平口鉗的論述工藝分析和各部分的解析

2021-01-15 歐力工具機附件

機械加工中,平口鉗是較為常見的裝夾工具,它分機用和手用兩種, 都是利用兩鉗口作定位基準,靠絲扛、螺母傳送機械力的原理進行工作的。平口鉗結構簡單,裝夾迅速。加工時省時省力,提高了加工效率、加工精度、產品質量。普通平口鉗的主要功能是夾緊工件,以使加工方便、快捷。本論文利用普通平口鉗的特性,對其使用功能進行了拓展,如充當劃線平臺、繞制彈簧、校正小鋼材等。使平口鉗的功能更加全面化。平口鉗是機械加工和鉗工裝配或維修所必備的輔助工具。主要由活動鉗口、固定鉗口、絲杆和固定鉗身 4部分組成。絲杆起鬆緊作用。轉式平口鉗的鉗體可在水平方向作360°旋轉,並能在鉗工操作所需位置固定。有些轉式平口鉗還可在垂直或水平方向作任意旋轉。一般情況下,平口鉗都帶有便於錘打用的砧板。其規格用鉗口寬度來表示,常用規格有100mm,125mm,150mm等。


  使用注意事項:

  (1)夾緊工件時要鬆緊適當,不得藉助其他工具加力。

 (2)強力作業時,應儘量使力朝向固定鉗身。

  (3)不許在滑動鉗身和光滑平面上敲擊作業。

(4)對絲槓、螺母等活動表面應經常清洗、潤滑,以防生鏽。

平面油壓虎鉗採用油壓結構,能輕易的鎖緊工件. 虎鉗滑動面及底面,經過精密研磨,平行度精準,虎鉗本體使用球墨鑄鐵FCD60製造,抗張力強,耐磨性高,不易變形. 虎鉗滑動面熱處理HRC45°以上,保持長久耐磨及精度。最適合於普通銑床,CNC數控銑床,機械加工,模具製造業使用。平口鉗是對現有螺紋傳動平口鉗的改進,主要用於成批生產。它能實現快速夾緊與快速鬆開,且能保證夾緊力大小。這樣就可以避免過去要夾緊一個較薄的零件時,因夾緊力沒有辦法確定調式的時間,同時因能實現快速夾緊與快速鬆開,鉗工用平口鉗,是現在市場所沒有的。

一、根據現在生產核技術越來越高,生產精度越高,同時也是生產越來越精巧,夾緊力也要求越來越準確,不能過大過小。但傳統的平口鉗所產生的夾緊力是根據師傅的經理來保證的,因此極有可能會產生以上的不足而使廢品率提高,根據生產的需要,特此設計一套適合加工的鉗工用平口鉗。

二、傳統的平口鉗工作效率比較低,傳統平口鉗是螺紋傳動,無法實現快速夾緊與鬆開,使得生產效率比較低。現有的平口鉗基本上用在銑床上,能實現快速夾緊與鬆開,但是要配有一個機動的動力源,如果用在鉗工上就成本太高,所以不適用。新設計的鉗工用平口鉗,不但可以實現快速夾緊與鬆開的同時,系統的動力源為手動,這樣相對於工具機用的平口鉗來說成本比較低,只比傳統平口鉗的成本高不了多少。鉗工用平口鉗有以上優點,新的平口鉗的問世是遲早的問題,是必然的趨勢。

