普通平口钳的设计.docx

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普通平口钳的设计

摘要

普通平口钳的主要功能是夹紧工件，以使加工方便、快捷。

本论文利用普通平口钳的特性，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。

使平口钳的功能更加全面化。

平口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夹具。

平口钳装配图采用了俯视图、主视图、三维立体图和一个表示单独零件的爆炸视图来表达。

主视图采用了全剖视图，反映平口钳的工作原理和零件间的装配关系。

俯视图反映了固定钳身的结构形状。

根据使用条件的不同，加工环境的不同，人们还会对平口钳进行进一步的改进创新和功能的拓展，会有越来越多不同的结构使平口钳的使用功能多样化、全面化。

关键词：

平口钳,传动,夹紧力

Abstract

Ordinaryvises'smainfunctionistoclamptheworkpiece,sothattheprocessingisconvenient,shortcut.Thispaperusestheordinaryvisescharacteristics,thefunctionsofexpansion,suchasactingasthecrossedtheplatform,windingspring,correctionofsmallsteel.Thevisefeaturesamorecomprehensive.

Viseisaworktableofamachinetoolisusedtoclamptheworkpiece,inordertofacilitatethemachiningofaworkpiecefixture.Viseassemblyemploysaplanform,mainview,three-dimensionalmapandaseparatepartsoftheexplodedviewtoexpress.Themainviewofthefullsectionview,reflecttheflat-nosepliersworkingprincipleandtheassemblyrelationbetweenparts.Overlookingthemapreflectsthefixedclampbodyshape.

Accordingtodifferentuseconditions,processingofthedifferentenvironment,peoplealsotoclampforfurtherimprovementandinnovationandfunctionexpansion,therewillbemoreandmoredifferentstructuremakestheflat-nosepliersusefunctionaldiversification,comprehensive.

KeyWords:

benchvice,Hydraulictransmission,Clampstrength

第1章绪论

机械加工中，平口钳是较为常见的装夹工具，它分机用和手用两种，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。

平口钳结构简单，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。

普通平口钳的主要功能是夹紧工件，以使加工方便、快捷。

本论文利用普通平口钳的特性，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。

使平口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，人们还会对平口钳进行进一步的改进创新和功能的拓展，会有越来越多不同的结构使平口钳的使用功能多样化、全面化。

平口钳是机械加工和钳工装配或维修所必备的辅助工具。

主要由活动钳口、固定钳口、丝杆和固定钳身4部分组成。

丝杆起松紧作用。

转式平口钳的钳体可在水平方向作360°旋转,并能在钳工操作所需位置固定。

有些转式平口钳还可在垂直或水平方向作任意旋转。

一般情况下，平口钳都带有便于锤打用的砧板。

其规格用钳口宽度来表示，常用规格有100mm，125mm，150mm等。

　　使用注意事项：

（1）夹紧工件时要松紧适当，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）不许在滑动钳身和光滑平面上敲击作业。

（4）对丝杠、螺母等活动表面应经常清洗、润滑，以防生锈。

图1各式各样的平口钳

下面介绍另外一种平口钳：

图2平面油压虎钳

平面油压虎钳采用油压结构,能轻易的锁紧工件.虎钳滑动面及底面,经过精密研磨,平行度精准,虎钳本体使用球墨铸铁FCD60制造，抗张力强，耐磨性高，不易变形.虎钳滑动面热处理HRC45°以上，保持长久耐磨及精度。

