1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 水钻磨抛机抛盘 A 组专用夹具设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 本文叙述了水钻夹具的背景、意义，水钻（水晶玻璃）的发展历史，以及夹具在国内外的一些相关研究的最新成果及动态，如用图表的形 式直观的展示了我国水钻行业的现状，今年水钻市场价格分析及预测等。 采用了逆向设计，完成了从无到有，从有到新的水钻专用夹具设计和改进。在某水钻机床公司通过对一已报废的单排水钻夹具的拆装，对各零件尺寸的测量、材料的选用，以及观察水钻磨抛机的整体运作情况等，设计了一个双排的水钻夹具。再通过相关的参
2、数，完成轴承寿命、强度校核等计算，完成了最后的设计。 关键词： 水钻， 多工位 磨床， 水钻 夹具 ，逆向设计 II Group A of Diamond grinding and polishing machine polishing wheel dedicated fixture design Abstract This paper describes the background of diamond jig, meaning, diamond (crystal glass) history, as well as a number of fixtures at home and abr
3、oad the latest research results and developments, such as an intuitive graphical form showing the status of Chinas diamond industry, this year diamond market price analysis and prediction. Research method is to use a certain amount of reverse design was completed from scratch, from the special diamo
4、nd to the new fixture design and improvement. Machine tool company in a diamond has been scrapped by a single drainage drilling fixture disassembly, measurement of the size of the parts, materials selection, and the observation of the overall diamond grinding and polishing machine operation, etc., d
5、esigned a double row of diamond jig . And through the relevant parameters, complete bearing life, strength check calculation, completed the final design. Keywords: Diamond， multi-site grinder， diamond jigs， reverse design III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1课题的来源 . 1 1.2课题的意义 . 1 1.3水钻行业的国内外发展现
6、状 . 2 1.3.1 水钻的国内外发展历史及现状 . 2 1.3.2 夹具的发展和研究现状 . 3 1.3.3 夹具的研究动态 . 5 2水钻磨床及其磨头机构 . 7 2.1水钻磨床 . 7 2.1.1 水钻磨床示意图 . 7 2.1.2 主要用途和适用范围 . 8 2.1.3 使用环境 . 8 2.2 技术参数 . 8 2.2.1 机床的主要性能 . 8 2.2.2 机床的主要参数 . 9 2.3磨头机构工作简述 . 9 2.4夹具设计 . 10 2.4.1 夹具的总体设计 . 10 2.4.2 水钻夹具的主要指标参数 . 12 3 设计计算和校核 . 13 3.1水钻夹具计算和校核 .
7、13 3.1.1 轴承设计与校核 . 13 3.1.2 蜗杆传动设计与校核 . 13 4设计说明 . 16 4.1逆向设计方法的说明 . 16 结论 . 17 参考文献 . 18 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 19 附录图 1 水钻夹具 . 19 附录图 2 止动卡针 . 20 附录图 3 后盖板 . 20 IV 附录图 4 端盖护铁 A. 21 附录图 5 端盖护铁 B. 21 附录图 6 蜗杆 A. 22 附录图 7 蜗杆 B. 22 附录图 8 针 A. 23 附录图 9 针 B. 23 附录图 10 夹具体 . 24 附录图 11 调整垫板 . 24 附录图 12 内托 .
