板材送进夹钳装置设计.docx
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板材送进夹钳装置设计
摘要
随着科技的进步，在工业领域所应用的自动化程度越来越高。
作为机械行业，肩负着国家制造业的兴衰，也是衡量一个国家综合国力的主要标志。
目前，在机械加工生产线上多数采用的是电、气、液相结合的一体化模式。
板材送进夹钳是生产线上的重要环节，是连接主机和工作机的桥梁。
因此，成功设计该装置具有十分重要的意义，它可以降低劳动成本，提高工作效率，给公司带来丰厚的效益。
本论文主要介绍了STPK120的设计过程：
包括工作原理，结构的组成与分析，典型零件的设计以及加工工艺过程，板材翘曲度的控制。
关键字：
夹钳装置工作原理结构分析加工工艺翘曲度
Abstract
Withtheadvancementoftechnologyinthefieldofindustrialautomationapplicationsincreasinglyhigh.Asamechanicalindustries,manufacturingorshoulderscountries,butalsotomeasureanation'scomprehensivestrengthofthemainsigns.Currently,mechanicalprocessingproductionlineisthemostusedelectricity,gas,liquidphaseistheintegrationofmodels.Plateintotheproductionlineisanimportantlinktongs,andthebridgeconnectingthemainframe.Therefore,thesuccessfuldesignofthedeviceisofgreatsignificance,itcanreducelabourcosts,improveworkefficiency,andbringhugebenefitstocompanies.ThemajorpaperspresentedSTPK120designprocess:
includingtheory,thestructureandcompositionanalysis,thetypicalcomponentsandmachiningprocessdesign,platebendingdegreesofcontrol.
Keywords:
TongsdeviceOperatingprinciplesStructuralanalysisManufacturingprocessBendingdegrees
摘要……………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………………Ⅱ
第1章绪论…………………………………………………………………1
第2章夹钳装置的概述……………………………………………………4
2.1STPK120夹钳装置的简介……………………………………………4
2.2STPK120夹钳装置的工作原理………………………………………4
2.3STPK120夹钳装置的结构组成及其各部分的功用…………………5
2.3.1传感器…………………………………………………………5
2.3.2油缸……………………………………………………………8
2.3.3锁紧缸…………………………………………………………8
2.3.4支座……………………………………………………………9
2.3.5气缸支架………………………………………………………9
2.4夹钳装置的技术特点…………………………………………………9
2.5设计的有关技术参数…………………………………………………9
第3章缸筒的工艺规程设计………………………………………………10
3.1缸筒的功用……………………………………………………………10
3.2缸筒的工艺分析………………………………………………………10
3.3工艺规程设计…………………………………………………………11
3.3.1确定毛坯的制造形式…………………………………………11
3.3.2基面的选择……………………………………………………11
3.3.3制定就加工工艺………………………………………………11
第4章板材的受力分析……………………………………………………12
4.1液压油的选择…………………………………………………………12
4.2夹钳力的计算…………………………………………………………13
4.3板材受力分析…………………………………………………………13
