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無錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 臺式虎鉗的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真
2、專題
二、課題來源及選題依據(jù)
課題來源于工程生產(chǎn)實(shí)際。在現(xiàn)代生產(chǎn)制造中，臺式虎鉗是一種不可或缺的工藝設(shè)備，它直接影響著零件的加工精度、生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，所以臺式虎鉗的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很重要的技術(shù)工作，它是各機(jī)械制造企業(yè)新產(chǎn)品投產(chǎn)、老產(chǎn)品改進(jìn)和工藝更新中的一項(xiàng)重要生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，也是每一個(gè)從事機(jī)械加工工藝的技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識，在機(jī)械制造以及生產(chǎn)技術(shù)中占有及其重要的地位。
目前，快速進(jìn)退臺虎鉗以其良好的工作效率和可靠性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各行業(yè)的鉗工臺和機(jī)床上，預(yù)計(jì)未來幾年以快速進(jìn)退臺虎鉗為代表的人性化臺虎鉗工具將有可能全面取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)臺虎鉗工具。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
① 根據(jù)提供的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料理解設(shè)計(jì)要求，查閱相關(guān)中外資料。
② 確定臺式虎鉗的參數(shù)及設(shè)計(jì)方案。
③ 臺式虎鉗的總裝圖的繪制（含技術(shù)要求、明細(xì)表）。
④ 臺式虎鉗的主要零件圖繪制。
⑤ 臺式虎鉗的運(yùn)動仿真。
⑥ 閱讀和翻譯英文文獻(xiàn)，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
班 姓名
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
為了驗(yàn)證整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，決定采用計(jì)算機(jī)對鉗體進(jìn)行一個(gè)簡易的靜態(tài)強(qiáng)度分析。鉗體材料的參數(shù)如下所示：
名稱
灰口鑄鐵
常規(guī)
質(zhì)量密度
7.1 g/cm^3
屈服強(qiáng)度
150 MPa
極限拉伸強(qiáng)度
276 MPa
載荷結(jié)果如下圖所示（黃色箭頭為載荷方向）：
力的參數(shù)設(shè)定為10000N(1噸)。力的加載位置則依據(jù)實(shí)際受力位置設(shè)置。
分析完成后的結(jié)果如下所示：
等效應(yīng)力分布圖
從上圖可知：鉗體等效應(yīng)力為94.76MPa<150 MPa,其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于球墨鑄鐵的屈服應(yīng)力值。故鉗體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)使用要求。
編號
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)
題目： 臺式虎鉗的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè)
學(xué) 號：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師： 職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
27
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 臺式虎鉗的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級：
學(xué) 號：
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 臺式虎鉗的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真
2、專題
二、課題來源及選題依據(jù)
