焊接夾具設(shè)計

焊接夾具設(shè)計,焊接,夾具,設(shè)計 五邑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目： 焊接夾具設(shè)計 院 系 機電工程系 專 業(yè) 機械工程及自動化 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 陽大志 副教授 開題報告日期 五邑大學(xué)教務(wù)處制 20年月 摘 要 焊接工裝夾具就是將焊件準(zhǔn)確定位和可靠夾緊，便于焊件進行裝配和焊接、保證焊件結(jié)構(gòu)精度方面要求的工藝裝備。在現(xiàn)代焊接生產(chǎn)中積極推廣和使用與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的工裝夾具，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕工人的勞動強度，加速焊接生產(chǎn)實現(xiàn)機械化、自動化進程等方面起著非常重要的作用。 ? ? 在焊接生產(chǎn)過程中，焊接所需要的工時較少，而約占全部加工工時的2/3以上的時間是用于備料、裝配及其他輔助的工作，極大的影響著焊接的生產(chǎn)速度。為此，必須大力推廣使用機械化和自動化程度較高的裝配焊接工藝裝備。 關(guān)鍵詞: 焊接，工裝夾具，自動化，定位 Abstract Welding fixture is to weld pieces of accurate positioning and reliable clamp for easy assembly and welding parts welding, weldment structure to ensure that the requirements of precision technology and equipment. In the active promotion of modern welding production and use of product structure compatible with the fixture, to improve product quality, reduce labor intensity, speed up the welding mechanization and automation of process and other aspects play a very important role. ????In the welding process, welding work required less machining time while accounting for about 2 / 3 of the time for preparation, assembly and other support work, a great impact on the production of welding speed. Therefore, we must vigorously promote the use of a higher degree of mechanization and automation of the assembly welding equipment. Keywords: Welding, fixtures, automation, positioning 焊接夾具設(shè)計說明書 目錄 1 夾具設(shè)計的目的意義及要求……………………………………………………2 2 焊接結(jié)構(gòu)件的分析………………………………………………………………2 2.1 焊接結(jié)構(gòu)件組成及成分析 ……………………………………………………4 2.2 焊接結(jié)構(gòu)件成分分析……………………………………………………………4 2.3 焊接結(jié)構(gòu)件焊接性能 …………………………………………………………5 3制訂焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝………………………………………………5 3.1 焊接方法及焊接規(guī)范…………………………………………… …… ………5 3.2 焊接材料的選擇…………………………………………………………………5 3.3 焊接工序的確定…………………………………………………………………5 3.4 焊接質(zhì)量的保證措施……………………………………………………………6 4 焊接夾具的設(shè)計……………………………………………………………… …6 4.1夾具設(shè)計的基本要求…………………………………………………………..6 4.2定位方案的分析………………………………………………………………..6 4.3 定位元件的設(shè)計……………………………… …… ……… ……… …….7 4.4 定位的實現(xiàn)方法………………………………… ……… ……… …… ….8 4.5 定位誤差的計算……………………………………………… …………….8 4.6 夾緊方案的分析…………………………………… ……… ……… … …9 4.7 夾緊力的確定與計算………………………… ………… ………………..10 4.8 夾緊氣缸的選擇……………………………………………………………..12 4.9 夾具體的設(shè)計…………………………………………… …………………..13 4.10 夾具的精度分析………………………………… …………………………14 5、氣缸工作原理及參數(shù)設(shè)定……………………………………………………..15 5.1 氣缸工作原理………………………………………………………………….15 5.2 參數(shù)設(shè)定……………………………………………………………………….17 5.3夾具氣壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算………………………………………………….17 