板材送進夾鉗裝置設計論文說明書

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1、摘 要 隨著科技的進步，在工業領域所應用的自動化程度越來越高。作為機械行業，肩負著國家制造業的興衰，也是衡量一個國家綜合國力的主要標志。目前，在機械加工生產線上多數采用的是電、氣、液相結合的一體化模式。板材送進夾鉗是生產線上的重要環節，是連接主機和工作機的橋梁。因此，成功設計該裝置具有十分重要的意義，它可以降低勞動成本，提高工作效率，給公司帶來豐厚的效益。本論文主要介紹了STPK120的設計過程：包括工作原理，結構的組成與分析，典型零件的設計以及加工工藝過程，板材翹曲度的控制。 關鍵字： 夾鉗裝置 工作原理 結構分析 加工工藝 翹曲度

2、 Abstract With the advancement of technology in the field of industrial automation applications increasingly high. As a mechanical industries, manufacturing or shoulders countries, but also to measure a nation's comprehensive strength of the main signs. Currently, mechanical processing producti

3、on line is the most used electricity, gas, liquid phase is the integration of models. Plate into the production line is an important link tongs, and the bridge connecting the mainframe. Therefore, the successful design of the device is of great significance, it can reduce labour costs, improve work

4、efficiency, and bring huge benefits to companies. The major papers presented STPK120 design process : including theory, the structure and composition analysis, the typical components and machining process design, plate bending degrees of control. Key words: Tongs device Operating principles

5、Structural analysis Manufacturing process Bending degrees 目 錄 摘要 ………………………………………………………………………… Ⅰ Abstract ………………………………………………………………… Ⅱ 第 1 章 緒 論………………………………………………………………1 第 2 章 夾鉗裝置的概述…………………………………………………… 4 2.1 STPK120夾鉗裝置的簡介…………………………………………… 4 2.2 STPK120夾鉗裝置的工作原理…

6、…………………………………… 4 2.3 STPK120夾鉗裝置的結構組成及其各部分的功用………………… 5 2.3.1 傳感器………………………………………………………… 5 2.3.2 油缸…………………………………………………………… 8 2.3.3 鎖緊缸………………………………………………………… 8 2.3.4 支座…………………………………………………………… 9 2.3.5 氣缸支架……………………………………………………… 9 2.4 夾鉗裝置的技術特點………………………………………………… 9 2.5 設計的有關技術參數…………………………………………………

7、 9 第 3 章 缸筒的工藝規程設計……………………………………………10 3.1 缸筒的功用…………………………………………………………10 3.2 缸筒的工藝分析……………………………………………………10 3.3 工藝規程設計………………………………………………………11 3.3.1 確定毛坯的制造形式………………………………………11 3.3.2 基面的選擇…………………………………………………11 3.3.3 制定就加工工藝……………………………………………11 第 4 章 板材的受力分析…………………………………………………12 4.1 液壓油的選擇……

8、…………………………………………………12 4.2 夾鉗力的計算………………………………………………………13 4.3 板材受力分析………………………………………………………13 第 5 章 項目的技術經濟分析……………………………………………15 5.1 2006年的經濟預測……………………………………………… 15 5.1.1 國家宏觀調控政策有利于板材送進夾鉗裝置行業發展…15 5.1.2 主機任務飽滿，對板材送進夾鉗裝置行業的發展有利……15 5.2 可能影響經濟運行質量的問題……………………………………15 5.2.1 燃料、動力、原

9、輔材料價格的上漲，影響企業的效益……15 5.2.2 積極引導企業吸引外資……………………………………15 5.3 綠色設計……………………………………………………………16 5.3.1 綠色設計產生的背景………………………………………16 5.3.2 綠色產品的定義和特點……………………………………16 5.3.3 綠色設計的主要內容和設計原則…………………………17 第 6 章 超精密加工的發展方向與展望……………………………… 19 6.1 跟蹤世界先進科技的發展，大量掌握和利用信息…………………19 6.2 整合、重組思想的運用……

10、…………………………………………20 6.3 創新是推動超精密加工技術發展的動力…………………………21 6.4 注意動向，為發展鋪平道路…………………………………………22 6.5 微機械的制造技術…………………………………………………22 6.6 硬脆材料采用延性方式加工………………………………………23 6.7 超精密計量技術的發展……………………………………………23 6.8 結束語………………………………………………………………24 結論……………………………………………………………………………25 致謝……………………………………………………………………………26

11、 參考文獻………………………………………………………………………27 第1章 緒論 1.1國內外的科技現狀 國外現狀：隨著科學技術的進步，各國的液壓系統取得了快速發展。德國哈雷液壓系統，噪音及振動小、速度快,具有過載自動保護，確保機床的精度和動力需求,可實現行程無級調整，方便調節不同板厚時的沖壓行程及補償模具刃磨量，提高效率，無伺服閥，對油品要求不高。省電，液壓系統自備高效風冷裝置，節約電力消耗，整機日常維護保養簡便，定期更換項目少，減輕用戶維護成本。意大利Atos公司生產的液壓元件和電液系統是液壓和電子理想結合的產品，能實現快速，平穩和精確的控制。日

12、本SUMITOMO公司生產的QT內嚙合齒輪泵具有靜音，耐高壓，抗磨損，壽命長，應用廣泛的特點。此外，美國的Parker公司，意大利的CARCO公司，日本的YUKEN公司都在液壓元件和液壓傳動方面取得了成功。 國內現狀：雖然我國的液壓系統和液壓元件大多數是靠國外進口，但也取得了一定的成就。廣州機械科學研究院液壓研究所開發的廣研系列的比例閥，高性能軍用液壓閥，核電站用的水介質液壓閥以及各類液壓缸，液壓系統都廣泛應用于各行各業，比如寶鋼ERW套管熱處理線液壓系統。德州液壓機具廠（集團公司）下設的宙力液壓機具有限公司專業生產的超高壓液壓泵站，機具，工具油缸等元件處于全國領先地位。宇力液壓缸有限公司專