課題來源于工程生產(chǎn)實(shí)際。在現(xiàn)代生產(chǎn)制造中，臺式虎鉗是一種不可或缺的工藝設(shè)備，它直接影響著零件的加工精度、生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，所以臺式虎鉗的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很重要的技術(shù)工作，它是各機(jī)械制造企業(yè)新產(chǎn)品投產(chǎn)、老產(chǎn)品改進(jìn)和工藝更新中的一項(xiàng)重要生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，也是每一個(gè)從事機(jī)械加工工藝的技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識，在機(jī)械制造以及生產(chǎn)技術(shù)中占有及其重要的地位。
目前，快速進(jìn)退臺虎鉗以其良好的工作效率和可靠性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各行業(yè)的鉗工臺和機(jī)床上，預(yù)計(jì)未來幾年以快速進(jìn)退臺虎鉗為代表的人性化臺虎鉗工具將有可能全面取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)臺虎鉗工具。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
① 根據(jù)提供的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料理解設(shè)計(jì)要求，查閱相關(guān)中外資料。
② 確定臺式虎鉗的參數(shù)及設(shè)計(jì)方案。
③ 臺式虎鉗的總裝圖的繪制（含技術(shù)要求、明細(xì)表）。
④ 臺式虎鉗的主要零件圖繪制。
⑤ 臺式虎鉗的運(yùn)動仿真。
⑥ 閱讀和翻譯英文文獻(xiàn)，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
班 姓名
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
摘 要
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和數(shù)字化技術(shù)的日益普及應(yīng)用，傳統(tǒng)的臺虎鉗已經(jīng)落后于時(shí)代。臺虎鉗是常見的夾具之一，有簡練緊湊，夾緊力度強(qiáng)，易于操作使用等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)和裝配是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。針對這一問題設(shè)計(jì)一個(gè)臺式虎鉗來提高生產(chǎn)效率。
論文根據(jù)臺式虎鉗的特點(diǎn)，對其臺式虎鉗進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)。此臺式虎鉗主要實(shí)現(xiàn)了定位、夾緊以及工件的回放等功能。本設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)部分主要包括：固定鉗座設(shè)計(jì)；活動鉗身設(shè)計(jì)；鉗口板設(shè)計(jì)；運(yùn)動系統(tǒng)等。確定了臺式虎鉗的具體尺寸后，利用UG軟件對臺式虎鉗的零件進(jìn)行參數(shù)化建模，并對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配。然后將裝配體導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件的運(yùn)動仿真界面，并利用軟件進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真和動力學(xué)仿真。分析仿真結(jié)果，得出相應(yīng)結(jié)論。最后對臺式虎鉗進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其穩(wěn)定性，可靠性，讓本設(shè)計(jì)能夠真正的投入到日常生產(chǎn)操作中，使其切實(shí)能夠?yàn)闄C(jī)械廠的生產(chǎn)線改造做出貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞： 臺虎鉗；運(yùn)動仿真；機(jī)械設(shè)計(jì)
Abstract
With the rapid development of the computer technology and with the increasing application of digital skills, the traditional methods of machine design have been out of date. With the features such as easy use, strong power, the table vice is a commonly seen fixture. But the structure and assembling have being been the difficult points of design and teaching. This paper is aimed at designing a table vice to improve the efficiency.
