液压台虎钳设计

1 1 绪论 1.1 钳工用液压台虎钳设计的实际意义钳工用液压台虎钳，是现在市场所没有的。一、根据现在生产核技术越来越高，生产精度越高，同时也是生产越来越精巧，夹紧力也要求越来越准确，不能过大过小。但传统的台虎钳所产生的夹紧力是根据师傅的经理来保证的，因此极有可能会产生以上的不足而使废品率提高，根据生产的需要，特此设计一套适合加工的钳工用液压台虎钳。二、传统的台虎钳工作效率比较低，传统台虎钳是螺纹传动，无法实现快速夹紧与松开，使得生产效率比较低。现有的液压台虎钳基本上用在车床上，能实现快速夹紧与松开，但是要配有一个机动的动力源，如果用在钳工上就成本太高，所以不适用。新设计的钳工用液压台虎钳，不但可以实现快速夹紧与松开的同时，液压系统的动力源为手动，这样相对于机床用的台虎钳来说成本比较低，只比传统台虎钳的成本高不了多少。钳工用液压台虎钳有以上优点，新的台虎钳的问世是迟早的问题，是必然的趋势。为了保证台虎钳的可用性，我用 250N 的力来进行设计各部分的尺寸。液压台虎钳的设计共分为以下几个部分：一、绪论；二、设计方案的设计与选择；三、台虎钳各部分的设计四、完成装配图2 五、写好使用说明书 1.2 钳工用液压台虎钳的工作原理钳工用液压台虎钳的工作原来就是将传统的螺纹夹紧换成液压系统，利用液压系统的系统压力可调节的，通过计算可以调出钳口的夹紧力的大小，这样就不会出来夹紧力过小或过大对产品造成的损害。详解请看原理图： 1、调整螺母，2、弹簧，3、活动钳身固定杆，4、液压油管联接螺母，5、活动钳口，6、柱塞缸，7、柱塞泵，8、底座，9、固定钳口，10、刹车手柄，11、刹车，12、带型刹车磨擦块，13、挡圈螺母，15、液压油管，16、油泵手柄，17、钳口，等组成。图1.1钳工用液压台虎钳示意图其工作原理具体为：台虎钳的夹紧力是靠弹簧来保证的，液压系统在止的功用只是让活动钳口克服弹簧的张力向左移动一点距离。其工作步骤如下：3 一、通过调整调整螺母 1，调整好弹簧在图示位置的张力，使张力等于要加工零件的夹紧力。二、压油压手柄 16，通过油管 15 给 6 柱塞缸注入液压油，通过 6 推动 5 活动钳口向左移动。并且将 16 卡入（图示位置，在 16 的下方方块）方块中。三、用手推动活动钳身向左移动，并且给工件一个初始的夹紧力（预紧力），然后用手扳动手柄 10，通过带型刹车磨擦块死死的抱死 3 活动钳身固定杆，使它不能再动。四、完成以上工作以后，就放开油刹手柄 16，释放液压系统的压力，让弹簧的张力来实现夹紧工作。从而实现快速夹紧。五、加工完以后，只需松开手柄 10，然后用手拖开活动钳身就可以实现快速松开。 1.3 钳工用液压台虎钳的优缺点与传统的螺纹台虎钳相比，钳工用液压台虎钳有下列优点： 1.液压台虎钳可以根据具体工件的适应夹紧力的大小，准确的调出夹紧力的大小。 1．液压台虎钳可以实现快进与快退，可以在几秒钟内实现夹紧与松开，大大提高了工作效率，这是传统台钳所无法比拟的。 2．液压零件现在已标准化了，可以便于设计和选用。与传统的螺纹台虎钳相比，钳工用液压台虎钳有下列缺点： 1．钳工用液压台虎钳相对于传统的螺纹来说成本提高不少。 2．钳工用液压台虎钳相对于传统台钳来说，操作比较复杂一点。4 2 钳工作液压台虎钳总体方案的设计本设计中，充分考虑到台虎钳的功能需求和与液压系统的配合需求，在具体实现的过程中，以系统的可靠性与易用为准则，尽量把钳工用液压台虎钳设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于使用的产品 2.1 钳工用液压台虎钳几种设计方案及工作原理由于钳工用液压台虎钳，是市场现在没有的，根据现用台虎钳为基础进行改进，有下面两种设计方案。A与 B 方案都能实现快速夹紧与松开。 