13、業生產系列裝載機，推土機，挖掘機，路面機械等工程液壓缸，是我國同行業最大規模之一。新宇工程機械有限公司致力于工程機械及配件，液壓件的經營，承接維修業務。 1．2 企業體制的改革 通過幾年的調整改革，以及對外開放方針政策的進一步貫徹，液壓氣動密封行業的資本結構發生了很大的變化。 原國有大中型企業經過改制，減輕債務和歷史包袱，企業的生產技術實力進一步得到發揮，在行業中起著重要的骨干作用。例如，上海電氣液壓氣動有限公司，幾年來大手筆改革，優化產業結構，成功開展與國外合資，公司取得了飛速發展，北京華德液壓集團有限公司優化資源配置，克服原國有企業種種弊端，使企業發展更上一層樓，液壓閥、液壓泵產品產

14、值、產量超過設計綱領；鎮江液壓件廠有限公司的成功改制，大大提高了職工的積極性，使企業的經濟效益大幅度上升，近兩、三年企業投入技術改造的資金，比前三個五年計劃投入的總和還要多，提高了企業的自主開發能力和工藝裝備水平，為企業開發國內外市場創造了條件，為中小型企業改革做出了榜樣；長江液壓件有限公司的股份制改造，增強了企業的活力，為中型企業的改制提供了經驗等。 大批民營企業一驚人的速度成長發展，如寧國中鼎、溫州海特克、溫州黎明、丹東克隆、浙江國泰、上海大眾等，努力開拓國內外市場，其裝備水平、管理經驗、產品質量等快速提升，取得了良好的經濟效益，顯示出了強勁的競爭力，企業的發展步入了良性的循環。 近年

15、來，大量的外資進入液氣密行業，世界各大著名公司，如博士—力士樂公司、日本SMC公司、德國FESTO公司等紛紛在我國開辦獨資，合資企業，或做國內的銷售代理等業務，他們以高起點、專業化、規模生產的方式，為高水平主機和重大裝備配套，呈現“制造業向中國轉移”的態勢。因此，形成了國有、民營、三資企業的銷售額基本量三足鼎立之勢。 1．3 液壓氣動密封工業市場行情 在我國加入WTO以后，隨著經濟全球化的發展，我國的市場經濟不斷發展和完善，在國家宏觀調空的經濟大環境中，在機械工業各主機快速發展的帶動下，液壓氣動密封工業連續5年實現了持續快速穩定的發展，取得了顯著成績，于2004年提前完成了“十五”規劃的預

16、定目標，行業面貌發生了可喜的變化。 根據對液壓、液力、氣動、密封工業332個主要企業截止2005年底的統計，液壓氣動密封工業平均經濟效益指數1.62，銷售利潤率9.56%，總資產貢獻率11.94%，資本保值增值率113.62%，資產負債率51.68%，流動資產周轉率1.32次，成本費用利用率10.44%，勞動生產率76788元/人，產品銷售率97.40%，市場供求銜接良好。 1．4 板材送進夾鉗裝置項目研究的意義 以上這些成績的取得固然可喜，但我們必須還要看清一些現狀，根據資料顯示：就綜合機械化的水平看，總體上中國目前只能趕上或達到國際上上世紀九十年代初的水平。另外，國產板材送進夾鉗裝置

17、與國外相比，在技術性能方面，環境保護、可靠性方面和監控及保護系統方面也都存在不小的差距。因此，必須提高自主創新能力，加大科研投入力度，努力達到世界先進水平。 STPK120 型夾鉗裝置是廣泛吸收國內外現有的液壓，氣壓夾鉗裝置的先進技術基礎上，針對板材的型號長、厚、寬分別為5m—12m，4—10mm，300mm—500mm而開發研制的。板材的兩側面分別布置5個該夾鉗裝置，并且每個夾鉗裝置之間的距離是1000mm。這樣能夠節省大量的材料，對大批量的板材生產具有降低成本的優點。該夾鉗夾緊力靠油缸夾緊，伸縮采用SMC公司的鎖緊缸。它具有結構可靠，傳動平穩，節省材料，動作靈敏等優點。而作為板材送進裝置

18、的重要輔助機構，對提高勞動生產率，降低工人的勞動力具有顯著的作用。因此它的研制有十分重要的意義。 針對上述現象，對于夾鉗裝置的研究一直是一個不間斷的工作，今后相當長的時間內，我們都要研究它。我設計的是STPK120型夾鉗裝置，希望能起到一定的幫助。 第2章 夾鉗裝置的概述 2.1 STPK120夾鉗裝置的簡介 STPK120板材夾鉗裝置是廣泛吸收國內外現有的液壓，氣壓夾鉗裝置的先進技術基礎上，針對板材的型號長、厚、寬分別為5m—12m，4—10mm，300mm—500mm而開發研制的。板材的兩側面分別布置5個該夾鉗裝置，并且每個夾鉗裝置之間

19、的距離是1000mm。這樣能夠節省大量的材料，對大批量的板材生產具有降低成本的優點。該夾鉗夾緊力靠油缸夾緊，伸縮采用SMC公司的鎖緊缸。它具有結構可靠，傳動平穩，節省材料，動作靈敏等優點。 2.2 STPK120夾鉗裝置的工作原理 夾鉗的作用是夾住工件的側面，工件放在輥子上，夾鉗夾住工件，拖動工件前行，送到主機進行沖孔加工。一般情況下，采用多個夾鉗共同夾住板材，夾鉗口伸入到板側面20—30mm，即可夾住。眾多夾鉗并排放在平板上，平板下有滑軌，由電機驅動齒輪、齒條，即可驅動平板在滑軌上運行。夾鉗夾緊力靠油缸夾緊，油缸為單作用油缸，即復位采用油缸彈簧。夾鉗伸縮采用SMC公司的鎖緊缸，此缸

