【工装夹具类】连杆生产线连杆体精拉结合面夹具设计【3张图纸】【优秀】
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【工装夹具类】连杆生产线连杆体精拉结合面夹具设计【3张图纸】【优秀】,工装,夹具,连杆,生产线,体精拉,结合,设计,图纸,优秀,优良
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中国地质大学长城学院毕业设计任务书 学生姓名 丁磊 学号 05208416 班 级 机制四 班 指导教师 沈贵水 职称 教授 单 位 河北农业大学 毕业设计题目 连杆生产线连杆体精拉结合面夹具设计 毕业设计主要内容和要求： 1、内容： 如今对输电线路实施除冰是防止冰灾的有效途径，如何具体的除冰方法则应用了除冰机器人，除冰机器人造价低，工作效率高，安全可靠，能够实现在线除冰作业，不影响电力的输送，是一项很有发展前景的课题。 2、 要求： （ 1） 关节控制 （ 2） 笛卡尔空间运动控制 和自适应控制 （ 3） 点位控制和连续轨迹控制 （ 4） 速度控制、加速度控制、力控制 毕业设计主要参考资料： （ 1） 张屹，邵威，高虹亮，罗成 . 高压输电线路除冰机器人的机构设计 J（ 2） 高虹亮，孟遂民，罗成，马小强 J（ 3） 甘辰予，陈劲生 能除冰机器人的设计 J（ 4） 蒋正龙，陆佳政，雷红才，黄福勇 . 湖南 2008 年冰灾引起的倒塔原因分析 J（ 5） 吴功平，肖晓晖，肖华，戴锦春，鲍务均，胡杰 . 架空高压输电线路巡线机器人样机研制 J（ 6） 张运楚，梁自泽，谭民 . 架空电力线路巡线机器人的研究综述 J467（ 7） 许源 刘人玮 李军 . 湖南电网 防冻融冰体系改革之探讨 J24（ 8） 李红旗，陈志高，于钦刚，李翔，陈懿夫 . 输电线路机械除冰技术研究 J24 9） 李宁，周羽生，邝江华，彭琢 . 输电线路除冰技术的研究 J. 防灾科技学院学报 ,10 3:（ 10） s 20099， （ 11） 濮良贵，纪名刚 . 机械设计 M. 北京 :高等教育出版社， 2002. （ 12） 张红先，李波，方针 . 2008 年湖南电网冰灾中技术措施的应用效果分析 J. 湖南电力 ,2008,10毕业设计应完成的主要工作： 1、 除冰机器人的控制设计 电路 图四 张。 2、 除冰机器人的控制设计 设计 说 明书一份 6000 字。 5、 外文资料翻译不少于 3000 字。 毕业设计进度安排： 序号 毕业设计各阶段内容 时间安排 备注 1 选题， 熟悉课题， 搜集 相关 资料 2 资料翻译，设计加工工艺规程 3 完成设计过程中的参数计算 4 进行初步设计，及设计说明书的初稿 5 除冰机器人控制设计（电路 图） 6 确定说明书及相关文案的修改 8 整理相关资料，准备答辩 课题信息： 课题性质： 设计 论文 课题来源： 教学 科研 生产 其它 发出任务书日期： 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见： 教研室主任签名： 年 月 日 学生签名： 中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计 题目 连杆生产线连杆体精拉结合面夹具设计 系 别 工程技术系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 丁磊 学 号 05208416 指导教师 沈贵水 职 称 教授 2012 年 05 月 01 日 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 - 1 - 连杆生产线 连杆体精拉结合面夹具设计 1 历史 提到柴油发动机就不得不提到一个名字鲁道夫 狄赛尔 ( 1876 年，德国人奥托研制成功了第一台 4 冲程煤气发动机 1892 年狄赛尔试制成了第一台压燃式内燃机，也就是柴油机。 1894 年，狄赛尔改进了柴油机并使其能运行 1 分钟左右。 1913 年 10 月 29 日，55 岁的狄赛尔在横渡英吉利海峡的轮船甲板上，被巨浪卷入了大海 (多数历史学家认为狄赛尔是跳海自尽的 )。为了纪念狄赛尔，人们把柴油发动机命名为 1924 年，美国的康明斯公司正式采用了泵 喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的质量。 70 年代以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引用回柴油机，从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元。最先出现的电控喷油泵技术，而后又发展出了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到2050且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油特性是三角形的，并采用了分段式预喷射，这是很符合发动机的要求 (大众公司的 动机就是使用这种技 术 )。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受发动机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题，但它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达到 1600些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节很宽泛的特点，对其大加采用。 (最早使用高压共轨的轿车是奔驰 C 级别车 )双龙就是采用源自于奔驰的目前国际最先进的柴油发动机技术 “共轨喷射 ”，涡轮增压技术，配备有 高级环保系统，完全改变旧式柴油发动机的冒黑烟和震动激烈的印象，在同级同排量车型中拥有最强动力，素有车坛新世代 “净静 ”柴油发动机的美誉。话说到这里， 柴油机话题快告一段落了，但柴油机的故事肯定还没有讲完，因为人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排放，柴油机成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段。狄赛尔肯定没有想到当年他那个没人问津的丑小鸭，现在 100%的重型车和近 30%的乘用车都在使用。但可以让狄赛尔感到欣慰的是，每当打开这些车的发动机盖，都会看见一个名字 2 连杆 知识 发动机连杆是发动机中的重要的传动部件，其关系到整台机器的运行效果和动力输出。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲轴 的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响到发动机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。连杆是发动机的高精度的关键零件，由于连杆技术要求很高，尤其是可靠性，因此铸造连杆已很少采用，基本以锻造加工方法成形 。 反映连杆精度的参数主要有 5 个：（ 1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；（ 2）连杆大、小孔中心距尺寸精度；（ 3）连杆大、小头孔平行度；（ 4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（ 5）连杆大小头螺栓孔与结合面的垂直度。 连杆加工的工艺流程是：拉大小头两端面 粗磨 大小头两端面 拉连杆大小头侧定位面 拉连杆盖两端面及杆两端面倒角 拉小头两斜面 粗拉螺栓座面，拉配对打字面、去重凸台面及盖定位侧面 粗镗杆身下半圆、倒角及小头孔 粗镗杆身上半圆、小头孔及大小头孔倒角 清洗零件 零件探伤、退磁 精铣螺栓座面及 弧 铣断杆、盖 小头孔两斜端面上倒角 精磨连杆杆身两端面 加工螺栓孔 拉杆、盖结合面及倒角 去配对杆盖毛刺 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 - 2 - 清洗配对杆盖 检测配对杆盖结合面精度 人工装配 扭紧螺栓 打印杆盖配对标记号 粗镗大头孔及两侧倒角 半精镗大头孔及精镗小头衬套底孔 检查大头孔及精镗小头衬套底 孔精度 压入小头孔衬套 称重去重 精镗大头孔、小头衬套孔 清洗 最终检查 成品防锈。 连杆由大头、小头 和杆身等部分组成。大头为分开式结构，连杆体与连杆盖用螺栓连接。大头孔和小头孔内分别安装轴瓦和衬套。为了减轻重量且使连杆具有足够的强度和刚度，连杆杆身截面多为工字形，其外表面不进行机械加工 连杆在以下几方面有较高的质量要求： 1 机械性能，要求在加热、锻 造、后续热处理等过程中保证产品机械性能得到提高，满足使用要求； 2 尺寸公差，要求精度高，能减少机加工量；3 重量公差，有要求越来越高的趋势。提高质量是赢得市场的一个 关键因素，进行技术改造，选用先进设备和工艺，提高模具加工精度是生产优质零件的必要条件。在新建改建连杆锻造线中选用以下设备将有利于提高锻件产品质量：（ 1）加热：中频感应加热装置；（ 2）制坯：自动辊锻机；（ 3）模锻：热模锻压力机、高能螺旋压力机 ；（ 4）切边、热校正：闭式双点切边压力机；（ 5）冷精压：精压机；（ 6）模具：高精度电火花机床，加工中心。 以上设备国内均可制造，大部分为引进技术，设备精度高，使用可靠。当然，如资金充裕，可购买精度更高的国外设备。 由此可见，发动机连杆的研究发展十分重要， 而要实现高效率、 高精度的生产加工对生产工具的需求又显得极为重要，但是 连杆的外形复杂，加工定位困难，而且连杆的尺寸精度、形状精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易变形。发动机连杆体的加工定位就更加的困难，连杆体拉结合面定位加紧都十分的困难。通过对多种连杆的结构及工艺性分析，运用成组技术的基本原理，合理的设计出一种大量生产的专用夹具，采用流水线加工，提高了效率，减少废品，改善操作的劳动强度，使企业大批量生产降低成本，大大提高产品的竞争力。 因此夹具无疑是其中的关键所在。 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。 夹具是机械加工不可缺少的部件，随着科学技术的迅猛发展，市场需求的变化多端及商品竞争的日益激烈，使机械产品更新换代的周期愈来愈短，多品种、小批量生产的比例愈来愈高。为了适用这种形势的需要，出现了各种新型夹具，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、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 夹具（卡具）：从广义上说，在工艺过程中的任何 工序 ，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。 