1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 一次性活体取样钳工装设计 所在学院 专业班级 械设计制造及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 一次性活体取样钳工装设计 II 摘 要 工艺装备通常是指机械制造中所用到的刀具、工卡具、量具、模具、辅具的总称，简称为工装。因此，工装设计的内容应该包括刀具、工卡模 具及量具设计等。夹具设计时应注意定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。 一次性活体取样钳的工装设计主要是设计其钳头组件的装配夹具，钳头组件由钳头、前叉、芯头、金属丝等组成。其中装配可大致分为三个步骤： 1、将牵动钳头用的金属丝弯成规定弧度的圆弧状；
2、 2、将金属丝与钳头链接，并焊接金属丝； 3、将钳头与前叉装配在一起并用芯头固定。 关键词 ： 工装设计，夹具，一次性活体取样钳，装配一次性活体取样钳工装设计 III Process Equipment Design Of Disposable Clamp In Vivo Sampling Abstract Process Equipment usually refers to the tools, clamps, measuring tool, mold, aids used in mechanical manufacturing. Therefore, process equipment
3、design should include designing the tools, clamps, measuring tool, mold, aids and so on. Fixture design should pay attention to Positioning accuracy, clamping mode, the stiffness and strength of clamps, Process of structural and other issues. Process Equipment Design Of Disposable Clamp In Vivo Samp
4、ling is mainly to design the fixture for assemble its clamp head, Clamp head assembly formed by the top clamp, front fork, lamp pith, Wire and so on. Assembly process can be broadly divided into three steps: 1. Benting metal wire which for pulling clamp Head to provisions of the arc-shaped curvature
5、; 2. Linking the clamp Head with metal wire, and welding wire; 3. Assembling the clamp head and the front fork to together and fixing them with the lamp pith. Key words: Process Equipment Design,fixture, Disposable Clamp In Vivo Sampling, Assemble 一次性活体取样钳工装设计 IV 目 录 摘 要 . I Abstract . III 一、 绪论 . 5
6、 1、 课题的研究背景和意义 . 5 2、 概述 . 6 二、 取样钳的分析 . 7 1、 活体组织取样钳的工作原理 . 7 2、 一次性活体取样钳的组成 . 9 3、 取样钳的装配过程分析 . 11 三、 装配夹具的设计 . 11 1、 金属丝的截断以及弯曲 . 11 2、 钢丝焊接 . 13 3、 总成装配 . 14 四、 结论和展望 . 16 参考文献 . 17 致 谢 . 错误 !未定义书签。 附 录 . 19 一次性活体取样钳工装设计 V 一、 绪论 1、 课题的研究背景和意义 1. 课题研究领域的发展现状 改革开放以来，机械工业充分利用国内外两方面的技术资源，有计划地进行企业的技术
7、改造，引导企业走依靠科技进步的道路，使制造技术、产品质量和水平以及经济效益有了很大的提高，为繁荣国内市场、扩大出口创汇、推动国民经济的发展起了重要作用。 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个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，是加工过程加速和趋于完善；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。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；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，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 随着机械工业的迅速发展，对产品的
8、品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。 目前，小批量生产及成组技术正逐渐 成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中，要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性，以缩短生产准备时间、降低生产成本，所以，按手动夹紧的方法已不能满足生产发展的要求，而气动、液压夹紧等夹具正是适应这一生产模式的工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式 ,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展。 2. 课题研究的目的和意义 活体取样钳进入人体器管钳
9、取组织 ,直接接触血液 .因此在美国 ,加拿大及法国已经立法规定在内镜活检时必须使用一次性使用活体 取样钳 .在欧洲其他国家以及日本等国 ,一次性使用活体取样钳已经被医生及病人普遍接受并成为趋势 .按照卫生部规定 ,活体取样钳必须无菌 .重复使用由于清洗 ,灭菌达不到技术要求 ,容易造成传染病 (如乙肝 ,艾滋病 )交叉感染 然而一次性活体取样钳的工装设计还处于初级阶段，设计方案尚未十分成熟的，处在诸多技术上有待解决和改进的问题，并且被各生产厂商作为商业机密，不对外公开。而一次性活体取样钳在医疗器械的生产上有着不可或缺的重要地位，能独立生产一次性活体取样钳对医疗器械厂商非常有意义。因此，极需要
10、设计一套一次性活体取样钳的工装设 计方案，用于企业自主生产。 3. 课题研究的主要内容 主要内容与基本要求： a) 了解一次性活体取样钳的生产工艺流程； 一次性活体取样钳工装设计 6 b) 分析一次性活体取样钳的生产工艺特点； c) 完成一次性活体取样钳相关工艺装备的总体方案设计； d) 完成工艺装备的结构设计及装配图与主要零件图的设计绘制； e) 完成相关设计文档及设计说明书的撰写。 主要任务与目标： 了解一次性活体取样钳等医疗器械的生产工艺过程及工作原理； 运用机械结构设计、机械 CAD/CAM、夹具设计等基本知识，完成一次性活体取样钳的工艺装备设计及相应技术文档的撰写。 2、 概述 1.
