标 本课题预期成果实现 台钳的夹紧与松开实现汽缸供能 ， 降低操作人员体力劳动强度 。 汽缸在夹紧以及松开的时间要短，工件加工时，工件不能松动 。 键 技术 1） 气动控制 技术 ，如汽缸的稳定性 2） 机械原理设计，如滑块的设计，滑块的自锁。 五、 课 题研究进展计划 毕业设计具体进度安排见表 1。 表 1 毕业设计具体进度安排 表 序号 设计（论文）各阶段名称 日 期 1 收集有关资料，阅读参考文献，并熟悉设计 与仿真 软件 1 月 15 日 3 月 5 日 2 撰写开题报告 3 月 6 日 3 月 10 日 3 分析 气动台钳的功能要求， 提出设计方案，进行外文资料翻译 3 月 11 日 4 月 1 日 4 对气动台钳进行设计和仿真 4 月 2 日 5 月 14 日 5 撰写毕业设计论文 5 月 15 日 5 月 21 日 6 检查、改错、打印、装订及整理设计资料 5 月 22 日 5 月 25 日 7 答辩前的准备及答辩 5 月 26 日 6 月 7 日 8 毕业设计资料整改 6 月 8 日 6 月 10 日 - 6 - 六、 现有的条件及设备 计算机一台，相关图纸若干。 。 七、参考文献 1左健民 . 液压与气压传动 J械工业出版社 2郑文纬 械原理 M（第 7 版） 等教育出版社 3蒲良贵等主编 机械设计 M. 北京：高等教育出版社 4 冯辛安主编 机械制造装备设计（第 2版） M械工业出版社 5唐金松主编 简明机械设计手册 M2000 6 肖继德等主编机床夹具设计 M(第 2版 ) . 北京：机械工业出版社 7 杨叔子主编 . 机械制造工艺及专用夹具 . 冶金工业出版社 8 成大先 . 机械设计手册 单行本液压传动 . 北京： 化学工业出版社 9 刘会英 . 于春生主编 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 10 孙恒 陈作模主编 . 机械原理第七版 . 高等教育出版社 . 2006 11 裘建新 主编 . 机械原理课程设计指导书 . 高等教育出版社 . 2005 12 徐锦康主编 . 机械设计 . 机械工业出版社 13 王三民主编 . 机械原理与设计课程 设计 . 机械工业出版社 . 2004 14 邹慧君主编 . 机械原理课程设计手册 . 高等教育出版社 1998 15 许福玲 . 陈尧明 - 7 - 开 题 报 告 要 求 1、 开题报告必须在 收集和阅读有关资料，考查生产现场，参考类似产品，进行分析、对比、论证的基础上进行撰写。 2、 开题报告的内容一般包括： 课题的来源、目的、意义、国内外的现状及发展；进行可行性分析及系统设计方案；系统达到的功能要求、技术指标；所应用的新技术、新工艺、新装置等及关键技 术；系统研究的重点和难点；预测课题的经济效益和社会效益以及可能取得的成果等。 3、 开题报告不得少于 3000 汉字，并附有毕业设计计划安排。 4、 开题报告要求在毕业设计前四周内完成。 导师评语（应根据“开题报告要求”，组织所指导的学生进行交流，对学生开题报告的内容、设计方案、应用技术以及预测成果等进行综合评价。） 导师签名： 200 年 月 日 毕业设计（论文） 题 目 气动 台钳的设计与仿真 系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 毕业设计（论文） I 摘要 本文对传统 台钳进行升级改造，结合气动技术对原有传统台钳相 关结构进行改进设计，并使用三维软件进行台钳 三维 建模、 虚拟 装配、 机构 仿真。 使之在功能上满足实际生产的要求。降低操作工人的疲劳强度，提高人机功效。 关键词： 斜楔机构 ； 自锁 ； 虚拟装配 ； 机构仿真 ； 毕业设计（论文） n of to 2W/ 4545 . In in a 文） 目 录 摘要 . I . 1 章 概论 . 1 题背景 . 1 内外现状 . 1 题意义 . 2 作 内容 . 2 第 2 章 气动台钳的设计 . 3 台钳的介绍 . 3 钳 的种类 . 