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畢 業(yè) 設 計 任 務 書
1．畢業(yè)設計的任務和要求：
了解和掌握精密虎鉗的基本結(jié)構、功能及設計特點；研究精密虎鉗的關鍵技術，掌握其選型、應用及設計方法等；完成1~2種精密虎鉗的結(jié)構設計，要求能起到增加機床/零件自由度的作用，滿足緊密加工的精度要求。
2．畢業(yè)設計的具體工作內(nèi)容：
1） 分析題目要求，查閱相關的國內(nèi)外文獻、設計資料、有關專利文獻等，在此基礎上，了解開題報告的撰寫方法、基本要求，完成開題報告；
2） 學習和掌握精密虎鉗的有關知識，了解精密虎鉗的結(jié)構特點、功能特點及設計的關鍵技術及發(fā)展現(xiàn)狀；了解精密加工對虎鉗的要求；總結(jié)精密虎鉗的設計要點、技術關鍵及發(fā)展方向；力爭提出精密虎鉗設計的發(fā)展方向；
3） 按題目要求，設計1~2種滿足精密加工的精密虎鉗的結(jié)構設計，給出技術參數(shù)的計算說明；
4） 編寫設計說明書；
5） 翻譯本專業(yè)外文科技文獻一份。
畢 業(yè) 設 計 任 務 書
3．對畢業(yè)設計成果的要求：
1）1~2種精密虎鉗的結(jié)構圖紙；
2）精密虎鉗的研究及設計說明書一份；
3）本專業(yè)外文科技文獻譯文一份。
4．畢業(yè)設計工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2016年
02月29日 ~03月21日
03月22日 ~04月30日
05月01日 ~05月20日
05月21日 ~05月31日
06月01日 ~06月05日
分析課題要求，查閱相關文獻資料，了解精密虎鉗結(jié)構與設計設計的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出自己的設計思路，完成開題報告；
全面掌握精密虎鉗的結(jié)構、功能等基本知識，了解精密加工對精密虎鉗的要求，了解精密虎鉗的設計特點；分析總結(jié)精密虎鉗的發(fā)展方向；
完成1~2種精密虎鉗的結(jié)構設計；
完成研究總結(jié)及設計說明書
撰寫答辯講稿，準備答辯；
學生所在系審查意見：
同意下發(fā)任務書
系主任：
2016年 2 月 29 日
開題報告填寫要求
1．開題報告作為畢業(yè)設計答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在系審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）。文中應用參考文獻處應標出文獻序號，文后“參考文獻”的書寫，應按照國標GB 7714—87《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
4．學生的“學號”要寫全號（如02011401X02），不能只寫最后2位或1位數(shù)字；
5. 有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2016年3月15日”或“2016-03-15”；
6. 指導教師意見和所在系意見用黑墨水筆工整書寫，不得隨便涂改或潦草書寫。
畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
1. 設計（或研究）的依據(jù)、背景以及研究意義
1.1 研究的依據(jù)和背景
在機械制造中，工件在機床上進行加工時，應保證工件相對于刀具及切削運動，處于一個正確的空間位置；對于批量生產(chǎn)，還應保證整批工件在同一加工工位置，所占據(jù)空間位置不變[1]。產(chǎn)品的批量較小或是單件生產(chǎn)時，這個同一正確位置則可以通通用夾具逐個保證。而批量較大時，往往為快速完成工件的裝夾，提高生產(chǎn)效率，則使用專門的夾具[2]。根據(jù)我們所學的《機械設計基礎》等研究了機用虎鉗的組成構造，發(fā)現(xiàn)虎鉗具有簡練緊湊，夾緊力度強，增利特性好，易于操作使用等特點[3-4]。一般很適合中型銑床、鉆床、以及平面磨床等機械設備使用。在機床加工工件過程中，也會遇到不同的工件類型，需要不同的工件夾具進行夾裝，這就對夾具虎鉗有了更多的要求和需要更多的類型來適應不同工件的夾裝要求[5-6]。
本畢業(yè)設計要求設計一精密虎鉗，使其在生產(chǎn)加工中可以更好的保證工件的加工精度，以及對不同工件進行加工時的夾裝要求和加工角度等，并且使用該虎鉗裝夾工件方便、快速，可以提高勞動生產(chǎn)率；使其在銑、刨、鉆等機械加工中運用的更加廣泛、方便、快捷[7]。對工件進行機械加工時，為了保證加工要求，首先要使工件相對于刀具及機床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。為此，在進行機械加工前，先要將工件裝夾好。
夾具在機械加工中具備諸多優(yōu)點，虎鉗其具備以下的優(yōu)點[8]：
（1）快速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本；
（2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；
（3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；
（4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；
（5）進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；
（6）提高機床夾具的標準化程度。
1.2 研究的意義
此次的設計是對大學期間所學各課程及相關的應用繪圖軟件的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。其目的在于：?
（1）鞏固我們在大學里所學的知識，也是對以前所學知識的綜合性的檢驗；
（2）加強我們查閱資料的能力，熟悉有關資料；?
（3）樹立正確的設計思想，掌握設計方法，培養(yǎng)我們的實際工作能力；?