5.4 確定氣壓缸的主要參數(shù)……………………………………………………..17 5.5 確定各氣缸的缸筒壁厚和耗氣量…………………………………………..20 6 夾具使用說明………………………………………………………………….22 6.1 夾具體的安裝說明…………………………………………………………..22 6.2夾具體的實用性說明…………………………………………………………22 6.3國家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇…………………………………………………………..23 6.4繪制夾具草圖（見圖）………………………………………………………23 6.5 繪制正式裝配圖（見圖）……………………………………………………23 6.6 繪制零件圖（見圖）…………………………………………………………25 小結(jié)……………………………………………………………………………..26 致謝……………………………………………………………………………….27 參考文獻………………………………………………………………………….29 1、夾具設(shè)計的目的意義及要求 焊接工裝夾具是將焊件準(zhǔn)確定位并夾緊，用于裝配和焊接的工藝裝備。在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，把用來裝配進行定位焊的夾具稱為裝配夾具：而專門用來焊接焊件的夾具稱為焊接夾具：把既用于裝配又用于焊接的夾具稱為裝焊夾具。它們統(tǒng)稱為焊接工裝夾具。 對焊接工裝夾具的設(shè)計要求： 1）焊接工裝夾具應(yīng)動作迅速，操作方便，操作位置應(yīng)處在工人容易接近，最宜操的 部位。特別是手動夾具，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應(yīng)設(shè)在工人最容易用力的部位，當(dāng)夾具處于夾緊裝態(tài)時，應(yīng)能自鎖。 2）焊接工裝夾具應(yīng)有足夠的裝配焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸，所有的定位原件和夾緊裝置應(yīng)與焊道保持適當(dāng)距離或者布置在焊件的下方和側(cè)面。夾緊機構(gòu)的執(zhí)行元件應(yīng)能夠伸縮或轉(zhuǎn)位。 3）夾緊可靠，剛性適當(dāng)，夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，夾緊后不使焊件松動滑移，又不使焊件的拘束度過大，產(chǎn)生較大的應(yīng)力。 4）為了保證使用安全，應(yīng)設(shè)置必要的安全連鎖保護裝置。 5）夾緊時不應(yīng)損壞焊件的表面質(zhì)量，夾緊薄件和軟質(zhì)材料的焊件時，應(yīng)限制夾緊力，或者對壓頭行程限位，加大壓頭接觸面積，添加鋁銅襯墊等措施。 6）接近焊接部位的夾具，應(yīng)考慮操作手把的隔熱和防止焊接飛濺對夾緊機構(gòu)和定位器表面的損傷。 7）夾具的施力點應(yīng)位于焊件的支撐處或者布置在靠近支撐的地方，要防止支撐反力與夾緊力，支撐反力與重力形成力偶。 8)注意各種焊接方法在導(dǎo)熱導(dǎo)電隔磁絕緣等方面對夾具提出的特殊要求。 9)用于大型板焊接結(jié)構(gòu)的夾具，要有足夠的強度和剛度，特別是夾具體的剛度，對結(jié)構(gòu)的形狀精度，尺寸精度影響較大。 10）在一個夾具上，定位器和夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過多，并且盡量選用一種動力源。 11）工裝夾具本身應(yīng)具有較好的制造工藝和較高的機械效率。 12）盡量選用已通用化標(biāo)準(zhǔn)化的夾緊機構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零部件來制作工裝夾具。 2、焊接工件結(jié)構(gòu)件的分析 2．1 結(jié)構(gòu)組成分析 焊接結(jié)構(gòu)件組陳如下表 名稱 數(shù)量 底板 1 擋板1 2 擋板2 2 擋板3 2 汽缸 4 橡膠壓頭 4 2．2 焊接結(jié)構(gòu)成分分析 名稱 材料 底板 60*60方管 擋板1 45# 擋板2 45# 擋板3 45# 汽缸 雙活塞旋轉(zhuǎn)汽缸 橡膠壓頭 橡膠 2．3 焊接結(jié)構(gòu)件焊接性能分析 焊接性就是金屬是否適應(yīng)焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。也就是說，金屬焊接性的概念有兩個方面的內(nèi)容：一是金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接頭在一定條件下可靠運行的能力。 在焊接過程中形成的缺陷主要有：1、氣孔，焊縫表面或鄰近表面的氣孔比深埋氣孔更危險，成串或密集氣孔比單個氣孔更危險；2、夾渣，夾渣或夾雜物截面積的大小成比例的降低材料的抗拉強度，但對屈服強度的影響較??；3、幾何形狀造成的不連續(xù)，幾何形狀造成的不連續(xù)性缺陷，如咬邊，焊縫成型不良或燒穿等，不僅降低構(gòu)件的有效截面積，還會產(chǎn)生應(yīng)力集中；4、未熔合和未焊透，未熔合和未焊透比氣孔夾渣更為有害；5、裂紋，裂紋是最危險的焊接缺陷。由于尖銳裂紋易產(chǎn)生尖端缺口效應(yīng)，當(dāng)出現(xiàn)三向應(yīng)力狀態(tài)和溫度降低等情況時，裂紋可能失穩(wěn)和擴展，造成結(jié)構(gòu)撕裂。 由上表可知，該構(gòu)件主要由中碳鋼組成，在焊接過程中有產(chǎn)生熱裂紋的傾向，這就要求在選用焊條時應(yīng)嚴格限制焊條中的硫、磷的含量，硫、磷的含量總和應(yīng)在0.25%以下，為了防止焊接過程中產(chǎn)生冷裂紋，在焊接前應(yīng)該進行預(yù)熱，焊接后及時進行回火熱處理。 3 制定焊接結(jié)構(gòu)件的焊接工藝 3．