3 钳的使用 . 4 台钳设计方案确定 . 4 案 1分析 . 6 案 2分析 . 7 案对比及确定 . 7 台钳参数的计算 . 8 斜楔自锁计算 . 8 夹紧力的计算 . 10 汽缸的选择 . 10 第 3 章 气动台钳的仿真 . 12 维建模的意义 . 12 钳的三维建模 . 12 拟装配的意义 . 19 钳的虚拟装配 . 19 构运动仿真的意义 . 22 . 23 钳仿真小结 . 27 第 4 章 结 论 . 28 第 5 章 致谢 . 29 第 6 章 参考文献 . 30 毕业设计（论文） 1 第 1 章 概论 气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发 挥越来越重要的作用。 题背景 本课题来自郧西精诚汽配有限公司制造车间，该公司使用大量普通台钳。长期以来，根据车间操作工人反应，在长时间工作中，工人易产生疲劳，对产品的质量和工人的安全都带来不利影响。 因此该公司决定对原有的传统台钳改为气动台钳，通过结构的设计以及 机构 运动 仿真达到可以在现实中使用， 这样也有利于公司实现自动化控制。 内外现状 大约开始于 1776 年， 个大气压左右压力的空气压缩机。1880 年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功地用到 火车的制动上。 20世纪 30 年代初，气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。至 50年代初，大多数气压元件从液压元件改造或演变过来，体积很大。 60年代，开始构成工业控制系统，自成体系，不再与风动技术相提并论。在 70 年代，由于气动技术与电子技术的结合应用，在自动化控制领域得到广泛的推广。 80年代进入气动集成化、微型化的时代。 90年代至今，气动技术突破了传统的死区，经历着飞跃性的发展，人们克服了阀的物理尺寸局限，真空技术日趋完美，高精度模块化气动机械手问世，智能气动这一概念产生，气动伺服定位技术使气 缸高速下实现任意点自动定位，智能阀岛十分理想地解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。 该课题主要研究的是在以前的结构方案中利用气动技术进行改进，气动技术 是 一门应 用很广泛的学科。在工业各个领域中都大量使用。在以后的发展中结合气 动技术的产品以及装备 其发展趋势主要有以下几个方面： 体积更小，重量更轻，功耗更低。在电子元件、药品等制造行业中，由于被加工件体积很小，势必限制了气动元件的尺寸，小型化、轻型化是气动元件的第一个发展方向。 执行元件的定位精度提高，刚度增加，活塞杆不回转，使用更方便 文） 2 定位 精度，附带制动机构和伺服系统的气缸应用越来越普遍。 多功能化，复合化，为了方便用户，适应市场的需要开发了各种由多只气动元件组合并配有控制装置的小型气动系统。 与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化。带开关的气缸国内已普遍使用，开关体积将更小，性能更高，可嵌入气缸缸体 ;有些还带双色显示，可显示出位置误差，使系统更可靠。用传感器代替流量计、压力表、能自动控制压缩空气的流量、压力，可以节能并保证使用装置正常运行。 高速、高频、高响应、高寿命方向发展。为了提高生产设备的生产效率，提高执行元件的工作速度势在必 行。 气动技术在国民经济中多数领域中的应用都得到了大幅提高。可以说，气动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标准之一。 题意义 气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。 通过该公司长期的调查统计发现，普通台钳结构简单，机械效率高，但是操作消耗体力较大，工人在长期的工作中容易产生疲劳，影响生产效率以及有一定的危险性。 改用 气动 结构，降 低操作人员体力劳动强度，提升人机功效。 