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精密虎鉗設(shè)計及其相關(guān)技術(shù)研究
摘要：虎鉗在機(jī)械加工中有著很重要的作用。隨著計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展和機(jī)械加工技術(shù)的提高，CAD/CAE/CAPP/CAM技術(shù)的發(fā)展推動了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計、制造技術(shù)革命，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)、管理模式。CAD/CAE/CAPP/CAM應(yīng)用也用于機(jī)械設(shè)計中，臺虎鉗的設(shè)計也從過去一直沿用的二維設(shè)計方法開始發(fā)展為三維設(shè)計。在國內(nèi)的一個小行業(yè)的業(yè)余愛好者進(jìn)入一個小行業(yè)，取決于獨(dú)立的夾具或?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的臺虎鉗經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)仍然使用傳統(tǒng)的臺式副，傳統(tǒng)的副不好的加載剪輯形狀更復(fù)雜的工件，夾緊力不強(qiáng)，夾緊速度慢。從而在影響加工效率的同時也造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。為了保證正常的生產(chǎn)，減少夾緊速度太慢，導(dǎo)致?lián)p失的人必須高度重視的問題，夾緊速度的板凳。設(shè)計了一種在生產(chǎn)加工中方便快捷地安裝工件的夾緊，強(qiáng)大的夾緊力能較好的保證工件的快速夾緊工件的加工精度是必要的！本文從普通臺虎鉗入手，結(jié)合車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用絲杠螺母結(jié)構(gòu)，將普通的臺虎鉗設(shè)計成雙自由度的臺虎鉗，滿足更多情況下的機(jī)械加工的夾緊需要。
關(guān)鍵詞：臺虎鉗，夾具，自由度，設(shè)計
I
Precision vise designs and related technology research
Abstract：Vice has a very important role in machining. With the improvement of the development of computer applications and machining technology, the development of CAD / CAE / CAPP / CAM technology promoted the almost all areas of design, manufacturing technology revolution, fundamentally changed the traditional design, production and management. CAD / CAE / CAPP / CAM application is also used in mechanical design, of the bench vice design from the past has been in use two-dimensional design method began development of 3D design. A vice in the domestic amateur into a small industry depends on the independent fixture or. Benchvice modern production requirements of enterprises have made frequent replacement, in order to adapt to the requirements of market and competition. However, Generally, however, companies are still accustomed to using the traditional bench vise, conventional clamping vise can better shape the more complex parts, the clamping force is not strong clamping slower, etc., thereby affecting the processing efficiency but also caused some economic losses. In order to ensure normal production and reduce losses caused due to the clamp too slow, people must attach great importance bench vise clamping speed issues. A design production and processing easy and fast workpiece clamping, high clamping force, can better ensure the machining accuracy of workpiece clamping vise quickly essential!This article from the ordinary bench vise, combining structural features of lathes, screw nut structure using the ordinary bench vise bench vise is designed with two degrees of freedom, to meet the need for mechanical clamping processing in case of more.
