1、学号 ： 14071902394 毕业设计 题目： 滑移式起重夹钳装置主机的加工工艺设计 作者： 钮 科 届 别： 2011 届 院别： 机械工程学院 指导教师： 谭湘夫 专业： 机械设计制造及其自动化 职 称： 副教授 完成时间： 2011 年 5 月 15 日 I 摘 要 机械夹钳机构是机械制造装备的重要组件 ,当夹钳机构钳口开口因夹持不同尺寸大型工件而有较大变化 时 ,存在夹持力波动很大的情况 ,因而很难保证夹持的可靠性 ,甚至造成夹持机构功能失效。 本文详细介绍了夹钳装置设计过程和一些零件加工工艺方法 ,快速成型加工和数控加工 ， 薄壁零件在加工过程中容易变形 ,加工精度难以保证 ,如
2、果能采用合适加工工艺 ,完全可以解决这一问题。 本文针对典型的轴类零件数控加工工艺的分析 ,给出了对于一般零件数控加工工艺分析的方法。 关键字： 夹持力；夹钳装置；加工工艺设计；夹钳强度 II ABSTRACT The mechanical clamping mechanism is an important component part of mecha nical manufacturing equipment. There exists a situation of large fluctuation in clamping force while the vice jaw openin
3、g 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 reliability of clamping or even causing failure on the function of clamping mechanism. The processing method and jig designing pro
4、cess of some cylinder body were introduced. In the processing of thin wall cylinder components, they are easy to distort, so it is very difficult to guarantee the precision. At last， technology analysis is very important, on the basis of analyzing technologies of shaft components NC processing, the
5、methods of usual components NC processing technologies were given out, which was significant for actual manufacture and enhancing products quality. Keywords ： clamping force ； Clamping devices ； processing craft designing； shaft components process III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 前言 . 1 1.1 起重夹 钳 国内外
6、发展情况 . 1 1.2 起重夹钳加工的发展情况 . 3 1.3 研究的主要内容及解决的主要问题 . 3 2 100KG 起重夹钳装置机构原理和作用 . 4 2.1 100KG 起重夹 钳 装置机构的结构 . 4 2.2 100KG 起重夹 钳 装置机构的基 本 原理 . 5 3 100KG 起重夹钳装置机构的 材料选择 . 5 3.1 100KG 起重夹钳装置机构结构优化分析 . 5 3.2 起重夹钳装置主机的钳臂的材料选择 . 9 3.3 起重夹钳装置主机的钳口的材料选择 . 10 3.4 夹钳机构运动过程的可靠性研究 . 11 4 100KG 起 重 夹钳装 置 主要部件 的 加工工 艺
