臺式虎鉗的設計及運動仿真【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】

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With the features such as easy use, strong power, the table vice is a commonly seen fixture. But the structure and assembling have being been the difficult points of design and teaching. This paper is aimed at designing a table vice to improve the efficiency.According to the features of table vices, this paper gives a feasible design of this kind of tools. This table vice designed in this paper has some functions such as fixing, gripping, releasing etc. The design parts include: fixed clamp seat, movable clamp body, jaw plate, motivate system and so on. This paper sets the exact size of the table vice, and then uses UG software to parametric modeling the parts, and virtually assembles them. Next, this paper stimulates all these parts on UG software to get a conclusion. Last, optimal design increases the stability and reliability of the table vice to bring it into practical production.Key word: Table vice; motivation stimulation;machine design目 錄摘 要IIIAbstractIV目 錄V1 緒論11.1 本課題的研究內(nèi)容和意義11.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況11.3 本課題應達到的要求22.1 本課題研究任務22.1.1 內(nèi)容22.1.2 規(guī)格和主要參數(shù)32.1.3 要求32 總體方案的設計42.1 本課題研究任務42.1.1 內(nèi)容42.1.2 規(guī)格和主要參數(shù)42.1.3 要求52.2 臺虎鉗結(jié)構(gòu)52.3 工作原理62.4 分項分析62.4.1 形態(tài)分析62.4.2 色彩分析72.4.3 人機關系分析72.4.4工藝分析73 各組成部分的設計93.1 固定鉗座的設計93.2 活動鉗身的結(jié)構(gòu)設計103.3 鉗口板的結(jié)構(gòu)設計103.4 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設計103.5 螺母的選擇設計113.6 銷的選擇設計113.7 螺桿的結(jié)構(gòu)設計123.8 螺桿的強度校核計算123.9 墊片的選擇設計134 臺虎鉗的主要零件的加工工藝144.1 固定鉗身加工144.1.1 圖紙分析144.1.2 加工工藝路線的總體設計154.1.3 毛坯設置154.2 鉗口板加工164.2.1 圖紙分析164.2.2 加工工藝路線的總體設計174.2.3 毛坯設置174.3 固定螺釘?shù)募庸?74.3.1 圖紙分析174.3.2 工件的基準分析174.3.3 加工工藝路線的總體設計174.4 活動鉗口加工184.4.1 圖紙分析184.4.2 加工工藝路線的總體設計184.5 絲杠加工194.5.1 圖紙分析194.5.2 工件的基準分析194.5.3 加工工藝路線的總體設計195 臺虎鉗的使用說明書205.2 結(jié)構(gòu)分析及產(chǎn)品工作原理205.3 零部件信息215.4 總體分析215.5 分項分析215.6 使用注意事項235.7 本章小結(jié)236 臺式虎鉗的運動仿真及分析247 結(jié)論與展望287.1 結(jié)論287.2 不足之處及未來展望28致謝29參考文獻30臺式虎鉗的設計及運動仿真1 緒論1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義本課題來源于無錫迪奧機械廠生產(chǎn)線改造項目。本論文的主要內(nèi)容包括：(1)根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)設備和技術要求，提出臺式虎鉗的結(jié)構(gòu)方案，并對各個零部件進行設計。(2)對臺式虎鉗結(jié)構(gòu)利用UG軟件進行三維建模。(3)對臺式虎鉗結(jié)構(gòu)進行虛擬裝配，對虛擬樣機進行干涉檢驗，并進一步完善樣機。(4)將裝配部件導入UG軟件運動仿真界面，并在UG中對結(jié)構(gòu)進行運動仿真分析，檢驗所選取方案及其模型的合理性，并對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。臺式虎鉗設計的意義：在現(xiàn)代生產(chǎn)制造中，臺式虎鉗是一種不可或缺的工藝設備，它直接影響著零件的加工精度、生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，所以臺式虎鉗的設計是一項重要的技術工作。