CAD CA MCAE课程设计 尖嘴钳.docx
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CADCAMCAE课程设计尖嘴钳
成绩：
《CAD/CAM/CAE设计实践》课程设计
课程：
CAD/CAM/CAE设计实践
学期：
2017～2018学年第一学期
教师：
陶林
时间：
2017年10月20日
姓名：
学号：
年级、专业：
尖嘴钳的CAD/CAM/CAE设计
1.尖嘴钳的简介
尖嘴钳（英文名称：
needle-nosepliers别名：
修口钳、尖头钳、尖咀钳）是由尖头、刀口和钳柄组成，电工用尖嘴钳的材质一般由45#钢制作，类别为中碳钢，其含碳量为0.45%，韧性硬度都合适。
图1、图2分别是一般尖嘴钳的正反面结构图。
图1尖嘴钳正面图2尖嘴钳背面
1.1用途
尖嘴钳钳柄上套有额定电压500V的绝缘套管。
尖嘴钳是一种常用的钳形工具，主要用来剪切线径较细的单股与多股线，以及给单股导线接头弯圈、剥塑料绝缘层等，能在较狭小的工作空间操作，不带刃口者只能夹捏工作，带刃口者能剪切细小零件，它是电工（尤其是内线器材等装配及修理工作）常用的工具之一。
1.2工作原理
尖嘴钳是一种运用杠杆原理（亦称“杠杆平衡条件”。
要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力的大小跟它们的力臂成反比。
动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1•l1=F2•l2。
式中，F1表示动力，l1表示动力臂，F2表示阻力，l2表示阻力臂）的典型工具之一。
1.3操作方法
一般用右手操作，使用时握住尖嘴钳的两个手柄，开始夹持或剪切工作。
用尖嘴钳折弯导线接头的操作方法是：
先将线头向左折，然后紧靠螺杆依顺时针方向向右弯即成。
尖嘴钳稍加改制，可作剥线尖嘴钳。
方法是：
用电钻在尖嘴钳剪线用的刀刃前段钻0.8、1.0mm两个槽孔，再分别用1.2、1.4mm的钻头扩一下（注意：
不扩穿），使这两个槽孔有一个薄薄的刃口。
1.4修理维护
不用尖嘴钳时，应表面涂上润滑防锈油，以免生锈，或者支点发涩。
1.5注意事项
使用时注意刃口不要对向自己，使用完放回原处，放置在儿童不易接处的地方，以免受到伤害。
1.6分门别类
市面上的尖嘴钳可以分为：
高档日式尖嘴钳、专业电子尖嘴钳、德式省力尖嘴钳、VDE耐高压尖嘴钳等。
2.尖嘴钳的装配
本次设计利用了Pro/E三维建模工具，完成了产品零件的建模（未写建模过程），主要说明了产品各个部分连接的方式（利用爆炸图进行说明，爆炸图标注各个零件的名称）及装配方法。
并选择了一个典型的零件输出其工程图。
2.1尖嘴钳的整体装配图
图3尖嘴钳正面模型图图4尖嘴钳反面模型图
如上图，图3、图4是尖嘴钳建模图，可以开出与实物图基本一致，说明结构设计即外形符合要求。
2.2尖嘴钳的爆炸图
连接体
图5尖嘴钳爆炸图
2.3尖嘴钳的装配
由爆炸图可知，尖嘴钳由5件零件装配得来。
钳子左右两钳柄中间凹陷部分的表面重合实现卡住的作用如图6，然后用连接件（圆柱体）通过铆钉连接。
这样把两钳柄套入之后，再用热锻压把多出来的柱状压平，就自然嵌套上了，再经过铣床铣平面，钳子上下表面就没明显突出了。
图6钳子主体连接图7装配绝缘管套
把钳子主体连接好了以后，把用PP（聚丙烯）制造的绝缘套管套上钳子手柄即可完成钳子的装配，如图7。
2.4工程图绘制
选择其中一个钳柄进行工程图绘制，然后进行尺寸标注、基本制造说明和图纸说明，如图8。
图8钳柄的工程图
3.尖嘴钳的CAM过程
本次设计选择了尖嘴钳的一个零部件——钳柄，说明了其CAM过程，其中包零部件的加工工艺（如表1和表2所示），加工的机床，加工参数的含义和主要的程序段，程序截取前10句，并解释了这些程序的含义。
作者首先完成工艺分析（分析零件特征，加工要求，最优的加工方法），然后再填工艺卡片，特别是加工方法和参数，最后通过Creo2.0软件的仿真说明某个部位加工参数的设置方法和程序含义。
3.1零件分析
由工程图可知，零件手柄部分存在弯曲现象，不能车铣加工，而尖嘴钳材料是45号钢，应此采用锻造制造毛坯，方便成型。
钳柄连接部分通过锻造制成实体，然后通过后期铣削加工铣去一半，再打通孔用于连接。
然后铣出铡口，刨出钳口，进行调质热处理，获得强度、硬度、塑性、韧性良好的综合力学性能。
最后精铣平面部分，去除所有毛刺。
3.2工艺卡片
加工过程卡片见下表1，加工工序卡片见表2到表6。
表1工艺过程卡片
西南交通大学
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
尖嘴钳
零件名称
钳柄
共
1
页
第
1
页