最适合于普通铣床,CNC数控铣床,机械加工,模具制造业使用。

平口钳是对现有螺纹传动平口钳的改进，主要用于成批生产。

它能实现快速夹紧与快速松开，且能保证夹紧力大小。

这样就可以避免过去要夹紧一个较薄的零件时，因夹紧力没有办法确定调式的时间，同时因能实现快速夹紧与快速松开，从而大大的提高生产效率。

钳工用平口钳，是现在市场所没有的。

一、根据现在生产核技术越来越高，生产精度越高，同时也是生产越来越精巧，夹紧力也要求越来越准确，不能过大过小。

但传统的平口钳所产生的夹紧力是根据师傅的经理来保证的，因此极有可能会产生以上的不足而使废品率提高，根据生产的需要，特此设计一套适合加工的钳工用平口钳。

二、传统的平口钳工作效率比较低，传统平口钳是螺纹传动，无法实现快速夹紧与松开，使得生产效率比较低。

现有的平口钳基本上用在铣床上，能实现快速夹紧与松开，但是要配有一个机动的动力源，如果用在钳工上就成本太高，所以不适用。

新设计的钳工用平口钳，不但可以实现快速夹紧与松开的同时，系统的动力源为手动，这样相对于机床用的平口钳来说成本比较低，只比传统平口钳的成本高不了多少。

钳工用平口钳有以上优点，新的平口钳的问世是迟早的问题，是必然的趋势。

第2章本课题研究任务

2.1内容

1）普通平口钳的方案设计；

2）普通平口钳的总装图的绘制（含技术要求、明细表）；

3）普通平口钳的主要零件图绘制；

4）设计说明书编写。

2.2规格和主要参数

本工程设计名称：

普通平口钳

本普通平口钳的规格:

钳口最大张开度80mm

本普通平口钳技术参数:

钳口宽度

钳口高度

钳口最大张开度

100mm

30mm

80mm

两钳口的平行度、两钳口对导轨面的垂直度：

≤0.025mm/100mm

2.3要求

1）独立完成的详细设计；

2）图纸绘制和标注应符合国家或行业标准；

3）设计或论文应在教学计划所规定的时间内完成；

4）论文书面材料的形成应符合学院相关规定。

2.4毕业设计（论文）的工作内容

1）普通平口钳的方案设计；

2）普通平口钳的总装图的绘制（含技术要求、明细表）；

3）普通平口钳的主要零件图绘制；

4）设计说明书编写。

第3章总体方案的设计

本设计中，充分考虑到平口钳的功能需求和与系统的配合需求，在具体实现的过程中，以系统的可靠性与易用为准则，尽量把钳工用平口钳设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于使用的产品。

3.1平口钳结构

平口钳主要由活动钳身、固定钳身、丝杆、手柄等可活动零件，以及螺钉、螺母等起固定作用的零件组成。

3.2工作原理

平口钳的固定钳身用螺栓固定于工作台边缘上，固定钳身装在固定钳身上，并能绕固定钳身轴心线绕一定角度转动，当转到要求的方向时，扳动夹紧手柄使夹紧螺栓旋紧，使固定钳身固紧。