1 焊接方法及焊接規(guī)范 焊接方法：機械手自動焊接 焊接規(guī)范：焊接電流：120----150A，電壓：50---60V，焊接預(yù)熱：無要求 3．2 焊接材料的選擇 焊條可選用低氫型焊條J427或J507，因為低氫型焊條熔敷金屬擴散氫量少，去硫能力強，所以熔敷金屬塑性，韌性良好，抗開裂性能也良好。 3．3 焊接工序的確定 構(gòu)件的焊接按如下的順序進行：先將墊塊與底板相連接，再將支架與底板相連接。 3．4 焊接質(zhì)量的保證措施 焊前清除油污，氧化物等雜質(zhì)，焊前應(yīng)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)在150攝氏度以上，也不宜太高，焊后要進行立即（在焊件冷卻到預(yù)熱溫度之前）進行消除應(yīng)力的熱處理，回火溫度控制在600---650攝氏度，焊件在爐中加熱和冷卻應(yīng)平緩，減少截面厚度方向的回火梯度。 3.5 焊接點的分布 所需工件的焊點分布如下圖所示，圖中APNT 0 至APNT 13共14個焊點。 4、焊接夾具的設(shè)計 4.1夾具設(shè)計的基本要求 a.保證工件的加工精度 保證工件的加工精度是夾具設(shè)計的最基本要求。其關(guān)鍵在于，正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導(dǎo)向方式，合理地設(shè)計夾具的尺寸、公差和技術(shù)要求，必要時應(yīng)進行誤差的分析和計算。 b.提高生產(chǎn)效率、減低制造成本 夾具設(shè)計的總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)時，應(yīng)盡量采用各種快速、高效的結(jié)構(gòu)、自動裝置和先進的控制方法，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率；在中心批量生產(chǎn)中，則要求在滿足夾具功能的前提下，盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，以降低夾具的制造成本。 c.操作方便、省力和安全 夾具的操作要盡量做到方便、省力，如有條件，盡可能采用氣動、氣及其他機械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動強度。并可較好地控制夾緊力。夾具操作位置應(yīng)符合操作工人的習(xí)慣，必要時應(yīng)有安全保護裝置，以確保使用安全。 d.便于排屑 夾具的排屑是一個容易忽視的問題，如果排屑功能不好，切屑積集在夾具中，會破壞工件正確的定位；切屑帶來的大量熱量會引起夾具和工件的熱變形，影響加工質(zhì)量；切屑的的清掃又會增加輔助時間，降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴重時，還會損傷刀具以致造成設(shè)備事故或工傷事故。因此，排屑問題在夾具設(shè)計時必須給予充分的注意，在設(shè)計高效組合機床夾具時尤為重要。 e.有良好的結(jié)構(gòu)工藝性 夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、合理，便于加工、裝配、檢驗和維修，應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。 夾具設(shè)計是一種相互關(guān)聯(lián)的工作，通常是在參閱有關(guān)資料的情況下，按加工要求構(gòu)思出設(shè)計方案，繪制出圖樣，經(jīng)修改后確定夾具的結(jié)構(gòu)。 4.2 定位方案的分析 工件的定位是指保證同一批工件在夾具中占有一致的正確加工位置。 這一位置的獲得可以通過定位支承限制工件相應(yīng)的自由度來實現(xiàn)。由運動學(xué)已知，任一剛體在空間三個互相垂直的坐標(biāo)系中，有六個自由度。即沿三個坐標(biāo)軸的移動自由度和繞三坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度，分別用、、和、、表示。六點定位原理的應(yīng)用中可能出現(xiàn)完全定位、不完全定位、欠定位和過定位幾種情況。常見的定位方式有工件以平面定位，工件以內(nèi)孔定位，工件以外圓定位，工件以圓環(huán)面定位，工件以一面兩孔定位以及工件以外圓柱面在V形塊上定位等。 定位方案設(shè)計是夾具設(shè)計的第一步，也是夾具設(shè)計中關(guān)鍵的一步。定位方案設(shè)計的好壞直接影響加工精度和加工效率，并且，定位方案一經(jīng)確定，夾具和其它組成部分也大體隨之確定。因此，對于方案問題必須慎重考慮，以滿足設(shè)計的基本要求： a. 定位方式必須根據(jù)工件結(jié)構(gòu)、加工技術(shù)要求確定。 b. 定位元件（機構(gòu)）設(shè)計和布置應(yīng)保證工件定位穩(wěn)定，并有足夠的剛性。 c. 對定位元件的材料和技術(shù)條件應(yīng)有一定的要求，以確保定位精度的穩(wěn)定性和使用的持久性。 d. 定位方案應(yīng)有可行性分析和論證。 根據(jù)本課題工件的特點，本方案采用的是工件以一面、四個氣缸壓緊點來定位。根據(jù)焊接的方向和夾具夾緊力的方向，選擇氣缸體的底面確立一個平面來限制三個自由度，另外的三個自由度選擇兩個定位銷來限制。 4.3 定位元件的設(shè)計 4.3.1定位元件選擇的原則 a. 高的精度 定位元件的精度直接影響定位誤差的大小，一般工廠多是根據(jù)經(jīng)驗取定定位元件的制造公差為工件上相應(yīng)尺寸公差的1/3-1/5。定位過寬會降低定位精度，過嚴會使制造困難。 b. 高的耐磨性 定位元件要與工件經(jīng)常接觸，容易磨損。為避免因元件磨損而影響定位精度，所以要經(jīng)常修理和更換定位元件。因此，要求定位元件的工作表面有足夠的耐磨性。 c. 