滑移式起重夾鉗裝置主機(jī)的加工工藝設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目：滑移式起重夾鉗裝置主機(jī)的加工工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　作者： 屆 別： </p><p>　　院別： 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： </p><p>　　專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化職

2、 稱： 副教授 </p><p>　　完成時(shí)間： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)械夾鉗機(jī)構(gòu)是機(jī)械制造裝備的重要組件,當(dāng)夾鉗機(jī)構(gòu)鉗口開口因夾持不同尺寸大型工件而有較大變化時(shí),存在夾持力波動(dòng)很大的情況,因而很難保證夾持的可靠性,甚至造成夾持機(jī)構(gòu)功能失效。&

3、lt;/p><p>　　本文詳細(xì)介紹了夾鉗裝置設(shè)計(jì)過程和一些零件加工工藝方法,快速成型加工和數(shù)控加工，薄壁零件在加工過程中容易變形,加工精度難以保證,如果能采用合適加工工藝,完全可以解決這一問題。</p><p>　　本文針對(duì)典型的軸類零件數(shù)控加工工藝的分析,給出了對(duì)于一般零件數(shù)控加工工藝分析的方法。</p><p>　　關(guān)鍵字：夾持力；夾鉗裝置；加工工藝設(shè)計(jì)；夾鉗強(qiáng)度

4、</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The mechanical clamping mechanism is an important component part of mecha nical manufacturing equipment. There exists a situation of large fluctuat

5、ion in clamping force while the vice jaw opening of clamping mechanism has rather large variations on account of clamping large-scaled work-pieces of different dimensions, therefore it is very difficult to ensure the rel

6、iability of clamping or even causing failure on the function of clamping mechanism. </p><p>　　The processing method and jig designing process of some cylinder body were introduced. In the processing of thin

7、 wall cylinder components, they are easy to distort, so it is very difficult to guarantee the precision. </p><p>　　At last，technology analysis is very important, on the basis of analyzing technologies of sha

8、ft components' NC processing, the methods of usual components' NC processing technologies were given out, which was significant for actual manufacture and enhancing products' quality.</p><p>　　Ke

9、ywords：clamping force；Clamping devices；processing craft designing；shaft components process</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII<

10、;/p><p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1 起重夾鉗國內(nèi)外發(fā)展情況1</p><p>　　1.2 起重夾鉗加工的發(fā)展情況3</p><p>　　1.3 研究的主要內(nèi)容及解決的主要問題3</p><p>　　2100KG起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)原理和作用4</

11、p><p>　　2.1100KG起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.2 100KG 起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)的基本原理5</p><p>　　3100KG 起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)的材料選擇5</p><p>　　3.1100KG 起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析5</p><p>　　3.2 起重夾鉗裝

12、置主機(jī)的鉗臂的材料選擇9</p><p>　　3.3 起重夾鉗裝置主機(jī)的鉗口的材料選擇10</p><p>　　3.4夾鉗機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程的可靠性研究11</p><p>　　4100KG 起重夾鉗裝置主要部件的加工工藝設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1利用快速成型進(jìn)行加工設(shè)計(jì)14</p><p>　　

13、4.2軸類零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.3薄壁零件加工工藝設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.4用線切割加工吊臂的加工設(shè)計(jì)23</p><p><b>　　5結(jié)論25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p&g

14、t;<b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　1.1 起重夾鉗國內(nèi)外發(fā)展情況</p><p>　　工業(yè)革命之后，隨著工業(yè)化的大步發(fā)展，各種起重夾鉗的應(yīng)用也逐漸廣泛起來了。</p><p>　　在90年代，國外一些工業(yè)強(qiáng)國對(duì)夾鉗的研究已有了較

15、大突破。</p><p>　　1996年，日本三菱商事株式會(huì)社（MCG）與太原重型機(jī)械集團(tuán)公司合作，研制成功七臺(tái)板坯夾鉗搬運(yùn)起重機(jī)，該產(chǎn)品已達(dá)到90年代初國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平[1]。國內(nèi)的起重夾鉗的研究起步較晚，在新中國成立以前，中國基本上沒有自主研發(fā)的能力。1993年2月16日太原重型機(jī)器廠舉行了70t動(dòng)力開閉式板坯夾鉗試車演示會(huì)。在試車演示會(huì)上，該產(chǎn)品通過了空載和負(fù)荷試車的考驗(yàn)，性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可供連鑄

16、廠和熱連軋廠用作板坯起吊或一般取物作業(yè)。該夾鉗裝置采用PC控制，有多重電氣保護(hù)和重新起動(dòng)回路，能檢測和顯示鉗口開度和板坯厚度，比我國經(jīng)常使用的重力夾鉗的生產(chǎn)率高，操作方便而且安全可靠[2]。</p><p>　　200年寶山鋼鐵股份有限公司生產(chǎn)的一種鉗式起重機(jī)夾鉗在傳統(tǒng)的鉗式起重機(jī)夾鉗的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將夾鉗的二個(gè)鉗腿中的一個(gè)鉗腿的中部拐角處自上而下形成分叉狀并構(gòu)成二個(gè)支鉗腿，二個(gè)支鉗腿與另一個(gè)鉗腿仍呈交叉狀，以此形

17、成了“三鉗腿”的結(jié)構(gòu)。在起吊長規(guī)格模具鋼時(shí)，依靠一個(gè)鉗腿中的二個(gè)支鉗腿以及另一個(gè)鉗腿可以牢固地接觸到模具鋼側(cè)面，增加了鉗腿與模具鋼側(cè)中的接觸點(diǎn)和面積，較傳統(tǒng)的夾鉗相比，本實(shí)用新型的夾鉗更適合于進(jìn)行起吊模具鋼，它既避免了起吊的模具鋼發(fā)生傾翻現(xiàn)象，又提高夾鉗的使用功能；2006年山西某公司生產(chǎn)的熱板坯動(dòng)力夾鉗起重機(jī)其夾鉗的技術(shù)關(guān)鍵：(1)利用螺桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉗以臂水平開閉運(yùn)動(dòng)。(2)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和模擬試驗(yàn)確定了合理的傾斜角，使夾持力足夠大，而外

18、形尺寸最小。(3)夾鉗的開閉機(jī)構(gòu)采用了磁粉離合器和零速檢測開關(guān)，控制鉗口對(duì)板的初始夾緊力和鉗口的初始夾緊運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)過載的保護(hù)。(4)首次采用了多對(duì)鉗臂，實(shí)現(xiàn)對(duì)長、短板的夾取，這在國外也是首創(chuàng)[3]。（5）采用兩大套獨(dú)立的開閉機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)斜坯的夾?。?008年河南某公司生產(chǎn)的100T多用途旋轉(zhuǎn)鋁鑄錠夾鉗起重機(jī)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是多種吊具更換完成多種作業(yè)</p><p>　　國外起重夾鉗技術(shù)發(fā)展要比我國早很多，而

