阀体标牌通用打印夹具设计Word格式文档下载.docx
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设计的装置对车间生产有一定的实用价值。
关键词：
气动夹头；
阀门；
气动智能打标机；
夹具
DesignoftheFixtureofSignagePrintonValveBody
ShenZuoanDirector：
YangXianqi
（SchoolofMechanicalElectronic&
InformationEngineering，HuangshanUniversity）
Abstract：
Smartpneumaticmarkingmachineiscontrolledbyacomputerprintneedlesbyatwo-dimensionalplane（X,Y）giventhetrajectoryofmovementprovidedbytheaircompressorpowertobeabletodohigh-frequencyupperandlowerimpactexercise,resultinginpartsofthesurfaceorrequiredonthenameplatetomakeacertaindepthmark.Presentequipmentworkislabor-intensiveandinefficient.
Thisarticlefocusesonthenominaldiameter50mmbodypartssignageprinterauxiliaryequipmentdesign.Bodypartssignageprinterbyanalyzingthecharacteristicsandrequirementstorespondquickly,reducelaborintensity,shortentheauxiliarytime,reducescrap.Itusestheprincipleofpneumaticvalvebodypartssignageprinting,improvedlaborproductivity.Devicesdesignedforworkshopproductionhassomeimportantpracticalvalue.
Keywords:
pneumaticchuck;
valve;
intelligentpneumaticmarkingmachine;
fixture
引言
随着机械行业的不断发展，现在全国大约有3000多家规模不一的阀门公司。
这其中，温州占了接近1/5,其他地方像辽宁有250多家，郑州约有200家，除此之外，上海、江苏、福州等地均有较大规模的阀门厂家。
由于这些厂家所专营的阀门种类不同，所以我国阀门的产品型号已有3000多种，近30000多个规格。
无论是在产品的密封、强度还是其他性能方面都有了长足的进步。
但是关于对阀门标牌的打印却不是非常正规，阀体不能准确定位，导致产品型号，规格等标记位置错误，影响标牌的质量，同时为了校正位置增加了劳动强度，降低了效率。
为此根据公司实际生产情况特地设计一套可供DN50以下阀门进行标牌打印的夹具，以此来提高部分产品标牌位置的精确度，达到美化阀体表面，提高每个公司生产的产品其外表形象具有市场竞争力。
1概述
1.1气动打标机介绍
气动智能打标机是由计算机控制打印针头在一个二维平面（X、Y）内按给定的轨迹进行运动的同时由空气压缩机提供动力使其能够做高频率的上下冲击运动，从而在零件表面件或者所需铭牌上做出有一定深度的标记。
这样做的目的就是为了在将自己的产品发向市场后能够很好的识别自己的产品同时也方便了对质量的不间断跟踪和分析，从而提高自己的售后服务质量，防止部分零件损坏后不能及时进行维护，影响生产。
因此，对于标识产品重要零部件特别像规格、生成批号、注册商标等显得尤其重要。
随着大批量生产的不断增加，以及产品型号的不断扩充，气动智能标记系统的研制已成为必然。
通过计算机对系统的控制，由气泵为其提供动力源，采用高频微冲技术对零件或者铭牌进行准确标记。
这套系统具有操作简单、准确度高、功能强大、系统稳定等特点。