活动钳身通过导轨与固定钳身的导轨配合。

处于活动钳身上的丝杆可以旋转，但不能轴向移动，并与安装在固定钳身内的丝杠螺母配合。

当摇动手柄时，丝杠旋转，带动活动钳身相对于固定钳身作轴向移动，在钳口的作用下夹紧或放松物件。

其次，在丝杆与活动钳身配合处有弹簧，其借助挡圈和开口销固定在丝杠上，当放松丝杠时，可使活动钳身及时地退出。

另外，在固定钳身和活动钳身上，各有用螺钉固定的钢制且制有交叉网纹的钳口，起夹紧、防滑的作用。

3.3分项分析

3.3.1形态分析

平口钳采用工业的几何外形，包含曲线、棱角、圆弧等形态符号，体现出很强的机械时代信息。

圆形开槽固定钳身隐含着可旋动的滑槽语义；棱角分明的钳体结合有弧度的曲线，传达工具硬朗、稳固的机械工具品质。

出于使用环境的限定，其不加修饰的外形给我们一种机械的美感，传达出工业产品的力量感，似乎能嗅出其原材料的金属味。

固定钳身与活动钳身张合作用、钳口交叉网纹等借鉴仿生动物嘴巴、牙齿形态，抽象提炼工业基本形态。

总体体现简洁、几何、机械、有力度的工业特征。

3.3.2色彩分析

产品采用单一的深蓝色涂饰符合设计车间产品的要求，具有理性、现代、工业的语义。

其次，蓝色为冷色调，有镇静的效果，从心理层面可以平定人的情绪，蓝色也是后退色，使人感觉时间过得很快。

在机器高速运转，工件切削等重体力、高噪音的生产环境里，稳定工人的情绪，营造色彩舒适的环境很重要，因而冷静、平稳的蓝色在此处使用得很恰当。

除外，无镀色的钳口、螺栓等零件也起到一定的色彩分割作用，不至于产品整体看起来呆板，并且起到了划分功能的语义效果。

3.3.3人机关系分析

平口钳是车间里用于夹紧固定工件，帮助钳工对工件进行再加工，如锯断、打磨等操作，解决了钳工夹紧工件的困难。

回转式平口钳最大的人机工学优点在于它能多角度回转固定钳身，当工件夹紧后，需要从另一个角度打磨时，取下工件再安装上会错位。

而加上回转功能后，钳工只需要扳转夹紧螺栓手柄，调整固定钳身到最适加工位置，仍可在原地进行加工工件，减少身体扭动活动。

宽大的钳口和有曲线坡度的钳身提供了也很大的加工空间，适合钳工宽松地使用各种工具，如锯、磨刀、锉刀。

此外，钳身的宽度、高度都符合人机尺寸；丝杆手柄、夹紧螺栓的手柄考虑到了省力问题，加大了手柄条的长度，一方面应用了杠杆省力的原理，降低工人操作强度；另一方面，设计的手柄是活动的，可供两侧使用，即可推又可拉，同时也满足双手操作使用。

前身尖锐的棱角处理倒角，打磨圆滑，防止对操作者刮伤。

3.3.4工艺分析

1、工艺方法分析

平口钳零部件繁多，主要涉及到铸铁、钢材料的成型加工工艺。

钳身、固定钳身等主要大体部件都采用HT200灰口铸铁，其具有优良的铸造性、减震性、耐磨性等特点，材料价格低廉，生产加工简单。

运用砂型铸造工艺，再经打磨，处理粗糙度等方法成型。

丝杆则是45钢经拔制成棒状、再在机床，如车床、铣床上，由高速旋转刀头从工件上铣削出螺纹的螺纹加工方法。

螺栓、螺钉则是采用Q235材料，应用相似的成型工艺加工而成。

弹簧经弹簧钢拔制、冷成型工艺。

钳口由45钢经过锻造，提高硬度与韧性，再经热处理淬硬，具有较好的耐磨性。

与前身配合的螺纹孔则是由镗床镗出来的。

表面处理采用烤漆，镀层工艺，起防水、防蚀、防锈作用。

2、工艺水平分析

整体工艺为一般加工成型工艺，涉及的都是铸造、锻造、车削等基本的金属加工工艺。

特殊处理部分主要在钳口和丝杆部分，钳口因为采用的工序较为复杂，有锻造、磨削钳口和底平面、淬硬，应用工艺水平较高。

丝杆的加工方法多样化，有车削、铣削等工序，高精度要求，目前加工丝杆的方法更多，但基于当时工艺，已属于较好工艺水准。

除此之外，整体钳身部分有较大倒角，也经过加工打磨，处理得很得当。

第4章各组成部分的设计

4.1固定钳座的设计

钳座属于机架、箱体类零件。

该类零件特点是形状不规则，结构较复杂。

固定钳身的总体组合方式为综合式，由圆柱台和若干凸台组成。

其作用主要是固定连接，与桌面和台面连接紧固的；还有一部分是和其他零件配合连接；固定其他零件，为其他零件提供安装区域。

根据固定钳座的零件图画出三维实体图，选取材料为HT150[2]。

固定钳座的零件图（图2）：

图2固定钳座的零件图

固定钳身的三维实体图（图3、图4）：

图3固定钳身（上视）

4.2活动钳身的结构设计

根据活动钳身的零件图画出三维实体图，选取材料为HT150[2]。

活动钳身的零件图（图5）：

图5活动钳身的零件图

图6活动钳

4.3丝杠螺母的设计

根据杠螺母的零件图画出二维实体图，选取材料为HT150。

根据杠螺母的二维图画出三维实体图。

4.4钳口板的结构设计

根据钳口板的零件图画出三维实体图，选取材料为45。

钳口板的零件图（图11）：

图11钳口板零件图

钳口板的三维实体图（图12）：

图12钳口板

4.5固定钳口板用螺钉的结构设计

根据设计需求和平口钳的使用性能要求，本设计中选取标准件螺钉——GB/T68，选取材料为Q235。

查取设计手册可得相关尺寸，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13）：

图13固定钳口板用螺钉

4.6螺母的选择设计

根据设计需求和平口钳的使用性能要求，本设计中选取标准件螺母——GB/T6174—2000—M10[10]，选取材料为35。

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16）。

图16螺母M10

4.7销的选择设计

根据设计需求和平口钳的使用性能要求，本设计中选取标准件y圆锥销——GB/T91—3x14，选取材料为Q235。

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17）。

图17销

4.8螺杆的结构设计

根据螺杆的零件图画出三维实体图，选取材料为45。

螺杆的零件图（图18）：

图18螺杆（丝杠）的零件图

螺杆的三维实体图（图19）：

图19螺杆（丝杠）

4.9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12.86Mpa，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。