（4）通過對雙自由度虎鉗的設計及相關研究，使我學習和雙自由度虎鉗的有關知識，了解虎鉗在機床和加工中心的用途、意義以及設計虎鉗需要掌握的關鍵技術及發(fā)展現(xiàn)狀；
（5）結(jié)合畢業(yè)設計要求，針對雙自由度虎鉗的設計要求，掌握設計虎鉗的基本流程和設計要點、技術關鍵及發(fā)展方向，最終提高自身的設計能力和綜合素質(zhì)。
（6）通過零件圖，裝配圖繪制，使我們對于AutoCAD繪圖軟件的使用能得到進一步的提高。
2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢
2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國外針對夾具的研究較早，其中包括最基本、最常用的夾具——虎鉗。從國際上看俄國、德國和美國是組合夾具的主要生產(chǎn)國[9]。當前國際上的夾具企業(yè)均為中小企業(yè)，專用夾具、可調(diào)整夾具主要接受本地區(qū)和國內(nèi)訂貨，而通用性強的組合夾具已逐步成熟為國際貿(mào)易中的一個品種。有關夾具和組合夾具的產(chǎn)值和貿(mào)易額尚缺乏統(tǒng)計資料，但歐美市場上一套用于加工中心的央具，而組合夾具的大型基礎件尤其昂貴[10]。
我國針對夾具研究起步較晚，國內(nèi)的夾具始于20世紀60年代，但在廣大科研院所、高校等人員的共同努力下，使我國的夾具取得了巨大成就。隨著科學技術的進以及數(shù)控技術的成熟，夾具的重要性體現(xiàn)的越來越重要[11-12]。在數(shù)控設備上，虎鉗通常是用來夾持工件的通用夾具，目前我國虎鉗可以分為以下幾種：
①固定式虎鉗[13]
固定式虎鉗由固定鉗體、活動鉗體、滑心、螺桿(絲桿)，鉗座、手柄、鉗口等組成。鉗座與固定鉗體鑄成一體，兩側(cè)有孔，以便安裝在工作臺上，滑心與活動鉗體鑄成一體，與固定鉗體方子L配合?；南旅娴牟蹆?nèi)裝有鋸齒形螺紋的絲桿，搖手柄插入絲桿的一端，轉(zhuǎn)搖手柄使絲桿旋轉(zhuǎn)，絲桿在螺母內(nèi)作軸向移動，帶動活動鉗體前進或后退，使鉗口合攏或張開。如圖1.1所示。
圖1.1 固定式虎鉗
②活動式虎鉗
活動式虎鉗的固定鉗體不直接安裝在工作臺上，而是裝在帶有可移動裝置的轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤上有幾只螺孔和工作臺連接。鉗體和轉(zhuǎn)盤座通過兩只螺栓連接可將鉗體轉(zhuǎn)動成任何角度，以便把夾持的工件轉(zhuǎn)到更合適的操作位置，旋緊螺栓即予固定。如圖1.2所示。
圖1.2 活動式虎鉗
③桌夾式虎鉗
桌虎鉗與臺虎鉗不同之點是，桌虎鉗在下面多一個螺旋夾緊裝置，不一定要固定在一定地方，可隨意移動，體積不大，重量輕，拆裝、攜帶方便，適用于儀器儀表工業(yè)加工裝配，維修夾持小型工件之用。如圖1.3所示。
圖1.3 桌夾式虎鉗
④多用式臺虎鉗
多用式臺虎鉗的鉗口與一般的臺虎鉗相同，但平鉗口下部制出一對帶有圓弧裝置的凹鉗口，專供夾持小直徑的鋼管或圓柱形工件以便加工時不使?jié)L動。多用式臺虎鉗在它的固定鉗體上端還鑄出鐵砧面。便于對小工件進行錘擊加工之用。如圖1.4所示。
圖1.4 多用式臺虎鉗
2.2 虎鉗行業(yè)現(xiàn)狀以及發(fā)展的趨勢
研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件總品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭[14]。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠，里約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3-4年就要更新50～80％左右專用夾具[15]，而夾具的實際磨損量僅為10～20％左右。
經(jīng)查閱資料可知，目前傳統(tǒng)的虎鉗存在眾多的不足，主要表現(xiàn)在以下幾個方面[16-17]：
（1） 可移動性差?；Q往往固定在臺面上，不能按照所需要的方向進行移動或者進給，造成生產(chǎn)效率低；
（2） 可調(diào)整性差。由于傳統(tǒng)的虎鉗處于固定狀態(tài)，不能根據(jù)操作者的需求進行調(diào)整，造成操作者勞動強大大且效率低；
（3） 通用性差。傳統(tǒng)虎鉗大多數(shù)只能針對某一特定情況下進行使用，不能與數(shù)控設備配合使用。
目前，結(jié)合上述虎鉗的缺陷，未來的的發(fā)展趨勢主要有以下幾方面[18]：
（1） 通用性增強?；Q經(jīng)過改進和完善，可以將虎鉗的底座與數(shù)控機床甚至更加先進的設備結(jié)合使用，增大虎鉗的可使用范圍；
（2） 增大虎鉗的自由度[19]。目前除了多用式臺虎鉗外，其余虎鉗的自由度收到了極大的限制，未來應該朝向增大虎鉗的自由度方向發(fā)展，從而提高虎鉗的性能；
（3） 完善虎鉗材料。目前虎鉗多數(shù)采用傳統(tǒng)的鋼結(jié)構，在使用過程中極易劃傷工件，未來應該朝著柔性化方向發(fā)展，避免在使用虎鉗過程中劃傷工件。
參考文獻
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畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
2.1 研究或解決的問題
機械加工中，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?；Q結(jié)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。主要原因是虎鉗鉗口是平直的，不適于裝夾圓柱形工件，機加工時工件易位移，有時工件還會飛出機床臺面。為此，特對虎鉗進行結(jié)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。
本畢業(yè)設計結(jié)合任務書的要求，擬解決的問題主要有以下幾個方面：
（1）通過對查閱資料，掌握其虎鉗的重要性。
（2）掌握虎鉗設計及相關技術研究流程。
（3）了解精密虎鉗的結(jié)構特點、功能特點及設計的關鍵技術及發(fā)展現(xiàn)狀；了解精密加工對虎鉗的要求，總結(jié)精密虎鉗的設計要點、技術關鍵及發(fā)展方向。
（4）設計一種兩個自由度的虎鉗，完成結(jié)構設計，給出技術參數(shù)的計算說明。
（5）學習AutoCAD，并繪制虎鉗的工程圖。
（6）撰寫說明書，完成相應的工程圖設計。
2.2 擬采用的研究手段
初步擬采用理論分析和結(jié)構設計相結(jié)合的研究方法。針對虎鉗的設計主要采取以下方法：
（1） 結(jié)合所學知識，首先對虎鉗分析，深入明白虎鉗用途和作用。