它是各機械制造企業(yè)新產(chǎn)品投產(chǎn)、老產(chǎn)品改進和工藝更新中的一項重要生產(chǎn)技術準備工作，也是每一個從事機械加工的技術人員必須掌握的基礎知識，在機械制造以及生產(chǎn)技術中占有極其重要的地位。1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況臺虎鉗為鉗工必備工具，也是鉗工的名稱來源原因，因為鉗工的大部分工作都是在臺鉗上完成的，比如據(jù)、銼、鏨，以及零件的裝配和拆卸 ，用途極為廣泛。 國內(nèi)外研究狀況、水平和發(fā)展趨勢我國的臺虎鉗產(chǎn)品經(jīng)歷了一個從無到有，從簡到繁，從單一到多樣，從機械到智能等等一個個進化的過程。目前，簡單的、傳統(tǒng)的臺虎鉗工具已經(jīng)不能滿足日益增長的市場需要。加之生產(chǎn)技術的不斷進步，臺虎鉗工具的種類日趨多樣化、性能日趨智能化、設計日趨人性化。另外，近年來，由于生產(chǎn)技術快速發(fā)展與勞動力價格升高，歐美發(fā)達國家中、低檔臺虎鉗產(chǎn)品生產(chǎn)加速向第三世界轉(zhuǎn)移，本土只生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。近年來，發(fā)達國家的臺虎鉗產(chǎn)品設計亮點是向智能化和人性化方向發(fā)展，以容易安裝及維修為主，可自行裝備的臺虎鉗產(chǎn)品大受市場歡迎1。夾具工業(yè)在現(xiàn)代社會中具有“不衰亡工業(yè)”之稱，世界夾具市場總體上供不應求，市場需求量維持在每年600億至650億美元。目前，電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電、通訊和軍工等產(chǎn)品中，60%80%的零部件，都需要通過夾具工藝來加工成型。用夾具成型的制件具有高精度、高復雜性、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，這是其他加工工藝所無法達到的。歐美許多模具企業(yè)的生產(chǎn)技術水平，在國際上是一流的，CAD/CAE/CAM、高速切削加工等技術在歐企業(yè)中得到了廣泛應用。將高新技術應用于夾具的設計與制造，已成為當今社會快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證。中國夾具生產(chǎn)總量已位居世界第三，雖然中國夾具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但設計制造水平在總體上要比歐美等國落后很多，特別在大型、精密、復雜和長壽命夾具技術上存在明顯差距。差別主要表現(xiàn)在下列幾個方面：1、體制不順，基礎薄弱；2、人才急缺，在科研開發(fā)及技術攻關等方面投入資金太少；3、工藝工裝水平低，且配套性不好，利用率低；4、專業(yè)化、標準化、商品化程度低，協(xié)作性差；5、夾具材料及夾具相關技術落后。電子、通訊、建材等行業(yè)對模具的需求，對我國夾具工業(yè)和技術產(chǎn)生了巨大的推動作用。未來我國夾具將朝著大型化、精密化、多功能化、標準化、快速成型方向發(fā)展。目前，快速進退臺虎鉗以其良好的工作效率和可靠性，已經(jīng)廣泛應用在各行業(yè)的鉗工臺和機床上，預計未來幾年以快速進退臺虎鉗為代表的“人性化”臺虎鉗工具將有可能全面取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)臺虎鉗工具。1、臺式虎鉗的重要性科學技術的不斷進步與工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，臺式虎鉗在工業(yè)生產(chǎn)中的使用極為廣泛，如汽車、電器、儀器儀表、機械制造、航空航天、輕工業(yè)產(chǎn)品等行業(yè)，有60%90%的零部件需用臺式虎鉗加工。如螺釘、螺母、墊圈等標準件，沒有夾具就無法大批量生產(chǎn)。新材料的推廣應用，如工程塑料、粉末冶金、合金壓鑄、玻璃成型等工藝也需要臺式虎鉗來完成批量生產(chǎn)。臺式虎鉗是實現(xiàn)壓力加工的主要工具，也是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應用極為廣泛的主要工藝裝備。沒有高水平的模具就沒有高水平的產(chǎn)品，是制造業(yè)的一個共識。作為制造業(yè)的重要基礎性工藝設備，夾具技術被認為是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一。采用臺式虎鉗成型工藝生產(chǎn)零部件，具有高效、節(jié)能、成本低、保證質(zhì)量等一系列優(yōu)點，能適應產(chǎn)品競爭和不斷的更新?lián)Q代。因此，成形是當代工業(yè)生產(chǎn)的主要手段和工藝發(fā)展方向。2、臺式虎鉗在生產(chǎn)加工時的用途臺式虎鉗在機械加工中的作用：（1）保證加工精度采用臺式虎鉗安裝，可以準確地確定工件與機床、刀具之間的相互位置，工件的位置精度由臺式虎鉗保證，不受工人技術水平的影響，其加工精度高而且穩(wěn)定。（2）提高生產(chǎn)率、降低成本用臺式虎鉗裝夾工件，無需找正便能使工件迅速地定位和夾緊，顯著地減少了輔助工時；用臺式虎鉗裝夾工件提高了工件的剛性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夾具裝夾工件，并采用高效夾緊機構(gòu)，這些因素均有利于提高勞動生產(chǎn)率。另外，采用臺式虎鉗后，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，廢品率下降，明顯地降低了生產(chǎn)成本。