機(jī)用臺(tái)虎鉗的工作原理

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1、- 20 - 目 錄 前 言 4 第一部分 加工方案 4 1.1 課題介紹 3 1.2 機(jī)用臺(tái)虎鉗工作原理 4 1.3 對(duì)臺(tái)虎鉗各個(gè)零件的設(shè)計(jì) 6 第二部分 加工工藝與技術(shù)難點(diǎn) 10 2.1 臺(tái)虎鉗結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求 10 2.2 材料毛坯的選擇與加工方案 15 第三部分 臺(tái)虎鉗鉗口結(jié)構(gòu)改進(jìn) 19 3.1 臺(tái)虎鉗的分析改進(jìn) 18 第四部分 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 21 參考文獻(xiàn) 22 前 言 機(jī)械是人類(lèi)生產(chǎn)勞動(dòng)的重要工具。 幾十年來(lái)，在數(shù)控機(jī)床向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，相

2、應(yīng)的夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件之一。常用的幾種夾具主要有：可調(diào)夾具；組合夾具；數(shù)控機(jī)床夾具等。而虎鉗是最常用最經(jīng)濟(jì)最普及的一種夾具，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單裝夾迅速，定位準(zhǔn)確，加工時(shí)省時(shí)省力，提高了加工效率和加工精度。提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 機(jī)械加工中，臺(tái)虎鉗是較為常見(jiàn)的裝夾工具，它分機(jī)用和手用兩種，都是利用兩鉗口作定位基準(zhǔn)，靠絲杠，螺母?jìng)魉蜋C(jī)械力的原理進(jìn)行工作的。臺(tái)虎鉗結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單裝夾迅速，加工時(shí)省時(shí)省力，提高了加工效率和加工精度。提高了產(chǎn)品質(zhì)量。但是臺(tái)虎鉗也有其不足之處。如不能較好的裝夾外形較為復(fù)雜的工件。主要原因是臺(tái)虎鉗鉗口是平直的，不適于裝夾圓柱形

3、工件，機(jī)加工時(shí)工件易位移，有時(shí)工件還會(huì)飛出機(jī)床臺(tái)面。為此，特對(duì)臺(tái)虎鉗的鉗口進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。以滿(mǎn)足更多使用功能的要求，使其更加的實(shí)用化。 關(guān)鍵詞：夾具 孔系加工 自動(dòng)加工 第一部分 加工方案 1.1 課題介紹 本次課題主要設(shè)計(jì)的是普通型臺(tái)虎鉗。但是因?yàn)槠胀ㄐ团_(tái)虎鉗的鉗口是平的，無(wú)法裝夾球型，特別是圓柱型工件。機(jī)加工時(shí)工件容易位移，甚至飛出工作臺(tái)面，為此，筆者對(duì)它的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。以滿(mǎn)足了其使用要求，更實(shí)用化。根據(jù)學(xué)校在這次課題設(shè)計(jì)中所提供的材料、設(shè)備，我在選擇設(shè)計(jì)課題時(shí)緊扣兩點(diǎn)： 一、最大限度的應(yīng)用所學(xué)知識(shí) 二、在保證時(shí)間的前提下課題能完美的完成。最終選擇臺(tái)虎鉗為我這

4、次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。如下圖所示： 圖1 臺(tái)虎鉗效果圖 1.2 機(jī)用臺(tái)虎鉗的工作原理 臺(tái)虎鉗由固定鉗座1，鉗口板2，活動(dòng)鉗身4，螺桿8和方塊螺母9等零件組成。當(dāng)用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿8時(shí)，由于螺桿8的左邊用開(kāi)口銷(xiāo)卡住，使它只能在固定鉗座1的兩圓柱孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能沿軸向移動(dòng)，這時(shí)螺桿8就帶動(dòng)方塊螺母9，使活動(dòng)鉗身4沿固定鉗座1的內(nèi)腔作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。方塊螺母9與活動(dòng)鉗身4用螺釘3連接整體，這樣使鉗口閉合或開(kāi)放，便于夾緊和卸下零件。（圖2）。 固定鉗座1在裝配件中起支承鉗口板2，活動(dòng)鉗身4，螺桿8和方塊螺母9等零件的作用，螺桿8與固定鉗座1的左，右端分別以12H8/f7和18H8/f7配合，