（2） 設計一種兩個自由度的虎鉗。本文擬采取橫向和縱向兩個自由度實現(xiàn)虎鉗的任意位置移動，其中縱向?qū)к壟c機架相連，橫向?qū)к壟c橫向?qū)к壟浜?，兩個導軌的移動均采用絲杠螺紋結(jié)構進行運動，橫向?qū)к?、縱向?qū)к壱约盎Q的安裝結(jié)構示意圖如圖2.1所示。
圖2.1 虎鉗結(jié)構示意圖
（3） 完成虎鉗的結(jié)構和二維圖設計。
（4） 撰寫畢業(yè)設計說明書，準備答辯。
三、 工作進度安排
第1-2周：選擇設計方向，收集資料，確定設計內(nèi)容，撰寫開題報告。
第3-4周：調(diào)研。
第5-6周：學習虎鉗的設計方法。
第7-8周：繪制不同使用情況下的虎鉗的結(jié)構示意圖。
第9-10周：根據(jù)設計要求對相關參數(shù)進行計算。
第11-12周：運用AutoCAD繪制虎鉗工程圖。
第13周：完成論文初稿，根據(jù)提出的修改意見完善圖紙及論文。
第14周：畢業(yè)設計定稿、打印，畢業(yè)答辯。
畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
指導教師意見：
報告表明，該同學近期認真查閱了大量的文獻資料，并進行了認真的學習，了解了國內(nèi)夾具，虎鉗的技術及發(fā)展現(xiàn)狀，對國外產(chǎn)品也有所了解。提出的設計草案，盡管尚不夠詳細，但具有可行性。
報告文筆流暢，符合技術文獻規(guī)范。
同意開題。
指導教師：
2016年 3 月 22日
所在系審查意見：
同意開題
系主任：
2016 年 3 月22 日
精密虎鉗設計及其相關技術研究
摘要：虎鉗在機械加工中有著很重要的作用。隨著計算機應用的發(fā)展和機械加工技術的提高，CAD/CAE/CAPP/CAM技術的發(fā)展推動了幾乎一切領域的設計、制造技術革命，從根本上改變了傳統(tǒng)的設計、生產(chǎn)、管理模式。CAD/CAE/CAPP/CAM應用也用于機械設計中，臺虎鉗的設計也從過去一直沿用的二維設計方法開始發(fā)展為三維設計。在國內(nèi)的一個小行業(yè)的業(yè)余愛好者進入一個小行業(yè)，取決于獨立的夾具或?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的臺虎鉗經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)仍然使用傳統(tǒng)的臺式副，傳統(tǒng)的副不好的加載剪輯形狀更復雜的工件，夾緊力不強，夾緊速度慢。從而在影響加工效率的同時也造成了一定的經(jīng)濟損失。為了保證正常的生產(chǎn)，減少夾緊速度太慢，導致?lián)p失的人必須高度重視的問題，夾緊速度的板凳。設計了一種在生產(chǎn)加工中方便快捷地安裝工件的夾緊，強大的夾緊力能較好的保證工件的快速夾緊工件的加工精度是必要的！本文從普通臺虎鉗入手，結(jié)合車床的結(jié)構特點，運用絲杠螺母結(jié)構，將普通的臺虎鉗設計成雙自由度的臺虎鉗，滿足更多情況下的機械加工的夾緊需要。
關鍵詞：臺虎鉗，夾具，自由度，設計
Precision vise designs and related technology research
Abstract：Vice has a very important role in machining. With the improvement of the development of computer applications and machining technology, the development of CAD / CAE / CAPP / CAM technology promoted the almost all areas of design, manufacturing technology revolution, fundamentally changed the traditional design, production and management. CAD / CAE / CAPP / CAM application is also used in mechanical design, of the bench vice design from the past has been in use two-dimensional design method began development of 3D design. A vice in the domestic amateur into a small industry depends on the independent fixture or. Benchvice modern production requirements of enterprises have made frequent replacement, in order to adapt to the requirements of market and competition. However, Generally, however, companies are still accustomed to using the traditional bench vise, conventional clamping vise can better shape the more complex parts, the clamping force is not strong clamping slower, etc., thereby affecting the processing efficiency but also caused some economic losses. In order to ensure normal production and reduce losses caused due to the clamp too slow, people must attach great importance bench vise clamping speed issues. A design production and processing easy and fast workpiece clamping, high clamping force, can better ensure the machining accuracy of workpiece clamping vise quickly essential!This article from the ordinary bench vise, combining structural features of lathes, screw nut structure using the ordinary bench vise bench vise is designed with two degrees of freedom, to meet the need for mechanical clamping processing in case of more.
