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台式虎钳的设计及运动仿真【带SolidWorks三维+运动仿真】【5张图纸】【优秀】

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关键词：: 台式虎钳设计运动仿真 solidworks 三维图纸

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台式虎钳的设计及运动仿真

37页 18000字数+说明书+任务书+开题报告+SolidWorks三维+运动仿真+5张CAD图纸【详情如下】

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摘要

随着计算机技术的飞速发展和数字化技术的日益普及应用，传统的台虎钳已经落后于时代。台虎钳是常见的夹具之一，有简练紧凑，夹紧力度强，易于操作使用等特点，其结构和装配是设计的难点。针对这一问题设计一个台式虎钳来提高生产效率。

　　　论文根据台式虎钳的特点，对其台式虎钳进行了合理的设计。此台式虎钳主要实现了定位、夹紧以及工件的回放等功能。本设计中的设计部分主要包括：固定钳座设计；活动钳身设计；钳口板设计；运动系统等。确定了台式虎钳的具体尺寸后，利用UG软件对台式虎钳的零件进行参数化建模，并对整体结构进行虚拟装配。然后将装配体导入UG软件的运动仿真界面，并利用软件进行运动学仿真和动力学仿真。分析仿真结果，得出相应结论。最后对台式虎钳进行优化设计，提高其稳定性，可靠性，让本设计能够真正的投入到日常生产操作中，使其切实能够为机械厂的生产线改造做出贡献。

关键词：台虎钳；运动仿真；机械设计

摘要III

AbstractIV

目录V

1 绪论1

1.1 本课题的研究内容和意义1

1.2 国内外的发展概况1

1.3 本课题应达到的要求2

2.1 本课题研究任务2

2.1.1 内容2

2.1.2 规格和主要参数3

2.1.3 要求3

2 总体方案的设计4

2.1 本课题研究任务4

2.1.1 内容4

2.1.2 规格和主要参数4

2.1.3 要求5

2.2 台虎钳结构5

2.3 工作原理6

2.4 分项分析6

2.4.1 形态分析6

2.4.2 色彩分析7

2.4.3 人机关系分析7

2.4.4工艺分析7

3 各组成部分的设计9

3.1 固定钳座的设计9

3.2 活动钳身的结构设计10

3.3 钳口板的结构设计10

3.4 固定钳口板用螺钉的结构设计10

3.5 螺母的选择设计11

3.6 销的选择设计11

3.7 螺杆的结构设计12

3.8 螺杆的强度校核计算12

3.9 垫片的选择设计13

4 台虎钳的主要零件的加工工艺14

4.1 固定钳身加工14

4.1.1 图纸分析14

4.1.2 加工工艺路线的总体设计15

4.1.3 毛坯设置15

4.2 钳口板加工16

4.2.1 图纸分析16

4.2.2 加工工艺路线的总体设计17

4.2.3 毛坯设置17

4.3 固定螺钉的加工17

4.3.1 图纸分析17

4.3.2 工件的基准分析17

4.3.3 加工工艺路线的总体设计17

4.4 活动钳口加工18

4.4.1 图纸分析18

4.4.2 加工工艺路线的总体设计18

4.5 丝杠加工19

4.5.1 图纸分析19

4.5.2 工件的基准分析19

4.5.3 加工工艺路线的总体设计19

5 台虎钳的使用说明书20

5.2 结构分析及产品工作原理20

5.3 零部件信息21

5.4 总体分析21

5.5 分项分析21

5.6 使用注意事项23

5.7 本章小结23

6 台式虎钳的运动仿真及分析24

7 结论与展望28

7.1 结论28

7.2 不足之处及未来展望28

致谢29

参考文献30

1 绪论

1.1 本课题的研究内容和意义

本课题来源于无锡迪奥机械厂生产线改造项目。

本论文的主要内容包括：

(1)根据企业实际生产设备和技术要求，提出台式虎钳的结构方案，并对各个零部件进行设计。

(2)对台式虎钳结构利用UG软件进行三维建模。

(3)对台式虎钳结构进行虚拟装配，对虚拟样机进行干涉检验，并进一步完善样机。

(4)将装配部件导入UG软件运动仿真界面，并在UG中对结构进行运动仿真分析，检验所选取方案及其模型的合理性，并对结构进行优化设计。

台式虎钳设计的意义：

在现代生产制造中，台式虎钳是一种不可或缺的工艺设备，它直接影响着零件的加工精度、生产率和产品的制造成本等，所以台式虎钳的设计是一项重要的技术工作。它是各机械制造企业新产品投产、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工的技术人员必须掌握的基础知识，在机械制造以及生产技术中占有极其重要的地位。

1.2 国内外的发展概况

台虎钳为钳工必备工具，也是钳工的名称来源原因，因为钳工的大部分工作都是在台钳上完成的，比如据、锉、錾，以及零件的装配和拆卸，用途极为广泛。

国内外研究状况、水平和发展趋势

我国的台虎钳产品经历了一个从无到有，从简到繁，从单一到多样，从机械到智能等等一个个进化的过程。目前，简单的、传统的台虎钳工具已经不能满足日益增长的市场需要。加之生产技术的不断进步，台虎钳工具的种类日趋多样化、性能日趋智能化、设计日趋人性化。另外，近年来，由于生产技术快速发展与劳动力价格升高，欧美发达国家中、低档台虎钳产品生产加速向第三世界转移，本土只生产高附加值的产品。近年来，发达国家的台虎钳产品设计亮点是向智能化和人性化方向发展，以容易安装及维修为主，可自行装备的台虎钳产品大受市场欢迎[1]。

　　　夹具工业在现代社会中具有“不衰亡工业”之称，世界夹具市场总体上供不应求，市场需求量维持在每年600亿至650亿美元。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，60%～80%的零部件，都需要通过夹具工艺来加工成型。用夹具成型的制件具有高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，这是其他加工工艺所无法达到的。

　　　欧美许多模具企业的生产技术水平，在国际上是一流的，CAD/CAE/CAM、高速切削加工等技术在欧企业中得到了广泛应用。将高新技术应用于夹具的设计与制造，已成为当今社会快速制造优质模具的有力保证。台式虎钳在机械加工中的作用：

（1）保证加工精度

采用台式虎钳安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由台式虎钳保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。

（2）提高生产率、降低成本

用台式虎钳装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时；用台式虎钳装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外，采用台式虎钳后，产品质量稳定，废品率下降，明显地降低了生产成本。

（3）扩大机床的工艺范围

使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。

（4）改善工人的劳动条件

用台式虎钳装夹工件具有方便、省力、安全的优点。当采用气压、液压等夹紧装置装置时，可减轻工人的劳动强度，保证安全生产。

（5）保证工艺纪律

（6）在生产过程中使用夹具，可确保生产周期、生产调度等工艺秩序。例如，台式虎钳设计往往也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要工艺手段之一。