足夠的剛度和強度 定位元件應(yīng)避免由于工件的重量、夾緊力、焊接等因素的影響使其變形或損壞。 d. 良好的工藝性 定位元件的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工、裝配和維修，有時為了裝配和維修方便，往往在夾具體上開有適當(dāng)?shù)墓に嚧翱?。需?jīng)常更換的定位元件，其結(jié)構(gòu)應(yīng)便于更換。 4.3.2選取“一面四點”定位方式的定位特點 a. 可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位； b. 有同時加工零件五個表面的可能性，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度； c. “一面四點”可做為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零件整個工藝過程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件加工精度，同時，使機床各工序（工位）的許多部件（如夾具）實現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計、制造周期、降低成本； d. 于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切屑落于定位基面。 4.4定位的實現(xiàn)方法 根據(jù)焊接的方向和夾具夾緊力的方向，選擇氣缸體的底面確立一個平面來限制三個自由度，四個氣缸限制兩個自由度，剩下的一個自由度則由底面限制，這樣氣缸體的六個自由度全部消除，實現(xiàn)零件的定位，如圖3-1所示： 4.5 定位誤差的計算 由于一批零部件在夾具上定位時，各個工件所占據(jù)的位置不完全一樣，加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。 4.5.1. 工件的轉(zhuǎn)角誤差 圖3-2 轉(zhuǎn)角誤差示意圖 工件的轉(zhuǎn)角誤差 （3-1） 式中 ——轉(zhuǎn)角誤差； ——兩個擋板最大間隙； ——兩個氣缸連接塊孔最大間隙 L ——四個氣缸安裝孔中心距 由文獻[6]表5-13查得： （3-2） （3-3） 由公式（3-1）、（3-2）、（3-3）得 arctan[(0.052+0.052)/334] =0.018° 故工件在任意方向偏轉(zhuǎn)時，最大轉(zhuǎn)角誤差為0.018°。 4.5.2. 基準(zhǔn)位移誤差 圖3-3基準(zhǔn)位移誤差示意圖 根據(jù)文獻[6]表1.7-1查得： 基準(zhǔn)位移誤差 （3-4） = 由式（3-2）、（3-4）得 4.5.3. 基準(zhǔn)不重合誤差 基準(zhǔn)不重合誤差應(yīng)從定位基準(zhǔn)到工序基準(zhǔn)之間的所有尺寸的公差之和在加工尺寸方向上的投影，故基準(zhǔn)不重合度誤差=0。 工件的定位誤差（用表示）是基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差的合成，故在求得基準(zhǔn)位移誤差和轉(zhuǎn)角誤差后，算得定位誤差=0.052mm。此值小于工件相應(yīng)位置度的三分之一，即0.052mm＜(0.3/3)mm=0.1mm。 4.6 夾緊方案的分析 a. 夾緊位置的確定 夾緊位置選擇的好壞直接影響到工件的加工精度、定位的可靠、工作的穩(wěn)定性。夾緊力的位置應(yīng)使夾緊力落在定位平面內(nèi)，力求接近平面的中心。夾緊力的方向最好要和軸向力相對，再根據(jù)氣缸體的大體形狀，選擇工件上表面為夾緊位置，方向向下，本道工序是粗鏜加工，選擇壓板夾緊。 b. 夾緊點的數(shù)目 在確定夾緊力作用點的數(shù)目時，應(yīng)遵從的原則是：對剛性較差的工件，夾緊力的數(shù)目應(yīng)增多，力求避免單點集中夾緊，以圖減小工件的夾緊變形；但夾緊點愈多，夾緊機構(gòu)愈復(fù)雜，夾緊的可靠性愈差，所以采用多點夾緊時，應(yīng)使夾緊點的數(shù)目為最小。 考慮到該氣缸體是鑄件，使夾緊力分散，應(yīng)采用多點夾緊。所以本設(shè)計采用壓板進行壓緊，四個壓板可將壓緊力分為四個。 c. 確定夾具的類型 由于要求大量大批生產(chǎn)。通用夾具、組合夾具、可調(diào)夾具、隨行夾具顯然不能滿足加工精度的要求。為了使用和維修的方便，專門設(shè)計了結(jié)構(gòu)緊湊的專用夾具。 d. 確定夾緊方式(動力裝置) 按夾緊動力來源分，可以分為手動夾緊機構(gòu)和自動夾緊機構(gòu)。手動夾緊主要用于小批量生產(chǎn)，本設(shè)計是不適合的。夾緊裝置中產(chǎn)生動力的部分叫動力裝置，常用的動力裝置有氣動、氣、電動等。夾緊裝置中直接與工件的被夾壓面接觸并完成夾壓作用的元件稱為夾緊元件，本設(shè)計采用了氣夾緊，解決了手動夾緊夾緊力不一致，誤差大，精度低，工人勞動強度大等缺點。由于油液的不可壓縮性，能傳遞較大的壓力，比氣壓大10多倍，因此，在產(chǎn)生同樣作用力的情況下，油缸直徑可以小許多倍，使夾具結(jié)構(gòu)更為緊湊。所以綜合氣壓和氣的優(yōu)缺點后，最后選用氣夾緊。 4.7 夾緊力的確定與計算 夾緊力大小的計算是個很復(fù)雜的問題，一般只能做粗略的估算。為了簡化計算起見，在設(shè)計夾緊裝置時，可只找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力平衡原理求出夾緊力的大小。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需要的夾緊力數(shù)值。 4.7.1夾緊力確定的基本原則 A.夾緊力的方向 a.夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。 b.夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。 c.夾緊力的方向應(yīng)是工件剛度較高的方向。 