第5章项目的技术经济分析………………………………………………15
5.12006年的经济预测…………………………………………………15
5.1.1国家宏观调控政策有利于板材送进夹钳装置行业发展……15
5.1.2主机任务饱满，对板材送进夹钳装置行业的发展有利……15
5.2可能影响经济运行质量的问题………………………………………15
5.2.1燃料、动力、原辅材料价格的上涨，影响企业的效益……15
5.2.2积极引导企业吸引外资………………………………………15
5.3绿色设计………………………………………………………………16
5.3.1绿色设计产生的背景…………………………………………16
5.3.2绿色产品的定义和特点………………………………………16
5.3.3绿色设计的主要内容和设计原则……………………………17
第6章超精密加工的发展方向与展望…………………………………19
6.1跟踪世界先进科技的发展，大量掌握和利用信息…………………19
6.2整合、重组思想的运用………………………………………………20
6.3创新是推动超精密加工技术发展的动力……………………………21
6.4注意动向，为发展铺平道路…………………………………………22
6.5微机械的制造技术……………………………………………………22
6.6硬脆材料采用延性方式加工…………………………………………23
6.7超精密计量技术的发展………………………………………………23
6.8结束语…………………………………………………………………24
结论………………………………………………………………………………25
致谢………………………………………………………………………………26
参考文献…………………………………………………………………………27
附录1英文原文…………………………………………………………………28
附录2外文翻译…………………………………………………………………42
第1章绪论
1.1国内外的科技现状
国外现状：
随着科学技术的进步，各国的液压系统取得了快速发展。
德国哈雷液压系统，噪音及振动小、速度快,具有过载自动保护，确保机床的精度和动力需求,可实现行程无级调整，方便调节不同板厚时的冲压行程及补偿模具刃磨量，提高效率，无伺服阀，对油品要求不高。
省电，液压系统自备高效风冷装置，节约电力消耗，整机日常维护保养简便，定期更换项目少，减轻用户维护成本。
意大利Atos公司生产的液压元件和电液系统是液压和电子理想结合的产品，能实现快速，平稳和精确的控制。
日本SUMITOMO公司生产的QT内啮合齿轮泵具有静音，耐高压，抗磨损，寿命长，应用广泛的特点。
此外，美国的Parker公司，意大利的CARCO公司，日本的YUKEN公司都在液压元件和液压传动方面取得了成功。
国内现状：
虽然我国的液压系统和液压元件大多数是靠国外进口，但也取得了一定的成就。
广州机械科学研究院液压研究所开发的广研系列的比例阀，高性能军用液压阀，核电站用的水介质液压阀以及各类液压缸，液压系统都广泛应用于各行各业，比如宝钢ERW套管热处理线液压系统。
德州液压机具厂（集团公司）下设的宙力液压机具有限公司专业生产的超高压液压泵站，机具，工具油缸等元件处于全国领先地位。
宇力液压缸有限公司专业生产系列装载机，推土机，挖掘机，路面机械等工程液压缸，是我国同行业最大规模之一。
新宇工程机械有限公司致力于工程机械及配件，液压件的经营，承接维修业务。
1．2企业体制的改革
通过几年的调整改革，以及对外开放方针政策的进一步贯彻，液压气动密封行业的资本结构发生了很大的变化。
原国有大中型企业经过改制，减轻债务和历史包袱，企业的生产技术实力进一步得到发挥，在行业中起着重要的骨干作用。
例如，上海电气液压气动有限公司，几年来大手笔改革，优化产业结构，成功开展与国外合资，公司取得了飞速发展，北京华德液压集团有限公司优化资源配置，克服原国有企业种种弊端，使企业发展更上一层楼，液压阀、液压泵产品产值、产量超过设计纲领；镇江液压件厂有限公司的成功改制，大大提高了职工的积极性，使企业的经济效益大幅度上升，近两、三年企业投入技术改造的资金，比前三个五年计划投入的总和还要多，提高了企业的自主开发能力和工艺装备水平，为企业开发国内外市场创造了条件，为中小型企业改革做出了榜样；长江液压件有限公司的股份制改造，增强了企业的活力，为中型企业的改制提供了经验等。
大批民营企业一惊人的速度成长发展，如宁国中鼎、温州海特克、温州黎明、丹东克隆、浙江国泰、上海大众等，努力开拓国内外市场，其装备水平、管理经验、产品质量等快速提升，取得了良好的经济效益，显示出了强劲的竞争力，企业的发展步入了良性的循环。