（3）擴大機床的工藝范圍使用專用夾具可以改變原機床的用途和擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能。例如，在車床或搖臂鉆床上安裝鏜模夾具后，就可以對箱體孔系進行鏜削加工；通過專用夾具還可將車床改為拉床使用，以充分發(fā)揮通用機床的作用。（4）改善工人的勞動條件 用臺式虎鉗裝夾工件具有方便、省力、安全的優(yōu)點。當采用氣壓、液壓等夾緊裝置裝置時，可減輕工人的勞動強度，保證安全生產(chǎn)。（5）保證工藝紀律（6）在生產(chǎn)過程中使用夾具，可確保生產(chǎn)周期、生產(chǎn)調(diào)度等工藝秩序。例如，臺式虎鉗設計往往也是工程技術人員解決高難度零件加工的主要工藝手段之一。1.3 本課題應達到的要求本課題應該達到以下幾個要求：(1)分析原始材料，查閱相關資料，收集整理有關臺式虎鉗設計、成型工藝等資料。(2)對虎鉗進行系統(tǒng)分析和功能分析，并在此基礎上確定臺式虎鉗的設計方案。(3)完成臺式虎鉗的零件設計以及整體設計，對各個臺式虎鉗的所有零件進行三維建模與虛擬裝配。(4)對臺式虎鉗的裝配體進行分析。(5)對臺式虎鉗的裝配體進行運動仿真分析，得出結(jié)論，分析其運動過程。 2 總體方案的設計 本設計中，充分考慮到臺虎鉗的功能需求和與系統(tǒng)的配合需求，在具體實現(xiàn)的過程中，以系統(tǒng)的可靠性與易用為準則，盡量把鉗工用臺虎鉗設計成為一個功能齊全、可靠性高且易于使用的產(chǎn)品。如圖2.1所示。圖2.1 臺虎鉗 2.1 本課題研究任務2.1.1 內(nèi)容（1）普通臺虎鉗的方案設計；（2）普通臺虎鉗的總裝圖的繪制（含技術要求、明細表）；（3）普通臺虎鉗的主要零件圖繪制；（4）設計說明書編寫。 2.1.2 規(guī)格和主要參數(shù)本工程設計名稱：臺虎鉗本普通臺虎鉗的規(guī)格: 鉗口最大張開度80mm本普通臺虎鉗技術參數(shù):表2-1 臺虎鉗技術參數(shù)鉗口寬度鉗口高度鉗口最大張開度100mm30mm80mm兩鉗口的平行度、兩鉗口對導軌面的垂直度：0.025mm/100mm2.1.3 要求（1）獨立完成的詳細設計；（2）圖紙繪制和標注應符合國家或行業(yè)標準；（3）設計或論文應在教學計劃所規(guī)定的時間內(nèi)完成；（4）論文書面材料的形成應符合學院相關規(guī)定。2.2 臺虎鉗結(jié)構(gòu)它的結(jié)構(gòu)是由鉗體、底座、導螺母、絲杠、鉗口體等組成?；顒鱼Q身通過導軌與 臺虎鉗固定鉗身的導軌作滑動配合。絲杠裝在活動鉗身上，可以旋轉(zhuǎn)，但不能軸向移動，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的絲杠螺母配合。當搖動手柄使絲杠旋轉(zhuǎn)，就可以帶動活動鉗身相對于固定鉗身作軸向移動，起夾緊或放松的作用。彈簧借助擋圈和開口銷固定在絲杠上，其作用是當放松絲杠時，可使活動鉗身及時地退出。在固定鉗身和活動鉗身上，各裝有鋼制鉗口，并用螺釘固定。鉗口的工作面上制有交叉的網(wǎng)紋，使工件夾緊后不易產(chǎn)生滑動。鉗口經(jīng)過熱處理淬硬，具有較好的耐磨性。固定鉗身裝在轉(zhuǎn)座上，并能繞轉(zhuǎn)座軸心線轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)到要求的方向時，扳動夾緊手柄使夾緊螺釘旋緊，便可在夾緊盤的作用下把固定鉗身固緊。轉(zhuǎn)座上有三個螺栓臺虎鉗的規(guī)格以鉗口的寬度表示，有100mm、125mm、150mm等。臺虎鉗是用來夾持工件的通用夾具，常用的有固定式和回轉(zhuǎn)式兩種。回轉(zhuǎn)式臺虎鉗其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖所示：臺虎鉗中有兩種作用的螺紋孔，用以與鉗臺固定2。臺虎鉗的規(guī)格以鉗口的寬度表示，有100mm、125mm、150mm等。臺虎鉗是用來夾持工件的通用夾具，常用的有固定式和回轉(zhuǎn)式兩種?；剞D(zhuǎn)式臺虎鉗其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖2.2所示：臺虎鉗中有兩種作用的螺紋：螺釘將鉗口固定在鉗身上、夾緊螺釘旋緊將固定鉗身緊固連接作用；旋轉(zhuǎn)絲杠，帶動活動鉗身相對固定鉗身移動，將絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒鱼Q身的直線運動，把絲杠的運動傳到活動鉗身上傳動作用，起傳動作用的螺紋是傳動螺紋。圓柱外表面的螺紋是外螺紋，圓孔內(nèi)表面的螺紋是內(nèi)螺紋，內(nèi)外螺紋往往成對出現(xiàn)。 圖2.2 臺虎鉗結(jié)構(gòu)和工作原理圖2.3 工作原理臺虎鉗的固定鉗身用螺栓固定于工作臺邊緣上，固定鉗身裝在固定鉗身上，并能繞固定鉗身軸心線繞一定角度轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)到要求的方向時，扳動夾緊手柄使夾緊螺栓旋緊，使固定鉗身固緊?；顒鱼Q身通過導軌與固定鉗身的導軌配合。處于活動鉗身上的絲桿可以旋轉(zhuǎn)，但不能軸向移動，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的絲杠螺母配合。當搖動手柄時，絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動活動鉗身相對于固定鉗身作軸向移動，在鉗口的作用下夾緊或放松物件3。其次，在絲桿與活動鉗身配合處有彈簧，其借助擋圈和開口銷固定在絲杠上，當放松絲杠時，可使活動鉗身及時地退出。另外，在固定鉗身和活動鉗身上，各有用螺釘固定的鋼制且制有交叉網(wǎng)紋的鉗口，起夾緊、防滑的作用。