1.3 本课题应达到的要求

本课题应该达到以下几个要求：

(1)分析原始材料，查阅相关资料，收集整理有关台式虎钳设计、成型工艺等资料。

(2)对虎钳进行系统分析和功能分析，并在此基础上确定台式虎钳的设计方案。

(3)完成台式虎钳的零件设计以及整体设计，对各个台式虎钳的所有零件进行三维建模与虚拟装配。

(4)对台式虎钳的装配体进行分析。

(5)对台式虎钳的装配体进行运动仿真分析，得出结论，分析其运动过程。

QQ截图20131129140342.gif

台式虎钳的设计及运动仿真.gif

内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目台式虎钳的设计及运动仿真 2、专题二、课题来源及选题依据课题来源于工程生产实际。在现代生产制造中，台式虎钳是一种不可或缺的工艺设备，它直接影响着零件的加工精度、生产率和产品的制造成本等，所以台式虎钳的设计是一项很重要的技术工作，它是各机械制造企业新产品投产、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识，在机械制造以及生产技术中占有及其重要的地位。目前，快速进退台虎钳以其良好的工作效率和可靠性，已经广泛应用在各行业的钳工台和机床上，预计未来几年以快速进退台虎钳为代表的人性化台虎钳工具将有可能全面取代现有的传统台虎钳工具。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：根据提供的毕业设计资料理解设计要求，查阅相关中外资料。确定台式虎钳的参数及设计方案。台式虎钳的总装图的绘制（含技术要求、明细表）。台式虎钳的主要零件图绘制。台式虎钳的运动仿真。阅读和翻译英文文献，撰写毕业设计论文。四、接受任务学生：机械91 班姓名戴维杰五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：台式虎钳的设计及运动仿真信机系机械工程及自动化专业学号： 0923049 学生姓名：戴维杰指导教师：彭勇（职称：副教授）（职称：）2012年 11 月12日课题来源工程生产实际科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题的科学意义在现代生产制造中，台式虎钳是一种不可或缺的工艺设备，它直接影响着零件的加工精度、生产率和产品的制造成本等，所以台式虎钳的设计是一项重要的技术工作，它是各机械制造企业新产品投产、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识，在机械制造以及生产技术中占有极其重要的地位。（2）国内外研究状况、水平和发展趋势我国的台虎钳产品经历了一个从无到有，从简到繁，从单一到多样，从机械到智能等等一个个进化的过程。目前，简单的、传统的台虎钳工具已经不能满足日益增长的市场需要。加之生产技术的不断进步，台虎钳工具的种类日趋多样化、性能日趋智能化、设计日趋人性化。另外，近年来，由于生产技术快速发展与劳动力价格升高，欧美发达国家中、低档台虎钳产品生产加速向第三世界转移，本土只生产高附加值的产品。近年来，发达国家的台虎钳产品设计亮点是向智能化和人性化方向发展，以容易安装及维修为主，可自行装备的台虎钳产品大受市场欢迎。目前，快速进退台虎钳以其良好的工作效率和可靠性，已经广泛应用在各行业的钳工台和机床上，预计未来几年以快速进退台虎钳为代表的“人性化”台虎钳工具将有可能全面取代现有的传统台虎钳工具研究内容根据提供的毕业设计资料理解设计要求，查阅相关中外资料。确定台式虎钳的参数及设计方案。台式虎钳的总装图的绘制（含技术要求、明细表）台式虎钳的主要零件图绘制。台式虎钳的运动仿真。撰写毕业设计论文。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（1）研究方法借阅相关书籍杂志，充分利用图书馆及网络资源。（2）技术路线收集资料，设计尺寸，做结构、强度等设计，三维建模，运动仿真。（3）实验方案明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料，确定台式虎钳的结构方案，根据设计要求作出三维建模及工程图，做运动仿真。（4）可行性分析大学里，我学习了机械制图、机械制造工艺学等等，熟悉UG软件。在设计中，结合自己所学的知识以及老师的指导，根据要求，合理选择加工工艺，设计出合适的台式虎钳，绘制出零件图及装配图。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月11日-2012年11月24日：收集资料，撰写开题报告、文献综述；2012年11月25日-2012年12月8日：完成零件三维造型及图纸转化，确定工艺总体方案；2012年12月9日-2013年1月21日：完成工艺规程设计；2013年3月4日-2013年3月22日：完成台式虎钳的全部零件图；2013年3月25日-2013年4月5日：完成台式虎钳的总装图及运动仿真；2013年4月8日-2013年4月19日：完成台式虎钳设计的说明书；2013年4月22日-2013年4月26日：详细审阅设计计算、说明书及图纸并修改；2013年4月29日-2013年6月5日：递交毕业设计资料，准备答辩材料，并进行答辩。预期成果：设计中各个部件的选择需要具体分析和理论计算，方案拟定正确；设计计算根据来源可靠，计算数据准确无误，各零件选用正确规范；机械结构图纸绘制要求视图完整、符合最新国家标准，图面整洁、质量高（图纸绘制要求采用计算机绘图）；用UG完成夹具的所以零件图、组装图，以及夹具的三维图形；基于UG进一步进行爆炸及运动仿真。特色或创新之处使用UG运动仿真，效果明显，方便改变参量，能够直观判断设计结果。已具备的条件和尚需解决的问题可以利用图书馆及网络资源，已学过UG的基础知识；使用UG的运动仿真有待加强。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日编号无锡太湖学院毕业设计题目：台式虎钳的设计及运动仿真信机系机械工程及自动化专业学号：学生姓名：指导教师：（职称：副教授）（职称：）2013年5月25日27无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）台式虎钳的设计及运动仿真是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械91 学号： 0923049 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日摘要随着计算机技术的飞速发展和数字化技术的日益普及应用，传统的台虎钳已经落后于时代。台虎钳是常见的夹具之一，有简练紧凑，夹紧力度强，易于操作使用等特点，其结构和装配是设计的难点。针对这一问题设计一个台式虎钳来提高生产效率。论文根据台式虎钳的特点，对其台式虎钳进行了合理的设计。此台式虎钳主要实现了定位、夹紧以及工件的回放等功能。本设计中的设计部分主要包括：固定钳座设计；活动钳身设计；钳口板设计；运动系统等。确定了台式虎钳的具体尺寸后，利用UG软件对台式虎钳的零件进行参数化建模，并对整体结构进行虚拟装配。