综合运用机械设计基础，机械制造基础的知识和绘图技能，完成传动装置的绘制，分析与仿真，通过这一过程全面了解一个机械产品所涉及的结构、强度、制造、装配以及表 达方面的知识，培养综合分析、实际解决问题的能力 。 作 内容 本文 根据课题要求查阅了大量和台钳相关的资料，台钳在机械行业中的应用以及台钳未来的 发展趋势 ，在这次毕业设计中主要做了如下工作： (1)查阅了台钳结构和相关参数的资料 以及气动技术在夹具中的应用。 (2)对斜楔的结构、相关参数做了详细的了解，比如自锁、增力 等 。 (3)对气动技术的特点及应用、气路、气动原件 等 做了相关了解。 (4)三维软件的应用，包括 三维 建模、 虚拟 装配、 机构运动 仿真 。 毕业设计（论文） 3 第 2 章 气动台钳的设计 钳的介绍 台钳，又称虎钳，台虎钳。为钳工必备工具，也是钳工的名称来源原因，因为 钳工的大部分工作都是在台钳上完成的，比如锯，锉，以及零件的装配和拆卸。安装在钳工台上，以钳口的宽度为标定规格。常见规格从 75 300 钳的种类 根据台钳动力源的不同，台钳一般可以分为手动台钳，气动台钳和液动台钳，三种台钳各有优缺点，目前机械加工中应用 最广的是手动台钳，气动和液动应用的比较少。但是随着技术的进步和工业自动化的要求，气动和液动作为动力源的台钳在加工制造中变得越来越重要。 手动台钳的 结构是由钳体、底座、导螺母、丝杠、钳口体等组成。活动钳身通过导轨与 固定钳身的导轨作滑动配合。丝杠装在活动钳身上，可以旋转，但不能轴向移动，并与安装在固定钳身内的丝杠螺母配合。当摇动手柄使丝杠旋转，就可以带动活动钳身相对于固定钳身作轴向移动，起夹紧或放松的作用。弹簧借助挡圈和开口销固定在丝杠上，其作用是当放松丝杠时，可使活动钳身及时地退出。在固定钳身和活动钳身上， 各装有钢制钳口，并用螺钉固定。钳口的工作面上制有交叉的网纹，使工件夹紧后不易产生滑动。钳口经过 热处理 淬硬，具有较好的耐磨性。固定钳身装在转座上，并能绕转座轴心线转动，当转到要求的方向时，扳动夹紧手柄使夹紧螺钉旋紧，便可在夹紧盘的作用下把固定钳身固紧。转座上有三个螺栓孔，用以与钳台固定。 气动和液压台钳在结构上大致与手动台钳相同，只是动力源由液压缸或气压缸提供，通过局部的结构改变，加上一些自锁机构。采用气动控制的台钳有很多优点：操作方便，能大大地减轻劳动强度气动反应速度快， 因而在生产过程中能缩短辅助时间，提高劳动生产效率气动夹具中的气动原件允许有少量泄漏，因而对气动原件的精度要求不高，易于制造采用气动夹具便于实现自动化控制。 毕业设计（论文） 4 钳的使用 在台虎钳的使用过程中，应注意一下要求： 固定钳身的钳口工作面应处于钳台边缘安装台虎钳时，必须使固定钳身的钳口工作面处于钳台边缘以外，以保证夹持长条形工件时，工件的下端不受钳台边缘的阻碍。 固定稳固必须把台虎钳牢固地固定在钳台上，工作时两个夹紧螺钉必须扳紧，保证钳身没有松动现象，以免损坏台钳和影响加工质量。 只允许 用手扳紧手柄夹紧工件时，只允许用手的力量扳紧手柄，不能用手锤敲击手柄或套上长管子扳手柄，以免丝杠、螺母或钳身因受力过大而损坏。 施力应朝向固定钳身方向强力作业时，应尽量使力量朝向固定钳身，否则丝杠和螺母会因受到过大的力而损坏。 不允许在活动钳身的光滑面上作业不要在活动钳身的光滑平面上进行敲击作业，以免降低活动钳身与固定钳身的配合性能。 应保持清洁丝杠、螺母和其他活动表面应经常加润滑油和防锈，并注意保持清洁。 钳设计方案确定 该课题提出了两种改进方案，都使用汽缸提供动力，但在 结构上还是有很大的差别，两种方案各有优缺点，两种方案的设计机构大致如下图 : 图 案一 毕业设计（论文） 5 图 案二 根据实际生产要求，台钳的夹紧与松开应实现快进与快退。由于产品的不同以及不同材料的零件，在加工过程中需要的夹紧力也不一样，根据要求，以上两种设计方案的气路图如下 ： 图 路 图 在该气路图中使用了两个调速阀，一个控制快进速度，一个控制快退速度 。一个两位五通电池阀，用于控制顶杆的伸出和收回。 