Keywords：bench，F(xiàn)ixture， Freedom，Design
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
1 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 臺虎鉗概述 1
1.3 臺虎鉗的作用 2
1.4 設(shè)計臺虎鉗的目的? 2
2 普通普通臺虎鉗的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3
2.1 臺虎鉗的結(jié)構(gòu)? 3
2.2 臺虎鉗的分類?? 3
2.3 普通臺虎鉗的工作原理 3
2.4 對臺虎鉗各個零件的設(shè)計 4
2.4.1 固定鉗座的設(shè)計 4
2.4.2 活動鉗身的結(jié)構(gòu)設(shè)計 5
2.4.3 方塊螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
2.4.4 鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
2.4.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計 9
2.4.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計 10
2.4.7 螺母M10的選擇設(shè)計 10
2.4.8 銷的選擇設(shè)計 11
2.4.9 螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
2.4.10 螺桿的強(qiáng)度校核計算 12
2.4.11 墊片的選擇設(shè)計 12
2.5 普通臺虎鉗使用的注意事項(xiàng)? 13
3 對臺虎鉗的部件（鉗口）的結(jié)構(gòu)改進(jìn) 15
III
3.1 鉗口的分析設(shè)想 15
3.2 V形鉗口的分析 16
3.3 V形鉗口的實(shí)例設(shè)計 18
3.4 V形鉗口的實(shí)例設(shè)計 18
3.5 緊固螺釘?shù)倪x擇 19
4 臺虎鉗結(jié)構(gòu)的裝配 20
4.1 臺虎鉗的爆炸視圖 20
4.2 裝上V形鉗口的臺虎鉗效果示意圖： 20
5 雙自由度設(shè)計 21
5.1 雙自由度構(gòu)想 21
5.2 虎鉗雙自由度結(jié)構(gòu) 22
5.3 使用臺虎鉗的注意事項(xiàng) 23
5.4 雙自由度虎鉗設(shè)計思考 23
6 設(shè)計評定 25
7 結(jié)論總結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 27
致謝 29
IV
1緒論
雙自由度虎鉗結(jié)構(gòu)是我們本次的研究內(nèi)容，首先我們先從普通虎鉗的結(jié)構(gòu)及工作原理入手，再通過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，將普通的臺虎鉗可以變成雙自由度的臺虎鉗。
虎鉗，又稱臺虎鉗，是一種用來夾持工件的通用固定夾具，使用時將其固定在工作臺上，再將需要夾緊的工件置于虎鉗之上進(jìn)行夾緊，再利用絲杠和螺母傳送力和扭矩，然后再進(jìn)行下一步的加工工作，因此，虎鉗夾緊是加工過程中基礎(chǔ)性的一個環(huán)節(jié)。通用虎鉗一般可以分為機(jī)用和手用兩種，臺虎鉗結(jié)構(gòu)簡單，裝夾迅速【3】。臺虎鉗作為一種通用的工業(yè)用具也有其不足之處，通用臺虎鉗的鉗口一般都是平直的，比較適合夾裝一些表面平直、棱角垂直的工件，當(dāng)碰到球形或者圓弧狀等的工件時就會出現(xiàn)夾不緊，容易出現(xiàn)位移或者脫落的情況，嚴(yán)重時更有是工件飛出去的可能性【4】。因此，為了更好的適應(yīng)不同工件，需要對虎鉗的鉗口進(jìn)行更深層次更全面的改造改造，使虎鉗更加實(shí)用更加方便快捷。
1.1 課題背景