然后将装配体导入UG软件的运动仿真界面，并利用软件进行运动学仿真和动力学仿真。分析仿真结果，得出相应结论。最后对台式虎钳进行优化设计，提高其稳定性，可靠性，让本设计能够真正的投入到日常生产操作中，使其切实能够为机械厂的生产线改造做出贡献。关键词：台虎钳；运动仿真；机械设计AbstractWith the rapid development of the computer technology and with the increasing application of digital skills, the traditional methods of machine design have been out of date. 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目录摘要IIIAbstractIV目录V1 绪论11.1 本课题的研究内容和意义11.2 国内外的发展概况11.3 本课题应达到的要求22.1 本课题研究任务22.1.1 内容22.1.2 规格和主要参数32.1.3 要求32 总体方案的设计42.1 本课题研究任务42.1.1 内容42.1.2 规格和主要参数42.1.3 要求52.2 台虎钳结构52.3 工作原理62.4 分项分析62.4.1 形态分析62.4.2 色彩分析72.4.3 人机关系分析72.4.4工艺分析73 各组成部分的设计93.1 固定钳座的设计93.2 活动钳身的结构设计103.3 钳口板的结构设计103.4 固定钳口板用螺钉的结构设计103.5 螺母的选择设计113.6 销的选择设计113.7 螺杆的结构设计123.8 螺杆的强度校核计算123.9 垫片的选择设计134 台虎钳的主要零件的加工工艺144.1 固定钳身加工144.1.1 图纸分析144.1.2 加工工艺路线的总体设计154.1.3 毛坯设置154.2 钳口板加工164.2.1 图纸分析164.2.2 加工工艺路线的总体设计174.2.3 毛坯设置174.3 固定螺钉的加工174.3.1 图纸分析174.3.2 工件的基准分析174.3.3 加工工艺路线的总体设计174.4 活动钳口加工184.4.1 图纸分析184.4.2 加工工艺路线的总体设计184.5 丝杠加工194.5.1 图纸分析194.5.2 工件的基准分析194.5.3 加工工艺路线的总体设计195 台虎钳的使用说明书205.2 结构分析及产品工作原理205.3 零部件信息215.4 总体分析215.5 分项分析215.6 使用注意事项235.7 本章小结236 台式虎钳的运动仿真及分析247 结论与展望287.1 结论287.2 不足之处及未来展望28致谢29参考文献30台式虎钳的设计及运动仿真1 绪论1.1 本课题的研究内容和意义本课题来源于无锡迪奥机械厂生产线改造项目。本论文的主要内容包括：(1)根据企业实际生产设备和技术要求，提出台式虎钳的结构方案，并对各个零部件进行设计。(2)对台式虎钳结构利用UG软件进行三维建模。(3)对台式虎钳结构进行虚拟装配，对虚拟样机进行干涉检验，并进一步完善样机。(4)将装配部件导入UG软件运动仿真界面，并在UG中对结构进行运动仿真分析，检验所选取方案及其模型的合理性，并对结构进行优化设计。台式虎钳设计的意义：在现代生产制造中，台式虎钳是一种不可或缺的工艺设备，它直接影响着零件的加工精度、生产率和产品的制造成本等，所以台式虎钳的设计是一项重要的技术工作。它是各机械制造企业新产品投产、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工的技术人员必须掌握的基础知识，在机械制造以及生产技术中占有极其重要的地位。1.2 国内外的发展概况台虎钳为钳工必备工具，也是钳工的名称来源原因，因为钳工的大部分工作都是在台钳上完成的，比如据、锉、錾，以及零件的装配和拆卸，用途极为广泛。国内外研究状况、水平和发展趋势我国的台虎钳产品经历了一个从无到有，从简到繁，从单一到多样，从机械到智能等等一个个进化的过程。目前，简单的、传统的台虎钳工具已经不能满足日益增长的市场需要。加之生产技术的不断进步，台虎钳工具的种类日趋多样化、性能日趋智能化、设计日趋人性化。另外，近年来，由于生产技术快速发展与劳动力价格升高，欧美发达国家中、低档台虎钳产品生产加速向第三世界转移，本土只生产高附加值的产品。近年来，发达国家的台虎钳产品设计亮点是向智能化和人性化方向发展，以容易安装及维修为主，可自行装备的台虎钳产品大受市场欢迎1。夹具工业在现代社会中具有“不衰亡工业”之称，世界夹具市场总体上供不应求，市场需求量维持在每年600亿至650亿美元。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，60%80%的零部件，都需要通过夹具工艺来加工成型。用夹具成型的制件具有高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，这是其他加工工艺所无法达到的。欧美许多模具企业的生产技术水平，在国际上是一流的，CAD/CAE/CAM、高速切削加工等技术在欧企业中得到了广泛应用。将高新技术应用于夹具的设计与制造，已成为当今社会快速制造优质模具的有力保证。中国夹具生产总量已位居世界第三，虽然中国夹具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但设计制造水平在总体上要比欧美等国落后很多，特别在大型、精密、复杂和长寿命夹具技术上存在明显差距。差别主要表现在下列几个方面：1、体制不顺，基础薄弱；2、人才急缺，在科研开发及技术攻关等方面投入资金太少；3、工艺工装水平低，且配套性不好，利用率低；4、专业化、标准化、商品化程度低，协作性差；5、夹具材料及夹具相关技术落后。电子、通讯、建材等行业对模具的需求，对我国夹具工业和技术产生了巨大的推动作用。未来我国夹具将朝着大型化、精密化、多功能化、标准化、快速成型方向发展。目前，快速进退台虎钳以其良好的工作效率和可靠性，已经广泛应用在各行业的钳工台和机床上，预计未来几年以快速进退台虎钳为代表的“人性化”台虎钳工具将有可能全面取代现有的传统台虎钳工具。1、台式虎钳的重要性科学技术的不断进步与工业生产的迅速发展，台式虎钳在工业生产中的使用极为广泛，如汽车、电器、仪器仪表、机械制造、航空航天、轻工业产品等行业，有60%90%的零部件需用台式虎钳加工。如螺钉、螺母、垫圈等标准件，没有夹具就无法大批量生产。新材料的推广应用，如工程塑料、粉末冶金、合金压铸、玻璃成型等工艺也需要台式虎钳来完成批量生产。台式虎钳是实现压力加工的主要工具，也是现代工业生产中应用极为广泛的主要工艺装备。没有高水平的模具就没有高水平的产品，是制造业的一个共识。作为制造业的重要基础性工艺设备，夹具技术被认为是衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。采用台式虎钳成型工艺生产零部件，具有高效、节能、成本低、保证质量等一系列优点，能适应产品竞争和不断的更新换代。因此，成形是当代工业生产的主要手段和工艺发展方向。