台虎钳结构设计与改造.docx

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台虎钳结构设计与改造

济源职业技术学院

毕业设计

题目

台虎钳结构设计与改造

系别

机电工程系

专业

　　　机电一体化技术　　　　　　　　

班级

机电0805

姓名

茹亚坤

学号

08010539

指导教师

苗雅丽

日期

2011年01月

设计任务书

设计题目：

台虎钳结构设计与改造

设计要求：

1.普通机用台虎钳的结构设计，利用Solidwork画出其装配图。

2.对台虎钳的部件（钳口）的结构改进，使台虎钳的使用功能多样化、全面化。

设计进度要求：

第一周：

做开题报告

第二周：

准备设计前的计算

第三周：

固定钳座的设计

第四周：

固定活动钳身用螺钉的结构设计

第五周：

对台虎钳的部件（钳口）的结构改进

第六周：

台虎钳结构的装配

第七周：

修理排版电子稿，老师审核设计内容，完成毕业答辩

第八周：

准备毕业答辩

指导教师（签名）：

摘　　要

机械加工中，台虎钳是较为常见的装夹工具，它分机同和手用两种，都是利用两钳口作定位基准，靠丝扛、螺母传送机械力的原理进行工作的。

台虎钳结构简单，装夹迅速。

加工时省时省力，提高了加工效率、加工精度、产品质量。

但是台虎钳也有其不足之处，如不能较好的装夹外形较为复杂和不规则工件。

主要原因是台虎钳钳口是平直的，不适于装夹球形，特别是圆柱形工件。

机加工时工件易位移，有时工件还会飞出机床台面。

为此，特对台虎钳的钳口进行结构的改进设计，以满足其使用功能的要求，使其更加的实用化。

普通台虎钳的主要功能是夹紧工件，以使加工方便、快捷。

本论文利用普通台虎钳的特性，对其使用功能进行了拓展，如充当划线平台、绕制弹簧、校正小钢材等。

使台虎钳的功能更加全面化。

根据使用条件的不同，加工环境的不同，人们还会对台虎钳进行进一步的改进，会有越来越多不同的结构使台虎钳的使用功能多样化、全面化。

关键词：

台虎钳，夹紧，定位基准，实用化

目　　录

1对机用台虎钳的概述

1.1机用台虎钳的简介

机用虎钳是一种在机床工作台上用来夹持工件、以便于对工件进行加工的通用夹具。

机用台虎钳装配图采用了三维立体图和一个表示单独零件的爆炸视图来表达。

图1.1

1.2台虎钳的用途

装置在工作台上，用以夹稳加工工件，为钳工车间必备工具。

转盘式的钳体可旋转，使工件旋转到合适的工作位置。

1.3台虎钳的规格

其规格用钳口宽度来表示，常用规格有100mm，125mm，150mm等。

1.4使用台虎钳的注意事项

（1）夹紧工件时要松紧适当，只能用手板紧手柄，不得借助其他工具加力。

（2）强力作业时，应尽量使力朝向固定钳身。

　　（3）不许在活动钳身和光滑平面上敲击作业。

2对台虎钳各个零件的设计

2.1固定钳座的设计

根据钳工使用的实际环境，因此固定钳座需要承受较大应力，为了提高钳座的力学性能，生产上采用孕育处理，使其具有较高的强度和硬度，并具有断面缺口敏感性小的特点，因此选取材料为HT200[2]，其最小抗拉强度值为200Mpa，根据固定钳座的零件图画出三维实体图。

固定钳座的零件图（图2.1）:

图2.1固定钳座的零件图

固定钳身的三维实体图（图2.2）：

图2.2固定钳身（仰视）

固定钳身的三维实体图（图2.3）：

图2.3固定钳身（俯视）

2.2活动钳身的结构设计

固定钳座需要承受较大应力，为了提高钳座的力学性能，生产上采用孕育处理，使其具有较高的强度和硬度，使其具有断面缺口敏感性小的特点，因此选取材料为HT200[2]，根据零件图画出三维实体图。