近年来，大量的外资进入液气密行业，世界各大著名公司，如博士—力士乐公司、日本SMC公司、德国FESTO公司等纷纷在我国开办独资，合资企业，或做国内的销售代理等业务，他们以高起点、专业化、规模生产的方式，为高水平主机和重大装备配套，呈现“制造业向中国转移”的态势。
因此，形成了国有、民营、三资企业的销售额基本量三足鼎立之势。
1．3液压气动密封工业市场行情
在我国加入WTO以后，随着经济全球化的发展，我国的市场经济不断发展和完善，在国家宏观调空的经济大环境中，在机械工业各主机快速发展的带动下，液压气动密封工业连续5年实现了持续快速稳定的发展，取得了显著成绩，于2004年提前完成了“十五”规划的预定目标，行业面貌发生了可喜的变化。
根据对液压、液力、气动、密封工业332个主要企业截止2005年底的统计，液压气动密封工业平均经济效益指数1.62，销售利润率9.56%，总资产贡献率11.94%，资本保值增值率113.62%，资产负债率51.68%，流动资产周转率1.32次，成本费用利用率10.44%，劳动生产率76788元/人，产品销售率97.40%，市场供求衔接良好。
1．4板材送进夹钳装置项目研究的意义
以上这些成绩的取得固然可喜，但我们必须还要看清一些现状，根据资料显示：
就综合机械化的水平看，总体上中国目前只能赶上或达到国际上上世纪九十年代初的水平。
另外，国产板材送进夹钳装置与国外相比，在技术性能方面，环境保护、可靠性方面和监控及保护系统方面也都存在不小的差距。
因此，必须提高自主创新能力，加大科研投入力度，努力达到世界先进水平。
STPK120型夹钳装置是广泛吸收国内外现有的液压，气压夹钳装置的先进技术基础上，针对板材的型号长、厚、宽分别为5m—12m，4—10mm，300mm—500mm而开发研制的。
板材的两侧面分别布置5个该夹钳装置，并且每个夹钳装置之间的距离是1000mm。
这样能够节省大量的材料，对大批量的板材生产具有降低成本的优点。
该夹钳夹紧力靠油缸夹紧，伸缩采用SMC公司的锁紧缸。
它具有结构可靠，传动平稳，节省材料，动作灵敏等优点。
而作为板材送进装置的重要辅助机构，对提高劳动生产率，降低工人的劳动力具有显著的作用。
因此它的研制有十分重要的意义。
针对上述现象，对于夹钳装置的研究一直是一个不间断的工作，今后相当长的时间内，我们都要研究它。
我设计的是STPK120型夹钳装置，希望能起到一定的帮助。
第2章夹钳装置的概述
2.1STPK120夹钳装置的简介
STPK120板材夹钳装置是广泛吸收国内外现有的液压，气压夹钳装置的先进技术基础上，针对板材的型号长、厚、宽分别为5m—12m，4—10mm，300mm—500mm而开发研制的。
板材的两侧面分别布置5个该夹钳装置，并且每个夹钳装置之间的距离是1000mm。
这样能够节省大量的材料，对大批量的板材生产具有降低成本的优点。
该夹钳夹紧力靠油缸夹紧，伸缩采用SMC公司的锁紧缸。
它具有结构可靠，传动平稳，节省材料，动作灵敏等优点。
2.2STPK120夹钳装置的工作原理
夹钳的作用是夹住工件的侧面，工件放在辊子上，夹钳夹住工件，拖动工件前行，送到主机进行冲孔加工。
一般情况下，采用多个夹钳共同夹住板材，夹钳口伸入到板侧面20—30mm，即可夹住。
众多夹钳并排放在平板上，平板下有滑轨，由电机驱动齿轮、齿条，即可驱动平板在滑轨上运行。
夹钳夹紧力靠油缸夹紧，油缸为单作用油缸，即复位采用油缸弹簧。
夹钳伸缩采用SMC公司的锁紧缸，此缸在行程上可在任意位置停止锁紧活塞，使夹钳不窜动。
该装置的动作过程为：
当工件位置放好后，夹钳头在汽缸的推动下伸出；当工件进入夹钳口时，板材侧面接触到感应块时，感应块后退，接近开关得到信号；控制系统收到接近开关的信号，油缸进油，上钳口下压，压住板材，同时汽缸活塞锁紧不动；夹紧后，夹钳带着工件在齿轮、齿条驱动下前行，送往主机。
然后当主机对板材冲孔加工后，控制系统得到命令后，油缸卸压，在油缸弹簧的作用下活塞杆上升，夹头在复位弹簧的作用下回到初始位置。
同时锁紧气缸拉动油缸回到原位置，至此整个动作结束。
工作原理图如图2—1所示。
图2—1
1．活塞杆2.油缸3.浮动夹钳支架4.支座5.锁紧气缸
2.3STPK120夹钳装置的结构组成及其各部分的功用
该夹钳装置主要由单作用油缸、锁紧缸、支座、气缸支架、浮动夹钳支架、传感器等零件组成。
2．3．1传感器
工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将被测量转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。
传感器的作用类似于人的感觉器官。
它把被测量，如力、位移、温度等，转换为易测信号，传送给测量系统的信号调理环节。