4.10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。

和M10螺母配合使用的弹簧垫圈（图20）选用标准件，按GB93—87，相关尺寸为：

d=10.2，s=b=2.6，0

图20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

第5章平口钳的主要零件的加工工艺

5.1固定钳身加工

5.1.1图纸分析

在了解零件形状和结构之后，应检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标准是否齐全、合理等。

本次设计的工件为固定钳身数控加工工艺规程制订，零件的图纸包括：

一张零件图。

其中零件图中的图形都是采用主视图的画法，这样就已经能够表达清楚零件的各部分尺寸。

图纸当中有对固定钳身数控加工工艺规程制订各部分表面粗糙度的要求大部分为3.2μm。

如图5-1，平口钳固定钳身三维图所示材料为HT200号钢，单生产。

5-1固定钳身三维图

1、几何元素分析：

该工件外形复杂，包含了平面、圆弧面、孔等几何元素,其中，圆弧面在设计的过程中利用导动进行切除。

2、材料分析：

材料为HT200，调制状态，硬度为HRC20-30，适合加工中心加工。

零件结构工艺性好还是差对其工艺过程的影响非常大，不同结构的零件尽管都能满足使用性能要求，但它们的加工方法和制造成本却可能有很大的差别。

良好的结构工艺性就是指在满足使用性能的前提下，能以较高的生产率和最低的成本而方便地加工出来。

零件结构工艺性审查是一项复杂而细致的工作，要凭借丰富的实践经验和理论知识。

审查时，发现问题应向设计部门提出修改意见加以改进。

首先我们应当清楚工艺安排应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、计量单位和编号都要符合相应标准。

由于该零件有端面、外表面、倒角需要加工，且各表面之间有较高的尺寸精度和长度的要求，考虑到数控机床具有在一次安装下加工出多个表面的特点，因此该零件加工适宜采用工序集中的方式，这样就使每道工序加工内容很多，工艺路线变短。

选用工序集中的方式加工不仅能够保证加工精度、充分利用了现有设备，而且也减少了工件装夹次数，利于保证表面间的位置精度，缩短了生产加工时间，大大提高了劳动生产率。

零件的技术要求包括下列几个方面：

（1）加工表面的尺寸精度

（2）主要加工表面的形状精度

（3）主要加工表面之间的相互位置精度

（4）加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其他要求

（5）热处理要求

（6）其他要求（如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等）

要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。

特别要分析主要表面的技术要求，因主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。

该零件固定钳身在加工时要保证它的各项精度指标，如：

各项尺寸精度、表面粗糙度等。

（1）首先加工后要求达到一定的精度要求。

（2）零件加工时保证不同的长度尺寸及表面粗糙度要求。

（3）零件的外轮廓要光滑。

5.1.2加工工艺路线的总体设计

对于多台不同的数控机床、多道工序才能完成加工的零件,工序的划分自然以机床为单位来进行。

而对于需要很少的数控机床就能加工完零件全部内容的情况,数控加工工序的划分一般按照下列方法进行：

⑴以一次安装所进行的加工作为一道工序。

⑵以一个完整数控程序连续加工的内容作为一道工序。

⑶以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序。

⑷以粗、精加工划分工序。

所以综合考虑具体情况和经济性,机床设备、现有的工装设备等因素,为了更好的完成加工,我模拟了2个加工工序方案。

方案一:

以装夹划分需要两道工序。

工序一，第一次装夹然后进行粗精加工使工件达到加工精度。

工序二，掉头装夹进行粗精加工。

方案二:

以粗精加工划分需要两道工序。

工序一，第一次装夹然后进行粗加工，掉头再进行粗加工。

工序二，装夹工件进行精加工，再掉头，再进行精加工。

经过比较方案二要比方案一多装夹2次，在同样保证加工精度的情况下明显方案一更为方便快捷提高了工作效率所以我选择方案一做为我设计的零件的数控加工工序，以一次安装所进行的加工作为一道工序,以安装的加工作为工序,我的零件共需要两次装夹,分别进行粗加工、精加工。

