机用虎钳设计.

1、摘要夹具对于保证加工精度，提高生产效率、降低生产成本，缓解工人劳动强度，扩大机床的工艺范围等都具有重要意义。夹具是工艺装备的重要组成部分，在机 械制造行业中具有举足轻重的地位。 近年来，夹具在国内外也正在逐渐形成为一 个依附于机床业或独立的小行业。本文主要使用计算机辅助设计软件（creo2.0creo2.0）完成机用虎钳的整体机构建模 与装配，并加载伺服电机进行运动仿真分析，得出结论。研究发现，虎钳具有结 构紧凑，夹紧力度强，易于操作使用等特点，很适合中小型铣床、钻床以及平面 磨床等机械设备使用。通过该课题研究，加强对夹具原理设计以及计算机辅助设 计等方面的系统化认识，加深对先进设计、智能制造

2、的理解。关键词机用虎钳计算机辅助设计运动仿真目录第一章 绪论 .11.11.1 国内外夹具设计的发展背景 .11.21.2 课题背景及意义 .2第二章 机用虎钳概述 .32.12.1 机床夹具概述 .32.1.1夹具的分类 .42.2.2夹具的原理 .42.22.2 机用虎钳的作用与结构 .52.32.3 机用虎钳的工作原理 .62.42.4 机用虎钳使用的注意事项 .7第三章 机用虎钳三维设计 .83.13.1 CreoCreo 2.02.0 概述 .83.23.2 CreoCreo 2.02.0 的选用理由 .93.33.3 机用虎钳主要零件设计 .9第四章 机用虎钳运动仿真 .25致 谢

3、 .27参考文献 .28机用虎钳设计与仿真分析1第一章绪论1.1 国内外夹具设计的发展背景作为机电产品制造中不可或缺的四大工具 （刀具、夹具、量具、模具）之一, 夹具对于保证加工精度，提高生产效率、降低生产成本，减轻工人劳动强度，扩 大机床的工艺范围，缩短产品试制周期等都具有重要意义。夹具是工艺装备的重 要组成部分，在机械制造行业中具有举足轻重的地位。近 1010 余年来，单件、小批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。 在这种模式下，发达国家普遍采用计算机辅助产品设计 （CADCAD）、计算机辅助工程 分析（CAECAE）和计算机仿真技术进行产品设计，这同时也对加工机床及机床夹具提 出

4、了更高的柔性要求，以求缩短生产准备时间、降低生产成本。按照单一品种设 计出来的专用夹具已经远远不能满足生产发展的需求，在这种情况下，组合夹具的出现是必然的。组合夹具正好能够适应单件、小批量生产的模式，它对缩短工 艺装备的设计、制造周期，以及产品换型后对原有工装夹具延续使用起到至关重 要的作用。图 1-11-1 计算机辅助设计制造虽然我国赶超世界发达国家的步伐越来越快，借鉴“德国工业4.04.0”，也提出了“中国制造 20252025”的概念，但由于起步晚，底子薄，与德国、美国、日本 等先进水平相比，仍然还有较大差距。为了提高我国数字化产品在国际市场中的 竞争力，我们必须加强先进设计方面的研究。

5、机用虎钳设计与仿真分析21.2 课题背景及意义本课题来源于德州职业技术学院毕业设计，设计要求是：设计一机用虎钳， 使用计算机辅助设计软件（creo2.0creo2.0）完成整体机构建模与装配，并加载伺服电机 进行运动仿真分析，得出结论。机用虎钳具有结构紧凑，夹紧力度强，易于操作使用等特点，很适合中型铣 床、钻床以及平面磨床等机械设备使用。 通过该项研究，系统加强对夹具原理设 计以及计算机辅助设计等方面的认识，加深对先进设计、智能制造的理解。机用虎钳设计与仿真分析3第二章机用虎钳概述2.1 机床夹具概述机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工 件定位，以使工件获得相对于

6、机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧图 2-12-1 a a）机床夹具b b）机床夹具C C）机床夹具2.1.12.1.1 夹具的分类（1 1）通用夹具机用虎钳设计与仿真分析4特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。（2 2）专用夹具特点是结构紧凑，操作迅速、方便，可以保证较高的加工精度和生产效率。（3 3）通用可调夹具和成组夹具该类夹具特点是夹具的部分元件可以更换， 部分装置可以调整，以适应不同 零件的加工。（4 4）组合夹具组合夹具特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别 适用于新产品的试制和单件小批生产。（5 5）随行夹具随行夹具是一种在自动线上