传感器也可以认为是人类感官的延伸，因为借助传感器可以去探索那些人们无法用感官直接测量的事物，例如，用热电偶可以测得炽热物体的温度；用超声波探测器可以测量海水深度；用红外遥感器可从高空探测地面上的植被和污染情况，等等。
因此，可以说传感器是人们认识自然界的有力工具，是测量仪器与被测事物之间的接口。
在工程上也把提供与输入量有给定关系的输出量的器件，称为测量变换器。
传感器就是输入量为被测量的测量变换器。
传感器处于测试装置的输入端，其性能将直接影响着整个测试装置的工作质量。
当今传感器开发中，以下列三方面的发展最引人注目：
（1）物性型传感器大量涌现物性型传感器是依靠敏感材料本身的物性随被测量的变化来实现信号的转换的。
因此这类传感器的开发实质上是新材料的开发。
目前发展最迅速的新材料是半导体、陶瓷、光导纤维、磁性材料，以及所谓的“智能材料”（如形状记忆合金、具有自增殖功能的生物体材料等。
）这些材料的开发，不仅使可测量大量增多，使力、热、光、磁、湿度、气体、离子等方面的一些参量的测量成为现实，也使集成化小型化和高性能传感器的出现成为可能。
此外，当前控制材料性能的技术已取得长足的进步。
这种技术一旦实现，将会完全改变原有敏感元件设计概念：
从根据材料特性来设计敏感元件，转变成按照传感要求来合成所需的材料。
总之，传感器正经历着从以结构型为主向以物性型为主的过程。
（2）集成、智能化传感器的开发微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面的进展，出现了多种集成化传感器。
这类传感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线型、面型的传感器；或是多种不同功能的敏感元件集成一体，成为可同时进行多种参量测量的传感器；或是传感器与放大、运算、温度补偿等电路集成一体的器件。
近年来，更有把部分信号处理电路和传感器集成一体，使传感器具有部分智能，成为智能化传感器。
（3）化学传感器的开发近20年来，工农业生产、环境监测、医疗卫生和日常生活等领域，广泛应用化学传感器。
化学传感器把化学量转化成电量。
大部分化学传感器是在被测气体或溶液分子与敏感元件接触或被其吸附后才开始感知的，而后产生相应的电流和电位。
目前市场上供应的化学传感器以气体传感器、湿度传感器、离子传感器和生物化学传感器为主。
预计在未来一段时间内，化学传感器器件将会蓬勃发展，并且出现一些智能化化学传感器。
传感器分类方法很多。
按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等；按传感器工作原理分类，可分为机械式、电器式、光学式、流体式等；按信号变换特征也可概括分为物性型和结构型；根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制型；按输出信号分类，可分为模拟式和数字式；等等。
本产品所用的传感器既属于电器式，结构型又属于能量转换型。
它由感应块，感应柱和各种电路元件组成。
当工件进入夹钳口时，板材侧面接触到感应块时，感应块后退，接近开关得到信号，控制系统收到接近开关的信号，进行相关处理。
如图2—1（a），图2—1（b）所示：
图2—1（a）
图2—1（b）
2．3．2油缸
油缸是该装置中的重要组成部分，是进行夹钳动作的直接执行部件。
油缸可分为单作用缸和双作用缸，在不同的工作条件下采用不同的型号。
单作用缸靠油缸弹簧复位，用于压力不高的场合。
双作用油缸采用进、出油口，常用于压力比较高的场合。
本产品采用的是单作用液压缸，是因为夹钳板材不需要用太大的压力，并且单作用液压缸的主要优点是结构简单，动作灵敏，费用低廉，能很好得完成工作任务。
因此从经济角度和实用性考虑也应该选择单作用液压缸。
它和活塞、夹头配合共同完成夹钳并送往主机。
2．3．3锁紧缸
锁紧缸选用了日本SMC公司生产的气缸，它的作用是工作时将油缸伸出去。
当传感器感应到板材时，控制系统得到信号并向气缸发送锁紧信号，此时，气缸就自动锁紧不动。
2．3．4支座
支座的用途不言而寓就是起支撑作用，支撑锁紧缸和液压缸进行正常工作，并且和底座用螺纹连接，随带传动一起向主机方向运动。
2．3．5气缸支架
气缸支架是焊接件，固定在支座上，支撑气缸活塞平稳动作，其次还起到导向作用。
2．4夹钳装置的技术特点
支座、气缸支架、浮动夹钳支架都是焊接件，它们的主要技术特点是：
板件不得出现明显焊接变形，焊后清渣，焊后去焊接应力，锐边倒钝，发黑处理。
油缸活塞杆采用的材料是45钢，加工时注意锐边倒钝和T235。
油缸的材料也是45钢，加工时注意锐边倒钝，进行去除应力和T215。