11、 取样钳的总体概 述 一次性活体组织取样钳（又称活检钳）是供内窥镜下钳取消化道活组织用来采集上，下消化道，呼吸道，泌尿系统及女性生殖系统内活组织样本，提供给病理分析用的专用器械。主要由钳头组件、软管、手柄和滑环组成。在内窥镜监视下，取样钳通过内窥镜钳道进入人体，钳头对准病灶处，推动手柄滑块 (张开钳口 )，靠紧被取样组织，拉动手柄滑块 (合拢钳口 )，向后拉动外管，取出取样钳。 图（ 1）：医护人员正在使用鼻腔镜和一次性活体取样钳对病人进行检查 一次性活体取样钳的工装设计主要是设计 其钳头组件装配夹具，钳头组件由钳头、钳套、铆钉、金属丝等组成。其中装配可大致分为三个步骤： a) 将牵动钳头用的
12、金属丝弯成规定弧度的圆弧状； 一次性活体取样钳工装设计 7 b) 将金属丝与钳头链接，并焊接金属丝； c) 将钳头与钳套装配在一起并用铆钉固定。 2. 工装设计概述 工艺装备通常是指机械制造中所用到的刀具、工卡具、量具、模具、辅具的总称，简称为工装。工装设计的内容应该包括刀具、工卡模具及量具设计等。在机械制造中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品，可以扩大机床的工艺范围， 改善操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备。夹具设计的基础理论一个好的机床夹具，首先要保证能加工出合格的产品。为此，所设计的
13、夹具首先应满足以下两项要求：第一，在未受外力作用时，加工件对刀具和机床应保持正确的位置，即加工件应有正确的定位。第二，在加工过程中，作用于加工件上的各种外力，不应当破坏加工件原有的正确定位，即对加工件应有正确的夹紧。 3. 装配夹具的设计原则 a) 满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性； b) 有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程； c) 满足装夹过程中的简单与快速 操作； d) 易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行； e) 满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性； f) 尽可能的避免结构复杂、成本昂贵； g) 尽可能选用市场上质量
14、可靠的标准品作组成零件； h) 满足夹具使用国家或地区的安全法令法规； i) 设计方案遵循手动、气动、液压、伺服的依次优先选用原则； j) 形成公司内部产品的系列化和标准化。 4. 装配夹具设计的基本要求 a) 确保工件的加工质量； b) 提高机械加工的劳动生产率； c) 降低工件的成本； d) 使工人具有良好的劳动条件； e) 排屑方便。 二、 取样钳的分析 1、 活体组织取样钳的工作原 理 活体组织取样钳是供内窥镜下钳取消化道活组织用来采集上，主要用于临床内窥镜下胃、肠、膀胱、支气管及女性生殖系统等活组织取样，经过病理化验为疾病诊断提供科学依据。 一次性活体取样钳工装设计 8 活体组织取样