2、台式虎钳在生产加工时的用途台式虎钳在机械加工中的作用：（1）保证加工精度采用台式虎钳安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由台式虎钳保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。（2）提高生产率、降低成本用台式虎钳装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时；用台式虎钳装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外，采用台式虎钳后，产品质量稳定，废品率下降，明显地降低了生产成本。（3）扩大机床的工艺范围使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。（4）改善工人的劳动条件用台式虎钳装夹工件具有方便、省力、安全的优点。当采用气压、液压等夹紧装置装置时，可减轻工人的劳动强度，保证安全生产。（5）保证工艺纪律（6）在生产过程中使用夹具，可确保生产周期、生产调度等工艺秩序。例如，台式虎钳设计往往也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要工艺手段之一。1.3 本课题应达到的要求本课题应该达到以下几个要求：(1)分析原始材料，查阅相关资料，收集整理有关台式虎钳设计、成型工艺等资料。(2)对虎钳进行系统分析和功能分析，并在此基础上确定台式虎钳的设计方案。(3)完成台式虎钳的零件设计以及整体设计，对各个台式虎钳的所有零件进行三维建模与虚拟装配。(4)对台式虎钳的装配体进行分析。(5)对台式虎钳的装配体进行运动仿真分析，得出结论，分析其运动过程。 2 总体方案的设计本设计中，充分考虑到台虎钳的功能需求和与系统的配合需求，在具体实现的过程中，以系统的可靠性与易用为准则，尽量把钳工用台虎钳设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于使用的产品。如图2.1所示。图2.1 台虎钳 2.1 本课题研究任务2.1.1 内容（1）普通台虎钳的方案设计；（2）普通台虎钳的总装图的绘制（含技术要求、明细表）；（3）普通台虎钳的主要零件图绘制；（4）设计说明书编写。 2.1.2 规格和主要参数本工程设计名称：台虎钳本普通台虎钳的规格: 钳口最大张开度80mm本普通台虎钳技术参数:表2-1 台虎钳技术参数钳口宽度钳口高度钳口最大张开度100mm30mm80mm两钳口的平行度、两钳口对导轨面的垂直度：0.025mm/100mm2.1.3 要求（1）独立完成的详细设计；（2）图纸绘制和标注应符合国家或行业标准；（3）设计或论文应在教学计划所规定的时间内完成；（4）论文书面材料的形成应符合学院相关规定。2.2 台虎钳结构它的结构是由钳体、底座、导螺母、丝杠、钳口体等组成。活动钳身通过导轨与台虎钳固定钳身的导轨作滑动配合。丝杠装在活动钳身上，可以旋转，但不能轴向移动，并与安装在固定钳身内的丝杠螺母配合。当摇动手柄使丝杠旋转，就可以带动活动钳身相对于固定钳身作轴向移动，起夹紧或放松的作用。弹簧借助挡圈和开口销固定在丝杠上，其作用是当放松丝杠时，可使活动钳身及时地退出。在固定钳身和活动钳身上，各装有钢制钳口，并用螺钉固定。钳口的工作面上制有交叉的网纹，使工件夹紧后不易产生滑动。钳口经过热处理淬硬，具有较好的耐磨性。固定钳身装在转座上，并能绕转座轴心线转动，当转到要求的方向时，扳动夹紧手柄使夹紧螺钉旋紧，便可在夹紧盘的作用下把固定钳身固紧。转座上有三个螺栓台虎钳的规格以钳口的宽度表示，有100mm、125mm、150mm等。台虎钳是用来夹持工件的通用夹具，常用的有固定式和回转式两种。回转式台虎钳其结构和工作原理如图所示：台虎钳中有两种作用的螺纹孔，用以与钳台固定2。台虎钳的规格以钳口的宽度表示，有100mm、125mm、150mm等。台虎钳是用来夹持工件的通用夹具，常用的有固定式和回转式两种。回转式台虎钳其结构和工作原理如图2.2所示：台虎钳中有两种作用的螺纹：螺钉将钳口固定在钳身上、夹紧螺钉旋紧将固定钳身紧固连接作用；旋转丝杠，带动活动钳身相对固定钳身移动，将丝杠的转动转变为活动钳身的直线运动，把丝杠的运动传到活动钳身上传动作用，起传动作用的螺纹是传动螺纹。圆柱外表面的螺纹是外螺纹，圆孔内表面的螺纹是内螺纹，内外螺纹往往成对出现。图2.2 台虎钳结构和工作原理图2.3 工作原理台虎钳的固定钳身用螺栓固定于工作台边缘上，固定钳身装在固定钳身上，并能绕固定钳身轴心线绕一定角度转动，当转到要求的方向时，扳动夹紧手柄使夹紧螺栓旋紧，使固定钳身固紧。活动钳身通过导轨与固定钳身的导轨配合。处于活动钳身上的丝杆可以旋转，但不能轴向移动，并与安装在固定钳身内的丝杠螺母配合。当摇动手柄时，丝杠旋转，带动活动钳身相对于固定钳身作轴向移动，在钳口的作用下夹紧或放松物件3。其次，在丝杆与活动钳身配合处有弹簧，其借助挡圈和开口销固定在丝杠上，当放松丝杠时，可使活动钳身及时地退出。另外，在固定钳身和活动钳身上，各有用螺钉固定的钢制且制有交叉网纹的钳口，起夹紧、防滑的作用。2.4 分项分析2.4.1 形态分析台虎钳采用工业的几何外形，包含曲线、棱角、圆弧等形态符号，体现出很强的机械时代信息。圆形开槽固定钳身隐含着可旋动的滑槽语义；棱角分明的钳体结合有弧度的曲线，传达工具硬朗、稳固的机械工具品质。出于使用环境的限定，其不加修饰的外形给我们一种机械的美感，传达出工业产品的力量感，似乎能嗅出其原材料的金属味。固定钳身与活动钳身张合作用、钳口交叉网纹等借鉴仿生动物嘴巴、牙齿形态，抽象提炼工业基本形态。总体体现简洁、几何、机械、有力度的工业特征。2.4.2 色彩分析产品采用单一的深蓝色涂饰符合设计车间产品的要求，具有理性、现代、工业的语义。其次，蓝色为冷色调，有镇静的效果，从心理层面可以平定人的情绪，蓝色也是后退色，使人感觉时间过得很快。在机器高速运转，工件切削等重体力、高噪音的生产环境里，稳定工人的情绪，营造色彩舒适的环境很重要，因而冷静、平稳的蓝色在此处使用得很恰当。除外，无镀色的钳口、螺栓等零件也起到一定的色彩分割作用，不至于产品整体看起来呆板，并且起到了划分功能的语义效果。2.4.3 人机关系分析台虎钳是车间里用于夹紧固定工件，帮助钳工对工件进行再加工，如锯断、打磨等操作，解决了钳工夹紧工件的困难。回转式台虎钳最大的人机工学优点在于它能多角度回转固定钳身，当工件夹紧后，需要从另一个角度打磨时，取下工件再安装上会错位。而加上回转功能后，钳工只需要扳转夹紧螺栓手柄，调整固定钳身到最适加工位置，仍可在原地进行加工工件，减少身体扭动活动。宽大的钳口和有曲线坡度的钳身提供了也很大的加工空间，适合钳工宽松地使用各种工具，如锯、磨刀、锉刀。此外，钳身的宽度、高度都符合人机尺寸；丝杆手柄、夹紧螺栓的手柄考虑到了省力问题，加大了手柄条的长度，一方面应用了杠杆省力的原理，降低工人操作强度；另一方面，设计的手柄是活动的，可供两侧使用，即可推又可拉，同时也满足双手操作使用。前身尖锐的棱角处理倒角，打磨圆滑，防止对操作者刮伤。2.4.4工艺分析1、工艺方法分析台虎钳零部件繁多，主要涉及到铸铁、钢材料的成型加工工艺。