20、在行程上可在任意位置停止鎖緊活塞，使夾鉗不竄動。 該裝置的動作過程為：當工件位置放好后，夾鉗頭在汽缸的推動下伸出；當工件進入夾鉗口時，板材側面接觸到感應塊時，感應塊后退，接近開關得到信號；控制系統收到接近開關的信號，油缸進油，上鉗口下壓，壓住板材，同時汽缸活塞鎖緊不動；夾緊后，夾鉗帶著工件在齒輪、齒條驅動下前行，送往主機。然后當主機對板材沖孔加工后，控制系統得到命令后，油缸卸壓，在油缸彈簧的作用下活塞桿上升，夾頭在復位彈簧的作用下回到初始位置。同時鎖緊氣缸拉動油缸回到原位置，至此整個動作結束。工作原理圖如圖2—1所示。 圖2—1 1．活塞桿 2.油缸 3.浮動夾鉗支架 4.支座

21、 5.鎖緊氣缸 2.3 STPK120夾鉗裝置的結構組成及其各部分的功用 該夾鉗裝置主要由單作用油缸、鎖緊缸、支座、氣缸支架、浮動夾鉗支架、傳感器等零件組成。 2．3．1傳感器 工程上通常把直接作用于被測量，能按一定規律將被測量轉換成同種或別種量值輸出的器件，稱為傳感器。 傳感器的作用類似于人的感覺器官。它把被測量，如力、位移、溫度等，轉換為易測信號，傳送給測量系統的信號調理環節。 傳感器也可以認為是人類感官的延伸，因為借助傳感器可以去探索那些人們無法用感官直接測量的事物，例如，用熱電偶可以測得熾熱物體的溫度；用超聲波探測器可以測量海水深度；用紅外遙感器可從高空探測地面上的植被和

22、污染情況，等等。因此，可以說傳感器是人們認識自然界的有力工具，是測量儀器與被測事物之間的接口。 在工程上也把提供與輸入量有給定關系的輸出量的器件，稱為測量變換器。傳感器就是輸入量為被測量的測量變換器。 傳感器處于測試裝置的輸入端，其性能將直接影響著整個測試裝置的工作質量。 當今傳感器開發中，以下列三方面的發展最引人注目： （1）物性型傳感器大量涌現 物性型傳感器是依靠敏感材料本身的物性隨被測量的變化來實現信號的轉換的。因此這類傳感器的開發實質上是新材料的開發。目前發展最迅速的新材料是半導體、陶瓷、光導纖維、磁性材料，以及所謂的“智能材料”（如形狀記憶合金、具有自增殖功能的生物體材料

23、等。）這些材料的開發，不僅使可測量大量增多，使力、熱、光、磁、濕度、氣體、離子等方面的一些參量的測量成為現實，也使集成化小型化和高性能傳感器的出現成為可能。此外，當前控制材料性能的技術已取得長足的進步。這種技術一旦實現，將會完全改變原有敏感元件設計概念：從根據材料特性來設計敏感元件，轉變成按照傳感要求來合成所需的材料。 總之，傳感器正經歷著從以結構型為主向以物性型為主的過程。 （2）集成、智能化傳感器的開發 微電子學、微細加工技術和集成化工藝等方面的進展，出現了多種集成化傳感器。這類傳感器，或是同一功能的多個敏感元件排列成線型、面型的傳感器；或是多種不同功能的敏感元件集成一體，成為可

24、同時進行多種參量測量的傳感器；或是傳感器與放大、運算、溫度補償等電路集成一體的器件。近年來，更有把部分信號處理電路和傳感器集成一體，使傳感器具有部分智能，成為智能化傳感器。 （3）化學傳感器的開發 近20年來，工農業生產、環境監測、醫療衛生和日常生活等領域，廣泛應用化學傳感器?；瘜W傳感器把化學量轉化成電量。大部分化學傳感器是在被測氣體或溶液分子與敏感元件接觸或被其吸附后才開始感知的，而后產生相應的電流和電位。目前市場上供應的化學傳感器以氣體傳感器、濕度傳感器、離子傳感器和生物化學傳感器為主。預計在未來一段時間內，化學傳感器器件將會蓬勃發展，并且出現一些智能化化學傳感器。 傳感器分類方

25、法很多。按被測量分類，可分為位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器等；按傳感器工作原理分類，可分為機械式、電器式、光學式、流體式等；按信號變換特征也可概括分為物性型和結構型；根據敏感元件與被測對象之間的能量關系，可分為能量轉換型與能量控制型；按輸出信號分類，可分為模擬式和數字式；等等。 本產品所用的傳感器既屬于電器式，結構型又屬于能量轉換型。它由感應塊，感應柱和各種電路元件組成。當工件進入夾鉗口時，板材側面接觸到感應塊時，感應塊后退，接近開關得到信號，控制系統收到接近開關的信號，進行相關處理。如圖2—1(a)，圖2—1（b）所示： 圖2—1 (a

26、) 圖2—1（b） 2．3．2 油缸 油缸是該裝置中的重要組成部分，是進行夾鉗動作的直接執行部件。油缸可分為單作用缸和雙作用缸，在不同的工作條件下采用不同的型號。單作用缸靠油缸彈簧復位，用于壓力不高的場合。雙作用油缸采用進、出油口，常用于壓力比較高的場合。本產品采用的是單作用液壓缸，是因為夾鉗板材不需要用太大的壓力，并且單作用液壓缸的主要優點是結構簡單，動作靈敏，費用低廉，能很好得完成工作任務。因此從經濟角度和實用性考慮也應該選擇單作用液壓缸。它和活塞、夾頭配合共同完成夾鉗并送往主機。 2．3．3 鎖緊缸 鎖緊缸選