19、且因此其技術(shù)也日趨成熟。荷蘭公司1985年的起重鉗產(chǎn)品樣本就列有521種不同規(guī)格的各種用途起重鉗，最大起重量已達(dá)40噸，可用于鋼鐵廠、造船廠、化工廣、鐵路、碼頭和倉庫等部門，進(jìn)行快速吊運(yùn)和裝卸各種墊材，以及焊接和裝配構(gòu)件，鋪設(shè)軌道，維修設(shè)備等作業(yè)，能提高工教，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。荷蘭、日本、瑞典、英國等國都有專業(yè)廠家生產(chǎn)各種起重鉗[5]。</p><p>　　由此可見，隨著國內(nèi)工業(yè)的發(fā)展，特別是入世以后，國內(nèi)的起重夾鉗

20、技術(shù)達(dá)到了一個(gè)相當(dāng)?shù)母叨?，有一些甚至達(dá)到了國外的水平。</p><p>　　目前世界銷售市場對(duì)起重機(jī)械的需量正在不斷增加，這也使得起重夾鉗也得到了快速發(fā)展，從而使國外各種制造起重機(jī)企業(yè)在生產(chǎn)中更多地采用優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械自動(dòng)化和自動(dòng)化設(shè)備去提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，這對(duì)世界銷售市場、制造商和用戶都產(chǎn)生了巨大的影響。近年來，美國因制造技術(shù)、質(zhì)量問題和價(jià)格昂貴等原因，降低了其在世界上的競爭能力；聯(lián)邦德國德馬克公司，由于實(shí)行了生產(chǎn)技

21、術(shù)振興，解決了提高生產(chǎn)的工藝手段，以占優(yōu)勢的新產(chǎn)品來保持其發(fā)展的優(yōu)勢[6]。</p><p>　　1.2 起重夾鉗加工的發(fā)展情況</p><p>　　現(xiàn)在國內(nèi)的起重夾鉗的運(yùn)用情況基本上就三種：重力夾鉗、電動(dòng)開閉的重力夾鉗和動(dòng)力夾鉗三種夾鉗裝置。在這三種當(dāng)中，動(dòng)力夾鉗因其成本較高，擴(kuò)大推廣受到一定的影響，但由于其優(yōu)越的工作性能，特別是鉗口可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的三維跟蹤、可靠夾起梯形坯、較高的工作效率和

22、不損失起升高度，為實(shí)現(xiàn)冶金企業(yè)的自動(dòng)化具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。因而我們認(rèn)為動(dòng)力式夾鉗在現(xiàn)代起重機(jī)夾鉗發(fā)展上將占越來越重要的作用[7]。</p><p>　　國外起重夾鉗技術(shù)的發(fā)展趨勢：</p><p>　　(1)設(shè)計(jì)、制作的計(jì)算機(jī)化、自動(dòng)化</p><p>　　近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，許多國外起重機(jī)制造商從應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(CAD)，提高到應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)

23、行起重機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)，這也使得對(duì)起重夾鉗的設(shè)計(jì)也有了突破，根據(jù)市場調(diào)查預(yù)測的統(tǒng)計(jì)數(shù)字和積景的資料、圖表、圖線規(guī)律，在嚴(yán)密的科學(xué)理論指導(dǎo)下，擬定起重夾鉗結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、部件等多層次的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化單元。對(duì)起重夾鉗的改進(jìn)，只需針對(duì)幾個(gè)需要修改的模塊,設(shè)計(jì)新的起重夾鉗只需選用不同的模塊重新進(jìn)行組合,提高了通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品改換成相對(duì)批量的模塊生產(chǎn)，亦能以較少的模塊形式，組合成不同功能和不同規(guī)格的起重夾鉗，滿足市場的需求，增強(qiáng)競爭能力

24、。</p><p>　　(2)新材料、新工藝的應(yīng)用由于鋼鐵工業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用。</p><p>　　鋼材質(zhì)量得以提高在機(jī)加工方面，盡量采用少切削的精密鑄件，尤其是鋁臺(tái)金鑄件占多，加工設(shè)備大量采用高精、高效的加工中心，數(shù)控自動(dòng)機(jī)床等，既保證加工質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)率，降低了成本。同時(shí)在工藝線上，使用機(jī)械來代替人工操作，如焊接用的機(jī)械手和配用機(jī)械手等。國外起重機(jī)廠商為了能迅速制造和裝配出品種多樣化

25、的產(chǎn)品來，要求企業(yè)之間密切聯(lián)系和協(xié)調(diào)，企業(yè)走向?qū)I(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化和系列化[8]。</p><p>　　1.3 研究的主要內(nèi)容及解決的主要問題</p><p>　　依據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和要求，通過譚老師的精心指導(dǎo)及查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，結(jié)合在實(shí)習(xí)中所遇到的問題和用戶提出的要求，100KG起重夾鉗機(jī)構(gòu)要求達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、操作方便和效率高的目的。分析其合理性與可行性，為設(shè)計(jì)的開展打好基礎(chǔ)，

26、擬定初步設(shè)計(jì)方案及步驟。本次設(shè)計(jì)中，我們將主要解決以下幾個(gè)方面的問題：</p><p>　　(1) 夾鉗裝置的總體設(shè)計(jì)；</p><p>　　(2) 主要的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析；</p><p>　　(3) 夾鉗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；</p><p>　　(4) 夾鉗裝置主要零部件的材料的選擇以及其工藝過程； </p><p&g

27、t;　　(5) 具體的設(shè)備裝配方案。</p><p>　　2100KG起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)原理和作用</p><p>　　2.1100KG起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖1所示為100KG起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)，由夾鉗加持部位、定滑輪、三角支撐架、底座及其底座下面的動(dòng)力旋轉(zhuǎn)裝置構(gòu)成，其功用用于加持100KG以下物品，可從物品初始擱置區(qū)域，夾取物件，將物件放到

28、指定區(qū)域，圖2所示為底座俯視圖。</p><p>　　圖1100KG起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)</p><p>　　1.定滑輪 2.三角支撐架 3.起吊電機(jī)安裝部位</p><p>　　4.底座 5.傳動(dòng)輪</p><p>　　2.2 100KG 起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)的基本原理</p><p>　　夾鉗裝置是起重夾鉗設(shè)備的

29、取物裝置，起重夾鉗設(shè)備能否可靠地工作，主要取決于夾鉗的性能。</p><p>　　夾鉗裝置是起重夾鉗設(shè)備的取物裝置，它與起重設(shè)備的幾個(gè)工作機(jī)構(gòu)配合，可從物品初始擱置區(qū)域，夾取物件，將物件放到指定區(qū)域。此外，夾鉗起重裝備還可用來撥移物件或夾上其它無關(guān)物品來清理雜物。夾鉗起重機(jī)在完成上述工藝程序時(shí)，由于運(yùn)行速度較快，振動(dòng)大，夾持的又往往是各種各樣的物品，因此夾鉗裝置的各個(gè)零部件除應(yīng)有足夠的強(qiáng)度外，還應(yīng)有良好的夾持性能

30、，保證夾持的物件不至從鉗口脫落。</p><p>　　3100KG 起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)的材料選擇</p><p>　　3.1100KG 起重夾鉗裝置機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析</p><p>　　起重夾鉗是一種工作效率很高、適應(yīng)性極強(qiáng)、用途非常廣泛的設(shè)備。起重夾鉗的機(jī)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)過程難以預(yù)測、夾持的可靠性難以把握、作業(yè)場地的危險(xiǎn)性較大。</p><p&g

