台虎钳设计与改造

毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 QUESTION ORDERS TAIWAN VICE DESIGN AND TRANSFORMATION 题 目 台虎钳设计与改造 院 系 部 机电信息学院 专业及班级 机械设计制造及其自动化 姓 名 指 导 教 师 日 期 2012 7 10 I 摘 要 机械加工中 台虎钳是较为常见的装夹工具 它分机同和手用两种 都是利用 两钳口作定位基准 靠丝扛 螺母传送机械力的原理进行工作的 台虎钳结构简单 装夹迅速 加工时省时省力 提高了加工效率 加工精度 产品质量 但是台虎钳 也有其不足之处 如不能较好的装夹外形较为复杂和不规则工件 主要原因是台虎 钳钳口是平直的 不适于装夹球形 特别是圆柱形工件 机加工时工件易位移 有 时工件还会飞出机床台面 为此 特对台虎钳的钳口进行结构的改进设计 以满足 其使用功能的要求 使其更加的实用化 普通台虎钳的主要功能是夹紧工件 以使加工方便 快捷 本论文利用普通台 虎钳的特性 对其使用功能进行了拓展 如充当划线平台 绕制弹簧 校正小钢材 等 使台虎钳的功能更加全面化 根据使用条件的不同 加工环境的不同 人们还会对台虎钳进行进一步的改进 会有越来越多不同的结构使台虎钳的使用功能多样化 全面化 关键词 台虎钳 夹紧 定位基准 实用化 II PICK TO Mechanical processing vise is relatively common clamping tool it extension TongHe hand two kinds all is the use two jaw for locating datum rely on silk carry nut transfer mechanical force principle of the work Taiwan vice structure is simple the clamping quickly The processing saves time and effort to improve the machining efficiency and machining precision product quality But vice also has its deficiencies such as not good the clamping is relatively complex and irregular shape workpiece The main reason is the vise jaw is flat not suitable for the clamping ball especially cylindrical workpiece When machining the workpiece easy displacement and sometimes the workpiece will also fly out of the machine tool mesa Therefore especially of the jaw vice structure improvement design in order to meet the needs of using function make it more practical Ordinary vise s main function is clamping workpiece in order to make processing convenient fast This paper use ordinary vise according to the property of its use function expansion such as act as marking platform winding spring correction small steel etc Make vise function more generalization According to the different using conditions processing environment different people also to vise for further improvement there will be more and more different structure make vise the use function of diversification