机械设计与制造及其自动化-机用台虎钳的设计.doc

毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 机用台虎钳的设计 姓 名： 黄 操 编 号： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 黄 操 专业 机械设计与制造 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 机用台虎钳的设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 机械工程 系 机械设计与制造 专业，学生 黄 操 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 机用台虎钳的设计 专题（论文）题目： 机用台虎钳的设计 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 黄 操 专业 机械设计与制造 年级 09 毕业设计（论文）题目： 机用台虎钳的设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： + 目录目录前言1第一章 加工方案21.1 课题介绍21.2 台虎钳的工作原理31.3 对台虎钳各个零件的设计41.3.1 固定钳座的设计41.3.2 活动钳身的结构设计61.3.3 方块螺母的结构设计71.3.4 钳口板的结构设计81.3.5 螺杆的结构设计9第二章 加工工艺与技术难点102.1 台虎钳结构特点和技术要求102.2 材料毛坯的选择与加工方案132.3加工分析15第三章 台虎钳钳口结构改进163.1 台虎钳的分析改进16第四章 台虎钳的多用法184.1 当V形块实用184.2 手工绕制弹簧184.3 校正小刚材18参考文献19总结20 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）前言机械是人类生产劳动的重要工具。控机床向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，相应的夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。夹具是机械加工不可缺少的部件之一。常用的几种夹具主要有：通用夹具；专用夹具；可调夹具；组合夹具；数控机床夹具等。而虎钳是最常用最经济最普及的一中夹具，其结构简单装夹迅速，定位准确，加工时省事省力，提高了加工效率和加工精度，从而提高了产品质量。机械加工中，台虎钳是较为常见的装夹工具，它分机用和手用两种，都是利用两钳口座定位基准，靠机械、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，加工时省事省力，提高了加工效率和加工精度，提高了产品质量。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的工件。主要原因是台虎钳钳口是平直的，不适于装夹圆柱形工件，机加工时工件以为易位移，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，以满足更多使用功能的要求，使其更加的实用化。关键词：夹具、孔系加工、自动加工第一章 加工方案1.1 课题介绍本次课题主要设计的是普通型台虎钳。但是因为普通形台虎钳的钳口是平的，无法装夹球型，特别是圆柱型工件。机夹时容易移位，甚至飞出工作台，为此，读者对它的结构进行了改进，以满足其使用要求，更实用化。根据学校在这次课题中所提供的材料、设备。我在设计时紧扣两点:一、最大限度的应用所学知识二、在保证时间的前提下课题能完美地完成。最终选择台虎钳为我这次毕业设计的课题。如下图所示：图1 台虎钳效果图图二 普通台虎钳零件爆炸图形1.2 台虎钳的工作原理台虎钳有固定钳座1，钳口板2，活动钳身4，螺杆8和方块螺母9等零件组成。当用扳手转动螺杆8时，由于螺杆8的左边用开口销卡主，使它只能在固定钳座1的两圆柱孔中转动，而不能沿轴向移动，这时螺杆8就带动方块螺母9，使活动钳身4沿固定钳座1的内腔作直线运动。方块螺母9与活动钳身1用螺钉3连接整体，这样使钳口闭合或开放便于装紧和卸下零件。（图2）固定钳座1再装配件中起支撑钳口板2，活动钳身4，螺杆8和方块螺母9等待零件的作用，螺杆8与固定钳座1的左、右端分别以12H8/f7和18H8/f7配合，活动钳身4与方块螺母9以20H8/f7间隙配合。固定钳座1的左右两端是由12H8和18H8水平的两圆柱孔组合，它支撑螺杆8在两圆柱孔中转动，其中间是空腔，使方块螺母9带动活动钳身4沿固定钳座1作直线运动。图三 台虎钳的装配图1.3 对台虎钳各个零件的设计1.3.1 固定钳座的设计该零件一般选用灰铸铁常用的牌号为HT200这时因为灰铸铁不仅成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性。精度要求较高的钳身可选用耐磨铸铁或铸钢件。对单件生产或某些简易的钳座，为缩短身缠周期和降低生产成本，也采用钢件焊接结构。根据固定钳座的零件图，先画出三维实体图，选取材料为HT200。图四 固定钳座的零件图五 固定钳座的三维实体图1.3.2 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HT200。