31、t;　　這是設(shè)計(jì)起重夾鉗的一個(gè)矛盾,恰當(dāng)?shù)膮?shù)既能夠滿足夾鉗工作的安全性、又使鉗體自重適當(dāng),因此很有實(shí)際意義。圖3為夾鉗裝置整體優(yōu)化流程圖。</p><p>　　圖3 夾鉗裝置整體優(yōu)化流程圖</p><p>　　要保證夾鉗的安全要求,必須符合以下條件:(1)它的臨界摩擦因數(shù)必須小于材料的實(shí)際摩擦因數(shù),否則,帶卷不能被夾持起。更為可怕的是,帶卷被瞬間吊離地面后從鉗口滑落,導(dǎo)致產(chǎn)生不可估量的損

32、失。(2)夾鉗各鉗臂所受應(yīng)力必須滿足下式</p><p>　　式中 ———夾鉗所受的最大應(yīng)力</p><p>　　———所選材料的屈服極限</p><p><b>　　———安全系數(shù)</b></p><p>　　夾鉗的傳遞系數(shù)為起重機(jī)對(duì)夾鉗及帶卷的吊運(yùn)力與該力傳遞到鉗口上正壓力大小的比值,它是夾鉗本身的固有屬性,由夾鉗

33、的結(jié)構(gòu)唯一確定。傳遞系數(shù)越大,鉗卷間所需產(chǎn)生的正壓力越大,帶卷越容易被夾持起,即所需要的臨界摩擦因數(shù)越小,然而,夾鉗各鉸接點(diǎn)的受力也隨之增大,導(dǎo)致鉗臂的厚度必須增加,從而使夾鉗體積龐大、自重增大；傳遞系數(shù)若是減小,機(jī)構(gòu)的自重也會(huì)減輕,但降低了工作過程的安全性。本次夾鉗的整體優(yōu)化設(shè)計(jì),力圖能夠滿足所有的設(shè)計(jì)要求,并使設(shè)計(jì)目標(biāo)為最優(yōu),例如重量、面積、體積、應(yīng)力為最小[3]。該機(jī)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程如圖3所示。</p><

34、p>　　3.1.1 夾鉗的結(jié)構(gòu)參數(shù)化</p><p>　　圖2為該夾鉗的單邊簡化機(jī)構(gòu)圖。從上往下依次定義為上鉗臂、外鉗臂、下鉗臂。</p><p>　　圖4 夾鉗機(jī)構(gòu)原理圖</p><p>　　圖中l(wèi)1、l2、l3、l4、ψ為夾鉗構(gòu)件的幾何尺寸,ψ1、ψ2為位置尺寸,C、B分別表示夾鉗內(nèi)、外鉗口伸縮的移動(dòng)副；FA是起重機(jī)對(duì)夾鉗及帶卷的吊運(yùn)力(吊運(yùn)力作用在圖4

35、所示的吊架上),FB、FC分別表示內(nèi)、外鉗口作用在帶卷上的正壓力。</p><p>　　3.1.2 上鉗臂的受力分析</p><p>　　忽略上鉗臂的自重,把它簡化為二力桿,如圖4所示,它的受力大小為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　（3-2）</b>&

36、lt;/p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　Fsa 為上鉗臂A點(diǎn)的受力；Fsax、 Fsay分別為它在x、y方向的分力；G為夾鉗和帶卷的重力之和。</p><p>　　3.1.3 外鉗臂各支點(diǎn)的力</p><p

37、>　　圖5為外鉗臂的受力圖,根據(jù)圖中關(guān)系得出</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　式中,Gw為外鉗臂的自重。由上式可推出3個(gè)鉸接點(diǎn)的受力大小為</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p><b>　?。?-6）</b>&

38、lt;/p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　3.1.4 夾

39、鉗的傳遞函數(shù)</p><p>　　圖4中標(biāo)出的為外鉗口和內(nèi)鉗口的受力大小,從該機(jī)構(gòu)原理圖的力學(xué)關(guān)系不難推出</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　（3-12）</b></p><p>　　可得到夾鉗的傳遞函數(shù)表達(dá)式為</p><p>　

40、　= （3-13）</p><p>　　K定義為傳遞函數(shù),表示起重機(jī)對(duì)夾鉗及帶卷的吊運(yùn)力與該力傳遞到鉗口上正壓力大小的比值。</p><p><b>　　圖5 外鉗臂受力圖</b></p><p>　　3.1.5 確定參數(shù)</p><p>　　定義夾鉗的自重和機(jī)構(gòu)的臨界摩擦因數(shù)為目標(biāo)函數(shù),定義機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸(板件

41、的長度、寬度和其他細(xì)節(jié)尺寸)為設(shè)計(jì)變量。鋼對(duì)鋼的靜摩擦因數(shù)無潤滑時(shí)為0.15、有潤滑為0.1~0.12；鋼對(duì)鋼的動(dòng)摩擦因數(shù)無潤滑時(shí)為0.1、有潤滑時(shí)為0.05~0.1[4]?？紤]到夾鉗在實(shí)際工作時(shí)鉗口可能有少許帶卷軋制乳化液滲入,所以設(shè)計(jì)的摩擦因數(shù)必須小于0.1。為了保證安全可靠性,根據(jù)理論分析,把夾持最大帶卷外徑時(shí)的摩擦因數(shù)暫定為0.07,在滿足上述條件以及結(jié)構(gòu)緊湊和美觀的條件下確定一組優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)l1、l2、l3、l4、ψ、ψ1、ψ

42、2。在滿足夾鉗的核心參數(shù)條件下,得出其他部件的參數(shù),用虛擬建模軟件，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際和工作要求建立夾鉗的整體三維模型,見圖6。</p><p>　　圖6 夾鉗結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　除應(yīng)有足夠的強(qiáng)度外，還應(yīng)有良好的夾持性能，保證夾持的物件不至從鉗口脫落。</p><p>　　3.2 起重夾鉗裝置主機(jī)的鉗臂的材料選擇</p><p>　　

43、起重夾鉗是一種工作效率很高、適應(yīng)性極強(qiáng)、用途非常廣泛的設(shè)備。起重夾鉗的機(jī)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)過程難以預(yù)測、夾持的可靠性難以把握、作業(yè)場地的危險(xiǎn)性較大。為了能滿足安全要求，鉗臂的選材要求有較高的強(qiáng)度和抗沖擊性能。下面我們討論幾種工程上常用的幾種碳鋼和合金鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼又稱普通碳素鋼。與優(yōu)質(zhì)碳素鋼相比，對(duì)含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量的限制較寬。我國和某些國家根據(jù)交貨的保證條件，把普通碳素鋼分為三類：甲類鋼（A類鋼），只保證力學(xué)性

44、能，不保證化學(xué)成分，乙類鋼（B類鋼），只保證化學(xué)成分，不保證力學(xué)性能；特類鋼（C類鋼），既保證化學(xué)成分，又保證力學(xué)性能。特類鋼常用于制造較重要的結(jié)構(gòu)件。</p><p>　　常用碳鋼的用途舉例：</p><p>　　Q195、Q215，用于鉚釘、開口銷等及沖壓零件和焊接構(gòu)；。</p><p>　　Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉桿、連桿及建筑、橋梁結(jié)構(gòu)件；&l