According to the features of table vices, this paper gives a feasible design of this kind of tools. This table vice designed in this paper has some functions such as fixing, gripping, releasing etc. The design parts include: fixed clamp seat, movable clamp body, jaw plate, motivate system and so on. This paper sets the exact size of the table vice, and then uses UG software to parametric modeling the parts, and virtually assembles them. Next, this paper stimulates all these parts on UG software to get a conclusion. Last, optimal design increases the stability and reliability of the table vice to bring it into practical production.
Key word: Table vice; motivation stimulation;machine design
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 1
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 1
1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 2
2.1 本課題研究任務(wù) 2
2.1.1 內(nèi)容 2
2.1.2 規(guī)格和主要參數(shù) 3
2.1.3 要求 3
2 總體方案的設(shè)計(jì) 4
2.1 本課題研究任務(wù) 4
2.1.1 內(nèi)容 4
2.1.2 規(guī)格和主要參數(shù) 4
2.1.3 要求 5
2.2 臺虎鉗結(jié)構(gòu) 5
2.3 工作原理 6
2.4 分項(xiàng)分析 6
2.4.1 形態(tài)分析 6
2.4.2 色彩分析 7
2.4.3 人機(jī)關(guān)系分析 7
2.4.4工藝分析 7
3 各組成部分的設(shè)計(jì) 9
3.1 固定鉗座的設(shè)計(jì) 9
3.2 活動鉗身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.3 鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.4 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.5 螺母的選擇設(shè)計(jì) 11
3.6 銷的選擇設(shè)計(jì) 11
3.7 螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.8 螺桿的強(qiáng)度校核計(jì)算 12
3.9 墊片的選擇設(shè)計(jì) 13
4 臺虎鉗的主要零件的加工工藝 14
4.1 固定鉗身加工 14
4.1.1 圖紙分析 14
4.1.2 加工工藝路線的總體設(shè)計(jì) 15
4.1.3 毛坯設(shè)置 15
4.2 鉗口板加工 16
4.2.1 圖紙分析 16
4.2.2 加工工藝路線的總體設(shè)計(jì) 17
4.2.3 毛坯設(shè)置 17
4.3 固定螺釘?shù)募庸?17
4.3.1 圖紙分析 17
4.3.2 工件的基準(zhǔn)分析 17
4.3.3 加工工藝路線的總體設(shè)計(jì) 17
4.4 活動鉗口加工 18
4.4.1 圖紙分析 18
4.4.2 加工工藝路線的總體設(shè)計(jì) 18
4.5 絲杠加工 19
4.5.1 圖紙分析 19
4.5.2 工件的基準(zhǔn)分析 19
4.5.3 加工工藝路線的總體設(shè)計(jì) 19
5 臺虎鉗的使用說明書 20
5.2 結(jié)構(gòu)分析及產(chǎn)品工作原理 20
5.3 零部件信息 21
5.4 總體分析 21
5.5 分項(xiàng)分析 21
5.6 使用注意事項(xiàng) 23
5.7 本章小結(jié) 23
6 臺式虎鉗的運(yùn)動仿真及分析 24
7 結(jié)論與展望 28
7.1 結(jié)論 28
7.2 不足之處及未來展望 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
臺式虎鉗的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真
1 緒論
