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無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
開題報告
題目： 臺式虎鉗的設(shè)計及運動仿真
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學(xué) 號： 0923049
學(xué)生姓名： 戴維杰
指導(dǎo)教師： 彭勇 （職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2012年 11 月12日
課題來源
工程生產(chǎn)實際
科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用前景等）
（1）課題的科學(xué)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)計是一項重要的技術(shù)工作，它是各機械制造企業(yè)新產(chǎn)品投產(chǎn)、老產(chǎn)品改進和工藝更新中的一項重要生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，也是每一個從事機械加工工藝的技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識，在機械制造以及生產(chǎn)技術(shù)中占有極其重要的地位。
（2）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)歷了一個從無到有，從簡到繁，從單一到多樣，從機械到智能等等一個個進化的過程。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)的不斷進步，臺虎鉗工具的種類日趨多樣化、性能日趨智能化、設(shè)計日趨人性化。另外，近年來，由于生產(chǎn)技術(shù)快速發(fā)展與勞動力價格升高，歐美發(fā)達國家中、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)達國家的臺虎鉗產(chǎn)品設(shè)計亮點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。
目前，快速進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)的鉗工臺和機床上，預(yù)計未來幾年以快速進退臺虎鉗為代表的“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
研究內(nèi)容
① 根據(jù)提供的畢業(yè)設(shè)計資料理解設(shè)計要求，查閱相關(guān)中外資料。
② 確定臺式虎鉗的參數(shù)及設(shè)計方案。
③ 臺式虎鉗的總裝圖的繪制（含技術(shù)要求、明細表）
④ 臺式虎鉗的主要零件圖繪制。
⑤ 臺式虎鉗的運動仿真。
⑥ 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。
擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析
（1）研究方法
借閱相關(guān)書籍雜志，充分利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源。
（2）技術(shù)路線
收集資料，設(shè)計尺寸，做結(jié)構(gòu)、強度等設(shè)計，三維建模，運動仿真。
（3）實驗方案
明確設(shè)計要求，認真調(diào)查研究，收集設(shè)計資料，確定臺式虎鉗的結(jié)構(gòu)方案，根據(jù)設(shè)計要求作出三維建模及工程圖，做運動仿真。
（4）可行性分析
大學(xué)里，我學(xué)習(xí)了機械制圖、機械制造工藝學(xué)等等，熟悉UG軟件。在設(shè)計中，結(jié)合自己所學(xué)的知識以及老師的指導(dǎo)，根據(jù)要求，合理選擇加工工藝，設(shè)計出合適的臺式虎鉗，繪制出零件圖及裝配圖。
研究計劃及預(yù)期成果
研究計劃：
2012年11月11日-2012年11月24日：收集資料，撰寫開題報告、文獻綜述；2012年11月25日-2012年12月8日：完成零件三維造型及圖紙轉(zhuǎn)化，確定工藝總體方案；
2012年12月9日-2013年1月21日：完成工藝規(guī)程設(shè)計；
2013年3月4日-2013年3月22日：完成臺式虎鉗的全部零件圖；
2013年3月25日-2013年4月5日：完成臺式虎鉗的總裝圖及運動仿真；
2013年4月8日-2013年4月19日：完成臺式虎鉗設(shè)計的說明書；
2013年4月22日-2013年4月26日：詳細審閱設(shè)計計算、說明書及圖紙并修改；
2013年4月29日-2013年6月5日： 遞交畢業(yè)設(shè)計資料，準(zhǔn)備答辯材料，并進行答辯。
預(yù)期成果：
設(shè)計中各個部件的選擇需要具體分析和理論計算，方案擬定正確；設(shè)計計算根據(jù)來源可靠，計算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，各零件選用正確規(guī)范；機械結(jié)構(gòu)圖紙繪制要求視圖完整、符合最新國家標(biāo)準(zhǔn)，圖面整潔、質(zhì)量高（圖紙繪制要求采用計算機繪圖）；用UG完成夾具的所以零件圖、組裝圖，以及夾具的三維圖形；基于UG進一步進行爆炸及運動仿真。
特色或創(chuàng)新之處
使用UG運動仿真，效果明顯，方便改變參量，能夠直觀判斷設(shè)計結(jié)果。
已具備的條件和尚需解決的問題
① 可以利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源，已學(xué)過UG的基礎(chǔ)知識；
② 使用UG的運動仿真有待加強。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室（學(xué)科組、研究所）意見
教研室主任簽名：
年 月 日
系意見
主管領(lǐng)導(dǎo)簽名：
年 月 日
編號
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
相關(guān)資料
題目： 臺式虎鉗的設(shè)計及運動仿真
信機 系 機械工程及自動化專業(yè)
學(xué) 號： 0923049
學(xué)生姓名： 戴 維 杰