一个过滤减压器，用来调节输出气压的大小 (根据不同的工件或者不同的加工方法 )。其他部分装置为气 路系统一些必要的装置。 毕业设计（论文） 6 案一 分析 图 案一 在该方案中，结构比较简单，汽缸和钳身组合在一起，占用面积小。 该气动台钳的结构组成 为： 气动 台 钳 (如图所示 )是以高压气体为工作动力。气动机构由空压机、电磁换向阀、调速阀、双作用单活杆塞气缸 (工作执行气缸 )、各种管路与接头等组成。该气动 台 钳是依靠空压机向双作用单活塞杆气缸 (工作执行气缸 )输入高压气体，并通过电磁换向阀控制双作用单活塞杆气缸 (工作执行气缸 )活塞杆伸出与收回，以 活塞杆伸出时所产生的顶力来实现对零件的夹紧。 该气动台钳气动工作原理如下： 气动 台 钳的启动工作原理 ， 在使用气动 台 钳时，首先启动空 压缩 机使压力达到规定值，打开空 压缩 机的出气阀向气动 台 钳输入高压气体。高压气体经过电磁换向阀进入气缸的有杆腔，此时双作用单活塞杆气缸 (工作执行气缸 )的活塞杆处于收回状态，当接通电磁换向阀的电源时电磁换向阀换向，高压气体经过电磁换向阀进入气缸的无杆腔，活塞杆在高压气体的作用下伸出对零件实行夹紧，当断开电磁换向阀的电源时电磁换向阀换向，高压气体经过电磁换向阀进入气缸的有杆腔，活塞杆在高压气 体的作用下收回松开被夹紧的零件，完成一次装夹工作。活塞杆伸出和收回的速度可以通过两个调速阀进行调节。 毕业设计（论文） 7 案二分析 图 方案中利用了一个气 缸，一个滑块机构，再加上局 部结构的改进完成了此次方案的改进。在该方案中利用一个滑块机构将气 缸输出力方向改变，滑块机构也可以 形成自锁，方案中的活动钳口和钳身利用导柱导套连接，使其可以在钳身上来回滑动。 其气动方案和方案一相同。 该系统的运行过程如下，夹紧过程：打开气缸控制阀，气路启动，活塞推动，滑块移动，通过滑块机构，將气 缸的动力实现转向，活动 钳口移动，进行工件夹紧。夹紧之后，进行工件加工，为了防止气源不稳或者意外，滑块设有自锁机构 已提高稳定性。加工完毕，打开气 缸 反向控制阀，气 缸归位，钳口松开。 案的对比及确定 上述两种方案中，气路部分都相同，主要的差别就是在台钳的结构中。其中方案一：这种方案结构简单，体积小，占用面积小。缺点是：气缸和台钳组合于一体，在出现故障后，进行检测维修比较麻烦，而且在该装置中，没有自锁机构，给工作带来一定的危险性。方案二 :该结构中，气缸和台钳分离开，利用一个滑块机构将力的方向改变，其中滑块可以起到 自锁的作用，台钳结构相比方案一复杂一些，但是该方案的安全性高，这样的组合结构也便于维修。 经过上述分析，以及现场的实际要求，在实际工作中对安全性要求比较高，需要自锁的要求，因此选用方案二比较合适。 毕业设计（论文） 8 钳参数的计算 楔自锁计算 斜楔机构既可以设计为夹紧装置，也可以 被设计成运动变换机构。当被设计为夹具时，希望它定位夹紧可靠， 当被设计成运动变换机构时，希望它运动轻快。 在选中的方案二中，利用了一个斜楔机构，并且该机构有自锁的要求 。 该机构的模型如下图： 图 一 图 二 在图一中的斜楔机构中， 1 2 3表示构件之间的摩擦角，为斜楔， 的支撑长度， 的悬臂长度， 21为顶杆 2对斜楔 1 的总推力， 对斜楔 1的总支反力，则 P、 31所组成的力的三角形如图二所示。 由此可得 ( + 2+ 1) (1) + 2)/ + 2+ 1) (2) 设 机架对顶杆的支反力， 斜楔对顶杆的总支反推力，则顶杆的力、力矩平衡方程分别为： 毕业设计（论文） 9 + 2)=0 -(3c)12 + 2)=0 *+-(b+L) + 2)12 + 2)=0 化简后得 Q、 3 Q=( + 1+ 2) + 2)* + 2)(1+2b/L-(d/L) (3) 1/(+) b+L) + 2)+21 + 2) (4) 3 + 2)/ (5) 该种机构的增力比 Q/ ( ( + 1+ 2) + 2)* + 2)(1+2b/ (6) 在理想状态下， 1= 2= 3=0，得在理想状态下的工作阻力 。