7、使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。2.2.22.2.2 夹具的原理（1 1）定位元件它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置， 从而保证 加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。（2 2）对刀、引导元件或装置这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。（3 3）夹紧装置用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。（4 4）连接元件使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。（5 5）夹具体用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机 床有关

8、部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。（6 6）其它元件及装置机用虎钳设计与仿真分析5有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。以上这些组成部分，并不都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。图 2-22-2 夹具的原理2.2 机用虎钳的作用与结构机用虎钳是安装在机床工作台上， 用于夹紧工件， 以便进行切削加工的一种 通用工具。固定钳身可安装在机床的工作台上， 起固定机座作用。转动手柄可以 旋转丝杠，丝杠通过螺旋孔带动滑块左右运动， 移动滑块上面带着活动钳口，这 样，活动钳口和固定钳口一起就

9、可以实现工件的夹紧和松开。图 2-32-3 机用虎钳结构图机用虎钳主要由以下几个部件组成:1底座：用来支撑底盘及钳体；2底盘：用来支掌钳体，并可带动钳体旋转;机用虎钳设计与仿真分析63钳体：安装在底座上面，用来和支掌活动掌及工件；4活动掌：用来收紧或放松钳身，从而夹紧工件；5钳口：夹紧工件时钳口接触工件的部份，可置换；6压板：用来活动掌固定在钳体上；7丝杠：用来连接钳体与活动掌，并带动活动掌作轴向运动；8手柄：安装在丝杠右端，使丝杠作旋转运动；9螺栓、螺母：用来固定虎钳的各部件。2.3 机用虎钳的工作原理它的结构是由钳体、底座、导螺母、丝杠、钳口体等组成。活动钳身通过导 轨与固定钳身的导轨作滑

10、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。 当转动手柄使丝杠旋转，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 三个螺栓孔，用以与钳台固定。g垫圈 $

11、螺母丁螺料&活动钳身4螺钉碉xE3垫圈2蛭杆机用虎钳设计与仿真分析72.4 机用虎钳使用的注意事项（1 1）安装时，必须使固定钳口的一部分突出于钳台外缘，这样在夹持长条形工 件的时候，钳台外缘不会干涉工件。（2 2）固定在钳台上的时候，三个压紧螺钉必须扳紧，不能使虎钳钳身在零件加 工过程中出现松动，否则会损坏虎钳和影响加工精度。（3 3）在夹紧工件时， 只许用手的力量扳动手柄， 绝不允许用锤子或其他套筒扳 动手柄，以免丝杠、螺母或钳身受到损坏。（4 4）装卸工件需要敲击时，应该在固定钳身的平台上进行，不能在钳口上敲击 工件，以免损坏钳口。（5 5）丝杠、螺母和其他滑动表面要求经常保持清

12、洁，并加油润滑。第三章机用虎钳三维设计近年来计算机辅助设计之所以能迅速发展，主要是因为它可以提高设计效 率、提高设计质量、实现数据共享、实现智能设计。计算机辅助设计方便快捷、 效率高，大型设计可以数人同时操作；易修改，后期处理方便，数套设计方案可 以同时推出；它的表现手段丰富，视觉冲击强烈。但是计算机辅助设计带来方便 的同时也对设计人员提出了更高的要求，设计人员需要具备扎实的功底和熟练的 操作技能。nja壬T.:卩LZ)“1am-*tt相ESTT- *TA ,|J FT-JWA-1$1弼Ar-irnE*1g死ITZS1事粤Al1 s图 2-52-5 机用虎钳装配图机用虎钳设计与仿真分析83.1

