機用臺虎鉗的工作原理

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1、- 20 - 目 錄 前 言 4 第一部分 加工方案 4 1.1 課題介紹 3 1.2 機用臺虎鉗工作原理 4 1.3 對臺虎鉗各個零件的設計 6 第二部分 加工工藝與技術難點 10 2.1 臺虎鉗結構特點和技術要求 10 2.2 材料毛坯的選擇與加工方案 15 第三部分 臺虎鉗鉗口結構改進 19 3.1 臺虎鉗的分析改進 18 第四部分 畢業(yè)設計總結 21 參考文獻 22 前 言 機械是人類生產(chǎn)勞動的重要工具。 幾十年來，在數(shù)控機床向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，相

2、應的夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。夾具是機械加工不可缺少的部件之一。常用的幾種夾具主要有：可調(diào)夾具；組合夾具；數(shù)控機床夾具等。而虎鉗是最常用最經(jīng)濟最普及的一種夾具，其結構簡單裝夾迅速，定位準確，加工時省時省力，提高了加工效率和加工精度。提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 機械加工中，臺虎鉗是較為常見的裝夾工具，它分機用和手用兩種，都是利用兩鉗口作定位基準，靠絲杠，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，提高了加工效率和加工精度。提高了產(chǎn)品質(zhì)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的工件。主要原因是臺虎鉗鉗口是平直的，不適于裝夾圓柱形

3、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。以滿足更多使用功能的要求，使其更加的實用化。 關鍵詞：夾具 孔系加工 自動加工 第一部分 加工方案 1.1 課題介紹 本次課題主要設計的是普通型臺虎鉗。但是因為普通型臺虎鉗的鉗口是平的，無法裝夾球型，特別是圓柱型工件。機加工時工件容易位移，甚至飛出工作臺面，為此，筆者對它的結構進行了改進。以滿足了其使用要求，更實用化。根據(jù)學校在這次課題設計中所提供的材料、設備，我在選擇設計課題時緊扣兩點： 一、最大限度的應用所學知識 二、在保證時間的前提下課題能完美的完成。最終選擇臺虎鉗為我這

4、次畢業(yè)設計的課題。如下圖所示： 圖1 臺虎鉗效果圖 1.2 機用臺虎鉗的工作原理 臺虎鉗由固定鉗座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(zhuǎn)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的兩圓柱孔中轉(zhuǎn)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連接整體，這樣使鉗口閉合或開放，便于夾緊和卸下零件。（圖2）。 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配合，

5、活動鉗身4與方塊螺母9以20H8/f7間隙配合。 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(zhuǎn)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2 普通臺虎鉗的裝配圖 1.3 對臺虎鉗各個零件的設計 1.固定鉗座的設計 該零件一般選用灰鑄鐵，常用的牌號為HT200。這是因為灰鑄鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。精度要求較高的鉗身可選用耐磨鑄鐵，或鑄鋼件。對單件生產(chǎn)或某些簡易的鉗座，為縮短身纏周期和降低生產(chǎn)成本，也采用鋼件焊接結構。 根據(jù)固定鉗座的零件圖，先畫出三維實體圖，

6、選取材料為T200。 圖3 固定鉗座的零件 圖4 固定鉗身的三維實體圖 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HT200。 活動鉗身的零件圖： 圖5 活動鉗身的零件圖 圖6 活動鉗身的三維實體圖 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，選取材料為Q235 方塊螺母的零件圖。 圖7 方塊螺母零件圖 圖8 方塊螺母三維實體圖 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。 鉗口板零件圖（圖9） 圖9 鉗口板零件圖 圖10 鉗口板三維