于是该机构的机械效率 1=Q/（ ( + 1+ 2)） + 2) + 2)(1+2b/) (7) 若 1 0，则驱动力 p 无法克服 工作阻力 Q 而做功，于是得 P 为驱动力、自锁状态下的斜楔角 c=(1+2b/)2)- 2 (8) 只要 c，则 P 就不能使顶杆运动。由式（ 7）可知，随 b 的减小而增加， 当 式（ 3）中的 1、 2和 3取负号得 的关系式为： Q=( ) )* )(1+2b/L-(d/L) (9) 此种状态下的机械效率 2= )/( *( * )( 1+2b/L+(d/L) ) (10) 若 2 0， 可 得 该工作状态（夹紧状态）下的自锁条件为 1+ 2。 由以上计算可得，该机构的自锁条件为 1+ 2。 1为斜楔与台钳底座的摩擦角， 2 为两滑块之间的摩擦角，因为摩擦角的大小与摩擦因素有关，摩擦因素又与所接触面的材料有关，根据 =根据情况，斜楔的材料选用钢，型号为 台钳底座采用铸铁 表得，钢与钢的摩擦因数为 与铸铁的摩擦因数为 ： 1= 2=得 1=， 2= += 取 15。 毕业设计（论文） 10 紧力的计算 该台钳作为一个夹紧装置，夹紧力的大小应该根据实际的零件以及加工环境的不同而变化，根据输入不同的气压，台钳输出的夹紧力随之而变化。 由前面的的 气缸 模型分析 ，得出气缸的输出力 P 与夹紧力 Q 的关系为： Q=( + 1+ 2) + 2)* + 2)(1+2b/L-(d/L) 。 （ 1） 代入台钳的实际数据求的： Q= （ 2） 设供气系统输出的气压为 气缸输出的推力 P= 4， （ 3） 代入 P，得 Q= 4）， （ 4） 代入气缸直径，得出 Q=2*104 （ 5） 式（ 5）为最后输入气压与夹紧力的关系，表示为输入 气压，台钳的夹紧力为 2*104据不同的加工环境，合理选择输入气压。气压的大小可以根据供气系统进行调节。 缸的选择 该台钳采用的气缸提供动力，因此要选 择合理的气缸以及气缸的结构，气缸是标准件，查相关标准合理选择就可以了。根据标准 7377 1994，实际工作环境，选择的气缸机构为 侧面脚架式，相关简图如下： 图 缸简图 气缸各个 安装尺寸 如下表： 单位 缸直径 S H M S 63 12 95 119 38 2 35 76 毕业设计（论文） 11 该气缸的伸出杆前端采用螺纹连接，气缸固定方式采用侧面脚架式。 根据实际生 产情况及工作环境，气缸的行程选用 110 气缸在安装时应该注意如下事项： (1)气缸安装使用前，应先检查气缸在运输时是否损坏，连接部位有没有松动等。 (2)安装时，气缸的活塞杆不得承受偏心负载或横向负载，应使负载方向和活塞杆轴线相一致。 (3)管道接入气口前，要清除管道内的脏物，管道不能锈蚀，检查清理后方可安装。 (4)速度调整：先将速度控制阀 (单向节流阀 )调整在中间位置后，逐渐调节减压阀输出压力，当气缸接近预定速度时可确定工作压力，然后用速度控制阀进行微调，最后用调节针调节气缸的缓冲速度。 (5)气缸 安装完后，在工作压力范围内，无负载情况下先运走 2，检查气缸工作是否正常。 毕业设计（论文） 12 第 3 章 气动台钳的仿真 目前，随着 术的发展，三维实体造型、虚拟技术、工况仿真模拟已成为 重要发展方向，并在产品设计和制造方面引起了重大变革。对有复杂运动产品的机械产品，建立三维动态图形和三维虚拟虚拟环境模拟，可以很好的描述其数学模型的准确性、装配过程的合理性、作业过程动态性、运动轨迹的正确性。因此，了解和掌握三维建模方法和动态模拟技术十分重要。 此外，在机械产品零部件的设计过程中，运动机 构的的空间干涉问题历年来都是机械设计工程师深感到头疼的事。按传统设计模式，是、设计人员咋一些细节问题上耗费了很大精力，降低了设计效率。而有些错误又往往有很强的隐蔽性，给生产造成不应有的损失，因此，利用计算机三维设计工具合理地解决这些问题无疑具有一定的现实意义。 目前，许多国内外的大型辅助设计软件都包含了机械装配和运动学仿真的功能模块，例如 件及 G， 达索公司的 。