基于SOLIDWORKS的臺虎鉗結構的改造及其功能的拓展

1、目 錄1 緒論12 普通機用臺虎鉗的結構設計12.1 機用臺虎鉗的工作原理12.2 對臺虎鉗各個零件的設計22.2.1 固定鉗座的設計22.2.2 活動鉗身的結構設計42.2.3 方塊螺母的結構設計52.2.4 鉗口板的結構設計62.2.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y構設計72.2.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y構設計82.2.7螺母m10的選擇設計92.2.8銷的選擇設計102.2.9螺桿的結構設計102.2.10 螺桿的強度校核計算112.2.11墊片的選擇設計123 對臺虎鉗的部件（鉗口）的結構改進123.1 鉗口的分析設想123.2 v形鉗口的分析143.3 v形鉗口的選擇設計153.4 v形鉗

2、口的實例設計163.5緊固螺釘?shù)倪x擇164 臺虎鉗結構的裝配174.1 臺虎鉗的爆炸視圖174.2裝上v形鉗口的臺虎鉗效果示意圖：175臺虎鉗使用功能方法的拓展185.1當v形塊使用185.2 手工繞制彈簧185.3 校正小鋼材186 結論19致謝20參考文獻211 緒論機械加工中，臺虎鉗是較為常見的裝夾工具，它分機同和手用兩種， 都是利用兩鉗口作定位基準，靠絲扛、螺母傳送機械力的原理進行工作的。臺虎鉗結構簡單，裝夾迅速。加工時省時省力，提高了加工效率、加工精度、產(chǎn)品質量。但是臺虎鉗也有其不足之處，如不能較好的裝夾外形較為復雜和不規(guī)則工件。主要原因是臺虎鉗鉗口是平直的， 不適于裝夾球形，特別是

3、圓柱形工件。機加工時工件易位移，有時工件還會飛出機床臺面。為此，特對臺虎鉗的鉗口進行結構的改進設計，以滿足其使用功能的要求，使其更加的實用化。普通臺虎鉗的主要功能是夾緊工件，以使加工方便、快捷。本論文利用普通臺虎鉗的特性，對其使用功能進行了拓展，如充當劃線平臺、繞制彈簧、校正小鋼材等。使臺虎鉗的功能更加全面化。根據(jù)使用條件的不同，加工環(huán)境的不同，人們還會對臺虎鉗進行進一步的改進創(chuàng)新和功能的拓展，會有越來越多不同的結構使臺虎鉗的使用功能多樣化、全面化。2 普通機用臺虎鉗的結構設計2.1 機用臺虎鉗的工作原理 機用虎鉗是一種在機床工作臺上用來夾持工件、以便于對工件進行加工的夾具。機用臺虎鉗裝配圖采

4、用了俯視圖、主視圖、三維立體圖和一個表示單獨零件的爆炸視圖來表達。主視圖采用了全剖視圖，反映臺虎鉗的工作原理和零件間的裝配關系。俯視圖反映了固定鉗身的結構形狀。主視圖基本上反映了臺虎鉗的工作原理：旋轉長軸帶動活動鉗身作水平方向左右移動，夾緊工件進行切削加工。主視圖反映了主要零件的裝配關系：長柄螺母將導向座與長柄連接，螺桿竄過套筒通過螺桿螺母與活動鉗身連接，長柄螺母將固定鉗身和長柄連接，螺釘將兩塊鉗口板分別與固定鉗身和活動鉗身連接。機用虎鉗（圖1）由固定鉗座1、鉗口板2、活動鉗身4、螺桿8和方塊螺母9等零件組成。當用扳手轉動螺桿8時，由于螺桿8的左邊用開口銷卡住，使它只能在固定鉗座1的兩圓柱孔中

5、轉動，而不能沿軸向移動，這時螺桿8就帶動方塊螺母9，使活動鉗身4沿固定鉗座1的內(nèi)腔作直線運動。方塊螺母9與活動鉗身4用螺釘3連成整體，這樣使鉗口閉合或開放，便于夾緊和卸下零件。（圖1）固定鉗座1在裝配件中起支承鉗口板2、活動鉗身4、螺桿8和方塊螺母9等零件的作用，螺桿8與固定鉗座1的左、右端分別以12h8/f7和18h8/f7間隙配合。活動鉗身4與方塊螺母9以20h8/f7間隙配合1。 固定鉗座1的左、右兩端是由12h8和18h8水平的兩圓柱孔組成，它支承螺桿8在兩圓柱孔中轉動，其中間是空腔，使方塊螺母9帶動活動鉗身4沿固定鉗座1作直線運動。圖1 普通臺虎鉗的裝配圖2.2 對臺虎鉗各個零件的設