1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義
本課題來源于無錫迪奧機(jī)械廠生產(chǎn)線改造項(xiàng)目。
本論文的主要內(nèi)容包括：
(1)根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)要求，提出臺式虎鉗的結(jié)構(gòu)方案，并對各個(gè)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。
(2)對臺式虎鉗結(jié)構(gòu)利用UG軟件進(jìn)行三維建模。
(3)對臺式虎鉗結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配，對虛擬樣機(jī)進(jìn)行干涉檢驗(yàn)，并進(jìn)一步完善樣機(jī)。
(4)將裝配部件導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件運(yùn)動仿真界面，并在UG中對結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真分析，檢驗(yàn)所選取方案及其模型的合理性，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
臺式虎鉗設(shè)計(jì)的意義：
在現(xiàn)代生產(chǎn)制造中，臺式虎鉗是一種不可或缺的工藝設(shè)備，它直接影響著零件的加工精度、生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，所以臺式虎鉗的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。它是各機(jī)械制造企業(yè)新產(chǎn)品投產(chǎn)、老產(chǎn)品改進(jìn)和工藝更新中的一項(xiàng)重要生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，也是每一個(gè)從事機(jī)械加工的技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識，在機(jī)械制造以及生產(chǎn)技術(shù)中占有極其重要的地位。
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況
臺虎鉗為鉗工必備工具，也是鉗工的名稱來源原因，因?yàn)殂Q工的大部分工作都是在臺鉗上完成的，比如據(jù)、銼、鏨，以及零件的裝配和拆卸 ，用途極為廣泛。
國內(nèi)外研究狀況、水平和發(fā)展趨勢
我國的臺虎鉗產(chǎn)品經(jīng)歷了一個(gè)從無到有，從簡到繁，從單一到多樣，從機(jī)械到智能等等一個(gè)個(gè)進(jìn)化的過程。目前，簡單的、傳統(tǒng)的臺虎鉗工具已經(jīng)不能滿足日益增長的市場需要。加之生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，臺虎鉗工具的種類日趨多樣化、性能日趨智能化、設(shè)計(jì)日趨人性化。另外，近年來，由于生產(chǎn)技術(shù)快速發(fā)展與勞動力價(jià)格升高，歐美發(fā)達(dá)國家中、低檔臺虎鉗產(chǎn)品生產(chǎn)加速向第三世界轉(zhuǎn)移，本土只生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。近年來，發(fā)達(dá)國家的臺虎鉗產(chǎn)品設(shè)計(jì)亮點(diǎn)是向智能化和人性化方向發(fā)展，以容易安裝及維修為主，可自行裝備的臺虎鉗產(chǎn)品大受市場歡迎[1]。
夾具工業(yè)在現(xiàn)代社會中具有“不衰亡工業(yè)”之稱，世界夾具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在每年600億至650億美元。目前，電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電、通訊和軍工等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件，都需要通過夾具工藝來加工成型。用夾具成型的制件具有高精度、高復(fù)雜性、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，這是其他加工工藝所無法達(dá)到的。
歐美許多模具企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平，在國際上是一流的，CAD/CAE/CAM、高速切削加工等技術(shù)在歐企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。將高新技術(shù)應(yīng)用于夾具的設(shè)計(jì)與制造，已成為當(dāng)今社會快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證。