B.夾緊力的作用點 a.夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。 b.夾緊力的作用點應(yīng)選在工件剛度較高的部位。 c.夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面。 4.7.2 夾緊力的計算 根據(jù)被加工零件和所設(shè)計夾具的機構(gòu)特征，夾緊力的大小由主焊接決定。夾緊力使工件不會反轉(zhuǎn)和前后移動，因此在夾緊力的作用下，壓板和工件夾緊位置產(chǎn)生了摩擦力，此摩擦力為兩軸向進給力合力與圓周力合力提供。此處由于兩進給力方向相反，相互抵消絕大部分的力，以及定位銷承受了部分進給力，故兩軸向進給力合力的影響可忽略不計，此處只計算由圓周力（焊接）合力決定的夾緊力。 夾緊力的計算： 查參考文獻[6]表2.2-3夾緊力 計算公式 (3-5) 式中 ——實際所需夾緊力（N）； ——安全系數(shù) ——理論夾緊力（N）； F——焊接（N）； 1——夾緊元件與工件間的摩擦系數(shù)； 2——工件與夾具支承面間的摩擦系數(shù)； 根據(jù)文獻[6]公式2.2-2查得安全系數(shù)K計算公式如下 K= (3-6) 式中 ——各種因素的安全系數(shù)，見文獻[6]表2.2-1。 —— 為安全系數(shù) ——般安全系數(shù)，考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)。一般取1.2-1.5。這里取1.3 ——加工性質(zhì)系數(shù)。粗加工取1.2。精加工取1。 ——刀具鈍化程度?？紤]到刀具磨鈍后，焊接增大，一般取1.0-1.9，這里取1.5。 ——斷續(xù)切削系數(shù)。斷續(xù)切削時取1.2，連續(xù)切削時取1，這里是取1.2。 ——一般用來表示夾緊力的穩(wěn)定性，手動夾緊時取1.3，機動夾緊時取1.0。 由公式(3-6)得 根據(jù)該夾具的裝夾方式，選擇的計算公式(3-5) 查文獻[2]表3-34摩擦系數(shù)，均為 根據(jù)2.2.2節(jié)焊接的計算結(jié)果，F(xiàn)==1124N 4.8夾緊氣缸的選擇 a.氣缸工作壓力的確定 由[4]P.10頁表2-1得 組合機床工作壓力3-5MP，取P=5MP。 b.內(nèi)徑D和稈直徑d的確定 查表2-2,取P2=0.5MP 取ηcm=0.95 查表2-3,取d/D=1/2 由公式（2-3） 查表2-4,取D=90mm 查表2-5取d=45mm c.氣缸壁厚和外徑的計算 由[4]P.12頁公式 （3-7） 式中 ——氣缸壁厚； D——氣缸內(nèi)徑； ——試驗壓力，最大工作壓力的（1.25-1.5）倍 =1.3×5=6.5MP； ——缸體材料許用應(yīng)力，鑄鋼=100-110MP，取=100MP。 ，取=15mm 則外徑。 d.工作行程的確定 查表2-6,取工作行程為30mm。 e.缸蓋厚度的確定 （3-8） 取t=15mm。 綜上所述，查資料[6]P.817頁表3.6-23，選定夾緊氣缸為T5019I型油缸。 4.9 夾具體的設(shè)計 A.夾具體是夾具的基礎(chǔ)件。在夾具本上，要安裝組成該夾具所需要的各種元件，機構(gòu)和裝置。設(shè)計時應(yīng)滿足以下基本要求： a.有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性。 b.有足夠的強度和剛度。 c.結(jié)構(gòu)工藝性好。 d.排屑方便。 e.在機床上安裝穩(wěn)定可靠。 f.保證裝卸工件方便 B.夾具體毛坯結(jié)構(gòu)的選擇： 選擇夾具體毛坯結(jié)構(gòu)時，應(yīng)以結(jié)構(gòu)合理性、工藝性、經(jīng)濟性、標(biāo)準(zhǔn)化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。 夾具體一般有三種結(jié)構(gòu)：鑄造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)。 由于本道工序是焊接方管，振動大，且是批量生產(chǎn)的，所以選擇鑄造結(jié)構(gòu)，它的主要特點是，可鑄出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀、抗壓強度大、抗振性好、易于加工，但制造周期長，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故應(yīng)進行時效處理。 C.夾具體外形尺寸的確定： 夾具制造屬單件生產(chǎn)性質(zhì)，為縮短設(shè)計和制造周期，減少設(shè)計和制造費用，所以夾具體設(shè)計，一般不作復(fù)雜的計算。通常都是參考類似的夾具結(jié)構(gòu)，按經(jīng)驗類比法估計確定。如下表3-1。 表3-1 夾具體結(jié)構(gòu)尺寸的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 夾具體部位 經(jīng)驗數(shù)據(jù) 鑄造結(jié)構(gòu) 夾具體壁厚h 8～25mm 夾具體加強筋厚度 (0.7～0.9)h 夾具體加強筋高度 不大于5h 按上表，取夾具體壁厚h=25mm 夾具體加強筋厚度為 0.7×25～0.9×25mm,即為17.5～22.5 mm.取厚度為20mm 夾具體高度的確定： 根據(jù)前面的總體設(shè)計及機床聯(lián)系尺寸圖，夾具體的高度H=300mm D.設(shè)計的夾具技術(shù)要求有以下幾點： a. 鑄造徹底清砂； b. 鑄件需人工時效處理； c. 鑄件不得有砂眼、氣孔、縮松、裂紋等； d. 粗加工后需再次進行時效處理； e. 不加工表面涂底漆。 4.10 夾具的精度分析 夾具上主要元件之間的尺寸應(yīng)取工件相應(yīng)尺寸的平均值。