活动钳身的零件图（图2.4）：

图2.4活动钳身的零件图

活动钳身的三维实体图（图2.5、图2.6、图2.7不同视角的三维图）：

图2.5活动钳身

图2.6　活动钳身

图2.7　活动钳身

2.3方块螺母的结构设计

根据方块螺母的零件图画出三维实体图[3]，由于方块螺母是金属结构构件，心部强度要求不高，因此选取材料为Q235，。

方块螺母的零件图[6]（图2.8）：

图2.8方块螺母的零件图

方块螺母的三维实体图（图2.9）：

图2.9方块螺母

2.4钳口板的结构设计

钳口板的设计需要调质钢，经淬火高温回火后，使其具有良好的综合力学性能，考虑到它的使用环境，其要求强度、韧性和塑性都较高，因此选取材料为45钢。

根据钳口板的零件图画出三维实体图。

钳口板的零件图（图2.10）：

图2.10钳口板零件图

钳口板的三维实体图（图2.11）：

图2.11钳口板

2.5固定钳口板用螺钉的结构设计

由于固定钳口板的螺纹孔采用了标准尺寸，直径为M8的孔，且根据台虎钳的强度大，耐磨性好的，使用性能要求，本设计中选取标准件螺钉——GB/T68—M8X20，选取材料为Q235。

查取设计手册可得相关尺寸，即公称直径M8长度为20mm,根据查得的相关尺寸设计得钳口板用螺钉的三维实体图（图2.12）：

图2.12固定钳口板用螺钉

3固定活动钳身用螺钉的结构设计

固定活动钳身用螺钉的要求需要调质钢，且经淬火高温回火后，使其具有良好的综合力学性能，考虑到它的使用环境，其要求强度、韧性和塑性都较高，因此选取材料为45钢。

零件图画出三维实体图。

图3.1固定活动钳身用螺钉的零件图

固定活动钳身用螺钉的三维实体图（图3.2）：

图3.2固定活动钳身用螺钉

3.1螺母M10的选择设计

由于固定活动钳身的螺钉采用了M10的尺寸，且由于台虎钳的强度大，耐磨性好的使用性能要求。

调质钢，经淬火高温回火后，使其具有良好的综合力学性能，考虑到它的使用环境，其要求强度、韧性和塑性都较高，因此选取材料为45钢。

本设计中选取标准件螺母——GB/T6174—2000—M10[10]，查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得螺母M10的三维实体图（图3.3）。

图3.3螺母M10

3.2销的选择设计

设计中由于销要和固定活动钳身的螺钉，螺母的尺寸相配合，且台虎钳的使用性能，销的强度一定要好，但考虑到工艺性和价格等因素，且碳素结构钢在力学性能上能满足普通机械零件及工程结构件的要求，因此选取材料为Q235，本设计中选取标准件圆锥销——GB/T91—3x14。

查取设计手册可得相关尺寸，根据查得的相关尺寸设计得销的三维实体图（图3.4）。

图3.4销

3.3螺杆的结构设计

螺杆的材质要求需要调质钢，且经淬火高温回火后，使其具有良好的综合力学性能，考虑到它的使用环境，其要求强度、韧性和塑性都较高，因此选取材料为45钢。

根据螺杆的零件图画出三维实体图。

螺杆的零件图（图3.5）：

图3.5螺杆（丝杠）的零件图

螺杆的三维实体图（图3.6）：

图3.6丝杠

3.4螺杆的强度校核计算

进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。

本设计中，螺杆主要是扭矩，则应该按扭转强度条件计算。

这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度，轴的扭转强度条件为：

式中：

——扭转切应力，Mpa；T——轴所受的扭矩，N.mm；

——轴的抗扭截面系数，n——轴的转数，p——轴传递的功率，d——计算截面处轴的直径，mm；

——许用扭转切应力，Mpa。

根据国家标准，选取许用扭转切应力为25-45Mpa.T=15KN.m。

截面处轴的直径为18mm。

代入数据可算得实际扭转切应力为17.49Mpa，与理论相比可知符合设计使用性能的要求。

所以，和螺母配合处轴的尺寸选择合理。

3.5垫片的选择设计

为了使螺杆在固定钳身里能够较好的定位，特配备两个垫圈，一个用于和M10螺母的配合使用，另一个用在螺杆的把手方位与固定钳身的配合使用，考虑到工艺性和价格等因素，且碳素结构钢在力学性能上能满足普通机械零件及工程结构件的要求，因此材料选取为Q235。