2.4 分項分析2.4.1 形態(tài)分析臺虎鉗采用工業(yè)的幾何外形，包含曲線、棱角、圓弧等形態(tài)符號，體現(xiàn)出很強的機械時代信息。圓形開槽固定鉗身隱含著可旋動的滑槽語義；棱角分明的鉗體結(jié)合有弧度的曲線，傳達工具硬朗、穩(wěn)固的機械工具品質(zhì)。出于使用環(huán)境的限定，其不加修飾的外形給我們一種機械的美感，傳達出工業(yè)產(chǎn)品的力量感，似乎能嗅出其原材料的金屬味。固定鉗身與活動鉗身張合作用、鉗口交叉網(wǎng)紋等借鑒仿生動物嘴巴、牙齒形態(tài)，抽象提煉工業(yè)基本形態(tài)?？傮w體現(xiàn)簡潔、幾何、機械、有力度的工業(yè)特征。2.4.2 色彩分析產(chǎn)品采用單一的深藍色涂飾符合設計車間產(chǎn)品的要求，具有理性、現(xiàn)代、工業(yè)的語義。其次，藍色為冷色調(diào)，有鎮(zhèn)靜的效果，從心理層面可以平定人的情緒，藍色也是后退色，使人感覺時間過得很快。在機器高速運轉(zhuǎn)，工件切削等重體力、高噪音的生產(chǎn)環(huán)境里，穩(wěn)定工人的情緒，營造色彩舒適的環(huán)境很重要，因而冷靜、平穩(wěn)的藍色在此處使用得很恰當。除外，無鍍色的鉗口、螺栓等零件也起到一定的色彩分割作用，不至于產(chǎn)品整體看起來呆板，并且起到了劃分功能的語義效果。2.4.3 人機關系分析臺虎鉗是車間里用于夾緊固定工件，幫助鉗工對工件進行再加工，如鋸斷、打磨等操作，解決了鉗工夾緊工件的困難?；剞D(zhuǎn)式臺虎鉗最大的人機工學優(yōu)點在于它能多角度回轉(zhuǎn)固定鉗身，當工件夾緊后，需要從另一個角度打磨時，取下工件再安裝上會錯位。而加上回轉(zhuǎn)功能后，鉗工只需要扳轉(zhuǎn)夾緊螺栓手柄，調(diào)整固定鉗身到最適加工位置，仍可在原地進行加工工件，減少身體扭動活動。寬大的鉗口和有曲線坡度的鉗身提供了也很大的加工空間，適合鉗工寬松地使用各種工具，如鋸、磨刀、銼刀。此外，鉗身的寬度、高度都符合人機尺寸；絲桿手柄、夾緊螺栓的手柄考慮到了省力問題，加大了手柄條的長度，一方面應用了杠桿省力的原理，降低工人操作強度；另一方面，設計的手柄是活動的，可供兩側(cè)使用，即可推又可拉，同時也滿足雙手操作使用。前身尖銳的棱角處理倒角，打磨圓滑，防止對操作者刮傷。2.4.4工藝分析1、工藝方法分析臺虎鉗零部件繁多，主要涉及到鑄鐵、鋼材料的成型加工工藝。鉗身、固定鉗身等主要大體部件都采用HT200灰口鑄鐵，其具有優(yōu)良的鑄造性、減震性、耐磨性等特點，材料價格低廉，生產(chǎn)加工簡單。運用砂型鑄造工藝，再經(jīng)打磨，處理粗糙度等方法成型。絲桿則是45鋼經(jīng)拔制成棒狀、再在機床，如車床、銑床上，由高速旋轉(zhuǎn)刀頭從工件上銑削出螺紋的螺紋加工方法。螺栓、螺釘則是采用Q235材料，應用相似的成型工藝加工而成。彈簧經(jīng)彈簧鋼拔制、冷成型工藝。鉗口由45鋼經(jīng)過鍛造，提高硬度與韌性，再經(jīng)熱處理淬硬，具有較好的耐磨性。與前身配合的螺紋孔則是由鏜床鏜出來的。表面處理采用烤漆，鍍層工藝，起防水、防蝕、防銹作用4。2、工藝水平分析整體工藝為一般加工成型工藝，涉及的都是鑄造 、鍛造、車削等基本的金屬加工工藝。特殊處理部分主要在鉗口和絲桿部分，鉗口因為采用的工序較為復雜，有鍛造、磨削鉗口和底平面、淬硬，應用工藝水平較高。絲桿的加工方法多樣化，有車削、銑削等工序，高精度要求，目前加工絲桿的方法更多，但基于當時工藝，已屬于較好工藝水準。除此之外，整體鉗身部分有較大倒角，也經(jīng)過加工打磨，處理得很得當。3 各組成部分的設計臺式虎鉗的結(jié)構(gòu)臺式虎鉗主要由以下幾個部分組成1 固定鉗座2 活動鉗身3 鉗口板4 固定鉗口板用螺釘5 螺母6 銷7 螺桿8 墊片3.1 固定鉗座的設計鉗座屬于機架、箱體類零件。該類零件特點是形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)較復雜。固定鉗身的總體組合方式為綜合式，由圓柱臺和若干凸臺組成。其作用主要是固定連接，與桌面和臺面連接緊固的；還有一部分是和其他零件配合連接；固定其他零件，為其他零件提供安裝區(qū)域。根據(jù)固定鉗座的零件圖畫出圖，選取材料為HT150。固定鉗座的零件圖如圖3.1所示。 圖3.1 固定鉗座的零件圖 3.2 活動鉗身的結(jié)構(gòu)設計根據(jù)活動鉗身的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為HT150?；顒鱼Q身的零件圖如圖3.2所示。圖3.2 活動鉗身的零件圖3.3 鉗口板的結(jié)構(gòu)設計根據(jù)鉗口板的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為45 。鉗口板的零件圖如圖3.3所示。圖3.3 鉗口板零件圖 3.4 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設計根據(jù)設計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設計中選取標準件螺釘GB/T 68，選取材料為Q235。查取設計手冊可得相關尺寸，根據(jù)查得的相關尺寸設計得鉗口板用螺釘?shù)娜S實體圖如圖3.4所示。圖13 固定鉗口板用螺釘圖3.4 螺釘三維實體圖3.5 螺母的選擇設計根據(jù)設計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設計中選取標準件螺母GB/T 61742000M1010，選取材料為35。