钳身、固定钳身等主要大体部件都采用HT200灰口铸铁，其具有优良的铸造性、减震性、耐磨性等特点，材料价格低廉，生产加工简单。运用砂型铸造工艺，再经打磨，处理粗糙度等方法成型。丝杆则是45钢经拔制成棒状、再在机床，如车床、铣床上，由高速旋转刀头从工件上铣削出螺纹的螺纹加工方法。螺栓、螺钉则是采用Q235材料，应用相似的成型工艺加工而成。弹簧经弹簧钢拔制、冷成型工艺。钳口由45钢经过锻造，提高硬度与韧性，再经热处理淬硬，具有较好的耐磨性。与前身配合的螺纹孔则是由镗床镗出来的。表面处理采用烤漆，镀层工艺，起防水、防蚀、防锈作用4。2、工艺水平分析整体工艺为一般加工成型工艺，涉及的都是铸造、锻造、车削等基本的金属加工工艺。特殊处理部分主要在钳口和丝杆部分，钳口因为采用的工序较为复杂，有锻造、磨削钳口和底平面、淬硬，应用工艺水平较高。丝杆的加工方法多样化，有车削、铣削等工序，高精度要求，目前加工丝杆的方法更多，但基于当时工艺，已属于较好工艺水准。除此之外，整体钳身部分有较大倒角，也经过加工打磨，处理得很得当。3 各组成部分的设计台式虎钳的结构台式虎钳主要由以下几个部分组成1 固定钳座2 活动钳身3 钳口板4 固定钳口板用螺钉5 螺母6 销7 螺杆8 垫片3.1 固定钳座的设计钳座属于机架、箱体类零件。该类零件特点是形状不规则，结构较复杂。固定钳身的总体组合方式为综合式，由圆柱台和若干凸台组成。其作用主要是固定连接，与桌面和台面连接紧固的；还有一部分是和其他零件配合连接；固定其他零件，为其他零件提供安装区域。根据固定钳座的零件图画出图，选取材料为HT150。固定钳座的零件图如图3.1所示。图3.1 固定钳座的零件图 3.2 活动钳身的结构设计根据活动钳身的零件图画出三维实体图，选取材料为HT150。活动钳身的零件图如图3.2所示。图3.2 活动钳身的零件图3.3 钳口板的结构设计根据钳口板的零件图画出三维实体图，选取材料为45 。钳口板的零件图如图3.3所示。图3.3 钳口板零件图 3.4 固定钳口板用螺钉的结构设计根据设计需求和台虎钳的使用性能要求，本设计中选取标准件螺钉GB/T 68，选取材料为Q235。查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得钳口板用螺钉的三维实体图如图3.4所示。图13 固定钳口板用螺钉图3.4 螺钉三维实体图3.5 螺母的选择设计根据设计需求和台虎钳的使用性能要求，本设计中选取标准件螺母GB/T 61742000M1010，选取材料为35。查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得螺母M10的三维实体图如图3.5所示图3.5 螺母M103.6 销的选择设计跟据设计需求和台虎钳的使用性能要求，本设计中选取标准件y圆锥销GB/T 913x14，选取材料为Q235。查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得销的三维实体图如图3.6所示。图3.6 销3.7 螺杆的结构设计根据螺杆的零件图画出图，选取材料为45。螺杆的零件图如图3.7所示。图3.7 螺杆（丝杠）的零件图3.8 螺杆的强度校核计算进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。本设计中，螺杆主要是扭矩，则应该按扭转强度条件计算。这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度，轴的扭转强度条件为：（1.1）式中：扭转切应力，Mpa；T轴所受的扭矩，N.mm；轴的抗扭截面系数， n轴的转数，p轴传递的功率，d计算截面处轴的直径，mm；许用扭转切应力，Mpa。根据国家标准，选取许用扭转切应力为25-45Mpa. T=15 kN.m。截面处轴的直径为18mm。代入数据可算得实际扭转切应力为12.86 Mpa，与理论相比可知符合设计使用性能的要求。所以，和螺母配合处轴的尺寸选择合理5。3.9 垫片的选择设计为了使螺杆在固定钳身里能够较好的定位，特配备两个垫圈，一个用于和M10螺母的配合使用，另一个用在螺杆的把手方位与固定钳身的配合使用。M10螺母配合使用的弹簧垫圈如图3.7所示。选用标准件，按GB 9387，相关尺寸为：d=10.2，s=b=2.6，0m=1.3 材料为65 Mn、表面氧化。图3.8 垫圈螺杆的把手方位与固定钳身的配合使用的垫圈选用标准件，按GB 9387，相关尺寸为：d=18.3，s=b=4.5 ，0m=2.25 材料选取为Q235。4 台虎钳的主要零件的加工工艺4.1 固定钳身加工4.1.1 图纸分析在了解零件形状和结构之后，应检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标准是否齐全、合理等。本次设计的工件为固定钳身数控加工工艺规程制订，零件的图纸包括：一张零件图。其中零件图中的图形都是采用主视图的画法，这样就已经能够表达清楚零件的各部分尺寸。图纸当中有对固定钳身数控加工工艺规程制订各部分表面粗糙度的要求大部分为3.2m。台虎钳固定钳身三维图所示材料为HT200号钢，单生产。1、几何元素分析：该工件外形复杂，包含了平面、圆弧面、孔等几何元素,其中，圆弧面在设计的过程中利用导动进行切除。2、材料分析：材料为HT200，调制状态，硬度为HRC20-30，适合加工中心加工。零件结构工艺性好还是差对其工艺过程的影响非常大，不同结构的零件尽管都能满足使用性能要求，但它们的加工方法和制造成本却可能有很大的差别。良好的结构工艺性就是指在满足使用性能的前提下，能以较高的生产率和最低的成本而方便地加工出来。零件结构工艺性审查是一项复杂而细致的工作，要凭借丰富的实践经验和理论知识。审查时，发现问题应向设计部门提出修改意见加以改进6。首先我们应当清楚工艺安排应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、计量单位和编号都要符合相应标准。由于该零件有端面、外表面、倒角需要加工，且各表面之间有较高的尺寸精度和长度的要求，考虑到数控机床具有在一次安装下加工出多个表面的特点，因此该零件加工适宜采用工序集中的方式，这样就使每道工序加工内容很多，工艺路线变短。选用工序集中的方式加工不仅能够保证加工精度、充分利用了现有设备，而且也减少了工件装夹次数，利于保证表面间的位置精度，缩短了生产加工时间，大大提高了劳动生产率。零件的技术要求包括下列几个方面：（1）加工表面的尺寸精度（2）主要加工表面的形状精度（3）主要加工表面之间的相互位置精度（4）加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其他要求（5）热处理要求（6）其他要求（如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等）要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。特别要分析主要表面的技术要求，因主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。该零件固定钳身在加工时要保证它的各项精度指标，如：各项尺寸精度、表面粗糙度等。