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精密虎鉗設計及其相關技術研究
摘要：虎鉗在機械加工中有著很重要的作用。隨著計算機應用的發(fā)展和機械加工技術的提高，CAD/CAE/CAPP/CAM技術的發(fā)展推動了幾乎一切領域的設計、制造技術革命，從根本上改變了傳統(tǒng)的設計、生產(chǎn)、管理模式。CAD/CAE/CAPP/CAM應用也用于機械設計中，臺虎鉗的設計也從過去一直沿用的二維設計方法開始發(fā)展為三維設計。在國內的一個小行業(yè)的業(yè)余愛好者進入一個小行業(yè)，取決于獨立的夾具或?，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雜的工件，夾緊力不強，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)濟損失。為了保證正常的生產(chǎn)，減少夾緊速度太慢，導致?lián)p失的人必須高度重視的問題，夾緊速度的板凳。設計了一種在生產(chǎn)加工中方便快捷地安裝工件的夾緊，強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，結合車床的結構特點，運用絲杠螺母結構，將普通的臺虎鉗設計成雙自由度的臺虎鉗，滿足更多情況下的機械加工的夾緊需要。
關鍵詞：臺虎鉗，夾具，自由度，設計
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 設計臺虎鉗的目的? 2
2 普通普通臺虎鉗的結構設計 3
2.1 臺虎鉗的結構? 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計 4
2.4.1 固定鉗座的設計 4
2.4.2 活動鉗身的結構設計 5
2.4.3 方塊螺母的結構設計 7
2.4.4 鉗口板的結構設計 8
2.4.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y構設計 9
2.4.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y構設計 10
2.4.7 螺母M10的選擇設計 10
2.4.8 銷的選擇設計 11
2.4.9 螺桿的結構設計 11
2.4.10 螺桿的強度校核計算 12
2.4.11 墊片的選擇設計 12
2.5 普通臺虎鉗使用的注意事項? 13
3 對臺虎鉗的部件（鉗口）的結構改進 15
III
3.1 鉗口的分析設想 15
3.2 V形鉗口的分析 16
3.3 V形鉗口的實例設計 18
3.4 V形鉗口的實例設計 18
3.5 緊固螺釘?shù)倪x擇 19
4 臺虎鉗結構的裝配 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 雙自由度設計 21
5.1 雙自由度構想 21
5.2 虎鉗雙自由度結構 22
5.3 使用臺虎鉗的注意事項 23
5.4 雙自由度虎鉗設計思考 23
6 設計評定 25
7 結論總結 26
參考文獻 27
致謝 29
IV
1緒論
雙自由度虎鉗結構是我們本次的研究內容，首先我們先從普通虎鉗的結構及工作原理入手，再通過特殊結構設計，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行夾緊，再利用絲杠和螺母傳送力和扭矩，然后再進行下一步的加工工作，因此，虎鉗夾緊是加工過程中基礎性的一個環(huán)節(jié)。通用虎鉗一般可以分為機用和手用兩種，臺虎鉗結構簡單，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，嚴重時更有是工件飛出去的可能性【4】。因此，為了更好的適應不同工件，需要對虎鉗的鉗口進行更深層次更全面的改造改造，使虎鉗更加實用更加方便快捷。
1.1 課題背景
隨著經(jīng)濟和計算機、機械加工技術的發(fā)張和提高，CAD/CAE/CAPP/CAM等技術的發(fā)展幾乎推動了各個領域的設計和制造技術革命。CAD/CAE/CAPP/CAM等的應用在機械設計中發(fā)展壯大，臺虎鉗的設計開始發(fā)展為三維設計遠遠區(qū)別于一開始沿用的二維設計。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雜的工件并有夾緊力不強和夾緊速度較慢等缺點，在影響到加工效率的同時也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟損失。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。設計一種可以使加工生產(chǎn)中方便、快速地進行裝夾使夾緊力強，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《CAD/CAE/CAPP/CAM應用》中的指導并結合三維建模軟件solidworks2012進行實體建模和裝配以及運動仿真【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行夾緊，接著利用絲杠和螺母傳送力和扭矩，然后再進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。在機械生產(chǎn)加工過程中，花在裝夾的時間又很趕多，很浪費，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），如夾緊較慢或為某些問題。因而導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度等現(xiàn)象。因此臺虎鉗的設計目的有：?