13、 Creo 2.0 概述图 3-13-1 CreoCreo 2.02.0 界面20122012 年 3 3 月，PTCPTC 公司推出正式版 CreoCreo 2.02.0。CreoCreo 是一组可伸缩的、可互 操作的产品设计软件，可快速实现价值，功能覆盖整个产品开发领域，空前的互操作性，可确保在内部和外部团队之间轻松共享数据。CreoCreo 的产品设计应用程序使企业中的每个人都能使用最适合自己的工具，因此，他们可以全面参与产品开发过程。CreoCreo 2.02.0 是目前工作中最优秀的 2D2D 和 3D3D CADCAD 软件，具备互操作性、开放、 易用三大特点，软件整合了PTCPT

14、C 公司的三个软件 Pro/EngineerPro/Engineer 的参数化技术、CoCreateCoCreate 的直接建模技术和 ProductviewProductview 的三维可视化技术，能够为用户设计出 富有创意的三维产品。3.2 Creo 2.0 的选用理由CreoCreo 2.02.0 在计算机辅助设计制造方面属于中档以上的设计软件，非常具有先 进性。同时，该软件操作简单、容易上手，操作界面比较人性化，特别是参数化 设计，对于操作者来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。所以 在本次毕业课题设计中选用该软件。机用虎钳设计与仿真分析9图 3-23-2 a a）零件模式

15、下的工具栏b b）组件模式下的工具栏c c）工程图模式下的工具栏3.3 机用虎钳主要零件设计（1 1）钳体设计本次设计的定位为一般的小型机用虎钳，所以设计钳体的三维尺寸为长184mm184mm、宽 126mm126mm、高 84mm84mm。内槽两侧开有退位槽，这样可以增大虎钳的行 程。考虑到安装要求，对称添加四个耳板，半径R2R2 8 8。机用虎钳设计与仿真分析10图 3-33-3 钳体零件图1新建文件依次点击“新建”-“零件”一“实体”，将文件名记为零件“ qiaqia ntinti”，最后点击“确定”进入设计界面。2创建特征点击“拉伸”按钮，进入草绘模式。创建草绘，拉伸深度为2525,单

16、击“确定”，完成创建。机用虎钳设计与仿真分析113创建导轨选择侧面螺杆支撑座的侧面为草绘平面， 创建矩形，然后拉伸 127mm127mm,得到 导轨实体。4创建固定钳口的固定体将钳体的上端面作为草绘平面，创建矩形，拉伸100mm100mm5添加左右耳板点击“拉伸”按钮，进入草绘模式。创建圆形，拉伸深度为 8 8,单击“确定”，机用虎钳设计与仿真分析12完成创建6创建“孔”特征单击特征工具栏中 拉伸”按钮，单击 放置”T定义”，点击相应位置作为草 绘平面，单击 草绘”按钮，进入草绘模式。最后选择去除材料，拉伸得到孔眼。7最后还需要创建“螺纹孔”特征机用虎钳设计与仿真分析13u Yviw宀叫图 3

17、-43-4 a a）钳体三维视图b b）钳体仰视图机用虎钳设计与仿真分析14C)C)钳体俯视图(2 2)活动钳身设计活动钳身主要承载活动钳口，还要连接螺杆。所以钳身上端设计螺纹孔， 用 于螺杆的连接，侧边采用弧形设计，以方便必要的时候生产加工人员手工操作。图 3-53-5 活动钳身零件图采用相同的建模“草绘”、“拉伸”方法，首先创建底板，然后创建上部实 体，最后打通孔。得到上滑块的三维视图和俯视图如下:机用虎钳设计与仿真分析151创建底板特征2创建键槽特征选择板的侧表面为草绘平面，选择“拉伸”进入草绘模式。最后选择去除材 料，得到键槽。3创建“孔”特征机用虎钳设计与仿真分析164最后创建固定钳

18、口的支撑座机用虎钳设计与仿真分析17(3(3)螺杆的设计图 3-63-6 a)a)活动钳身主视图b)b)活动钳身左视图图 3-73-7 螺杆零件图螺杆的具体尺寸如上图所示，在参数设计时，丝杠螺纹进行4545倒角，螺机用虎钳设计与仿真分析18距为 3 3。具体创建过程如下:1创建“丝杠主体”特征单击特征工具栏中“旋转”按钮，然后依次点击“放置”-“定义”，选择 右面为草绘平面，进入草绘模式后单击“直线”选项。2创建“丝杠螺纹”特征单击工具栏中的“插入”按钮，依次选择“螺纹扫描”切口” 一“常数一一穿过轴一右手定则一完成”一“ TOPTOP正向一缺省”，输入螺距。最后点击对话框中“确定”按钮，完成