这给设计人员提供了更完善的机械设计途径。 文章主要基于法国达索公司的 件， 模块化的 列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。 论从设计工作中的结构设计，以及装 配图的成型方式，都有操作容易、使用方便、修改方便的特点，因此在机械三维实体造型设计中得到了广泛的使用。 在台钳进行仿真之前，要进行台钳零部件的三维建模，之后将零部件进行装配，再对台钳进行运动仿真，进行数据分析，找出不合理的地方，对结构进行优化。 维 建模 的意义 三维建模，就 是根据图纸，把零件的实体构造出来，让人们对该零件有有更直观的了解。三维模型，更有利于人们对它进行分析，进行局部优化。如要进机构仿真，装配检验，就必须进行三维建模，因此三维建模有着很重要的作用。 钳的三维 建模 该台钳的三维建模，主要是 将台钳的各个 零 部件建立出来， 对其进行在装配，仿真，进行分析。该台钳主要由 19 个零部件组成。将这些零部件装配之后如下图： 毕业设计（论文） 13 图 钳装配图 底座的建模，台钳中最大的部件就是底座，它确定了台钳的外形尺寸，占地面积等。底座主要起支撑，固定作用，其结构比较简单， 精度 要求低，一般采用铸造成型，对局部进行加工，材料一般采用铸铁， 底座的三维模型如下图： 座模型 该底座的结构比较简单，主要由一个底板，两边两个立板，左端立板旁的凸台，右边立板的一对加强筋。底板两端的两个 U 型槽组成。 其中 在右边的立板上有一个燕尾槽，左边的立板上有四个螺纹孔，凸台上有 8 个螺纹孔 。 建模的过程如下： 1）绘制底板和两个立板的截面，将截面进行拉伸生成实体 毕业设计（论文） 14 2）绘制凸台截面，截面拉伸生成实体，再切除多余部分。 3）绘制燕尾槽截面， 进行拉伸切除。 4）打螺纹孔，建立加强筋，切 U 型槽，倒角等。 垫块的建模，垫块主要起支撑作用，上面放的加工的零件， 因此对垫块的硬度及平面度，粗糙度有一定的要求，材料选择钢。模型如下： 图 块模型 该垫块结构简单，就是一个长方体块上有 3 个沉头螺纹孔，对该垫块的上表面质量要求较高，三个孔的位置度也有一定的要求，因为这三个孔需要和底座进行装配。 建模过程如下： 1）绘制长方体截面，拉伸成长方体实体。 2）建立第一个沉头螺纹孔，使用阵列完成后两个沉头螺纹孔。 固定 钳口垫块的建模，该垫块主要起夹紧作用，和零件直接接触，因此对垫块的硬度及平面度，粗糙度有一定的要求，材料选择钢。模型如下： 图 定钳口垫块模型 该垫块结构简单，就是一个长方体块上有 4 个 螺纹孔，对该垫块的上表面质量要求较高，4 个孔的位置度也有一定的要求，因为这 4 个孔需要和底座进行装配。 建模过程如下： 1）绘制长方体截面，拉伸成长方体实体。 2）建立第一个螺纹孔，使用阵列完成后三个螺 纹孔。 活动钳口垫块的建模，该垫块主要起夹紧作用，和零件直接接触，因此对垫块的硬度及平面度，粗糙度有一定的要求，材料选择钢。模型如下： 毕业设计（论文） 15 图 动钳口垫块 该垫块结构简单，就是一个长方体块上有 4 个沉头螺纹孔，对该垫块的上表面质量要求较高， 4 个孔的位置度也有一定的要求，因为这 4 个孔需要和其他部件进行装配。 建模过程如下： 1）绘制长方体截面，拉伸成长方体实体。 2）建立第一个沉头螺纹孔，使用阵列完成后三个沉头螺纹孔。 活动钳口导向块的建模，该导向快主要起两个 作用：一是起导向 作用 可以使整个活动钳口来回移动，二是起固定作用，通过螺纹孔固定活动钳口垫块和斜楔。该导向块的两个大平面表面加工有一定的要求， 需要平面接触装配。材料选用铸铁，模型如下图： 图 动钳口导向块 该导向 块结构 比较简单，一个多 方体块上有 4 个沉头螺纹孔， 四个一般螺纹孔以及两个通孔，八个带有螺纹的孔用于连接其他部件，两个通孔用于导向使用。对该垫块的两个大表 面质量要求较高， 用于接触装配， 6 个孔的位置度也有一定的要求，因为这 4个孔需要和其他部件进行 连接 装配。 建模过程如下： 1）绘制多方体截面，拉伸成多方体实体。 