15、钳 ,包括钳体 ,钳体主要由左钳头 ,右钳头 ,钳头座 ,左连杆 ,右连杆组成 ,左钳头 ,右钳头枢装在销轴上 ,销轴固定在钳头座中 ,左连杆 ,右连杆的一端连接在对应的左钳头 ,右钳头的末端的圆环上 ,左连杆和右连杆的另一端均与拉杆的一端通过相接 ,拉杆的另一端与位于钳头座中的连接管相连 ,连接管与拉索的一端相连 ,拉索位于弹性外管之中 ,弹簧外管的一端与钳头座连 ,弹簧外管及拉索的另一端均与手柄部分相连 ,其特征是在左钳头 ,右钳头之间固定安装有定位针或垫片 ;连接左钳头与左连杆的销钉以及连接右钳头与右连杆的销钉均与相应的左钳头 ,右钳头是一个整体 .产品的所有部件及加工材料均采用符合医用
16、要求的材料。 图（ 2）：活体取样钳配套内窥镜总成实物图 活体组织取样钳通常与供内窥镜配套使用。使用时，内窥镜软管插入人体，到达需要联查的部位时，通过内窥镜观察病灶状况。同时，在内窥镜监视下，钳头对准病灶处，推动手柄滑块 (张开钳口 )，靠紧被取样组织，拉动手柄滑块 (合拢钳口 )，向后拉动外管，取 出取样钳。 图（ 3）：活体取样钳软管及取样钳操作端总成实物图 一次性活体取样钳工装设计 9 2、 一次性活体取样钳的组成 一次性活体取样钳的工装设计主要是设计其钳体的装配夹具，钳体由钳头、钳套、铆钉、金属丝等组成。 取样钳的钳头组件由 2Cr13、 3Cr13、 Y3Cr13、 1Cr18Ni1
17、2 等不锈钢制成，软性外管采用 2Cr13、 0Cr18Ni9 等不锈钢制成，操作柄的材料为丙烯腈 -丁二烯-苯乙烯（ ABS）树脂（ ABS）。 图（ 4）：活体取样钳效果图 1. 活体组织取样钳的性能指标要求： a) 使用性能 取样钳钳头应光滑，刃口应完整、锐利。钳头闭合时 头端至二分之一处应吻合，不得有明显偏歪。 取样钳钳头二片张开角度应不小于 90 度，闭合时不得露出钳头。 取样钳钳头开闭应轻松灵活，不得有卡塞现象。 取样钳的软管盘绕应紧密、平直，不应有明显的间隙和折曲。 取样钳各铆接和焊接处均应牢固。 b) 硬度 取样钳的钳头应经热处理，其硬度为 480HV0.2 620HV0.2。
18、 c) 表面粗糙度 取样钳的头部表面粗糙度参数 R0之数值应不大于：有光亮 0.4 m，无光亮 0.8 m。 d) 外观 软管表面应光洁，色泽均匀，不应有锋棱、毛刺。 e) 尺寸 取样钳的尺寸应符合产品标准中的规定。 其中，取 样钳钳头长 6.7mm， 闭合直径为 2.4mm。钳头上半部分呈四分之一空心球形状，并接合一个半环柱，环柱中间部位有一个椭圆形孔，主要用于装配定位；钳头中间部分有一个销轴孔，用于与另一个钳头固定在钳头座中；钳头的下半部分有一个圆环，用于与拉杆的一端相连。 取样钳钳口主要对活体取样检查起到一个切取的作用，钳口也就是相当于一次性活体取样钳工装设计 10 一把剪刀，而两侧钳口内的凹槽相当于一个盛物的容器。 通常，钳头加工方法采用金属注射成形工艺，将不锈钢粉末与粘结剂混合，经注射成形机注射成产品生坯，再脱脂、烧结，制得取样钳钳头。 图（ 5）：钳头 实物图 图（ 6）：钳头的三维模型 拉杆由直径 0.3mm 的金属丝制成。制作时，首先需要将金属丝按一定长度截断，然后将其弯曲成内圆弧直径为 0.6 的环状，以与钳头下半部分的圆环连接配合。 图（ 7）：用于作为拉杆的金属丝的三维模型