7、實體圖 第二部分 加工方案與技術難點 2.1 臺虎鉗結構特點和技術要求 一、孔徑精度 該螺桿支撐孔的尺寸誤差和幾何形狀誤差會使螺桿與其配合不良?？讖竭^大，配合過松，使螺桿回轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，并降低了支承剛度，易產(chǎn)生晃動；孔徑過小，配合過緊，螺桿將因外環(huán)變形而不能正常運轉(zhuǎn)，縮短壽命。螺孔不圓，也使螺桿外環(huán)變形而引起徑向跳動。 從上分析可知，對孔的精度要求較高，螺孔的尺寸精度為IT6級，孔的幾何形狀誤差控制在尺寸公差范圍之內(nèi)。 二、孔形位公差要求 同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對軸線的垂直度誤差，形位公差如果不能保證，會使螺桿裝配到鉗身上后產(chǎn)生歪斜，致使螺桿產(chǎn)生徑向圓跳

8、動，和軸向竄動，加劇磨損。孔系之間的平行度誤差會影響螺桿傳動質(zhì)量。一般同軸上各孔的同軸度約為最小孔尺寸公差之半。一般都要規(guī)定螺桿軸線對安裝基面的平行度公差。在垂直和水平面兩個方面上允許螺桿前端向上向前偏。 Ⅰ. 保證同軸孔系同軸度的方法： 1）利用已加工孔作支承導向 當臺虎鉗前壁上的孔徑加工好后，在孔內(nèi)裝一導向套，通過導向套支承鏜桿加工后壁上的孔，以保證兩孔的同軸度要求。此法適用于加工前后壁相距較近的同軸線孔。 2）采用調(diào)頭鏜 當前后壁相距較遠時，可用“調(diào)頭鏜”。工件在一次裝夾下，鏜好一端的孔后，將工作臺回轉(zhuǎn)180，鏜另一端的孔。對同軸度要求不高的孔，可選擇普通鏜床鏜削；對同軸度

9、要求較高的孔，可選擇臥式加工中心鏜削。 對于我設計的虎鉗，由于鉗身尺寸相對較小，對同軸度要求的孔， 可采用銑平端面→打中心孔→鉆→半精鏜→孔口倒角→精鏜或（絞）。鏜刀可采用加長減震鏜刀一次裝夾完成鏜孔。同時此法也可保證孔與端面的垂直度要求。必須要求工件在一次裝夾下完成。 Ⅱ. 孔加工方法： 孔的加工精度為IT7級，一般可采用鏜（擴）→粗鉸→精鉸或粗鏜（擴）→半精鏜→精鏜→攻螺紋加工方案（若未鑄預孔則應先鉆孔）。以上兩種方案均能使孔的加工精度達IT7級，表面粗糙度達Ra0.63~2.5mm。當空的精度高于IT6級、表面粗糙度值小于Ra0.63um時，還應增加一道超精加工（常用精細鏜、衍磨等

10、）工序作為終加工；單件小批生產(chǎn)時，也可采用浮動鉸孔。 三、主要平面的精度 裝配基面的平面度誤差影響活動鉗身與固定鉗身連接時接觸剛度。若在加工過程中作為定位基準時，還會影響孔的加工精度。因此規(guī)定底面和導向面必須平直和相互垂直。其平面度、垂直度公差等級為5級。頂面的平面度要求是為了保證活動鉗身的移動性，活動靈活。當大批大量生產(chǎn)將其頂面用作定位基面加工孔時，對它的平面度要求還要提高。 四、表面粗糙度 主要表面的表面粗糙度會影響連接面的配合性質(zhì)或接觸剛度。 裝配基準面和定位基準面為Ra0.63~2.5um，其它平面為Ra2.5~10Um。 平面的粗加工和半精加工，主要采用刨削和銑削。刨削的刀具結

11、構簡單，機床調(diào)整方便，但在加工較大平面時，生產(chǎn)效率低，適用于單件小批生產(chǎn)。銑削的生產(chǎn)效率一般比刨削高，在成批和大量生產(chǎn)中，多采用銑削。當生產(chǎn)批量較大時，為提高生產(chǎn)率，可采用專用的組合銑床對各平面進行多刀、多面同時銑削。 零件圖樣分析： 虎鉗鉗身支撐平面平面度公差為0.01mm。 上平面與固定鉗口面垂直度公差為0.02/300mm。 兩螺孔的軸線對基準面的圓跳動公差為0.03/300mm。 兩螺孔德軸線對基準面的平行度公差為0.03/300mm。 兩螺孔表面對基準面的同軸度公差為0.02mm。 兩螺孔圓度公差均為0.005mm;每孔內(nèi)表面相對側母線的平行度公差為0.01mm。