7、 设计 . 14 4.1 利用快速成型进行加工设计 . 14 4.2 轴类零件的数控加工工艺设计 . 17 4.3 薄壁零 件 加工工艺设计 . 20 4.4 用线切割加工吊臂的加工设计 . 23 5 结论 . 25 参 考 文献 . 26 致 谢 . 28 湖南理工学院毕业设计（论文） 1 1 前言 1.1 起重夹 钳 国内外发展情况 工业革命之后，随着工业化的大步发展，各种起重夹钳的应用也逐渐广泛起来了。 在 90年代，国外一些工业强国对夹钳的研究已有了较大突破。 1996 年，日本三菱商事株式会社（ MCG）与太原重型机械集团公司合作，研制成功七台板坯夹钳搬运起重机，该产品已达到 90年
8、代初国外同类产品的先进水平1。国内的起重夹钳的研究起步较晚，在新中国成立以前，中国基本上没有自主研发的能力。 1993 年 2 月 16 日太原重型机器厂举行了 70t 动力开闭式板坯夹钳试车演示会。在试车演示会上，该产品通过了空载和负荷试车的考验，性能达到了设计要求，可供连铸厂和热连轧厂用作板坯起吊或一般取物作业。该夹钳装置采用 PC 控制，有多重电气保护和重新起动回路，能检测和显示钳口开度和板坯厚度，比我国经常使用的重力夹钳的生产率高，操作方便而且安全可靠 2。 200 年宝山钢铁股份有 限 公 司 生产的一 种 钳式起重机夹 钳 在 传统的钳式起重机 夹钳的结构基础上 ， 将夹钳的二个钳
9、腿中的一 个 钳腿的 中 部拐 角 处自上 而 下形成 分叉状并构成二个支钳腿 ， 二个支钳腿与另一个 钳 腿仍呈 交 叉状 ， 以此形成 了 “三钳 腿 ” 的 结 构。 在起吊长规格模 具 钢时 ， 依靠一个钳腿中的二 个 支钳腿 以 及另 一 个钳腿 可 以牢 固 地接触到模具钢侧面，增加了钳腿与模 具 钢侧中 的 接触 点 和面积，较传统的夹钳 相 比，本 实 用新型的夹钳更适 合 于进行 起 吊模 具 钢 ， 它既避免了起吊的模 具 钢发生 倾 翻现象，又 提 高夹钳的使用功 能 ； 2006 年山西某公司生 产 的 热板坯动力夹钳 起 重 机 其夹钳 的 技术关 键 ： (1)利用
10、螺杆传动实 现 钳以臂 水 平开 闭运动 。 (2)通过优化设计和 模 拟试验 确 定了 合 理的倾斜角 ， 使夹持力足够大 ， 而外形尺寸最小 。 (3)夹钳的开闭机构 采 用了磁 粉 离合 器 和 零 速检测开 关 ， 控制钳口对板的 初 始夹紧 力 和钳 口 的初始 夹 紧运动，并实现对电动机 过 载的保护 。 (4)首次采用了多对 钳 臂，实 现 对长 、 短板的 夹 取 ，这在国外也是首 创 3 。（ 5）采 用两大套独立的 开 闭机构 ， 可以 实 现斜坯 的 夹 取 ； 2008 年河南某公司生 产 的 100T 多用 途旋转铝铸锭夹 钳 起重机 主 要创 新 点是多 种 吊具
11、更 换完成 多 种作业 ， 夹钳部分采用 了 全液压装置，液压旋转、液压夹紧、松开，钳齿的形状和 材 料耐 高 温耐磨，任意板 宽 均 有齿尖相接触；采用绕性钢绳斜拉三 角 形防摆等，均为国内领先 水 平 。湖南理工学院毕业设计（论文） 2 同 年 太原重型 机 械集团有限公 司 生产 的 六爪式动力板坯 夹 钳 ， 其 上横梁分别通过三 个连接 铰 轴与 三 个 开 闭梁连接 ， 每个开闭梁安装有开闭机 构 和双 向 螺杆及 螺母，双向螺杆及螺母上的轴连接钳臂 ， 开闭机构通过驱动装置 带 动链轮、链条传动双向 螺 杆，双向螺杆回转使 螺 母带动一对钳臂作开闭运动。本发明与现有 技 术相比，