平口鉗結構


平口鉗主要由活動鉗身、固定鉗身、絲杆、手柄等可活動零件,以及螺釘、螺母等起固定作用的零件組成。

工作原理

平口鉗的固定鉗身用螺栓固定於工作檯邊緣上,固定鉗身裝在固定鉗身上,並能繞固定鉗身軸心線繞一定角度轉動,當轉到要求的方向時,扳動夾緊手柄使夾緊螺栓旋緊,使固定鉗身固緊。活動鉗身通過導軌與固定鉗身的導軌配合。處於活動鉗身上的絲杆可以旋轉,但不能軸向移動,並與安裝在固定鉗身內的絲槓螺母配合。當搖動手柄時,絲槓旋轉,帶動活動鉗身相對於固定鉗身作軸向移動,在鉗口的作用下夾緊或放鬆物件。其次,在絲杆與活動鉗身配合處有彈簧,其藉助擋圈和開口銷固定在絲槓上,當放鬆絲槓時,可使活動鉗身及時地退出。另外,在固定鉗身和活動鉗身上,各有用螺釘固定的鋼製且制有交叉網紋的鉗口,起夾緊、防滑的作用。

分項分析

出於使用環境的限定,其不加修飾的外形給我們一種機械的美感,傳達出工業產品的力量感,似乎能嗅出其原材料的金屬味。固定鉗身與活動鉗身張合作用、鉗口交叉網紋等借鑑仿生動物嘴巴、牙齒形態,抽象提煉工業基本形態。總體體現簡潔、幾何、機械、有力度的工業特徵。產品採用單一的深藍色塗飾符合設計車間產品的要求,具有理性、現代、工業的語義。其次,藍色為冷色調,有鎮靜的效果,從心理層面可以平定人的情緒,藍色也是後退色,使人感覺時間過得很快。在機器高速運轉,工件切削等重體力、高噪音的生產環境裡,穩定工人的情緒,營造色彩舒適的環境很重要,因而冷靜、平穩的藍色在此處使用得很恰當。除外,無鍍色的鉗口、螺栓等零件也起到一定的色彩分割作用,不至於產品整體看起來呆板,並且起到了劃分功能的語義效果。

人機關係分析


平口鉗是車間裡用於夾緊固定工件,幫助鉗工對工件進行再加工,如鋸斷、打磨等操作,解決了鉗工夾緊工件的困難。迴轉式平口鉗最大的人機工學優點在於它能多角度迴轉固定鉗身,當工件夾緊後,需要從另一個角度打磨時,取下工件再安裝上會錯位。而加上迴轉功能後,鉗工只需要扳轉夾緊螺栓手柄,調整固定鉗身到最適加工位置,仍可在原地進行加工工件,減少身體扭動活動。寬大的鉗口和有曲線坡度的鉗身提供了也很大的加工空間,適合鉗工寬鬆地使用各種工具,如鋸、磨刀、銼刀。此外,鉗身的寬度、高度都符合人機尺寸;絲杆手柄、夾緊螺栓的手柄考慮到了省力問題,加大了手柄條的長度,一方面應用了槓桿省力的原理,降低工人操作強度;另一方面,設計的手柄是活動的,可供兩側使用,即可推又可拉,同時也滿足雙手操作使用。前身尖銳的稜角處理倒角,打磨圓滑,防止對操作者刮傷。平口鉗零部件繁多,主要涉及到鑄鐵、鋼材料的成型加工工藝。鉗身、固定鉗身等主要大體部件都採用灰口鑄鐵,其具有優良的鑄造性、減震性、耐磨性等特點,材料價格低廉,生產加工簡單。運用砂型鑄造工藝,再經打磨,處理粗糙度等方法成型。絲杆則是45鋼經拔製成棒狀、再在工具機,如車床、銑床上,由高速旋轉刀頭從工件上銑削出螺紋的螺紋加工方法。螺栓、螺釘則是採用材料,應用相似的成型工藝加工而成。彈簧經彈簧鋼拔制、冷成型工藝。鉗口由45鋼經過鍛造,提高硬度與韌性,再經熱處理淬硬,具有較好的耐磨性。與前身配合的螺紋孔則是由鏜床鏜出來的。表面處理採用烤漆,鍍層工藝,起防水、防蝕、防鏽作用。

