多功能机用虎钳设计项目说明指导书.doc

摘 要随着社会迅速发展，公司间竞争力越来越大，各个公司都在通过先进技术提高自己竞争力，对于机械行业而言拥有新机床技术和新型夹具就显尤为重要。而我设计这种多功能机用虎钳正符合这一点。从多功能机用虎钳长处咱们看出：新型铣床夹具既适合于频繁更换毛坯尺寸场合，也适合于毛坯形状不同场合和批量生产场合，其通用性较高，在保证使用前提下，大大提高了加工效率，增大了生产率。因而在机械制造业竞争日益激烈时代下，必将有着辽阔应用前景。本论文基于铣床惯用夹具平口钳设计了一种多功能机用虎钳。该多功能机用虎钳设计了V形钳口板，扩大了虎钳夹持范畴。V形钳口板上设计了锥度比例为1:4燕尾槽，可实现迅速更换钳口功能。还设计了定位块安装在固定钳身上，在批量生产同一种零件时，无需重复对刀，即可运用定位块找正工件，大大提高了装夹零件效率。此外将传动螺杆设计为双线螺杆，在有效夹持范畴内装夹工件速度提高一倍。还对核心零件进行了构造设计和强度校核，以保证多功能机用虎钳工作可靠性。核心词：夹具 V形钳口 燕尾槽 定位块 目录摘 要1目录21.1课题背景、意义及目31.2国内外发展状况31.3机床夹具发展趋势41.4本文重要内容4第2章 多功能机用虎钳工艺分析与设计52.1 多功能机用虎钳设计方案52.2 多功能机用虎钳工作原理62.2.1 夹具构造及工作原理62.2.2 V形钳口板构造及原理72.2.3 定位块构造及原理10第3章 多功能机用虎钳核心零件设计和强度校核123.1 多功能机用虎钳核心零件材料选取123.3 螺栓设计和强度校核163.4 紧固螺钉设计和强度校核173.5 固定钳身构造设计19毕业设计总结20道谢21参照文献22第1章 绪论1.1课题背景、意义及目当代加工时综合应用计算机、自动检索、自动检测以及精密机械等高技术产物，是典型机电一体化产品，但是夹具作用也显得越来越重要。迄今为止，夹具是机电产品制造中华人民共和国必不可缺四大工具（刀具、夹具、量具、模具）之一。夹具在国内行业也正在逐渐形成一种依附于机床业或独立小行业。在当代模具生产中，随着对工件美观度及功能规定得越来越高，工件内部构造设计得越来越复杂，模具外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增长，相应模具构造也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高规定，不但应保证高制造精度和表面质量，并且要追求加工表面美观。其中铣床在模具制造加工中起作用很大，像模板加工都是需要铣床来加工，例如铣模板六面加工，模板导柱孔铣、镗，模具型腔加工，都是需要铣床来加工。但是，当前模具型腔大多数都已经在数控铣床或者加工中心上来加工了。但不论是数控铣床还是加工中心夹具都发挥着不可代替作用。铣床重要由定位装置、夹紧装置、夹详细、连接元件、对刀元件构成。铣削加工时，切削力较大，又是断续切削，振动较大，因而铣床夹具夹紧力规定较大，夹具刚度、强度规定都比较高。而在铣床加工过程中,夹具是保证加工质量、提高生产效率、减少生产成本、减轻劳动强度、减少对工人技术规定、实现生产过程自动化不可或缺重要工艺装备之一。1.2国内外发展状况当今世界各国制造业广泛采用数控技术、以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场适应能力和竞争能力，同步没有相应夹具是不能在短时间内生产处产品，夹具也可是不断演变，由以往夹具变成组合夹具，这样既可以节约成本也节约设计专用夹具时间。国内国内夹具始于20世纪60年代，当时建立了面向机械行业天津组合夹具厂，和面向航空工业保定向阳机械厂，后来又建立了数个生产组合夹具元件工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件800万件水平。20世纪80年代后来，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心孔系组合夹具系统，不但满足了国内国内需求，还出口到美国等国家。