弹性夹套新式快速平口钳设计

弹性夹套新式快速平口钳设计姓名： 专业：机械设计制造及其自动化摘 要平口钳又名机用虎钳，是一种通用家具，在工业上有着广泛的用途，它是铣床、钻床的随机附件，用于安装待加工工件进行切削加工。在现代机械制造中尤其是数控加工中，平口钳是必不可少的，它起固定夹紧工件的作用，从而有利于机加工。平口钳的制造好坏与它可以实现的功能在保证零件精度和加工范围方面发挥着重要作用。随着社会的发展，平口钳逐渐成为了机械行业中的一种产业，采用规模化经营的理念进行生产。这就对平口钳的精度和应用范围有了更高的要求，如果精度和应用范围达不到要求供货商就会产生大量废品甚至整批零件报废，这将给企业带来较大的经济损失。因此，我的毕业设计就如何提高平口钳的效率进行探讨，提出了两种易于实现的方案，并对其结构，功用等进行了分析阐述，在原有的快速紧固平口钳基础上加以改进设计，旨在优化现有平口钳的生产与作用，减轻劳动强度，提高生产效率。关键词：平口钳 加工精度 弹性夹套Abstractparallel-jaw vice or machine vise, is a universal furniture, has a wide range of USES in the industry, it is a milling machine, drilling machine accessories, used to install for machining on machining.in the modern machinery manufacturing especially in nc machining, flat pliers is indispensable, it ACTS as a fixed clamping workpiece, which is helpful to machining. Parallel-jaw vice manufacturing quality and it can realize the function in guaranteeing precision parts machining range and play an important role. With the development of the society, flat pliers gradually becomes one of the machinery industry industry, using the concept of scale management. The precision and application range of flat pliers with higher requirements, if the accuracy and application range can not meet the requirements the supplier can produce a large number of discarded waste and even the whole batch of parts, which will bring large economic losses. My graduation design, therefore, discusses on how to improve the efficiency of the flat pliers, proposes two easy to implement, and its structure, function and so on are analyzed in this paper, aimed at optimizing production and function of existing flat pliers, reduce labor intensity, improve production efficiency.Keywords： flat pliers machining precision flexible jacket目 录1. 绪论12. 快速紧固平口钳方案分析32.1方案一 快速开合螺母式紧固平口钳32.2方案二 快速弹性夹套式紧固平口钳63.弹性夹套新式快速平口钳设计103.1弹性夹套新式平口钳结构设计103.2弹性夹套新式平口钳装配结构设计133.3弹性夹套新式平口钳零部件的设计及计算203.4弹性夹套式平口钳使用说明书23总结24致谢25参考文献26 弹性夹套新式快速平口钳设计1 绪论平口钳在制造业中起着关健作用，平口钳精度的好坏直接影响着产品质量，从一个制造企业来讲，精度关系着获得的利润。