5、活動(dòng)鉗身4與方塊螺母9以20H8/f7間隙配合。 固定鉗座1的左、右兩端是由12H8和18H8水平的兩圓柱孔組成，它支承螺桿8在兩圓柱孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，其中間是空腔，使方塊螺母9帶動(dòng)活動(dòng)鉗身4沿固定鉗座1作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 圖2 普通臺(tái)虎鉗的裝配圖 1.3 對(duì)臺(tái)虎鉗各個(gè)零件的設(shè)計(jì) 1.固定鉗座的設(shè)計(jì) 該零件一般選用灰鑄鐵，常用的牌號(hào)為HT200。這是因?yàn)榛诣T鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。精度要求較高的鉗身可選用耐磨鑄鐵，或鑄鋼件。對(duì)單件生產(chǎn)或某些簡(jiǎn)易的鉗座，為縮短身纏周期和降低生產(chǎn)成本，也采用鋼件焊接結(jié)構(gòu)。 根據(jù)固定鉗座的零件圖，先畫(huà)出三維實(shí)體圖，

6、選取材料為T(mén)200。 圖3 固定鉗座的零件 圖4 固定鉗身的三維實(shí)體圖 2.活動(dòng)鉗身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)活動(dòng)鉗身的零件圖畫(huà)出三維實(shí)體圖，選取材料為HT200。 活動(dòng)鉗身的零件圖： 圖5 活動(dòng)鉗身的零件圖 圖6 活動(dòng)鉗身的三維實(shí)體圖 3.方塊螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)方塊螺母的零件圖畫(huà)出三維實(shí)體圖，選取材料為Q235 方塊螺母的零件圖。 圖7 方塊螺母零件圖 圖8 方塊螺母三維實(shí)體圖 4.鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)鉗口板的零件圖畫(huà)出三維實(shí)體圖，選取材料為45。 鉗口板零件圖（圖9） 圖9 鉗口板零件圖 圖10 鉗口板三維

7、實(shí)體圖 第二部分 加工方案與技術(shù)難點(diǎn) 2.1 臺(tái)虎鉗結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求 一、孔徑精度 該螺桿支撐孔的尺寸誤差和幾何形狀誤差會(huì)使螺桿與其配合不良?？讖竭^(guò)大，配合過(guò)松，使螺桿回轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，并降低了支承剛度，易產(chǎn)生晃動(dòng)；孔徑過(guò)小，配合過(guò)緊，螺桿將因外環(huán)變形而不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，縮短壽命。螺孔不圓，也使螺桿外環(huán)變形而引起徑向跳動(dòng)。 從上分析可知，對(duì)孔的精度要求較高，螺孔的尺寸精度為IT6級(jí)，孔的幾何形狀誤差控制在尺寸公差范圍之內(nèi)。 二、孔形位公差要求 同一軸線(xiàn)上各孔的同軸度誤差和孔端面對(duì)軸線(xiàn)的垂直度誤差，形位公差如果不能保證，會(huì)使螺桿裝配到鉗身上后產(chǎn)生歪斜，致使螺桿產(chǎn)生徑向圓跳

8、動(dòng)，和軸向竄動(dòng)，加劇磨損。孔系之間的平行度誤差會(huì)影響螺桿傳動(dòng)質(zhì)量。一般同軸上各孔的同軸度約為最小孔尺寸公差之半。一般都要規(guī)定螺桿軸線(xiàn)對(duì)安裝基面的平行度公差。在垂直和水平面兩個(gè)方面上允許螺桿前端向上向前偏。 Ⅰ. 保證同軸孔系同軸度的方法： 1）利用已加工孔作支承導(dǎo)向 當(dāng)臺(tái)虎鉗前壁上的孔徑加工好后，在孔內(nèi)裝一導(dǎo)向套，通過(guò)導(dǎo)向套支承鏜桿加工后壁上的孔，以保證兩孔的同軸度要求。此法適用于加工前后壁相距較近的同軸線(xiàn)孔。 2）采用調(diào)頭鏜 當(dāng)前后壁相距較遠(yuǎn)時(shí)，可用“調(diào)頭鏜”。工件在一次裝夾下，鏜好一端的孔后，將工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180，鏜另一端的孔。對(duì)同軸度要求不高的孔，可選擇普通鏜床鏜削；對(duì)同軸度