夹具的作用是夹紧和定位，定位要满足定位原理。定位元件 :支承钉、支承板、圆柱销、圆锥销、心轴、 v 形架、定位套、锥顶尖和锥度心轴。常用定位原理是六点定位，注意避免出现不合理的过定位和欠定位。合理确定定位基准。 3 夹具的功能及分类 夹具的作用是在产品加工过程中，保持产品零部件和加工工具的相对位置，从而保证了最终产品技术要求中的位置精度。由于不同的工艺过程中使用不同的夹具。各类夹具中以机床夹具发展最早、最成熟、精度要求最高、在各类夹具中比重也最大。 如按照一套夹具是否能用于加工不止一种工件，或者指夹具能合重复使用而言，则夹具可分为专用夹具、可调整夹具和组合夹具，专用夹具只能用于一种产品的一种工件，用于大批量生产之中，目前汽车、摩托车、部分家电、轻工等行业中仍在广泛使用。可调整夹具又称成组夹具，适合形状相似的一组或一族零件的生产，可用于各类产品的成批生产。组合夹中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 - 3 - 具根据标准化、模块化的原理，在夹具元件和组件完全标准化的基础上，由一整套预先制造好的标准元件和合件，针对不同工件组合和装配成各种专用 夹具。一旦使用完毕后，可将夹具再拆散成元件和合件，如此不断重复使用。可用于试制、单件小批生产、也可用于成批生产。由此可见，组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想，又符合节约资源的原则，更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向。 4 国内外夹具行业的现状 内夹具行业的现状 我国国内的夹具始于 20 世纪 60 年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件 800 万件的水平。 20 世纪 80 年代以后，两厂又各自独立开发了适合床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少 床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇。 外夹具行业的现状 从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资 料，但欧美市场上一套用于加工中心的央具，通常为机床价格的 1110 一 1115，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。 5 机床夹具的现状 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（ 新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： 1）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； 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）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； 6）提高机床夹具的标准化程度。 6 现代机床夹具的发展方向 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。 （ 1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准： 214891 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降 低生产总成本。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 - 4 - （ 2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达 用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为 5 m。 （ 3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5 倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为 9000r/条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。 （ 4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应 现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。 迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具 (刀具、夹具、量具、模具 )之一。刀具量本身已高度标准化，用户只需要按品种、规格选用采购。而模具和夹具则和产品息息相关，产品一有变化就需重新制作，通常是属于专用性质的工具。模具已发展成为独立的行业 ;夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。 机床夹具的主要功能： 1、保证加工质量 使用机床夹具的主要任 务是保证加工精度，特别是保证被加工工件加工面和定位面之间被加工表面相互之间的位置精度。