19、“螺纹”创建。3在螺杆的端部开9 9 的孔，以便安装手柄机用虎钳设计与仿真分析192创建“锥孔”特征(4)(4) 钳口的设计1钳口主体设在草绘模式中创建草图如下:r r|1IIIsa.oosa.oo20-0“拉伸”深度为 1010。图 3-83-8 a)a)丝杠三维建模图UIUI机用虎钳设计与仿真分析20选择“ FrontFront”平面作为早绘平面1-TIH H30.00I1I3创建“纹路”特征单击经 I I 按钮，选择直线进入草绘模式。选择“阵列”，以方向分布，选取右侧面，数量为 2020，距离为 6 6。钳口板尤例己：1制图材料45审核b)b)钳口板零件图(5)(5)其它附件的设计图 3

20、-93-9 a)a)钳口板三维建模机用虎钳设计与仿真分析21附件主要是指螺钉、手柄、手柄球、定位销等等。机用虎钳设计与仿真分析22螺钉图 3-103-10 a a）螺钉尺寸b b）螺钉三维建模手柄图 3-113-11 a a 手柄尺寸机用虎钳设计与仿真分析23手柄球卡套b b）手柄三维建模c c）手柄两端开3.23.2 孔6图 3-123-12 a a）手柄球尺寸b b）手柄球与手柄装配机用虎钳设计与仿真分析24紧定销耐聖苛h（l I图 3-133-13 a a）卡套尺寸b b）卡套三维侧视图c c）卡套三维俯视图机用虎钳设计与仿真分析25图 3-143-14 紧定销尺寸滑键图 3-153-1

21、5 a)a)滑键尺寸b)b)滑键三维视图(6)(6) 装配图机用虎钳设计与仿真分析26图 3-163-16 机用虎钳剖视图图 3-173-17 三维装配图图 3-183-18 三维侧视图最后的总装配图如下所示:机用虎钳设计与仿真分析27U餌Bt轟瑞何起瞒熾在龄凱I如2陽輛”星#抖網.钳卵:締n摘硼軸训nut：刖抵创 帜尊加出難产冊n卅胡山昶m炖肄邂潮am枫in删比机用虎钳设计与仿真分析28第四章机用虎钳的运动仿真机械运动仿真技术是一种建立在机械系统运动学、 动力学理论和计算机实用 技术基础上的新技术，涉及建模、运动控制、机构学、运动学和动力学等方面的 内容，主要是利用计算机来模拟机械系统在真实

22、环境下的运动和动力特性，并根据机械设计要求和仿真结果，修改设计参数直至满足机械性能指标要求或对整个 机械系统进行优化。运动仿真是设计过程中不可或缺的一个环节， 通过运动仿真可以查看设计方 案是否合理、运动和力学性能参数是否满足设计要求、零部件在运动过程中是否 存在干涉问题等等。所以在最后一章，我们进行运动仿真来检测设计结果。首先将钳体与固定钳口用刚性连接在一起组成一个部分记为fofo，再将上滑块、下滑块、活动钳口、螺钉用刚性连接在一起记为flfl，最后将 fofo 和 flfl 通过丝杠连接在一起，装配完成。在装配好的基础上进行机构的运动仿真， 在丝杠和下 滑块以及钳体上装配伺服电动机，之后进行分析就可以让机用虎钳进行运动了。 机用虎钳的运动过程具体如下：（1 1）当手柄顺时针旋转时，丝杠带动虎钳上下滑块相对固定钳体从左向右移动， 将丝杠的转动转变为滑块的直线运动，利用固定钳口夹紧工件。图 4-14-1 a a）活动钳口向右运动b b）夹紧工件机用虎钳设计与仿真分析29(2 2)当手柄逆时针旋转时，丝杠带动虎钳上下滑块相对固定钳体从右向左移动, 从而松开工件。图 4-24-2 a)a)活动钳口向左运动b)b)松开工件机用虎钳设计与仿真分析30致谢不知不觉大学生活转瞬即逝，我自己也从一个懵懂无知的少年变成了装满知 识的青年，即将走出校园，迈入社会。