隨著經(jīng)濟(jì)和計算機(jī)、機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)張和提高，CAD/CAE/CAPP/CAM等技術(shù)的發(fā)展幾乎推動了各個領(lǐng)域的設(shè)計和制造技術(shù)革命。CAD/CAE/CAPP/CAM等的應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計中發(fā)展壯大，臺虎鉗的設(shè)計開始發(fā)展為三維設(shè)計遠(yuǎn)遠(yuǎn)區(qū)別于一開始沿用的二維設(shè)計。現(xiàn)代生產(chǎn)的要求使企業(yè)所制造的臺虎鉗需要頻繁的更新?lián)Q代，才能適應(yīng)市場的需求與競爭。但是傳統(tǒng)的虎鉗不能較合適的裝夾外形相對復(fù)雜的工件并有夾緊力不強(qiáng)和夾緊速度較慢等缺點(diǎn)，在影響到加工效率的同時也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)損失。為保障工件的正常生產(chǎn),降低由于夾緊速度過慢等因素造成的損失,必須提高重視臺虎鉗的夾緊速度等問題。設(shè)計一種可以使加工生產(chǎn)中方便、快速地進(jìn)行裝夾使夾緊力強(qiáng)，從而能保證工件的加工精度和快速裝夾變得十分必要。根據(jù)一書-計算機(jī)《CAD/CAE/CAPP/CAM應(yīng)用》中的指導(dǎo)并結(jié)合三維建模軟件solidworks2012進(jìn)行實(shí)體建模和裝配以及運(yùn)動仿真【5】。
1.2 臺虎鉗概述
臺虎鉗，又稱虎鉗，臺鉗，是一種用來夾持工件的通用固定夾具，使用時將其固定在工作臺上，再將需要夾緊的工件置于虎鉗之上進(jìn)行夾緊，接著利用絲杠和螺母傳送力和扭矩，然后再進(jìn)行下一步的加工工作，鉗工的主要工作都是在臺虎鉗上完成，如最傳統(tǒng)的人工挫、鋸等。臺虎鉗安置于鉗工臺上，為鉗工車間的必備工具。絲桿起松緊作用。
1.3 臺虎鉗的作用
臺虎鉗作為一種用來夾持工件的通用固定夾具，可以更加準(zhǔn)確而穩(wěn)定的夾緊工件，并減少或者不受加工過程中各種主觀因素從而影響加工過程，從而比較容易的獲得高精度的加工工件，從而使零件的精度更穩(wěn)定。在機(jī)械生產(chǎn)加工過程中，花在裝夾的時間又很趕多，很浪費(fèi)，快速裝夾不僅可以縮短輔助夾裝時間，還能提高勞動生產(chǎn)的效率。
1.4 設(shè)計臺虎鉗的目的?
減輕工人不必要的勞動，提交效率降低生產(chǎn)成本。
在機(jī)械加工過程中，除了使用工具、測量工具外，還需要一些輔助裝置和輔助工具。它們是鏈接機(jī)床與工件的，它具有使工件在正確的位置安裝并固定的功能。臺虎鉗能在一定程度上影響加工精度和生產(chǎn)率及成本。在夾緊球或棱鏡中的相位比較純副，遇到困難（如難以固定，容易跳出來），如夾緊較慢或?yàn)槟承﹩栴}。因而導(dǎo)致加工的工件精度較低或者增加成本以及增加工人勞動強(qiáng)度等現(xiàn)象。因此臺虎鉗的設(shè)計目的有：?
1)加工過程減少或者沒有其他主觀因素的影響，從而相對容易獲得的加工精度較高，并穩(wěn)定一些零件的精度?。
2）機(jī)械加工過程中，花在裝夾上面用了很多時間，因此快速裝夾不僅可以有效的縮短輔助時間，還能夠提高勞動生產(chǎn)的效率。
?3）減輕工人的勞動強(qiáng)度。
?4）降低生產(chǎn)成本。
2 普通普通臺虎鉗的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1 臺虎鉗的結(jié)構(gòu)?
臺虎鉗主要由鉗口、鉗身、底座手柄螺釘、絲杠等各部分組成的?；顒鱼Q身固定在固定鉗身上，活動鉗身則利用自身導(dǎo)軌和固定鉗身的導(dǎo)軌進(jìn)行各項(xiàng)滑動。絲杠固定在活動鉗身上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，但由于虎鉗活動單一的原因?qū)е虏荒茌S向移動，絲杠與絲杠螺母相互配合構(gòu)成虎千的一部分。當(dāng)搖動手柄促使絲杠旋轉(zhuǎn)時，力和力矩就此傳遞，并產(chǎn)生兩個增力機(jī)構(gòu)——梯形螺紋傳動和手柄兩個增力。由于增力比較大，所以導(dǎo)致鉗口受到的夾緊力變大，致使被夾緊的工件穩(wěn)定的固定在虎鉗上，不會發(fā)生位移或者脫離的現(xiàn)象。但由于虎鉗的夾緊力較大且不好控制，容易導(dǎo)致夾緊力過大導(dǎo)致工件表面受損傷，嚴(yán)重時更有可能導(dǎo)致工件變形，因此為了更好的保護(hù)工件，需要放置相對軟的材料防止虎鉗的夾緊力過大對工件的破壞或者工件對虎鉗的損壞，例如軟金屬等類似墊圈的東西。
2.2 臺虎鉗的分類??