当前国内每年尚需进口不少NC机床、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。从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具重要生产国。当前国际上夹具公司均为中小公司，专用夹具、可调节夹具重要接受本地区和国内订货，而通用性强组合夹具已逐渐成熟为国际贸易中一种品种。关于夹具和组合夹具产值和贸易额尚缺少记录资料，但欧美市场上一套用于加工中心央具，而组合夹具大型基本件特别昂贵。由于国内在组合夹具技术上有历史积累和性能价格比优势，随着国内加入WTO和制造业全球一体化趋势，特别是电子商务日益发展，其中蕴藏着很大商机，具备进一步扩大出口良好前景。1.3机床夹具发展趋势当前中、小批多品种生产工件品种已占工件种类总数85左右。当代生产规定公司所制造产品品种经常更新换代，以适应市场需求与竞争。然而，普通公司都仍习惯于大量采用老式专用夹具，普通在具备中档生产能力工厂，里约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产公司中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造基本、（FMS）等新加工技术应用，对机床夹具提出了如下新规定：1、能迅速而以便地装备新产品投产，以缩短生产准备周期，减少生产成本；2）能装夹一组具备相似性特性工件；3）能合用于精密加工高精度机床夹具；4）能合用于各种当代化制造技术新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动和生产率；6）提高机床夹具原则化限度。1.4本文重要内容本文所设计多功能机用虎钳就是针对铣床上最惯用普通机用虎钳存在缺陷进行改进设计。采用一种办法设计一种通用夹具来满足不同截面形状毛坯规定，并能较为精准定位,且能减少夹紧工件时所需时间，从而大大提高生产效率。第2章 多功能机用虎钳工艺分析与设计2.1 多功能机用虎钳设计方案本设计基于惯用机用平口钳，设计了一种多功能机用虎钳，如图3.1和3,2所示。设计了一种V形钳口板，设计一种了定位块，并将原有单线螺杆改为双线螺杆。该V形钳口板安装在固定钳身上，变化了固定钳身钳口形状，V形钳口板与固定钳身之间采用燕尾槽连接，大大节约了安装和拆卸时间。定位块安装在固定钳身侧面，采用螺钉连接。固定钳身通过底部孔与底座上定位圆柱配合，固定钳身底部平面连接底座上平面，且固定钳身两侧设有紧固螺栓与底座连接在一起。固定钳身通过两块挡板与固定钳身之间间隙配合，通过螺杆和螺母传动，活动钳身可以在固定钳身上来回移动。活动钳身通过方形螺母与双线螺杆连接，通过旋转螺杆带动活动钳身先后运动。活动钳身还通过螺钉连接安装普通钳口板。通过上述方案,本设计可以在保证足够夹紧力使工件夹紧可靠状况下,大大缩短定位和夹紧工件所需时间,特别适合于批量生产和毛坯形状不规则场合使用，并且构造简朴紧凑、造型美观、制导致本低且零件磨损后便于更换。2.2 多功能机用虎钳工作原理2.2.1 夹具构造及工作原理 夹具构造如图3.1和3.2所示:图3.1多功能机用虎钳三维实体图图3.2多功能机用虎钳装配图 1、固定钳身 2、V形钳口板 3、钳口板 4、活动钳身 5、方块螺母 6、螺杆挡板 7、双头螺杆 8、底座 9、挡板 10、定位块 11、调节螺栓安装及工作原理：多功能机用虎钳构造构成如图3.2所示。 多功能机用虎钳是通过底座8固定在机床上。固定钳身1通过螺钉安装在底座8上，松开调节螺栓11上螺母，固定钳身1相对于底座转动一定角度，以满足不同加工需要。固定钳身1和V形钳口板2起垂直定位作用，固定钳身1上导轨平面起水平定位作用，V形钳口板通过燕尾槽与固定钳身配合。燕尾槽(1)处竖直平面与固定钳身是1mm间隙配合，这样避免了同一方向上有两个配合面利于加工，且钳口V形口最底部到燕尾槽竖直平面厚度设计超过了20mm，因而在夹持工件时强度足够。定位块10通过螺钉固定在固定钳身1上。钳口板3也通过螺钉装配在活动钳身5上。