1、活动钳身，2、小活动钳口，3、液压泵手柄，4、弹簧，5、柱塞泵，6、刹车手柄，7、挡块，8 柱塞缸图1.2液压台虎钳设计方案A5 此种设计方案的工作原理是：先压液压手柄 3 给柱塞缸 8 注入液压油使小活动钳口向右移动，然后放入工件再用手推动活动钳身 1，给工件一个预紧力，之后就用手往下压刹车手柄 6，使活动钳身迅速固定不动，再后就是放松液压泵手柄 6，使液压系统压力为零，此时释放弹簧的张力，通过弹簧的张力来对工件进行夹紧。实现在快速夹紧。只要把刹车手柄 6 往上拉，就要可以拖动活动钳口，成而实现快速松开。 1、调整螺母，2、弹簧，3、液压泵手柄，4、柱塞泵，5、柱塞缸， 6、活动钳口，7、固定钳身，8、刹车手柄图1.3液压台虎钳设计方案B此种设计方案的工作原理和 A 种设计方案的差不多，不同之处就在于 B 方案压液压泵手柄 3 时，活动钳口向右移。在这里就不多说了。6 2.2 设计方案的选择 1、A 种设计方案，虽说设计与加工比 B 种设计方案要简单，也可以实现快进与快退，但是在加工（如锉削、凿削、锯削）时，主受力方为弹簧的那个方向，因为弹簧虽说可以保证夹紧，但是在受到冲击力时会因力的突然增大，而使工件的松动。这对工件（如表面质量）也会造成一定的影响；如果冲击力是朝活动钳身这边，因力的突然增大会使得磨擦块产生的摩擦力无法抱死活动钳身这样会使以前的夹紧没效。会使以前的定位无效。 2 B种设计方案，虽说设计与加工比 a 种设计方案稍要复杂，同时可以实现快进与快退，但是解决了 a 种设计方案在加工时的主要缺点。因为在受到冲击力的方向只要朝向固定钳身这边，所以不管受多大的力，都不会使工件产生松动。比较这两种设计方案，两种方案都能实现快速夹与快速松开，A 种设计方案只能用于加工时没有冲击的场合，但是钳工用的台虎钳，不可能在加工时不会不遇到冲击力的，反而是经常会遇到这种情况，所以 A 种设计方案不可取。B 种设计方案呢，则可以受到冲击力，只要保证受力方向朝固定钳口方向就没有问题了，在钳工加工是要保证受力方向是没有问题的。由此可见 B 要比 A 优，所以我选择设计方案 B。7 3 液压台虎钳各部分的设计 3.1 液压缸的选择将传统的螺纹传动改成液压，因此液压缸的设计，将是整个台虎钳里面最主要的动力元件，也是能否能降低成本的关键。所以选择液压缸根据如下几点： 1．推力为 250N 的力，再加上柱塞式液压缸市场上没要一定的标准，所以选用柱塞直径为 18mm的柱塞式液压缸。（见图）在台虎钳工作时，钳中的开度与液压缸的伸长长度与无关，而加紧时所以液压缸的伸长长度与台虎钳的开度无关，因而要求结构紧凑。所以选择一个开度小的液压缸。 2．因为液压元件是标准件，所以尽量选择标准件。 3．为了使液压系统的泄露较小，所以要求系统压力为低压（保证系统压力 P25MPa），所以选择活塞横截面积大一点的。根据选择的系统压力和夹紧力 A=F/P A=250/25=1 A：柱塞有效工作面积 F：柱塞推力 P：液体工作压力平方毫米，这么小的横截面积在市场上没有，更何况要柱塞柱去8 图1.4柱塞式液压缸 3.2 液压泵的选择为了保证操作都轻松，所以要求液压泵的横截面积小于液压缸的横截面积。为了减低成本，再就是便于设计，所以选择柱塞直径为 8mm的柱塞式液压缸。见图9 图1.5柱塞式液压泵所以止时液压系统的压力为Ｐ＝Ｆ／Ａ A=Πxdxd/4 P=250/(3.14x18x18/4) =1MPa A：柱塞有效工作面积 d：柱塞直但根据弹簧的张力等于 F=ＫＸＦ：弹簧的张力Ｘ：弹簧的改变长度所以当液压缸推动活动钳口移动时，越推会力越大，所以要求 P 比计算出来的要大些，所以取 1.5MPa。所以系统压力为 1.5MPa。这时做用在柱塞式液压泵上的力应为 F=PxA F=1.5xΠx10x10/4=117.75N, 还经杠杆原理，所以操作者不需用到一百牛的力，操作起来就不会感到很吃力，所以选取的液压元件合理。 3.3 台虎钳身的设计钳工用液压台虎钳的设计要求是整体高度不超过 250mm，为了使结构紧凑，所以对现用的台虎钳钳身必须进行修改方能适用。钳身的设计中遇到的强度等方面的考虑可以参照已有台虎进行设计，10 故可以免除强度计算。 