查取設計手冊可得相關尺寸，根據(jù)查得的相關尺寸設計得螺母M10的三維實體圖如圖3.5所示圖3.5 螺母M103.6 銷的選擇設計 跟據(jù)設計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設計中選取標準件y圓錐銷GB/T 913x14，選取材料為Q235。查取設計手冊可得相關尺寸，根據(jù)查得的相關尺寸設計得銷的三維實體圖如圖3.6所示。圖3.6 銷3.7 螺桿的結(jié)構(gòu)設計根據(jù)螺桿的零件圖畫出圖，選取材料為45。螺桿的零件圖如圖3.7所示。圖3.7 螺桿（絲杠）的零件圖3.8 螺桿的強度校核計算 進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。本設計中，螺桿主要是扭矩，則應該按扭轉(zhuǎn)強度條件計算。這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： （1.1）式中：扭轉(zhuǎn)切應力，Mpa；T軸所受的扭矩，N.mm；軸的抗扭截面系數(shù)， n軸的轉(zhuǎn)數(shù)，p軸傳遞的功率，d計算截面處軸的直徑，mm；許用扭轉(zhuǎn)切應力，Mpa。根據(jù)國家標準，選取許用扭轉(zhuǎn)切應力為25-45Mpa. T=15 kN.m。截面處軸的直徑為18mm。代入數(shù)據(jù)可算得實際扭轉(zhuǎn)切應力為12.86 Mpa，與理論相比可知符合設計使用性能的要求。所以，和螺母配合處軸的尺寸選擇合理5。3.9 墊片的選擇設計為了使螺桿在固定鉗身里能夠較好的定位，特配備兩個墊圈，一個用于和M10螺母的配合使用，另一個用在螺桿的把手方位與固定鉗身的配合使用。M10螺母配合使用的彈簧墊圈如圖3.7所示。選用標準件，按GB 9387，相關尺寸為：d=10.2，s=b=2.6，0m=1.3 材料為65 Mn、表面氧化。圖3.8 墊圈螺桿的把手方位與固定鉗身的配合使用的墊圈選用標準件，按GB 9387，相關尺寸為：d=18.3，s=b=4.5 ，0m=2.25 材料選取為Q235。4 臺虎鉗的主要零件的加工工藝4.1 固定鉗身加工4.1.1 圖紙分析在了解零件形狀和結(jié)構(gòu)之后，應檢查零件視圖是否正確、足夠，表達是否直觀、清楚，繪制是否符合國家標準，尺寸、公差以及技術要求的標準是否齊全、合理等。本次設計的工件為固定鉗身數(shù)控加工工藝規(guī)程制訂，零件的圖紙包括：一張零件圖。其中零件圖中的圖形都是采用主視圖的畫法，這樣就已經(jīng)能夠表達清楚零件的各部分尺寸。圖紙當中有對固定鉗身數(shù)控加工工藝規(guī)程制訂各部分表面粗糙度的要求大部分為3.2m。臺虎鉗固定鉗身三維圖所示材料為HT200號鋼，單生產(chǎn)。1、幾何元素分析：該工件外形復雜，包含了平面、圓弧面、孔等幾何元素,其中，圓弧面在設計的過程中利用導動進行切除。2、材料分析：材料為HT200，調(diào)制狀態(tài)，硬度為HRC20-30，適合加工中心加工。零件結(jié)構(gòu)工藝性好還是差對其工藝過程的影響非常大，不同結(jié)構(gòu)的零件盡管都能滿足使用性能要求，但它們的加工方法和制造成本卻可能有很大的差別。良好的結(jié)構(gòu)工藝性就是指在滿足使用性能的前提下，能以較高的生產(chǎn)率和最低的成本而方便地加工出來。零件結(jié)構(gòu)工藝性審查是一項復雜而細致的工作，要憑借豐富的實踐經(jīng)驗和理論知識。審查時，發(fā)現(xiàn)問題應向設計部門提出修改意見加以改進6。首先我們應當清楚工藝安排應做到正確、完整、統(tǒng)一和清晰，所用術語、符號、計量單位和編號都要符合相應標準。由于該零件有端面、外表面、倒角需要加工，且各表面之間有較高的尺寸精度和長度的要求，考慮到數(shù)控機床具有在一次安裝下加工出多個表面的特點，因此該零件加工適宜采用工序集中的方式，這樣就使每道工序加工內(nèi)容很多，工藝路線變短。選用工序集中的方式加工不僅能夠保證加工精度、充分利用了現(xiàn)有設備，而且也減少了工件裝夾次數(shù)，利于保證表面間的位置精度，縮短了生產(chǎn)加工時間，大大提高了勞動生產(chǎn)率。零件的技術要求包括下列幾個方面：（1）加工表面的尺寸精度（2）主要加工表面的形狀精度（3）主要加工表面之間的相互位置精度（4）加工表面的粗糙度以及表面質(zhì)量方面的其他要求（5）熱處理要求（6）其他要求（如動平衡、未注圓角或倒角、去毛刺、毛坯要求等）要注意分析這些要求在保證使用性能的前提下是否經(jīng)濟合理，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下能否實現(xiàn)。特別要分析主要表面的技術要求，因主要表面的加工確定了零件工藝過程的大致輪廓。該零件固定鉗身在加工時要保證它的各項精度指標，如：各項尺寸精度、表面粗糙度等。（1）首先加工后要求達到一定的精度要求。 （2）零件加工時保證不同的長度尺寸及表面粗糙度要求。（3）零件的外輪廓要光滑。4.1.2 加工工藝路線的總體設計對于多臺不同的數(shù)控機床、多道工序才能完成加工的零件,工序的劃分自然以機床為單位來進行。而對于需要很少的數(shù)控機床就能加工完零件全部內(nèi)容的情況,數(shù)控加工工序的劃分一般按照下列方法進行： （1） 以一次安裝所進行的加工作為一道工序。（2）一個完整數(shù)控程序連續(xù)加工的內(nèi)容作為一道工序。（3）以工件上的結(jié)構(gòu)內(nèi)容組合用一把刀具加工為一道工序。（4）以粗、精加工劃分工序。所以綜合考慮具體情況和經(jīng)濟性,機床設備、現(xiàn)有的工裝設備等因素,為了更好的完成加工, 我模擬了2個加工工序方案。方案一:以裝夾劃分需要兩道工序。工序一，第一次裝夾然后進行粗精加工使工件達到加工精度。工序二，掉頭裝夾進行粗精加工。方案二:以粗精加工劃分需要兩道工序。工序一，第一次裝夾然后進行粗加工，掉頭再進行粗加工。