9、要求較高的孔，可選擇臥式加工中心鏜削。 對(duì)于我設(shè)計(jì)的虎鉗，由于鉗身尺寸相對(duì)較小，對(duì)同軸度要求的孔， 可采用銑平端面→打中心孔→鉆→半精鏜→孔口倒角→精鏜或（絞）。鏜刀可采用加長(zhǎng)減震鏜刀一次裝夾完成鏜孔。同時(shí)此法也可保證孔與端面的垂直度要求。必須要求工件在一次裝夾下完成。 Ⅱ. 孔加工方法： 孔的加工精度為IT7級(jí)，一般可采用鏜（擴(kuò)）→粗鉸→精鉸或粗鏜（擴(kuò)）→半精鏜→精鏜→攻螺紋加工方案（若未鑄預(yù)孔則應(yīng)先鉆孔）。以上兩種方案均能使孔的加工精度達(dá)IT7級(jí)，表面粗糙度達(dá)Ra0.63~2.5mm。當(dāng)空的精度高于IT6級(jí)、表面粗糙度值小于Ra0.63um時(shí)，還應(yīng)增加一道超精加工（常用精細(xì)鏜、衍磨等

10、）工序作為終加工；單件小批生產(chǎn)時(shí)，也可采用浮動(dòng)鉸孔。 三、主要平面的精度 裝配基面的平面度誤差影響活動(dòng)鉗身與固定鉗身連接時(shí)接觸剛度。若在加工過(guò)程中作為定位基準(zhǔn)時(shí)，還會(huì)影響孔的加工精度。因此規(guī)定底面和導(dǎo)向面必須平直和相互垂直。其平面度、垂直度公差等級(jí)為5級(jí)。頂面的平面度要求是為了保證活動(dòng)鉗身的移動(dòng)性，活動(dòng)靈活。當(dāng)大批大量生產(chǎn)將其頂面用作定位基面加工孔時(shí)，對(duì)它的平面度要求還要提高。 四、表面粗糙度 主要表面的表面粗糙度會(huì)影響連接面的配合性質(zhì)或接觸剛度。 裝配基準(zhǔn)面和定位基準(zhǔn)面為Ra0.63~2.5um，其它平面為Ra2.5~10Um。 平面的粗加工和半精加工，主要采用刨削和銑削。刨削的刀具結(jié)

11、構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)床調(diào)整方便，但在加工較大平面時(shí)，生產(chǎn)效率低，適用于單件小批生產(chǎn)。銑削的生產(chǎn)效率一般比刨削高，在成批和大量生產(chǎn)中，多采用銑削。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)，為提高生產(chǎn)率，可采用專(zhuān)用的組合銑床對(duì)各平面進(jìn)行多刀、多面同時(shí)銑削。 零件圖樣分析： 虎鉗鉗身支撐平面平面度公差為0.01mm。 上平面與固定鉗口面垂直度公差為0.02/300mm。 兩螺孔的軸線(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)面的圓跳動(dòng)公差為0.03/300mm。 兩螺孔德軸線(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)面的平行度公差為0.03/300mm。 兩螺孔表面對(duì)基準(zhǔn)面的同軸度公差為0.02mm。 兩螺孔圓度公差均為0.005mm;每孔內(nèi)表面相對(duì)側(cè)母線(xiàn)的平行度公差為0.01mm。

12、 擬定機(jī)械加工工藝規(guī)程的原則： ①加工方法的選擇原則： 在保證加工表面精度和表面粗糙度要求的前提下，盡可能提高加工效率。 ②工序的劃分： 1按先面后孔的原則劃分工序； 2按所用刀具劃分工序； 3按粗、精加工劃分工序。 ③加工余量的選擇： 1工序間加工余量的選擇應(yīng)采用最小加工余量原則，以求縮短加工時(shí)間，降低零件加工費(fèi)用。但是各個(gè)工序應(yīng)有充分的加工余量，特別是最后的工序。 2在選擇加工余量時(shí)，還應(yīng)考慮由于零件的大小不同，切削力、內(nèi)應(yīng)力引起的變形也會(huì)有差異，工件大，變形增加，加工余量相應(yīng)地應(yīng)大一些。 加工方法、裝夾方式和工藝裝備的剛性可能引起的零件變形，過(guò)大的加工余量會(huì)由于切削力

13、增大引起零件的變化。 確定加工余量的方法有查表法；經(jīng)驗(yàn)估算法；分析計(jì)算法。 ④進(jìn)給路線(xiàn)的確定： 盡可能加工路線(xiàn)最短，減少空行程時(shí)間和換刀次數(shù)，提高生產(chǎn)率。減少零件的變形。 合理選擇銑削方式，以提高零件的加工質(zhì)量。 ⑤夾具的選擇： 盡量選擇通用夾具、組合夾具，能使零件一次裝夾中完成全部加工面的加工，并盡可能使零件的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，以減少定位誤差。 夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度，使零件在切削工程中切削平穩(wěn)，保證零件的加工精度。 一般多采用平口虎鉗或壓板為多。其裝夾迅速方便、定位準(zhǔn)確。 2.2 材料和毛坯的選擇與加工方案 實(shí)際生產(chǎn)中，一般用灰鑄鐵，常用牌號(hào)為HT200