（1）首先加工后要求达到一定的精度要求。（2）零件加工时保证不同的长度尺寸及表面粗糙度要求。（3）零件的外轮廓要光滑。4.1.2 加工工艺路线的总体设计对于多台不同的数控机床、多道工序才能完成加工的零件,工序的划分自然以机床为单位来进行。而对于需要很少的数控机床就能加工完零件全部内容的情况,数控加工工序的划分一般按照下列方法进行：（1）以一次安装所进行的加工作为一道工序。（2）一个完整数控程序连续加工的内容作为一道工序。（3）以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序。（4）以粗、精加工划分工序。所以综合考虑具体情况和经济性,机床设备、现有的工装设备等因素,为了更好的完成加工, 我模拟了2个加工工序方案。方案一:以装夹划分需要两道工序。工序一，第一次装夹然后进行粗精加工使工件达到加工精度。工序二，掉头装夹进行粗精加工。方案二:以粗精加工划分需要两道工序。工序一，第一次装夹然后进行粗加工，掉头再进行粗加工。工序二，装夹工件进行精加工，再掉头，再进行精加工。经过比较方案二要比方案一多装夹2次，在同样保证加工精度的情况下明显方案一更为方便快捷提高了工作效率所以我选择方案一做为我设计的零件的数控加工工序，以一次安装所进行的加工作为一道工序,以安装的加工作为工序,我的零件共需要两次装夹,分别进行粗加工、精加工。这样两道工序就能完成零件的加工,定位基准可以得到很好的保证,不会出现定位误差。每次装夹都要对刀,这样就只对刀两次,保证了刀位误差。铣削加工工艺路线的拟定是制定铣削工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择各种加工表面的加工方法、划定加工阶段、划分工序的先后顺序等。对于数控铣床，应重点考虑几个方面：能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；是走刀路线最短，既可简化程序段，又可减少刀具空行程时间，提高加工效率应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。根据工件的几何元素要求，本工件的加工方法为外轮廓的铣削，曲面的铣削。2、按照铣削加工的工艺原则，工件的加工工艺方法为：（1）在台虎钳上装夹毛坯，加工部分高出台虎钳70mm；（2）使用直径为12mm，圆弧为3mm的牛鼻刀对零件（不包括流道和型腔）进行粗加工；（3）使用直径为8mm的牛鼻刀对零件进行二次开粗；（4）使用直径为8mm的球头刀对零件整体（不包括流道和型腔）进行精加工；（5）使用直径为12mm的平刀进行平面加工。（6）对零件进行抛光处理，使零件达到所要求的表面粗糙度；4.1.3 毛坯设置数控铣床它的夹头用虎钳夹装夹毛坯，毛坯尺寸10010067mm。用牛鼻铣刀1015粗铣刀，粗铣时最大进给量为2mm，主轴的转速为1000转/分钟。粗加工余量为0.5mm，下工件设置，毛坯设置尺寸设置：10010030.76mm材料：45#钢选择定位基准（1）粗基准的选择原则选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，并注意尽快获得精基面。本固定钳身的加工应遵循的原则有：合理分配加工余量原则保证零件相互位置要求原则夹紧原则不重复使用原则本次设计的固定钳身粗基准的选择遵循的是合理分配加工余量原则，所选的基准为零件的外圆柱表面7。（2）精基准的选择原则选择精基准时，主要考虑保证加工精度。本固定钳身数控加工工艺规程制订的加工应遵循的原则有：基准重合原则固定钳身数控加工工艺规程制订为轴类零件即选用外表面基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合误差。自为基准原则选择加工表面本身作为定位基准，本零件对加工表面没有太高的尺寸精度要求，所以不必考虑此原则。互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。无论是精基准还是粗基准的选择，上述原则都不可能同时满足，有时还相互矛盾的，因此，选择根据实际情况分析，权衡利弊，保证其主要要求。本次设计的固定钳身数控加工工艺规程制订精基准的选择遵循的是基准重合原则，固定钳身数控加工工艺规程制订轴类零件即选用外表面基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合误差。由于毛坯已经确定采用铸件，比较适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。铸件的毛坯精度较高,硬度较大，外圆柱表面的毛坯余量均匀。所以，可以直接采用钢料的外圆柱表面作为粗加工定位基准。以毛坯的外圆柱表面作为粗定位基准，加工出零件的精加工定为基准。这样可以确保重要表面的精加工余量，采用外圆柱表面作为粗加工定位基准，达到了简单、方便、快捷的目的。缩短了加工时间，提高了生产效率8。4.2 钳口板加工4.2.1 图纸分析钳口板三维图所示材料为45号钢，单生产。1、几何元素分析：该工件外形简单，包含了平面、孔等几何元素。2、精度分析：该工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求较高，部分尺寸达到IT8-IT7级精度。3、材料分析：固定螺钉的材料为45钢，调制状态，硬度为HRC20-30，适合加工中心加工。4.2.2 加工工艺路线的总体设计铣削加工工艺路线的拟定是制定铣削工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择各种加工表面的加工方法、划定加工阶段、划分工序的先后顺序等。对于数控铣床，应重点考虑几个方面：能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；是走刀路线最短，既可简化程序段，又可减少刀具空行程时间，提高加工效率应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。（1）根据工件的几何元素要求，本工件的加工方法为外轮廓的铣削。（2）按照铣削加工的工艺原则，工件的加工工艺方法为：在台虎钳上装夹100x27x10的毛坯，加工部分高出台虎钳10mm；使用直径为10mm，圆弧为3mm的牛鼻刀对零件（不包括流道和型腔）进行粗加工；4.2.3 毛坯设置数控铣床它的夹头用虎钳夹装夹毛坯，毛坯尺寸1002710mm。用牛鼻铣刀1015粗铣刀，粗铣时最大进给量为2mm，主轴的转速为1000转/分钟。粗加工余量为0.5mm11。4.3 固定螺钉的加工4.3.1 图纸分析固定螺钉三维图，固定螺钉二维图，所示材料为45号钢，单生产。1、几何元素分析：该工件外形规则，包含了槽、阶梯轴等几何元素,其中，偏心部分在设计的过程中利用偏移命令建立。2、精度分析：该工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求较高，部分尺寸达到IT8-IT7级精度。3、材料分析：固定螺钉的材料为45钢，适合加工中心、数控车加工。4.3.2 工件的基准分析1、设计基准分析：工件的设计基准为轴线。