45、t;/p><p>　　Q275，用于強(qiáng)度較高轉(zhuǎn)軸、心軸、齒輪等。</p><p>　　合金鋼按用途分可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。低合金結(jié)構(gòu)鋼是一種低碳、低合金含量的結(jié)構(gòu)鋼，其碳含量小于0.2%，合金元素的含量小于3%。這類鋼與含碳量相同的非合金鋼相比具有較高的強(qiáng)度，還有較好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性等。所以多用于制造橋梁、車輛、船舶、鍋爐、高壓容器、油罐、輸油管等。</p

46、><p>　　常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的用途：</p><p>　　Q295，用于油槽、油罐、車輛、橋梁等；</p><p>　　Q345、Q390，用于油罐、鍋爐、橋梁、車輛、壓力容器、輸油管道、建筑構(gòu)件等；</p><p>　　Q420、Q460，用于船舶、壓力容器、電站設(shè)備、車輛、起重機(jī)械等、</p><p>　　Q3

47、45屬低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，有較好的塑性、韌性，多用于橋梁、車輛、壓力容器等，能滿足要求，所以選擇鉗臂的材料為Q345。</p><p>　　3.3 起重夾鉗裝置主機(jī)的鉗口的材料選擇</p><p>　　該JQ100起重夾鉗用于搬運(yùn)高溫鋼坯，所以鉗口的材料要求耐高溫，且在高溫時(shí)有較好的熱硬性。夾鉗在工作時(shí)鉗口的受力和磨損是最大的，所以在選取鉗口材料時(shí)要選用機(jī)械性能很好的材料才能滿足要求。在

48、這里我們選用熱作模具鋼H13。H13系引進(jìn)美國的H13空淬硬化熱作模具鋼。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T1299—2000。統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)A201002；牌號(hào)4Cr5MoSiV1；化學(xué)成分%：C：0.32至0.45，Si：0.80至1.20，Mn：0.20至0.100，Cr：4.75至5.100，Mo：1.10至1.75，V：0.80至1.20，P小于等于0.030，S小于等于0.030；熱處理：790度預(yù)熱，1000度（鹽浴）或1010度（爐控氣氛）

49、淬火，保溫5至15min空冷，再進(jìn)行5100度中溫回火；其性能、用途和4Cr5MoSiV鋼基本相同，但因其釩含量高一些，故中溫（600度）性能比4Cr5MoSiV鋼要好，是熱作模具鋼中用途很廣泛的一種代表性鋼號(hào)。</p><p>　　熱作模具鋼H13有如下特性：</p><p>　?。?）高的機(jī)械性能。尤其在受熱條件下，保持高的屈服強(qiáng)度和韌性，從而使模具的工作部分不發(fā)生變形和破壞，為此要求

50、有高的抗回火穩(wěn)定性。</p><p>　　（2）優(yōu)良的耐熱疲勞性。從熱作模具鋼斷裂失效形式來看，大多是熱機(jī)械疲勞斷裂。因此熱作模具鋼應(yīng)具有高的熱機(jī)械疲勞斷裂抗力指標(biāo)。為此鋼材必須有合理的合金化和具有高的斷裂刃性。此外模具鋼應(yīng)有良好的導(dǎo)熱性和可能小的膨脹系數(shù)，還要有較高的臨界溫度。使模具在工作溫度下不發(fā)生α→γ相變以減小應(yīng)力值。</p><p>　?。?）高的淬透性。保證較大尺寸的熱變形模具

51、沿整個(gè)截面有均勻一致性能，尤其是韌性。</p><p>　?。?）抗氧化能力。尤其是受熱較高的模具。</p><p>　　熱作模具鋼對(duì)硬度要求適當(dāng)，側(cè)重于紅硬性（熱硬性），導(dǎo)熱性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、紅硬性為主。以上良好的機(jī)械性能保證了夾鉗鉗口的各種使用要求，所以我們選用它作為鉗口材料。</p><p>　　3.4夾鉗機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過

52、程的可靠性研究</p><p>　　夾鉗的機(jī)構(gòu)復(fù)雜,夾持的可靠性難以把握。當(dāng)夾持小物體時(shí),在起重機(jī)放下夾鉗后鉗體有可能會(huì)卡死,導(dǎo)致鉗體不能在自重下復(fù)位。如圖7所示,當(dāng)起重機(jī)放下物體時(shí),外鉗臂C點(diǎn)所受的力和物體的自重產(chǎn)生的力矩之和使外鉗臂產(chǎn)生順時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng),且能克服下鉗臂施加給外鉗臂B點(diǎn)逆時(shí)針的阻力矩,使外鉗臂繞A點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則實(shí)現(xiàn)了夾鉗的復(fù)位,即須滿足下式:</p><p><b&g

53、t;　　(3-14)</b></p><p>　　圖7 外鉗臂決定復(fù)位的可靠性</p><p>　　經(jīng)分析后可得出下面兩種情況將導(dǎo)致夾鉗不能在自重下復(fù)位:</p><p>　　(1)若外鉗臂所受的各種力對(duì)A點(diǎn)產(chǎn)生的力矩的代數(shù)和使外鉗臂繞 A 點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),即滿足:</p><p><b>　?。?-15）</b&g

54、t;</p><p>　　那么,當(dāng)夾鉗被起重機(jī)放下時(shí),鉗卷將會(huì)貼在一起,即內(nèi)、外鉗口不能松開。但通過虛擬模型的仿真發(fā)現(xiàn),這種現(xiàn)象沒有發(fā)生,也就是說夾鉗機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的極限位置。</p><p>　　(2)若外鉗臂 C 鉸接點(diǎn)受的外力和自重產(chǎn)生的主動(dòng)力矩之和不能克服下鉗臂施加給外鉗臂 B 鉸接點(diǎn)的阻力矩,當(dāng)夾鉗被起重機(jī)放下時(shí),鉗體將會(huì)卡死,即:</p><p>&

55、lt;b>　?。?-16）</b></p><p>　　從圖 7 可看出,若夾持的物體直徑越小,外鉗臂繞A點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度越大,因此,l1和l2 會(huì)減小,l會(huì)增大,導(dǎo)致鉗體越容易卡死。所以要使夾鉗避免產(chǎn)生卡死現(xiàn)象,只須保證在夾持最小物體時(shí)不出現(xiàn)卡死。圖上標(biāo)明了外鉗臂對(duì)A點(diǎn)的所有力臂,下面研 究在什么條件下夾鉗不會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象[9]。F是吊架傳遞到鉗臂上的力,由下式確定:</p>

56、<p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　其中 :G—吊架的重量。由結(jié)構(gòu)可知:</p><p>　　于是由力矩守恒可得:</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　?。?）其中: G s —上鉗臂的重量； l —上鉗臂兩交警鏈間的距離；l6 —

57、上鉗臂重心對(duì) C 點(diǎn)的力臂。</p><p>　　聯(lián)立(4)、(5)可以解出 Fd 、α 的值,于是可得:</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　圖9 下鉗臂受力簡圖</p><p><b>　　由圖 8 可得:</b></p><p><

58、;b>　　（3-20）</b></p><p><b>　　由圖 9 可得:</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　式中:Nx—下鉗臂在豎直方向的正壓力。于是可得:</p><p><b>　　(3-22)</b><