8、 25 水钻磨抛机抛盘 A 组专用夹具 1 1 绪论 1.1 课题的来源 随着科学技术的不断进步， 全球经济处于一个高速发展、变革的时期。在以高科技产业为主要支撑、智力资源为重要依托的知识经济条件下，理工业正在发生质的飞跃，出现了精密和超精密加工等先进制造技术。磨削加工是保证产品形位精度的最后一道关键工序，其加工精度直接影响产品的质量 1 。 水钻，又称水晶玻璃钻石 2 。 而随着人们物质文明和精神文明的提高，对自身的形象要求相应地也越来越高，配备的饰物不再单纯地从保值或增值的角度考虑，逐步向同服 饰、爱好、场合等因素匹配着眼，因此希望饰物、备件多样化 3 。然而世界资源的不断开发利用，那些稀
9、有矿石也伴随着不断枯竭。于是人们对人造宝石的需求更为迫切，还希望其品种丰富，绚丽多彩，形象逼真，价格低廉 4 。用无机非晶态材料或玻璃来仿制品类众多的无色或彩色天然宝石和玉石，可以达到以假乱真的程度，其外形和物化性能方面能通过组份的调节，使产品与天然矿石加工物难分伯仲 3 。水钻行业的发展可谓不可估量，其势头一片大好。但是 近几年江苏东海水晶加工业发展迅速 ,产品畅销国内外 ,但质高品优的产品占比例太少 ,大量的劣质产品 充填市场 ,严重 的 影响了水晶饰品的声誉 5 。 为此展开了有关水钻磨抛机的研究和水钻夹具的改进设计。 1.2 课题的意义 不论是传统制造还是现代制造系统，夹具都是十分重要
10、的。夹具一直伴随着机械制造业的变革而改变。而夹具作为刀具和工件加工时的基础部件不论在哪种类型的机床上都有着重要的地位。 研磨抛光是许多水晶饰品、宝石等加工中的最后一道工序，是把首饰完美的呈现出来的关键 5 。 良好的夹具是研磨抛光的重要支持 6 。 夹具设计及制造又是整个制造过程中生产准备时间和加工成本的重要因素，工装设计水平的高低，很大程度上反映 出企业制造能力的高低。 如何缩短工艺装备设计所需要的生产准备时间及设计制造成本是是否能在激烈的市场竞争占据有利地位的一个手段 7 。由于通常情况下企业夹具设计能力不足，普遍缺乏熟练的夹具设计人员，夹具准备时间长，设计方法陈旧，设计效率低。所以减少夹
11、具返修率，对于生产和保护抛盘有着重要的意义。 夹具的质量优良与否在整个水钻产品加工制作中有着重要意义。 水钻磨抛机抛盘 A 组专用夹具 2 1.3 水钻行业的国内外发展现状 1.3.1 水钻的国内外发展历史及现状 水钻是一种俗称，其主要成 分 是水晶玻璃 3。 水晶玻璃已有悠久历史，远古时代因为玻璃原料杂质多 ， 玻璃往往是不透明或半透明的 2 。 13世纪，威尼斯人制成了 无色透明的玻璃。 到了中世纪， 波希米亚 的 水晶玻璃 制造技术 逐渐传到中欧和西欧，英、法等玻璃厂 ，之后有了长足的发展。 1764年 Ranaut在法国巴卡拉(Baccarat)的一个小村庄建立了玻璃厂 ，这个后来 产
12、权多次易手，厂名几度变更的 巴卡拉 却 始终深入人心，在法国甚至在欧洲，提到铅水晶，就会想到巴卡拉。1851年英国第一个世界展览会 上 设计师 Paxton用 沃特福德的玻璃来做墙面、屋顶，建成通体透明的水晶宫 ， 开创了玻璃建筑的新纪元，在世界建筑史占了一席重要的地位 。 还有百多年历史的施华洛世奇 (Swarovski)水晶玻璃 ，更是代替钻石、玉石等名贵装饰品 应用到 了 时装、鞋帽、钟表上 2 。 固然我国战国时代楚国人已用石英砂、方铅矿、重晶石为原料制造了铅钡硅酸盐成分玻璃的剑首、剑珥、玉璧等装饰玻璃，但这些玻璃与近代的铅水晶玻璃有显著的区别 8。 20世纪 50年代我国研制的铅玻璃
13、，主要是光学玻璃的火石玻璃，用作光学材料， 60年代研制了防辐射用的铅玻璃。到了 70年代大连、上海等器皿厂才研制了真正意义上的中铅 (PbO24%)和高铅 (PbO30%)水晶玻璃 2 。下面是2010年四月份我国水钻产品市场现状及应用研究报告的一些图表数据： 图 1-1水钻产销对比和产品国内市场份额 水钻磨抛机抛盘 A 组专用夹具 3 图 1-2水钻价格分析预测 水钻的 全球需求量很大 。 这种材质因为较经济，同时视觉效果上又有钻石般的夺目感觉 ， 因此很受人们的欢迎 3 。 磨削加工是保证产品形位精度的最后一道关键工序，其加工精度直接影响产品的质量 1 。而且科学合理地设计夹具和工装是提
14、高劳动生产率、提高加工精度一个重要手段 9 。 1.3.2 夹具的发展和研究现状 机械制造业经过了漫长的发展历程，从远古简单的石器打磨，到现代工业的数控加工 ,已经摆脱了手工作坊的作业方式，进入集团化生产、专业化协作的生产阶段 6 。而夹具随着机械制造模式的改变也经历了变革 10 。其最早出现在 18世纪后期，至今大约经历了三个阶段： 第一阶段主要表现在夹具与人的结合上， 这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，使得加工过程进一步提高效率和趋于完善； 第二阶段夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧； 第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机
15、械加工中不可缺少的工艺装备。 我国机械工业自建国以来有了很大的发展，已经成为工业中产品门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的产业部门之一 11。机械加工和夹具也有很大的发展，但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着阶段性的差距，主要表现在机械产品质量和水平不够高，加工工艺过 程主要依赖工艺人员的经验进行不合理编制工艺，使其加工工人劳动强度大，加工出来的产品不理想 12 。 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批，多品种生产的产品种类已占工件种类总数 85左右 3。 为适应市场的需求与竞争，现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代 6 。但是一般企业都仍习惯于采用传统的专用夹具