但我国很多企业由于各种原因生产出的夹具精度非常差，达不到要求，更不会实现较好的利润。夹具的创新也没有明显突破，导致可以加工的零件类型受到限制。作为机加工中常用的平口钳夹具而言，普通平口钳加工范围受到极大限制。这极大地影响了平口钳的适用范围。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（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： 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； 能装夹一组具有相似性特征的工件； 能适用于精密加工的高精度机床夹具； 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 采用以液压站等为动力源的高效紧固装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； 提高机床夹具的标准化程度。 机械加工中大多是采用在通用机床上安装各种夹具，辅助夹具及刀具等进行产品零件的生产，工艺准备工作比较繁重。其中，夹具设计和制造的工作量显得更为突出，往往成为生产准备工作的关键。如何提高压缩机精度，降低生产成本是急需解决的问题。采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和紧固，显著地减少了辅助工时；用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效紧固机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。 使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等紧固装置时，可减轻工人的劳动强度。2 快速紧固平口钳方案分析宝鸡是我国重点建设的老工业基地，装备制造业优势突出，有重型汽车、数控机床、精密磨床、电子仪器仪表、石油钻采设备、铁路桥梁及钛材生产等企业。它们在生产加工中都离不开平口钳这个设备，平口钳精度的好坏直接影响产品质量和生产效率。为了保级重工业的发展，现对以下几种方案进行分析。2.1方案一 快速开合螺母式紧固平口钳1、快速开合螺母紧固台虎钳工作原理图2.1-1是一种新型快速开合螺母紧固台虎钳，这种台虎钳的新颖之处是它的机心采用了特殊的开合螺母机构，实现了台虎钳的快速紧固功能。这种台虎钳的手柄不管从哪个位置开始逆时针转动，只要转到垂直方向就会被自动阻止，这时，螺杆与组合螺母轴向脱开，活图2.1-1 快速紧固台虎钳动钳体可以在固定钳体上自由推拉，实现台虎钳对工件的快速装夹。如果台虎钳的手柄按顺时针转动，组合螺母就会和螺杆自动旋合，实现传统的螺纹传动并对工件实施紧固。 图2.1-2 开合螺母 图2.1-3 机心结构图2.1-3是这种台虎钳机心的实物结构，螺母座1的螺孔后面加工有同轴光孔并在周向上开有90度的限位槽，带有限位螺钉3的活动螺母2被装在光孔内并被限定在0-90度范围内转动，活动螺母2的后面是爪片4，爪片4中间有一个与螺杆7横截面相同的孔，这样爪片4可以随螺杆7转动并可以在轴向上滑动，爪片上的棘爪可以带着活动螺母2 转动。后盖6通过弹簧5 把活动螺母2和爪片4压装在螺母座1的光孔内。螺母座1和活动螺母2上的螺纹与螺杆上的螺纹做对应去除。所示是台虎钳手柄逆时针转动到垂直位置时螺杆与组合螺母脱开的状态。螺钉3被限定在垂直位置上，棘爪的直面不能从活动螺母2携带的缺口中跃出，手柄阻止在垂直位置不能继续逆时针转动，这时螺杆上的螺纹正好处在螺母座1和活动螺母2对齐的螺纹缺口中。当手柄带动螺杆7做顺时针转动时，棘爪的斜面带着活动螺母2 转动，转动90度时，螺钉3被限定在水平位置上，活动螺母2不能继续转动并与螺母座1上的螺纹形成互补，而棘爪的斜面可以跃出活动螺母上的缺口继续转动，从而实现螺杆7与组合螺母之间的螺纹传动。2、快速开合螺母紧固台虎钳的特性这种台虎钳的新颖之处是它的机心采用了特殊的开合螺母机构，组成简练，结构紧凑，装夹速度快、提高工作效率、减轻劳动强度等优势。使用材料为HT250 球墨QT易生锈，局部强度危险；加工范围有限。2.2方案二 快速弹性夹套式紧固平口钳1、快速紧固平口钳的工作原理图2.2-1所示为弹性夹套，其上开有三条均匀分布的槽，从而使弹性夹套形成均匀分布的三个圆柱卡爪，没有紧固时三个圆柱卡爪的圆柱面与紧固圆杆的外圆柱面是间隙配合，此时手柄可以推拉紧固圆杆，使其在弹性夹套的圆柱孑L内自由移动，从而带动活动钳身前后移动。