中國夾具生產(chǎn)總量已位居世界第三，雖然中國夾具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但設(shè)計(jì)制造水平在總體上要比歐美等國落后很多，特別在大型、精密、復(fù)雜和長壽命夾具技術(shù)上存在明顯差距。差別主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：1、體制不順，基礎(chǔ)薄弱；2、人才急缺，在科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)等方面投入資金太少；3、工藝工裝水平低，且配套性不好，利用率低；4、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度低，協(xié)作性差；5、夾具材料及夾具相關(guān)技術(shù)落后。
電子、通訊、建材等行業(yè)對模具的需求，對我國夾具工業(yè)和技術(shù)產(chǎn)生了巨大的推動作用。未來我國夾具將朝著大型化、精密化、多功能化、標(biāo)準(zhǔn)化、快速成型方向發(fā)展。
目前，快速進(jìn)退臺虎鉗以其良好的工作效率和可靠性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各行業(yè)的鉗工臺和機(jī)床上，預(yù)計(jì)未來幾年以快速進(jìn)退臺虎鉗為代表的“人性化”臺虎鉗工具將有可能全面取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)臺虎鉗工具。
1、臺式虎鉗的重要性
科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，臺式虎鉗在工業(yè)生產(chǎn)中的使用極為廣泛，如汽車、電器、儀器儀表、機(jī)械制造、航空航天、輕工業(yè)產(chǎn)品等行業(yè)，有60%~90%的零部件需用臺式虎鉗加工。如螺釘、螺母、墊圈等標(biāo)準(zhǔn)件，沒有夾具就無法大批量生產(chǎn)。新材料的推廣應(yīng)用，如工程塑料、粉末冶金、合金壓鑄、玻璃成型等工藝也需要臺式虎鉗來完成批量生產(chǎn)。
臺式虎鉗是實(shí)現(xiàn)壓力加工的主要工具，也是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的主要工藝裝備。沒有高水平的模具就沒有高水平的產(chǎn)品，是制造業(yè)的一個(gè)共識。作為制造業(yè)的重要基礎(chǔ)性工藝設(shè)備，夾具技術(shù)被認(rèn)為是衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。采用臺式虎鉗成型工藝生產(chǎn)零部件，具有高效、節(jié)能、成本低、保證質(zhì)量等一系列優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)產(chǎn)品競爭和不斷的更新?lián)Q代。因此，成形是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的主要手段和工藝發(fā)展方向。
2、臺式虎鉗在生產(chǎn)加工時(shí)的用途
臺式虎鉗在機(jī)械加工中的作用：
（1）保證加工精度
采用臺式虎鉗安裝，可以準(zhǔn)確地確定工件與機(jī)床、刀具之間的相互位置，工件的位置精度由臺式虎鉗保證，不受工人技術(shù)水平的影響，其加工精度高而且穩(wěn)定。
（2）提高生產(chǎn)率、降低成本
用臺式虎鉗裝夾工件，無需找正便能使工件迅速地定位和夾緊，顯著地減少了輔助工時(shí)；用臺式虎鉗裝夾工件提高了工件的剛性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夾具裝夾工件，并采用高效夾緊機(jī)構(gòu)，這些因素均有利于提高勞動生產(chǎn)率。另外，采用臺式虎鉗后，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，廢品率下降，明顯地降低了生產(chǎn)成本。
（3）擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍
使用專用夾具可以改變原機(jī)床的用途和擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。例如，在車床或搖臂鉆床上安裝鏜模夾具后，就可以對箱體孔系進(jìn)行鏜削加工；通過專用夾具還可將車床改為拉床使用，以充分發(fā)揮通用機(jī)床的作用。
（4）改善工人的勞動條件
用臺式虎鉗裝夾工件具有方便、省力、安全的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)采用氣壓、液壓等夾緊裝置裝置時(shí)，可減輕工人的勞動強(qiáng)度，保證安全生產(chǎn)。
（5）保證工藝紀(jì)律
（6）在生產(chǎn)過程中使用夾具，可確保生產(chǎn)周期、生產(chǎn)調(diào)度等工藝秩序。例如，臺式虎鉗設(shè)計(jì)往往也是工程技術(shù)人員解決高難度零件加工的主要工藝手段之一。
1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求