2、工艺基准分析：该零件用到数控车加工，以左端面和轴线为工艺基准，左端面为粗基准。4.3.3 加工工艺路线的总体设计1、加工方法：根据工件的几何元素要求，本工件的加工方法包括外轮廓铣削，轴类切削。2、加工工艺路线：（1）车削右端面，保证平面度（2）在车床上加工右端面，保证右端的轴。（3）夹住左端轴，车加工左端轴。（4）夹住右端的轴，加工出左端直径4mm的阶梯轴。（5）夹住左端，加工出M4的孔4.4 活动钳口加工4.4.1 图纸分析台虎钳活动钳口三维图，所示材料为45号钢，单生产。1、几何元素分析该工件外形形状复杂，具有较多的曲面，倒角，而且其中流道的宽度较窄，对刀具要求高，难度大，对切削用量、进给量要求很高，必须有很高的表面粗糙度和尺寸精度。2、精度分析该工件加工部分要求很高，必须拥有很高的表面粗糙度和尺寸精度9。该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，主要尺寸高达IT1IT2级精度。凹模主要工作部分的表面粗糙度为0.8um，其余的为3.2um。最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差为上偏差；最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差为下偏差；确定公差相对零线位置的那个极限偏差。它可以是上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差为基本偏差；加工精度包含了三个方面内容：尺寸精度：指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心的相符合程度形状精度：指加工后零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度位置精度：指加工后零件有关表面之间的实际位置彧理想位置的相符合程度3、材料分析毛胚材料为45钢，主要用于制造强度较高、韧性中等的零件，通常在调制、正火状态下使用，如齿轮、齿条、链轮、轴、键、销、压铸机及泵的零件等。可代替渗碳钢制造齿轮、轴、活塞销等，但要经过表面淬火处理。热处理规范及金相组织：金属材料热处理，是指在一定的条件下将材料加热到一定的温度，并保持一定时间，随后以各种不同的数独使其冷却到室温。以改变材料的内部结构组织，从而获得所需要的物理、力学或化学性能10。4.4.2 加工工艺路线的总体设计铣削加工工艺路线的拟定是制定铣削工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择各种加工表面的加工方法、划定加工阶段、划分工序的先后顺序等。对于数控铣床，应重点考虑几个方面：能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；是走刀路线最短，既可简化程序段，又可减少刀具空行程时间，提高加工效率应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量11。根据工件的几何元素要求，本工件的加工方法为外轮廓的铣削，曲面的铣削。按照铣削加工的工艺原则，工件的加工工艺方法为：（1）在台虎钳上装夹200x200x40的毛坯，加工部分高出台虎钳30mm；（2）使用直径为16mm，圆弧为3mm的牛鼻刀对零件（不包括流道和型腔）进行粗加工；（3）使用直径为10mm的平底刀对零件四个角进行局部精加工；（4）使用直径为10mm的球头刀对零件整体（不包括流道和型腔）进行精加工；（5）使用直径为4mm的球头刀加工出流道；（6）对四个型腔单独抽取电极，制作出形状一致的电极，再做完全部精加工后，利用电火花，打出型腔；（7）对零件进行抛光处理，使零件达到所要求的表面粗糙度；4.5 丝杠加工4.5.1 图纸分析台虎钳丝杠，所示材料为45号钢，单生产。1、几何元素分析：该工件是外形简单，但是由于装夹位置太小，所以加工起来比较复杂，要多次用到配合进行加工。2 、精度分析：该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：轴的材料为45钢，适合车削加工。4.5.2 工件的基准分析设计基准分析：工件的设计基准为轴的中心线。4.5.3 加工工艺路线的总体设计 1、加工方法：根据工件的几何元素要求，本工件的加工方法为车削加工。考虑到装夹的难度和安全问题，本次加工的过程中要多次用到配合进行辅助加工12。2、加工工艺路线：（1）车削右端面，保证平面度（2）对右端进行加工。（3）夹住右端200mm的轴径，车加工左端轴。（4）夹住右端的轴，加工出左端直径12mm的退到槽。5 台虎钳的使用说明书钳工用普通台虎钳的操作很容易掌握。其操作步骤如下：1、根据所加工工件的大小和材料以及加工时的受力大小和力的类型，确定要夹紧此类工件的夹紧力，并调好夹紧力。2、调整好夹紧力以后，就拧紧不动。3、将工件放入钳口，用手推动活动钳口，夹紧工件，给工件一个初始夹紧力，然后压下刹铣手柄。4、夹紧之后是钳工工作者进行加工了。5、只要拧开扳手就可以拖动活动钳口，从而松开。5.1 产品名称台虎钳5.2 结构分析及产品工作原理台虎钳，是一种装在工作台上供夹待工件用的夹具，台虎钳分为固定式和回转式，此处研究的为回转式台虎钳（以下台虎钳简称如图5.1所示）。图5.1 台虎钳简称台虎钳结构：台虎钳主要由活动钳身、固定钳身、丝杆、手柄等可活动零件，以及螺钉、螺母等起固定作用的零件组成。工作原理：台虎钳的底座用螺栓固定于工作台边缘上，固定钳身装在底座上，并能绕底座轴心线绕一定角度转动，当转到要求的方向时，扳动夹紧手柄使夹紧螺栓旋紧，使固定钳身固紧。活动钳身通过导轨与固定钳身的导轨配合。处于活动钳身上的丝杆可以旋转，但不能轴向移动，并与安装在固定钳身内的丝杠螺母配合。当摇动手柄时，丝杠旋转，带动活动钳身相对于固定钳身作轴向移动，在钳口的作用下夹紧或放松物件。其次，在丝杆与活动钳身配合处有弹簧，其借助挡圈和开口销固定在丝杠上，当放松丝杠时，可使活动钳身及时地退出。另外，在固定钳身和活动钳身上，各有用螺钉固定的钢制且制有交叉网纹的钳口，起夹紧、防滑的作用。5.3 零部件信息序号名称数量材质成型工艺1螺栓11Q235打头、搓丝、热处理2丝杆螺母145铸造、钻孔、车削3螺栓23Q235打头、搓丝、热处理4螺母3Q235冷拔、钻孔、车削5底座1HT200铸造6固定钳身1HT200铸造7挡圈1Q235冷拔8弹簧155Si2Mn拔制、冷加工9丝杆145拔制、车、铣削10手柄145铸造11活动钳身1HT200铸造12钳口245锻造、淬硬、镗削13螺钉M5124Q235打头、搓丝、热处理14螺母22Q235钻孔、车削15夹紧螺栓2Q235打头、搓丝、热处理表5-1 零部件信息表5.4 总体分析台虎钳属于虎钳的一种，装置在工作台上，用以夹稳工件之用，为钳工车间必备工具。其钳体为为铸铁制作，强度、韧性符合要求，使用安全不易断裂。钳口经精密加工后感应淬火处理，夹持坚固耐用，丝杠是45钢调质处理而成。可回转的钳身操作简便、人机，在不取下工件的情况下，也可方便地从各角度对其加工。表面处理采用了喷漆工艺，起到保护、美观的作用，其蓝色起到镇静工人心情，缓解压力的作用，传统却经久耐看12。