工序二，裝夾工件進行精加工，再掉頭，再進行精加工。經(jīng)過比較方案二要比方案一多裝夾2次，在同樣保證加工精度的情況下明顯方案一更為方便快捷提高了工作效率所以我選擇方案一做為我設計的零件的數(shù)控加工工序，以一次安裝所進行的加工作為一道工序,以安裝的加工作為工序,我的零件共需要兩次裝夾,分別進行粗加工、精加工。這樣兩道工序就能完成零件的加工,定位基準可以得到很好的保證,不會出現(xiàn)定位誤差。每次裝夾都要對刀,這樣就只對刀兩次,保證了刀位誤差。銑削加工工藝路線的擬定是制定銑削工藝規(guī)程的重要內(nèi)容之一，其主要內(nèi)容包括選擇各種加工表面的加工方法、劃定加工階段、劃分工序的先后順序等。對于數(shù)控銑床，應重點考慮幾個方面：能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求；是走刀路線最短，既可簡化程序段，又可減少刀具空行程時間，提高加工效率應使數(shù)值計算簡單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。 根據(jù)工件的幾何元素要求，本工件的加工方法為外輪廓的銑削，曲面的銑削。2、按照銑削加工的工藝原則，工件的加工工藝方法為：（1）在臺虎鉗上裝夾毛坯，加工部分高出臺虎鉗70mm；（2）使用直徑為12mm，圓弧為3mm的牛鼻刀對零件（不包括流道和型腔）進行粗加工；（3）使用直徑為8mm的牛鼻刀對零件進行二次開粗；（4）使用直徑為8mm的球頭刀對零件整體（不包括流道和型腔）進行精加工；（5）使用直徑為12mm的平刀進行平面加工。（6）對零件進行拋光處理，使零件達到所要求的表面粗糙度；4.1.3 毛坯設置數(shù)控銑床它的夾頭用虎鉗夾裝夾毛坯，毛坯尺寸10010067mm。用牛鼻銑刀1015粗銑刀，粗銑時最大進給量為2mm，主軸的轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分鐘。粗加工余量為0.5mm，下工件設置，毛坯設置 尺寸設置：10010030.76mm材料：45#鋼選擇定位基準（1）粗基準的選擇原則選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，并注意盡快獲得精基面。本固定鉗身的加工應遵循的原則有： 合理分配加工余量原則 保證零件相互位置要求原則 夾緊原則 不重復使用原則本次設計的固定鉗身粗基準的選擇遵循的是合理分配加工余量原則，所選的基準為零件的外圓柱表面7。（2）精基準的選擇原則選擇精基準時，主要考慮保證加工精度。本固定鉗身數(shù)控加工工藝規(guī)程制訂的加工應遵循的原則有： 基準重合原則 固定鉗身數(shù)控加工工藝規(guī)程制訂為軸類零件即選用外表面基準作為定位基準，以避免定位基準與設計基準不重合誤差。 自為基準原則 選擇加工表面本身作為定位基準，本零件對加工表面沒有太高的尺寸精度要求，所以不必考慮此原則。 互為基準原則 當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時，需要用兩個表面互相作為基準，反復進行加工，以保證位置精度要求。 所選精基準應保證工件安裝可靠，夾具設計簡單、操作方便。無論是精基準還是粗基準的選擇，上述原則都不可能同時滿足，有時還相互矛盾的，因此，選擇根據(jù)實際情況分析，權衡利弊，保證其主要要求。本次設計的固定鉗身數(shù)控加工工藝規(guī)程制訂精基準的選擇遵循的是基準重合原則，固定鉗身數(shù)控加工工藝規(guī)程制訂軸類零件即選用外表面基準作為定位基準，以避免定位基準與設計基準不重合誤差。由于毛坯已經(jīng)確定采用鑄件，比較適用于尺寸較小、精度較高的毛坯。鑄件的毛坯精度較高,硬度較大，外圓柱表面的毛坯余量均勻。所以，可以直接采用鋼料的外圓柱表面作為粗加工定位基準。以毛坯的外圓柱表面作為粗定位基準，加工出零件的精加工定為基準。這樣可以確保重要表面的精加工余量，采用外圓柱表面作為粗加工定位基準，達到了簡單、方便、快捷的目的?？s短了加工時間，提高了生產(chǎn)效率8。4.2 鉗口板加工4.2.1 圖紙分析鉗口板三維圖所示材料為45號鋼，單生產(chǎn)。1、幾何元素分析：該工件外形簡單，包含了平面、孔等幾何元素。2、 精度分析：該工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求較高，部分尺寸達到IT8-IT7級精度。3、材料分析：固定螺釘?shù)牟牧蠟?5鋼，調(diào)制狀態(tài)，硬度為HRC20-30，適合加工中心加工。4.2.2 加工工藝路線的總體設計銑削加工工藝路線的擬定是制定銑削工藝規(guī)程的重要內(nèi)容之一，其主要內(nèi)容包括選擇各種加工表面的加工方法、劃定加工階段、劃分工序的先后順序等。對于數(shù)控銑床，應重點考慮幾個方面：能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求；是走刀路線最短，既可簡化程序段，又可減少刀具空行程時間，提高加工效率應使數(shù)值計算簡單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。（1）根據(jù)工件的幾何元素要求，本工件的加工方法為外輪廓的銑削。（2） 按照銑削加工的工藝原則，工件的加工工藝方法為：在臺虎鉗上裝夾100x27x10的毛坯，加工部分高出臺虎鉗10mm；使用直徑為10mm，圓弧為3mm的牛鼻刀對零件（不包括流道和型腔）進行粗加工；4.2.3 毛坯設置數(shù)控銑床它的夾頭用虎鉗夾裝夾毛坯，毛坯尺寸1002710mm。用牛鼻銑刀1015粗銑刀，粗銑時最大進給量為2mm，主軸的轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分鐘。粗加工余量為0.5mm11。