當(dāng)工件與之相應(yīng)的尺寸有公差時，應(yīng)視工件精度要求和該距離尺寸公差的大小而定，當(dāng)工件公差值小時，宜取工件相應(yīng)公差的1/2—1/3；當(dāng)工件公差值較大時，宜取工件相應(yīng)公差的1/3—1/5作為相應(yīng)尺寸的公差。在機械加工中，造成工件加工誤差的因素主要有定位誤差，夾具在機床上的安裝誤差 ，刀具對刀和導(dǎo)向誤差，以及由于機床運動精度的工藝系統(tǒng)變形等因素引起的加工方法誤差等。為保證工件的技術(shù)要求，上述誤差的合成值應(yīng)不超過工件工序公差之值。 a. 工件在夾具上的安裝誤差ΔA 因為工件在夾具上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差。一般?。? b. 夾具誤差ΔE 因夾具上定位元件，對刀或?qū)蛟鞍惭b基面三者之間（包括導(dǎo)向元件與導(dǎo)向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差，夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時的調(diào)整和修配精度。 一般取 c. 加工方法誤差ΔG 因機床精度，刀具精度，刀具與機床的位置精度，工藝系統(tǒng)受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱為加工方法誤差，因該項誤差影響因素很多，又不便于計算，所以常根據(jù)經(jīng)驗為它留出工件公差的1/3。計算時可設(shè)ΔG=/3。 ——工件位置公差取0.20 d. 保證加工精度 工件在夾具中加工時，總加工誤差∑Δ為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立隨機誤差，應(yīng)用概率法加，因此，保證工件加工精度條件是： (3-9) 即工件總加工誤差∑Δ應(yīng)不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夾具完全可以保證加工精度。 為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報廢，在分析計算工件加工精度時需留出一定精度儲備量，因此將公式（3-8）改為： ≤－ → =－ （3-10） 當(dāng)≥0時夾具能滿足加工要求，根據(jù)以上 =－ =0.20-0.096=0.104≥0 所以夾具完全可以滿足加工要求。 5、氣缸工作原理及參數(shù)設(shè)定 5.1 氣缸工作原理 單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮空氣，實現(xiàn)一個方向運動。其活塞桿只能借助外力將其推回；通常借助于彈簧力，膜片張力，重力等。 單作用氣缸的特點是： 1）僅一端進（排）氣，結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量小。 2）用彈簧力或膜片力等復(fù)位，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸力。 3）缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些。 4）氣缸復(fù)位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進過程中是變化的。 由于以上特點，單作用活塞氣缸多用于短行程。其推力及運動速度均要求不高場合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。單作用柱塞缸則不然，可用在長行程、高載荷的場合。 圖4-1 單作用活塞式氣缸 雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實現(xiàn)雙向運動的氣缸。其結(jié)構(gòu)可分為雙活塞桿式、單活塞桿式、雙活塞式、緩沖式和非緩沖式等。此類氣缸使用最為廣泛。 1）雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種。 缸體固定時，其所帶載荷（如工作臺）與氣缸兩活塞桿連成一體，壓縮空氣依次進入氣缸兩腔（一腔進氣另一腔排氣），活塞桿帶動工作臺左右運動，工作臺運動范圍等于其有效行程s的3倍。安裝所占空間大，一般用于小型設(shè)備上。 活塞桿固定時，為管路連接方便，活塞桿制成空心，缸體與載荷（工作臺）連成一體，壓縮空氣從空心活塞桿的左端或右端進入氣缸兩腔，使缸體帶動工作臺向左或向左運動，工作臺的運動范圍為其有效行程s的2倍。適用于中、大型設(shè)備。 圖4-1-1 雙活塞桿氣缸 5.2 參數(shù)設(shè)定 此氣缸選用單活塞桿薄型氣缸。 無給油氣缸。 實現(xiàn)自動化設(shè)備小型化所必需的 空間節(jié)約型氣缸。 內(nèi)裝橡膠緩沖, 提高使用壽命。 Reed Switch可連接在三面 (Φ12, Φ16, Φ20)或四面 (Φ25, Φ32, Φ40, Φ50, Φ63, Φ80, Φ100,Φ125)。 可選擇便于連接的四個貫通槽或兩端的Tap。 Gripping & Moving Components 特性 訂購記號 5.3夾具氣壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算 5.3.1 分析工況 單作用氣缸工況： 氣缸動作伸出，再縮回。伸出再縮回。 5.3.2氣壓執(zhí)行元件載荷力計算 5.3.2.1氣壓缸的載荷力計算 按所夾具的要求所選薄型氣缸的載荷力 （1）單作用氣壓缸的載荷力，已知F1=104N（慣性力與摩擦力忽略不計）。 5.3.3 確定系統(tǒng)的工作壓力 因為氣缸工作壓力較小一般為0.3～0.7MPa，輸出力最大不超過20KN。根據(jù)實際情況和夾具技術(shù)要求，可以初定系統(tǒng)的壓力為0.3MPa。 5.4 確定氣壓缸的主要參數(shù) 5.4.1.