需要紧固时将工件放人钳口，推动手柄使活动钳身向前移动，活动钳口压住工件，同时顺时针旋转手柄，带动紧固圆杆回转，通过导向平键使紧固螺柱在固定螺母中回转并产生轴向移动，将弹性夹套压入固定锥套中使弹性夹套变形，三个圆柱卡爪同时抱住紧固圆杆的外圆柱面，由于紧固螺柱和固定螺母旋紧后能自锁，弹性夹套上的三个卡爪始终抱住紧固圆杆使其不能轴向移动，从而使活动钳身不能移动，达到紧固工件的目的。需要松开工件时逆时针旋转手柄，此时紧固螺柱回转并轴向移动，弹性夹套上的三个圆柱卡爪松开紧固圆杆，同时拉动手柄使紧固圆杆沿导向平键后移，带动活动钳身也向后移动，此时工件即被松开。图2.2-1 弹性夹套 2、快速紧固装置结构图2.2-2 快速紧固装置简图1、2、5、l6螺钉；3、15挡圈；4手柄；6紧固螺柱；7导向平键；8固定螺母；9弹性夹套；10固定锥套；11紧固支座；12支座端盖；13紧固圆杆；14活动钳身；17固定钳身座用螺钉安装在固定钳身上，支座端盖用螺钉安装在紧固支座左端，固定锥套的内锥面与弹性夹套的外锥面配合后装入紧固支座的孔中，固定螺母用螺钉安装在紧固支座右端，紧固螺柱通过右旋螺纹旋合在固定螺母中，导向平键用螺钉安装在紧固螺柱的内孔中，紧固圆杆上开有长键槽，与导向平键配合后装入弹性夹套的圆柱孔中，二者之间为间隙配合。在紧固圆杆左端，通过挡圈和螺钉将活动钳身与紧固圆杆连接，形成能够相对回转的可动连接；在紧固圆杆右端，手柄通过其上的方孔与紧固圆杆上的方榫进行定位，并通过挡圈和螺钉紧固在一起。3、紧固装置零件设计(1) 紧固圆杆快速紧固装置主要靠紧固螺柱和固定螺母旋合后的轴向移动，推动弹性夹套轴向移动进而压入固定锥套中，然后通过紧固紧固圆杆来紧固工件。在快速紧固装置中，为了实现快速紧固，活动钳身必须能够快速移动。为解决这个问题，我们将传统虎钳的紧固螺杆改成圆杆；同时为了能够带动紧固螺柱回转，又在圆杆上开了长键槽，以便与紧固螺柱的导向平键配合，从而达到带动紧固螺柱回转的目的。紧固圆杆结构如图2.2-3所示。图2.2-3 紧固圆杆图2.2-4(改进后的弹性夹套)(2) 弹性夹套设计由于弹性夹套与紧固圆杆之间的紧固力大小主要与两者间的接触面积有关，如果采用图2.2-2所示的弹性夹套，紧固时由于夹套大端到小端变形不均匀，各接触面积上的紧固力也不均匀；为保证紧固的可靠性，增加弹性锥形夹套与紧固圆杆之间的接触面积，对图2.2-2所示的弹性夹套进行了改进，改进后的弹性夹套如图2.2-4所示。将夹套两端各开三条均匀分布的槽，这样当弹性夹套轴向移动而压入锥套中时整个夹套均匀变形，弹性夹套内的圆柱孔与紧固圆杆的圆柱面紧密接触，大大增加了两者之间的紧固力，从而提高了紧固的可靠性。4、快速弹性夹套紧固台虎钳的特性这种台虎钳的新颖之处是它的机心采用了先进的弹性夹套机构，耐磨损寿命长，精度高，质量好，操作简单，装夹速度快、效率高、有效减轻劳动强度等优势。采用高质量的钢材料，外观简练。但制造难度大，成本高，所需要的毛坯要求高。3 快速弹性夹套新式平口钳设计我将在上述的两种平口钳的理论基础上综合各自的优缺点加以分析最终选择方案二快速弹性夹套进行设计加工，再加上一个分度盘以实现可旋转功能。3.1 弹性夹套新式平口钳的结构设计 1、整体结构（图3.1-15）图3.1-1图3.1-23.1-3图3.1-4图3.1-52、钳体结构（图3.1-6）钳身结构简单易加工易于保证形位公差精度。图3.1-63、快速紧固结构（图3.1-7）图3.1-74、旋转结构 （如图3.1-8）采用最常见的分度盘结构，进行部分改造。图3.1-85、应用范围 可用于普通或数控铣床、钻床、磨床、刨床等。3.2 弹性平口钳装配结构设计1、装配结构要求（图3.2-1）该平口钳采用中华人民共和国机械工业1996-04-22发布1996-07-01实施的机用虎钳行业标准JB/T 2329-1996。快速紧固平口钳材料除了对材料要求不高的用HT200其余都采用45钢，保证接触面与受力面有足够的表面强度和整体强度。工作紧固力为30KN。钳口200mm。（1）导轨上平面对底座支撑底面的要有0.02mm的平行度要求，（2）两钳口夹持面对导轨上平面要有0.05mm的垂直度要求，（3） 两钳口夹持面在宽度方向要有0.02mm的平行度要求。 图3.2-1间隙配合采用H6/h5基孔制。基孔制过盈配合采用H6/n5，基轴制过盈配合采用N6/h5。因其有较高的尺寸与表面精度，而又需要其对机床要求不能太高，所以选用精度为5-6级。同理接触面采用粗糙度为3.2m，铸造表面粗糙度为12.5m，其余表面采用表面粗糙度为6.3m。