6、計2.2.1 固定鉗座的設計根據(jù)固定鉗座的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為t2002。固定鉗座的零件圖（圖2）:圖2固定鉗座的零件圖固定鉗身的三維實體圖（圖3、圖4）：圖3 固定鉗身（上視） 圖4 固定鉗身（下視）2.2.2 活動鉗身的結構設計根據(jù)活動鉗身的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為t2002?；顒鱼Q身的零件圖（圖5）：圖5活動鉗身的零件圖活動鉗身的三維實體圖（圖6、圖7、圖8不同視角的三維圖）：圖6 活動鉗圖7 活動鉗身圖8 活動鉗身2.2.3 方塊螺母的結構設計根據(jù)方塊螺母的零件圖畫出三維實體圖3，選取材料為q235。方塊螺母的零件圖6（圖9）：圖9 方塊螺母的零件圖方塊螺母的三維實

7、體圖（圖10）：圖10 方塊螺母2.2.4 鉗口板的結構設計根據(jù)鉗口板的零件圖畫出三維實體圖，選取材料為45 。鉗口板的零件圖（圖11）：圖11 鉗口板零件圖鉗口板的三維實體圖（圖12）：圖12 鉗口板2.2.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y構設計根據(jù)設計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設計中選取標準件螺釘gb/t 68m8x20，選取材料為q235。查取設計手冊可得相關尺寸，根據(jù)查得的相關尺寸設計得鉗口板用螺釘?shù)娜S實體圖（圖13）：圖13 固定鉗口板用螺釘2.2.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y構設計根據(jù)固定活動鉗身用螺釘?shù)牧慵D畫出三維實體圖。固定活動鉗身用螺釘?shù)牧慵D（圖14）：圖14 固定活動鉗身用

8、螺釘?shù)牧慵D固定活動鉗身用螺釘?shù)娜S實體圖（圖15）：圖15 固定活動鉗身用螺釘2.2.7螺母m10的選擇設計根據(jù)設計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設計中選取標準件螺母gb/t 61742000m1010，選取材料為35。查取設計手冊可得相關尺寸，根據(jù)查得的相關尺寸設計得螺母m10的三維實體圖（圖16）。圖16 螺母m102.2.8銷的選擇設計根據(jù)設計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設計中選取標準件y圓錐銷gb/t 913x14，選取材料為q235。查取設計手冊可得相關尺寸，根據(jù)查得的相關尺寸設計得銷的三維實體圖（圖17）。圖17 銷2.2.9螺桿的結構設計根據(jù)螺桿的零件圖畫出三維實體圖，選取材

9、料為45。螺桿的零件圖（圖18）：圖18 螺桿（絲杠）的零件圖螺桿的三維實體圖（圖19）：圖19 螺桿（絲杠）2.2.10 螺桿的強度校核計算進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。本設計中，螺桿主要是扭矩，則應該按扭轉強度條件計算。這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，軸的扭轉強度條件為： 式中：扭轉切應力，mpa；t軸所受的扭矩，n.mm； 軸的抗扭截面系數(shù)， n軸的轉數(shù)，p軸傳遞的功率，d計算截面處軸的直徑，mm；許用扭轉切應力，mpa。根據(jù)國家標準，選取許用扭轉切應力為25-45mpa. t=15 kn.m。截面處軸的直徑為

10、18mm。代入數(shù)據(jù)可算得實際扭轉切應力為12.86 mpa，與理論相比可知符合設計使用性能的要求。所以，和螺母配合處軸的尺寸選擇合理。2.2.11墊片的選擇設計為了使螺桿在固定鉗身里能夠較好的定位，特配備兩個墊圈，一個用于和m10螺母的配合使用，另一個用在螺桿的把手方位與固定鉗身的配合使用。和m10螺母配合使用的彈簧墊圈（圖20）選用標準件，按gb 9387，相關尺寸為：d=10.2，s=b=2.6，0m=1.3 材料為65 mn、表面氧化。圖20 墊圈螺桿的把手方位與固定鉗身的配合使用的墊圈選用標準件，按gb 9387，相關尺寸為：d=18.3，s=b=4.5 ，0m=2.25 材料選取為q