指導(dǎo)教師： 彭勇 （職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2012年5月25日
目 錄
一、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
二、畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯及原文
三、學(xué)生“畢業(yè)論文（論文）計劃、進度、檢查及落實表”
四、實習(xí)鑒定表
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
開題報告
題目： 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目
此行若無內(nèi)容，橫線保留
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學(xué) 號： 0623005
學(xué)生姓名： 李 科
指導(dǎo)教師： XXX （職稱：XXX ）
（職稱： ）
2011年11月14日
課題來源
自擬題目
科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用前景等）
（1）課題科學(xué)意義
圖像媒體所占數(shù)據(jù)量很大，在對速率有限制的情況下，計算機系統(tǒng)幾乎無法對其進行存儲和交換，從而需要在保證一定圖像質(zhì)量的前提下盡可能對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。圖像壓縮就是指圖像在取樣、量化之后，出于加工處理方面的技術(shù)考慮所進行的數(shù)據(jù)壓縮。
圖像壓縮技術(shù)在多媒體技術(shù)中占有舉足輕重的地位，從而圖像壓縮技術(shù)成為世界學(xué)術(shù)界研究的熱點。目前廣泛使用的是國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）制定的以離散余弦變換（DCT）為中心的JPEG靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。圖像的變換域壓縮編碼在遠距離診療、遠距離教學(xué)、會議電視、點播電視和其它圖像系統(tǒng)的研究中都發(fā)揮了重要的作用。
（2）JPEG壓縮的研究狀況及其發(fā)展前景
JPEG壓縮的一個最大問題就是在高壓縮比時產(chǎn)生嚴(yán)重的方塊效應(yīng)，因此在今后的研究中，重點解決 DCT變換產(chǎn)生的方塊效應(yīng)，同時考慮與人眼視覺特性相結(jié)合進行壓縮。
隨著多媒體領(lǐng)域的擴張，傳統(tǒng)的JPEG標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足當(dāng)今多媒體信息技術(shù)發(fā)展的需要，于是JPEG2000就誕生了。JPEG2000的主要目標(biāo)是：高壓縮比，低比特率。一方面采用5種層次的編碼形式，另一方面采用小波變換代替了余弦變換。使其具有許多優(yōu)越的性能。這些性能如下：
① 高壓縮率和信噪比。相比于JPEG,JPEG2000的壓縮比提高了10%~30%，信噪比提高30%左右，并且使用JPEG2000系統(tǒng)穩(wěn)定性好，抗干擾性強，操作簡單。
② 同時支持有損和無損壓縮。
③ 實現(xiàn)漸進傳輸。
④ 支持感興趣區(qū)域。
JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)適用于各種圖像的壓縮編碼。其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)↖nternet、傳真、打印、遙感、移動通信、醫(yī)療、數(shù)字圖書館和電子商務(wù)等。JPEG2000圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)成為21世紀(jì)的主流靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。
研究內(nèi)容
① 熟悉數(shù)字圖像壓縮編碼技術(shù)的發(fā)展歷程，特別是近十幾年來提出的小波編碼、分形編碼、模型基編碼；
② 熟練掌握變換編碼的原理以及DCT編碼的原理和方法；
③ 熟練掌握Z型掃描以及直流系數(shù)和交流系數(shù)的編碼；
④ 掌握KL變換的原理、性質(zhì)以及它為何一般只作為其它正交變換的性能評價標(biāo)準(zhǔn)的理由；
⑤ 能夠熟練使用MATLAB仿真。針對三幅典型的灰度圖像，采用基于DCT的JPEG基本系統(tǒng)對其編碼，用客觀標(biāo)準(zhǔn)和主觀標(biāo)準(zhǔn)綜合評價重建圖像的質(zhì)量；
⑥ 熟練使用MATLAB提供的圖形用戶界面（GUI）工具。
擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析
（1）實驗方案
將圖像分成8′8的像素塊，對每個像素塊進行DCT變換；對DCT系數(shù)進行量化；對量化后的DCT系數(shù)進行編碼和傳送，形成壓縮后的圖像格式；在解碼過程中，對已經(jīng)量化的DCT系數(shù)進行解碼；求DCT反變換，組合重構(gòu)圖像；用MATLAB編程仿真；比較原始圖像和重構(gòu)圖像，進行分析；改變量化矩陣，使用不同圖像，重復(fù)上述實驗。
（2）研究方法
① 在標(biāo)準(zhǔn)量化矩陣條件下，分析一個圖像的原始圖像和重構(gòu)圖像的差別。
② 在不同的量化矩陣條件下，對同一個圖像做不同的量化，在不同的壓縮比下，分析重構(gòu)圖像。
研究計劃及預(yù)期成果
研究計劃：
2009年10月12日-2009年12月25日：按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書。
2010年1月11日-2010年3月5日：填寫畢業(yè)實習(xí)報告。
2010年3月8日-2010年3月14日：按照要求修改畢業(yè)設(shè)計開題報告。
2010年3月15日-2010年3月21日：學(xué)習(xí)并翻譯一篇與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的英文材料。
2010年3月22日-2010年4月11日：MATLAB程序設(shè)計。
2010年4月12日-2010年4月25日：GUI設(shè)計。
2010年4月26日-2010年5月21日：畢業(yè)論文撰寫和修改工作。