初選氣壓缸的工作壓力和確定氣壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 5.4.1.1單作用氣壓缸的缸徑和活塞桿直徑 （1）氣缸理論工作壓力一般為0.3～0.7MPa，氣缸效率為0.7～0.95,。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》，取氣缸的工作壓力P=0.3MPa，效率為。由公式（3-1） 所以， 根據(jù)氣壓缸內(nèi)徑系列將所計算的值圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取D1=32mm。，則活塞桿直徑d1＝0.3D1=0.3×32mm＝9.6mm ，根據(jù)活塞桿直徑系列將所計算的值圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取d1=10mm。 （2）按強度條件計算 根據(jù)技術(shù)要求，活塞桿選用鋁合金ZL3，查表可知其許用應(yīng)力，彈性模量E=73GPa，根據(jù)《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》公式（24.2-15） 由（1）知單作用活塞式氣缸的活塞桿直徑d1=10mm，故滿足強度要求。 （3）按縱向彎曲極限力計算 氣缸承受軸向壓力以后，會產(chǎn)生軸向彎曲。當(dāng)縱向力達到極限力Fk以后。活塞桿會產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式，活塞桿直徑及行程有關(guān)。根據(jù)《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》表24.2-6可得： 活塞桿長度L=140mm，活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑K=d/4=2.5mm，系數(shù)n=0.25，活塞桿斷面慣性矩 長細比 因為長細比滿足，則： 顯然縱向力F1 =200N遠遠小于極限力故滿足條件。 5.5 確定各氣缸的缸筒壁厚和耗氣量 5.5.1 氣壓缸各參數(shù)計算 5.5.1.1 單作用氣缸的缸筒壁厚計算 缸筒直接承受壓力，需有一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比為 所以通?？砂幢”谕补接嬎悖鶕?jù)《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》公式(24.2-18)可知試驗壓力Pt=1.5P，則： 通常計算出的缸筒壁厚都相當(dāng)薄，但考慮到機械加工，缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往將氣缸筒壁厚作適當(dāng)加厚。且盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管和鋁合金管。參考《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》表24．2—7所列缸筒壁厚值，最終選用單作用氣缸的缸筒壁厚 5.5.1.2 單作用氣缸的耗氣量計算 一個氣缸的耗氣量與其直徑、行程、缸的動作時間及從換向閥到氣缸導(dǎo)氣管道的容積等有關(guān)。在實際應(yīng)用中，從換向閥到氣缸導(dǎo)氣管道容積與氣缸容積相比往往很小，故可忽略不計。根據(jù)《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》，單作用活塞式氣缸有活塞桿腔工作，由公式（24.2-28），氣缸單位時間壓縮空氣消耗量計算如下： 選用空氣壓縮機主要依據(jù)氣缸耗氣量大小，為了便于選用空氣壓縮機，按公式（24.2-29）將壓縮空氣消耗量換算為自由空氣消耗量，其中標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 綜上計算，選用氣缸型號為JSQD-32-30，氣缸為薄型氣缸，缸徑32，行程30，內(nèi)帶磁環(huán)，并配兩個磁性開關(guān)，廠家為韓國JRT氣缸。 5.5.2 氣缸試驗與使用注意事項 5.5.2.1 耐壓性和試驗 氣缸的耐壓性指確保工作安全，承受安全壓力而不損壞的性能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，氣缸在空載條件下，以標(biāo)稱壓力1．5倍的壓力在缸的無桿腔和有桿腔交替加壓，并分別保壓lmin，氣缸所有部件應(yīng)無異常現(xiàn)象。 5.5.2.2 空載性能和試驗 氣缸的空載性能指氣缸處于空載狀態(tài)下，水平放置，在氣缸的有桿腔和無桿腔。交替加入規(guī)定壓力的壓縮空氣時，氣缸動作的平穩(wěn)性。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：氣缸水平放置；用單向節(jié)流閥調(diào)速；氣源接人壓縮空氣壓力與氣缸直徑有關(guān)。缸徑在32—100mm時，輸入氣壓為0．15MPa；缸徑在125—320mm時，輸入氣壓為0．1MPa。在試驗測試前應(yīng)使缸往復(fù)運動多次；帶緩沖裝置的氣缸應(yīng)將緩沖閥全部打開進行測試。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氣缸運動時全行程應(yīng)運行平穩(wěn)，無爬行。運行最低速度(無爬行平穩(wěn)速度)達50mm／s為一等品，達100mm／s為合格品。氣缸的空載性能與氣缸活塞、缸體、活塞桿等制造精度有關(guān)，與密封形式，密封件壓緊力、裝配水平及密封件的種類、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、尺寸有關(guān)。 5.5.2.3 耐久性及試驗 氣缸的耐久性即指氣缸壽命。