2、零件设计要求（部分重要零件） 图3.2-2图3.2-3图3.2-4图3.2-5图3.2-6图3.2-7图3.2-8图3.2-93.3 弹性夹套式平口钳零部件的设计及计算1、快速紧固平口钳重量（因其由45钢与灰铁组成取密度为7.4g/cm*3）（1）气动平口钳重量=密度体积 =7.4g/cm*312100cm*3 =89.54Kg (2)分度盘重量=密度体积 =7.4g/cm*39223cm*3 =68.25kg因此，平口钳总重量M =89.54+68.25 =157.8kg2、快速紧固平口钳的设计计算 (1) 紧固杆的强度计算 受力较大的杆需进行强度计算。紧固杆工作时只承受轴向压力（或拉力）Q和扭矩T的作用。因此；核核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出危险截面的计算应力ca，其强度条件为紧固杆的最大应力（拉、压应力）。最大应力=F/A=3010 /（3.1415 ）=42.45Mpa150(45钢最小许用拉压应力)F紧固时横截面积上的轴力A-最小横截面所以紧固杆强度合格下图为钢材许用应力表表（3.3-1）：(2) 连接螺栓的强度计算 分析：由于固定钳口的固定是靠螺钉实现的，螺钉在钳口与钳身中起连接作用。因此、螺钉主要受力为切应力M20螺钉切应力=F/A=3010 /（3.1410 ）=95.5N/mm*2普通螺纹的保证拉力载荷表表（3.3-2）;以最低等级3.6级计算，最大载荷为6.63KN6=(6.6310*3)/（3.143*2）=234Mpa许用切应力=(0.81.0)6=187.2 N/mm*2234 N/mm*2固定钳口靠两个螺钉连接所以一个螺钉切应力为95.5/2=48 N/mm*2由于48 N/mm*2小于许用切应力所以M20螺钉能承受（合适）3.4 弹性夹套式平口钳使用说明书 1、使用说明书现有的机用平口钳一般有很多空行程而且需要一圈一圈地揪动螺杆，使得工作效率低，且操作不方便。快速紧固平口钳它改变了需要走空行程、效率低的缺陷。主体内设有快速紧固装置具有运动快慢推力，平行度高和装夹速度快的特点。即减轻了劳动强度，也提高了工作效率。(1) 手动调节丝杆钳口大于工件2-5毫米即可，操作简便。(2) 每班加油一次。外形尺寸总长 712.5mm宽 243mm钳口宽 200mm最大张开度 170mm材料 HT200 45钢总 结这次的毕业设计对我的锻炼非常的大，虽然刚开始做起来非常难非常慢也浪费了很多时间，但后来就做得比较快了。而且我对于CAD、UG的操作更加熟练，也不会犯一些低级错误了。当我自己设计机械结构时，才发现机械设计并不是我想象的那样简单，要实现一种功能往往有很多种结构，而没有一种是最好的，它总会被一些更好的结构代替，所以机械设计只有更好没有最好。当然在设计时我也遇到了很多问题，比如结构选择、公差选择、尺寸选择等问题。这次的毕业设计让我真正了解了设计并不是嘴上说的那样简单，需要考虑很多东西如加工条件、加工成本等综合因素。致 谢本次毕业设计工作是在王老师的耐心指导和悉心关怀下完成的。每当我没有信心是他就会鼓励我给我做心理工作。她给予了我们充分的指导，并且还培养了我们独立思考问题的能力。从他身上,我不仅学到了很多专业方面的知识,还学到了一种严谨的求知精神。所有这些都将成为我们以后继续学习的榜样。为此，学生对您表示衷心的感谢和深深的敬意！同时在设计的过程中，很多的同学和老师给予了我很大大的帮助。在这难忘的三个多月中，没有他们的支持，我的设计不可能这样顺利的完成。在此，对这些同学和老师也表示衷心的感谢！参考文献1 王晓莉，机械制图，科学出版社 2李志明，彭文生主编.机械设计.华中理工大学出版社3罗圣国，吴宗泽主编.机械设计课程设计手册.高等教育出版社4邓昭铭，杜志忠主编.机械设计基础.高等教育出版社5赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书.机械工业出版社6孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计.冶金工业出版社7刘守勇.机械制造工艺与机床家具.第二版.机械工业出版社8徐嘉元、曾家驹.机械制造工艺学.机械工业出版社9陆剑中、家宁.金属切削原理与刀具.第三版，机械工业出版社10艾兴.肖诗纲主编.切削用量简明手册.机械工业出版社11李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版社12李华志主编.数控加工工艺与装备.清华大学出版社26 1