各零件装配后夹钳活动灵活，弹簧在工作行程内伸缩自如。
2．5设计的有关技术参数
钢板：
厚4—10mm，长3—12mm，宽300—500mm；
钢板翘曲最大30mm；
气缸为锁紧气缸即在行程内任意位置停止不动；
气缸行程200mm，缸径63mm，锁紧力4000N。
夹钳装置的布置是：
板材的两侧面分别布置5个该夹钳装置，并且每个夹钳装置之间的距离是1000mm。
第3章缸筒的工艺规程设计
3．1缸筒的功用
油缸是该装置中的重要组成部分，是进行夹钳动作的直接执行部件。
油缸可分为单作用缸和双作用缸，在不同的工作条件下采用不同的型号。
单作用缸靠油缸弹簧复位，用于压力不高的场合。
双作用油缸采用进、出油口，常用于压力比较高的场合。
本产品采用的是单作用液压缸，它的主要优点是结构简单，动作灵敏，费用低廉，能很好得完成工作任务。
它和活塞、夹头配合共同完成夹钳并送往主机。
3．2缸筒的工艺分析
缸筒主要加工表面，它们之间有一定的位置要求。
现分析如下：
1．该零件的主要加工面孔φ38H11，φ36，φ30H8，φ35.9H9，φ60H9。
2．孔φ30H8，φ35.9H9分别与孔φ60H9的同轴度为φ0.015，φ0.02。
3．孔φ60H9与缸筒的内外端面的垂直度分别为0.04，0.04。
这些将直接影响缸筒和活塞的配合精度。
如图3—1所示：
图3—1
3．3工艺规程设计
3．3．1确定毛坯的制造形式
缸筒是常用的传动件，配合活塞杆使用。
由于本产品所用的缸筒是小批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，但结构比较复杂并且对强度的要求不高，故可采用金属型铸造成型，选择零件的材料为45钢。
这从提高生产效率，保证加工精度上考虑，也是应该的。
3．3．2基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。
否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。
粗基准选择的原则有：
相互位置要求原则；余量均匀原则；余量足够原则；粗基准不重复使用原则。
本产品所用缸筒的两个内孔φ30及φ35与孔的中心线有同轴度的要求，因此加工该两孔时应注意相互位置要求原则。
因此选φ60及外端面B为定位基准是最合理的。
（2）精基准的选择。
精基准选择的原则有：
基准重合原则；基准统一原则；互为基准、反复加工原则；自为基准原则。
加工缸筒时主要考虑基准统一的问题，即遵循“基准统一”的原则。
基准统一的好处有：
保证各表面间的相互位置精度，避免因基准变换而产生误差，并有利于简化夹具的设计种类，减少装夹的时间，从而降低制造成本。
因此选φ30及外端面A为定位基准是最合理的。
3．3．3制定孔加工的工艺
制定孔加工工艺的出发点，应该是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。
在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
工艺方案：
以φ60及外端面B为定位面，采用短阶梯圆柱销定位，另外加以辅助支撑（辅助支撑的作用提高定位的稳定性，不影响自由度的限制），绞φ30孔。
然后以φ30及外端面A为定位面，采用短阶梯圆柱销定位，另外加以辅助支撑，绞φ60孔。
第4章板材的受力分析
4．1液压油的选择
液压系统中使用的液压油液的种类有：
石油型和难燃型两种。
石油型可分为机械油、汽轮机油、普通液压油以及专用液压。
而专用液压油又可分为抗磨液压油、低温液压油、液压—导轨油、高粘度指数液压油、其它专用液压油。
难燃型可分为乳化型和合成型。
乳化型可分为水包油乳化液、油包水乳化液。
合成型包含水—乙二醇液、磷酸酯液和其它。
石油型的液压油以机械油为基料，精练后按需要加入适当的添加剂而成。
这种油液的润滑性好，但抗燃性差。
机械油是一种工业用润滑油，价格虽较低，但物理化学性能较差，使用时易生粘稠胶质，堵塞元件，影响系统的性能。
压力越高，问题越严重。
因此，只在压力较低和要求不高的场合使用。
汽轮机油和机械油相比，氧化安定性好，使用寿命长，与水混合后能迅速分离，纯净度高。
普通液压油中加有抗氧化防锈和抗泡等的添加剂，在液压系统中使用最广。
水—乙二醇液适用于要求防火的液压系统。
如液体长期在高于65℃的温度下工作，水分的蒸发使它的粘度上升，因此必须经常检验。
低温下粘度小，它的润滑性比石油型液压油差，对大多数金属及液压系统中使用的大多数橡胶密封圈材料
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