在计算机的控制下，打印过程可以自动进行，省去人为操作的繁琐。
同时，应用打标机可以使得零件的铭牌、型号、生产批号等能够美观、准确。
打印的标记规范、美观。
同时打印针的速度快而且冲击频率高、作用力大，能够满足不同材质零件生产和不同生产批量的生产需要。
这套系统不仅操作简单,而且设备维护方便。
气动智能打标机实物图如图1-1所示。
图1-1气动智能标刻机实物图
1.1.1气动打标机的特点及其主要应用范围
气动智能标记机最突出的一点就是在于无论是标记铭牌、注册商标、文字、图形、生产批号等都能够根据材质的不同而做到可深可浅，而且标记内容存在时间长，不容易磨损。
相对于各类大型重型工件进行标记时，往往是到机器所在地进行操作标记，此时气动智能打标机价格适中，只要配备一个笔记本电脑便可方便实现操作的特点使其成为首选。
为了能够更广泛地批量用于实际生产情况中，气动智能打标机的针头也被设计成坚固耐用、安装方便的小型针头。
无论是塑料还是65HRC的硬钢，它们都能够以点针标记的形式进行高速、准确标记。
同时他的系统可以设置为自动增加序列号、日期、生产批号等。
随着工业技术的发展，近年来，以传统连接电脑方式的气动打标机正在被单片机气动打标机所取代，这种无需电脑控制的气动打标机，更加适用于工业生产中的恶劣环境。
其主要应用范围有：
（1）汽车配件，摩托车的车架、底盘、连杆、气缸数、名称、发动机、商标、生产日期的打印；
电动车、自行车、摩托车等批次号打印；
（2）各种商品、设备、机器零件等产品铭牌数据打印；
（3）各种机械零件、机械工具、五金、金属管、齿轮、泵、阀门、紧固件、钢、仪表、机械和电气设备等其他金属打标。
1.1.2常用气动打标机的主要参数
（1）打印深度：
0.01—1mm（材质不同可适当调整深度）
（2）打印速度：
每秒3—5个字符
（3）打印范围：
平面：
180mm×
90mm
（4）电源：
AC220V±
10%，50Hz
（5）压缩空气：
0.4—0.6MPa
（6）耗气量：
3L/S
（7）功耗：
600W
（8）温度：
1—40℃
（9）相对湿度：
<
90％
1.2气动打标机前景及发展趋势
1.2.1气动打标机前景
气动打标机主要是计算机控制的气针式标记机，其输出速度快、深度大、输出准确的特点使其更适合用在多种批号标识频繁变化的情况下。
伴随着经济形势的快速发展，人民生活水平也不断得到提升，每种商品都需要标明生产批次号和保鲜日期以及简单的使用说明和其他相关信息，而气动打标机就是贴标的机器，它不仅美化了商品零件的表面而且使跟踪、管理、分析自己的产品销售和质量情况成为可能，如发现异常情况，可以及时、准确的将产品召回，减少损失。
及时了解国内外气动打标机核心技术的研究现状与发展趋势，了解工艺设备、技术的应用和发展动向，是企业提高产品技术规格的关键，是提高市场竞争力的前提[4]。
1.2.2气动打标机的发展趋势
气动打标机是一种技术密集型产品，它集合了计算机技术、自动化控制技术、机械设计技术、气动技术等报告于一身。
近年来，相关技术发面已经有了很大进步，所以气动打标机技术已经变得越来越完善。
目前，以气动方式发展的打标技术主要体现在以下三个方向：
（1）数字化、自动化
20世纪以来，这样以数字化、自动化为发展要求的气动打标机已经成为研究的重点，这一领域在近几年中，随着传感技术的不断发展，电子技术、自动控制技术、计算机技术等也发展迅速。
现代打标机已经进入到计算机控制占主导地位的时代。
实时控制和监控打标过程中工件、工艺的变化；
应用于自动扫描、自动打标机系统的智能定位以及技术跟踪检测；
实时进行自动修改和复杂图形、字符处理等已成为数字自动化的主要表现方面。
（2）功能全面化、集体化
在现代化的生产环境中，其不仅能够进行单一形式的印字标示同时也能实现功能多样化成为其主要特点。
例如：
打标机不仅能够标注出标准字体字符，也可以打印我们自己设计的图样、字符等。
也在一定程度上对传统的点阵打印和扫描时字符点阵打印轨迹进行了优化。
所以，这样提高了印刷效率，这标志着一个重要发展方向。
（3）结构简单化、操作界面人性化