11、235。3 對臺虎鉗的部件（鉗口）的結構改進3.1 鉗口的分析設想機械加工中，臺虎鉗是較為常見的裝夾工具，它分機同和手用兩種， 都是利用兩鉗口作定位基準，靠絲扛、螺母傳送機械力的原理。其結構簡單，裝夾迅速，所以被人們稱道。但是臺虎鉗也有其不足之處，如襲夾外形較為復雜和不規(guī)則工件時，就力不從心了。主要原因是臺虎鉗鉗口是平直的， 不適于裝夾球形，特別是圓柱形工件。機加工時工件易位移，有時工件還會飛出機床臺面。為此， 我們對臺虎鉗的鉗口部位進行了改造，使之能裝夾各種工件。具體方法是，按原鉗口大小制一對對稱的v型鉗口(如圖21)。圖21 v形鉗口示意圖該v形鉗口需經(jīng)熱處理淬火及表面處理。使用時需將原鉗

12、口卸下，裝上v形新鉗口，即可使用。若工件是單件或批量小，也可不卸原鉗口，直接將新鉗口裝上。另外，還可以使用一塊v形鉗口，這樣就形成了工件和鉗口之間呈三條線定位接觸加緊；如果使用兩塊v形鉗口則是四條線接觸夾緊。在此基礎上，我們進一步設計制作了一系列鉗口(如圖22)。圖22-a圖22-b圖22-c圖22-a所示鉗口特別適用于小圓柱件的多件立式夾緊。裝拆方便，夾緊力平衡， 并能實現(xiàn)自動補償。圖22-b適用于裝夾較大直徑工件的立兜， 可形成三線和四線接觸夾緊。圖22-c所示鉗口適用于不規(guī)則工件的立式夾緊。上述三種鉗口在使用時只需將其卡在原鉗口上，并用緊固螺釘(圖27)緊固即可。根據(jù)工件與v形塊的接觸母

13、線長度， v形塊可以分為短v形塊和長v形塊，前者限制工件兩個自由度，后者限制工件四個自由度。3.2 v形鉗口的分析v形塊定位的優(yōu)點是： 對中性好，即能使工件的定位基準軸線對中在v形塊兩斜面的對稱平面上，在左右方向上不會發(fā)生偏移，且安裝方便； 應用范圍較廣。不論定位基準是否經(jīng)過加工，不論是完整的圓柱面還是局部圓弧面，都可采用v形塊定位。v形塊上兩斜面間的夾角一般選用60、90和120，其中以90應用最多。其典型結構和尺寸均已標準化(見國標附圖23、圖24、表1)。v形塊的材料一般用20鋼，滲碳深0.81.2 mm，淬火硬度為6064 hrc。圖23 v形口典型結構圖24 v形口典型結構表1 v形

14、口的國標尺寸3.3 v形鉗口的選擇設計此次設計為改裝普通臺虎鉗的平面鉗口為v形鉗口13，以更好的加緊圓柱工件。 此v形鉗口的制作應該是一系列的，結合國家標準和本設計的要求，可得出臺虎鉗v形塊的效果圖（圖25） 圖25 v形鉗口3.4 v形鉗口的實例設計此次設計中選取一組數(shù)據(jù)為例，有關尺寸如下：n=42,35d45,b=40,h1=18,b=16.可得這個尺寸列的v形鉗口（圖26）。圖26 v形鉗口3.5緊固螺釘?shù)倪x擇 固定v形鉗口的緊固螺釘按國家標準/t 5783-2000進行選擇，結合設計要求，即可選取m10x20的螺釘（圖7）就能滿足緊固要求。圖27 緊固v形鉗口螺栓4 臺虎鉗結構的裝配4

15、.1 臺虎鉗的爆炸視圖爆炸視圖(圖28)能夠較好的展示臺虎鉗各個零件之間的關系，它從三維立體的角度闡明了臺虎鉗的結構，給人們直觀直接的視覺感受。圖28 臺虎鉗爆炸視圖4.2裝上v形鉗口的臺虎鉗效果示意圖：利用solidworks生成裝配體的功能對設計改進的臺虎鉗進行組裝，生成效果示意圖（圖29）。圖29 v形鉗口臺虎鉗此示意圖只是表示了一個方面，只是在活動鉗身上裝有v形鉗口，此時形成三線接觸夾緊，根據(jù)需要也可以同時在固定鉗身上裝上v形鉗口，此時形成四線接觸夾緊。另外如果是滿足大批量生產(chǎn)使用，應該將平直鉗口卸下，再裝上v形鉗口。5臺虎鉗使用功能方法的拓展 5.1當v形塊使用 利用普通臺虎鉗鉗口的