2）建立第一个沉头螺纹孔，使用阵列完成后三个沉头螺纹孔。 3）建立第一个一般螺纹孔，使用阵列完成后三个螺纹孔。 毕业设计（论文） 16 4）建立第一个通孔，使用镜像完成第二个。 导向柱的建模，该导向柱主要起两个作用，一是导向作用，二是支撑作用，导向是给活动钳口提供导向方向，支撑是支撑整个活动钳口。因此导向柱要有一定的硬 度和耐磨性，该导向柱的外圆柱面有一定的粗造度要求，材料使用钢。 模型如下图： 图 向柱模型 该导向柱结构简单，左边一端有外 螺纹，退刀槽，外圆面上有一对称平面，用于安装导向柱，右端有一个比较大的倒角，为了便于导向。 建模过程如下： 1）绘制圆柱截面，拉伸截面成实体。 2）绘制右端螺纹截面，拉伸截面成实体，建立外螺纹。 3）利用旋转切除，建立退刀槽，建立截面拉伸切除建立外圆平面。 倒右端圆角。 斜楔镶块的建模， 该镶块主要起一个作用，就是导向作用。对导向孔的内表面粗造度要求较高，因为需要进行装配。材料使用铸铁，模型如下图： 图 楔镶块 模型 该镶块结构简单，一个方体上有两个大通孔，两个小螺纹孔，大通孔用来导向，对内表面要求较高。小螺纹孔同来固定该镶块，通过两个螺纹孔进行装配，因此四个孔的位置度有一定的要求。对镶块的两个大表面平面度及粗造度有要求，装配的时候，两个大表面需要进行配合。 建模过程如下： 1）绘制长方体截面，拉伸截面成实体。 2）在长方体上直接建立通孔，利用镜像建立第二个。 毕业设计（论文） 17 3）在长方体上直接建立螺纹孔。 轴套的建模，轴套主要起导向作用，轴套在装配过程中有两个配合，及内孔和 轴配合，外圆和孔配合，因此对轴套的尺寸精度要求较高。 因为采用轴套傻主要是为了耐磨和发热量小，因此材料选用黄铜，模型如下图： 建模过程如下： 1）绘制大圆截面，拉升成实体。 2）绘制小圆截面，拉伸切除。 图 套 大斜快 的建模，斜 楔的作用主要是改变运动的方 向，通过两个斜块 ，可以使两个运动的方向垂直。 斜快 的一面为压力面，另一面用于装配和固定 斜楔。因为斜楔在工作中受力较大，而且属于平面滑动接触，因此，斜快 在要求上要有一定的硬度和耐磨性。斜楔的材料选为 45 钢，模型如下图： 图 斜楔的模型 该斜楔的结构比较复杂，主体由一个斜块构成，在上面进行局部结构修改， 斜楔的装配面上有六个螺纹孔，两个通孔，一个大凹糟。 六个螺纹孔主要用来连接其他零部件，两个大通孔用来装配导向柱， 其他结构由于结构需要或者防止运动干涉修改而成。斜楔的装配面以及大凹槽的内面需要一定的粗造度 ，平面度等。 建模过程如下： 1） 绘制斜楔截面，拉伸成实体。 绘制大凹槽截面，拉伸切除。 2）在斜楔上打大螺纹孔，用阵列生成另外三个。 3）在斜楔上打小螺纹通孔，用镜像生成另外一个。 4）在斜楔上打通孔，用镜像生成另外一个 5）对其他局部进行切除。 毕业设计（论文） 18 小斜快的建模，小斜快与大斜快配合使用，共同组成了滑块机构，将力传动的方向改变，这是滑块主要作用。小斜快的一端受力移动，通过斜面讲力传给大斜快。小斜块与大 滑块靠面接触传递动力， 因此小滑块要有一定的耐磨性及硬度，材料选用 45 钢，模型如右图： 图 斜快模型 该小斜块结构简单，斜块大端面有一个螺纹孔和一个燕尾体，螺纹孔用于和气缸连接，燕尾体和底座的燕尾槽进行配合，用于导向。斜块的燕尾槽配合面要求有一定的平面度度及粗造度。 压力面对平面度和粗造度也有一定的要求。 建模过程如下： 1） 绘制斜块截面，拉伸成实体。 2） 打端面螺纹孔。 3） 在端面建立建 立燕尾体截面，拉伸切除。 连接杆的建模，连接杆的作用是将小滑块与气缸的活塞杆连接起来，两端都采用螺纹连接，材料选用铸铁即可。模型如下图： 图 接杆 该连接杆结构简单，一端有一个螺纹孔，一端有螺杆 ，螺杆处有一个退刀槽，外圆柱面上有一对称平面，用于安装该杆。左边的螺纹孔和右端的螺杆对同轴度有一定的要求。 建模过程如下： 1）绘制圆柱截面，拉伸成实体，打左端面螺纹孔。 2）在右端面绘制螺杆外圆，拉伸成实体，建立外螺纹。 3）绘制截面，截面对称， 截面拉伸切除，建立外圆柱面槽。 