活动钳身的零件图：图六 活动钳身的零件图图七 活动钳身的三维实体图1.3.3 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，选取材料为Q235。方块螺母的零件图：图八 方块螺母的零件图图九 方块螺母的三维实体图1.3.4 钳口板的结构设计根据钳口板的零件图画出三维视图，选取材料为45钢。钳口板零件图：图十 钳口板的零件图图十一 钳口板的三维实体图1.3.5 螺杆的结构设计根据螺杆的零件图画出三维视图，选取材料为45。螺杆零件图：图十三 螺杆三维实体图第二章 加工工艺与技术难点2.1 台虎钳结构特点和技术要求一、孔径精度该螺杆支撑孔的尺寸误差和几何形状误差会使螺杆与其配合不良。空径过大，配合过松，使螺杆回转不稳定，并降低了支撑刚度，易产生晃动；孔径过小，配合过紧，螺杆将因外环变形而不能正常运转，缩短寿命。螺孔不圆，也使螺杆外环变形而引起径向跳动。从上分析可知，对孔的精度要求较高，螺孔的尺寸精度为IT6级，孔的几何形状误差控制在尺寸公差范围之内。二、孔形位公差要求 同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴向的垂直度误差，形位公差如果不能保证，会使螺杆装配到钳身上后产生歪斜，致使螺杆产生径向圆跳动，和轴向窜动，加剧磨损。孔系之间的平行度误差会影响螺杆传动质量。一般同轴上各孔的同轴度约为最小孔尺寸公差之半。一般都要规定螺杆轴线对安装基面的平行度误差，在垂直和水平面两个方向上允许螺杆前端向上向前偏。.保证同轴孔系同轴度的方法：1）利用已加工孔作支撑导向当台虎钳前壁上的孔径加工好后，在空内装一导向套，通过导向套支撑镗杆加工后壁上的孔，以保证两空的同轴度要求。此法适用于加工前后壁相距较近的同轴线孔。2）采用调头镗当前后壁相距较近时，可用“调头镗”。工件在一次装夹下，镗好一端的孔后，将工作台回转180，镗另一端的孔。对同轴度要求不高的孔，可选择普通镗床镗削；对同轴度要求较高的孔，可选择卧式加工中心镗削。对于我设计的虎钳，由于钳身尺寸相对较小，对同轴度要求的孔，可采用铣平端面打中心孔钻半精镗孔口倒角精镗或绞。镗刀可采用加长减震镗刀一次装夹完成镗孔。同时此法也可保证孔与端面的垂直度要求。必须要求工件在一次装夹下完成。.孔加工方法：孔的加工精度为IT7级，一般可采用镗（扩）粗饺精铰或粗镗（扩）半精镗精镗攻螺纹加工方案（若未铸预孔则应先钻孔）。以上两种方案均能使孔的加工精度达IT7级，表面粗糙度达Ra0.632.5mm。当孔的精度高于IT6级、表面粗糙度值小于Ra0.63mm时，还应增加一道超精加工（常用精细镗、研磨等）工序作为终加工；单件小批生产时，也可采用浮动绞孔。三、主要平面精度 装配基面的平面度误差影响活动钳身与固定钳身连接时接触刚度。若在加工过程中作为定位基准时，还会影响孔的加工精度。因此规定底面和导向面必须平直和相互垂直。其平面度、垂直度公差等级为5级。顶面的平面度要求是为了保证活动钳身的移动性，活动灵活。当大批大量生产将其顶面用作定位基面加工孔时，对它的平面度要求还要提高。四、表面粗糙度 主要表面的表面粗糙度会影响连接面的配合性质或接触刚度。装配基准面和定位基准面为Ra0.632.5um，其它平面为Ra2.510um。平面的粗加工和半精加工，主要采用刨削和铣削。刨削的刀具结构简单，机床调整方便，但在加工较大平面时，生产效率低，适用于单件小批生产。铣削的生产效率一般比刨削高，在成批和大量生产中，多采用铣削。当生产批量较大时，为提高生产率，可采用专用的组合铣床对各平面进行多刀、多面同时铣削。五、零件图样分析：虎钳钳身支撑平面平面度公差为0.01mm。上平面与固定钳口面垂直度公差为0.02/300mm。两螺孔的轴线对基准面的圆跳动公差为0.03/300mm。两螺孔的轴线对基准面的平行度公差为0.03/300mm。两螺孔表面对基准面的同轴度公差为0.02mm。两螺孔圆度公差均为0.005mm；每孔内表面相对侧母线的平行度公差为0.01mm。六、拟定机械加工工艺规程的原则：（1） 加工方法的选择原则：在保证加工表面精度和表面粗糙度要求的前提下，尽可能提高加工效率。（2） 工序的划分：1 按先面后孔的原则划分工序；2 按所用刀具划分工序；3 按粗、精加工划分工序。（3）加工余量的选择：1 工序间加工余量的选择应采用最小加工余量原则，以求缩短加工时间，降低零件加工费用。但是各个工序应有充分的加工余量，特别是最后的工序。2 在选择加工余量时，还应考虑由于零件的大小不同，切削力、内应力引起的变形也会有差异，工件大，变形增加，加工余量相应地应大一些。加工方法、装夹方法和工艺装备的刚性可能引起的零件变形，过大的加工余量会由于切削力增大引起零件的变化。确定加工余量的方法有查表法、经验估算法、分析计算法。（4） 进给路线的确定：尽可能加工路线最短，减少空行程时间和换到次数，提高生产率，减少零件的变形。（5） 夹具的选择：尽量选择通用夹具、组合夹具，能使零件一次装夹中完成全部加工面的加工，并尽可能使零件的定位基准与设计基准重合，以减少定位误差。夹具应具备足够的强度和刚度，使零件在切削过程中切削平稳，保证零件的加工精度。一般多采用平口虎钳或压板为多，其装夹迅速方便、定位为准确。2.2 材料毛坯的选择与加工方案实际生产中，一般用灰铸铁，常用牌号为HT200。这是因为灰铸铁不仅成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸性和阻尼特性。该虎钳可选用耐磨铸铁，负荷大的主轴箱也可采用铸钢件。