项目五任务1、气压结合夹持式夹具的设计(外夹与内撑).pdf

气压结合夹持式夹具的实训气压结合夹持式夹具的实训气压夹持式夹具的设计（外夹与内撑）项目五 气压夹持式夹具的实训任务一气压夹持式夹具的设计内容有哪些？导入如何进行结构件设计和外购件选型？目 录学习目标知识准备任务实施主题讨论1学习目标外购件参数确定及选型知识目标学习目标2夹具的结构件设计3夹紧力计算1.外购件参数确定及选型学习重点2.夹具的结构件设计知识准备气压夹持式夹具的组成及各部分的作用1.气动元件：气缸/动力源，提供夹紧力。2.夹持机构：俗称“夹爪”，完成夹持动作；3.同步机构:保证左右活塞同步运动，左右夹爪同步合拢和张开，使夹具的定位中心保持不变。4.导向机构：对夹爪和工件起到支撑和导向作用。承担工件和夹爪的重量。使左右夹爪保持直线运动，姿态不变。1.活塞夹紧力计算及气缸选型1）计算初始条件工件外径（mm）65工件内径（mm）55工件高度（mm）100材料（密度）（吨/M3）45钢（7.8）工件/夹爪摩擦系数无润滑0.152）工件为空心圆柱体，质量为：D1外径（mm）；D2内径（mm）；H高度（mm）；材料密度（吨/m3）任务实施3）夹紧力计算工件/夹爪摩擦力F=FJ、工件/夹爪摩擦系数；FJ、夹紧力（N）；以工件为研究对象：2F=mg；所以：）（、NmgFJ64.715.028.9234.024）气缸选型满足三个条件：a.为确保夹具对工件夹紧可靠，实际夹紧力FJ=10FJ、=76.4N。b.考虑生产现场用气量大，供气不稳定等原因，按照最低供气压力0.3MPa进行选型。c.夹具以活塞杆推出（OUT）作为夹紧行程。满足上述条件的最小气缸直径是20mm：输出推力94N76.4N，满足夹紧力的要求。任务实施2.气缸选型及结构参数的确定SMC是世界著名的气动元件综合制造商,气动元件的全球市场占有率高达26%,在工业生产高度自动化的日本市场,其占有率更是超越61%。SMC气缸分为:“标准型”、“大缸径（最大200mm）”“长行程（最大300mm）”根据上述计算，气缸选型确定为标准型、缸径20mm。任务实施2.气缸选型及结构参数的确定本夹具采用单方向顶推的夹紧机构，因此采用单杆气缸;为便于活塞的双向控制，同时提高活塞的回程速度，采用单杆双作用气缸。任务实施气缸的基本形式确定后，需要进一步确定气缸型号。气缸型号以气缸的结构参数命名。结构参数归纳成7个项目（如图）;下面逐一介绍这7项结构参数的含义及确定方法。2.气缸选型及结构参数的确定（1）安装方式（如图5-1-5）表示气缸安装在夹具上的固定连接结构；有通孔、两端螺纹、脚座、杆侧法兰、无杆侧法兰、双耳环6种选择形式任务实施2.气缸选型及结构参数的确定 B型（通孔型）（缸径20mm）安装尺寸：安装螺栓孔：通孔5.5mm，沉孔9mm，深度7mm；安装螺栓：M5,长度随气缸行程不同；安装螺栓孔位置：水平/垂直间距，均为25.5mm；杆端内螺纹：M50.8，深度7mm；活塞杆直径：10mm；外廓尺寸：端面3636mm；气缸长度（19.5+行程）mm，随气缸行程不同；任务实施为保证气缸与夹具连接牢固，通孔型气缸固定螺栓的伸出长度C规定为7.5mm；在设计夹具的气缸安装板时，板的厚度应保证大于7.5mm；螺栓杆部的长度D视气缸行程而定，气缸行程越长，螺栓长度也越长。2.气缸选型及结构参数的确定任务实施上述安装尺寸中，“安装螺栓”及“安装螺栓孔位置”尺寸与结构件“气缸安装板”的匹配如图（图中画圈尺寸）。2.气缸选型及结构参数的确定任务实施b.其它5种安装方式2.气缸选型及结构参数的确定两端螺纹孔或安装附件。两端螺纹孔：优点：气缸安装板上配合孔不需要加工螺纹，制造更容易。缺点：在安装板背面拧螺栓，容易与夹爪及导向机构发生干涉。