使用机床夹具后，这种精度主要靠家具和机床来保证，不再依赖工人技术水平。 2、提高生产效率，减低成本 使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间，且易实现多件、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加少。 3、扩大机床加工范围 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，可以代替镗床镗孔。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。 7 机床夹具的分类 机床夹具可以有很多分类方法。通常按机床夹具的适用范围，可划分为五种类型： 1、 通用家具 如车床上常用的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖，铣床上常用的平口钳、分度头、回转工作台等均属此类家具。该类夹具由于具有较大的通用性，固得其名。通用家具一般已经标准化，并有专门的专业工厂生产，常作为机床标准附件提供给用户。 2、 专用夹具 这类家具是针对某一工件的某一工序而专门设计的，因其用途专一而得名。专用夹具广泛用于批量生产中。 3、 可调夹具和成组夹具 这类家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，通常称成组夹具。与成组夹具相比，可调整夹具的加工对象不明确，适用范围更广一些。 4、 组合家具 这类夹具由一套标准化的夹具元件，根据零件的加工要求拼装而成。就好像搭积木一样，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。夹具用完以后，元件可以拆卸重复使用。这类夹具特别适合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使用的夹具。工件安装在随行夹具中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 - 5 - 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各机床 ，并在各机床上被定位和夹紧。 机床夹具也可以按照加工类型和在什么机床上使用来分类，可分为车床夹具、和铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、数控机床夹具等。机床夹具还可以按其夹紧装置的力源来分类，可分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、电磁夹具、真空夹具等。 8 拉刀的介绍 用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽 、平面和成形表面等 ,生产率很高。拉刀按加工表面部位的不同，分为内拉刀和外拉刀；按工作时受力方式的不同，分为拉刀和推刀。推刀常用于校准热处理后的型孔。 拉刀的种类虽多，但结构组成都类似。如普通圆孔拉刀的结构组成为：柄部 ,用以夹持拉刀和传递动力 ;颈部，起连接作用；过渡锥，将拉刀前导部引入工件；前导部，起引导作用，防止拉刀歪斜；切削齿，完成切削工作，由粗切齿和精切齿组成；校准齿，起修光和校准作用，并作为精切齿的后备齿；后导部，用于支承工件，防止刀齿切离前因工件下垂而损坏加工表面和刀齿；后托柄，承托拉刀。 拉刀的结构和刀齿形状与拉削方式有关。拉削方式通常分为分层拉削和分块拉削两类。前者又分成形式和渐成式；后者又分轮切式和综合轮切式。成形式拉刀各刀齿的廓形均与被加工表面的最终形状相似 ;渐成式拉刀的刀齿形状与工件形状不同 ,工件的形状是由各刀齿依次切削后逐渐形成。轮切式拉刀由多组刀齿组成，每组有几个直径相同的刀齿分别切去一层金属中的一段，各组刀齿轮换切去各层金属。综合轮切式拉刀的粗切齿采用轮切式，精切齿采用成形式。轮切式拉刀切削厚度较分层拉削的拉刀大得多，具有较高的生产率，但制造较难。 拉刀常用高速钢整体制造，也可 做成组合式。硬质合金拉刀一般为组合式，因生产率高、寿命长，在汽车工业中常用于加工缸体和轴承盖等零件，但硬质合金拉刀制造困难 提供拉削内孔用拉刀及推刀 方孔拉刀 ,键槽拉刀 ,花键拉刀 ,矩形花键拉刀及渐开线拉刀等各种特殊孔径的拉刀 ,我司全面采用国家标准进行设计、生产和加工产品。 拉刀：刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成 形表面等 ,生产率很高。 拉刀按加工表面部位的不同，分为内拉刀和外拉刀；按工作时受力方式的不同，分为拉刀和推刀。推刀常用于校准热处理后的型孔。 拉刀的种类虽多，但结构组成都类似。如普通圆孔拉刀的结构组成为：柄部 ,用以夹持拉刀和传递动力 ;颈部，起连接作用；过渡锥，将拉刀前导部引入工件；前导部，起引导作用，防止拉刀歪斜；切削齿，完成切削工作，由粗切齿和精切齿组成；校准齿，起修光和校准作用，并作为精切齿的后备齿；后导部，用于支承工件，防止刀齿切离前因工件下垂而损坏加工表面和刀齿；后托柄，承托拉刀。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 - 6 - 9 设计 设计主要参考资料 1 邱宣怀 高等教育出版社 2 于萍 编著 . 