14、。這是因?yàn)榛诣T鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性和阻尼特性。該虎鉗可選用耐磨鑄鐵，負(fù)荷大的主軸箱也可采用鑄鋼件。 臺(tái)虎鉗固定鉗身機(jī)械加工工藝過(guò)程卡 工序號(hào) 工序 名稱(chēng) 工序內(nèi)容 工藝裝備 1 鑄造 2 清砂 3 熱處理 人工時(shí)效處理 4 涂底漆 涂紅色防銹底漆 5 劃線(xiàn) 1按圖樣外形尺寸及螺孔位置劃出中心線(xiàn) 2劃出各面加工線(xiàn)及找正線(xiàn) 6 粗銑 以頂面定位基準(zhǔn)，饒平虎鉗底座 加工中心 7 粗銑 以左端側(cè)面定位安裝，找正中心線(xiàn)粗、精銑頂面 加工中心 8 粗、精銑 一次裝夾下，銑鉗身鍵槽 加工中心

15、 9 鉆 銑平端面后，打中心孔 加工中心 10 粗、精鏜 鏜鉗身前壁孔，加工完成后，“掉頭鏜”后壁孔 加工中心 11 粗、精銑 用加工中心分別粗、精攻前后M8的螺紋 加工中心 12 鉗 修毛刺 13 檢驗(yàn) 按圖紙要求檢查工件各部件尺寸及精度 14 入庫(kù) 涂油，入庫(kù) 臺(tái)虎鉗活動(dòng)鉗身加工工藝過(guò)程卡 工序號(hào) 工序 名稱(chēng) 工序內(nèi)容 工藝裝備 1 鑄造 2 清砂 3 熱處理 人工時(shí)效處理 4 涂底漆 涂紅色防銹底漆 5 粗銑 以頂面定位基準(zhǔn)，饒平活動(dòng)鉗身 加工中心 6 粗銑 以端面

16、定位安裝，精銑頂面 加工中心 7 鉆 打中心鉆 加工中心 8 粗、精銑 按圖紙尺寸要求粗、精銑各孔 加工中心 9 攻 加工與螺桿相配合的螺紋孔 加工中心 10 鉗 去毛刺 11 檢驗(yàn) 按圖紙要求檢查工件各部件尺寸及精度 12 入庫(kù) 涂油，入庫(kù) 加工分析： 一、鑄件必須進(jìn)行時(shí)效處理，以消除應(yīng)力。有條件時(shí)應(yīng)在露天存放一年以上再加工。 二、為了保證加工精度應(yīng)使定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，該零件主要定位基準(zhǔn)集中在側(cè)端面。 鏜孔時(shí)，在可能的條件下盡量采用“支撐鏜削”法，以增加鏜桿的剛性，提高加工精度。如果直徑小的孔，應(yīng)采用鉆、擴(kuò)、鉸加工方法。

17、 三、為保證在同一軸上各孔的同軸度，可采用在已加工孔上，安裝導(dǎo)向套再加工其他孔的方法。或使用加長(zhǎng)減振鏜刀。 四、為提高孔的加工精度，應(yīng)將粗鏜、半精鏜和精鏜分開(kāi)進(jìn)行。 五、孔的尺寸精度檢驗(yàn)，使用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑百分表進(jìn)行測(cè)量。 六、同一軸線(xiàn)上各孔的同軸度，可采用檢驗(yàn)心軸進(jìn)行檢驗(yàn)。 七、各軸孔的軸線(xiàn)之間的平行度，以及軸孔的軸線(xiàn)與基準(zhǔn)面的平行度，均應(yīng)通過(guò)檢驗(yàn)心軸進(jìn)行測(cè)量。 第三部分 臺(tái)虎鉗鉗口結(jié)構(gòu)改進(jìn) 3.1 鉗口的分析改進(jìn) 機(jī)械加工中，臺(tái)虎鉗是較為常見(jiàn)的裝夾工具，它分機(jī)用和手用兩種，都是利用兩鉗口作定位基準(zhǔn)，靠絲杠，螺母?jìng)魉蜋C(jī)械 力的原理，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝夾迅速，但是臺(tái)虎鉗