12、 擬定機械加工工藝規(guī)程的原則： ①加工方法的選擇原則： 在保證加工表面精度和表面粗糙度要求的前提下，盡可能提高加工效率。 ②工序的劃分： 1按先面后孔的原則劃分工序； 2按所用刀具劃分工序； 3按粗、精加工劃分工序。 ③加工余量的選擇： 1工序間加工余量的選擇應采用最小加工余量原則，以求縮短加工時間，降低零件加工費用。但是各個工序應有充分的加工余量，特別是最后的工序。 2在選擇加工余量時，還應考慮由于零件的大小不同，切削力、內(nèi)應力引起的變形也會有差異，工件大，變形增加，加工余量相應地應大一些。 加工方法、裝夾方式和工藝裝備的剛性可能引起的零件變形，過大的加工余量會由于切削力

13、增大引起零件的變化。 確定加工余量的方法有查表法；經(jīng)驗估算法；分析計算法。 ④進給路線的確定： 盡可能加工路線最短，減少空行程時間和換刀次數(shù)，提高生產(chǎn)率。減少零件的變形。 合理選擇銑削方式，以提高零件的加工質(zhì)量。 ⑤夾具的選擇： 盡量選擇通用夾具、組合夾具，能使零件一次裝夾中完成全部加工面的加工，并盡可能使零件的定位基準與設計基準重合，以減少定位誤差。 夾具應具備足夠的強度和剛度，使零件在切削工程中切削平穩(wěn)，保證零件的加工精度。 一般多采用平口虎鉗或壓板為多。其裝夾迅速方便、定位準確。 2.2 材料和毛坯的選擇與加工方案 實際生產(chǎn)中，一般用灰鑄鐵，常用牌號為HT200

14、。這是因為灰鑄鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性和阻尼特性。該虎鉗可選用耐磨鑄鐵，負荷大的主軸箱也可采用鑄鋼件。 臺虎鉗固定鉗身機械加工工藝過程卡 工序號 工序 名稱 工序內(nèi)容 工藝裝備 1 鑄造 2 清砂 3 熱處理 人工時效處理 4 涂底漆 涂紅色防銹底漆 5 劃線 1按圖樣外形尺寸及螺孔位置劃出中心線 2劃出各面加工線及找正線 6 粗銑 以頂面定位基準，饒平虎鉗底座 加工中心 7 粗銑 以左端側面定位安裝，找正中心線粗、精銑頂面 加工中心 8 粗、精銑 一次裝夾下，銑鉗身鍵槽 加工中心

15、 9 鉆 銑平端面后，打中心孔 加工中心 10 粗、精鏜 鏜鉗身前壁孔，加工完成后，“掉頭鏜”后壁孔 加工中心 11 粗、精銑 用加工中心分別粗、精攻前后M8的螺紋 加工中心 12 鉗 修毛刺 13 檢驗 按圖紙要求檢查工件各部件尺寸及精度 14 入庫 涂油，入庫 臺虎鉗活動鉗身加工工藝過程卡 工序號 工序 名稱 工序內(nèi)容 工藝裝備 1 鑄造 2 清砂 3 熱處理 人工時效處理 4 涂底漆 涂紅色防銹底漆 5 粗銑 以頂面定位基準，饒平活動鉗身 加工中心 6 粗銑 以端面

16、定位安裝，精銑頂面 加工中心 7 鉆 打中心鉆 加工中心 8 粗、精銑 按圖紙尺寸要求粗、精銑各孔 加工中心 9 攻 加工與螺桿相配合的螺紋孔 加工中心 10 鉗 去毛刺 11 檢驗 按圖紙要求檢查工件各部件尺寸及精度 12 入庫 涂油，入庫 加工分析： 一、鑄件必須進行時效處理，以消除應力。有條件時應在露天存放一年以上再加工。 二、為了保證加工精度應使定位基準統(tǒng)一，該零件主要定位基準集中在側端面。 鏜孔時，在可能的條件下盡量采用“支撐鏜削”法，以增加鏜桿的剛性，提高加工精度。如果直徑小的孔，應采用鉆、擴、鉸加工方法。