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）減輕工人的勞動強度。
?4）降低生產(chǎn)成本。
2 普通普通臺虎鉗的結構設計
2.1 臺虎鉗的結構?
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軌和固定鉗身的導軌進行各項滑動。絲杠固定在活動鉗身上進行旋轉，但由于虎鉗活動單一的原因導致不能軸向移動，絲杠與絲杠螺母相互配合構成虎千的一部分。當搖動手柄促使絲杠旋轉時，力和力矩就此傳遞，并產(chǎn)生兩個增力機構——梯形螺紋傳動和手柄兩個增力。由于增力比較大，所以導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，容易導致夾緊力過大導致工件表面受損傷，嚴重時更有可能導致工件變形，因此為了更好的保護工件，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。?
?按結構類型分類：?
（1）固定式?
（2）回轉式(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。
（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。當使用扳手旋轉螺桿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的兩圓柱孔中轉動，導致不能沿軸向移動，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腔的直線運動的可移動的鉗體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動，它的中間是空腔，使盒螺母9驅動移動鉗體4使沿固定夾座1的直線運動。
2.4 對臺虎鉗各個零件的設計
2.4.1 固定鉗座的設計
選取材料T200[2]并畫出三維實體圖。
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體圖：
圖2.3 為固定鉗身的三維實體圖1
圖2.4 為固定鉗身的三維實體圖2
2.4.2 活動鉗身的結構設計
選取材料T200[2]并畫出三維實體圖。
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 方塊螺母的結構設計
選取材料Q235畫出三維實體圖[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 鉗口板的結構設計
選取的材料為45 并畫出三維實體圖。
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，后來運用螺紋掃描將螺紋孔繪制出來。圖2.12為鉗口板的三維實體圖：
圖2.12 鉗口板
2.4.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y構設計
根據(jù)臺虎鉗的設計需求，本設計中選取材料為Q235的標準件螺釘——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構設計
畫出固定活動鉗身用螺釘?shù)娜S實體圖。
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的選擇設計
根據(jù)臺虎鉗設計需求，本設計選取材料為35的標準件螺母——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 銷的選擇設計
根據(jù)臺架的設計要求，為Q235標準GB / T 91 - 3x14 -在設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體圖（圖2.17）。
圖2.17 銷
2.4.9 螺桿的結構設計
選取材料45并畫出三維實體圖。
螺桿的零件圖（圖2.18）：
圖2.18 螺桿（絲杠）的零件圖
螺桿的三維實體圖（圖2.19）：
圖2.19 螺桿（絲杠）
2.4.10 螺桿的強度校核計算
計算軸的強度校核時，應依據(jù)軸的具體受載和應力情況，采用相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。本設計中，螺桿主要是計算扭矩，則計算按扭轉強度條件。
（2.1）
這種算法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，軸的扭轉強度前提為：
式中：“扭轉剪應力，MPa；T軸的扭矩，n.mm；；
——為軸的抗扭截面系數(shù)， n——為軸的轉數(shù)，p——為軸傳遞的功率，d——為計算截面處軸的直徑，mm；——為許用扭轉切應力，Mpa?！?
依據(jù)國家標準，選取的許用扭轉切應力是25-45Mpa. T=15 kN.m。截面處軸的直徑為18mm。用數(shù)據(jù)來計算實際的扭轉剪切應力為12.86兆帕，理論表明，符合設計性能要求因此，扭轉切應力和螺母配合處軸的尺寸選擇合理。
2.4.11 墊片的選擇設計
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被連接件的外端，防止螺母對連接件的力過大導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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