Keywords：bench，F(xiàn)ixture， Freedom，Design
I
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
1 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 臺虎鉗概述 1
1.3 臺虎鉗的作用 2
1.4 設計臺虎鉗的目的? 2
2 普通普通臺虎鉗的結(jié)構設計 3
2.1 臺虎鉗的結(jié)構? 3
2.2 臺虎鉗的分類?? 3
2.3 普通臺虎鉗的工作原理 3
2.4 對臺虎鉗各個零件的設計 4
2.4.1 固定鉗座的設計 4
2.4.2 活動鉗身的結(jié)構設計 5
2.4.3 方塊螺母的結(jié)構設計 7
2.4.4 鉗口板的結(jié)構設計 8
2.4.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構設計 9
2.4.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y(jié)構設計 10
2.4.7 螺母M10的選擇設計 10
2.4.8 銷的選擇設計 11
2.4.9 螺桿的結(jié)構設計 11
2.4.10 螺桿的強度校核計算 12
2.4.11 墊片的選擇設計 12
2.5 普通臺虎鉗使用的注意事項? 13
3 對臺虎鉗的部件（鉗口）的結(jié)構改進 15
II
3.1 鉗口的分析設想 15
3.2 V形鉗口的分析 16
3.3 V形鉗口的實例設計 18
3.4 V形鉗口的實例設計 18
3.5 緊固螺釘?shù)倪x擇 19
4 臺虎鉗結(jié)構的裝配 20
4.1 臺虎鉗的爆炸視圖 20
4.2 裝上V形鉗口的臺虎鉗效果示意圖： 20
5 雙自由度設計 21
5.1 雙自由度構想 21
5.2 虎鉗雙自由度結(jié)構 22
5.3 使用臺虎鉗的注意事項 23
5.4 雙自由度虎鉗設計思考 23
6 設計評定 25
7 結(jié)論總結(jié) 26
參考文獻 27
致謝 29
1
1緒論
雙自由度虎鉗結(jié)構是我們本次的研究內(nèi)容，首先我們先從普通虎鉗的結(jié)構及工作原理入手，再通過特殊結(jié)構設計，將普通的臺虎鉗可以變成雙自由度的臺虎鉗。
虎鉗，又稱臺虎鉗，是一種用來夾持工件的通用固定夾具，使用時將其固定在工作臺上，再將需要夾緊的工件置于虎鉗之上進行夾緊，再利用絲杠和螺母傳送力和扭矩，然后再進行下一步的加工工作，因此，虎鉗夾緊是加工過程中基礎性的一個環(huán)節(jié)。通用虎鉗一般可以分為機用和手用兩種，臺虎鉗結(jié)構簡單，裝夾迅速【3】。臺虎鉗作為一種通用的工業(yè)用具也有其不足之處，通用臺虎鉗的鉗口一般都是平直的，比較適合夾裝一些表面平直、棱角垂直的工件，當碰到球形或者圓弧狀等的工件時就會出現(xiàn)夾不緊，容易出現(xiàn)位移或者脫落的情況，嚴重時更有是工件飛出去的可能性【4】。因此，為了更好的適應不同工件，需要對虎鉗的鉗口進行更深層次更全面的改造改造，使虎鉗更加實用更加方便快捷。
1.1 課題背景
隨著經(jīng)濟和計算機、機械加工技術的發(fā)張和提高，CAD/CAE/CAPP/CAM等技術的發(fā)展幾乎推動了各個領域的設計和制造技術革命。CAD/CAE/CAPP/CAM等的應用在機械設計中發(fā)展壯大，臺虎鉗的設計開始發(fā)展為三維設計遠遠區(qū)別于一開始沿用的二維設計?，F(xiàn)代生產(chǎn)的要求使企業(yè)所制造的臺虎鉗需要頻繁的更新?lián)Q代，才能適應市場的需求與競爭。但是傳統(tǒng)的虎鉗不能較合適的裝夾外形相對復雜的工件并有夾緊力不強和夾緊速度較慢等缺點，在影響到加工效率的同時也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟損失。為保障工件的正常生產(chǎn),降低由于夾緊速度過慢等因素造成的損失,必須提高重視臺虎鉗的夾緊速度等問題。設計一種可以使加工生產(chǎn)中方便、快速地進行裝夾使夾緊力強，從而能保證工件的加工精度和快速裝夾變得十分必要。根據(jù)一書-計算機《CAD/CAE/CAPP/CAM應用》中的指導并結(jié)合三維建模軟件solidworks2012進行實體建模和裝配以及運動仿真【5】。
1.2 臺虎鉗概述
臺虎鉗，又稱虎鉗，臺鉗，是一種用來夾持工件的通用固定夾具，使用時將其固定在工作臺上，再將需要夾緊的工件置于虎鉗之上進行夾緊，接著利用絲杠和螺母傳送力和扭矩，然后再進行下一步的加工工作，鉗工的主要工作都是在臺虎鉗上完成，如最傳統(tǒng)的人工挫、鋸等。臺虎鉗安置于鉗工臺上，為鉗工車間的必備工具。絲桿起松緊作用。
1.3 臺虎鉗的作用
臺虎鉗作為一種用來夾持工件的通用固定夾具，可以更加準確而穩(wěn)定的夾緊工件，并減少或者不受加工過程中各種主觀因素從而影響加工過程，從而比較容易的獲得高精度的加工工件，從而使零件的精度更穩(wěn)定。在機械生產(chǎn)加工過程中，花在裝夾的時間又很趕多，很浪費，快速裝夾不僅可以縮短輔助夾裝時間，還能提高勞動生產(chǎn)的效率。
1.4 設計臺虎鉗的目的?