27、用了日本SMC公司生產的氣缸，它的作用是工作時將油缸伸出去。當傳感器感應到板材時，控制系統得到信號并向氣缸發送鎖緊信號，此時，氣缸就自動鎖緊不動。 2．3．4 支座 支座的用途不言而寓就是起支撐作用，支撐鎖緊缸和液壓缸進行正常工作，并且和底座用螺紋連接，隨帶傳動一起向主機方向運動。 2．3．5 氣缸支架 氣缸支架是焊接件，固定在支座上，支撐氣缸活塞平穩動作，其次還起到導向作用。 2．4 夾鉗裝置的技術特點 支座、氣缸支架、浮動夾鉗支架都是焊接件，它們的主要技術特點是：板件不得出現明顯焊接變形，焊后清渣，焊后去焊接應力，銳邊倒鈍，發黑處理。油缸活塞桿采用的材料是45鋼，加工時注意銳邊

28、倒鈍和T235。油缸的材料也是45鋼，加工時注意銳邊倒鈍，進行去除應力和T215。各零件裝配后夾鉗活動靈活，彈簧在工作行程內伸縮自如。 2．5 設計的有關技術參數 鋼板：厚4—10mm，長3—12mm，寬300—500mm； 鋼板翹曲最大30mm； 氣缸為鎖緊氣缸即在行程內任意位置停止不動； 氣缸行程200mm，缸徑63mm，鎖緊力4000N。 夾鉗裝置的布置是：板材的兩側面分別布置5個該夾鉗裝置，并且每個夾鉗裝置之間的距離是1000mm。 第3章 缸筒的工藝規程設計 3．1

29、 缸筒的功用 油缸是該裝置中的重要組成部分，是進行夾鉗動作的直接執行部件。油缸可分為單作用缸和雙作用缸，在不同的工作條件下采用不同的型號。單作用缸靠油缸彈簧復位，用于壓力不高的場合。雙作用油缸采用進、出油口，常用于壓力比較高的場合。本產品采用的是單作用液壓缸，它的主要優點是結構簡單，動作靈敏，費用低廉，能很好得完成工作任務。它和活塞、夾頭配合共同完成夾鉗并送往主機。 3．2 缸筒的工藝分析 缸筒主要加工表面，它們之間有一定的位置要求?，F分析如下： 1．該零件的主要加工面孔φ38H11，φ36，φ30H8，φ35.9H9，φ60H9。 2．孔φ30H8，φ35.9H9分別與孔φ60H9

30、的同軸度為φ0.015，φ0.02。 3．孔φ60H9與缸筒的內外端面的垂直度分別為0.04，0.04。 這些將直接影響缸筒和活塞的配合精度。如圖3—1所示： 圖3—1 3．3 工藝規程設計 3．3．1 確定毛坯的制造形式 缸筒是常用的傳動件，配合活塞桿使用。由于本產品所用的缸筒是小批量生產，而且零件的輪廓尺寸不大，但結構比較復雜并且對強度的要求不高，故可采用金屬型鑄造成型，選擇零件的材料為45鋼。這從提高生產效率，保證加工精度上考慮，也是應該的。 3．3．2 基面的選擇 基面的選擇是工藝規程設計中的重要工作之一

31、，基面選擇得正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產效率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批量報廢，使生產無法正常進行。 （1）粗基準的選擇。粗基準選擇的原則有：相互位置要求原則；余量均勻原則；余量足夠原則；粗基準不重復使用原則。本產品所用缸筒的兩個內孔φ30及φ35與孔的中心線有同軸度的要求，因此加工該兩孔時應注意相互位置要求原則。因此選φ60及外端面B為定位基準是最合理的。 （2）精基準的選擇。精基準選擇的原則有：基準重合原則；基準統一原則；互為基準、反復加工原則；自為基準原則。加工缸筒時主要考慮基準統一的問題，即遵循“基準統一”的原則?；鶞式y一的好處有

32、：保證各表面間的相互位置精度，避免因基準變換而產生誤差，并有利于簡化夾具的設計種類，減少裝夾的時間，從而降低制造成本。因此選φ30及外端面A為定位基準是最合理的。 3．3．3 制定孔加工的工藝 制定孔加工工藝的出發點，應該是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理的保證。在生產綱領已確定為大批量生產的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產效率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。 工藝方案：以φ60及外端面B為定位面，采用短階梯圓柱銷定位，另外加以輔助支撐（輔助支撐的作用提高定位的穩定性，不影響自由度的限制），絞φ3

33、0孔。然后以φ30及外端面A為定位面，采用短階梯圓柱銷定位，另外加以輔助支撐，絞φ60孔。 第4章 板材的受力分析 4．1 液壓油的選擇 液壓系統中使用的液壓油液的種類有：石油型和難燃型兩種。石油型可分為機械油、汽輪機油、普通液壓油以及專用液壓。而專用液壓油又可分為抗磨液壓油、低溫液壓油、液壓—導軌油、高粘度指數液壓油、其它專用液壓油。難燃型可分為乳化型和合成型。乳化型可分為水包油乳化液、油包水乳化液。合成型包含水—乙二醇液、磷酸酯液和其它。 石油型的液壓油以機械油為基料，精練后按需要加入適當的添加劑而成。這種油液的潤滑性好，但抗燃性差。 機械油是一種工業用潤滑油，價格雖較低，但物理

34、化學性能較差，使用時易生粘稠膠質，堵塞元件，影響系統的性能。壓力越高，問題越嚴重。因此，只在壓力較低和要求不高的場合使用。 汽輪機油和機械油相比，氧化安定性好，使用壽命長，與水混合后能迅速分離，純凈度高。普通液壓油中加有抗氧化防銹和抗泡等的添加劑，在液壓系統中使用最廣。 水—乙二醇液適用于要求防火的液壓系統。如液體長期在高于65℃的溫度下工作，水分的蒸發使它的粘度上升，因此必須經常檢驗。低溫下粘度小，它的潤滑性比石油型液壓油差，對大多數金屬及液壓系統中使用的大多數橡膠密封圈材料均能相容，但會使許多油漆脫落。 磷酸酯液自燃點高，氧化安定性好，潤滑性好，使用溫度寬，對大多數金屬不腐蝕，但溶解