008 中文版机械制图教程 上海科学普及出版社 3 左建民主编 北京 20094 王启平 主编 高等学 校 “ 十一五 哈尔滨工业大学出版社 . 5 王宝玺 北京 6 王绍俊主编 北京 1985 7 吴拓 机械制造工艺与机床夹具课程设计指导 8 大连组合机床研究所 北京 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 - 7 - 中国地质大学长城学院 本科 毕业设计（论文）文献综述 系 别 ： 工程技 术系 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 丁磊 学 号： 05208416 2012 年 4 月 17 日 本科毕业生 毕业论文（设计）诚信承诺书 毕业论文 （设计）题目 连杆生产线连杆体精拉结合面夹具设计 学生姓名 丁磊 专业 机制 学号 05208416 指导老师 沈贵水 职称 教授 所在系别 工程技术系 诚信承诺 本人慎重承诺和声明： 我承诺在毕业论文（设计） 活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业论文中 不 剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果， 不 篡改研究数据，如有违规行为发生，我愿承担一切责任，接受学校的处理。 学生（签名）： 2012 年 5 月 4 日 中国地质大学长城学院毕业设计开题报告 学生姓名 丁磊 学号 05208416 专业班级 机制 四 班 指导教师 沈贵水 职称 教授 单 位 河北农业大学 课题性质 设计 论文 课题来源 科研 教学 生产 其它 毕业设计题目 除冰机器人的控制设计 一、设计的目的 目前机器人在高压输电线路上的应用主要是线路巡检。而对线路除冰的应用还鲜有研究。如今对输电线路实施除冰是防止冰灾的有效途径，如何具体的除冰方法则应用了除冰机器人，除冰机器人造价低，工作效率高，安全可靠，能够实现在线除冰 作业，不影响电力的输送，是一项很有发展前景的课题。 二、设计的意义 为了保证电力系统的可靠性，提高高压输电线除冰的效率，减少损失，维护工人的安全，开发一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设备一直是国内外相关研究的热点。因此，研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。 。 三、设计的研究现状 在国外，一些国家的地理与气候情况与我国相似，甚至一些国家的情况更加恶劣，为了保证电力系统的可靠性，提高高压输电线除冰的效率，减少损失，维护工人的安全，开发一种可以替代或部分替代工人进 行除冰作业的新型设备一直是国内外相关研究的热点因此，研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。 全球气候正经历以变暖为主要特征的变化，气候变暖导致“厄尔尼诺”和“拉尼娜”等极端天气气候事件的频率与强度明显增加，输电线路所处地质条件复杂，容易遭受冰灾等极端天气的影响，目前国内外对已多次发生的输电线路冰灾事故进行了相关的研究。袭击湖南的持续低温、雨雪、冰冻天气过程来 I 临之前，湖南温度偏高、空气干燥。湖南东、南、西部三面环山，向中部、北部过渡为丘陵和平地，冷空气袭击湖南后，湖南降温 迅速，冷暖空气交汇形成的锋面逆温强度大，加上湖南北低南高的地势使逆温层得以加强，地势陡增处南下冷空气因推进受阻而徘徊驻留，随着暖湿气流不断补充，易形成长时间降雨、冰冻，形成持续的雨凇。由于降温迅速，湘西高海拔山区和纬度较高的湘北地区地表气温低，但降水主要集中在湘南、湘中、湘东，且停留时间较长，导致湘南、湘中、湘东冰冻灾害强于湘北和湘西高海拔山区。湖南电网冰冻灾害是在大尺度天气形势控制下形成的，拉尼娜现象起到推波助浪的作用，冰冻灾害受损范围与程度具有较强的微地形影响特征。长时间的低温 (05 )、降水过程为 覆冰提供了适宜条件。受冷暖空气共同影响，湖南从 0102出现 4 次明显的雨雪天气过程，这次持续时间长的冻雨和冰冻天气给湖南电网带来了灾难性的影响。湖南省电力公司 500 路 33 条有 14 条线路倒塔 182 基，变形 75 基，导线断线 或受损 159 处，地线断线或受损 322 处； 220 44 条线路倒塔 679 基， 110 121 条倒塔 1864 基； 35 压线路倒杆 6 万 4 千多基，发生断线超过 5 万处；低压线路倒杆断杆 33 万多基，断线近 37 万处，在整个冰冻期间，发生了多次电网解裂和衡阳、郴州等地区 大面积停电事故，使湖南电网受了有史以来最严峻的威胁，直接经济损失数 10 亿元。 四、设计研究方案 1、 关节控制 2、 笛卡尔空间运动控制和自适应控制 3、 点位控制和连续轨迹控制 4、 速度控制、加速度控制、力控制 五、设计进度安排 1、 选题， 熟悉课题， 搜集 相关 资料 、资料翻译，设计加工工艺规程 、完成设计过程中的参数计算 、进行初步设计，及设计说明书的初稿 、 除冰机器人控制 设计（ 电路 图） 、确定说明书及相关文案的修改 、整理相关资料，准备答辩 、毕业设计应完成的主要工作 1、 除冰机器人的控制设计 电路 图四 张。 2、 除冰机器人的控制设计 设计 说明书一份 6000 字。 5、 外文资料翻译不少于 3000 字。 七、毕业设计主要参考资料 （ 1） 张屹 ，邵威，高虹亮，罗成 . 高压输电线路除冰机器人的机构设计 J（ 2） 高虹亮，孟遂民，罗成，马小强 J（ 3） 甘辰予，陈劲生 能除冰机器人的设计 J（ 4） 蒋正龙，陆佳政，雷红才，黄福勇 . 