随着打标机集成化的提高，很多功能将被集中在一个模块中，使得气动打标机的结构能够变得更加简单，这不仅体现在其硬件的结构上同时也体现在其控制系统上面，窗式操作界面、各种打标机操作更清晰的触摸屏技术使打标机能够更容易得到控制。
1.3气动夹具的定义及其优点及其应用范围
1.3.1气动夹具的定义
气动夹具以压缩的空气作为动力源，通过气缸内的气体转化为机械能，可以完成夹具定位、夹紧或者其他运动。
1.3.2气动夹具的优点
1）操作方便，可大大降低劳动强度；
2）气动快速响应，从而在生产过程中可缩短辅助时间，提高劳动生产率；
3）气动元件的气动夹具允许少量泄漏，要求不太高，所以制造起来相对简单；
4）使用的气动夹具易于实现自动控制
1.3.3气动夹具应用范围
它被广泛应用于电子元器件、电信设备的制造，以及汽车、自行车机架、金属铁管组装家具、运动器材、PU注塑定型、玩具、工艺品的加工和装配中，起到固定作用以防止被加工元件发生变形。
还有像铣、刨、攻丝、测试等，除此外还有用到管线连接的行业，像化学制药、食品等牵涉到加工零件需要固定的时候都能得到使用。
1.4设计任务及意义
1.4.1设计的任务
任务：
设计完成阀体标牌通用打印夹具设计
1.4.2设计的意义
（1）利用夹具安装的时候可以准确地确定工件和打标机的相互位置，保证了其加工精确度不受工人技能的影响，保证了其高精度和稳定性。
（2）工件装夹时，没有对准会引起工件的定位不准确，采用夹具夹紧可以显着减少辅助工时，这些因素都有利于提高劳动生产率。
此外，使用夹具能够使产品质量保持稳定，废品率降低，大大降低了生产成本。
（3）采用气动夹紧装置使工件装夹简单、快速，降低劳动强度。
2总体设计
2.1设计原始资料
气动打标机型号：
PC-Q18090PT
针头高度：
150-650mm
气动夹头行程：
气泵压力：
0.84Mp
2.2主要技术指标
2.2.1夹紧力
确定夹紧力主要涉及到三个因素，包括夹紧力的方向、作用点和大小。
[9]
夹紧力的大小，是保证定位准确、稳定的前提，可靠地夹紧与加工的精度确有着密不可分的关系。
同时夹紧力的大小应根据实际情况适当调整。
夹紧力太小会导致工件夹紧不安全，在加工的过程中可能会发生的位移从而破坏定位，影响加工质量而导致报废，甚至会发生安全事故。
工件的夹紧力如果过大，会容易使工件变形，也不利于零件加工。
2.2.2气动夹头高度
为了适用阀体通径大小的不同，所以气动夹头高度的确定应根据所夹阀体的厚度来设计一个能够起到通用夹紧的效果。
根据实际情况现采取阀体通径大小从DN15-DN50来确定气动夹头的高度。
2.3通用夹具总体设计
2.3.1定位
定位装置主要是起一个定位作用，保证了工件与夹具的相对位置，可用六点定位的原理来分析其限制的自由度。
采用6个按一定的规则和条例的约束点，可以限制工件的六个自由度，这被称为六点定位原理。
如图2-1所示。
图2-1自由度示意图
通常我们在应用定位原理的时候往往会出现完全定位、部分定位、过定位这几钟情况。
1.完全定位
当被加工零件六个自由度被限制，它在夹具中的位置是唯一的，此时该零件完全定位。
如图2-2所示。
图2-2实现完全定位示意图
2.部分定位
工件定位，并不是所有的情况下，都必须作出完整的工件定位。
在不影响加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。
为了满足加工要求，在实际生产中我们可以适当的简化定位的定位装置。
如在电磁吸盘上装夹工件对其平面进行磨削时只需限制三个自由度。
3.过定位
利用多个定位支撑点重复限制某个自由度时，我们称之为过定位。
（1）正常情况下，我们应该尽量不要使用过定位。
一般情况下，过定位会影响到工件加工时的精确度，不准确的定位会使工件或定位元件发生变形，所以通常情况下，过定位是不应该产生的。
（2）过定位亦可合理利用
当工件放置在夹具中的时候，通常应该避免“过定位”，然而，在一定的条件下，正确合理的应用“过定位”，还可以得到良好的结果。
像刚度低、精确度高的航空器材以及仪表等工件中应用比较多。
在实际生产中这样可以有效的提高加工质量和生产率的。
我们在安装的车削长轴的一端时，工件的的一边装在三爪卡盘中，而另外一端我们利用尾尖进行支撑。