臺虎鉗是一種鉗工常用的夾具,常用的分類方法有以下幾種。?
根據(jù)使用不同的場合：副鉗和機(jī)器：
根據(jù)具體情況夾緊的動力源分類，可分為：液壓虎鉗、氣動虎鉗、手動虎鉗、氣液增力虎鉗等。?
?按結(jié)構(gòu)類型分類：?
（1）固定式?
（2）回轉(zhuǎn)式(活動式)??
常見的臺虎鉗有：精密虎鉗、?直角虎鉗、燕尾固定臺虎鉗、木工臺虎鉗、快速虎鉗角、固式虎鉗、光面直角虎鉗、倍力虎鉗、雙向油壓虎鉗、多用臺虎鉗等。
2.3 普通臺虎鉗的工作原理
傳統(tǒng)臺虎鉗裝配圖主要采用了主視圖、俯視圖、三維立體和爆炸視圖來表達(dá)。
（圖2.1）普通虎鉗夾座1部分，顎板2、活動鉗身4、8和9方螺母。當(dāng)使用扳手旋轉(zhuǎn)螺桿8時，由于開口銷卡住了螺桿8的左邊，從而只能在固定鉗座1的兩圓柱孔中轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致不能沿軸向移動，同時螺桿8便帶動方塊螺母9，因此，可用于沿固定卡子座的內(nèi)腔的直線運(yùn)動的可移動的鉗體4。之后活動鉗身4與方塊螺母9用螺釘3連成整體，使鉗口開放或閉合，便于夾緊和卸下零件。（圖2.1）
固定夾座1在裝配中的支持螺絲8和一個可移動的鉗體4，2和9方爪板螺母和其他部分的作用，8螺釘與固定夾1塊左右兩端分別與直徑12h8 / F7和18h8 / F7間隙。方塊螺母9與活動鉗身4以Φ20H8/f7間隙配合[1]。
固定鉗座1的右、左兩端是由Φ18H8和Φ12H8水平的兩圓柱孔組成，螺桿8在它的支承下在兩圓柱孔中轉(zhuǎn)動，它的中間是空腔，使盒螺母9驅(qū)動移動鉗體4使沿固定夾座1的直線運(yùn)動。
2.4 對臺虎鉗各個零件的設(shè)計
2.4.1 固定鉗座的設(shè)計
選取材料T200[2]并畫出三維實(shí)體圖。
圖2.1 為普通臺虎鉗的裝配圖
圖2.2為固定鉗身的三維實(shí)體圖：
圖2.3 為固定鉗身的三維實(shí)體圖1
圖2.4 為固定鉗身的三維實(shí)體圖2
2.4.2 活動鉗身的結(jié)構(gòu)設(shè)計
選取材料T200[2]并畫出三維實(shí)體圖。
活動鉗身零件圖（圖2.5）：
圖2.5活動鉗身的零件圖
圖2.6、圖2.7、圖2.8為活動鉗身三個不同角度的三維實(shí)體圖,零件圖在繪制時，先通過拉伸命令將零件大概圖形繪制出來，再通過空命令將零件中的空繪制出來，后來通過拉伸命令將多余的部分去掉，后來運(yùn)用螺紋掃描將螺紋孔繪制出來。
圖2.6 活動鉗1
圖2.7 活動鉗2
圖2.8 活動鉗3
2.4.3 方塊螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計
選取材料Q235畫出三維實(shí)體圖[3]。
圖[6]（圖2.9）是方塊螺母的零件：
圖2.9 方塊螺母的零件圖
零件圖在繪制時，先通過拉伸命令將零件大概圖形繪制出來，再通過空命令將零件中的空繪制出來，后來通過拉伸命令將多余的部分去掉，后來運(yùn)用螺紋掃描將螺紋孔繪制出來：
圖2.10 方塊螺母
2.4.4 鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計
選取的材料為45 并畫出三維實(shí)體圖。
圖2.11——鉗口板的零件圖：
圖2.11 鉗口板零件圖
零件圖在繪制時，先通過拉伸命令將零件大概圖形繪制出來，再通過空命令將零件中的空繪制出來，后來通過拉伸命令將多余的部分去掉，后來運(yùn)用螺紋掃描將螺紋孔繪制出來。圖2.12為鉗口板的三維實(shí)體圖：
圖2.12 鉗口板
2.4.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)臺虎鉗的設(shè)計需求，本設(shè)計中選取材料為Q235的標(biāo)準(zhǔn)件螺釘——GB/T 68—M8X20。
圖2.13 固定鉗口板用螺釘