本課題應(yīng)該達(dá)到以下幾個(gè)要求：
(1)分析原始材料，查閱相關(guān)資料，收集整理有關(guān)臺式虎鉗設(shè)計(jì)、成型工藝等資料。
(2)對虎鉗進(jìn)行系統(tǒng)分析和功能分析，并在此基礎(chǔ)上確定臺式虎鉗的設(shè)計(jì)方案。
(3)完成臺式虎鉗的零件設(shè)計(jì)以及整體設(shè)計(jì)，對各個(gè)臺式虎鉗的所有零件進(jìn)行三維建模與虛擬裝配。
(4)對臺式虎鉗的裝配體進(jìn)行分析。
(5)對臺式虎鉗的裝配體進(jìn)行運(yùn)動仿真分析，得出結(jié)論，分析其運(yùn)動過程。
2 總體方案的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中，充分考慮到臺虎鉗的功能需求和與系統(tǒng)的配合需求，在具體實(shí)現(xiàn)的過程中，以系統(tǒng)的可靠性與易用為準(zhǔn)則，盡量把鉗工用臺虎鉗設(shè)計(jì)成為一個(gè)功能齊全、可靠性高且易于使用的產(chǎn)品。如圖2.1所示。
圖2.1 臺虎鉗
2.1 本課題研究任務(wù)
2.1.1 內(nèi)容
（1）普通臺虎鉗的方案設(shè)計(jì)；
（2）普通臺虎鉗的總裝圖的繪制（含技術(shù)要求、明細(xì)表）；
（3）普通臺虎鉗的主要零件圖繪制；
（4）設(shè)計(jì)說明書編寫。
2.1.2 規(guī)格和主要參數(shù)
本工程設(shè)計(jì)名稱：臺虎鉗
本普通臺虎鉗的規(guī)格: 鉗口最大張開度80mm
本普通臺虎鉗技術(shù)參數(shù):
表2-1 臺虎鉗技術(shù)參數(shù)
鉗口寬度
鉗口高度
鉗口最大張開度
100mm
30mm
80mm
兩鉗口的平行度、兩鉗口對導(dǎo)軌面的垂直度：≤0.025mm/100mm
2.1.3 要求
（1）獨(dú)立完成的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
（2）圖紙繪制和標(biāo)注應(yīng)符合國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；
（3）設(shè)計(jì)或論文應(yīng)在教學(xué)計(jì)劃所規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成；
（4）論文書面材料的形成應(yīng)符合學(xué)院相關(guān)規(guī)定。
2.2 臺虎鉗結(jié)構(gòu)
它的結(jié)構(gòu)是由鉗體、底座、導(dǎo)螺母、絲杠、鉗口體等組成?；顒鱼Q身通過導(dǎo)軌與 臺虎鉗固定鉗身的導(dǎo)軌作滑動配合。絲杠裝在活動鉗身上，可以旋轉(zhuǎn)，但不能軸向移動，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的絲杠螺母配合。當(dāng)搖動手柄使絲杠旋轉(zhuǎn)，就可以帶動活動鉗身相對于固定鉗身作軸向移動，起夾緊或放松的作用。彈簧借助擋圈和開口銷固定在絲杠上，其作用是當(dāng)放松絲杠時(shí)，可使活動鉗身及時(shí)地退出。在固定鉗身和活動鉗身上，各裝有鋼制鉗口，并用螺釘固定。鉗口的工作面上制有交叉的網(wǎng)紋，使工件夾緊后不易產(chǎn)生滑動。鉗口經(jīng)過熱處理淬硬，具有較好的耐磨性。固定鉗身裝在轉(zhuǎn)座上，并能繞轉(zhuǎn)座軸心線轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到要求的方向時(shí)，扳動夾緊手柄使夾緊螺釘旋緊，便可在夾緊盤的作用下把固定鉗身固緊。轉(zhuǎn)座上有三個(gè)螺栓臺虎鉗的規(guī)格以鉗口的寬度表示，有100mm、125mm、150mm等。臺虎鉗是用來夾持工件的通用夾具，常用的有固定式和回轉(zhuǎn)式兩種。回轉(zhuǎn)式臺虎鉗其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖所示：臺虎鉗中有兩種作用的螺紋孔，用以與鉗臺固定[2]。
臺虎鉗的規(guī)格以鉗口的寬度表示，有100mm、125mm、150mm等。臺虎鉗是用來夾持工件的通用夾具，常用的有固定式和回轉(zhuǎn)式兩種?；剞D(zhuǎn)式臺虎鉗其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖2.2所示：臺虎鉗中有兩種作用的螺紋：
①螺釘將鉗口固定在鉗身上、夾緊螺釘旋緊將固定鉗身緊固——連接作用；
②旋轉(zhuǎn)絲杠，帶動活動鉗身相對固定鉗身移動，將絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒鱼Q身的直線運(yùn)動，把絲杠的運(yùn)動傳到活動鉗身上——傳動作用，起傳動作用的螺紋是傳動螺紋。圓柱外表面的螺紋是外螺紋，圓孔內(nèi)表面的螺紋是內(nèi)螺紋，內(nèi)外螺紋往往成對出現(xiàn)。
圖2.2 臺虎鉗結(jié)構(gòu)和工作原理圖
2.3 工作原理