16、開度可以調(diào)節(jié)以及兩塊鋼制鉗口表面的直線度、平面度、硬度、比較高的特點，在對小件圓柱體材料進行粗加工畫線時，可以把它當v形塊使用。因為在對圓柱體材料如圓鋼進行畫線時，需要找出圓柱體的母線。這時往往需要有v形塊、千斤頂把圓柱體支撐起來，然后再放到劃線平臺上進行畫線。使用該方法，可以不用v形塊、劃線平臺等工具也能完成小件圓柱體母線的畫線工作。如圓鋼粗加工母線的劃法。操作方法：把臺虎鉗的鉗口旋開一定得開度即鉗口的的距離，注意營銷與圓柱體的直徑，把材料直接放在鉗口上，然后用劃針沿著鉗口的平面劃出圓柱體材料的一條母線，再以這條母線為基準面畫出其他的母線。假如圓柱體材料要鋸開一個矩形的平面，那么可以量取鉗口

17、張開的距離等于要加工的平面的寬，然后把材料放在鉗口上，沿著鉗口兩邊劃出線來，這樣就能夠同時劃出兩條圓柱的母線。這樣簡單、易操作。假如鉗口不夠平，可墊著鋼直尺進行畫線。如學生鉗工實習用直徑32mm、長度110mm的圓鋼制作小鐵錘，就使用這種方法，可以節(jié)省很多工、量具。 5.2 手工繞制彈簧 這種方法也是利用普通臺虎鉗鉗口的夾緊力，用它來夾緊彈簧的鋼絲一端，配合其它工具就能繞制結構簡單的彈簧。因為在機械維修中會經(jīng)常遇到設備內(nèi)的彈簧折斷，在短時間內(nèi)很難買到原配件的情況下，就需要重新繞制彈簧。操作方法：先把彈簧鋼絲折成一個直角，短邊約20mm左右，長邊是用來繞制彈簧用的，然后把短邊與芯棒一起夾在普通臺

18、虎鉗鉗口上（靠近鉗口兩側），用鋼絲鉗或其它夾具夾緊鋼絲長邊一端繞制芯棒旋轉到所需要的彈簧長度就可以了。注意要選擇合適的芯棒，即棒的直徑要比原彈簧直徑小一些，但又不能太小。5.3 校正小鋼材利用普通臺虎鉗鉗口夾緊力的大小，可以校正不同規(guī)格的小鋼材。在校正時臺虎鉗的夾緊力應大于材料變形時所能承受的壓力的大小。一般用來校正小直徑的圓鋼、小面積的薄鋼板等。操作：把工件夾在普通臺虎鉗的鉗口上，轉動手柄利用臺虎鉗鉗口的夾緊力，對工件的變形進行有效的校正。6 結論在整個畢業(yè)設計階段，通過對solid works軟件和auto cad軟件知識的學習，我了解到了solid works和auto cad的基本原理

19、和具體運用方法。并且能夠運用solid works軟件對各種零件進行三維實體建模，運用auto cad對零件進行工程圖的國標繪制。掌握了利用solid works軟件中animator插件對裝配體進行動畫演示。在本文中我利用solid works軟件對臺虎鉗及其改進結構進行了三維造型，并利用配置完成了對臺虎鉗的三維實體設計和動畫演示制作，但還有很多不理解的地方需要更加努力的加強學習。致謝畢業(yè)設計是我的大學學習生涯必經(jīng)的一個階段。為了更高質量完成這個任務，我付出了很大的努力，克服了很多困難，但僅靠我個人的努力仍是遠不能實現(xiàn)的。在整個設計及論文寫作過程中，我得到了很多老師的幫助，尤其是指導老師杜老師的耐心指導與悉心指正給我留下了深刻的印象。在此我再次對于他們的關心表示衷心的感謝！參考文獻1 廖念釗，古瑩艷，莫雨松，李碩根，楊興駿，等.互換性與技術測量（第五版），中國計量出版社。2 朱張校。工程材料（第三版），清華大學出版社。3 何翌苼,陳涉,陸利峰，等.solidworks基礎及應用教程，電子工業(yè)出版社。4 黃觀堯,劉寶河，等.機械制造工藝基礎，天津大學出版社