“杆侧安装法兰”和“无杆侧安装法兰”：在气缸前后端面连接有矩形法兰附件，通过法兰与夹具固定，只需两个螺栓，安装更方便。任务实施2.气缸选型及结构参数的确定“脚座”：夹具结构不适合与气缸的端面安装固定时，通过脚座转换安装方向，底面与夹具连接。“双耳环”：在无杆侧安装有一对耳环，与夹具铰链连接，用于气缸摆动工作的场合。通过上述安装形式的分析对比，选择“B型（通孔型）”气缸。任务实施2.气缸选型及结构参数的确定（2）形式（如图5-1-5/）气压式，气液联动式空气可压缩性，活塞速度随负载而变化。多数情况下对活塞速度的稳定性要求不高，采用气压式即可满足要求。在对活塞速度稳定性要求较高的场合，采用气液联动式。气缸产生动力，油缸提供阻尼力，油缸阻尼力大小与活塞运动速度成正比，起到稳定活塞速度作用。任务实施2.气缸选型及结构参数的确定（3）气缸直径（如图5-1-5/）供应商按一定的尺寸间隔设定气缸的直径，由用户选用。在“任务实施1.活塞夹紧力计算及气缸选型”中，已经通过计算选定了气缸直径为20mm。（4）通口螺纹的种类（如图5-1-5/）气缸连接气管的孔口，通过内螺纹与管接头连接，同一螺纹规格有不同通径状态的接头。供货状态下，通口用塑料堵头封堵，防止杂物落入。任务实施2.气缸选型及结构参数的确定（4）通口螺纹的种类（如图5-1-5/）小缸径（1225）采用的公制M螺纹，大缸径（32100）采用各种管螺纹：“G”55圆柱管螺纹，非螺纹密封，国标查阅GB/T7307-2001；“RC”英制密封圆锥内管螺纹；国标查阅GB/T 7306.2-2000；“NPT”美国标准60密封圆锥管螺纹，国标查阅GB/T12716-1991。采用圆锥管螺纹的通口在旋入管接头时，接头旋入越深螺纹配合越紧密，具有更好的密封性。任务实施2.气缸选型及结构参数的确定（5）气缸行程（如图5-1-5/）SMC以5mm间隔设定气缸的标准工作行程供选用，行程越长，缸筒长度也越长。对于在标准行程之间的特殊行程要求，可以定制，方法是采用较长一级气缸的缸筒，通过在缸筒内侧两端增加垫片来减小气缸行程。气缸行程应大于夹具的工作行程，且与直线导轨和夹具连接板长度有关，将在后面夹具连接板设计中一并计算确定。任务实施2.气缸选型及结构参数的确定（7）可选项（如图5-1-5/）气缸两端的结构形式，有无缓冲装置。可以选择活塞杆前端的连接螺纹是内螺纹或外螺纹。由于活塞往复运动时，在两端极限位置对缸筒有很大的冲击力，可以选择带缓冲垫的气缸（下图、）。（6）作用方式（如图5-1-5/）单作用，双作用。一般采用双作用方式，便于活塞的双向控制。任务实施3.夹具的总体设计总体结构夹具连接板是夹具的基础构件，两端各安装有气缸安装板；两侧气缸分别安装在各自的气缸安装板上；活塞杆穿过气缸安装板的中心孔，与安装板内侧的气缸连接板及夹爪通过浮动接头连接；这样，气缸固定在安装板外侧，活塞杆伸缩运动时，穿过安装板，带动安装板内侧的气缸连接板及夹爪往复运动。任务实施3.夹具的总体设计（1）左右夹爪的同步同步机构采用齿轮齿条机构。上下齿条分别与左右夹爪固定；上下齿条的齿面相对，同时与中间的一个小齿轮啮合；这样，两根齿条通过中间共同啮合的小齿轮的约束而保持等速运动，保证左右夹爪运动速度相等，使两V型块的对称中心始终不变任务实施3.夹具的总体设计（2）导向机构气缸水平安装；夹爪以及所夹持的工件重力对于活塞都是横向载荷；对气缸工作非常不利；导向机构作用：承担上述重量，使活塞仅负责提供夹持所需的推力；在夹爪往复运动时起到引导作用，保证夹爪的位置精度及姿态端正。任务实施3.夹具的总体设计（3）活塞杆的弹性连接由于夹具精度或者横向载荷等原因，可能使夹紧力方向与活塞杆中心不重合，导致活塞杆弯曲、杆支撑轴承和杆密封件磨损等情况。