59、;/p><p>　　滿足不憋死的條件是:</p><p><b>　　(3-23)</b></p><p>　　式(11)即可判斷夾鉗是否會(huì)產(chǎn)生卡死現(xiàn)象。代入?yún)?shù)計(jì)算得,當(dāng)摩擦因數(shù)大于0.45時(shí),夾鉗將會(huì)在復(fù)位過程中卡死。而實(shí)際摩擦因數(shù)小于0.15,所以,夾鉗不會(huì)發(fā)生卡死現(xiàn)象。</p><p>　　4100KG 起重夾鉗裝

60、置主要部件的加工工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1利用快速成型進(jìn)行加工設(shè)計(jì)</p><p>　　快速成型機(jī)(Rapid prototyping，簡稱Rp)如圖（10）技術(shù)是基于材料累加法的一種產(chǎn)品高新設(shè)計(jì)與制造技術(shù)[8]。</p><p>　　它將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，能快速將

61、CAD三維模型制成實(shí)物原型，不僅提高了CAD模型的可視性和直觀性，還可用于功能測試。將快速成型技術(shù)與精密鑄造和塑料加工工藝結(jié)合起來，可以快速、經(jīng)濟(jì)地制造小批量生產(chǎn)用模具，從而為新產(chǎn)品試制提供良好的條件。如圖10為快速成型制造技術(shù)原理圖。</p><p><b>　　圖10快速成型機(jī)</b></p><p>　　圖11 快速原型制造技術(shù)原理圖</p>&

62、lt;p>　　a.快速成型技術(shù)分類</p><p>　　根據(jù)成型工藝技術(shù)可以分為激光技術(shù)、微滴技術(shù)和激光微滴技術(shù)。</p><p>　　(l)激光的快速成形工藝SL工藝稱為光造型或三維光刻；SGC工藝稱為實(shí)體磨削固化；LOM工藝稱為分層實(shí)體制造；間接SLS工藝稱為間接選擇性激光燒結(jié)；直接SLS工藝稱為直接選擇性激光燒結(jié)。</p><p>　　(2)微滴的快速成

63、型工藝</p><p>　　PCM工藝稱為無木模鑄造；FDM工藝稱為熔融堆積成形；BPM工藝稱為彈道粒子制造；MJS工藝稱為多相噴射固化；CC工藝稱為輪廓成型藝。</p><p><b>　　(3)激光微滴技術(shù)</b></p><p>　　b.快速成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(l)縮短了產(chǎn)品研制開發(fā)周期?？焖俪?/p>

64、型技術(shù)的應(yīng)用使設(shè)計(jì)與制造融為一體，設(shè)計(jì)方案能很快變成實(shí)物，以便盡快驗(yàn)證、定型和得到用戶的認(rèn)可。(2)可以大大提高新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，降低研發(fā)成本?？梢栽诙虝r(shí)間內(nèi)(如一周至兩周)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)多次修改、核實(shí)和優(yōu)化。(3)降低產(chǎn)品復(fù)雜程度對(duì)制造的限制。由于快速成型技術(shù)是分層制造，因此可以將產(chǎn)品制造過程分解為簡單的二維制造，不受產(chǎn)品復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制，降低了制造的難度，并解決了制造精度的問題[10]。</p><p&g

65、t;　　C．用快速成型技術(shù)研制夾鉗夾鉗是廣泛應(yīng)用于冷軋帶鋼生產(chǎn)工藝流程中的一種機(jī)械吊運(yùn)裝置，主要用于搬運(yùn)軸線垂直于水平面且立式放置的冷軋帶卷，此類吊具一般由多個(gè)空間復(fù)雜連桿機(jī)構(gòu)組成。在傳統(tǒng)的制造技術(shù)中，要使帶卷的搬運(yùn)軸線垂直于水平面是很難做到的，因此，應(yīng)用快速成型技術(shù)來研制夾鉗以降低風(fēng)險(xiǎn)是完全必要的。下面以利用三維CAD軟件和粉末材料選擇性法(如圖12所示)為例，來闡述夾鉗的設(shè)計(jì)開發(fā)過程。</p><p>　　圖

66、12粉末材料選擇性燒結(jié)法工藝流程</p><p>　　三維CAD實(shí)體建模：由于快速成型系統(tǒng)只能接受計(jì)算機(jī)構(gòu)造的產(chǎn)品三維模型，然后才能進(jìn)行切片處理，因此利用計(jì)算機(jī)三維造型軟件生成一個(gè)三維計(jì)算機(jī)圖形以及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，是快速成型的前提條件。自由建模是利用計(jì)算機(jī)三維建模軟件所提供的基本方法，通過定義點(diǎn)、線、面等完成二維實(shí)體CAD建模。有以下3種建模方法：</p><p><b>　?。?

67、）線框建模</b></p><p><b>　?。?）表面建模</b></p><p><b>　?。?）實(shí)體建模</b></p><p>　　首先通過三維軟件對(duì)夾鉗進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，由于零件外形不屬于不規(guī)則復(fù)雜曲面，在造型中采用了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等基本的特征形體方法，充分發(fā)揮了主維軟件的實(shí)體建模功能。由于大部分三

68、維軟件是基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，大大方便了產(chǎn)品的修改。在單個(gè)零件設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行零件的裝配，通過三維CAD的分析功能進(jìn)行裝配檢查、優(yōu)化設(shè)訓(xùn)，并能輕而易舉地完成多個(gè)方案的設(shè)計(jì)。圖3所示為用三維CAD設(shè)計(jì)渲染后的夾鉗模型，夾鉗的主要結(jié)構(gòu)一鎖閉。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新系統(tǒng)在工藝品的CAD創(chuàng)作設(shè)計(jì)和快速原型制造，應(yīng)考慮到各種軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和各種輸人輸出設(shè)備的接口。(1)掃描輸人

69、專用軟件和系統(tǒng)卞體軟件的接口:下維實(shí)體掃描儀掃描得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)專用軟件可以被儲(chǔ)存為DXF、STL、BMP，灰度圖像文件BMP、3DMF和VRMI等文件格式，其中主要是DXF、VRMI格式，并通過輸人接口模塊提供的函數(shù)實(shí)現(xiàn)文件格式的轉(zhuǎn)化，將其中的IGES或DXF格式的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為本系統(tǒng)處理的文件格式[11]。(2)系統(tǒng)主體軟件和通用平臺(tái)的接口:通過系統(tǒng)的輸人和輸出接口模塊，可以提供對(duì)DXF、IGES、OBJ等文件格式支持，從而實(shí)現(xiàn)了和A

70、utoCAD、waveFront等通用三維建模軟件的公共接口問題。(3)快速成型機(jī)專用軟件和系統(tǒng)主體軟件的接口:快速成型機(jī)是通過專用軟件來驅(qū)動(dòng)的，由于快速成型技術(shù)需要的是對(duì)象的切片數(shù)據(jù)，因此，快速成型機(jī)專用軟件可以接受的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件格式是有限的，一般為STL和IGES格式，通過輸出接日模塊提供的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)從本系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)文件格式到STL和一IGES的轉(zhuǎn)換，來滿足快速成型機(jī)專用軟件的需要，最終完成由快速成型機(jī)輸出模型。</p>