双头螺杆7通过方块螺母5装配在活动钳身4上可转动，螺杆挡板6使双头螺杆7固定在活动钳身4上。活动钳身4与固定钳身1之间为隙配合，通过方块螺母5和双头螺杆7一起装配在固定钳身1上，活动钳身4可沿着导轨平面先后滑动。挡板9通过螺钉与活动钳身固定以防止活动钳身4与固定钳身1脱离。转动双头螺杆7即可带动活动钳身4迈进或后退，从而达到夹紧和松开工件目。2.2.2 V形钳口板构造及原理 如图3.3是V形钳口板夹持工件示意图6。普通钳口板只能夹持长方体类工件，如果遇到像图示圆形截面工件就不便于夹紧了。而V形钳口板配上普通钳口板就属于三点固定，就可以夹持牢固。图3.3 V形钳口板夹持工件示意图V形钳口板：如图3.4和3.5所示，是一种新型可以夹持各种形状毛坯且可以达到迅速更换钳口板。图3.4 V形钳口板三维实体图图3.5 V形钳口板零件图V形口构造及定位原理：本设计钳口板采用V形，V形口设立成九十度。通用钳口板只能夹持长方体类毛坯，遇到圆形、半圆形毛坯就无法夹持。V形钳口板可以和普通钳口板相配合，实现三点定位，夹持以便、可靠。图3.6固定钳身三维实体图燕尾槽构造及原理：如图3.4和3.6所示，在V形钳口板上设计了一种燕尾槽构造，而在固定钳身上也设计了一种与之相配合燕尾槽，从而实现迅速更换钳口效果。燕尾槽通惯用作两个物体间相对运动,运动精度高,稳定。平口钳在夹持工件时只受垂直于钳口方向力，燕尾槽完全可以达到规定，不会影响钳口夹持效果。此外，还把燕尾槽设计了一种1:4锥度，上面大下面小。1:4锥度有一定楔紧力但不像莫氏锥度那样有自锁性，还可以达到定位效果。这样既不影响钳口迅速更换，也防止了钳口上下晃动。在燕尾槽主线设计了圆柱孔，是为了便于加工。固定钳身和V形钳口装配示意图如图3.7所示。图3.7固定钳身和V形钳口装配示意图 此外我还基于平板钳口板设计了一种加燕尾槽钳口板，便于在加工长方体类零件时更换使用。其燕尾槽原理和V形钳口板原理同样。如图3.8和3.9所示。图3.8平板燕尾槽钳口板三维示意图图3.9平板燕尾槽钳口板2.2.3 定位块构造及原理 如图3.10和3.11所示，是定位块零件图和三维实体图7。由于在整个机加工中定位块只是起一种定位工件作用所受力不大，因此对其力学性能规定不严。定位块构造很简朴，就是依照平口钳大小，选取一种适当尺寸加工长方体。定位块通过螺钉固定在固定钳身上。图3.10定位块零件图图3.11定位块三维实体图 如图3.12所示，是定位块和固定钳身装配示意图。定位块和固定钳身采用螺钉连接，固定在固定钳身侧面。在批量生产同一种工件时，将每一种工件都靠在定位块上，只需要对第一种毛坯进行对刀即可，当更换毛坯时无需重复对刀，大大节约了对刀找正时间，提高了加工效率。图3.12定位块和固定钳身装配示意图第3章 多功能机用虎钳核心零件设计和强度校核3.1 多功能机用虎钳核心零件材料选取 机用平口钳形状比较复杂，不易直接加工8。因此其底座和活动钳身，固定钳身普通选用锻导致型。其双头螺杆选用45号圆钢车削而成，钳口板要有一定硬度，可选用T12A。45号钢性能如下： 特性及合用范畴：是强度较高一种中碳优质钢，因淬透性差，普通以正火状态使用，机械性能规定较高时，采用调质解决。冷变形塑性中档，退火和正火切削加工性比调质好。用于制造强度规定较高零件，如齿轮、轴、活塞销等和受力不很大机械加工件、锻件、冲压件和螺栓、螺母等。 力学性能材料牌号：45 化学成分:材料名称：优质碳素钢 材料化学成分构成标 准 号：GB699-88 元素 比例(%)试样状态：退火钢 碳 C ：0.420.50抗拉强度：600 (MPa) 铬 Cr ；0.25屈服强度：355 (MPa) 锰 Mn ；0.500.80延 长 率：16% 镍 Ni ；0.25断面收缩率：40% 磷 P ；0.035布氏硬度：197 (Hblack eye 硫 S ；0.035特性及应用： 硅 Si ；0.170.37未热解决时：HB229热解决：正火冲击功：Aku39J3.2 螺杆设计和强度校核多功能机用虎钳工作原理是用扳手转动双头螺杆，通过传动螺母带动活动钳身移动，形成对工件夹紧与松开。