減輕工人不必要的勞動，提交效率降低生產(chǎn)成本。
在機械加工過程中，除了使用工具、測量工具外，還需要一些輔助裝置和輔助工具。它們是鏈接機床與工件的，它具有使工件在正確的位置安裝并固定的功能。臺虎鉗能在一定程度上影響加工精度和生產(chǎn)率及成本。在夾緊球或棱鏡中的相位比較純副，遇到困難（如難以固定，容易跳出來），如夾緊較慢或為某些問題。因而導致加工的工件精度較低或者增加成本以及增加工人勞動強度等現(xiàn)象。因此臺虎鉗的設計目的有：?
1)加工過程減少或者沒有其他主觀因素的影響，從而相對容易獲得的加工精度較高，并穩(wěn)定一些零件的精度?。
2）機械加工過程中，花在裝夾上面用了很多時間，因此快速裝夾不僅可以有效的縮短輔助時間，還能夠提高勞動生產(chǎn)的效率。
?3）減輕工人的勞動強度。
?4）降低生產(chǎn)成本。
精密虎鉗設計及其相關技術研究
摘要：虎鉗在機械加工中有著很重要的作用。隨著計算機應用的發(fā)展和機械加工技術的提高，CAD/CAE/CAPP/CAM技術的發(fā)展推動了幾乎一切領域的設計、制造技術革命，從根本上改變了傳統(tǒng)的設計、生產(chǎn)、管理模式。CAD/CAE/CAPP/CAM應用也用于機械設計中，臺虎鉗的設計也從過去一直沿用的二維設計方法開始發(fā)展為三維設計。在國內(nèi)的一個小行業(yè)的業(yè)余愛好者進入一個小行業(yè)，取決于獨立的夾具或?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的臺虎鉗經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)仍然使用傳統(tǒng)的臺式副，傳統(tǒng)的副不好的加載剪輯形狀更復雜的工件，夾緊力不強，夾緊速度慢。從而在影響加工效率的同時也造成了一定的經(jīng)濟損失。為了保證正常的生產(chǎn)，減少夾緊速度太慢，導致?lián)p失的人必須高度重視的問題，夾緊速度的板凳。設計了一種在生產(chǎn)加工中方便快捷地安裝工件的夾緊，強大的夾緊力能較好的保證工件的快速夾緊工件的加工精度是必要的！本文從普通臺虎鉗入手，結(jié)合車床的結(jié)構特點，運用絲杠螺母結(jié)構，將普通的臺虎鉗設計成雙自由度的臺虎鉗，滿足更多情況下的機械加工的夾緊需要。
關鍵詞：臺虎鉗，夾具，自由度，設計
I
Precision vise designs and related technology research
Abstract：Vice has a very important role in machining. With the improvement of the development of computer applications and machining technology, the development of CAD / CAE / CAPP / CAM technology promoted the almost all areas of design, manufacturing technology revolution, fundamentally changed the traditional design, production and management. CAD / CAE / CAPP / CAM application is also used in mechanical design, of the bench vice design from the past has been in use two-dimensional design method began development of 3D design. A vice in the domestic amateur into a small industry depends on the independent fixture or. Benchvice modern production requirements of enterprises have made frequent replacement, in order to adapt to the requirements of market and competition. However, Generally, however, companies are still accustomed to using the traditional bench vise, conventional clamping vise can better shape the more complex parts, the clamping force is not strong clamping slower, etc., thereby affecting the processing efficiency but also caused some economic losses. In order to ensure normal production and reduce losses caused due to the clamp too slow, people must attach great importance bench vise clamping speed issues. A design production and processing easy and fast workpiece clamping, high clamping force, can better ensure the machining accuracy of workpiece clamping vise quickly essential!This article from the ordinary bench vise, combining structural features of lathes, screw nut structure using the ordinary bench vise bench vise is designed with two degrees of freedom, to meet the need for mechanical clamping processing in case of more.