工藝水平分析整體工藝為一般加工成型工藝,涉及的都是鑄造 、鍛造、車削等基本的金屬加工工藝。特殊處理部分主要在鉗口和絲杆部分,鉗口因為採用的工序較為複雜,有鍛造、磨削鉗口和底平面、淬硬,應用工藝水平較高。絲杆的加工方法多樣化,有車削、銑削等工序,高精度要求,目前加工絲杆的方法更多,但基於當時工藝,已屬於較好工藝水準。除此之外,整體鉗身部分有較大倒角,也經過加工打磨,處理得很得當。


固定鉗座的設計

鉗座屬於機架、箱體類零件。該類零件特點是形狀不規則,結構較複雜。固定鉗身的總體組合方式為綜合式,由圓柱臺和若干凸臺組成。其作用主要是固定連接,與桌面和臺面連接緊固的;還有一部分是和其他零件配合連接;固定其他零件,為其他零件提供安裝區域。

墊片的選擇設計

為了使螺杆在固定鉗身裡能夠較好的定位,特配備兩個墊圈,一個用於和M10螺母的配合使用,另一個用在螺杆的把手方位與固定鉗身的配合使用。和M10螺母配合使用的彈簧墊圈(圖16)選用標準件,按GB 93—87,相關尺寸為:d=10.2,s=b=2.6,0<m<=1.3 材料為65 Mn、表面氧化。螺杆的把手方位與固定鉗身的配合使用的墊圈選用標準件,按GB 93—87,相關尺寸為:d=18.3,s=b=4.5 ,0<m<=2.25 材料選取為Q235。

圖紙分析


在了解零件形狀和結構之後,應檢查零件視圖是否正確、足夠,表達是否直觀、清楚,繪製是否符合國家標準,尺寸、公差以及技術要求的標準是否齊全、合理等。本次設計的工件為固定鉗身數控加工工藝規程制訂,零件的圖紙包括:一張零件圖。其中零件圖中的圖形都是採用主視圖的畫法,這樣就已經能夠表達清楚零件的各部分尺寸。圖紙當中有對固定鉗身數控加工工藝規程制訂各部分表面粗糙度的要求大部分為3.2μm。 幾何元素分析:該工件外形複雜,包含了平面、圓弧面、孔等幾何元素,其中,圓弧面在設計的過程中利用導動進行切除。 材料分析:材料為HT200,調製狀態,硬度為HRC20-30,適合加工中心加工。零件結構工藝性好還是差對其工藝過程的影響非常大,不同結構的零件儘管都能滿足使用性能要求,但它們的加工方法和製造成本卻可能有很大的差別。良好的結構工藝性就是指在滿足使用性能的前提下,能以較高的生產率和最低的成本而方便地加工出來。零件結構工藝性審查是一項複雜而細緻的工作,要憑藉豐富的實踐經驗和理論知識。審查時,發現問題應向設計部門提出修改意見加以改進。首先我們應當清楚工藝安排應做到正確、完整、統一和清晰,所用術語、符號、計量單位和編號都要符合相應標準。由於該零件有端面、外表面、倒角需要加工,且各表面之間有較高的尺寸精度和長度的要求,考慮到數控工具機具有在一次安裝下加工出多個表面的特點,因此該零件加工適宜採用工序集中的方式,這樣就使每道工序加工內容很多,工藝路線變短。選用工序集中的方式加工不僅能夠保證加工精度、充分利用了現有設備,而且也減少了工件裝夾次數,利於保證表面間的位置精度,縮短了生產加工時間,大大提高了勞動生產率。

零件的技術要求包括下列幾個方面:

(1)加工表面的尺寸精度

(2)主要加工表面的形狀精度

(3)主要加工表面之間的相互位置精度

(4)加工表面的粗糙度以及表面質量方面的其他要求

(5)熱處理要求

(6)其他要求(如動平衡、未注圓角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)

要注意分析這些要求在保證使用性能的前提下是否經濟合理,在現有生產條件下能否實現。特別要分析主要表面的技術要求,因主要表面的加工確定了零件工藝過程的大致輪廓。該零件固定鉗身在加工時要保證它的各項精度指標,如:各項尺寸精度、表面粗糙度等。