71、;<p>　　快速成型系統(tǒng)和三維CAD系統(tǒng)之間通過STL文件可得到切片平面內(nèi)成型件的內(nèi)外廓線，供快速成型進(jìn)行燒結(jié)。成型過程:(1)先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料，并加熱至略低于熔化溫度；(2)然后激光束按照截面形狀進(jìn)行掃描，被掃描的部分材料熔化、粘接成型，不被掃描的粉末材料仍呈粒狀作為工件的支撐；(3)一層成型后，工作臺(tái)下降一個(gè)層高，再進(jìn)行下一層的鋪料和燒結(jié)。燒結(jié)出的模型經(jīng)過表面處理后制成蠟型用于鑄造樣件，在很短的時(shí)間內(nèi)得到樣

72、品。該成型方法成本較低，且得到的夾鉗樣品能夠根好地模仿實(shí)際產(chǎn)品。利用快速成型制造的夾鉗的各個(gè)樣件，可以與其它部件組裝，進(jìn)行裝配試驗(yàn)和功能試驗(yàn)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性[9]。</p><p>　　4.2軸類零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　工藝分析是數(shù)控加工編程的前期工藝準(zhǔn)備工作,無論是手工編程還是自動(dòng)編程,在編程之前均需對(duì)所加工的零件進(jìn)行工藝分析。如果工藝分析考慮不周,往往會(huì)造成工藝

73、設(shè)計(jì)不合理,從而引起編程工作反復(fù),工作量成倍增加,有時(shí)還會(huì)發(fā)生推倒重來的現(xiàn)象,造成一些不必要的損失,嚴(yán)重者甚至還會(huì)造成數(shù)控加工差錯(cuò)。因此,全面合理的工藝分析是進(jìn)行數(shù)控編程的重要依據(jù)和保證[12]。</p><p>　　工藝分析要點(diǎn)說明，通常,除按常規(guī)分析諸如零件的材料、形狀、尺寸、精度、表面粗糙度及毛坯形狀、熱處理要求外,還應(yīng)根據(jù)數(shù)控編程的加工特點(diǎn),關(guān)注以下要點(diǎn)。圖樣尺寸的標(biāo)注與輪廓參數(shù)的確定在審查與分析零件圖樣

74、時(shí),尤其應(yīng)關(guān)注合理的尺寸標(biāo)注與編程原點(diǎn)的選擇,以及零件輪廓參數(shù)的幾何條件必須充分。一般情況下,零件設(shè)計(jì)人員在標(biāo)注尺寸時(shí),因較多考慮裝配方面等使用因素,常采用局部分散的尺寸標(biāo)注方法,這樣會(huì)給工序安排與數(shù)控加工帶來某些不便之處,由于數(shù)控加工精度及重復(fù)定位精度都較高,不會(huì)產(chǎn)生較大的積累誤差而影響使用性能。因此,建議將局部尺寸的分散標(biāo)注改為以同一基準(zhǔn)引注尺寸或直接注出坐標(biāo)尺寸。根據(jù)數(shù)控加工編程的特點(diǎn),零件圖樣上應(yīng)以同一基準(zhǔn)引線標(biāo)注尺寸或直接注出

75、坐標(biāo)尺寸,這樣既便于編程,又利于尺寸間的相互協(xié)調(diào),力求使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)(或編程基準(zhǔn)點(diǎn))保持一致性。編程原點(diǎn)作為編程坐標(biāo)的起始點(diǎn)和終止點(diǎn),它的正確選擇直接影響到零件的加工精度和坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算的難易,在選擇編程原點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意以下原則:(1)編程原點(diǎn)最好與圖樣上的尺寸基準(zhǔn)(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn))相重合；(2)編程原點(diǎn)的選擇應(yīng)有利于編程和數(shù)值計(jì)算簡便；</p><p>　　零件結(jié)構(gòu)的工藝性分析:(1)避免

76、造成欠切削或過切削現(xiàn)象在數(shù)控車床上加工圓弧與直線、或圓弧與圓弧連接的內(nèi)外輪廓時(shí),應(yīng)充分考慮其過渡圓弧半徑的大小,因?yàn)榈毒叩都獍霃降拇笮】赡軙?huì)造成過切削或欠切削的現(xiàn)象,若發(fā)現(xiàn)這種情況,可采用刀具刀尖半徑自動(dòng)補(bǔ)償方法予以解決；用銑刀加工內(nèi)外輪廓時(shí),刀具的切入點(diǎn)與切出點(diǎn)應(yīng)選在零件輪廓幾何參數(shù)的交點(diǎn)處,并應(yīng)選擇合適的切入或切出方向,以免造成欠切削或過切削,影響加工質(zhì)量。</p><p>　　(2)內(nèi)槽側(cè)壁之間轉(zhuǎn)角處圓弧半

77、徑不宜過小,槽底與側(cè)壁的圓角半徑不宜過大。用銑刀加工內(nèi)槽側(cè)壁間轉(zhuǎn)角處圓弧,其圓弧半徑R不宜過??；在銑削零件內(nèi)槽底平面時(shí),槽底與側(cè)壁的圓角半徑r不宜過大。夾具選擇方面,可以選擇數(shù)控車床上的最通用的夾具—三爪卡盤。</p><p>　　表1 軸類零件加工工藝方案</p><p>　　由表1的工藝過程分析可知,本方案不需要輔助夾套,可省下車削夾套的材料和時(shí)間,但是,在調(diào)頭裝夾后,只裝夾了工件的很

78、短的一部分,對(duì)于像本例中比較細(xì)長的軸類零件的車削,存在裝夾不安全的因素,并且由于裝夾不可靠,還會(huì)在車削過程中引起振動(dòng),造成工件同軸度的誤差較大。因此,除了使用卡盤,還可以采用頂尖形成一夾一頂?shù)姆绞?具有較好的安裝固定效果的加工質(zhì)量[13]。</p><p>　　刀具及對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)的分析，刀具的分析與普通機(jī)床相比,數(shù)控加工時(shí)對(duì)刀具提出了更高的要求,不僅要求剛性好、精度高,而且要求尺寸穩(wěn)定、耐用度高、斷屑和排屑性能

79、好,同時(shí)要求安裝調(diào)整方便,滿足數(shù)控機(jī)床的高效率。大偏角刀用來車削端面,外圓及圓弧,采用較大的副偏角,可以避免連接圓弧時(shí)產(chǎn)生過切現(xiàn)象。鏜刀用于內(nèi)孔的加工,要注意鏜刀刀桿不能過長,否則會(huì)使刀具剛性較差,并且在車削時(shí)產(chǎn)生讓刀,使鋼尺寸產(chǎn)生偏差。本例中的內(nèi)切槽刀、內(nèi)螺紋刀、外切槽刀、外螺紋刀,選用方案相同,在此不再贅述[14]。</p><p>　　對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)的位置分析，工件裝夾方式確定后,即可通過確定工件原點(diǎn)來確定

80、工件坐標(biāo)系。如果要運(yùn)行程序來加工工件,必須確定刀具在工件坐標(biāo)系開始運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)。</p><p>　　程序起始點(diǎn)或起刀點(diǎn)一般通過對(duì)刀來確定,所以,該點(diǎn)又稱為對(duì)刀點(diǎn)。在編制程序時(shí),要正確選擇對(duì)刀點(diǎn)的位置。對(duì)刀點(diǎn)設(shè)置原則是:便于數(shù)值處理和簡化程序編制；易于找正并在加工過程中便于查找引起的加工誤差小。對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)置在加工零件上,也可以設(shè)置在夾具或機(jī)床上。在本例中,工件右端面與軸線的交點(diǎn)作為對(duì)刀點(diǎn),完全符合對(duì)刀點(diǎn)的設(shè)置原則