Keywords：bench，F(xiàn)ixture， Freedom，Design
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
1 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2 臺虎鉗概述 1
1.3 臺虎鉗的作用 2
1.4 設計臺虎鉗的目的? 2
2 普通普通臺虎鉗的結(jié)構設計 3
2.1 臺虎鉗的結(jié)構? 3
2.2 臺虎鉗的分類?? 3
2.3 普通臺虎鉗的工作原理 3
2.4 對臺虎鉗各個零件的設計 4
2.4.1 固定鉗座的設計 4
2.4.2 活動鉗身的結(jié)構設計 5
2.4.3 方塊螺母的結(jié)構設計 7
2.4.4 鉗口板的結(jié)構設計 8
2.4.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構設計 9
2.4.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y(jié)構設計 10
2.4.7 螺母M10的選擇設計 10
2.4.8 銷的選擇設計 11
2.4.9 螺桿的結(jié)構設計 11
2.4.10 螺桿的強度校核計算 12
2.4.11 墊片的選擇設計 12
2.5 普通臺虎鉗使用的注意事項? 13
3 對臺虎鉗的部件（鉗口）的結(jié)構改進 15
III
3.1 鉗口的分析設想 15
3.2 V形鉗口的分析 16
3.3 V形鉗口的實例設計 18
3.4 V形鉗口的實例設計 18
3.5 緊固螺釘?shù)倪x擇 19
4 臺虎鉗結(jié)構的裝配 20
4.1 臺虎鉗的爆炸視圖 20
4.2 裝上V形鉗口的臺虎鉗效果示意圖： 20
5 雙自由度設計 21
5.1 雙自由度構想 21
5.2 虎鉗雙自由度結(jié)構 22
5.3 使用臺虎鉗的注意事項 23
5.4 雙自由度虎鉗設計思考 23
6 設計評定 25
7 結(jié)論總結(jié) 26
參考文獻 27
致謝 29
IV
1緒論
雙自由度虎鉗結(jié)構是我們本次的研究內(nèi)容，首先我們先從普通虎鉗的結(jié)構及工作原理入手，再通過特殊結(jié)構設計，將普通的臺虎鉗可以變成雙自由度的臺虎鉗。
虎鉗，又稱臺虎鉗，是一種用來夾持工件的通用固定夾具，使用時將其固定在工作臺上，再將需要夾緊的工件置于虎鉗之上進行夾緊，再利用絲杠和螺母傳送力和扭矩，然后再進行下一步的加工工作，因此，虎鉗夾緊是加工過程中基礎性的一個環(huán)節(jié)。通用虎鉗一般可以分為機用和手用兩種，臺虎鉗結(jié)構簡單，裝夾迅速【3】。臺虎鉗作為一種通用的工業(yè)用具也有其不足之處，通用臺虎鉗的鉗口一般都是平直的，比較適合夾裝一些表面平直、棱角垂直的工件，當碰到球形或者圓弧狀等的工件時就會出現(xiàn)夾不緊，容易出現(xiàn)位移或者脫落的情況，嚴重時更有是工件飛出去的可能性【4】。因此，為了更好的適應不同工件，需要對虎鉗的鉗口進行更深層次更全面的改造改造，使虎鉗更加實用更加方便快捷。
1.1 課題背景
隨著經(jīng)濟和計算機、機械加工技術的發(fā)張和提高，CAD/CAE/CAPP/CAM等技術的發(fā)展幾乎推動了各個領域的設計和制造技術革命。CAD/CAE/CAPP/CAM等的應用在機械設計中發(fā)展壯大，臺虎鉗的設計開始發(fā)展為三維設計遠遠區(qū)別于一開始沿用的二維設計。現(xiàn)代生產(chǎn)的要求使企業(yè)所制造的臺虎鉗需要頻繁的更新?lián)Q代，才能適應市場的需求與競爭。但是傳統(tǒng)的虎鉗不能較合適的裝夾外形相對復雜的工件并有夾緊力不強和夾緊速度較慢等缺點，在影響到加工效率的同時也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟損失。為保障工件的正常生產(chǎn),降低由于夾緊速度過慢等因素造成的損失,必須提高重視臺虎鉗的夾緊速度等問題。設計一種可以使加工生產(chǎn)中方便、快速地進行裝夾使夾緊力強，從而能保證工件的加工精度和快速裝夾變得十分必要。根據(jù)一書-計算機《CAD/CAE/CAPP/CAM應用》中的指導并結(jié)合三維建模軟件solidworks2012進行實體建模和裝配以及運動仿真【5】。
1.2 臺虎鉗概述
臺虎鉗，又稱虎鉗，臺鉗，是一種用來夾持工件的通用固定夾具，使用時將其固定在工作臺上，再將需要夾緊的工件置于虎鉗之上進行夾緊，接著利用絲杠和螺母傳送力和扭矩，然后再進行下一步的加工工作，鉗工的主要工作都是在臺虎鉗上完成，如最傳統(tǒng)的人工挫、鋸等。臺虎鉗安置于鉗工臺上，為鉗工車間的必備工具。絲桿起松緊作用。
1.3 臺虎鉗的作用
臺虎鉗作為一種用來夾持工件的通用固定夾具，可以更加準確而穩(wěn)定的夾緊工件，并減少或者不受加工過程中各種主觀因素從而影響加工過程，從而比較容易的獲得高精度的加工工件，從而使零件的精度更穩(wěn)定。在機械生產(chǎn)加工過程中，花在裝夾的時間又很趕多，很浪費，快速裝夾不僅可以縮短輔助夾裝時間，還能提高勞動生產(chǎn)的效率。
1.4 設計臺虎鉗的目的?