12、不仅适用板坯 规 格范围大，板坯堆取更加灵活方便，而且尺寸小、自重轻 。大连华锐股份有限公 司 生产 的 防摇板坯夹钳起 重 机 包 括桥架、大车行运机构、小车、卷筒、吊架、动滑轮，钢 丝 绳，板坯夹钳，特 征 是：所 述 的 “十” 字形吊架由相互 垂 直的两 个 直梁 构 成，于 两 直梁 的 两端顶 面 处依 序 设 I#、 II#、 III#、 IV#吊点 ， 于 I#、 II#、 III#、 IV#吊点处分别装设 由 支座支 承 的两 个 动 滑 轮， 与小车 I#、II#卷筒相对应的动 滑 轮上 、 分别用钢丝绳经缠绕连接 构 成四 绳 四 边 “ V” 字形式的钢丝绳系；于 “十
13、” 字型吊架的某一 直 梁的两 端 底面 对 称连接 板 坯夹钳；本 实用新型不仅设计合理，结构紧凑，在大车及 小 车运 行 方向上 既 不摇摆，又不旋转，使 得 板坯夹钳定位准确、夹取迅 速 ，而且提高作业生产效率，以及具有操作 安 全，使用十 分 方便等优 点 4。 国外起重夹钳技 术 发展要 比 我国 早 很多， 而且 因此其技术也日趋成熟。荷兰公 司 1985 年的起重钳产品样 本 就列 有 521 种不同规格的各 种 用途起 重 钳， 最 大起重 量 已 达 40 吨，可用于钢铁厂、造船厂、化工广、铁路、码头和仓库等部门，进行 快 速吊运 和 装卸 各 种 垫材，以及焊接和 装 配构
14、件 ， 铺设 轨 道，维 修 设备 等 作业， 能 提高 工 教，减 轻 劳动 强 度。荷兰、日本、瑞 典 、英国 等 国都 有 专业厂 家 生产 各 种起重 钳 5。 由此可见，随着国内工业的发展，特别是入世以后，国内的起重夹 钳 技术达到 了 一个相当的高度， 有 一些甚 至 达到 了 国外的 水 平。 目前世界销售市 场 对起重 机 械的 需 量正在 不 断增加 ， 这也使得起重夹钳也得到了快速发展 ， 从而使国外各种制造起重 机 企业 在 生产中 更 多地 采 用优化 设 计、机械自动 化 和自动化设备去提 高 劳动生 产 率 ， 这对世界销售市场 、 制造商和用户都产生了 巨 大的影
15、 响。 近年来 ， 美国因制造技术 、 质量问题和价格昂贵等原因 ， 降低了其在世界上的竞 争 能 力； 联邦德国德马克 公 司，由于实行了生产技 术 振兴，解决了提高生产 的 工艺 手 段，以 占 优势的新产品来保 持 其发展 的 优势 6。 湖南理工学院毕业设计（论文） 3 1.2 起重夹钳加工的发展情况 现在国内的起重夹钳的运用情况基本上就三种：重力夹钳、电动开闭的重力夹钳和动力夹钳三种夹钳装置。在这三种当中，动力夹钳因其成本较高，扩大推广受到一定的影响，但由于其优越的工作性能，特别是钳 口可实现准确的三维跟踪、可靠夹起梯形坯、较高的工作效率和不损失起升高度，为实现冶金企业的自动化具有无
16、可比拟的优点。因而我们认为动力式夹钳在现代起重机夹钳发展上将占越来越重要的作用 7。 国外起重夹钳技术的发展趋势： (1)设计、制作的计算机化、自动化 近年来，随着电子计算机的广泛应用，许多国外起重机制造商从应用计算机辅助设计系统 (CAD)，提高到应用计算机进行起重机的模块化设计，这也使得对起重夹钳的设计也有了突破，根据市场调查预测的统计数字和积景的资料、图表、图线规律，在严密的科学理论指导下，拟定起重夹 钳结构、机构、部件等多层次的标准化、模块化单元。对起重夹钳的改进，只需针对几个需要修改的模块 ,设计新的起重夹钳只需选用不同的模块重新进行组合 ,提高了通用化程度，可使单件小批量的产品改换
17、成相对批量的模块生产，亦能以较少的模块形式，组合成不同功能和不同规格的起重夹钳，满足市场的需求，增强竞争能力。 (2)新材料、新工艺的应用由于钢铁工业新技术的应用。 钢材质量得以提高在机加工方面，尽量采用少切削的精密铸件，尤其是铝台金铸件占多，加工设备大量采用高精、高效的加工中心，数控自动机床等，既保证加工质量，又提高了生产率 ，降低了成本。同时在工艺线上，使用机械来代替人工操作，如焊接用的机械手和配用机械手等。国外起重机厂商为了能迅速制造和装配出品种多样化的产品来，要求企业之间密切联系和协调，企业走向专业化，标准化和系列化 8。 1.3 研究的主要内容及解决的主要问题 依据毕业设计的目的和要