16、，一般在具有中等生产能水钻磨抛机抛盘 A 组专用夹具 4 力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 3 4年就要更新 50 80左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 15左右。特别是近年来，数控 机床（ NC）、加工中心（ MC）、柔性制造系统（ FMS）、成组加工（ GT）等新加工技术的应用，对现代机床夹具提出了如下新的要求： 1）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 2）能装夹具有相似性特征的工件； 3）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）采用以液压等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减
17、轻劳动强度和提高劳动生产率； 6）提高机床夹具的标准化程度。 长久以来，加工工艺编制是由工艺人员凭经验进行的 14。其涉及的因素多，因果关系错综复杂，往 往由几位工艺员各自编制会有不同的工艺规程，而且很可能都不是最佳方案 16。计算机辅助工艺过程设计（ CAPP）将是机械加工工艺的发展趋势，它不仅提高了工艺设计的质量，而且使工艺人员从繁琐重复的工作中摆脱出来，集中精力去考虑提高工艺水平和产品质量问题 17 。伴随着这样的原因，现代化的夹具发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、模块化、标准化等五个方面： 1）精密化 随着产品精度的不断提高，相应的对机床夹具的精度要求势必也不断提高。例如。瑞士 E
18、ROWA柔性夹具的重复定位精度高达 2 5 m；德国 demmeler公 司制造的 4m长、 2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为士 0.03mm，精密平口钳的平行度和垂直度在 5 m以内，夹具重复安装的定位精度高达 5 m；用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度可达 0.20.5 m；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5 m8。机床夹具的精度已提高到微米级。 2）高效化 高效化夹具能提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，其主要是通过减少工件加工的基本时间和辅助时间来完成的。常见的高效化夹具有高速化夹具、自动化夹具、具有夹紧力装置的夹具等 8 。比如美国 Jergens(杰
19、金斯 )公司的球锁装夹系统， 1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上；同样瑞典的 3R夹具也仅用 1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。目前，除了在自动线配置相应的高效、生产流水线、自动化夹具外，在加工中心等数控机床上出现了各种自动更换夹具的装置以及自动装夹工件的夹具，充分发挥了数控机床的效率。 3）柔性化 机床夹具的柔性化是指机床夹具通过组合、调整等方式，以适应工艺可变因水钻磨抛机抛盘 A 组专用夹具 5 素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调 夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等 11 。为
20、适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。 4）模块化 组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。省工、省时、节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中 17 。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础。应用 CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹 具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。 5）标准化 标准化机床
21、夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准： gb/t2148t2259 91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本 8 。 1.3.3 夹具的研究动态 在机械制造业中，有大部分的企业从事单件小批量生产和成批生产。为解决单件小批量生产的不合理问题，从 20世纪 40年代开 始，人们已着手研制能够多次重复使用的夹具，也就是出现了组合夹具。组合夹具是在夹具的原件和合件完全标准化的基础上，由一套预先制造好的标准元件和合件，按照组合花的原理，针对不同的工件迅速组装成各种专用夹具，使用完毕后再
22、拆散成元件和合件，如此不断重复使用。 计算机辅助夹具设计是计算机辅助机械设计的一个重要方面，受到了各国学者的广泛重视。然而目前计算机辅助夹具设计大多采用人机对话的交互方式，这要求设计人员的素质要求较高，其质量好坏完全取决于设计人员的设计水平，计算机远远不能代替人的思维，无法达到智能化自动化。目前 KBE技术的产生为传统的计算机辅助设计系统研究带来了新的方法和思路。 伴随组合夹具设计组装人员老化现象特别严重的原因，进行组合夹具智能化设计研究就显得很有必要了。 目前专家系统技术是人工智能（ AI）在工程领域应用中最为成功的技术之一。进行夹具设计专家系统的研究，实质就是把夹具设计领域中的专业只是和优秀组装工的经验、技巧进行总结归纳存储到计算机中去，然后利用这些专家只是规则推理设计出夹具组装方案。