这就是一个典型的过定位应用。
只要各种定位基准的工件和机器或夹具的形位误差能够被控制，这样就可以消除过定位的缺陷。
同时支撑元件的刚度的提高，尾座的支撑也有助于实现稳定可靠的定位，所以工件安装也更加方便，无论是加工质量还是效率都得到很大提高。
本课题夹具气动夹头和一块V型块进行定位，如图2-3所示。
图2-3典型的V型块结构
V型块定位简图及其所限制的自由度如图2-4所示。
图2-4采用V型块定位简图及其所限制的自由度
六点定位原则虽然解决了消除了工件在夹具中位置“定与不定”的问题，即解决了工件自由度的问题。
但是，由于大批量生产时每个工件都会进行装夹，而每个工件所装夹的位置不是完全吻合的，这就会导致工件位置不能准确定位。
这就会引起在零件加工后各个另据爱你的加工尺寸大小不一，出现误差。
这种只与工件定位有关的误差称之为定位误差，我们用ΔD表示。
在实际的生产加工过程中，定位误差仅仅是加工误差中的一部分，能够引起误差的因素很多，为了确保加工精度，我们一般将定位误差控制在零件加工工差T的1/5～1/3，
即：
（2-1）
式中：
ΔD—定位误差，单位为mm；
T—加工误差，单位为mm。
工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响，导致定位基准与限位基准不能重合，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差。
用ΔY表示。
如果将V形体零件的制造误差忽略不计，仅有工件基准面的圆度误差时，工件的定位中心会发生一定的偏移即O1O2＝T1－T2，产生基准位移误差。
（2-2）
2.3.2夹紧力的计算
根据作用于工件的各种力的大小像切削力，工件的重力以及相对位置的方向来具体的计算保持工件的平衡所需要的最小夹紧力。
为安全起见，最小夹紧力乘以一个安全系数K，可以得到所需的夹紧力。
通常设计时夹具时，其夹紧力一般比理论值大2～3倍。
为了保证安全可靠，将计算出来的夹紧力再乘以安全系数，作为需要的夹紧力。
（2-3）
--实际所需的夹紧力；
--夹紧力；
--安全系数，一般取
。
2.3.3气动夹头高度设计
其最大和最小高度为：
1.最大高度
（2-4）
—公称通径50mm的阀体中法兰高度，通过图纸可知：
—气动夹头最大高度，由设计题目及阀体参数可知，最大高度是以DN50阀体为标准的，即是衡量气最大高度的准则。
所以
的值为：
由于在对阀体标牌进行打印的时候，气动打标机的针头会向下运动，为防止阀体对针头进行损坏，所以
的值应取
2.最小高度
（2-5）
—气动夹头最小高度，由设计题目及阀体参数可知，最小高度是以DN15阀体为标准的，即是最小高度的准则。
因为
（2-6）
为防止气动夹头不能对DN50的阀体进行夹紧，所以气动夹头的最小高度
故:
气动夹头最大高度
，气动夹头最小高度
2.3.4气缸缸径的和活塞杆直径的选择
1）气缸缸径的选择
气动夹头运动示意图如图2-5所示。
图2-5气动夹头运动示意图
气缸通过推杆推动气动夹头在水平导轨上运动，气动夹头及其他运动件质量m=4kg,气缸的行程s=90mm,经过约0.5秒运动到位，通过查看空气压缩机铭牌参数可知系统工作压力为1.25-1.4Mp。
本公司空气压缩机部分参数如表2-1、2-2所示，从表中得知气源压力P为1.25Mp-1.4MP间。
表2-1空气压缩机部分参数1
型号
活塞排量
转速
电机功率
外形尺寸
表2-2空气压缩机部分参数2
排气压力
输入比功率
重量
在不考虑摩擦因素的情况下，气缸的实际轴向负载
（2-7）
气缸的平均速度
（2-8）
选定负载率
则气缸的理论输出力
（2-9）
双作用气缸理论推力
（2-10）
由于每台空气压缩机为2台气动夹头提供动力，所以将公式2-9代入公式1-10中得到气缸直径
（2-11）
按照GB/T2348-1993GB/T2348-1993液压气动系统及元件缸内径及活塞杆外径标准进行圆整，所以气缸直径D=20mm。
2）活塞杆直径的选择
由以上条件查表23.6-33（GB/T2348-1993），取活塞杆直径d=12mm。
查表可知，45号钢的屈服强度
按强度校核条件进行校核：
（2-12）