4.3 固定螺釘?shù)募庸?.3.1 圖紙分析固定螺釘三維圖，固定螺釘二維圖，所示材料為45號鋼，單生產(chǎn)。1、幾何元素分析：該工件外形規(guī)則，包含了槽、階梯軸等幾何元素,其中，偏心部分在設計的過程中利用偏移命令建立。2、精度分析：該工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求較高，部分尺寸達到IT8-IT7級精度。3、材料分析：固定螺釘?shù)牟牧蠟?5鋼，適合加工中心、數(shù)控車加工。4.3.2 工件的基準分析1、設計基準分析：工件的設計基準為軸線。2、工藝基準分析：該零件用到數(shù)控車加工，以左端面和軸線為工藝基準，左端面為粗基準。4.3.3 加工工藝路線的總體設計1、加工方法：根據(jù)工件的幾何元素要求，本工件的加工方法包括外輪廓銑削，軸類切削。2、加工工藝路線：（1）車削右端面，保證平面度（2）在車床上加工右端面，保證右端的軸。（3）夾住左端軸，車加工左端軸。（4）夾住右端的軸，加工出左端直徑4mm的階梯軸。（5）夾住左端，加工出M4的孔4.4 活動鉗口加工4.4.1 圖紙分析臺虎鉗活動鉗口三維圖，所示材料為45號鋼，單生產(chǎn)。1、幾何元素分析 該工件外形形狀復雜，具有較多的曲面，倒角，而且其中流道的寬度較窄，對刀具要求高，難度大，對切削用量、進給量要求很高，必須有很高的表面粗糙度和尺寸精度。2、精度分析該工件加工部分要求很高，必須擁有很高的表面粗糙度和尺寸精度9。該工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求很高，主要尺寸高達IT1IT2級精度。凹模主要工作部分的表面粗糙度為0.8um，其余的為3.2um。最大極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差為上偏差；最小極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差為下偏差；確定公差相對零線位置的那個極限偏差。它可以是上偏差或下偏差，一般為靠近零線的那個偏差為基本偏差；加工精度包含了三個方面內(nèi)容：尺寸精度：指加工后零件的實際尺寸與零件尺寸的公差帶中心的相符合程度形狀精度：指加工后零件表面的實際幾何形狀與理想的幾何形狀的相符合程度位置精度：指加工后零件有關表面之間的實際位置彧理想位置的相符合程度3、材料分析毛胚材料為45鋼，主要用于制造強度較高、韌性中等的零件，通常在調(diào)制、正火狀態(tài)下使用，如齒輪、齒條、鏈輪、軸、鍵、銷、壓鑄機及泵的零件等?？纱鏉B碳鋼制造齒輪、軸、活塞銷等，但要經(jīng)過表面淬火處理。熱處理規(guī)范及金相組織：金屬材料熱處理，是指在一定的條件下將材料加熱到一定的溫度，并保持一定時間，隨后以各種不同的數(shù)獨使其冷卻到室溫。以改變材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織，從而獲得所需要的物理、力學或化學性能10。4.4.2 加工工藝路線的總體設計銑削加工工藝路線的擬定是制定銑削工藝規(guī)程的重要內(nèi)容之一，其主要內(nèi)容包括選擇各種加工表面的加工方法、劃定加工階段、劃分工序的先后順序等。對于數(shù)控銑床，應重點考慮幾個方面：能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求；是走刀路線最短，既可簡化程序段，又可減少刀具空行程時間，提高加工效率應使數(shù)值計算簡單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量11。 根據(jù)工件的幾何元素要求，本工件的加工方法為外輪廓的銑削，曲面的銑削。按照銑削加工的工藝原則，工件的加工工藝方法為：（1）在臺虎鉗上裝夾200x200x40的毛坯，加工部分高出臺虎鉗30mm；（2）使用直徑為16mm，圓弧為3mm的牛鼻刀對零件（不包括流道和型腔）進行粗加工；（3）使用直徑為10mm的平底刀對零件四個角進行局部精加工；（4）使用直徑為10mm的球頭刀對零件整體（不包括流道和型腔）進行精加工；（5）使用直徑為4mm的球頭刀加工出流道；（6）對四個型腔單獨抽取電極，制作出形狀一致的電極，再做完全部精加工后，利用電火花，打出型腔；（7）對零件進行拋光處理，使零件達到所要求的表面粗糙度；4.5 絲杠加工4.5.1 圖紙分析臺虎鉗絲杠，所示材料為45號鋼，單生產(chǎn)。1、幾何元素分析：該工件是外形簡單，但是由于裝夾位置太小，所以加工起來比較復雜，要多次用到配合進行加工。2 、精度分析：該工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求一般。3 、材料分析：軸的材料為45鋼，適合車削加工。4.5.2 工件的基準分析設計基準分析：工件的設計基準為軸的中心線。4.5.3 加工工藝路線的總體設計 1、加工方法：根據(jù)工件的幾何元素要求，本工件的加工方法為車削加工?？紤]到裝夾的難度和安全問題，本次加工的過程中要多次用到配合進行輔助加工12。2、加工工藝路線：（1）車削右端面，保證平面度（2）對右端進行加工。（3）夾住右端200mm的軸徑，車加工左端軸。（4）夾住右端的軸，加工出左端直徑12mm的退到槽。5 臺虎鉗的使用說明書鉗工用普通臺虎鉗的操作很容易掌握。其操作步驟如下：1、根據(jù)所加工工件的大小和材料以及加工時的受力大小和力的類型，確定要夾緊此類工件的夾緊力，并調(diào)好夾緊力。2、調(diào)整好夾緊力以后，就擰緊不動。3、將工件放入鉗口，用手推動活動鉗口，夾緊工件，給工件一個初始夾緊力，然后壓下剎銑手柄。4、夾緊之后是鉗工工作者進行加工了。5、只要擰開扳手就可以拖動活動鉗口，從而松開。5.1 產(chǎn)品名稱 臺虎鉗5.2 結(jié)構(gòu)分析及產(chǎn)品工作原理臺虎鉗，是一種裝在工作臺上供夾待工件用的夾具，臺虎鉗分為固定式和回轉(zhuǎn)式，此處研究的為回轉(zhuǎn)式臺虎鉗（以下臺虎鉗簡稱如圖5.1所示）。 