CAD-CA-MCAE课程设计-尖嘴钳.doc

成绩： CAD/CAM/CAE设计实践课程设计课 程： CAD/CAM/CAE设计实践学 期： 20172018学年第一学期教 师： 陶 林 时 间： 2017年 10月 20日 姓 名： 学 号： 年级、专业： 尖嘴钳的CAD/CAM/CAE设计1. 尖嘴钳的简介尖嘴钳（英文名称：needle-nose pliers 别名：修口钳、尖头钳、尖咀钳）是由尖头、刀口和钳柄组成，电工用尖嘴钳的材质一般由45#钢制作，类别为中碳钢，其含碳量为0.45%，韧性硬度都合适。图1、图2分别是一般尖嘴钳的正反面结构图。 图1 尖嘴钳正面 图2 尖嘴钳背面1.1 用途尖嘴钳钳柄上套有额定电压500V的绝缘套管。尖嘴钳是一种常用的钳形工具，主要用来剪切线径较细的单股与多股线，以及给单股导线接头弯圈、剥塑料绝缘层等，能在较狭小的工作空间操作，不带刃口者只能夹捏工作，带刃口者能剪切细小零件，它是电工（尤其是内线器材等装配及修理工作）常用的工具之一。1.2 工作原理尖嘴钳是一种运用杠杆原理（亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力的大小跟它们的力臂成反比。动力动力臂=阻力阻力臂，用代数式表示为F1l1=F2l2。式中，F1表示动力，l1表示动力臂，F2表示阻力，l2表示阻力臂）的典型工具之一。1.3 操作方法一般用右手操作，使用时握住尖嘴钳的两个手柄，开始夹持或剪切工作。用尖嘴钳折弯导线接头的操作方法是：先将线头向左折，然后紧靠螺杆依顺时针方向向右弯即成。尖嘴钳稍加改制，可作剥线尖嘴钳。方法是：用电钻在尖嘴钳剪线用的刀刃前段钻0.8、1.0mm两个槽孔，再分别用1.2、1.4mm的钻头扩一下（注意：不扩穿），使这两个槽孔有一个薄薄的刃口。1.4 修理维护不用尖嘴钳时，应表面涂上润滑防锈油，以免生锈，或者支点发涩。1.5 注意事项使用时注意刃口不要对向自己，使用完放回原处，放置在儿童不易接处的地方，以免受到伤害。1.6 分门别类市面上的尖嘴钳可以分为：高档日式尖嘴钳、专业电子尖嘴钳、德式省力尖嘴钳、VDE耐高压尖嘴钳等。2. 尖嘴钳的装配本次设计利用了Pro/E三维建模工具，完成了产品零件的建模（未写建模过程），主要说明了产品各个部分连接的方式（利用爆炸图进行说明，爆炸图标注各个零件的名称）及装配方法。并选择了一个典型的零件输出其工程图。2.1 尖嘴钳的整体装配图 图3 尖嘴钳正面模型图 图4 尖嘴钳反面模型图如上图，图3、图4是尖嘴钳建模图，可以开出与实物图基本一致，说明结构设计即外形符合要求。2.2 尖嘴钳的爆炸图钳柄2绝缘套管钳柄1绝缘套管连接体图5 尖嘴钳爆炸图2.3 尖嘴钳的装配由爆炸图可知，尖嘴钳由5件零件装配得来。钳子左右两钳柄中间凹陷部分的表面重合实现卡住的作用如图6，然后用连接件（圆柱体）通过铆钉连接。这样把两钳柄套入之后，再用热锻压把多出来的柱状压平，就自然嵌套上了，再经过铣床铣平面，钳子上下表面就没明显突出了。 图6 钳子主体连接 图7 装配绝缘管套把钳子主体连接好了以后，把用PP（聚丙烯）制造的绝缘套管套上钳子手柄即可完成钳子的装配，如图7。2.4 工程图绘制选择其中一个钳柄进行工程图绘制，然后进行尺寸标注、基本制造说明和图纸说明，如图8。图8 钳柄的工程图3. 尖嘴钳的CAM过程本次设计选择了尖嘴钳的一个零部件钳柄，说明了其CAM过程，其中包零部件的加工工艺（如表1和表2所示），加工的机床，加工参数的含义和主要的程序段，程序截取前10句，并解释了这些程序的含义。作者首先完成工艺分析（分析零件特征，加工要求，最优的加工方法），然后再填工艺卡片，特别是加工方法和参数，最后通过Creo2.0软件的仿真说明某个部位加工参数的设置方法和程序含义。3.1 零件分析由工程图可知，零件手柄部分存在弯曲现象，不能车铣加工，而尖嘴钳材料是45号钢，应此采用锻造制造毛坯，方便成型。钳柄连接部分通过锻造制成实体，然后通过后期铣削加工铣去一半，再打通孔用于连接。然后铣出铡口，刨出钳口，进行调质热处理，获得强度、硬度、塑性、韧性良好的综合力学性能。最后精铣平面部分，去除所有毛刺。3.2 工艺卡片加工过程卡片见下表1，加工工序卡片见表2到表6。表1 工艺过程卡片西南交通大学机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称尖嘴钳 零件名称钳柄共1页第1页材 料 牌 号45#毛 坯 种 类中碳钢毛坯外形尺寸每毛坯件数1每 台 件 数1备 注 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 车 间 工 段设 备工 艺 装 备 工 时 准终 单件1锻造锻造毛坯2热处理正火3铣粗铣零件上表面XA5032虎口钳4铣粗铣零件下表面XA5032虎口钳5铣粗铣掉连接圆的一半XA5032压板6钻钻出12的孔XA5032虎口钳7铣铣出铡口XA5032压板8锻压用特殊刀具锻压出钳口9热处理调质10铣精铣轮廓XA5032压板100去毛刺 去除全部毛刺钳工台110终检按零件图样要求全面检查 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 张华2017.11.20标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期表2 工序卡片机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共 页第 页车间工序号工序名材料牌3铣零件上表面毛坯种类毛胚外形尺寸每毛坯可制作件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床XA5032夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件描图工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/min切削深度mm进给次数 