臺虎鉗的固定鉗身用螺栓固定于工作臺邊緣上，固定鉗身裝在固定鉗身上，并能繞固定鉗身軸心線繞一定角度轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到要求的方向時(shí)，扳動夾緊手柄使夾緊螺栓旋緊，使固定鉗身固緊。
活動鉗身通過導(dǎo)軌與固定鉗身的導(dǎo)軌配合。處于活動鉗身上的絲桿可以旋轉(zhuǎn)，但不能軸向移動，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的絲杠螺母配合。當(dāng)搖動手柄時(shí)，絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動活動鉗身相對于固定鉗身作軸向移動，在鉗口的作用下夾緊或放松物件[3]。
其次，在絲桿與活動鉗身配合處有彈簧，其借助擋圈和開口銷固定在絲杠上，當(dāng)放松絲杠時(shí)，可使活動鉗身及時(shí)地退出。
另外，在固定鉗身和活動鉗身上，各有用螺釘固定的鋼制且制有交叉網(wǎng)紋的鉗口，起夾緊、防滑的作用。
2.4 分項(xiàng)分析
2.4.1 形態(tài)分析
臺虎鉗采用工業(yè)的幾何外形，包含曲線、棱角、圓弧等形態(tài)符號，體現(xiàn)出很強(qiáng)的機(jī)械時(shí)代信息。圓形開槽固定鉗身隱含著可旋動的滑槽語義；棱角分明的鉗體結(jié)合有弧度的曲線，傳達(dá)工具硬朗、穩(wěn)固的機(jī)械工具品質(zhì)。
出于使用環(huán)境的限定，其不加修飾的外形給我們一種機(jī)械的美感，傳達(dá)出工業(yè)產(chǎn)品的力量感，似乎能嗅出其原材料的金屬味。
固定鉗身與活動鉗身張合作用、鉗口交叉網(wǎng)紋等借鑒仿生動物嘴巴、牙齒形態(tài)，抽象提煉工業(yè)基本形態(tài)。
總體體現(xiàn)簡潔、幾何、機(jī)械、有力度的工業(yè)特征。
2.4.2 色彩分析
產(chǎn)品采用單一的深藍(lán)色涂飾符合設(shè)計(jì)車間產(chǎn)品的要求，具有理性、現(xiàn)代、工業(yè)的語義。其次，藍(lán)色為冷色調(diào)，有鎮(zhèn)靜的效果，從心理層面可以平定人的情緒，藍(lán)色也是后退色，使人感覺時(shí)間過得很快。在機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)，工件切削等重體力、高噪音的生產(chǎn)環(huán)境里，穩(wěn)定工人的情緒，營造色彩舒適的環(huán)境很重要，因而冷靜、平穩(wěn)的藍(lán)色在此處使用得很恰當(dāng)。
除外，無鍍色的鉗口、螺栓等零件也起到一定的色彩分割作用，不至于產(chǎn)品整體看起來呆板，并且起到了劃分功能的語義效果。
2.4.3 人機(jī)關(guān)系分析
臺虎鉗是車間里用于夾緊固定工件，幫助鉗工對工件進(jìn)行再加工，如鋸斷、打磨等操作，解決了鉗工夾緊工件的困難。
回轉(zhuǎn)式臺虎鉗最大的人機(jī)工學(xué)優(yōu)點(diǎn)在于它能多角度回轉(zhuǎn)固定鉗身，當(dāng)工件夾緊后，需要從另一個(gè)角度打磨時(shí)，取下工件再安裝上會錯(cuò)位。而加上回轉(zhuǎn)功能后，鉗工只需要扳轉(zhuǎn)夾緊螺栓手柄，調(diào)整固定鉗身到最適加工位置，仍可在原地進(jìn)行加工工件，減少身體扭動活動。
寬大的鉗口和有曲線坡度的鉗身提供了也很大的加工空間，適合鉗工寬松地使用各種工具，如鋸、磨刀、銼刀。
此外，鉗身的寬度、高度都符合人機(jī)尺寸；絲桿手柄、夾緊螺栓的手柄考慮到了省力問題，加大了手柄條的長度，一方面應(yīng)用了杠桿省力的原理，降低工人操作強(qiáng)度；另一方面，設(shè)計(jì)的手柄是活動的，可供兩側(cè)使用，即可推又可拉，同時(shí)也滿足雙手操作使用。前身尖銳的棱角處理倒角，打磨圓滑，防止對操作者刮傷。
2.4.4工藝分析
1、工藝方法分析
臺虎鉗零部件繁多，主要涉及到鑄鐵、鋼材料的成型加工工藝。
鉗身、固定鉗身等主要大體部件都采用HT200灰口鑄鐵，其具有優(yōu)良的鑄造性、減震性、耐磨性等特點(diǎn)，材料價(jià)格低廉，生產(chǎn)加工簡單。運(yùn)用砂型鑄造工藝，再經(jīng)打磨，處理粗糙度等方法成型。
絲桿則是45鋼經(jīng)拔制成棒狀、再在機(jī)床，如車床、銑床上，由高速旋轉(zhuǎn)刀頭從工件上銑削出螺紋的螺紋加工方法。螺栓、螺釘則是采用Q235材料，應(yīng)用相似的成型工藝加工而成。彈簧經(jīng)彈簧鋼拔制、冷成型工藝。
鉗口由45鋼經(jīng)過鍛造，提高硬度與韌性，再經(jīng)熱處理淬硬，具有較好的耐磨性。與前身配合的螺紋孔則是由鏜床鏜出來的。
表面處理采用烤漆，鍍層工藝，起防水、防蝕、防銹作用[4]。
2、工藝水平分析
整體工藝為一般加工成型工藝，涉及的都是鑄造 、鍛造、車削等基本的金屬加工工藝。
特殊處理部分主要在鉗口和絲桿部分，鉗口因?yàn)椴捎玫墓ば蜉^為復(fù)雜，有鍛造、磨削鉗口和底平面、淬硬，應(yīng)用工藝水平較高。絲桿的加工方法多樣化，有車削、銑削等工序，高精度要求，目前加工絲桿的方法更多，但基于當(dāng)時(shí)工藝，已屬于較好工藝水準(zhǔn)。
除此之外，整體鉗身部分有較大倒角，也經(jīng)過加工打磨，處理得很得當(dāng)。
3 各組成部分的設(shè)計(jì)
臺式虎鉗的結(jié)構(gòu)