81、,對(duì)刀點(diǎn)都處理較好。換刀點(diǎn)的選擇,以換刀時(shí)不碰工件或其他部件為準(zhǔn)。</p><p>　　切削用量的分析，數(shù)控編程時(shí),編程人員必須確定每道工序的切削用量,并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括切削速度、進(jìn)給速度及背吃刀量等。對(duì)于不同的加工方法,需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是保證零件加工精度和表面粗糙度,充分發(fā)揮刀具切削性能,保證合理的刀具耐用度,并充分發(fā)揮機(jī)床的性能,最大限度提高生產(chǎn)率,降低成本[15

82、]。</p><p>　　切削速度的分析，實(shí)際切削速度應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。根據(jù)本例中零件的加工要求,考慮工件材料為鋁件,粗加工選擇轉(zhuǎn)速600r/min,精加工選擇800r/min車削外圓,考慮細(xì)牙螺紋切削力不大,采用400r/min來車螺紋,而內(nèi)孔由于剛性較差,采用粗車400r/min,比較容易達(dá)到加工要求,切槽的切削刀較大,采用200r/min更穩(wěn)妥。</p><

83、p>　　進(jìn)給速度的分析，進(jìn)給速度是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù),主要根據(jù)零件的加工進(jìn)度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制,一般粗車選用較高的進(jìn)給速度,以便較快去除毛坯余量,精車以考慮表面粗糙和零件精度為原則[16]。</p><p>　　背吃刀量的分析，背吃刀量根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來決定,在剛度允許的條件下,應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量,這

84、樣可以減少走刀次數(shù),提高生產(chǎn)效率。為了保證加工表面質(zhì)量,可留少量精加工余量,一般取0.2～0.5mm。</p><p>　　4.3薄壁零件加工工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　用車床加工薄壁零件時(shí),在工件的安裝、刀具的使用、加工方法等方面,均有較多不利因素,因而加工起來比較困難。零件壁薄,剛性差,強(qiáng)度弱,在裝夾及加工過程中很容易產(chǎn)生變形。大直徑薄壁零件由于存在加工過程中容易變形的特點(diǎn),難以保

85、證其加工精度。零件外部的碗形底部外側(cè)面有60°的斜度并帶有圓弧,裝夾較為困難。另外夾具夾緊部位宜選擇零件碗形底部外側(cè)面(帶60°斜度),碗形底部平面做為軸向定位基準(zhǔn)。設(shè)計(jì)夾具中要考慮到零件毛坯的碗形底部60°斜度外圓夾緊面與夾具夾緊配合要精密,還要考慮加工中因夾緊力、切削力、切削熱等影響而產(chǎn)生變形的因素。影響薄壁零件加工精度的因素有很多,但歸納起來主要有以下三個(gè)方面:受力變形、受熱變形、振動(dòng)變形。在編制加工

86、工藝和設(shè)計(jì)夾具過程中,需要充分考慮上述的三個(gè)方面的因素。薄壁零件用數(shù)控車削的方式進(jìn)行加工,為此要對(duì)工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行試驗(yàn),從而有效地改善薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形,保證加工精度[17]。</p><p>　　由于薄壁零件在車削過程中容易產(chǎn)生振動(dòng),因此在編制程序時(shí),一定要合理安排加工順序和工藝參數(shù)。一般情況下,由于加工內(nèi)孔時(shí)刀桿伸出較長,剛性降低,因此車削內(nèi)孔比外圓更容易產(chǎn)生振動(dòng),所以

87、應(yīng)采用先加工內(nèi)孔再加工外圓的工藝流程,這樣做的目的是可以在加工零件內(nèi)孔時(shí)使工件保留較大的壁厚,以提高工件剛性,降低切削振動(dòng)。在程序中可以不設(shè)置刀尖圓弧補(bǔ)償,以簡化加工程序,也不會(huì)影響加工精度。還有在吃刀深度、走刀量恒定的情況下提高主軸轉(zhuǎn)速有利于降低表面粗糙度。但機(jī)床轉(zhuǎn)速過高切削過程中振動(dòng)增加反而影響工件的表面質(zhì)量,還有在切削力(特別是徑向切削力)的作用下,很容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形,影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。另外還要考慮

88、到該零件加工中在切削力(特別是徑向切削力)的作用下,如夾爪夾持不住(要控制裝夾變形,夾爪夾緊力又不能過大),會(huì)有工件在車削過程中飛出現(xiàn)象。所以要適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速,走刀速度,采用多次走刀車削。因此,該零件的加工工藝過程為:先粗加工φ74.98內(nèi)孔和底部平面(位置度36.5和φ65)→粗加工φ79.98外圓和耳朵端面C面→精加工φ74.98內(nèi)孔和底部平面(位置度36.5和φ65)→精加工</p><p>　　在該方案加工

89、過程中,采用了三爪自定心卡盤。三爪自定心卡盤優(yōu)點(diǎn):可自動(dòng)定心,裝夾方便,應(yīng)用較廣。用該方案加工下來,工件外圓和內(nèi)孔用千分尺測量幾個(gè)點(diǎn),尺寸最大值和最小值相差達(dá)到0.04mm,變形有所減小,但還是超差[18]。</p><p>　　夾爪夾緊力調(diào)小些可以減輕工件裝夾變形,但同時(shí)降低了夾爪對(duì)工件的夾持力,致使工件在車削加工中由于振動(dòng)受力,夾持力不足而飛出撞壞刀具。此方案中,夾爪夾緊力調(diào)小些就會(huì)使工件在車削過程中飛出,因

90、此,三爪自定心卡盤需要改進(jìn)。</p><p>　　加工前進(jìn)檔體伺服器缸體的車床軟爪要自己加工,夾爪上要車出帶有60°斜度的圓弧面,作為夾緊面,圓弧的直徑要與零件的外圓的夾緊面處的直徑一致,夾緊配合要精密。夾爪上60°斜面圓弧底部要車端面平臺(tái),作為零件的軸向定位基準(zhǔn),為了能把夾爪夾緊力調(diào)小些,以減小變形,而又保證工件在車削過程中不會(huì)飛出,需要在夾具上進(jìn)行改進(jìn),增加釘子,有如運(yùn)動(dòng)員的釘鞋原理一樣,

91、作為防滑釘,防止工件在旋轉(zhuǎn)時(shí)受力振動(dòng)飛出或脫落,使夾持更加牢靠,因此需要在夾爪前端凸臺(tái)上加工M4螺紋,并制造M4的螺釘,M4的螺釘頭部加工成釘狀,釘頭也不宜太尖,留有0.3mm平面,之后將螺釘熱處理,然后把熱處理好的螺釘安裝在夾爪上。釘頭伸出夾爪60°斜面圓弧面0.5mm,然后把螺釘尾部的兩片螺母對(duì)擰屏緊鎖定。</p><p>　　在這副夾具上進(jìn)行試制加工,經(jīng)過多次反復(fù)試加工,夾爪的夾緊力可以下調(diào),而零