材料牌号
45#
毛坯种类
中碳钢
毛坯外形尺寸
每毛坯件数
1
每台件数
1
备注
工
序
号
工名
序称
工序内容
车
间
工
段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
1
锻造
锻造毛坯
2
热处理
正火
3
铣
粗铣零件上表面
XA5032
虎口钳
4
铣
粗铣零件下表面
XA5032
虎口钳
5
铣
粗铣掉连接圆的一半
XA5032
压板
6
钻
钻出φ12的孔
XA5032
虎口钳
7
铣
铣出铡口
XA5032
压板
8
锻压
用特殊刀具锻压出钳口
9
热处理
调质
10
铣
精铣轮廓
XA5032
压板
100
去毛刺
去除全部毛刺
钳工台
110
终检
按零件图样要求全面检查
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
张华
2017.11.20
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
表2工序卡片
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
共页
第页
车间
工序号
工序名
材料牌
3
铣零件上表面
毛坯种类
毛胚外形尺寸
每毛坯可制作件数
每台件数
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
铣床
XA5032
夹具编号
夹具名称
切削液
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
描图
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/min
切削深度mm
进给次数
工步工时
描校
机动
辅助
1
铣上表面
虎口钳
1400
36
90
1
1
底图号
装订号
设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
2017.11.22
表3工序卡片
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
共页
第页
车间
工序号
工序名
材料牌
4
铣零件下表面
毛坯种类
毛胚外形尺寸
每毛坯可制作件数
每台件数
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
铣床
XA5032
夹具编号
夹具名称
切削液
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
描图
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/min
切削深度mm
进给次数
工步工时
描校
机动
辅助
1
铣下表面
虎口钳
1400
36
90
1
1
底图号
装订号
设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
2017.11.22
表4工序卡片
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
共页
第页
车间
工序号
工序名
材料牌
5
铣掉连接圆的一半
毛坯种类
毛胚外形尺寸
每毛坯可制作件数
每台件数
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
铣床
XA5032
夹具编号
夹具名称
切削液
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
描图
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/min
切削深度mm
进给次数
工步工时
描校
机动
辅助
1
铣掉连接圆的一半
压板
1400
36
75
5
4
底图号
装订号
设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
2017.11.22
表5工序卡片
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
共页
第页
车间
工序号
工序名
材料牌
7
铣出铡口
毛坯种类
毛胚外形尺寸
每毛坯可制作件数
每台件数
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
铣床
XA5032
夹具编号
夹具名称
切削液
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
描图