工步工时描校机动辅助1铣上表面虎口钳1400369011底图号装订号设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期2017.11.22表3 工序卡片机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共 页第 页车间工序号工序名材料牌4铣零件下表面毛坯种类毛胚外形尺寸每毛坯可制作件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床XA5032夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件描图工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/min切削深度mm进给次数 工步工时描校机动辅助1铣下表面虎口钳1400369011底图号装订号设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期2017.11.22表4 工序卡片机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共 页第 页车间工序号工序名材料牌5铣掉连接圆的一半毛坯种类毛胚外形尺寸每毛坯可制作件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床XA5032夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件描图工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/min切削深度mm进给次数 工步工时描校机动辅助1铣掉连接圆的一半压板1400367554底图号装订号设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期2017.11.22表5 工序卡片机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共 页第 页车间工序号工序名材料牌7铣出铡口毛坯种类毛胚外形尺寸每毛坯可制作件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床XA5032夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件描图工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/min切削深度mm进给次数 工步工时描校机动辅助1铣出铡口压板28003610024底图号装订号设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期2017.11.22表6 工序卡片机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共 页第 页车间工序号工序名材料牌10精铣轮廓毛坯种类毛胚外形尺寸每毛坯可制作件数每台件数铣床XA5032设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件描图工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数 工步工时描校机动辅助1精铣轮廓压板2800361000.52底图号装订号设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期2017.11.22本次CAM的过程是工序3和4，其中只选取了铣削工件上表面。在Creo2.0中绘制出锻造粗铣过后要铣连接处的零件和铣后的完成模型，通过Creo2.0制造功能把两者装配在一起，见图9，图10。 图9 铣后的完成零件 图10 铣前铣后两装配零件选择机床类型为铣床。在刀具设定中选择端铣削，然后选择刀具为直径为6，长为50的端铣削刀。刀具参数设置如下图12。图11 设置刀具参数通过参考坐标系设置z轴，在“操作”里设置材料为1045，加工参数如图11所示。图12 加工参数设置加工参数为：切削进给为1.5，安全距离为5，主轴速度为1400。上述完成之后，点击刀具轨迹，看仿真效果，对材料进行加工得到加工后的模型树和加工后的零件如下所示。图13 铣削后的模型输出NC代码的前十句如下：N0010 T1 M06 %换刀，1号刀，刀具直径为6mmS1400 M03 %主轴转速为1400，主轴正转G00 X15.204 Y-11. %快速移动到X=15.204，Y=-11.0处G43 Z5. H01 %刀具偏置正，移动到参考高度5.0处G01 Z0. F1.5 %刀以一定的速度运动速度下降到0高度处，进给量是1.5X-2. %刀沿x负方向移动到x=-2.0X-5.793 Y-9.166 %刀具移动到X-5.793，Y-9.166X12.256 %刀沿x正方向移动到x=12.256X10.502 Y-7.333 %刀具移动到X10.502，Y-7.333X-13.624 %刀沿x负方向移动到x=-13.6244. 尖嘴钳的CAE过程在平常工作中，尖嘴钳一般不带刃口者实现夹捏工作，带刃口者实现剪切细小零件工作。本次设计选择一个尖嘴钳的叶柄，选取剪切功能，说明CAE过程。实现剪切功能时，把尖嘴钳受力情况简化成图14。图14 剪切时受力简图其中，受力F=20N，利用Creo受力，则钳口一面所受压力为20N/(10mm*0.4mm)=5MPa。约束定为面约束，固定在地面，也有销约束，固定连接处曲面。材料密度为7.85g/(cm3)、杨氏模量为210GPa,泊松比是0.31，抗拉极限强度为600MPa，屈服强度为355MPa。受力分析的结果如图15。图15 应力分布可以知道，最大受力在接近连接圆处，最大应力是7.214MPa，远小于材料的抗拉强度，满足工作要求。5. 结论作为一种常用的钳形工具，尖嘴钳的应用很广泛。本次通过CAD/CAM/CAE设计，首先建立了尖嘴钳模型，确定了尖嘴钳的结构、材料，还确定了尖嘴钳的加工工艺，并利用软件对尖嘴钳的某一步骤进行了仿真，最后还