3.3.1 活动钳身的设计为了便于加工，将传统的整体活动钳身改为由几部分组成，活动钳身主要由活动钳口、钳身杆、液压缸、液压泵组成。其结构如图所示：图1.6活动钳口示意图为了设计和制造简单，降低成本。其液压系统没有油箱，这样就要求工作者定期加油，活动钳口这样设计的作用主要是便于快速夹紧与松开，只要固定钳身能快速抱紧与松开钳身杆，其余的事就全交给活动钳口了，为了满足这些要求将活动钳口用弹簧来推动来实现夹紧，其工作原理是：11 一、工作者能过调整螺母 7 来调弹簧的张力，因为这个弹簧的张力为夹紧工件的夹紧力，调好夹紧此类工件的夹紧力。二、工作者用手压压杆 3，给液压柱塞注入液压油，推动活动钳口，并且将手柄卡入液压手柄固定块内。三、工作者将工件放入钳口，用手推动活动钳身，给工作一个预紧的夹紧力。四、将 3 从固定块内拿出来，释放柱塞里的液压油，此时液压系统的压力为零。同时弹簧释放势能，通过弹簧的张力来实现真正的夹紧。 3.3.2 固定钳身的设计在介绍活动钳身时，讲到了固定钳身必须能在很短的时间内，死死的抱死活动钳身不让它移动。另外它还参与夹紧工作，这与现用的台虎钳是相同的，所以可以参照现有台虎钳的固定钳身来进行设计，与现有台虎钳的固定钳身相比，只需增加一个能实现在很短的时间内抱死活动钳身的装置就行了，其它方面改动不大。故可免掉一些强度计算。固定钳身主要由：底座、固定钳口、带型刹车机构、凸轮机构组成。其结构如图所示：12 图1.7固定钳身示意图此种设计通过刹车手柄 3 往下压时，带动钢带刹车块，通过摩擦力来抱死活动钳身固定光杆。成而实现快速夹紧与快速松开。不过要使摩擦力来抱死活动钳身，就要求钢带拉得较紧。 F=Nf F：摩擦力 N：正压力 f：摩擦系数因为只有摩擦系数比较 3.3.3 台钳与工作台的联接设计为了设计简单、便于制造、降低成本，所以台虎钳与工作台的联接部分不做任何改动，完全按照原样照搬。13 4台钳的使用说明书本台钳是改进现有螺纹台虎钳，将螺纹传动改成液压传动，且液压系统的动力源为手动。可以实现快速夹紧和松开，且保证工作要求的新型台虎钳。与原有台虎钳相比，钳工用液压台虎钳的操作比以前复杂，但是很容易掌握。其操作步骤如下：一、根据所加工工件的大小和材料以及加工时的受力大小和力的类型，确定要夹紧此类工件的夹紧力，并调好夹紧力（通过调整螺母来调弹）二、调整好夹紧力以后，就压下液压泵给柱塞缸注入液油，三、将工件放入钳口，用手推动活动钳口，夹紧工件，给工件一个初始夹紧力，然后压下刹车手柄。四、放开液压手柄，让液压系统压力为零。即可达到快速夹紧。夹紧之后是钳工工作者进行加工了。五、只要将刹车手柄往上提就可以拖动活动钳口，成而快速松开。注意事项：因为止液压台虎钳没有油箱，虽说系统压力比较低，但还是会存在泄漏，所以要求操作都对台钳定时加液压油，其加油时间要根据加工时的夹紧压力来确定；另外就是在工作时要注意力的方向，只能是力朝固定钳身这边，如果方向搞反了的话，就会有可能是台虎钳的夹紧失效。14 总结此次的毕业设计把我在大学四年期间所学到的专业基础知道与生产实践相结全的一次大胆的尝试，也是对自己大学几年来所学学的专业知道基础知识，而且在本次的设计中学到了许多新的知识，由于自己的经验不足，所以设计出来的台虎钳不一定比现有的台虎钳先进和实用，但对我来说是一个新的尝试。我在这二个多月的设计中，有以下几点心得体会。一、初步使我懂得了，搞设计是怎么一回事，应从哪里入手，要找一些什么样的资料和参考书籍，还有就是多在社会中找找现用的，与止差不多的产品来研究它的工作方式，这样设计有什么好处和不足之处，应如何改正。进行大量的数据采集以后，进行分析，从生产加工的厂家的使用要求和现在社会的实用情况出发，选择最优的，最经济的设计方案。二、通过此次设计，使我具备了一定的独立设计的能力，能够使自己所学的专业知识，应用在实践中。此次设计，综合了指导老师和同学们的意见，实现了快进与快退，能够在一秒了夹紧。这对钳工用台虎钳来说是