台虎钳固定钳身机械加工工艺过程卡工序 号工序 名称工序内容工艺装备1铸造2清砂3热处理人工时效处理4涂底漆涂红色防锈底漆5划线1 按图样外形尺寸及螺孔位置划出中心线2 划出各面加工线及找正线6粗铣以顶面定位基准，饶平虎钳底座加工中心7精铣以左端侧面定位安装，找正中心线， 粗精铣顶面加工中心8粗、精铣一次装夹下，铣钳身键槽加工中心9钻铣平端面后，打中心孔加工中心10粗、精镗镗钳身前壁孔，加工完成后，调头镗后壁孔加工中心11粗、精铣用加工中心分别粗精攻前后M8的螺纹加工中心12钳修毛刺13检验按图纸要求检查工件各部件尺寸及精度14入库涂油，入库台虎钳活动钳身加工工艺过程卡工序号工序名称工序内容工艺装备1铸造2清砂3热处理人工时效处理4涂底漆涂红色防锈底漆5粗铣以顶面定位基准，绕活动钳身加工中心6精铣以端面定位安装，精铣顶面加工中心7钻打中心钻加工中心8粗精铣按图纸尺寸要求粗精铣各孔加工中心9攻加工与螺杆相配合的螺纹孔加工中心10钳去毛刺11检验按图纸要求检查工件各部件尺寸及精度12入库涂油，入库2.3加工分析：一、铸件必须进行时效处理，以消除应力。有条件时应在露天存放一年以上再加工。二、为了保证加工精度应使定位基准统一，该零件主要定位基准集中在侧端面。镗孔时，在可能的条件下尽量采用“支撑镗削”法，以增加镗杆的刚性，提高加工精度。如果直径小的孔，应采用钻、扩、铰加工方法。三、为保证在同一轴上各孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套再加工其他空的方法，或使用加长减震镗刀。四、为提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗和精镗分开进行。五、孔的尺寸精度检验，使用内径千分尺或内径百分表进行测量。六、同一轴线上各孔的同轴度，可采用检验心轴进行检验。七、各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准的平行度，均应通过检验芯轴进行测量。 第三章 台虎钳钳口结构改进3.1 台虎钳的分析改进机械加工中，台虎钳是较为常见的装夹工具，它分机用和手用两种，都是利用两钳口作定位基准，靠丝杠，螺母传送机械力的原理，其结构简单，装夹迅速，但是台虎钳也有其不足之处，如装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板是平直的，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，本文对台虎钳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，如下图：图十四 V形钳口示意图该V型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型新钳口，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型钳口，这样就形成了工件和钳口之间成呈三条线定位接触加紧。根据工件与V型块的接触母线长度，V型块可分为短V型块和长V型块，前者限制工件两个自由度，后者限制工件四个自由度。如下图：图十五V型块也是支承定位。图15为常见V型块结构。图1用于较短工件精基准定位；图2用于较长工件粗基准定位；图3用于工件两端精基准面相距较远的场合。如果定位基准与长度较大，则V型块不必做成整体钢件，而采用铸铁底座镶淬火钢垫，如图4所示。根据工件与V型块的接触母线长度，长V型块限制工件四个自由度，短V型块限制工件的两个自由度。V型块两斜面的夹角有60、90和120三种，其中以90为最常用。V型块定位的优点：1）对中性好。既能使工件的定位基准轴线对中在V型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；2）应用范围较广。不论定位基准是否经过加工，不论是完整的圆柱还是局部圆弧面，都可采用V型块定位。第四章 台虎钳的多用法4.1 当V形块实用利用台虎钳钳口的开度可以调节以及两块铜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划线时，可以把它当V形块使用。因为在对圆柱体材料如圆钢进行划线时，需要找出圆柱体的母线，这时就往往需要有V形块、千斤顶把圆柱体直起来，然后再放到划线平台上进行划线。使用该方法，可以不用V形块、划线平台等工具也能完成小圆柱体母线的划线工作，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的开度即钳口的距离，注意应小于圆柱体的直径，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划出其他的母线。假如圆柱体材料要锯出一个矩形的平面，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，沿钳口两边划出线来，这样就能同时划出两条圆柱的母线，简单，易操作。假如钳口不够平，可垫着钢直尺进行划线。如我们钳工实习时用直径32mm，长度110mm的圆钢制作小铁锤，就使用这种方法，节省很多工量具。4.2 手工绕制弹簧这种方法也是利用台虎钳钳口的夹紧力，用它来加紧弹簧的钢丝一端，配合其他工具就能绕制结构简单的弹簧。因为在机械维修中常会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