預(yù)期成果：
達到預(yù)期的實驗結(jié)論：使用不同的量化因子，得到不同壓縮比的壓縮圖像。選取的量化矩陣Q越大，壓縮比越高，但壓縮后圖像的均方誤差越大，壓縮后圖像的失真越大。通常選取Q為標(biāo)準(zhǔn)量化矩陣時，既能保證較高的壓縮比，又能保證較高的圖像質(zhì)量。
特色或創(chuàng)新之處
① 使用MATLAB編程仿真，效果明顯，方便改變參量，能夠直觀判斷實驗結(jié)果。
② 采用固定某些參量、改變某些參量來研究問題的方法，思路清晰，簡潔明了，行之有效。
已具備的條件和尚需解決的問題
① 實驗方案思路已經(jīng)非常明確，已經(jīng)具備使用MATLAB編程仿真的能力和圖像處理方面的知識。
② 使用MATLAB編程的能力尚需加強。
指導(dǎo)教師意見
此處日期2011年11月14日-2010年11月18日之間
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室（學(xué)科組、研究所）意見
教研室主任簽名：
年 月 日
系意見
主管領(lǐng)導(dǎo)簽名：
年 月 日
英文原文
要求與畢業(yè)設(shè)計課題相關(guān)，字符數(shù)約為8000-10000。
字體要求：
除標(biāo)題用小4號Times New Roman字體外，
其他字母和數(shù)字用5號Times New Roman字體。
行距：1.2倍，段前0行，段后0行
中文譯文
中文字數(shù)約為5000。
字體要求：
除標(biāo)題用小4號宋體字體外，
其他中文用5號宋體字體，數(shù)字用：5號Times New Roman字體。
行距：1.2倍，段前0行，段后0行
編號
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計
題目： 臺式虎鉗的設(shè)計及運動仿真
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學(xué) 號： 0923049
學(xué)生姓名： 戴維杰
指導(dǎo)教師： 彭勇（職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
25
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 臺式虎鉗的設(shè)計及運動仿真 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（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（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械91
學(xué) 號： 0923049
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 臺式虎鉗的設(shè)計及運動仿真
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)計是一項很重要的技術(shù)工作，它是各機械制造企業(yè)新產(chǎn)品投產(chǎn)、老產(chǎn)品改進和工藝更新中的一項重要生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，也是每一個從事機械加工工藝的技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識，在機械制造以及生產(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)的鉗工臺和機床上，預(yù)計未來幾年以快速進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（論文或其他）應(yīng)達到的要求：
① 根據(jù)提供的畢業(yè)設(shè)計資料理解設(shè)計要求，查閱相關(guān)中外資料。
② 確定臺式虎鉗的參數(shù)及設(shè)計方案。
③ 臺式虎鉗的總裝圖的繪制（含技術(shù)要求、明細表）。
④ 臺式虎鉗的主要零件圖繪制。
⑤ 臺式虎鉗的運動仿真。
⑥ 閱讀和翻譯英文文獻，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機械91 班 姓名 戴維杰
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（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
隨著計算機技術(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)落后于時代。臺虎鉗是常見的夾具之一，有簡練緊湊，夾緊力度強，易于操作使用等特點，其結(jié)構(gòu)和裝配是設(shè)計的難點。針對這一問題設(shè)計一個臺式虎鉗來提高生產(chǎn)效率。
論文根據(jù)臺式虎鉗的特點，對其臺式虎鉗進行了合理的設(shè)計。此臺式虎鉗主要實現(xiàn)了定位、夾緊以及工件的回放等功能。本設(shè)計中的設(shè)計部分主要包括：固定鉗座設(shè)計；活動鉗身設(shè)計；鉗口板設(shè)計；運動系統(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行參數(shù)化建模，并對整體結(jié)構(gòu)進行虛擬裝配。然后將裝配體導(dǎo)入UG軟件的運動仿真界面，并利用軟件進行運動學(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。最后對臺式虎鉗進行優(yōu)化設(shè)計，提高其穩(wěn)定性，可靠性，讓本設(shè)計能夠真正的投入到日常生產(chǎn)操作中，使其切實能夠為機械廠的生產(chǎn)線改造做出貢獻。
關(guān)鍵詞： 臺虎鉗；運動仿真；機械設(shè)計
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 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 人機關(guān)系分析 7
2.4.4工藝分析 7
3 各組成部分的設(shè)計 9
3.1 固定鉗座的設(shè)計 9
3.2 活動鉗身的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
3.3 鉗口板的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