18、也有其不足之處，如裝夾外形較為復(fù)雜和不規(guī)則工件時(shí)，就力不從心了。主要原因是臺(tái)虎鉗鉗口是平直的，不適于裝夾球形，特別是圓柱形工件。機(jī)加工時(shí)工件易位移，有時(shí)工件還會(huì)飛出機(jī)床臺(tái)面。為此，本文對(duì)臺(tái)虎鉗鉗口部位進(jìn)行了改造，使之能裝夾各種工件。 具體方法是，按原鉗口大小制一對(duì)對(duì)稱(chēng)的V型鉗口，（如圖11） 圖11 V型鉗口示意圖 該V型鉗口需經(jīng)熱處理淬火及表面處理。使用時(shí)需將原鉗口卸下，裝上V型新鉗口，即可使用。若工件是單件或批量小，也可不卸原鉗口，直接將新鉗口裝上。另外，還可以使用一塊V型鉗口，這樣就形成了工件和鉗口之間呈三條線(xiàn)定位接觸加緊。 根據(jù)工件與V型塊的接觸母線(xiàn)長(zhǎng)度，V型塊可分為短

19、V型塊和長(zhǎng)V型塊，前者限制工件兩個(gè)自由度，后者限制工件四個(gè)自由度。如圖12； 圖12 V型塊也是支承定位。圖20為常見(jiàn)V型塊結(jié)構(gòu)。 圖1用于較短工件精基準(zhǔn)定位；圖2用于較長(zhǎng)工件粗基準(zhǔn)定位；圖3用于工件兩端精基準(zhǔn)面相距較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。如果定位基準(zhǔn)與長(zhǎng)度較大，則V型塊不必做成整體鋼件，而采用鑄鐵底座鑲淬火鋼墊，如圖4所示。根據(jù)工件與V型塊的接觸母線(xiàn)長(zhǎng)度，長(zhǎng)V型塊限制工件四個(gè)自由度，短V型塊限制工件的兩個(gè)自由度。V型塊兩斜面的夾角有60、90和120三種，其中以90為最常用。 V型塊定位的優(yōu)點(diǎn)： 1）對(duì)中性好，即能使工件的定位基準(zhǔn)軸線(xiàn)對(duì)中在V型塊兩斜面的對(duì)稱(chēng)平面上，在左右方向上不會(huì)發(fā)生偏移，且

20、安裝方便； 2）應(yīng)用范圍較廣。不論定位基準(zhǔn)是否經(jīng)過(guò)加工，不論是完整的圓柱還是局部圓弧面，都可采用V型塊定位。 第四部分 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)： 通過(guò)機(jī)床工藝及家具設(shè)計(jì)，匯總所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)與一體。如《機(jī)械零件設(shè)計(jì)》、《金屬材料與熱處理》、《機(jī)械制造工藝》、《數(shù)控機(jī)床加工工藝》等。讓我對(duì)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)課程得以鞏固、復(fù)習(xí)及實(shí)用。在理論與實(shí)踐上有機(jī)結(jié)合；使我們對(duì)各科的作用更加深刻的熟悉與理解，并為以后的實(shí)際工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 通過(guò)對(duì)臺(tái)虎鉗夾具的設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了工藝裝備設(shè)計(jì)的一般方法。通過(guò)親手設(shè)計(jì)加工的訓(xùn)練，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。課程設(shè)計(jì)過(guò)程也是理論聯(lián)系實(shí)際的過(guò)程，并學(xué)會(huì)使用手冊(cè)、查閱相關(guān)資料等，

21、增強(qiáng)筆者解決工程實(shí)際問(wèn)題的獨(dú)立工作能力。 參考文獻(xiàn)與資料 [1]廖念釗，莫雨松，李碩根，楊興駿等，互換性與技術(shù)測(cè)量（第五版），中國(guó)計(jì)量出版社 [2]朱張校。工程材料（第三版），清華大學(xué)出版社 [3]楊巧絨，張克義等。AutoCAD工程制圖。中國(guó)林業(yè)出版社。北京大學(xué)出版社 [4]陳立德等，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，高等教育出版社 [5]張春林，曲繼方，張美麟等。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社。 [6]王蘭美，等，機(jī)械制圖，高等教育出版社 [7]華茂盛發(fā)，唐健，數(shù)控機(jī)床加工工藝，機(jī)械工業(yè)出版社 [8]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)床家具零件及部件V型塊GB/2208-91中華人民共和國(guó)機(jī)械電子工業(yè)部機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化研究所