(1)首先加工後要求達到一定的精度要求。

(2)零件加工時保證不同的長度尺寸及表面粗糙度要求。

(3)零件的外輪廓要光滑。

加工工藝路線的總體設計


對於多臺不同的數控工具機、多道工序才能完成加工的零件,工序的劃分自然以工具機為單位來進行。而對於需要很少的數控工具機就能加工完零件全部內容的情況,數控加工工序的劃分一般按照下列方法進行:

(1)以一次安裝所進行的加工作為一道工序。

(2)以一個完整數控程序連續加工的內容作為一道工序。

(3)以工件上的結構內容組合用一把刀具加工為一道工序。

(4)以粗、精加工劃分工序。所以綜合考慮具體情況和經濟性,工具機設備、現有的工裝設備等因素,為了更好的完成加工, 我模擬了2個加工工序方案。

方案一:以裝夾劃分需要兩道工序。工序一,第一次裝夾然後進行粗精加工使工件達到加工精度。工序二,掉頭裝夾進行粗精加工。方案二:以粗精加工劃分需要兩道工序。工序一,第一次裝夾然後進行粗加工,掉頭再進行粗加工。工序二,裝夾工件進行精加工,再掉頭,再進行精加工。經過比較方案二要比方案一多裝夾2次,在同樣保證加工精度的情況下明顯方案一更為方便快捷提高了工作效率所以我選擇方案一做為我設計的零件的數控加工工序,以一次安裝所進行的加工作為一道工序,以安裝的加工作為工序,我的零件共需要兩次裝夾,分別進行粗加工、精加工。這樣兩道工序就能完成零間的加工,定位基準可以得到很好的保證,不會出現定位誤差。每次裝夾都要對刀,這樣就只對刀兩次,保證了刀位誤差。銑削加工工藝路線的擬定是制定銑削工藝規程的重要內容之一,其主要內容包括選擇各種加工表面的加工方法、劃定加工階段、劃分工序的先後順序等。對於數控銑床,應重點考慮幾個方面:能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求;是走刀路線最短,既可簡化程序段,又可減少刀具空行程時間,提高加工效率應使數值計算簡單,程序段數量少,以減少編程工作量。

1.根據工件的幾何元素要求,本工件的加工方法為外輪廓的銑削,曲面的銑削。2.按照銑削加工的工藝原則,工件的加工工藝方法為:(1)在平口鉗上裝夾毛坯,加工部分高出平口鉗70mm;(2)使用直徑為12mm,圓弧為3mm的牛鼻刀對零件(不包括流道和型腔)進行粗加工;(3)使用直徑為8mm的牛鼻刀對零件進行二次開粗;(4)使用直徑為8mm的球頭刀對零件整體(不包括流道和型腔)進行精加工;(5)使用直徑為12mm的平刀進行平面加工。(6)對零件進行拋光處理,使零件達到所要求的表面粗糙度;

3.毛坯設置


數控銑床它的夾頭用虎鉗夾裝夾毛坯,毛坯尺寸100×100×67mm。用牛鼻銑刀Ф10×15粗銑刀,粗銑時最大進給量為2mm,主軸的轉速為1000轉/分鐘。粗加工餘量為0.5mm,Cimatron E8. 下工件設置。尺寸設置:100×100×30.76mm材料:45#鋼。

選擇粗基準時,主要要求保證各加工面有足夠的餘量,並注意儘快獲得精基面。本固定鉗身的加工應遵循的原則有:(1)合理分配加工餘量原則(2)保證零件相互位置要求原則(3)夾緊原則(4)不重複使用原則本次設計的固定鉗身粗基準的選擇遵循的是合理分配加工餘量原則,所選的基準為零件的外圓柱表面。(5)精基準的選擇原則