3.4 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計 10
3.5 螺母的選擇設(shè)計 11
3.6 銷的選擇設(shè)計 11
3.7 螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
3.8 螺桿的強度校核計算 12
3.9 墊片的選擇設(shè)計 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 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 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 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 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 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 分項分析 21
5.6 使用注意事項 23
5.7 本章小結(jié) 23
6 臺式虎鉗的運動仿真及分析 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 30
臺式虎鉗的設(shè)計及運動仿真
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械廠生產(chǎn)線改造項目。
本論文的主要內(nèi)容包括：
(1)根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)要求，提出臺式虎鉗的結(jié)構(gòu)方案，并對各個零部件進行設(shè)計。
(2)對臺式虎鉗結(jié)構(gòu)利用UG軟件進行三維建模。
(3)對臺式虎鉗結(jié)構(gòu)進行虛擬裝配，對虛擬樣機進行干涉檢驗，并進一步完善樣機。
(4)將裝配部件導(dǎo)入UG軟件運動仿真界面，并在UG中對結(jié)構(gòu)進行運動仿真分析，檢驗所選取方案及其模型的合理性，并對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。
臺式虎鉗設(shè)計的意義：
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)計是一項重要的技術(shù)工作。它是各機械制造企業(yè)新產(chǎn)品投產(chǎn)、老產(chǎn)品改進和工藝更新中的一項重要生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，也是每一個從事機械加工的技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識，在機械制造以及生產(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，因為鉗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)歷了一個從無到有，從簡到繁，從單一到多樣，從機械到智能等等一個個進化的過程。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)的不斷進步，臺虎鉗工具的種類日趨多樣化、性能日趨智能化、設(shè)計日趨人性化。另外，近年來，由于生產(chǎn)技術(shù)快速發(fā)展與勞動力價格升高，歐美發(fā)達國家中、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)達國家的臺虎鉗產(chǎn)品設(shè)計亮點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、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)的鉗工臺和機床上，預(yù)計未來幾年以快速進退臺虎鉗為代表的“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)被認為是衡量一個國家產(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，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)加工時的用途
臺式虎鉗在機械加工中的作用：
（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；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）擴大機床的工藝范圍
使用專用夾具可以改變原機床的用途和擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能。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。當(dāng)采用氣壓、液壓等夾緊裝置裝置時，可減輕工人的勞動強度，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)達到的要求
本課題應(yīng)該達到以下幾個要求：
(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、成型工藝等資料。
(2)對虎鉗進行系統(tǒng)分析和功能分析，并在此基礎(chǔ)上確定臺式虎鉗的設(shè)計方案。
(3)完成臺式虎鉗的零件設(shè)計以及整體設(shè)計，對各個臺式虎鉗的所有零件進行三維建模與虛擬裝配。
(4)對臺式虎鉗的裝配體進行分析。
(5)對臺式虎鉗的裝配體進行運動仿真分析，得出結(jié)論，分析其運動過程。
2 總體方案的設(shè)計
本設(shè)計中，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)計成為一個功能齊全、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；
（2）普通臺虎鉗的總裝圖的繪制（含技術(shù)要求、明細表）；
（3）普通臺虎鉗的主要零件圖繪制；
（4）設(shè)計說明書編寫。
2.1.2 規(guī)格和主要參數(shù)
本工程設(shè)計名稱：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）獨立完成的詳細設(shè)計；