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/min
切削深度mm
进给次数
工步工时
描校
机动
辅助
1
铣出铡口
压板
2800
36
100
2
4
底图号
装订号
设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
2017.11.22
表6工序卡片
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
共页
第页
车间
工序号
工序名
材料牌
10
精铣轮廓
毛坯种类
毛胚外形尺寸
每毛坯可制作件数
每台件数
铣床
XA5032
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
夹具编号
夹具名称
切削液
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
描图
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/r
切削深度mm
进给次数
工步工时
描校
机动
辅助
1
精铣轮廓
压板
2800
36
100
0.5
2
底图号
装订号
设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
2017.11.22
本次CAM的过程是工序3和4，其中只选取了铣削工件上表面。
在Creo2.0中绘制出锻造粗铣过后要铣连接处的零件和铣后的完成模型，通过Creo2.0制造功能把两者装配在一起，见图9，图10。
图9铣后的完成零件图10铣前铣后两装配零件
选择机床类型为铣床。
在刀具设定中选择端铣削，然后选择刀具为直径为6，长为50的端铣削刀。
刀具参数设置如下图12。
图11设置刀具参数
通过参考坐标系设置z轴，在“操作”里设置材料为1045，加工参数如图11所示。
图12加工参数
设置加工参数为：
切削进给为1.5，安全距离为5，主轴速度为1400。
上述完成之后，点击刀具轨迹，看仿真效果，对材料进行加工得到加工后的模型树和加工后的零件如下所示。
图13铣削后的模型
输出NC代码的前十句如下：
N0010T1M06%换刀，1号刀，刀具直径为6mm
S1400M03%主轴转速为1400，主轴正转
G00X15.204Y-11.%快速移动到X=15.204，Y=-11.0处
G43Z5.H01%刀具偏置正，移动到参考高度5.0处
G01Z0.F1.5%刀以一定的速度运动速度下降到0高度处，进给量是1.5
X-2.%刀沿x负方向移动到x=-2.0
X-5.793Y-9.166%刀具移动到X-5.793，Y-9.166
X12.256%刀沿x正方向移动到x=12.256
X10.502Y-7.333%刀具移动到X10.502，Y-7.333
X-13.624%刀沿x负方向移动到x=-13.624
4.尖嘴钳的CAE过程
在平常工作中，尖嘴钳一般不带刃口者实现夹捏工作，带刃口者实现剪切细小零件工作。
本次设计选择一个尖嘴钳的叶柄，选取剪切功能，说明CAE过程。
实现剪切功能时，把尖嘴钳受力情况简化成图14。
图14剪切时受力简图
其中，受力F=20N，利用Creo受力，则钳口一面所受压力为20N/（10mm*0.4mm）=5MPa。
约束定为面约束，固定在地面，也有销约束，固定连接处曲面。
材料密度为7.85g/（cm^3）、杨氏模量为210GPa,泊松比是0.31，抗拉极限强度为600MPa，屈服强度为355MPa。
受力分析的结果如图15。
图15应力分布
可以知道，最大受力在接近连接圆处，最大应力是7.214MPa，远小于材料的抗拉强度，满足工作要求。
5.结论
作为一种常用的钳形工具，尖嘴钳的应用很广泛。
本次通过CAD/CAM/CAE设计，首先建立了尖嘴钳模型，确定了尖嘴钳的结构、材料，还确定了尖嘴钳的加工工艺，并利用软件对尖嘴钳的某一步骤进行了仿真，最后还实现了尖嘴钳某一工况下的受力情况。
整个过程实现了尖嘴钳的整体制造过程，同时，通过对尖嘴钳CAD/CAM/CAE设计，缩短了产品设计周期，降低了设计成本，设计数据能有效地共享和充分地利用，设计阶段就可以清楚地掌握其加工方式和力学性能。
6、参考文献
[1]孙海波,陈功.pro/Engineeringwildfire4.0三维造型与应用[M].南京：
东南大学出版社.2007.
[2]江晓禹.材料力学（第四版）[M].成都：
西南交通大学出版社,2014.
[3]王运炎.机械工程材料[M].上海：
机械工业出版社.2015.
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