35、許多非金屬材料，因此必須選擇合適的橡膠密封材料。這種液體有毒。 為了改善液壓油液的性能，往往在油液中加入各種各樣的添加劑。添加劑有兩類：一類是改善油液化學性能的，如抗氧化劑、防腐劑、防銹劑等；另一類是改善油液的物理性能的，如增添劑、抗泡劑、抗磨劑等。 對于本產品，如果液壓自動夾鉗裝置在常溫下工作，其工作環境的溫度不高，但有防塵要求，選擇20號普通機床液壓油。20號壓力油的運動粘度： ，取。 密度為，則20液壓油的動力粘度為： 4．2 夾鉗力的計算 20號壓力油的壓力取值范圍是0—7MPa，取油壓P=6.3MPa 則壓力

36、 = =13352.85N 4．3 板材受力分析 板材受力的結構示意圖如圖4—1所示： 圖4—1 板材的抗彎剛度計算公式為： 其中：k—板材的抗彎剛度； E—板材的彈性模量，取值E=200GPa t—板材的厚度，取值t=5mm； 為常數，值為； 所以： 板材的翹曲度： 則y=0.1449mm＜30mm，符合要求。

37、 第5章 項目的技術經濟分析 5．1 2006年的經濟預測 2006年是實施“十一五”規劃的第一年，是“十一五”規劃完成好壞的關鍵一年。初步分析2006年的發展環境非常有利于板材送進夾鉗裝置行業保持持續、快速、穩定的發展。 5．1．1 國家宏觀調控政策有利于板材送進夾鉗裝置行業的發展 國家振興裝備制造業政策，特別是最近中央經濟工作會議精神，國家仍將繼續執行“雙穩健”的財政政策和發展內需的宏觀經濟政策，以及國家近期出臺的有關工、農業政策和調控政策，還有對節能降耗，環境保護的部署等，為機械工業提出了新的要求

38、，擴展了機械產品的市場，機械工業仍將保持高速發展，必然帶動板材送進夾鉗裝置行業的發展。 5．1．2 主機任務飽滿，對板材送進夾鉗裝置行業的發展有利 板材送進夾鉗裝置行業是配套件行業，受主機行業的影響很大。據有關行業預測，目前各主機行業企業2006年在手的任務十分飽滿，特別是國家重點工程所需的重大裝備和大型高檔產品需求十分火暴，仍處于供不應求的局面，必然拉動板材送進夾鉗裝置行業的發展。 5．2 可能影響經濟運行質量的問題 5．2．1 燃料、動力、原輔材料價格上漲，影響企業的效益 煤、油、電力以及原輔材料和鋼材的價格上漲，將直接影響板材送進夾鉗裝置產品的生產成本，降低企業的經濟效益。企業

39、很難通過加強管理，靠企業內部挖潛對這部分予以補償。在企業利潤空間不大的情況下，會降低企業的經濟效益，影響行業企業的長遠發展的后勁。 5．2．2 積極引導企業吸引外資 對外開放是國家的重大國策，不少地方往往以吸引外資的多少，作為政府的政績考核目標，不管項目的好壞和效益如何。有的企業，國家花了大量資金進行技術改造，已形成了自己的品牌，而且還形成了行業的排頭兵，在國內外都有一定的名氣，像這樣的企業也被國外公司購買或控股，是這樣的企業失去了自主權，丟掉了自己的品牌，失去了多年來創造的無形資產，實在可惜。這樣也可能影響到國家的產業安全，影響到國家發展的自主性，應引起重視。 5．3 綠色設計 5．

40、3．1 綠色設計產生的背景 自20世紀70年代以來，工業污染所導致的全球性環境惡化達到了前所未有的程度，迫使人們不得不重視環境污染的現實。日益嚴重的生態危機，要求全世界工商企業采取共同行動來加入環境保護，以拯救人類生存的地球，確保人類的生活質量和經濟持續健康的發展。 進入20世紀90年代，各國的環保戰略開始經歷一場新的轉折，全球性的產業結構調整呈現出新的綠色戰略趨勢，這就是向資源利用合理化、廢棄物產生少量化、對環境無污染或少污染的方向發展。在這種“綠色浪潮”的沖擊下，綠色產品逐漸興起，相應的綠色產品設計方法就成為目前的研究熱點。 在工業發達國家，產品的綠色標志制度相繼建立，凡標有“綠色標

41、志”圖案的產品，表明該產品從生產到使用回收的整個過程符合環境保護要求，對生態環境無害或危害極少，可以實現資源的再生和回收，這種產品大大地提高了在國際市場的競爭力。例如：德國的水溶油漆被授予綠色標志后，銷售額提高了20%。 與經濟發達國家相比，我國工業的技術水平還有較大差距，工業產品還存在著資源和原材料消耗大、環境污染嚴重、國際競爭能力相對較弱等問題。在加入WTO之后，產品出口所面臨“綠色壁壘”十分突出。為解決上述問題的可行途徑，就是通過綠色設計與綠色制造技術，大力開發綠色產品，盡可能減少對環境的污染和資源浪費，全面提高產品的競爭力。 5．3．2 綠色產品的定義和特點 綠色設計是由

42、綠色產品的誕生所引申的一種設計技術。因而，要進行綠色設計，首先有必要弄清什么樣產品是綠色產品，綠色產品有何特點，以便于采取一定的方法和手段去設計綠色產品。 （1）綠色產品的定義 綠色產品是相對傳統產品而言的，至今還沒有權威的定義，為了便于對綠色產品的認識，給出如下一些定義： 1）綠色產品是指以環境和環境資源保護為核心概念而設計生產的、可拆卸和分解的產品，其零部件經過翻新處理后可以重新利用。 2）綠色產品是將重點放在減少部件，使原材料使用合理化并能進行回收處理的產品。 3）綠色產品是指從生產到使用乃至回收的整個過程都符合特定的環境保護要求，對生態環境無害或危害小，以及可以再生或回收、