该螺杆采用双线螺纹，要比单线螺纹速度快一倍，因而可以减少一半夹紧毛坯时所需时间，提高加工效率。双头螺杆零件图如图4.1所示。图4.1双头螺杆零件图传动件设计计算9在夹具工作中，重要设计为丝杠螺母传动。由于采用摩擦传动，因而设计时应从耐磨性着手。螺杆采用45钢，梯形螺纹，牙型角30，线程数取2，螺距取6mm。螺母采用剖分式，=3，青铜材料。滑动螺旋副磨损与螺纹工作面上压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素关于，其中最重要是螺纹工作面上压力，压力越大螺纹副y越容易磨损。因而，滑动螺旋副耐磨性计算，重要是限制螺纹工作面上压强P。其强度条件为： （7.27） （式中Fa为轴向载荷，N；d2为螺纹中经,mm；h为螺纹工作高度,mm;z为螺纹工作圈数，不适当超过10圈;P为许用压强，MPa；） 为了设计以便，令，H为螺母高度;,带入公式（7.27）便可决定设计公式，即 （7.28） 对于梯形螺纹，h=0.5p,为 （7.29）对于整体螺母，由于磨损后不能调节间隙，为使受力比较均匀，取1.22.5;其中，查表7.8得P=1118MPa,Fa=50N，因此由于丝杠径向尺寸较长，故取d2较大值为20mm。丝杠传动效率及驱动力矩：效率： ：导程角： ：诱导摩擦角： ，为牙型半角。 查表9-5，摩擦系数f=0.080.1，取0.1，则： ，驱动力矩： 刚度校核： 其中，45钢， 因此刚度满足设计规定。螺杆强度校核：螺杆受轴向压力F和扭矩T作用，螺杆危险截面上既有压缩应力，又有剪切应力。依照第四强度理论，螺纹危险截面强度条件为 （7.31）（为危险截面当量应力，MPa；螺纹小径，mm；T摩擦力矩，Nmm;螺杆材料许用应力，可查表7.9，MPa。因此螺杆强度满足设计规定。螺纹牙强度校核图4.2螺纹牙强度校核普通螺母材料低于螺杆，因此只需校核螺母螺牙强度，将一圈螺纹展开并把它看做悬臂梁，如图4.2所示，螺牙根部受到弯曲应力和剪切应力，其强度条件为： （7.32）（式中，为螺母大径处弯曲应力，可查表7.9，MPa,;b是牙根厚度，对于梯形牙b=0.65p。）d=22mm,b=0.65p=3.9mm,z=6则: 剪切强度 （7.33）（式中是螺母材料许用切应力，可查表7.9，MPa） 因此螺母螺纹牙设计强度满足规定。3.3 螺栓设计和强度校核 底盘和铣床加工面采用M6螺栓连接，其受力分析和强度校核如下所示：受横向载荷紧螺栓连接基本形式如图4.3所示：图4.3受横向载荷紧螺栓连接 由于在加工过程中，螺栓连接属于承受横向外载荷紧螺栓连接。图4.3所示为普通螺栓连接，被连接件承受垂直于螺栓轴线横向载荷。由于处在拧紧状态，螺栓受预紧力作用，被连接件受到压力，在接合面之间产生摩擦力（为接合面间摩擦系数）。若满足不滑动条件 则连接不发生滑移。考虑螺栓个数、连接可靠性及接合面数目，上式可改为 （7.7） 式中，横向载荷，N，取=300N； 接合面摩擦系数，可查参照资料1：表7.2，取=0.13； 接合面数目； 可靠性系数，取1.11.3； 螺栓个数。 求出750N后即可按下式进行强度计算： （7.6） 式中，紧螺栓连接地许用应力，可查参照资料1:表7.4，MPa。 = 螺栓选取合金钢M6螺栓， 可查参照资料1：表7.5，可知紧螺栓连接安全系数S可取5 。 可查参照资料1：表7.3，可取屈服强度=360MPa。= 因此，螺栓可以承载横向载荷，而不会变形，保证了加工安全精度。 3.4 紧固螺钉设计和强度校核如图4.4和图3.6是采用螺钉连接。选用M4共4个螺钉固定连接。图4.4垫板图4.5垫板零件图我设计出来底板是与固定钳身采用普通螺钉连接，就靠接合面上摩擦力来承受外载荷，接合面处在受剪切作用，螺钉与被连接件孔壁互相挤压，因此应按挤压及剪切强度条件进行计算。螺钉剪切强度条件为： (7.13)式中，m螺钉受剪切面数目； 螺钉材料许用切应力，可查参照资料11：表7.4 。螺钉与孔壁间挤压强度条件为： （7.14）式中，横向载荷，N； 螺钉杆直径，mm； 螺钉与孔壁接触面最小长度，mm； 螺钉与孔壁中较弱材料许用挤压应力，可查参照资料11：表7.4 。