湖南 2008 年冰灾引起的倒塔原因分析 J（ 5） 吴功平，肖晓晖，肖华，戴锦春，鲍务均，胡杰 . 架空高压输电线路巡线机器人样机研制 J（ 6） 张运楚，梁自泽，谭民 . 架空电力线路巡线机器人的研究综述 J467（ 7） 许源 刘人玮 李军 . 湖南电网防冻融冰体系改革之探讨 J24 （ 8） 李红旗，陈志高，于钦刚，李翔，陈懿夫 . 输电线路机械除 冰技术研究 J24 9） 李宁，周羽生，邝江华，彭琢 . 输电线路除冰技术的研究 J. 防灾科技学院学报 ,10 3:（ 10） s 20099， （ 11） 濮良贵，纪名刚 . 机械设计 M. 北京 :高等教育出版社， 2002. （ 12） 张红先，李波，方针 . 2008 年湖南电网冰灾中技术措施的应用效果分析 J. 湖南电力 ,2008,10导教师意见： 指导教师签名 ： 年 月 日 教研室意见： 审查结 果： 同 意 不 同 意 教研室主任签名： 年 月 日 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 1 目 录 1 前言 . 4 内外夹具行业及机床夹具的现状 . 国内夹具行业的现状 . 国外夹具行业的现状 . 机床夹具现状 .计的目的 . 4 计的意义 . 5 务来源 . 5 计原则 . 5 计主要资料 . 5 计工艺规程 . 5 2 连杆体拉结合面夹具设计 . 6 杆的加工工艺 . 6 产纲领的计算 . 7 杆体拉结合面夹具定位方式的选择 . 7 削加工方案的选定 . 7 削力的计算及拉削方式的确定 . 9 精拉切削力的计算 . 精拉切削力的计算 . 11 削加工时间的计算 . 12 缸的选取 . 12 紧机构间传动小轴的选择及校核计算 . 13 . 14 . 15 谢 . 16 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 2 摘 要 连杆是柴油机运动的主要关键件之一，它工作的稳定性、可靠性对柴油机的整机质量至关重要，质量轻、精度高的连杆，有助于降低柴油机的能耗和噪声。 该设计说明书首先介绍了国内外夹具及机床夹具的现状、夹具设计的目的、意义、原则和一些设计所需要的主要的资料，主要说明了连杆拉结合面夹具设计过程 ，其中包括连杆的加工工艺、生产纲领的计算、连杆体拉结合面夹具定位方式的选择、拉削加工方案的选定、切削力的计算及拉削方式的确定、拉削加工时间的计算、气缸的选取、夹紧机构间传动小轴的选择及校核计算，最后简洁的总结设计所取得的结果及此次设计的优点，譬如采用了气动夹紧装置，对以后夹具的发展方向给予一些建议。 关键词 连杆体精拉结合面； 夹具设计 ； 工艺分析 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 3 is of it is to of of to of of of of of of a of of as a on of to 国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 4 1 前言 夹具最早出现在 18 世纪后期。 夹具（卡具）：从广义上说，在工艺过程中的任何 工序 ，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。按使用特点可分为：万能通用夹具、专用性夹具、可调夹具、组合夹具。在机床上用于装夹工件的装置称为机床夹具。 内外夹具行业及机床夹具的现状 内夹具行业的现状 我国国内的夹具始于 20 世纪 60 年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件 800 万件的水平。 20 世纪 80 年代以后，两厂又各自独立开发了适合 床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少 床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇。 外夹具行业的现状 从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美 市场上一套用于加工中心的央具，通常为机床价格的 1110 一 1115，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入 制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。 床夹具现状 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 。 计的目的 设计 设计一套连杆体拉结合面夹具， 采用流水线加工，提高效率，减少废品，改善操作的劳动强度，降低企业大批量生产成本，提高产品的竞争力。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 5 计的意义 1、缩短辅助时间，提高劳动生产率 2、确保并稳定加工精度，保证产品质量 3、降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强度，保证安全生产 4、机床的加工范围得到扩大 务来源 （ 1）年生产纲领 25 万件 /年 （ 2）连杆体和盖为分开铸造 （ 3）采用气动夹具设计 （ 4）组合专用机床生产线加工 计原则 1、年生产纲领为 25 万件 /年，因此按每年 10 个月，每个月工作 25 天，实行每天一 班制，每个小时的产量为 。 