机用台虎钳的工作原理.docx
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机用台虎钳的工作原理
前言4
第一部分加工方案4
§1.1课题介绍3
§1.2机用台虎钳工作原理4
§1.3对台虎钳各个零件的设计6
第二部分加工工艺与技术难点10
§2.1台虎钳结构特点和技术要求10
§2.2材料毛坯的选择与加工方案15
第三部分台虎钳钳口结构改进19
§3.1台虎钳的分析改进18
第四部分毕业设计总结21
参考文献22
前言
机械是人类生产劳动的重要工具。
几十年来，在数控机床向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，相应的夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。
夹具是机械加工不可缺少的部件之一。
常用的几种夹具主要有：
可调夹具；组合夹具；数控机床夹具等。
而虎钳是最常用最经济最普及的一种夹具，其结构简单装夹迅速，定位准确，加工时省时省力，提高了加工效率和加工精度。
提高了产品质量。
机械加工中，台虎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，靠丝杠，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，提高了加工效率和加工精度。
提高了产品质量。
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的工件。
主要原因是台虎钳钳口是平直的，不适于装夹圆柱形工件，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。
以满足更多使用功能的要求，使其更加的实用化。
关键词：
夹具孔系加工自动加工
第一部分加工方案
§1.1课题介绍
本次课题主要设计的是普通型台虎钳。
但是因为普通型台虎钳的钳口是平的，无法装夹球型，特别是圆柱型工件。
机加工时工件容易位移，甚至飞出工作台面，为此，笔者对它的结构进行了改进。
以满足了其使用要求，更实用化。
根据学校在这次课题设计中所提供的材料、设备，我在选择设计课题时紧扣两点：
一、最大限度的应用所学知识
二、在保证时间的前提下课题能完美的完成。
最终选择台虎钳为我这次毕业设计的课题。
如下图所示：
图1台虎钳效果图
§1.2机用台虎钳的工作原理
台虎钳由固定钳座1，钳口板2，活动钳身4，螺杆8和方块螺母9等零件组成。
当用扳手转动螺杆8时，由于螺杆8的左边用开口销卡住，使它只能在固定钳座1的两圆柱孔中转动，而不能沿轴向移动，这时螺杆8就带动方块螺母9，使活动钳身4沿固定钳座1的内腔作直线运动。
方块螺母9与活动钳身4用螺钉3连接整体，这样使钳口闭合或开放，便于夹紧和卸下零件。
（图2）。
固定钳座1在装配件中起支承钳口板2，活动钳身4，螺杆8和方块螺母9等零件的作用，螺杆8与固定钳座1的左，右端分别以ø12H8/f7和ø18H8/f7配合，活动钳身4与方块螺母9以ø20H8/f7间隙配合。
固定钳座1的左、右两端是由ø12H8和ø18H8水平的两圆柱孔组成，它支承螺杆8在两圆柱孔中转动，其中间是空腔，使方块螺母9带动活动钳身4沿固定钳座1作直线运动。
图2普通台虎钳的装配图
§1.3对台虎钳各个零件的设计
1.固定钳座的设计
该零件一般选用灰铸铁，常用的牌号为HT200。
这是因为灰铸铁不仅成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性。
精度要求较高的钳身可选用耐磨铸铁，或铸钢件。
对单件生产或某些简易的钳座，为缩短身缠周期和降低生产成本，也采用钢件焊接结构。
根据固定钳座的零件图，先画出三维实体图，选取材料为T200。
图3固定钳座的零件