（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)計或論文應(yīng)在教學(xué)計劃所規(guī)定的時間內(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，可使活動鉗身及時地退出。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，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。回轉(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身的直線運動，把絲杠的運動傳到活動鉗身上——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，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，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，可使活動鉗身及時地退出。
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)出很強的機械時代信息。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，傳達工具硬朗、穩(wěn)固的機械工具品質(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械的美感，傳達出工業(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)品采用單一的深藍色涂飾符合設(shè)計車間產(chǎn)品的要求，具有理性、現(xiàn)代、工業(yè)的語義。其次，藍色為冷色調(diào)，有鎮(zhèn)靜的效果，從心理層面可以平定人的情緒，藍色也是后退色，使人感覺時間過得很快。在機器高速運轉(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工學(xué)優(yōu)點在于它能多角度回轉(zhuǎn)固定鉗身，當(dāng)工件夾緊后，需要從另一個角度打磨時，取下工件再安裝上會錯位。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，降低工人操作強度；另一方面，設(shè)計的手柄是活動的，可供兩側(cè)使用，即可推又可拉，同時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，材料價格低廉，生產(chǎn)加工簡單。運用砂型鑄造工藝，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，鉗口因為采用的工序較為復(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
臺式虎鉗的結(jié)構(gòu)
臺式虎鉗主要由以下幾個部分組成
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
鉗座屬于機架、箱體類零件。該類零件特點是形狀不規(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
根據(jù)活動鉗身的零件圖畫出三維實體圖，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
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
根據(jù)設(shè)計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設(shè)計中選取標(biāo)準(zhǔn)件螺釘——GB/T 68，選取材料為Q235。查取設(shè)計手冊可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計得鉗口板用螺釘?shù)娜S實體圖如圖3.4所示。
圖13 固定鉗口板用螺釘
圖3.4 螺釘三維實體圖
3.5 螺母的選擇設(shè)計
根據(jù)設(shè)計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設(shè)計中選取標(biāo)準(zhǔn)件螺母——GB/T 6174—2000—M10[10]，選取材料為35。查取設(shè)計手冊可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計得螺母M10的三維實體圖如圖3.5所示
圖3.5 螺母M10
3.6 銷的選擇設(shè)計
跟據(jù)設(shè)計需求和臺虎鉗的使用性能要求，本設(shè)計中選取標(biāo)準(zhǔn)件y圓錐銷——GB/T 91—3x14，選取材料為Q235。查取設(shè)計手冊可得相關(guān)尺寸，根據(jù)查得的相關(guān)尺寸設(shè)計得銷的三維實體圖如圖3.6所示。
圖3.6 銷
3.7 螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計
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 螺桿的強度校核計算
進行軸的強度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。本設(shè)計中，螺桿主要是扭矩，則應(yīng)該按扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)強度條件為：
（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)可算得實際扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為12.86 Mpa，與理論相比可知符合設(shè)計使用性能的要求。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
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。
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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