2、采用气动夹具设计，可以节约时间，提高生产效率。 3、连杆盖和连杆杆采用分开锻造，所以连杆盖的加工需要单独的专用夹具。 4、由于大量生产，零件的要求精度高要采用组合机床、专用夹具，流水线加工。 计主要资料 连杆的材料是 45 钢，硬度是 93。连杆体结合面主要尺寸如下图： 计工艺规程 图示 1国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 6 10、连杆体粗铣大头两端面 20、连杆体粗铣小头两端面 30、连杆体粗精铣小端平台和大端工艺凸台 40、连杆体粗铣结合面 50，连杆体精铣两端面 60、连杆体精拉结合面 70、连杆体钻两孔 80、连杆体扩铰两孔 90、连杆体钻小头油孔及孔口倒角 100、连杆体攻两个螺纹孔 110、连杆盖粗铣两端面 120、连杆盖粗铣结合面 130、连杆盖精铣两端面 140、连杆盖精拉结合面 150、连杆盖粗精铣螺栓孔平面 160、连杆盖钻两孔 170、连杆盖扩铰两孔 180、连杆盖和连杆体装配 190、连杆粗镗大小端孔 200、连杆精镗大小端孔 210、连杆体与连杆盖打号分开 220、连杆体铣定位槽 230、连杆盖铣定位槽 240、连杆体与盖对号装配 2 连杆体拉结合面夹具设计 杆的加工工艺 连杆由大头、小头 和杆身等部分组成。大头为分开式结构，连杆体与连杆盖用螺栓连接。大头孔和小头孔内分别安装轴瓦和衬套。 连杆加工的工艺流程是：拉大小头两端面 粗磨大小头两端面 拉连杆大小头侧定位面 拉连杆盖两端面及杆两端面倒角 拉小头两斜面 粗拉螺栓座 面，拉配对打字面、去重凸台面及盖定位侧面 粗镗杆身下半圆、倒角及小头孔 粗镗杆身上半圆、小头孔及大小头孔倒角 清洗零件 零件探伤、退磁 精铣螺栓座面及 弧 铣断杆、盖 小头孔两斜端面上倒角 精磨连杆杆身两端面 加工螺栓孔 拉杆、盖结合面及倒角 去配对杆盖毛刺 清洗配对杆盖 检测配对杆盖结合面精度 人工装配 扭紧螺栓 打印杆盖配对标记号 粗镗大头孔及两侧倒角 半精镗大头孔及精镗小头衬套底孔 检查大头孔及精镗小头衬套底孔精度 压入小头孔衬套 称重去重 精镗大头孔、小头衬套孔 清洗 最终检查 成品防锈。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 7 本组 设计工艺安排：连杆体（盖）铣两面 连杆体（盖）拉结合面 连杆体（盖）钻两孔 精细大小头孔 连杆体（盖）铣定位槽 产纲领的计算 设计的要求是年生产纲领 N=20 万件，年生产纲领是指计划期为一年的生产纲领。 生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了 各工序所需专业化和自动化的程度、所选用的工艺方法和工艺装备及加工方案、加工方式的选择 由机械设计制造工艺学得知， 注： N 零件的生产纲领（件 /年） Q 产品的年产量（台 /年） n 每台产品中生产零件的数量 % 备品率 % 废品率； 产品的年产量 Q=1 台；备品率 %=10%；废品率 %=2%。 带入公式得： n= n 133929. 一年的工作日为 300 天，一天一班制，工作时间为 7 个小时。 所以每个小时要求生产的零件为 84 件。 杆体拉结合面夹具定位方式的选择 根据六点定位原理以及一些参考资料，连杆的定位采用一个面、一个短销和一个支承钉。满足六点位原理。具体定位方式选择如下图： 削加工方案的选定 N=Q n(1+ %+ %) 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 8 方案一 如下图 此方 案的当时想时没有考虑实际情况，被以下情况否定 ： 1、 拉削加工非常的不方便，对拉床的要求比较高。一般的拉床为立式拉床。 2、加紧和定位都比较困难。此方案的想法非常的不成熟。 方案二 如下图 图示 2示 2国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 9 此方案的优点： 1、容易加工，用立式机床就可以实现。 此方案的缺点： 1、支承钉承受的压力比较大，要求比较高。 2、不能保证很好的定位，影响加工质量。 方案三 如下图 此方案避免了方案二的缺陷，支承钉能实现很好的定位。不足之处就是自动加紧装置的安装不方便。但是综合比较三 种方案，第三种方案相对比较合理。所以选用第三个方案。 削力的计算及拉削方式的确定 拉刀的选取 拉刀是 用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等 ,生产率很高。拉刀按加工表面部位的不同，分为内拉刀和外拉刀；按工作时受力方式的不同，分为拉刀和推刀。推刀常用于校准热处理后的型孔。 拉刀的结构和刀齿形状与拉削方 式有关。拉削方式通常分为分层拉削和分块拉削两类。 根据加工材料及其强度，参考金属机械加工工艺手册，选取拉倒的材料为 角为 10 。拉削进给量为 拉切削速度为 5m/精拉切削速度为 7m/削半精拉和精拉同时进行。 精拉切削力的计算 图示 2国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 10 如果是分层拉削，根据金属工艺学切削原理和刀具可知 拉刀的齿距 P=(L ,L 为加工面的长度。由图 1， L=得 p=得拉刀接触的齿数 z=L/p=38/于宽度不是均匀分布，所以取 z=4. 