图4固定钳身的三维实体图
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HT200。
活动钳身的零件图：
图5活动钳身的零件图
图6活动钳身的三维实体图
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，选取材料为Q235
方块螺母的零件图。
图7方块螺母零件图
图8方块螺母三维实体图
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。
钳口板零件图（图9）
图9钳口板零件图
图10钳口板三维实体图
第二部分加工方案与技术难点
§2.1台虎钳结构特点和技术要求
一、孔径精度该螺杆支撑孔的尺寸误差和几何形状误差会使螺杆与其配合不良。
孔径过大，配合过松，使螺杆回转不稳定，并降低了支承刚度，易产生晃动；孔径过小，配合过紧，螺杆将因外环变形而不能正常运转，缩短寿命。
螺孔不圆，也使螺杆外环变形而引起径向跳动。
从上分析可知，对孔的精度要求较高，螺孔的尺寸精度为IT6级，孔的几何形状误差控制在尺寸公差范围之内。
二、孔形位公差要求同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线的垂直度误差，形位公差如果不能保证，会使螺杆装配到钳身上后产生歪斜，致使螺杆产生径向圆跳动，和轴向窜动，加剧磨损。
孔系之间的平行度误差会影响螺杆传动质量。
一般同轴上各孔的同轴度约为最小孔尺寸公差之半。
一般都要规定螺杆轴线对安装基面的平行度公差。
在垂直和水平面两个方面上允许螺杆前端向上向前偏。
Ⅰ.保证同轴孔系同轴度的方法：
1）利用已加工孔作支承导向
当台虎钳前壁上的孔径加工好后，在孔内装一导向套，通过导向套支承镗杆加工后壁上的孔，以保证两孔的同轴度要求。
此法适用于加工前后壁相距较近的同轴线孔。
2）采用调头镗
当前后壁相距较远时，可用“调头镗”。
工件在一次装夹下，镗好一端的孔后，将工作台回转180°，镗另一端的孔。
对同轴度要求不高的孔，可选择普通镗床镗削；对同轴度要求较高的孔，可选择卧式加工中心镗削。
对于我设计的虎钳，由于钳身尺寸相对较小，对同轴度要求的孔，可采用铣平端面→打中心孔→钻→半精镗→孔口倒角→精镗或（绞）。
镗刀可采用加长减震镗刀一次装夹完成镗孔。
同时此法也可保证孔与端面的垂直度要求。
必须要求工件在一次装夹下完成。
Ⅱ.孔加工方法：
孔的加工精度为IT7级，一般可采用镗（扩）→粗铰→精铰或粗镗（扩）→半精镗→精镗→攻螺纹加工方案（若未铸预孔则应先钻孔）。
以上两种方案均能使孔的加工精度达IT7级，表面粗糙度达Ra0.63~2.5mm。
当空的精度高于IT6级、表面粗糙度值小于Ra0.63um时，还应增加一道超精加工（常用精细镗、衍磨等）工序作为终加工；单件小批生产时，也可采用浮动铰孔。
三、主要平面的精度装配基面的平面度误差影响活动钳身与固定钳身连接时接触刚度。
若在加工过程中作为定位基准时，还会影响孔的加工精度。
因此规定底面和导向面必须平直和相互垂直。
其平面度、垂直度公差等级为5级。
顶面的平面度要求是为了保证活动钳身的移动性，活动灵活。
当大批大量生产将其顶面用作定位基面加工孔时，对它的平面度要求还要提高。
四、表面粗糙度主要表面的表面粗糙度会影响连接面的配合性质或接触刚度。
装配基准面和定位基准面为Ra0.63~2.5um，其它平面为Ra2.5~10Um。
平面的粗加工和半精加工，主要采用刨削和铣削。
刨削的刀具结构简单，机床调整方便，但在加工较大平面时，生产效率低，适用于单件小批生产。
铣削的生产效率一般比刨削高，在成批和大量生产中，多采用铣削。
当生产批量较大时，为提高生产率，可采用专用的组合铣床对各平面进行多刀、多面同时铣削。
零件图样分析：
虎钳钳身支撑平面平面度公差为0.01mm。
上平面与固定钳口面垂直度公差为0.02/300mm。