and generalization KEYWORDS TAIWAN VICE CLAMPING THE LOCATING DATUM PRACTICAL 1 目目 录录 摘 要 II 目 录 1 2 对台虎钳各个零件的设计 3 2 1 固定钳座的设计 3 2 2 活动钳身的结构设计 5 2 3 方块螺母的结构设计 8 2 4 钳口板的结构设计 10 2 5 固定钳口板用螺钉的结构设计 12 3 固定活动钳身用螺钉的结构设计 14 3 1 螺母 M10 的选择设计 15 3 2 销的选择设计 16 3 3 螺杆的结构设计 17 3 4 螺杆的强度校核计算 19 3 5 垫片的选择设计 20 4 钳口的设计 21 4 2 V 形钳口的分析 23 4 3 V 形钳口的选择设计 24 4 4 V 形钳口的实例设计 25 4 5 紧固螺钉的选择 26 5 台虎钳结构的装配 27 5 1 台虎钳的爆炸视图 27 5 2 装上 V 形钳口的台虎钳效果示意图 27 台虎钳使用功能方法的拓展 29 当 V 形块使用 29 手工绕制弹簧 29 校正小钢材 29 致 谢 31 参考文献 32 2 1 对机用台虎钳的概述 1 11 1 机用台虎钳的机用台虎钳的简介简介 机用虎钳是一种在机床工作台上用来夹持工件 以便于对工件进行加工的通用 夹具 机用台虎钳装配图采用了三维立体图和一个表示单独零件的爆炸视图来表达 图 1 1 1 21 2 台台虎虎钳钳的的用用途途 装置在工作台上 用以夹稳加工工件 为钳工车间必备工具 转盘式的钳体可 旋转 使工件旋转到合适的工作位置 1 31 3 台台虎虎钳钳的的规规格格 其规格用钳口宽度来表示 常用规格有 100MM 125MM 150MM等 1 41 4 使使用用台台虎虎钳钳的的注注意意事事项项 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 3 2 对台虎钳各个零件的设计 2 12 1 固定钳座的设计固定钳座的设计 根据钳工使用的实际环境 因此固定钳座需要承受较大应力 为了提高钳座的 力学性能 生产上采用孕育处理 使其具有较高的强度和硬度 并具有断面缺口敏 感性小的特点 因此选取材料为 HT200 2 其最小抗拉强度值为 200MPA 根据固定 钳座的零件图画出三维实体图 固定钳座的零件图 图 2 1 图 2 1 固定钳座的零件图 固定钳身的三维实体图 图 2 2 4 图 2 2 固定钳身 仰视 固定钳身的三维实体图 图 2 3 5 图 2 3 固定钳身 俯视 2 22 2 活动钳身的结构设计活动钳身的结构设计 固定钳座需要承受较大应力 为了提高钳座的力学性能 生产上采用孕育处理 使其具有较高的强度和硬度 使其具有断面缺口敏感性小的特点 因此选取材料为 HT200 2 根据零件图画出三维实体图 活动钳身的零件图 图 2 4 图 2 4 活动钳身的零件图 活动钳身的三维实体图 图 2 5 图 2 6 图 2 7 不同视角的三维图 6 图 2 5 活动钳身 图 2 6 活动钳身 7 图 2 7 活动钳身 2 32 3 方块螺母的结构设计方块螺母的结构设计 根据方块螺母的零件图画出三维实体图 3 由于方块螺母是金属结构构件 心 部强度要求不高 因此选取材料为 Q235 方块螺母的零件图 6 图 2 8 8 图 2 8 方块螺母的零件图 方块螺母的三维实体图 图 2 9 图 2 9 方块螺母 9 2 42 4 钳口板的结构设计钳口板的结构设计 钳口板的设计需要调质钢 经淬火高温回火后 使其具有良好的综合力学性能 考虑到它的使用环境 其要求强度 韧性和塑性都较高 因此选取材料为 45 钢 根据钳口板的零件图画出三维实体图 钳口板的零件图 图 2 10 图 2 10 钳口板零件图 钳口板的三维实体图 图 2 11 10 图 2 11 钳口板 2 52 5 固定钳口板用螺钉的结构设计固定钳口板用螺钉的结构设计 由于固定钳口板的螺纹孔采用了标准尺寸 直径为 M8 的孔 且根据台虎钳的强 度大 耐磨性好的 使用性能要求 本设计中选取标准件螺钉 GB T 68 M8X20 选取材料为 Q235 查取设计手册可得相关尺寸 即公称直径 M8 长度为 20MM 根 据查得的相关尺寸设计得钳口板用螺钉的三维实体图 图 2 12 11 图 2 12 固定钳口板用螺钉 3 固定活动钳身用螺钉的结构设计 固定活动钳身用螺钉的要求需要调质钢 且经淬火高温回火后 使其具有良好 12 的综合力学性能 考虑到它的使用环境 其要求强度 韧性和塑性都较高 因 此选取材料为 45 钢 零件图画出三维实体图 图 3 1 固定活动钳身用螺钉的零件图 