联立公式2-9和2-12得
所以符合设计要求。
2.3.5夹紧装置的设计
气动夹紧装置PROE简图如图2-6所示。
图2-6气动夹头示意图
1-底座；
2-推杆；
3-气动夹头；
4气缸
夹紧装置的组成由以下三部分组成。
第一部分：
动力源装置
它是使产生夹紧作用成为可能的装置。
分为手动夹紧和自动夹紧两种。
手动夹紧是由人力进行驱动，比较费时费力。
为了降低劳动强度和提高生产效率，本论文设计中采用压缩的空气作为动力源。
第二部分：
传力机构
它是用来将动力传递给夹紧元件的机构。
他可以通过自身构造的不同来改变力的方向及其大小来达到我们的所需要求，同时为了防止夹紧力消失后保证夹紧系统处于稳定状态所以它也具有一定的自锁功能。
第三部分：
夹紧元件
直接与工件接触并完成夹紧这一过程的最终执行元件。
2.3.6确定通用夹具的主体尺寸
气动夹头简图如图2-7、2-8所示。
图2-7气动夹头主视图简图
图2-8气动夹头俯视图简图
常用阀门公称通径对应关系如表2-3、2-4、2-5所示。
表2-3阀门公称通径对应关系一览表
英制（in）
1/8
1/4
3/8
1/2
3/4
1
1-1/4
1-1/2
公制（mm）
3
6
10
15
20
25
32
40
表2-4阀门公称通径对应关系一览表
2
2-1/2
4
5
8
50
65
80
100
125
150
200
250
表2-5阀门公称通径对应关系一览表
12
14
16
18
22
24
28
300
350
400
450
500
550
600
700
根据阀门通径大小的不同，在为每种阀门标记的时候，可以通过调节气动夹头挡板的位置来对阀体进行夹紧。
本设计主要针对的是DN50以下各种类型阀门阀体标牌打印时对阀体的夹紧。
阀门种类繁多，其中波纹管阀门在一些高精密行业应用比较广泛。
波纹管阀门的主要是由阀体、阀盖、阀瓣、阀杆、弹簧、密封圈等零部件组成，而波纹管则作为阀杆的密封元件，也是保证阀门质量的重中之重。
它通常用在阀杆密封要求苛刻的环境中，像高真空的场合和核工业等领域。
为了防止放射性物质或者是比较贵重的物质发生泄漏，我们一般用波纹管阀门代替闸阀或者蝶阀等普通的阀门，这样可以保证阀杆部位不会发生泄漏。
波纹管可以随着阀杆的运动而上下伸缩。
它的工作原理是：
流体或者其他介质从阀瓣和阀体密封圈的间隙中进入阀体内部，此时波纹管的弹簧会因受到外力而发生压缩，此时，阀瓣随着阀杆的移动而向下移动，关闭阀瓣与密封圈之间的间隙，使介质停止进去阀体内部。
当压力降低时，波纹管因受到弹簧弹力的影响，使得波纹管发生变形，阀瓣与密封圈再次分开，使介质进入阀体内部。
现针对波纹管阀体进行夹具尺寸说明。
当气动夹头夹紧阀体时，我们可以得到如图2-9所示的俯视简图。
图2-9夹紧波纹管阀体时的俯视简图
通过对公司气动夹紧装置的实际测量得出如下基本数据：
◆气动夹头的厚度
◆气动夹紧装置的行程
◆气动夹紧装置的挡板厚度
◆气动夹紧装置的宽度
阀体通径25mm的波纹管阀门
接通气源使气动夹头行程走到最大，测量图2-9中DE之间的距离。
通过对DN25的波纹管图纸进行查阅，可以得到阀体长度为
松开固定挡板EF的两颗螺栓，移动挡板，使得DE之间的距离小于等于160mm。
关闭气源，使气动夹头回到未夹紧状态，放入需要进行标牌打印的阀体，接通气源，启动气动夹紧装置对阀体进行夹紧。
启动打标机，进行标牌打印。
其他通径尺寸的阀体像DN20、DN25、DN32、DN40、DN50的阀体可以根据其通径大小变化对气动夹头进行适当距离的调节，以达到预期打印效果。
2.3.7工作简图
工作简图
图2-10气动夹头运动简图
1）将所需阀体放入气动夹头与挡板之间的V型块上进行定位，此时气动夹紧装置处于未工作状态时，气动夹头位于图2-10上的
处，阀体处于未夹紧状态。
2）接通气源，启动气缸开关，导入气源，气动夹头向前推进，运动到图2-10中的DM处，阀体此时被夹紧。
3）启动气动打标机，对阀体进行标牌打印。
3主要图纸
该设计主要图纸如下所示：
（1）夹紧装置装配图如图3-1所
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