这样两道工序就能完成零间的加工,定位基准可以得到很好的保证,不会出现定位误差。

每次装夹都要对刀,这样就只对刀两次,保证了刀位误差。

铣削加工工艺路线的拟定是制定铣削工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择各种加工表面的加工方法、划定加工阶段、划分工序的先后顺序等。

对于数控铣床，应重点考虑几个方面：

能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；是走刀路线最短，既可简化程序段，又可减少刀具空行程时间，提高加工效率应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。

1、根据工件的几何元素要求，本工件的加工方法为外轮廓的铣削，曲面的铣削。

2、按照铣削加工的工艺原则，工件的加工工艺方法为：

（1）在平口钳上装夹毛坯，加工部分高出平口钳70mm；

（2）使用直径为12mm，圆弧为3mm的牛鼻刀对零件（不包括流道和型腔）进行粗加工；

（3）使用直径为8mm的牛鼻刀对零件进行二次开粗；

（4）使用直径为8mm的球头刀对零件整体（不包括流道和型腔）进行精加工；

（5）使用直径为12mm的平刀进行平面加工。

（6）对零件进行抛光处理，使零件达到所要求的表面粗糙度；

5.1.3毛坯设置

数控铣床它的夹头用虎钳夹装夹毛坯，毛坯尺寸100×100×67mm。

用牛鼻铣刀Ф10×15粗铣刀，粗铣时最大进给量为2mm，主轴的转速为1000转/分钟。

粗加工余量为0.5mm，CimatronE8.下工件设置，

毛坯设置

尺寸设置：

100×100×30.76mm

材料：

45#钢

选择定位基准

（1）粗基准的选择原则

选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，并注意尽快获得精基面。

本固定钳身的加工应遵循的原则有：

（1）合理分配加工余量原则

（2）保证零件相互位置要求原则

（3）夹紧原则

（4）不重复使用原则

本次设计的固定钳身粗基准的选择遵循的是合理分配加工余量原则，所选的基准为零件的外圆柱表面。

2）精基准的选择原则

选择精基准时，主要考虑保证加工精度。

本固定钳身数控加工工艺规程制订的加工应遵循的原则有：

（1）基准重合原则固定钳身数控加工工艺规程制订为轴类零件即选用外表面基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合误差。

（2）自为基准原则选择加工表面本身作为定位基准，本零件对加工表面没有太高的尺寸精度要求，所以不必考虑此原则。

（3）互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。

（4）所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。

无论是精基准还是粗基准的选择，上述原则都不可能同时满足，有时还相互矛盾的，因此，选择根据实际情况分析，权衡利弊，保证其主要要求。

本次设计的固定钳身数控加工工艺规程制订精基准的选择遵循的是基准重合原则，固定钳身数控加工工艺规程制订轴类零件即选用外表面基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合误差。

由于毛坯已经确定采用铸件，比较适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。

铸件的毛坯精度较高,硬度较大，外圆柱表面的毛坯余量均匀。

所以，可以直接采用钢料的外圆柱表面作为粗加工定位基准。

以毛坯的外圆柱表面作为粗定位基准，加工出零件的精加工定为基准。

这样可以确保重要表面的精加工余量，采用外圆柱表面作为粗加工定位基准，达到了简单、方便、快捷的目的。

缩短了加工时间，提高了生产效率。

5.2钳口板加工

5.2.1图纸分析

如图5-2，钳口板三维图所示材料为45号钢，单生产。

图5-2钳口板三维图

1、几何元素分析：

该工件外形简单，包含了平面、孔等几何元素。

2、精度分析：

该工件被加工部分的各尺寸和形位公差、表面粗糙度要求较高，部分尺寸达到IT8-IT7级精度。

3、材料分析：

固定螺钉的材料为45钢，调制状态，硬度为HRC20-30，适合加工中心加工。

5.2.2加工工艺路线的总体设计

铣削加工工艺路线的拟定是制定铣削工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择各种加工表面的加工方法、划定加工阶段、划分工序的先后顺序等。

对于数控铣床，应重点考虑几个方面：

能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；是走刀路线最短，既可简化程序段，又可减少刀具空行程