17、 三、為保證在同一軸上各孔的同軸度，可采用在已加工孔上，安裝導向套再加工其他孔的方法?；蚴褂眉娱L減振鏜刀。 四、為提高孔的加工精度，應將粗鏜、半精鏜和精鏜分開進行。 五、孔的尺寸精度檢驗，使用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑百分表進行測量。 六、同一軸線上各孔的同軸度，可采用檢驗心軸進行檢驗。 七、各軸孔的軸線之間的平行度，以及軸孔的軸線與基準面的平行度，均應通過檢驗心軸進行測量。 第三部分 臺虎鉗鉗口結構改進 3.1 鉗口的分析改進 機械加工中，臺虎鉗是較為常見的裝夾工具，它分機用和手用兩種，都是利用兩鉗口作定位基準，靠絲杠，螺母傳送機械 力的原理，其結構簡單，裝夾迅速，但是臺虎鉗

18、也有其不足之處，如裝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，本文對臺虎鉗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11） 圖11 V型鉗口示意圖 該V型鉗口需經(jīng)熱處理淬火及表面處理。使用時需將原鉗口卸下，裝上V型新鉗口，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型鉗口，這樣就形成了工件和鉗口之間呈三條線定位接觸加緊。 根據(jù)工件與V型塊的接觸母線長度，V型塊可分為短

19、V型塊和長V型塊，前者限制工件兩個自由度，后者限制工件四個自由度。如圖12； 圖12 V型塊也是支承定位。圖20為常見V型塊結構。 圖1用于較短工件精基準定位；圖2用于較長工件粗基準定位；圖3用于工件兩端精基準面相距較遠的場合。如果定位基準與長度較大，則V型塊不必做成整體鋼件，而采用鑄鐵底座鑲淬火鋼墊，如圖4所示。根據(jù)工件與V型塊的接觸母線長度，長V型塊限制工件四個自由度，短V型塊限制工件的兩個自由度。V型塊兩斜面的夾角有60、90和120三種，其中以90為最常用。 V型塊定位的優(yōu)點： 1）對中性好，即能使工件的定位基準軸線對中在V型塊兩斜面的對稱平面上，在左右方向上不會發(fā)生偏移，且

20、安裝方便； 2）應用范圍較廣。不論定位基準是否經(jīng)過加工，不論是完整的圓柱還是局部圓弧面，都可采用V型塊定位。 第四部分 畢業(yè)設計總結： 通過機床工藝及家具設計，匯總所學專業(yè)知識與一體。如《機械零件設計》、《金屬材料與熱處理》、《機械制造工藝》、《數(shù)控機床加工工藝》等。讓我對所學的專業(yè)課程得以鞏固、復習及實用。在理論與實踐上有機結合；使我們對各科的作用更加深刻的熟悉與理解，并為以后的實際工作奠定堅實的基礎。 通過對臺虎鉗夾具的設計，學會了工藝裝備設計的一般方法。通過親手設計加工的訓練，提高結構設計的能力。課程設計過程也是理論聯(lián)系實際的過程，并學會使用手冊、查閱相關資料等，

21、增強筆者解決工程實際問題的獨立工作能力。 參考文獻與資料 [1]廖念釗，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]楊巧絨，張克義等。AutoCAD工程制圖。中國林業(yè)出版社。北京大學出版社 [4]陳立德等，機械設計基礎課程設計，高等教育出版社 [5]張春林，曲繼方，張美麟等。機械創(chuàng)新設計，機械工業(yè)出版社。 [6]王蘭美，等，機械制圖，高等教育出版社 [7]華茂盛發(fā)，唐健，數(shù)控機床加工工藝，機械工業(yè)出版社 [8]中華人民共和國國家標準 機床家具零件及部件V型塊GB/2208-91中華人民共和國機械電子工業(yè)部機械標準化研究所