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在活塞桿軸向加相當(dāng)于氣缸最大理論輸出力50％左右的阻力載荷，從氣缸的無桿腔及有桿腔交替加入最高工作壓力，用單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)排氣口的流量，使活塞的平均速度達到約200mm／s?；钊厝谐套魍鶑?fù)運動，累計其運行長度不小于300km為合格品；不小于600km為一等品。試驗中帶緩沖機構(gòu)的氣缸，應(yīng)調(diào)節(jié)緩沖節(jié)流閥，在行程兩端不能產(chǎn)生碰撞缸蓋現(xiàn)象。 5.5.2.4氣缸使用注意事項 （1)一般氣缸的正常工作條件：環(huán)境溫度為一35～80℃。工作壓力為0．4～0．6MPa。（2)安裝前，應(yīng)在1.5倍工作壓力條件下進行試驗，不應(yīng)漏氣。 （3)裝配時，所有密封元件的相對運動工作表面應(yīng)涂以潤滑脂。 （4)安裝的氣源進口處必須設(shè)置氣源調(diào)節(jié)裝置：過濾器—減壓閥—油霧器。 （5)載荷在行程中有變化時，應(yīng)使用輸出力足夠的氣缸，并附設(shè)緩沖裝置。 （6)安裝時注意活塞桿應(yīng)盡量承受拉力載荷，承受推力載荷應(yīng)盡可能使載荷作用在活塞桿軸線上，活塞桿不允許承受偏心或橫向載荷。 （7) 氣缸行程與其使用場合及工作機構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于夾緊等機構(gòu)，為保證夾緊效果，必須按計算行程多加10～20mm的行程余量，盡量不使用滿行程。 6 夾具使用說明 6.1 夾具體的安裝說明 1）將擋板安裝在制定的位置，用螺絲擰緊。 2）將汽缸安裝在不妨礙焊接位置，用螺絲擰緊。 6.2夾具體的實用性說明 底座夾具安裝方便簡單，操作快捷。材料成本低，所需材料節(jié)省，焊接結(jié)構(gòu)容易拆卸。夾具件加工容易，自動化程度高，適合大批量生產(chǎn)。 6.3國家標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 1）六角頭螺栓：M8×1.25，材料為45鋼，一共36個。 6.4繪制夾具草圖（見圖） 首先通讀工件圖，確定要焊接的構(gòu)件的材料，焊接位置，焊縫形式，接頭形式等，然后據(jù)此來制定一套行之有效的工裝夾具設(shè)計方案，首先選擇基準(zhǔn)面，選擇底板的右側(cè)跟前面座作為基準(zhǔn)面，然后要焊接的工件有小支塊和墊塊，小支塊是環(huán)焊縫，小支塊是三面焊縫，小支塊的定位用中間的擋板固定，壓緊機構(gòu)用汽缸壓緊，接下來把支架固定在底座上，前面用定位塊定位，后面用汽缸壓緊，底板的左面也用擋塊，據(jù)此方案將草圖繪制完畢。 6.5 繪制正式裝配圖（見圖） 根據(jù)草圖將各結(jié)構(gòu)件夾具體等按照一定尺寸繪制裝配圖，將原工件繪制為虛線。 夾具圖三維圖 夾具體二維裝配圖 6.6 繪制零件圖（見圖） 根據(jù)裝配圖繪制各零件圖，標(biāo)注尺寸，公差，配合，粗糙度等。 小 結(jié) 通過近段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分的掌握了一般的設(shè)計方法和步驟，不僅是對所學(xué)知識的一個鞏固，也從中得到新的啟發(fā)和感受，同時也提高了自己運用理論知識解決實際問題的能力，而且比較系統(tǒng)的理解了焊接夾具設(shè)計的整個過程。 在整個設(shè)計過程中，我本著實事求是的原則，抱著科學(xué)、嚴謹?shù)膽B(tài)度，主要按照課本的步驟，到圖書館查閱資料，在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)的資料和相關(guān)產(chǎn)品信息。這一次設(shè)計是在大學(xué)里最系統(tǒng)、最完整的一次設(shè)計，也是最難的一次。在泥漿泵曲軸箱體零件的加工工藝及工裝設(shè)計的時候，不停的計算、比較、修改，再比較、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期間也遇到不少的困難和挫折，幸好有老師的指導(dǎo)和幫助，才能夠在設(shè)計中少走了一些彎路，順利的完成了這曲軸箱的工藝分析與加工設(shè)計。本次畢業(yè)設(shè)計過程中使我學(xué)到的知識，使我終生受益。 由于個人能力所限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請老師給予指教。 致 謝 在本次畢業(yè)中，首先設(shè)計感謝xxx老師和xxx老師的指導(dǎo)，我才能順利地完成設(shè)計。 在設(shè)計過程中，我曾經(jīng)遇到很多不明白的地方，老師們會指導(dǎo)我去查找相關(guān)的資料書籍并給我講解其中各種方式的優(yōu)劣，讓我能夠選擇更好的設(shè)計方法。在運用各種軟件查資料或繪圖設(shè)計時，會遇到不清楚操作的地方，老師和同學(xué)都能夠及時的給予指導(dǎo)，保證設(shè)計的進度正常進行。 總之，本次設(shè)計是在老師和同學(xué)的幫助下完成的，在學(xué)院學(xué)習(xí)即將結(jié)束之際，我向各位老師和同學(xué)表示誠摯的謝意 雖然第一次做畢業(yè)設(shè)計做得不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲，讓我更加了解機械設(shè)計的流程和應(yīng)注意的事項，使我終身受益。 參考文獻 [1] 陳祝年，《焊接簡明設(shè)計手冊》機械工業(yè)出版社，1999年 [2] 王 政，《焊接工裝夾具及變位機械》機械工業(yè)出版社，2001年 [3] 陳煥明《焊接工裝設(shè)計基礎(chǔ)》航空工業(yè)出版社，2004年 [4] 孫麗媛《機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)》冶金工業(yè)出版社，2002年 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