固定活动钳身用螺钉的三维实体图 图 3 2 13 图 3 2 固定活动钳身用螺钉 3 13 1 螺母螺母 M10M10 的选择设计的选择设计 由于固定活动钳身的螺钉采用了 M10 的尺寸 且由于台虎钳的强度大 耐磨性 好的使用性能要求 调质钢 经淬火高温回火后 使其具有良好的综合力学性能 考虑到它的使用环境 其要求强度 韧性和塑性都较高 因此选取材料为 45 钢 本设计中选取标准件螺母 GB T 6174 2000 M10 10 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 图 3 3 14 图 3 3 螺母 M10 3 23 2 销的选择设计销的选择设计 设计中由于销要和固定活动钳身的螺钉 螺母的尺寸相配合 且台虎钳的使用 性能 销的强度一定要好 但考虑到工艺性和价格等因素 且碳素结构钢在力学性 能上能满足普通机械零件及工程结构件的要求 因此选取材料为 Q235 本设计中选 取标准件圆锥销 GB T 91 3X14 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 图 3 4 15 图 3 4 销 3 33 3 螺杆的结构设计螺杆的结构设计 螺杆的材质要求需要调质钢 且经淬火高温回火后 使其具有良好的综合力学 性能 考虑到它的使用环境 其要求强度 韧性和塑性都较高 因此选取材料为 45 钢 根据螺杆的零件图画出三维实体图 螺杆的零件图 图 3 5 16 图 3 5 螺杆 丝杠 的零件图 螺杆的三维实体图 图 3 6 17 图 3 6 丝杠 3 43 4 螺杆的强度校核计算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 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 18 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 17 49 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 3 53 5 垫片的选择设计垫片的选择设计 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 考虑到工艺 性和价格等因素 且碳素结构钢在力学性能上能满足普通机械零件及工程结构件的 要求 因此材料选取为 Q235 和 M10 螺母配合使用的弹簧垫圈 图 3 7 选用标准件 按 GB 93 87 相关 尺寸为 D 10 2 S B 2 6 0 M 1 3 材料为 65 MN 表面氧化 图 3 7 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 93 87 相 关尺寸为 D 18 3 S B 4 5 0 M 2 25 19 4 钳口的设计 4 14 1 钳口的钳口的设计设计 机械加工中 台虎钳是较为常见的装夹工具 它分机同和手用两种 都是利用 两钳口作定位基准 靠丝扛 螺母传送机械力的原理 其结构简单 装夹迅速 所 以被人们称道 但是台虎钳也有其不足之处 如袭夹外形较为复杂和不规则工件时 就力不从心了 主要原因是台虎钳钳口是平直的 不适于装夹球形 特别是圆柱形 工件 机加工时工件易位移 有时工件还会飞出机床台面 为此 我们对台虎钳的 钳口部位进行了改造 使之能装夹各种工件 具体方法是 按原钳口大小制一对对称的V型钳口 如图4 1 图4 1 V形钳口示意图 该V形钳口需经热处理淬火及表面处理 使用时需将原钳口卸下 装上V形新钳 口 即可使用 若工件是单件或批量小 也可不卸原钳口 直接将新钳口装上 另 外 还可以使用一块V形钳口 这样就形成了工件和钳口之间呈三条线定位接触加紧 如果使用两块V形钳口则是四条线接触夹紧 在此基础上 进一步设计制作了一系列 钳口 如图4 2 20 图4 2 A 图4 2 B 图4 2 C 21 图4 2 A所示钳口特别适用于小圆柱件的多件立式夹紧 装拆方便 夹紧力平衡 并能实现自动补偿 图4 2 B适用于装夹较大直径工件的立兜 可形成三线和四线接触夹紧 图4 2 C所示钳口适用于不规则工件的立式夹紧 上述三种钳口在使用时只需将其卡在原钳口上 并用紧固螺钉 图4 8 紧固即可 根据工件与V形块的接触母线长度 V形块可以分为短V形块和长V形块 前者限 制工件两个自由度 后者限制工件四个自由度 4 24 2 V V形钳口的分析形钳口的分析 V形块定位的优点是 对中性好 即能使工件的定位基准轴线对中在V形块两 斜面的对称平面上 在左右方向上不会发生偏移 