和M10螺母配合使用的弹簧垫圈（图3.7）选用标准件，按GB93—87，相关尺寸为：

d=10.2，s=b=2.6，0

图3.7垫圈

螺杆的把手方位与固定钳身的配合使用的垫圈选用标准件，按GB93—87，相关尺寸为：

d=18.3，s=b=4.5，0

4钳口的设计

4.1钳口的设计

机械加工中，台虎钳是较为常见的装夹工具，它分机同和手用两种，都是利用两钳口作定位基准，靠丝扛、螺母传送机械力的原理。

其结构简单，装夹迅速，所以被人们称道。

但是台虎钳也有其不足之处，如袭夹外形较为复杂和不规则工件时，就力不从心了。

主要原因是台虎钳钳口是平直的，不适于装夹球形，特别是圆柱形工件。

机加工时工件易位移，有时工件还会飞出机床台面。

为此，我们对台虎钳的钳口部位进行了改造，使之能装夹各种工件。

具体方法是，按原钳口大小制一对对称的V型钳口（如图4.1）。

图4.1V形钳口示意图

该V形钳口需经热处理淬火及表面处理。

使用时需将原钳口卸下，装上V形新钳口，即可使用。

若工件是单件或批量小，也可不卸原钳口，直接将新钳口装上。

另外，还可以使用一块V形钳口，这样就形成了工件和钳口之间呈三条线定位接触加紧；如果使用两块V形钳口则是四条线接触夹紧。

在此基础上，进一步设计制作了一系列钳口（如图4.2）。

图4.2-a

图4.2-b

图4.2-c

图4.2-a所示钳口特别适用于小圆柱件的多件立式夹紧。

装拆方便，夹紧力平衡，并能实现自动补偿。

图4.2-b适用于装夹较大直径工件的立兜，可形成三线和四线接触夹紧。

图4.2-c所示钳口适用于不规则工件的立式夹紧。

上述三种钳口在使用时只需将其卡在原钳口上，并用紧固螺钉（图4.8）紧固即可。

根据工件与V形块的接触母线长度，V形块可以分为短V形块和长V形块，前者限制工件两个自由度，后者限制工件四个自由度。

4.2V形钳口的分析

　　V形块定位的优点是：

①对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称平面上，在左右方向上不会发生偏移，且安装方便；②应用范围较广。

不论定位基准是否经过加工，不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用V形块定位。

V形块上两斜面间的夹角一般选用60°、90°和120°，其中以90°应用最多。

其典型结构和尺寸均已标准化（见国标附图4.3、图4.4、图4.5）。

V形块的材料一般用20钢，渗碳深0.8～1.2mm，淬火硬度为60～64HRC。

图4.3V形口典型结构

图4.4V形口典型结构

图4.5V形口的国标尺寸

4.3V形钳口的选择设计

此次设计为改装普通台虎钳的平面钳口为V形钳口[13]，以更好的加紧圆柱工件。

此V形钳口的制作应该是一系列的，结合国家标准和本设计的要求，可得出台虎钳V形块的效果图（图4.6）

图4.6v形钳口

4.4V形钳口的实例设计

此次设计中选取一组数据为例，有关尺寸如下：

N=42,35

图4.7V形钳口

4.5紧固螺钉的选择

固定V形钳口的紧固螺钉按国家标准ＧＢ/T5783-2000进行选择，结合设计要求，即可选取M10X20的螺钉（图4.8）就能满足紧固要求。

图4.8紧固V形钳口螺栓

5台虎钳结构的装配

5.1台虎钳的爆炸视图

爆炸视图（图5.1）能够较好的展示台虎钳各个零件之间的关系，它从三维立体的角度阐明了台虎钳的结构，给人们直观直接的视觉感受。

图5.1台虎钳爆炸视图

5.2装上V形钳口的台虎钳效果示意图：

利用solidworks生成装配体的功能对设计改进的台虎钳进行组装，生成效果示意图（图5.2）。

图5.2V形钳口台虎钳

此示意图只是表示了一个方面，只是在活动钳身上装有V形钳口，此时形成三线接触夹紧，根据需要也可以同时在固定钳身上装上V形钳口，此时形成四线接触夹紧。

台虎钳使用功能方法的拓展

当V形块使用

利用普通台虎钳钳口的开度可以调节以及两块钢制钳口表面的直线度、平面度、硬度、比较高的特点，在对小件圆柱体材料进行粗加工画线时，可以把它当V形块使用。

因为在对圆柱体材料如圆钢进行画线时，需要找出圆柱体的母线。

这时往往需要有V形块、千斤顶把圆柱体支撑起来，然后再放到划线平台上进行画线。

使用该方法，可以不用V形块、划线平台等工具也能完成小件圆柱体母线的画线工作。

如圆钢粗加工母线的划法。

操作方法：

把台虎钳的钳口旋开一定得开度即钳口的的距离，注意营销与圆柱体的直径，把材料直接放在钳口上，然后用划针沿着钳口的平面划出圆柱体材料的一条母线，再以这条母线为基准面画出其他的母线。