气缸的建模，气缸属于标准件，结构和尺寸都是有规定的，根据国家标准的相关尺寸，气缸的模型如下 : 毕业设计（论文） 19 图 缸模型 气缸建模过程如下： 1） 建立缸体截面，拉伸生成实体。 2）缸体一端面绘制截面拉伸，生成实体。镜像另一端面。 3）左端面建立圆凸台，圆凸台上面打孔。 4）建立固定脚，画截面拉伸生成实体，在实体上面打孔。利用两次镜像，生成四个固定脚。 5）根据缸体内径，建立活塞杆，通过两次圆拉伸形成阶梯圆， 在小圆柱端面建立外螺纹，切螺纹槽。 拟装配的意义 虚拟装配是 虚拟制造 的重要组成部分，利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早的发现装配中的问题，对模型进行修改，并通过可视化显示装配过程。虚拟装配系统允许设计人员考虑可行的装配序列，自动生成装配规划，它包括数值计算、装配工艺规划、工作面布局、装配操作所模拟等。现在产品的制造正在向着自动化、数字化的反向发展，虚拟装配是产品数字 化定义中的一个重要环节。 钳虚拟装配 该台钳由十几个零部件组成，要想知道这些零件，在结构上是否有干涉，在尺寸上是否配合等等一些问题。在单个零件下是很难看出来的，装配在一起的时候，就能一目了然，结构上有问题很快就能发现。 因此在实际装配前是很有必要进行虚拟装配的，这样可提高准确性。 在装配之前应该熟悉各个零件的结构，在装配时知道该零件的作用，装配的位置，采用什么约束进行等等，装配过程一般采用从整体到局部，结构复杂的装配，也可以分层划成多个子块，先对每个子块进行装配，再将每个子块进行装配 。这样可以提高效率。 该台钳结构比较简单，零部件数量也不多，采用一般方法装配，每个零件逐一装配，从整体到局部，装配过程 图 如下： 毕业设计（论文） 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 毕业设计（论文） 21 图 配过程图 装配过程： 在三维建模软件中，进入装配模式，建立新的装配文件名。 1） 调入底座三维模型。 2） 调入 固定钳口垫块，适当调整位置。利用 同轴约束，将固定钳口垫块上的螺纹孔 轴线 与底座的螺纹孔 轴线 对齐， 再进行轴线相合约束。 然后利用面与面相合约束，将固定钳口垫块的一面与底座的一面相合。 3） 调入 垫块三维 模型， 利用 同轴约束，将垫块上的沉头螺纹孔 轴线 与底座凸台上的螺纹孔 轴线对齐 ， 再进行轴线相合约束。 然后利用面与面相合约束，将固垫块的一面与底座凸台的一面相合。 利用镜像功能，生成另外一个点垫块。 4） 调入导向柱三维模型，利用 同轴约束，将导向柱的轴线与底座凸台侧面的螺纹孔轴线对齐，再进行轴线相合约束。然后利用面与面的相合约束，讲导向柱的端面与底座凸台侧面相合。利用镜像功能，生成另外一个导向柱。 5） 调入弹簧三维模型，利用 同轴约束，将弹簧轴线与长销轴线对齐，再进行轴线相合约束。然后利用面与面的相合约束，将弹簧的端面与 底座凸台侧面相合。利用镜像功能，生成另外一个弹簧。 6） 调入活动钳口导向块三维模型， 利用 同轴约束，将 活动钳口导向块大通孔 轴线与长销轴线对齐，再进行轴线相合约束。然后利用面与面的相合约束，将 活动钳口导向块 的一面与底座凸台侧面相合。 7） 调入活动钳口垫块三维模型， 利用 同轴约束，将 活动钳口垫块沉头孔 轴线与 活动钳口导向块与之配合的螺纹孔 轴线对齐，再进行轴线相合约束。然后利用面与面的相合约束，将 活动钳口垫块 的一面与底座 活动钳口导向块的一面相合。 8） 调入大斜块三维模型， 利用 同轴约束，将 大斜块大通孔 轴线与 导向柱 轴毕业设计（论文） 22 线对 齐，再进行轴线相合约束。然后利用面与面的相合约束，将 大斜块 的一面与底座 活动钳口导向块的一面相合。 9） 调入斜楔镶块三维模型， 利用 同轴约束，将 斜楔镶块大通孔 轴线与 导向柱 轴
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