5.5 分项分析5.5.1 形态分析台虎钳采用工业的几何外形，包含曲线、棱角、圆弧等形态符号，体现出很强的机械时代信息。圆形开槽底座隐含着可旋动的滑槽语义；棱角分明的钳体结合有弧度的曲线，传达工具硬朗、稳固的机械工具品质。出于使用环境的限定，其不加修饰的外形给我们一种机械的美感，传达出工业产品的力量感，似乎能嗅出其原材料的金属味。固定钳身与活动钳身张合作用、钳口交叉网纹等借鉴仿生动物嘴巴、牙齿形态，抽象提炼工业基本形态。总体体现简洁、几何、机械、有力度的工业特征。5.5.2 色彩分析产品采用单一的深蓝色涂饰符合设计车间产品的要求，具有理性、现代、工业的语义。其次，蓝色为冷色调，有镇静的效果，从心理层面可以平定人的情绪，蓝色也是后退色，使人感觉时间过得很快。在机器高速运转，工件切削等重体力、高噪音的生产环境里，稳定工人的情绪，营造色彩舒适的环境很重要，因而冷静、平稳的蓝色在此处使用得很恰当。除外，无镀色的钳口、螺栓等零件也起到一定的色彩分割作用，不至于产品整体看起来呆板，并且起到了划分功能的语义效果13。5.5.3 人机关系分析台虎钳是车间里用于夹紧固定工件，帮助钳工对工件进行再加工，如锯断、打磨等操作，解决了钳工夹紧工件的困难。回转式台虎钳最大的人机工学优点在于它能多角度回转固定钳身，当工件夹紧后，需要从另一个角度打磨时，取下工件再安装上会错位。而加上回转功能后，钳工只需要扳转夹紧螺栓手柄，调整固定钳身到最适加工位置，仍可在原地进行加工工件，减少身体扭动活动10。宽大的钳口和有曲线坡度的钳身提供了也很大的加工空间，适合钳工宽松地使用各种工具，如锯、磨刀、锉刀。此外，钳身的宽度、高度都符合人机尺寸；丝杆手柄、夹紧螺栓的手柄考虑到了省力问题，加大了手柄条的长度，一方面应用了杠杆省力的原理，降低工人操作强度；另一方面，设计的手柄是活动的，可供两侧使用，即可推又可拉，同时也满足双手操作使用。前身尖锐的棱角处理倒角，打磨圆滑，防止对操作者刮伤。5.5.4 工艺分析1、工艺方法分析台虎钳零部件繁多，主要涉及到铸铁、钢材料的成型加工工艺。钳身、底座等主要大体部件都采用HT200灰口铸铁，其具有优良的铸造性、减震性、耐磨性等特点，材料价格低廉，生产加工简单。运用砂型铸造工艺，再经打磨，处理粗糙度等方法成型14。丝杆则是45钢经拔制成棒状、再在机床，如车床、铣床上，由高速旋转刀头从工件上铣削出螺纹的螺纹加工方法。螺栓、螺钉则是采用Q235材料，应用相似的成型工艺加工而成。弹簧经弹簧钢拔制、冷成型工艺。钳口由45钢经过锻造，提高硬度与韧性，再经热处理淬硬，具有较好的耐磨性。与前身配合的螺纹孔则是由镗床镗出来的。表面处理采用烤漆，镀层工艺，起防水、防蚀、防锈作用。2、工艺水平分析整体工艺为一般加工成型工艺，涉及的都是铸造、锻造、车削等基本的金属加工工艺。特殊处理部分主要在钳口和丝杆部分，钳口因为采用的工序较为复杂，有锻造、磨削钳口和底平面、淬硬，应用工艺水平较高。丝杆的加工方法多样化，有车削、铣削等工序，高精度要求，目前加工丝杆的方法更多，但基于当时工艺，已经属于是较好的工艺水准。除此之外，整体钳身部分有较大倒角，也经过加工打磨，处理得很得当。3、新工艺应用情况针对丝杆加工，目前有旋风车削工艺、数控丝杆旋切专用机加工，国内主要采用旋风车削、铣削的工艺制造，但此方法不适用于中、大批量生产。所以现在大多企业工厂都采用旋风铣滚球丝杆工艺。其寿命高，是加工机床丝杆的理想设备,生产效率高,表面粗糙度也好。采用德国切削旋风头，数控车床加工的精度也很高，且智能化，效率高。5.6 使用注意事项1、台虎钳使用注意事项、保养及维护（1）台虎钳在安装时，必须使固定钳身的钳口一部分处在钳台边缘外台虎钳，保证夹持长条形工件时，工件不受钳台边缘的阻碍。（2）台虎钳一定牢固地固定在钳台上，两个压紧螺钉必须扳紧，使虎钳钳身在加工时没有松动现象，否则会损坏虎钳和影响加工15。（3）在夹紧工件时只许用手的力量扳动手柄，绝不许用锤子或其他套筒扳动手柄，以免丝杆，螺母或钳身损坏。（4）不能在钳口上敲击工件，而应该在固定钳身的平台上，否则会损坏钳口。（5）丝杆、螺母和其他滑动表面要求经常保持清洁，并加油润滑。在机械设计和制造过程中，普遍存在尺寸链问题。在把零件组装成机器的过程中，也就是将零件上有关的尺寸进行组合和积累。由于零件尺寸存在制造误差，因此装配时也就会有误差的综合和积累。累积后形成的总误差将会影响机器的工作性能和质量。这就形成了零件的尺寸误差和综合误差之间的相互影响关系。设计工装夹具也不例外。合理地确定零件的尺寸公差和形位公差显得很重要。2、注意事项（1）夹紧工件时要松紧适当，只能用手板紧手柄，不得借助其他工具加力。（2）强力作业时，应尽量使力朝向固定钳身。（3）不许在活动钳身和光滑平面上敲击作业。（4）对丝杠、螺母等活动表面应经常清洗、润滑，以防生锈。5.7 本章小结经过测量尺寸、制图，台虎钳装配图采用三个视图，其中含有三个剖视图（主视图全剖、顶视图部分剖、A-A面的半剖）；其中每个零件都能在视图上体现出来，基本能分析出各零件的组装关系。将近一周的时间，通过查找资料，测画台虎钳装配图，对其原理、结构、功能、材料工艺有了一定的了解。加强自己了结构，工艺方面的知识，进一步巩固了工程制图部分的知识。通过对这些书籍了阅读，不但完成了所做的毕业设计，还使自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对自己今后的工作有了许多的帮助。6 台式虎钳的运动仿真及分析运动仿真是设计过程中必不可少的一个环节，它可以对整个毕业设计的合理性进行最直观的的表现，运动仿真是检测我们设计的是否合理进行分析的一个重要步骤。首先我们需要新建一个fz0命名的组件把手轮和丝杠以及圆柱销用刚性连接在一起组成一个部分，在建立一个fz1的组件把钳体为缺省把钳口、M8的螺丝、底盘、底盘钉用刚性连接在一起，在重建一个名为fz2的组件我们把活动撑、压板和螺钉刚性连接在一起，最后建立一个组件把底座和底座螺钉通过刚性连接在一起。之后我们就可以建立最后一个组件来组装来进行仿真了，新建一个组件fz3以底座为缺省把fz2通过销钉连接在一起，在把fz0通过销钉和fz2连接在一起，最后我们把fz1通过滑动杆和钳体连接在一起，之后我们就可以进行机构仿真了，在装配好的基础上我们就可以在丝杠和活动撑以及底座上装入伺服电动机，之后进行分析就可以让机用虎钳进行运动了。当手轮顺时针旋转时，丝杠带动虎钳活动掌相对固定钳体从右向左移动，将丝杠的转动转变为活动钳体的直线运动，利用固定钳口夹紧工件，如图6.1和6.2所示。图6.1 固定钳口夹紧工件运动前图6.2 固定钳口夹紧工件运动为了验证整个结构的强度，决定采用计算机对钳体进行一个简易的静态强度分析。钳体材料的参数如表6-1所示。表6-1 材料参数表名称灰口铸铁常规质量密度7.1 g/cm3屈服强度150 MPa极限拉伸强度276 MPa载荷结果如图6.3所示（黄色箭头为载荷方向）。图6.3 载荷结果图力的参数设定为10000N(1吨)。力的加载位置则依据实际受力位置设置。分析完成后的结果如图6.4，6.5所示。图6.4 等效应力分

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