減輕工人不必要的勞動，提交效率降低生產(chǎn)成本。
在機械加工過程中，除了使用工具、測量工具外，還需要一些輔助裝置和輔助工具。它們是鏈接機床與工件的，它具有使工件在正確的位置安裝并固定的功能。臺虎鉗能在一定程度上影響加工精度和生產(chǎn)率及成本。在夾緊球或棱鏡中的相位比較純副，遇到困難（如難以固定，容易跳出來），如夾緊較慢或為某些問題。因而導致加工的工件精度較低或者增加成本以及增加工人勞動強度等現(xiàn)象。因此臺虎鉗的設計目的有：?
1)加工過程減少或者沒有其他主觀因素的影響，從而相對容易獲得的加工精度較高，并穩(wěn)定一些零件的精度?。
2）機械加工過程中，花在裝夾上面用了很多時間，因此快速裝夾不僅可以有效的縮短輔助時間，還能夠提高勞動生產(chǎn)的效率。
?3）減輕工人的勞動強度。
?4）降低生產(chǎn)成本。
2 普通普通臺虎鉗的結(jié)構設計
2.1 臺虎鉗的結(jié)構?
臺虎鉗主要由鉗口、鉗身、底座手柄螺釘、絲杠等各部分組成的?；顒鱼Q身固定在固定鉗身上，活動鉗身則利用自身導軌和固定鉗身的導軌進行各項滑動。絲杠固定在活動鉗身上進行旋轉(zhuǎn)，但由于虎鉗活動單一的原因?qū)е虏荒茌S向移動，絲杠與絲杠螺母相互配合構成虎千的一部分。當搖動手柄促使絲杠旋轉(zhuǎn)時，力和力矩就此傳遞，并產(chǎn)生兩個增力機構——梯形螺紋傳動和手柄兩個增力。由于增力比較大，所以導致鉗口受到的夾緊力變大，致使被夾緊的工件穩(wěn)定的固定在虎鉗上，不會發(fā)生位移或者脫離的現(xiàn)象。但由于虎鉗的夾緊力較大且不好控制，容易導致夾緊力過大導致工件表面受損傷，嚴重時更有可能導致工件變形，因此為了更好的保護工件，需要放置相對軟的材料防止虎鉗的夾緊力過大對工件的破壞或者工件對虎鉗的損壞，例如軟金屬等類似墊圈的東西。
2.2 臺虎鉗的分類??
臺虎鉗是一種鉗工常用的夾具,常用的分類方法有以下幾種。?
根據(jù)使用不同的場合：副鉗和機器：
根據(jù)具體情況夾緊的動力源分類，可分為：液壓虎鉗、氣動虎鉗、手動虎鉗、氣液增力虎鉗等。?
?按結(jié)構類型分類：?
（1）固定式?
（2）回轉(zhuǎn)式(活動式)??
常見的臺虎鉗有：精密虎鉗、?直角虎鉗、燕尾固定臺虎鉗、木工臺虎鉗、快速虎鉗角、固式虎鉗、光面直角虎鉗、倍力虎鉗、雙向油壓虎鉗、多用臺虎鉗等。
2.3 普通臺虎鉗的工作原理
傳統(tǒng)臺虎鉗裝配圖主要采用了主視圖、俯視圖、三維立體和爆炸視圖來表達。
（圖2.1）普通虎鉗夾座1部分，顎板2、活動鉗身4、8和9方螺母。當使用扳手旋轉(zhuǎn)螺桿8時，由于開口銷卡住了螺桿8的左邊，從而只能在固定鉗座1的兩圓柱孔中轉(zhuǎn)動，導致不能沿軸向移動，同時螺桿8便帶動方塊螺母9，因此，可用于沿固定卡子座的內(nèi)腔的直線運動的可移動的鉗體4。之后活動鉗身4與方塊螺母9用螺釘3連成整體，使鉗口開放或閉合，便于夾緊和卸下零件。（圖2.1）
固定夾座1在裝配中的支持螺絲8和一個可移動的鉗體4，2和9方爪板螺母和其他部分的作用，8螺釘與固定夾1塊左右兩端分別與直徑12h8 / F7和18h8 / F7間隙。方塊螺母9與活動鉗身4以Φ20H8/f7間隙配合[1]。
固定鉗座1的右、左兩端是由Φ18H8和Φ12H8水平的兩圓柱孔組成，螺桿8在它的支承下在兩圓柱孔中轉(zhuǎn)動，它的中間是空腔，使盒螺母9驅(qū)動移動鉗體4使沿固定夾座1的直線運動。
2.4 對臺虎鉗各個零件的設計
2.4.1 固定鉗座的設計
選取材料T200[2]并畫出三維實體圖。
圖2.1 為普通臺虎鉗的裝配圖
圖2.2為固定鉗身的三維實體圖：
圖2.3 為固定鉗身的三維實體圖1
圖2.4 為固定鉗身的三維實體圖2
2.4.2 活動鉗身的結(jié)構設計
選取材料T200[2]并畫出三維實體圖。
活動鉗身零件圖（圖2.5）：
圖2.5活動鉗身的零件圖
圖2.6、圖2.7、圖2.8為活動鉗身三個不同角度的三維實體圖,零件圖在繪制時，先通過拉伸命令將零件大概圖形繪制出來，再通過空命令將零件中的空繪制出來，后來通過拉伸命令將多余的部分去掉，后來運用螺紋掃描將螺紋孔繪制出來。