選擇精基準時,主要考慮保證加工精度。本固定鉗身數控加工工藝規程制訂的加工應遵循的原則有:(1)基準重合原則 固定鉗身數控加工工藝規程制訂為軸類零件即選用外表面基準作為定位基準,以避免定位基準與設計基準不重合誤差。(2) 自為基準原則 選擇加工表面本身作為定位基準,本零件對加工表面沒有太高的尺寸精度要求,所以不必考慮此原則。(3)互為基準原則 當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時,需要用兩個表面互相作為基準,反覆進行加工,以保證位置精度要求。(4)所選精基準應保證工件安裝可靠,夾具設計簡單、操作方便。

無論是精基準還是粗基準的選擇,上述原則都不可能同時滿足,有時還相互矛盾的,因此,選擇根據實際情況分析,權衡利弊,保證其主要要求。本次設計的固定鉗身數控加工工藝規程制訂精基準的選擇遵循的是基準重合原則,固定鉗身數控加工工藝規程制訂軸類零件即選用外表面基準作為定位基準,以避免定位基準與設計基準不重合誤差。由於毛坯已經確定採用鑄件,比較適用於尺寸較小、精度較高的毛坯。鑄件的毛坯精度較高,硬度較大,外圓柱表面的毛坯餘量均勻。所以,可以直接採用鋼料的外圓柱表面作為粗加工定位基準。以毛坯的外圓柱表面作為粗定位基準,加工出零件的精加工定為基準。這樣可以確保重要表面的精加工餘量,採用外圓柱表面作為粗加工定位基準,達到了簡單、方便、快捷的目的。縮短了加工時間,提高了生產效率。

4.加工工藝路線的總體設計


銑削加工工藝路線的擬定是制定銑削工藝規程的重要內容之一,其主要內容包括選擇各種加工表面的加工方法、劃定加工階段、劃分工序的先後順序等。對於數控銑床,應重點考慮幾個方面:能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求;是走刀路線最短,既可簡化程序段,又可減少刀具空行程時間,提高加工效率應使數值計算簡單,程序段數量少,以減少編程工作量。 1.根據工件的幾何元素要求,本工件的加工方法為外輪廓的銑削。2.按照銑削加工的工藝原則,工件的加工工藝方法為:(1)在平口鉗上裝夾100x27x10的毛坯,加工部分高出平口鉗10mm;(2)使用直徑為10mm,圓弧為3mm的牛鼻刀對零件(不包括流道和型腔)進行粗加工;數控銑床它的夾頭用虎鉗夾裝夾毛坯,毛坯尺寸100×27×10mm。用牛鼻銑刀Ф10×15粗銑刀,粗銑時最大進給量為2mm,主軸的轉速為1000轉/分鐘。粗加工餘量為0.5mm。

固定螺釘的加工

1.幾何元素分析:該工件外形規則,包含了槽、階梯軸等幾何元素,其中,偏心部分在設計的過程中利用偏移命令建立。2.精度分析:該工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求較高,部分尺寸達到IT8-IT7級精度。3.材料分析:固定螺釘的材料為45鋼,適合加工中心、數控車加工。

工件的基準分析

1.設計基準分析:工件的設計基準為軸線。2.工藝基準分析:該零件用到數控車加工,以左端面和軸線為工藝基準,左端面為粗基準。

加工工藝路線的總體設計

1.加工方法:根據工件的幾何元素要求,本工件的加工方法包括外輪廓銑削,軸類切削。2.加工工藝路線:(1)車削右端面,保證平面度(2)在車床上加工右端面,保證右端的軸。(3)夾住左端軸,車加工左端軸。(4)夾住右端的軸,加工出左端直徑4mm的階梯軸。(5)夾住左端,加工出M4的孔