取横向力F=1KN，则由F引起剪切力,m=1 因此螺钉满足强度设计规定。3.5 固定钳身构造设计如图3.6所示，是固定钳身三维实体图。图4.6是固定钳身零件图。固定钳身在整个夹具中起着很重要作用，它是直接承载工件部件，是整套夹具支撑件，起着导向定位作用。固定钳身上平面两边设计有5mm高凸台，由于定位平面加工规定较高，这样设计减小了加工难度，并且该平面也要与活动钳身相配合，设计两个凸台更利于两者之间配合。固定钳身钳口设计了一种上大下小、锥度为1:4燕尾槽。这样设计是为了和V形钳口板更好配合。采用燕尾槽连接处可以不用螺栓来连接，大大节约了钢铁。1:4锥度有一定楔紧力使V形钳口定位在固定钳身上，但它没有自锁性，拆装也比较容易。4.6固定钳身装配毕业设计总结至此这次毕业设计论文工作已经圆满结束。结识到毕业设计是一种从新学习过程和检查学习知识过程，也体会到了将学习东西用于实际设计中去乐趣。毕业设计中，从论文题目拟定、到每一零部件设计，都需要收集大量资料。想好设计思路，然后按照这个设计思路进行设计。在设计过程中体会到要竭力把每一种章节都做好，注重每一种细节，严格遵守毕业设计规范规定，尽量挖掘自己能力，努力做到最佳。设计是一种创新过程，通过设计掌握更多知识，并且可以理解更多新知识和信息，要说也是一种学习过程，从第一章对铣床简介到通用铣床夹具理解，到最后一章零件强度校核，耗费了诸多时间、精力,翻阅了好多资料。总之，做好毕业设计并不是一件容易事。 本设计是基于惯用机用平口钳设计。平口钳由于装夹以便、夹持可靠在我校加工中心培训和普通铣床实训中被广泛采用。但咱们在使用中也发现它也有某些局限性之处，重要有通用性低，定位精度低，传动效率较低。针对上述普通平口钳缺陷设计一种新型铣床通用夹具，以满足实际生产需要，设计了一种多功能机用虎钳，设计了一种可以和平板钳口相更换带燕尾槽V形钳口，新型铣床夹具可以夹持圆柱体、半圆柱体、长方体等，并且可以实现迅速更换。此外还在固定钳身上设计了一种定位块，批量生产同一种零件时无需重复对刀，将原有螺杆改为双头螺杆，使得夹紧工件时间提高一倍。这一系列设计使新型铣床夹具通用性得到提高。同步，随着社会迅速发展，给加工制造行业巨大社会冲击力，而作为一种迅速新型夹具，在日益迅速紧张化社会，必有一席之地。通过对这次毕业论文设计工作。也使我长了不少知识。譬如此前CAD不太纯熟在设计过程中这方面水平也提高了，Pro/E知识也得到巩固，操作更加纯熟。由于水平有限，在设计中难免浮现这样或那样问题，这就规定自己后来勤于学习、钻研行业及专业知识，努力提高专业技术水平。道谢两个月毕业设计接近尾声，回眸那些奔波、查阅、探讨、挑灯夜战日子，记忆犹新。通过这次毕业设计锻炼，我对此前在校期间掌握知识印象更加深刻，并且学到了诸多课本上学不到东西。在这几种月设计过程中，我遇到了许多问题，得到了教师和同窗大力协助，特别是郭秀华教师，她耐心辅导及指点予以了我极大协助。在此，对郭教师教诲表达衷心感谢。在这次机械设计课题中，有一定绘图工作量。因而，我有不少图纸需要教师来指引和检查。每次答疑时，教师更是仔细、耐心。认真检查我图纸每个细节，指出其中错误和局限性之处，给我提出较好改进方案。由于咱们不能每时每刻找教师答疑，经常与同窗进行讨论，她们指点也给我很大协助。最后，由衷感谢教师悉心指引和热忱勉励，还要感谢协助过我同窗们。参照文献1 蔡耀辉，贾玉兰主编.实用机械设计手册M.北京：机械工业出版社，1994.1,189-7902崔正昀，机械设计基本M.天津大学出版社，.8，412-4243 杨黎明，机床夹具设计手册M.北京，国防工业出版社，1996.5，1-1884 邱言龙，铣工实用技术手册M.北京：中华人民共和国电力出版社，.9,，410-4585 李应洲，实用机床附件手册M.河南科学技术出版社，.2,1-1646 高玉芬，朱凤艳主编.机械制图M.大连理工大学出版社，.1，3-2047 皮智谋，工程力学M.西安电子科技大学出版社，.11,61-938 曹萍，机械设计M.北京：化学工业出版社，.4,41-165 9 陈立德，机械设计基本M.高等教诲出版社，.2，88-118