圖2.6 活動鉗1
圖2.7 活動鉗2
圖2.8 活動鉗3
2.4.3 方塊螺母的結(jié)構設計
選取材料Q235畫出三維實體圖[3]。
圖[6]（圖2.9）是方塊螺母的零件：
圖2.9 方塊螺母的零件圖
零件圖在繪制時，先通過拉伸命令將零件大概圖形繪制出來，再通過空命令將零件中的空繪制出來，后來通過拉伸命令將多余的部分去掉，后來運用螺紋掃描將螺紋孔繪制出來：
圖2.10 方塊螺母
2.4.4 鉗口板的結(jié)構設計
選取的材料為45 并畫出三維實體圖。
圖2.11——鉗口板的零件圖：
圖2.11 鉗口板零件圖
零件圖在繪制時，先通過拉伸命令將零件大概圖形繪制出來，再通過空命令將零件中的空繪制出來，后來通過拉伸命令將多余的部分去掉，后來運用螺紋掃描將螺紋孔繪制出來。圖2.12為鉗口板的三維實體圖：
圖2.12 鉗口板
2.4.5 固定鉗口板用螺釘?shù)慕Y(jié)構設計
根據(jù)臺虎鉗的設計需求，本設計中選取材料為Q235的標準件螺釘——GB/T 68—M8X20。
圖2.13 固定鉗口板用螺釘
2.4.6 固定活動鉗身用螺釘?shù)慕Y(jié)構設計
畫出固定活動鉗身用螺釘?shù)娜S實體圖。
圖2.14固定活動鉗身用螺釘?shù)牧慵D：
圖2.14 固定活動鉗身用螺釘?shù)牧慵D
2.4.7 螺母M10的選擇設計
根據(jù)臺虎鉗設計需求，本設計選取材料為35的標準件螺母——GB/T 6174—2000—M10[10]。并根據(jù)查得的尺寸螺母M10的三維實體圖（圖2.16）。零件圖在繪制時，先通過拉伸命令將零件大概圖形繪制出來，再通過空命令將零件中的空繪制出來，后來通過拉伸命令將多余的部分去掉，后來運用螺紋掃描將螺紋孔繪制出來。
圖2.16 螺母M10
2.4.8 銷的選擇設計
根據(jù)臺架的設計要求，為Q235標準GB / T 91 - 3x14 -在設計的錐形銷材料的選擇。根據(jù)查得的尺寸畫出銷的三維實體圖（圖2.17）。
圖2.17 銷
2.4.9 螺桿的結(jié)構設計
選取材料45并畫出三維實體圖。
螺桿的零件圖（圖2.18）：
圖2.18 螺桿（絲杠）的零件圖
螺桿的三維實體圖（圖2.19）：
圖2.19 螺桿（絲杠）
2.4.10 螺桿的強度校核計算
計算軸的強度校核時，應依據(jù)軸的具體受載和應力情況，采用相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。本設計中，螺桿主要是計算扭矩，則計算按扭轉(zhuǎn)強度條件。
（2.1）
這種算法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，軸的扭轉(zhuǎn)強度前提為：
式中：“扭轉(zhuǎn)剪應力，MPa；T軸的扭矩，n.mm；；
——為軸的抗扭截面系數(shù)， n——為軸的轉(zhuǎn)數(shù)，p——為軸傳遞的功率，d——為計算截面處軸的直徑，mm；——為許用扭轉(zhuǎn)切應力，Mpa?！?
依據(jù)國家標準，選取的許用扭轉(zhuǎn)切應力是25-45Mpa. T=15 kN.m。截面處軸的直徑為18mm。用數(shù)據(jù)來計算實際的扭轉(zhuǎn)剪切應力為12.86兆帕，理論表明，符合設計性能要求因此，扭轉(zhuǎn)切應力和螺母配合處軸的尺寸選擇合理。
2.4.11 墊片的選擇設計
墊圈一般被放置在螺母與被連接件之間，通常采用扁平型的金屬環(huán)，墊圈的使用是為了庇護被連接件的外端，防止螺母對連接件的力過大導致被連接件的表面受到磨損或者破損。，減少螺母對被連接件的壓力。此處選擇墊圈的目的是起固定作用，需要選用了兩個墊圈——一個在M10螺母處，另一個在螺桿的把手處。（圖2.20）M10螺母配合的選用GB 93—87（d=10.2，s=b=2.6，0
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