43、循環、再利用的產品。 4）綠色產品是指其使用壽命完結時，部件可以翻新和重新利用的產品。 以上定義可以看出，綠色產品是指在產品全生命周期內，包括原材料制備、設計、制造、包裝、運輸、使用、回收、再用或再生過程，能節約資源和能源，對生態環境無危害或少危害，且對生產者及使用者具有良好保護性的產品。 （2）綠色產品的幾個鮮明特點 1）優良的環境友好性 2）最大限度地利用材料資源 3）最大限度地節約能源 5．3．3綠色設計的主要內容和設計原則 設計內容：（1）綠色產品的描述和建模 （2）綠色設計的材料選擇 （3）面向拆卸性設計 （4）產品的可回收性設計 （5）綠色產品的成本

44、分析 （6） 綠色產品設計數據庫 設計原則：（1）資源最佳利用原則（2） 能量消耗最少原則 （3）“零污染”原則 （4）“零損害”原則 （5）技術先進原則 （6）生態經濟效益最佳原則 我設計的板材送進夾鉗裝置具有可拆卸性，并且夾鉗過程中板材的兩旁各放置5個該裝置，每個裝置之間的距離為1000mm。這樣可以節省原材料，降低生產成本，為企業帶來可觀的效益。 從加工工藝方面考慮：加工缸筒時采用基準統一的原則，而基準統一的好處有：保證各表面間的相互位置精度，避免因基準變換而產生誤差，并有利于簡化夾具的設計種類，減少裝夾的時間，從而降低制造成本。 從液壓油選擇上考慮：本產品采用價格比較

45、便宜的20號精密機床液壓油。理由是液壓自動夾鉗裝置在常溫下工作，其工作環境的溫度不高，但有防塵要求。 從整套運輸線方面考慮：板材送進夾鉗裝置作為輔助裝置對減少運輸時間，提高勞動生產率，降低工人的勞動力具有顯著的作用，這樣能為企業省下一大筆費用。 但是該裝置也存在著一些不足，那就是液壓油的污染問題，就目前的科技還無法徹底解決此問題，目前研究的方向是采用水壓傳動，希望日后在這方面有所突破。 第6章 專題論文 超精密加工的發展方向和展望 摘要：超精密加工不論是超精密機床、金剛石工具，還是超精密加工工

46、藝已形成了一整套完整的超精密制造技術系統……但是這并不代表了超精密加工技術已經達到了顛峰，它的發展還有很大的空間。這就需要人們發揮自己的潛能去探索這一神秘的領域。 關鍵字：超精密加工、發展方向和展望、超精密機床、金剛石工具、加工工藝 正文： 在當前必然會談到的是微機械技術的誕生，為超精密制造技術引來一種嶄新的態勢，它的微細程度使傳統的制造技術面臨一種新的挑戰。盡管它的誕生時間只是近期的事。人們已公認為它是21世紀的前沿技術。它的發展極為神速，受到全世界的關注，我國也不例外，僅幾年時間，許多單位已生產出各種產品，甚至完成了將原子遷移，構成圖形或字體等的各種創舉。1996年，上海交通大學展示

47、了直徑為2mm的微電機，而今天瑞士TECHSTAR GmbH已經將直徑3mm電機，轉速為100,000r/min的產品作為商品銷售，其最小的滾珠軸承外徑只有3mm。微機械的發展如此迅速，確實驚人！ 面臨即將到來的21世紀，我國從事超精密加工的廣大科技人員如何努力才能縮短與國外的差距，作為這條戰線的一名工作者，確是日有所思，下面提出一些個人的具體想法。 6．1跟蹤世界先進科技的發展，大量掌握和利用信息 超精密加工技術是發展科技的重要手段，所以受到世界各國的廣泛重視，因此也就不斷地獲得新的成果，但是因為它的要求都處在精度的極限，傳統的、單一的技術往往很難突破，必須綜合地利用當前取得的各種成果

48、，通過綜合、分析，加以整合、重組，才能進一步滿足更高的要求。因此當務之急是如何及時地取得各種有關的信息。自從進入信息時代，獲得信息的手段也隨之而得到發展，特別是計算機聯網的實現，加速了信息傳遞。因此為信息的及時獲得創造了前提，同時已成為競爭的重要手段。前面已提到的金剛石切削刃口圓弧半徑的測量，一直是超精密加工技術領域中的一個難題，自從1982年，STM和AFM的發明，應當說為其測量創造了前提，但是當時并未受到應有的重視，直到1993年才從《Precision Engineering》看到美國學者J.Drescher提出這種設想，但并未實現。到了1996年和1998年，才看到我國的華中理工大學和

49、哈工大在這方面相繼作出了的有關的報道。表明這些信息的傳遞，有利于加速技術的發展。但為什么實踐如此滯后。也許可以說，信息雖然是有了，但并沒有很快得到應用，當時它的出現并非直接為超精密加工領域應用的。不過今天看來這項研究，所以能獲得進展，也是因為應用了這個信息。這充分說明信息只是一種素材，有了信息還得進一步經過加工，才能成為真正的手段。 超精密加工技術一直是制造技術的前沿技術，每前進一步，都需付出很大的代價，而且對其要求也是隨著時間的推延而不斷提高，這就必須廣泛的收集信息，雖然工藝信息往往是被視作Know-How而加以保密，所以更增加了它的收集難度，但是信息的渠道是多方面的，另外，得到的信息，大