2.4.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計
畫出固定活動鉗身用螺釘?shù)娜S實(shí)體圖。
圖2.14固定活動鉗身用螺釘?shù)牧慵D：
圖2.14 固定活動鉗身用螺釘?shù)牧慵D
2.4.7 螺母M10的選擇設(shè)計
根據(jù)臺虎鉗設(shè)計需求，本設(shè)計選取材料為35的標(biāo)準(zhǔn)件螺母——GB/T 6174—2000—M10[10]。并根據(jù)查得的尺寸螺母M10的三維實(shí)體圖（圖2.16）。零件圖在繪制時，先通過拉伸命令將零件大概圖形繪制出來，再通過空命令將零件中的空繪制出來，后來通過拉伸命令將多余的部分去掉，后來運(yùn)用螺紋掃描將螺紋孔繪制出來。
圖2.16 螺母M10
2.4.8 銷的選擇設(shè)計
根據(jù)臺架的設(shè)計要求，為Q235標(biāo)準(zhǔn)GB / T 91 - 3x14 -在設(shè)計的錐形銷材料的選擇。根據(jù)查得的尺寸畫出銷的三維實(shí)體圖（圖2.17）。
圖2.17 銷
2.4.9 螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計
選取材料45并畫出三維實(shí)體圖。
螺桿的零件圖（圖2.18）：
圖2.18 螺桿（絲杠）的零件圖
螺桿的三維實(shí)體圖（圖2.19）：
圖2.19 螺桿（絲杠）
2.4.10 螺桿的強(qiáng)度校核計算
計算軸的強(qiáng)度校核時，應(yīng)依據(jù)軸的具體受載和應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。本設(shè)計中，螺桿主要是計算扭矩，則計算按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件。
（2.1）
這種算法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強(qiáng)度，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度前提為：
式中：“扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa；T軸的扭矩，n.mm；；
——為軸的抗扭截面系數(shù)， n——為軸的轉(zhuǎn)數(shù)，p——為軸傳遞的功率，d——為計算截面處軸的直徑，mm；——為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa?！?
依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，選取的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是25-45Mpa. T=15 kN.m。截面處軸的直徑為18mm。用數(shù)據(jù)來計算實(shí)際的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力為12.86兆帕，理論表明，符合設(shè)計性能要求因此，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和螺母配合處軸的尺寸選擇合理。
2.4.11 墊片的選擇設(shè)計
墊圈一般被放置在螺母與被連接件之間，通常采用扁平型的金屬環(huán)，墊圈的使用是為了庇護(hù)被連接件的外端，防止螺母對連接件的力過大導(dǎo)致被連接件的表面受到磨損或者破損。，減少螺母對被連接件的壓力。此處選擇墊圈的目的是起固定作用，需要選用了兩個墊圈——一個在M10螺母處，另一個在螺桿的把手處。（圖2.20）M10螺母配合的選用GB 93—87（d=10.2，s=b=2.6，0
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