根据连杆拉结合面尺寸图可知 连杆体拉结合面的长度 l 为 46精拉削每齿进给量为 据金属机械加工工艺手册查得：每齿进给量为 拉刀切削刃每 1 毫米长度的单位切削力F 为 斤力。 以下的力都是以公斤力为单位，根据金属机械加工工艺手册查得：公斤力和牛顿的换算关系为每公斤力等于 顿。 所以拉削力lF=l F z=46 4=5980（公斤力） 取安全系数 n 为 总F=n5980=8970 （公斤力） 因为拉刀后角 为 10 。由拉刀的结构，计算得 平行连杆接合面的力F =8970 10 =斤力） 垂直连杆接合面的力F=总F =8970 10 =斤力） 所以所需夹紧力为F/2f=2 斤力） 夹具的夹紧装置是靠夹板 施加的压力产生的摩擦力来实现夹紧，查资料可知摩擦系数 f 为 用铰链增力机构，支承端的臂长 1l 为 100紧端的臂长 2l 为 60 所以所需气缸力为F 2l/1l f=60 (100 斤力）。 由于拉削力太大，所需要的夹紧力太大。即使使用 了增力机构尽管相对力小些。但是气缸的选取比较困难，因此采用分层的拉削方式行不通。 采用分块拉削 根据金属工艺学切削原理和刀具可知： 拉刀的齿距 P=(L , 由图 1， L=p=得拉刀接触的齿数z=L/p=38/于宽度不是均匀分布，所以取 z=4. 一 分两块拉削，即 l =23削力lF=l F z =23 3=斤力） 取安全系数 n 为 总F= n斤力） 因为拉刀后角 为 10 。 所以平行连杆接合面的力F =10 =斤力） 垂直连杆接合面的力F=总F =10 =公斤力） 所以所需夹紧力为F/2f=2 斤力） 夹具的夹紧装置是靠夹板施加的压力产生的摩擦力来实现夹紧 ，查资料可知摩擦系数 f 为 用铰链增力机构，支承端的臂长为 100紧端的臂长 60 所以所需气缸力为F 2l/1l f=60 (100 斤力）。 夹紧力比较大，加紧比较困难。 二 分四块拉削 即 l =12削力lF=l F z=12 3=1170（公斤力） 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 11 取安全系数 n 为 总F= n1170=1755（公斤力） 因为拉刀后角 为 10 。 所以平行连杆接合面的力F =1755 10 =斤力） 垂直连杆接合面的力F=总F =1755 10 =斤力） 所需夹紧力为F/2f=2 1016（公斤力）。 采用铰链增力机构，支承端的臂长为 100紧端的臂长 60 所需气缸力 为F 2l/1l f=60 (100 斤力）。 这种加工方法所需气缸力相对较小，因此此拉削方式可以使用可以选用。 拉切削力的计算 如果是分层拉削，根据金属工艺学切削原理和刀具可知 拉刀的齿距 P=(L , L 为加工面的长度。由图 1， L=得 p= 根据上边连杆体结合面图可知 连杆体拉结合面的长度为 46拉削每齿进给量为 据金属机械加工工艺手册查得：每齿进给量为 拉刀切削刃每 1 毫米长度的单位切削力为 所以拉削力lF=l F z=46 4=斤力）。 取安全系数 n 为 总F= n斤力） 因为拉刀后角 为 10 。 所以平行连杆接合面的力F =10 =斤力） 垂直连杆接合面的力F=总F =10 =斤力） 夹具的夹紧装置是靠夹板施加的压力产生的摩擦力来实现夹紧，查资料可知摩擦系数 f 为 果采用铰链增力机构，支承端的臂长为 100紧端的臂长 60 所以所需气缸力为F 2l/1l f=60 (100 斤力）。 由于所需要的夹紧力也 太大。气缸的选取也比较困难，即使用增力机构也很难减少所需的夹紧力。因此采用分层的拉削方式也行不通。 采用分块拉削 根据金属工艺学切削原理和刀具可知 拉刀的齿距 P=(L , 由图 1， L=p=得拉刀接触的齿数z=L/p=38/于宽度不是均匀分布，所以取 z=3. 一 分两块拉削 即 l =23削力lF=l F z=23 3=斤力） 取安全系数 n 为 总F=n斤力） 因为拉刀后角 为 10 。 所以平行连杆接合面的力F =10 =斤力） 垂直连杆接合面的力F=总F =10 =斤力） 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 12 所需夹紧力为F/2f=2 斤力）。 夹具的夹紧装置是靠夹板施加的压力产生的摩擦 力来实现夹紧，查资料可知摩擦系数 f 为 用铰链增力机构，支承端的臂长 1l 为 100紧端的臂长 2l 为 60 所需气缸力为F 2l/1l f=60 (100 斤力）。 这种加工方法所需气缸力相对较小，因此此拉削方式可以使用可以选用。 根据以上数据可知，半精拉和精拉都要选用分块拉削的加工方法。 削加工时间的计算 根据金属机械加工工艺手册查得：精拉切削速度为 5m/半精拉 切削速度为 7m/ 半精拉的时间为00 4 116 精拉的时间0 2 83= 装卸时间各 10s 。 总T=0 30s。 缸的选取 气缸是气动夹具的动力部件。常用的有活塞式和薄膜 式两种结构形式。根据进气方式，他们可分为单向作用和双向作用；按气缸的使用和安装方式，又可分为固定的、摇摆的和回转的气缸三种。一般气动铣床夹具和钻床夹具，夹紧时活塞杆仅做直线运动，因此多采用固定的气缸。为了使位置紧凑，可把气缸直接嵌入家具体内，但是这种气缸的结构尺寸不能过大 100 150 根据上述计算数据， 半精 拉和精拉所需的夹紧力分别为在网上选取气缸，气缸列表如下图： 法兰型（ 缸外形尺寸 : 缸径 M B E G F W 2 7 22 30 47 10 26 4 12 32
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