50、部分仍然需要經過大量篩選，擇其有用的為我所用。而信息的收集必須先行，并且需要及時。 比如，當前硬脆材料的加工已是當務之急，歷來采用磨削的途徑，但是在技術上存在比較難克服的問題，往往滿足不了光學等方面的要求，有的還將附加采用難度不小的拋光。為了突破這個難題，世界各國都開始摸索新的途徑，后來出現在超精密機床上加工硬脆材料，控制極小切深和走刀量，首先從磨削突破了硬脆材料延性方式的技術，緊接著也很快采用大負前角的金剛石車刀獲得成功。當然在掌握上，仍然存在難度。近期又有建議在金剛石的切削上如果復合振動切削，便能更易實現硬脆材料延性方式的切削。這表明技術是在不斷推陳出新的。必須時時跟蹤，這樣才

51、有可能縮短研制的周期，突破難題。 6．2整合、重組思想的運用 超精密加工技術是一項系統工程，它集機床、工具、計量、數控、材料、環境控制等成果于一體，針對不同的加工對象，不同的設計要求，綜合地加以利用。這里想以當前的超精密機床為例，可以發現大部分這類機床也是反映出這些特點，它是根據自己所需的產品來設計、制造的。從這類機床的主軸、直到床身，幾乎均被認為到了精度的極限，因此每種型號特色都比較明顯。而商品化的也有一些，但從已發表的文獻中來看，只是少數。前者如美國的LLNL國家實驗室的大型光學金剛石車床LODTM等。后者如Pneumo Precision公司的SMG325超精密機床。即使是大量生產磁

52、盤的車床其需要量也是很有限的，以日本東芝機械公司為例，據其公司的介紹，每年在日本的補充量也僅三十多臺，或者更少。這是超精密機床的特點。 超精密機床的特點擴大到整個超精密加工技術來看，有類似的情況，超精密加工技術也都是在其有關的各項技術支撐的條件下，逐步發展起來的，同時又往往取各項技術的嶄新成果來加以充實、提高。例如金剛石車刀的刃口圓弧半徑達到2～4nm，就可切削下小于1nm厚度的切屑，這為更高精度的加工創造了前提；摩擦驅動的出現，完全解決了滾珠絲桿的發熱、振動、振擺和噪音等的不足，使獲得更佳的質量具有可能性；冷卻液的溫度能控制到20±0.0005℃，在噴淋下切削可以保證高精度；靜壓軸承的高精

53、度為主軸的高精度回轉提供了條件；雙頻激光干涉儀達到了當前的最高定位精度；喻為零膨脹系數的微晶玻璃為超精密機床向更高層次的發展提供了可能。這許多嶄新的技術成就為整個超精密加工技術向縱深發展創造了依據。今日的超精密加工技術就是以這許多先進技術作為支撐的。但是如何運用好這些技術，還有待更高超的整合和重組的技巧。這是超精密加工技術方面的重要課題。 6．3創新是推動超精密加工技術發展的動力 超精密加工技術每前進一步，都離不開創新，這是由超精密加工技術所處的位置決定的，因為這門技術始終處在發展的前沿。面對飛速發展的需求就決定了它必須創新。 美國的LLNL國家實驗室是最典型的一個科研單位。在超精密加工

54、技術方面作出的貢獻一直為世人所公認。以摩擦驅動為例，它替代滾珠絲桿被應用在LODTM型的超精密機床上，是一個創舉，其優點已在前面介紹過，Jim B.Bryan教授因而被喻為“摩擦驅動之父”。這個實驗室，還研制了一臺BODTM小型的超精密機床，它完全是用市場購買的部件組裝而成的，我們稱為模塊方式的結構。這體現了超精密機床的單件或小批量的特點。這種方式不僅研制周期短，成本低，而且可以組合成各種機床，甚至可以形成小的批量生產。我國航空系統303所的實踐也充分表明這一點。 日本認為綜合利用也是一種創新。最近日本松下電器公司將AFM儀器裝到高精度三坐標測量機上，使其量程最大可達400mm，最高精度為1

55、0nm，可傾斜最大60°角的任意三維形狀，成為世界上最高精度的UA3P型三坐標測量機。他們拓寬了原有測量機的功能，更重要的是向超精密加工前進了一大步?，F在有人開始正在將平行機構應用在三坐標測量機上，可以預見一種新功能的測量機將會依靠創新而誕生。 電加工在近期進入了超精密加工技術領域，從發展的角度來分析，在未來的世紀中，將會發揮出更大的作用。今天的電加工不論其功能，還是加工的質量已經接近超精密切削加工的水平，以電火花線切割為例，通過采用二次切割(Second Cut)，其切割的精度為±2μm，能達到很高的表面質量。再說電火花成形加工，在采用平動或搖動的基礎上，最近創造了混粉(鋁、鉻和硅等)加工

56、，被加工表面達到了鏡面。電加工技術迄今仍在向更高層次發展，其前景十分令人鼓舞。例如，日本東京工業大學的增澤隆久采用0.01mm的電極絲，在電火花線切割機床上切割f0.3mm直徑的7個齒的小齒輪，說明電加工已經發展到微機械加工領域。這可充分說明由于創新使電加工技術迅速地得到騰飛。1943年發明電加工時僅僅是一種輔助性的粗加工手段，而今已步入了超精密加工技術的行列，真是不可同日而語了！ 陶瓷性能的優越，作為結構材料已眾所周知，但是其加工的難度太大，是有名的難加工材料，陶瓷滾珠的加工就更難。如何制造高精度陶瓷滾珠已成為熱門的一項課題，采用傳統的研磨機，存在一些不足，于是日本金澤大學的黑部利次等教授