92、件的變形情況也有了明顯改善,尺寸最大值和最小值相差為0.015～0.03mm,但是有波動(dòng)。在零件批量生產(chǎn)過程中,夾爪上的螺釘容易磨損。由于螺釘?shù)臒崽幚聿荒懿捎么慊?因淬火雖然能提高螺釘硬度,卻會(huì)使螺釘頭更脆易斷,所以只能調(diào)質(zhì)處理,致使硬度下降,螺釘頭容易磨損。而螺釘頭的磨損會(huì)使夾爪對(duì)工件夾持的可靠性下降,工件的振動(dòng)和變形增加,尺寸和表面質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng),甚至還發(fā)生工件在車削過程中[19]。</p><p>　　飛出撞

93、壞刀具的情況。因此,經(jīng)過一段時(shí)間使用后,我們作了一些改進(jìn),。夾爪中白色帶齒部分是個(gè)可拆離的鑲塊,該鑲塊和灰色部分的爪體是用兩個(gè)φ4定位銷進(jìn)行定位,用兩個(gè)螺絲安裝擰緊的。夾爪的鑲塊上要有60°斜度的圓弧面,作為夾緊面,圓弧的直徑要與零件的外圓的夾緊面處的直徑一致,夾緊配合要精密。該夾具用齒夾緊零件,能更好的“咬”住零件,夾持力更牢靠；帶齒夾爪制造精度高,齒數(shù)多,在夾緊面單位面積上受力均勻分布,能有效減小變形夾緊零件的部位可以再靠

94、后些,減少對(duì)零件φ79.98外圓和φ74.98內(nèi)孔的變形影響。</p><p>　　該夾具的帶齒鑲塊熱處理采用淬火方式,硬度為HRC55～60。之后裝在夾具上進(jìn)行試加工,試制下來效果極佳。由于帶齒夾爪制造精度高,齒數(shù)多,在夾緊面單位面積上的受力均勻分布,零件的裝夾沒有出現(xiàn)崩齒現(xiàn)象。采用淬火方式的帶齒鑲塊更耐磨,使用壽命得到了極大得提高,不用再經(jīng)常更換了。</p><p>　　技術(shù)改進(jìn)后的新

95、夾具是非常成功的,零件的變形得到了有效穩(wěn)定的控制,尺寸精度和表面質(zhì)量得到提高,而且由于是用齒“咬”住零件,能防止零件和夾具之間的打滑振動(dòng),工件的切削速度,走刀量都可以提高,縮短了加工時(shí)間,極大地提高了生產(chǎn)效率[20]。</p><p>　　4.4用線切割加工吊臂的加工設(shè)計(jì)</p><p>　　吊臂是起重夾鉗關(guān)鍵零件之一,它是由數(shù)節(jié)臂架通過臂架接頭用銷軸連接在一起的結(jié)構(gòu)式焊接件其制造質(zhì)量直

96、接影響塔式起重機(jī)使用安全和壽命,特別是吊臂下弦桿,它既是受力桿件又是變幅小車的軌道。為使小車運(yùn)行平穩(wěn),兩下弦桿必須滿足直線度、平面度、平行度和垂直度等技術(shù)要求。因此,吊臂下弦桿接頭的制造質(zhì)量直接影響整個(gè)吊臂的制造質(zhì)量。本文主要介紹采用線切割加工吊臂下弦桿接頭,為吊臂下弦桿接頭質(zhì)量的提高提供了可靠的保證,同時(shí)減少了用料,還使制造工藝簡化[18]。</p><p>　?。?）將正接頭與負(fù)接頭套在一起形成一副接頭一次做

97、成坯料,經(jīng)刨削加工基準(zhǔn)面后采用線切割數(shù)控機(jī)床加工將一副接頭一分為二,分別成為正接頭、負(fù)接頭半成品。</p><p>　?。?）正接頭制造工藝修正為在坯料上劃線一副接頭的尺寸氣割下料一刨削基準(zhǔn)平面線切割分開正接頭、負(fù)接頭一劃線正接頭后部尺寸刨削成形在鉆模上鉆孔。</p><p>　　（3）負(fù)接頭制造工藝修正為線切割分開后的負(fù)接頭半成品沖劃線負(fù)接頭后部尺寸一刨削成形在鉆模上鉆孔。</p&

98、gt;<p>　?。?）合理使用夾具,提高工作效率。由于電火花腐蝕加工效率很低,所以要合理設(shè)計(jì)夾具來提高效率。根據(jù)毛坯的尺寸,設(shè)計(jì)一個(gè)專用的夾具,用以確定鉑絲的定位基準(zhǔn),提高了加工效率。</p><p>　?。?）為滿足吊臂臂節(jié)聯(lián)接的裝配要求,即滿足裝配時(shí)正接頭與負(fù)接頭之間的間隙要求,在實(shí)際加工中,根據(jù)工件毛坯尺寸和接頭之間的間隙要求,選取鋁絲直徑為筍。采用線切割加工后的優(yōu)點(diǎn)：</p>

99、<p>　　（1）操作方便，操作人員只需編好程序輸人機(jī)床,機(jī)床根據(jù)程序自動(dòng)進(jìn)行切割。</p><p>　?。?）成形精確，采用線切割加工,其精度和質(zhì)量高,解決了正接頭頭部刨削加工成形不準(zhǔn)確,裝配時(shí)不能互換的問題,提高接頭的制造質(zhì)量。</p><p>　?。?）節(jié)約鋼材由于將正接頭與負(fù)接頭套在一起形成一副接頭一次下料,每副接頭可節(jié)約鋼材約簡化工藝由于省略了正接頭刨削頭部與負(fù)接頭銑

100、削插槽兩道工序,使工藝得到了簡化。</p><p>　?。?）降低成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益[21]。</p><p><b>　　5結(jié)論</b></p><p>　　（1）工藝分析是數(shù)控加工編程的前期工藝準(zhǔn)備工作,無論是手工編程還是自動(dòng)編程,編程之前均需對(duì)所加工的零件進(jìn)行工藝分析。如果工藝分析考慮不周,往往會(huì)造成工藝設(shè)計(jì)不合理,從而引起編程

101、工作反復(fù),工作量成倍增加,有時(shí)還會(huì)發(fā)生推倒重來的現(xiàn)象,造成一些不必要的損失,嚴(yán)重者甚至還會(huì)造成數(shù)控加工差錯(cuò)。因此,全面合理的工藝分析是進(jìn)行數(shù)控編程的重要依據(jù)和保證。</p><p>　?。?）快速成型不僅提高了CAD模型的可視性和直觀性，還可用于功能測試。將快速成型技術(shù)與精密鑄造和夾具加工工藝結(jié)合起來，可以快速、經(jīng)濟(jì)地制造小批量生產(chǎn)用夾具，從而為新產(chǎn)品試制提供良好的條件。</p><p>

102、　　（3）針對(duì)薄壁零件的車削,設(shè)計(jì)了加工工藝,通過改進(jìn)缸體的夾具,合理選用刀具、切削參數(shù),有效地控制了薄壁零件的裝夾加工變形,保證了產(chǎn)品的加工精度和表面粗糙度,大大縮短了產(chǎn)品的加工時(shí)間,極大地提高了生產(chǎn)效率。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 郭曉松，姚曉光等.世界起重裝卸廠商間的競爭日趨激烈[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2001,(5

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