平口钳的结构与工艺设计

平口钳的结构与工艺设计

机械加工中，平口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，靠丝扛、

螺母传送机械力的原理进行工作的。平口钳结构简单，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。普通平口钳的主要功能是夹紧工件，以使加工

方便、快捷。本论文利用普通平口钳的特性，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。使平口钳的功能更加全面化。平口钳是机械加工和钳

工装配或维修所必备的辅助工具。主要由活动钳口、固定

钳口、丝杆和固定钳身4部分组成。丝杆起松紧作用。

转式平口钳的钳体可在水平方向作360。旋转，并能在钳工

操作所需位置固定。有些转式平口钳还可在垂直或水平方

向作任意旋转。一般情况下，平口钳都带有便于锤打用的

砧板。其规格用钳口宽度来表示，常用规格有100mm,

125mm,150mm等。

使用注意事项：

(1)夹紧工件时要松紧适当，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)不许在滑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。

平面油压虎钳采用油压结构，能轻易的锁紧工件.虎

钳滑动面及底面,经过精密研磨，平行度精准，虎钳本体使

用球墨铸铁FCD60制造，抗张力强，耐磨性高，不易变

形.虎钳滑动面热处理HRC45。以上，保持长久耐磨及精

度。最适合于普通铳床,CNC数控铳床，机械加工，模具制造

业使用。平口钳是对现有螺纹传动平口钳的改进，主要用

于成批生产。它能实现快速夹紧与快速松开，且能保证夹

紧力大小。这样就可以避免过去要夹紧一个较薄的零件时，

因夹紧力没有办法确定调式的时间，同时因能实现快速夹

紧与快速松开，钳工用平口钳，是现在市场所没有的。

一、根据现在生产核技术越来越高，生产精度越高，

同时也是生产越来越精巧，夹紧力也要求越来越准确，不

能过大过小。但传统的平口钳所产生的夹紧力是根据师傅

的经理来保证的，因此极有可能会产生以上的不足而使废

品率提高，根据生产的需要，特此设计一套适合加工的钳

工用平口钳。

二、传统的平口钳工作效率比较低，传统平口钳是螺

纹传动，无法实现快速夹紧与松开，使得生产效率比较低。

现有的平口钳基本上用在铳床上，能实现快速夹紧与松开，

但是要配有一个机动的动力源，如果用在钳工上就成本太

高，所以不适用。新设计的钳工用平口钳，不但可以实现

快速夹紧与松开的同时，系统的动力源为手动，这样相对

于机床用的平口钳来说成本比较低，只比传统平口钳的成

本高不了多少。钳工用平口钳有以上优点，新的平口钳的

问世是迟早的问题，是必然的趋势。

平口钳结构

平口钳主要由活动钳身、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

平口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。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。

分项分析

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、铿刀。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。平口钳零部件繁多，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、铳床上，由高速旋转

刀头从工件上铳削出螺纹的螺纹加工方法。螺栓、螺钉则

是采用材料，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

合的螺纹孔则是由键床键出来的“表面处理采用烤漆，镀

层工艺，起防水、防蚀、防锈作用。

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、铳削等工序，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。

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。

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。和M10螺母配

合使用的弹簧垫圈（图16）选用标准件，按GB93—87,

相关尺寸为：d=10.2,s=b=2.6,0<m<=1.3材料为65Mn、

表面氧化。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GB93—87,相关尺寸为:d=18.3,s=b=4.5,

0<mv=2,25材料选取为Q235o

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3.2pm。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。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。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。

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)以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间的加工,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。铳削加工工

艺路线的拟定是制定铳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。对于数控铳床，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

外轮廓的铳削，曲面的铳削。2.按照铳削加工的工艺原

则，工件的加工工艺方法为：（1）在平口钳上装夹毛坯，

加工部分高出平口钳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；

3.毛坯设置

数控铳床它的夹头用虎钳夹装夹毛坯，毛坯尺寸100

xl00x67mmo用牛鼻铳刀①10'15粗铳刀，粗铳时最大进

给量为2mm，主轴的转速为1000转/分钟。粗加工余量为

0.5mm,CimatronE8.下工件设置。尺寸设置：100xio（）x

30.76mm材料：45#钢。

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：（1）合理分配加工余量原则（2）保证零件相互位置

要求原则（3）夹紧原则（4）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。（5）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：（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。

4.加工工艺路线的总体设计

铳削加工工艺路线的拟定是制定铳削工艺规程的重

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。对于数控铳

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铳削。2.按照

铳削加工的工艺原则，工件的加工工艺方法为：（1）在

平口钳上装夹100x27x10的毛坯，加工部分高出平口钳

10mm；（2）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；数控铳床它的

夹头用虎钳夹装夹毛坯，毛坯尺寸100x27x10mm。用牛

鼻铳刀①10x15粗铳刀，粗铳时最大进给量为2mm,主轴

的转速为1000转/分钟。粗加工余量为0.5mm。

固定螺钉的加工

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/T7

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。

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。

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铳削，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

活动钳口加工

图纸分析

1.几何元素分析。该工件是眼睛片的凹模，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。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ITl〜IT2级精度。凹模主要

工作部分的表面粗糙度为0.8um,其余的为3.2umo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或理想位

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。

加工工艺路线的总体设计

铳削加工工艺路线的拟定是制定铳削工艺规程的重

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。对于数控铳

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

廓的铳削，曲面的铳削。

按照铳削加工的工艺原则，工件的加工工艺方法为：

（1）在