圖5.1 臺虎鉗簡稱臺虎鉗結(jié)構(gòu)：臺虎鉗主要由活動鉗身、固定鉗身、絲桿、手柄等可活動零件，以及螺釘、螺母等起固定作用的零件組成。工作原理：臺虎鉗的底座用螺栓固定于工作臺邊緣上，固定鉗身裝在底座上，并能繞底座軸心線繞一定角度轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)到要求的方向時，扳動夾緊手柄使夾緊螺栓旋緊，使固定鉗身固緊?；顒鱼Q身通過導軌與固定鉗身的導軌配合。處于活動鉗身上的絲桿可以旋轉(zhuǎn)，但不能軸向移動，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的絲杠螺母配合。當搖動手柄時， 絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動活動鉗身相對于固定鉗身作軸向移動，在鉗口的作用下夾緊或放松物件。其次，在絲桿與活動鉗身配合處有彈簧，其借助擋圈和開口銷固定在絲杠上，當放松絲杠時，可使活動鉗身及時地退出。另外，在固定鉗身和活動鉗身上，各有用螺釘固定的鋼制且制有交叉網(wǎng)紋的鉗口，起夾緊、防滑的作用。5.3 零部件信息序號名稱 數(shù)量材質(zhì)成型工藝1螺栓11Q235打頭、搓絲、熱處理2絲桿螺母145鑄造、鉆孔、車削3螺栓23Q235打頭、搓絲、熱處理4螺母3Q235冷拔、鉆孔、車削5底座1HT200鑄造6固定鉗身1HT200鑄造7擋圈1Q235冷拔8彈簧155Si2Mn拔制、冷加工9絲桿145拔制、車、銑削10手柄145鑄造11活動鉗身1HT200鑄造12鉗口245鍛造、淬硬、鏜削13螺釘M5124Q235打頭、搓絲、熱處理14螺母22Q235鉆孔、車削15夾緊螺栓2Q235打頭、搓絲、熱處理表5-1 零部件信息表5.4 總體分析臺虎鉗屬于虎鉗的一種，裝置在工作臺上，用以夾穩(wěn)工件之用，為鉗工車間必備工具。其鉗體為為鑄鐵制作，強度、韌性符合要求，使用安全不易斷裂。鉗口經(jīng)精密加工后感應淬火處理，夾持堅固耐用，絲杠是45鋼調(diào)質(zhì)處理而成?？苫剞D(zhuǎn)的鉗身操作簡便、人機，在不取下工件的情況下，也可方便地從各角度對其加工。表面處理采用了噴漆工藝，起到保護、美觀的作用，其藍色起到鎮(zhèn)靜工人心情，緩解壓力的作用，傳統(tǒng)卻經(jīng)久耐看12。5.5 分項分析5.5.1 形態(tài)分析臺虎鉗采用工業(yè)的幾何外形，包含曲線、棱角、圓弧等形態(tài)符號，體現(xiàn)出很強的機械時代信息。圓形開槽底座隱含著可旋動的滑槽語義；棱角分明的鉗體結(jié)合有弧度的曲線，傳達工具硬朗、穩(wěn)固的機械工具品質(zhì)。出于使用環(huán)境的限定，其不加修飾的外形給我們一種機械的美感，傳達出工業(yè)產(chǎn)品的力量感，似乎能嗅出其原材料的金屬味。固定鉗身與活動鉗身張合作用、鉗口交叉網(wǎng)紋等借鑒仿生動物嘴巴、牙齒形態(tài)，抽象提煉工業(yè)基本形態(tài)?？傮w體現(xiàn)簡潔、幾何、機械、有力度的工業(yè)特征。5.5.2 色彩分析產(chǎn)品采用單一的深藍色涂飾符合設計車間產(chǎn)品的要求，具有理性、現(xiàn)代、工業(yè)的語義。其次，藍色為冷色調(diào)，有鎮(zhèn)靜的效果，從心理層面可以平定人的情緒，藍色也是后退色，使人感覺時間過得很快。在機器高速運轉(zhuǎn)，工件切削等重體力、高噪音的生產(chǎn)環(huán)境里，穩(wěn)定工人的情緒，營造色彩舒適的環(huán)境很重要，因而冷靜、平穩(wěn)的藍色在此處使用得很恰當。除外，無鍍色的鉗口、螺栓等零件也起到一定的色彩分割作用，不至于產(chǎn)品整體看起來呆板，并且起到了劃分功能的語義效果13。5.5.3 人機關系分析臺虎鉗是車間里用于夾緊固定工件，幫助鉗工對工件進行再加工，如鋸斷、打磨等操作，解決了鉗工夾緊工件的困難?；剞D(zhuǎn)式臺虎鉗最大的人機工學優(yōu)點在于它能多角度回轉(zhuǎn)固定鉗身，當工件夾緊后，需要從另一個角度打磨時，取下工件再安裝上會錯位。而加上回轉(zhuǎn)功能后，鉗工只需要扳轉(zhuǎn)夾緊螺栓手柄，調(diào)整固定鉗身到最適加工位置，仍可在原地進行加工工件，減少身體扭動活動10。寬大的鉗口和有曲線坡度的鉗身提供了也很大的加工空間，適合鉗工寬松地使用各種工具，如鋸、磨刀、銼刀。此外，鉗身的寬度、高度都符合人機尺寸；絲桿手柄、夾緊螺栓的手柄考慮到了省力問題，加大了手柄條的長度，一方面應用了杠桿省力的原理，降低工人操作強度；另一方面，設計的手柄是活動的，可供兩側(cè)使用，即可推又可拉，同時也滿足雙手操作使用。前身尖銳的棱角處理倒角，打磨圓滑，防止對操作者刮傷。5.5.4 工藝分析1、工藝方法分析臺虎鉗零部件繁多，主要涉及到鑄鐵、鋼材料的成型加工工藝。鉗身、底座等主要大體部件都采用HT200灰口鑄鐵，其具有優(yōu)良的鑄造性、減震性、耐磨性等特點，材料價格低廉，生產(chǎn)加工簡單。運用砂型鑄造工藝，再經(jīng)打磨，處理粗糙度等方法成型14。絲桿則是45鋼經(jīng)拔制成棒狀、再在機床，如車床、銑床上，由高速旋轉(zhuǎn)刀頭從工件上銑削出螺紋的螺紋加工方法。螺栓、螺釘則是采用Q235材料，應用相似的成型工藝加工而成。彈簧經(jīng)彈簧鋼拔制、冷成型工藝。鉗口由45鋼經(jīng)過鍛造，提高硬度與韌性，再經(jīng)熱處理淬硬，具有較好的耐磨性。與前身配合的螺紋孔則是由鏜床鏜出來的。表面處理采用烤漆，鍍層工藝，起防水、防蝕、防銹作用。2、工藝水平分析整體工藝為一般加工成型工藝，涉及的都是鑄造 、鍛造、車削等基本的金屬加工工藝。特殊處理部分主要在鉗口和絲桿部分，鉗口因為采用的工序較為復雜，有鍛造、磨削鉗口和底平面、淬硬，應用