且安装方便 应用范围较广 不论定位基准是否经过加工 不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面 都可采用V形块 定位 V形块上两斜面间的夹角一般选用60 90 和120 其中以90 应用最多 其典型结构和尺寸均已标准化 见国标附图4 3 图4 4 图4 5 V形块的材料一般 用20钢 渗碳深0 8 1 2 MM 淬火硬度为60 64 HRC 22 图4 3 V形口典型结构 图4 4 V形口典型结构 图 4 5 V 形口的国标尺寸 4 34 3 V V 形钳口的选择设计形钳口的选择设计 此次设计为改装普通台虎钳的平面钳口为 V 形钳口 13 以更好的加紧圆柱工件 23 此 V 形钳口的制作应该是一系列的 结合国家标准和本设计的要求 可得出台 虎钳 V 形块的效果图 图 4 6 图 4 6 V形钳口 4 44 4 V V 形钳口的实例设计形钳口的实例设计 此次设计中选取一组数据为例 有关尺寸如下 N 42 35 D 45 B 40 H1 18 16 可得这个尺寸列的 V 形钳口 图 4 7 24 图 4 7 V 形钳口 4 54 5 紧固螺钉的选择紧固螺钉的选择 固定 V 形钳口的紧固螺钉按国家标准 T 5783 2000 进行选择 结合设计要 求 即可选取 M12X20 的螺钉 图 4 8 就能满足紧固要求 25 图 4 8 紧固 V 形钳口螺栓 5 台虎钳结构的装配 5 15 1 台虎钳的爆炸视图台虎钳的爆炸视图 爆炸视图 图 5 1 能够较好的展示台虎钳各个零件之间的关系 它从三维立体 的角度阐明了台虎钳的结构 给人们直观直接的视觉感受 26 图 5 1 台虎钳爆炸视图 5 25 2 装上装上 V V 形钳口的台虎钳效果示意图 形钳口的台虎钳效果示意图 利用 AUTOCAD生成装配体的功能对设计改进的台虎钳进行组装 生成效果示意 图 图 5 2 27 图 5 2 V 形钳口台虎钳 此示意图只是表示了一个方面 只是在活动钳身上装有 V 形钳口 此时形成三 线接触夹紧 根据需要也可以同时在固定钳身上装上 V 形钳口 此时形成四线接触 夹紧 28 台虎钳使用功能方法的拓展 当当 V V 形块使用形块使用 利用普通台虎钳钳口的开度可以调节以及两块钢制钳口表面的直线度 平面 度 硬度 比较高的特点 在对小件圆柱体材料进行粗加工画线时 可以把它当 V 形块使用 因为在对圆柱体材料如圆钢进行画线时 需要找出圆柱体的母线 这时 往往需要有 V 形块 千斤顶把圆柱体支撑起来 然后再放到划线平台上进行画线 使用该方法 可以不用 V 形块 划线平台等工具也能完成小件圆柱体母线的画线工 作 如圆钢粗加工母线的划法 操作方法 把台虎钳的钳口旋开一定得开度即钳口的的距离 注意营销与圆柱 体的直径 把材料直接放在钳口上 然后用划针沿着钳口的平面划出圆柱体材料的 一条母线 再以这条母线为基准面画出其他的母线 假如圆柱体材料要锯开一个矩 形的平面 那么可以量取钳口张开的距离等于要加工的平面的宽 然后把材料放在 钳口上 沿着钳口两边划出线来 这样就能够同时划出两条圆柱的母线 这样简单 易操作 假如钳口不够平 可垫着钢直尺进行画线 如学生钳工实习用直径 32MM 长度 110MM的圆钢制作小铁锤 就使用这种方法 可以节省很多工 量具 手工绕制弹簧手工绕制弹簧 这种方法也是利用普通台虎钳钳口的夹紧力 用它来夹紧弹簧的钢丝一端 配 合其它工具就能绕制结构简单的弹簧 因为在机械维修中会经常遇到设备内的弹簧 折断 在短时间内很难买到原配件的情况下 就需要重新绕制弹簧 操作方法 先把弹簧钢丝折成一个直角 短边约 20MM左右 长边是用来绕制弹 簧用的 然后把短边与芯棒一起夹在普通台虎钳钳口上 靠近钳口两侧 用钢丝钳 或其它夹具夹紧钢丝长边一端绕制芯棒旋转到所需要的弹簧长度就可以了 注意要 选择合适的芯棒 即棒的直径要比原弹簧直径小一些 但又不能太小 校正小钢材校正小钢材 利用普通台虎钳钳口夹紧力的大小 可以校正不同规格的小钢材 在校正时台 虎钳的夹紧力应大于材料变形时所能承受的压力的大小 一般用来校正小直径的圆 钢 小面积的薄钢板等 操作 把工件夹在普通台虎钳的钳口上 转动手柄利用台虎钳钳口的夹紧力 对工件的变形进行有效的校正 29 结 论 在整个毕业设计阶段 通过对 AUTOCAD软件的学习 我了解到了 AUTOCAD的基本 原理和具体运用方法 并且能够运用 AUTOCAD软件对各种零件进行三维实体建模 并生产工程图 在本文中我利用 AUTOCAD软件对台虎钳及其改进结构进行了三维造 型 但还有很多不理解的地方需要更加努力的加强学习 30 致 谢 毕业