57、將V型槽研磨盤分為內外兩個有斜面的盤，V型是由兩個斜面構成，這樣這兩個盤可以以不同的速度回轉，改善了滾珠在研磨中的狀態，來得到高精度。這是從另一個側面介紹了研磨領域里的一種新穎的構思。 金屬結合劑的金剛石砂輪的應用歷史已不短，其結合劑歷來就是銅劑，日本東京工業大學的中川威雄教授提出采用鐵劑，使金剛石砂輪的壽命提高了1～2倍。并且引起了技術界研究結合劑的熱潮。在這基礎上，日本理化研究所的大森整博士又發展了金剛石砂輪的在線電解修正(ELID)技術，拓寬了鏡面加工的新途徑，創新的作用發揮出了淋漓盡致的效果。 總之，創新在超精密加工領域中占有重要的位置，這是無可爭辯的。 6．4注意動向，為發展

58、鋪平道路 超精密加工技術在向更高精度的層次發展，具體說，正在受到毫微米精度的挑戰，另一方面又面臨微機械的要求，傳統的加工也面臨不適應的局面。因此從戰略上必須重視這些發展。這里只提出幾個例子作為參考： 6．5微機械的制造技術 微機械與微機械加工已是當前超精密加工技術延伸的一個重要方面。由于與傳統的機械加工有著很大差異，因此逐漸在超精密加工技術領域出現一種嶄新的動向，它正起到推動超精密加工技術發展的作用。LIGA技術就是典型的產物；電加工向微細加工的發展又是一例。以STM、AFM等組成的SPM系統正在被應用在機械加工領域，今天超精密加工的表面質量通過這類測量儀表的計量，使加工的技術水平向更高

59、層次發展。這些技術的發展不僅推動微機械技術的發展，而且也加速了傳統機械加工的進步。 6．6硬脆材料采用延性方式加工 科技的進步，促使廣泛采用新材料，而新材料中許多是硬脆材料，其加工難度很大，尤其是光學零件的透鏡，要求鏡面，自從出現采用延性方式的加工技術，引發了很大的研究熱潮，但是它必須提供更優越的條件，因此有人提出金剛石車削與超聲波技術結合的復合加工?？傊@是前景很好的技術，但是難度很大，當前仍處在實驗室階段，還有待進一步完善和探索。而今后的需求確實十分迫切。 6．7超精密計量技術的發展 要發展超精密加工技術，最迫切的是超精密計量。從發展的角度來看，超精密加工技術一直在向更高層次推進

60、，因此其定義也很難加以確定，精度也隨著時間的推移不斷提高，計量便首當其沖。應當說，計量技術在當前已經有了很大提高，條件明顯得到改善，但是需求則更高，這就是矛盾的所在。激光作為計量的基準，對超精密加工技術起到了巨大的推動作用；掃描探針顯微鏡(SPM)出現，對提高超精密加工技術向高層次的發展起到了關鍵的作用，而且也有助于微機械的發展。這是有利的方面，但是其利用只是剛開始，有待進一步開發，但從發展來看，難度依然很大。 非球面光學加工 非球面透鏡的出現是光學領域的重要發展，它的迅速發展，給超精密加工技術提出了迫切的要求，隨著時間的推移，精度的不斷提高，難度也日益變大。所以近期已成為超精密加工領域

61、的一項重要的課題。這項技術不僅應用于大型天文望遠鏡，而且用于紅外及短波段的反射光學成像系統與量大面廣的光盤光學聚焦透鏡。今天透鏡的材料也在迅速發展，新型的塑料透鏡已成為熱門的目標，由于其量大且塑料的熱膨脹系數大，使制造的難度也日趨增大。尤其是光學透鏡的模具制造更是超精密加工技術今后的重要課題。 限于篇幅，這里只能舉幾例，說明隨時隨地應當注意其動向，為超精密加工技術的發展，得取動力。 6．8結束語 超精密加工技術是機械制造領域的重要方面，它的發展是尖端技術的基礎，它的成就將是推動整個科技向更高層次發展的重要手段，也是現階段必須突破的關鍵技術，因此及時借助于當前的有關各項技術的進步，綜合加以

62、利用才能突破。這就是本文的初衷。 結 論 在當今的社會發展中，工農業的生產自動化程度越來越高，制造業飛速發展。特別是發達國家在這方面有為明顯，我國雖然和他們比有一定的差距，但最近幾年通過引進外資和繼續加大科研投入力度。因此，也取得了較大的發展，這種差距也在慢慢地減小。我設計的板材送進夾鉗裝置在一定程度上促進了自動化生產，減少了運輸時間，降低了工人的勞動力度，提高了生產效率，可以說具有十分重要的意義。 通過兩個多月的資料收集、整理和設計，我設計的STPK120板材送進夾鉗裝置終于完成了。在我所設計的在

63、這兩個月里，我通過對資料的搜集、查找，找到了很多對設計有用的參考資料，從而保證了設計的順利進行。可以說這次設計是對我大學四年所學知識的一次綜合檢驗和全面總結，在這個過程中我學會了獨立思考、在實踐中找答案、在前人的基礎上求創新。通過畢業設計，使我的綜合能力大大的提高，為將來參加工作打下了堅實的基礎。 致 謝 近三個月的畢業設計結束了，在畢業設計的日子里，我順利完成了STPK120板材送進夾鉗裝置的設計。在這里我要感謝機制教研室的老師們，特別是我的設計指導教師老師。若沒有她的指導，我的畢業設計絕對不能如此順利完成。在整

64、個設計過程中，我在老師的指導下學到了很多有關專業方面的知識，在一些探索性問題上得到了深層次的理解，更在老師的身上學到了許多為人處事的道理，我想這些都是我人生中的寶貴財富，在我今后的工作生涯中定會受益匪淺。在此我要對兩為指導老師說一聲：“老師，您們辛苦了！” 由于本人所掌握的知識技能水平有限，在設計中難免存在一些問題，在此懇請廣大老師和同學們給予批評與指正，以便我在今后的工作和學習中獲得更大的提高。 參考文獻 1 王隆太主編． 先進制造技術． 機械工業出版社，2003，9 2 黃長藝，嚴普強主編． 機械工程

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