活動鉗口加工

圖紙分析


1.幾何元素分析。 該工件是眼睛片的凹模,外形形狀複雜,具有較多的曲面,倒角,而且其中流道的寬度較窄,對刀具要求高,難度大,對切削用量、進給量要求很高,必須有很高的表面粗糙度和尺寸精度 2.精度分析 該工件加工部分要求很高,必須擁有很高的表面粗糙度和尺寸精度。該工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求很高,主要尺寸高達IT1~IT2級精度。凹模主要工作部分的表面粗糙度為0.8um,其餘的為3.2um。最大極限尺寸減其基本尺寸所得的代數差為上偏差;最小極限尺寸減其基本尺寸所得的代數差為下偏差;確定公差相對零線位置的那個極限偏差。它可以是上偏差或下偏差,一般為靠近零線的那個偏差為基本偏差;加工精度包含了三個方面內容:尺寸精度:指加工後零件的實際尺寸與零件尺寸的公差帶中心的相符合程度形狀精度:指加工後零件表面的實際幾何形狀與理想的幾何形狀的相符合程度位置精度:指加工後零件有關表面之間的實際位置彧理想位置的相符合程度

3.材料分析。毛胚材料為45鋼,主要用於製造強度較高、韌性中等的零件,通常在調製、正火狀態下使用,如齒輪、齒條、鏈輪、軸、鍵、銷、壓鑄機及泵的零件等。可代替滲碳鋼製造齒輪、軸、活塞銷等,但要經過表面淬火處理。

熱處理規範及金相組織:金屬材料熱處理,是指在一定的條件下將材料加熱到一定的溫度,並保持一定時間,隨後以各種不同的數獨使其冷卻到室溫。以改變材料的內部結構組織,從而獲得所需要的物理、力學或化學性能。

加工工藝路線的總體設計

銑削加工工藝路線的擬定是制定銑削工藝規程的重要內容之一,其主要內容包括選擇各種加工表面的加工方法、劃定加工階段、劃分工序的先後順序等。對於數控銑床,應重點考慮幾個方面:能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求;是走刀路線最短,既可簡化程序段,又可減少刀具空行程時間,提高加工效率應使數值計算簡單,程序段數量少,以減少編程工作量。

根據工件的幾何元素要求,本工件的加工方法為外輪廓的銑削,曲面的銑削。

按照銑削加工的工藝原則,工件的加工工藝方法為:(1)在平口鉗上裝夾200x200x40的毛坯,加工部分高出平口鉗30mm;(2)使用直徑為16mm,圓弧為3mm的牛鼻刀對零件(不包括流道和型腔)進行粗加工;(3)使用直徑為10mm的平底刀對零件四個角進行局部精加工;(4)使用直徑為10mm的球頭刀對零件整體(不包括流道和型腔)進行精加工;(5)使用直徑為4mm的球頭刀加工出流道;(6)對四個型腔單獨抽取電極,製作出形狀一致的電極,再做完全部精加工後,利用電火花,打出型腔;(7)對零件進行拋光處理,使零件達到所要求的表面粗糙度;

絲槓加工


1 幾何元素分析:該工件是外形簡單,但是由於裝夾位置太小,所以加工起來比較複雜,要多次用到配合進行加工。 2 精度分析:該工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求一般。3 材料分析:軸的材料為45鋼,適合車削加工。

工件的基準分析

設計基準分析:工件的設計基準為軸的中心線。

加工工藝路線的總體設計

1.加工方法:根據工件的幾何元素要求,本工件的加工方法為車削加工。考慮到裝夾的難度和安全問題,本次加工的過程中要多次用到配合進行輔助加工。2.加工工藝路線:(1)車削右端面,保證平面度(2)對右端進行加工。(3)夾住右端200mm的軸徑,車加工左端軸。(4)夾住右端的軸,加工出左端直徑12mm的退到槽。

絲槓螺母加工

1.幾何元素分析:該工件外形規則,包含了槽、階梯軸等幾何元素,其中,偏心部分在設計的過程中利用偏移命令建立。 2.精度分析:該工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求較高,部分尺寸達到IT8-IT7級精度; 3.材料分析:固定螺釘的材料為45鋼,適合加工中心、數控車加工。





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