臺式虎鉗主要由以下幾個(gè)部分組成
1 固定鉗座
2 活動鉗身
3 鉗口板
4 固定鉗口板用螺釘
5 螺母
6 銷
7 螺桿
8 墊片
3.1 固定鉗座的設(shè)計(jì)
鉗座屬于機(jī)架、箱體類零件。該類零件特點(diǎn)是形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。固定鉗身的總體組合方式為綜合式，由圓柱臺和若干凸臺組成。其作用主要是固定連接，與桌面和臺面連接緊固的；還有一部分是和其他零件配合連接；固定其他零件，為其他零件提供安裝區(qū)域。
根據(jù)固定鉗座的零件圖畫出圖，選取材料為HT150。固定鉗座的零件圖如圖3.1所示。
圖3.1 固定鉗座的零件圖
3.2 活動鉗身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)活動鉗身的零件圖畫出三維實(shí)體圖，選取材料為HT150。
活動鉗身的零件圖如圖3.2所示。
圖3.2 活動鉗身的零件圖
3.3 鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)鉗口板的零件圖畫出三維實(shí)體圖，選取材料為45 。
鉗口板的零件圖如圖3.3所示。
圖3.3 鉗口板零件圖
3.4 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設(shè)計(jì)中選取標(biāo)準(zhǔn)件螺釘——GB/T 68，選取材料為Q235。查取設(shè)計(jì)手冊可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)得鉗口板用螺釘?shù)娜S實(shí)體圖如圖3.4所示。
圖13 固定鉗口板用螺釘
圖3.4 螺釘三維實(shí)體圖
3.5 螺母的選擇設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設(shè)計(jì)中選取標(biāo)準(zhǔn)件螺母——GB/T 6174—2000—M10[10]，選取材料為35。查取設(shè)計(jì)手冊可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)得螺母M10的三維實(shí)體圖如圖3.5所示
圖3.5 螺母M10
3.6 銷的選擇設(shè)計(jì)
跟據(jù)設(shè)計(jì)需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設(shè)計(jì)中選取標(biāo)準(zhǔn)件y圓錐銷——GB/T 91—3x14，選取材料為Q235。查取設(shè)計(jì)手冊可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)得銷的三維實(shí)體圖如圖3.6所示。
圖3.6 銷
3.7 螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)螺桿的零件圖畫出圖，選取材料為45。
螺桿的零件圖如圖3.7所示。
圖3.7 螺桿（絲杠）的零件圖
3.8 螺桿的強(qiáng)度校核計(jì)算
進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。本設(shè)計(jì)中，螺桿主要是扭矩，則應(yīng)該按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。
這種方法是只按軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
（1.1）
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa；T——軸所受的扭矩，N.mm；
——軸的抗扭截面系數(shù)， n——軸的轉(zhuǎn)數(shù)，p——軸傳遞的功率，
d——計(jì)算截面處軸的直徑，mm；——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa。
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，選取許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為25-45Mpa. T=15 kN.m。截面處軸的直徑為18mm。代入數(shù)據(jù)可算得實(shí)際扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為12.86 Mpa，與理論相比可知符合設(shè)計(jì)使用性能的要求。所以，和螺母配合處軸的尺寸選擇合理[5]。
3.9 墊片的選擇設(shè)計(jì)
為了使螺桿在固定鉗身里能夠較好的定位，特配備兩個(gè)墊圈，一個(gè)用于和M10螺母的配合使用，另一個(gè)用在螺桿的把手方位與固定鉗身的配合使用。
M10螺母配合使用的彈簧墊圈如圖3.7所示。選用標(biāo)準(zhǔn)件，按GB 93—87，相關(guān)尺寸為：d=10.2，s=b=2.6，0
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