活塞杆前端通过浮动接头与夹爪连接，通过内置的弹性元件，可以消除上述误差，解决偏心问题，延长气缸使用寿命。任务实施3.夹具的总体设计（4）其它结构框架结构夹具连接板和左右气缸安装板构成一个三面框架结构，这是夹具的基础；三面框架结构刚度较差；加装长条形加强板，形成封闭的框架结构，大大增强其刚度。安装法兰整个夹具安装在机器人的工具安装法兰上；在夹具连接板上固定安装法兰，上面的定位销孔与机器人安装法兰的定位销孔相匹配。任务实施4.直线导轨的结构参数确定V型块宽度47与滑板的长度尺寸L1匹配，且L1应略小于47；查表可知，满足条件的滑板外廓尺寸是：长宽高=L1WH=42.43216。滑板外廓尺寸确定后，确定导轨长度，L=nF+2G。式中：F固定螺栓孔间距；G两端螺栓孔到导轨端头距离；n=螺栓孔数量-1。初定螺栓孔数量为2，n=2-1=1，查表：F=40,G=15；导轨长度L=40+215=70mm。任务实施5.计算夹具连接板的尺寸初定夹具连接板长度=2导轨长度L+预留小齿轮轴直径=270+20=160mm。（1）尺寸标注如图（图中画圈尺寸）：夹具连接板长度=160mm；导轨连接螺栓间距=40mm；导轨连接螺栓中心到板边缘距离=15.5mm。任务实施5.计算夹具连接板的尺寸（2）宽度方向尺寸匹配：夹具连接板两侧端面螺纹孔M50.8，间距=60mm，与气缸安装板台阶通孔间距60mm匹配。夹具连接板宽度80mm与气缸安装板宽度80mm匹配。夹具连接板气缸安装板任务实施5.计算夹具连接板的尺寸（3）校验夹具连接板长度：以上夹具连接板长度160mm按照直线导轨长度确定；还需根据工件尺寸、夹爪尺寸、活塞行程进行校验，检查两气缸安装板间的空间尺寸能否满足夹爪开合和夹持工件的要求。浮动接头选型活塞杆与夹爪之间的连接件。根据已选定的缸径20气缸，活塞杆端部内螺纹M50.8，深度是C=7mm；确定浮动接头螺纹规格是“5-0.8”，外螺纹长度L1=6mmC，有清根槽，螺杆部分可以完全沉入活塞杆端部的螺孔。任务实施5.计算夹具连接板的尺寸建立计算夹具连接板长度的尺寸链e活塞完全缩回时，活塞杆露出长度（图5-1-6/L=4.5）；a浮动接头露出部分长度（图5-1-17/L2-L4=16.5-4.1=12.4）；b气缸连接板厚度=12；cV型块尺寸=27.3（图5-1-15）dV形槽根部到工件圆心距离=r/cos=32.5/cos30=37.5f=a+b+c+d+e=93.7mm94mm。修正夹具连接板的长度S：预定夹爪张开时，与工件的单侧间距W=10mm；气缸安装板厚度V=10mm；S+2V=2（W+f）S=2(W+f-V）=2(10+94-10）=188mm。任务实施6.位置校验及活塞行程的确定（1）校验直线导轨的位置直线导轨安装孔中心与夹具连接板两端的距离15.5mm不变；夹具连接板加长距离=188-160=28mm，单边加长14mm；按照小齿轮轴直径预留20mm计算，直线导轨右端与小齿轮轴边缘的距离由原来的-0.5mm加大为13.5mm。任务实施6.位置校验及活塞行程的确定（2）工件位置的校验夹具连接板的长度加长后，直线导轨与工件中心的距离加大，需校验两者的位置关系；工件半径32.5mm，直线导轨右端超过工件左侧边缘，因此直线导轨行程能够满足夹持工件的要求。任务实施6.位置校验及活塞行程的确定（3）确定活塞行程在计算夹具连接板长度时，预定夹爪张开时，与工件边缘的单侧间距W=10mm；即活塞行程应大于10mm，如图，20缸径的气缸，活塞行程取15mm。任务实施讨论问题 气压夹持式夹具外购件有哪些？气缸的安装尺寸有哪些？主题讨论通过本任务的学习，我们掌握了气压夹持式夹具设计的步骤和基本方法，为后面学习吸附式夹具设计奠定了基础。小结谢谢观看谢谢观看