18、求，通过谭老师的精心指导及查阅大量国内外文献资料，结合在实习中所遇到的问题和用户提出的要求， 100KG 起重夹钳机构要求达到结构简单、安全可靠、操作方便和效率高的目的。分析其合理性与可行性，为设计的开展打好基础，拟定初步设计方案及步骤。本次 设计中，我们将主要解决湖南理工学院毕业设计（论文） 4 以下几个方面的问题： (1) 夹钳装置的总体 设 计； (2) 主要的零部件结 构 设计及 强 度分 析 ； (3) 夹钳机构的设计； (4) 夹钳装置主要零 部 件的材 料 的选 择 以及其 工 艺过 程 ； (5) 具体的设备装配 方 案。 2 100KG 起重夹钳装置机构原理和作用 2.1 1
19、00KG起重夹 钳 装置机构的结构 图 1 所示 为 100KG 起重夹 钳 装 置机 构 ， 由 夹 钳 加持 部 位 、 定 滑 轮、 三 角 支撑 架 、 底座及其底座下面的 动 力旋转 装 置构成，其功用用于加 持 100KG以下物品 ，可从物品初始 搁 置区域，夹取物件 ， 将物件 放 到指 定 区域， 图 2 所示为底座俯视图 。 图 1 100KG 起重夹钳装置机构 1.定滑轮 2.三角支撑架 3.起吊电机安装部位 4.底座 5.传动轮湖南理工学院毕业设计（论文） 5 2.2 100KG 起重夹 钳 装置机构的基 本 原理 夹钳装置是起重 夹 钳设备 的 取物 装 置 ， 起重夹
20、钳设备能否可 靠 地工作，主要取 决 于夹钳的性能。 夹钳装置是起重 夹 钳设备 的 取物 装 置 ， 它与起重设备的几个 工 作机构 配 合，可 从 物品初始搁置区域，夹取物件，将物件放 到 指定区域。此外，夹钳起重 装 备还 可 用来 拨 移物件或夹上其它 无 关物品 来 清理 杂 物 。 夹钳起重机在完成上 述 工艺程 序 时，由于运 行 速度较快，振动大 ， 夹持的又往往是各种各样 的 物品，因此夹钳装置 的 各个零 部 件除应有足够的强度外， 还 应有良 好 的夹 持 性能， 保 证夹 持 的物件 不 至从 钳 口脱落。 3 100KG 起重夹钳装置机构的 材料选择 3.1 100K
21、G 起重夹钳装置机构结构优化分析 起重夹钳是一种工作效率很高、适应性极强、用途非常广泛的设备。起重夹钳的机构复杂 、运动过程难以预测、夹持的可靠性难以把握、作业场地的危险性较大 。 这是设计起重夹钳的一个矛盾 ,恰当的参数既能够满足夹钳工作的安全性、又使钳体自重适当 ,因此很有实际意义。图 3为夹钳装置整体优化流程图。 图 3 夹钳装置整体优化流程图 湖南理工学院毕业设计（论文） 6 要保证夹钳的安全要求 ,必须符合以下条件 :(1)它的临界摩擦因数必须小于材料的实际摩擦因数 ,否则 ,带卷不能被夹持起。更为可怕的是 ,带卷被瞬间吊离地面后从钳口滑落 ,导致产生不可估量的损失。 (2)夹钳各钳
22、臂所受应力必须满足下式 sSN 式中 夹钳所受的最大 应 力 s 所选材料的屈服 极 限 SN 安全系数 夹钳的传递系数为起重机对夹钳及带卷的吊运力与该力传递到钳口上正压力大小的比值 ,它是夹钳本身的固有属性 ,由夹钳的结构唯一确定。传递系数越大 ,钳卷间所需产生的正压力越大 ,带卷越容易被夹持起 ,即所需要的临界摩擦因数越小 ,然而 ,夹钳各铰接点的受力也随之增大 ,导致钳臂的厚度必须增加 ,从而使夹钳体积庞大、自重增大；传递系数若是减小 ,机构的自重也会减轻 ,但降低了工作过程的安全性。本次夹钳的整体优化设计 ,力图能够满足所有的设计要求 ,并使设计目标为最优 ,例如重量、面积、体积、应力为最小 3。该机构整体优化设计的流程如图 3 所示。 3.1.1 夹钳的结构参数化 图 2 为该夹钳的单边简化机构图。从上往下依次定义为上钳臂、外钳臂、下钳臂。 图 4 夹钳机构原理图