假如圆柱体材料要锯开一个矩形的平面，那么可以量取钳口张开的距离等于要加工的平面的宽，然后把材料放在钳口上，沿着钳口两边划出线来，这样就能够同时划出两条圆柱的母线。

这样简单、易操作。

假如钳口不够平，可垫着钢直尺进行画线。

如学生钳工实习用直径32mm、长度110mm的圆钢制作小铁锤，就使用这种方法，可以节省很多工、量具。

手工绕制弹簧

这种方法也是利用普通台虎钳钳口的夹紧力，用它来夹紧弹簧的钢丝一端，配合其它工具就能绕制结构简单的弹簧。

因为在机械维修中会经常遇到设备内的弹簧折断，在短时间内很难买到原配件的情况下，就需要重新绕制弹簧。

操作方法：

先把弹簧钢丝折成一个直角，短边约20mm左右，长边是用来绕制弹簧用的，然后把短边与芯棒一起夹在普通台虎钳钳口上（靠近钳口两侧），用钢丝钳或其它夹具夹紧钢丝长边一端绕制芯棒旋转到所需要的弹簧长度就可以了。

注意要选择合适的芯棒，即棒的直径要比原弹簧直径小一些，但又不能太小。

校正小钢材

利用普通台虎钳钳口夹紧力的大小，可以校正不同规格的小钢材。

在校正时台虎钳的夹紧力应大于材料变形时所能承受的压力的大小。

一般用来校正小直径的圆钢、小面积的薄钢板等。

操作：

把工件夹在普通台虎钳的钳口上，转动手柄利用台虎钳钳口的夹紧力，对工件的变形进行有效的校正。

结论

在整个毕业设计阶段，通过对SolidWorks软件的学习，我了解到了Solidworks的基本原理和具体运用方法。

并且能够运用SolidWorks软件对各种零件进行三维实体建模，并生产工程图。

在本文中我利用SolidWorks软件对台虎钳及其改进结构进行了三维造型，但还有很多不理解的地方需要更加努力的加强学习。

致谢

毕业设计是我的大学学习生涯必经的一个阶段。

为了更高质量完成这个任务，我付出了很大的努力，克服了很多困难，但仅靠我个人的努力仍是远不能实现的。

在整个设计及论文写作过程中，我得到了很多老师的帮助，尤其是指导老师苗老师的耐心指导与悉心指正给我留下了深刻的印象。

在此我再次对于他们的关心表示衷心的感谢！

参考文献

[1]陈立德.机械设计基础课程设计指导书（第三版），高等教育出版社。

[2]范钦珊。

工程力学（静力学和材料力学），高等教育出版社。

[3]胡仁喜,张红松,刘昌丽，等.Solidworks机械设计工程实践，科学出版社。

[4]黄观尧,刘宝河，等.机械制造工艺基础，天津大学出版社。

[5]张春林,曲继方、张美麟，等.机械创新设计，机械工业出版社。

[6]杨巧绒,张克义，等.AutoCAD工程制图，中国林业出版社、北京大学出版社。

[7]王兰美，等.机械制图，高等教育出版社。

[8]濮良贵，纪名刚，等.机械设计（第八版），西北工业大学机械原理及机械零件教研室。

[9]孙恒，陈作模，葛文杰，等.机械原理（第七版），西北工业大学机械原理及机械零件教研室。

[10]陈立德，等.机械设计基础课程设计，高等教育出版社。

[11]陈明，等.机械制造工艺学，机械工业出版社。

[12]邓文英，等.金属工艺学（第四版），高等教育出版社。

[13]中华人民共和国国家标准机床夹具零件及部件V形块（ThepatsandunitsofjigsandfixturesV-block）ＧＢ／Ｔ２２０８—９１　中华人民共和国机械电子工业部机械标准化研究所。

[14]何翌苼、陈涉、陆利峰,等.Solidworks基础及应用教程，电子工业出版社。

[15]蔡慧林，戴建强，席晨飞,等.基于Solidworks的应力分析和运动仿真的研究。

[16]蓝荣香，等.Solidworks零件设计技术与实践（2007版）,电子工业出版社。

[17]宋爱平，等.《CAD/CAM技术综合实训指导书》，机械工业出版社。

[18]邢启恩，等.《SolidWorks2007国标工程图精粹》机械工业出版社。

[19]魏铮，等.《SolidWorks2004模具设计》，机械工业出版社。

[20]詹维迪，等.《SolidWorks高级应用教程》，机械工业出版社。

[21]王隆太，等.《机械CAD/CAM技术》，机械工业出版社。