两螺孔的轴线对基准面的圆跳动公差为0.03/300mm。
两螺孔德轴线对基准面的平行度公差为0.03/300mm。
两螺孔表面对基准面的同轴度公差为ø0.02mm。
两螺孔圆度公差均为0.005mm;每孔内表面相对侧母线的平行度公差为0.01mm。
拟定机械加工工艺规程的原则：
①加工方法的选择原则：
在保证加工表面精度和表面粗糙度要求的前提下，尽可能提高加工效率。
②工序的划分：
1按先面后孔的原则划分工序；
2按所用刀具划分工序；
3按粗、精加工划分工序。
③加工余量的选择：
1工序间加工余量的选择应采用最小加工余量原则，以求缩短加工时间，降低零件加工费用。
但是各个工序应有充分的加工余量，特别是最后的工序。
2在选择加工余量时，还应考虑由于零件的大小不同，切削力、内应力引起的变形也会有差异，工件大，变形增加，加工余量相应地应大一些。
加工方法、装夹方式和工艺装备的刚性可能引起的零件变形，过大的加工余量会由于切削力增大引起零件的变化。
确定加工余量的方法有查表法；经验估算法；分析计算法。
④进给路线的确定：
尽可能加工路线最短，减少空行程时间和换刀次数，提高生产率。
减少零件的变形。
合理选择铣削方式，以提高零件的加工质量。
⑤夹具的选择：
尽量选择通用夹具、组合夹具，能使零件一次装夹中完成全部加工面的加工，并尽可能使零件的定位基准与设计基准重合，以减少定位误差。
夹具应具备足够的强度和刚度，使零件在切削工程中切削平稳，保证零件的加工精度。
一般多采用平口虎钳或压板为多。
其装夹迅速方便、定位准确。
§2.2材料和毛坯的选择与加工方案
实际生产中，一般用灰铸铁，常用牌号为HT200。
这是因为灰铸铁不仅成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸性和阻尼特性。
该虎钳可选用耐磨铸铁，负荷大的主轴箱也可采用铸钢件。
台虎钳固定钳身机械加工工艺过程卡
工序号
工序
名称
工序内容
工艺装备
1
铸造
2
清砂
3
热处理
人工时效处理
4
涂底漆
涂红色防锈底漆
5
划线
1按图样外形尺寸及螺孔位置划出中心线
2划出各面加工线及找正线
6
粗铣
以顶面定位基准，饶平虎钳底座
加工中心
7
粗铣
以左端侧面定位安装，找正中心线粗、精铣顶面
加工中心
8
粗、精铣
一次装夹下，铣钳身键槽
加工中心
9
钻
铣平端面后，打中心孔
加工中心
10
粗、精镗
镗钳身前壁孔，加工完成后，“掉头镗”后壁孔
加工中心
11
粗、精铣
用加工中心分别粗、精攻前后M8的螺纹
加工中心
12
钳
修毛刺
13
检验
按图纸要求检查工件各部件尺寸及精度
14
入库
涂油，入库
台虎钳活动钳身加工工艺过程卡
工序号
工序
名称
工序内容
工艺装备
1
铸造
2
清砂
3
热处理
人工时效处理
4
涂底漆
涂红色防锈底漆
5
粗铣
以顶面定位基准，饶平活动钳身
加工中心
6
粗铣
以端面定位安装，精铣顶面
加工中心
7
钻
打中心钻
加工中心
8
粗、精铣
按图纸尺寸要求粗、精铣各孔
加工中心
9
攻
加工与螺杆相配合的螺纹孔
加工中心
10
钳
去毛刺
11
检验
按图纸要求检查工件各部件尺寸及精度
12
入库
涂油，入库
加工分析：
一、铸件必须进行时效处理，以消除应力。
有条件时应在露天存放一年以上再加工。
二、为了保证加工精度应使定位基准统一，该零件主要定位基准集中在侧端面。
镗孔时，在可能的条件下尽量采用“支撑镗削”法，以增加镗杆的刚性，提高加工精度。
如果直径小的孔，应采用钻、扩、铰加工方法。
三、为保证在同一轴上各孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套再加工其他孔的方法。
或使用加长减振镗刀。
四、为提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗和精镗分开进行。
五、孔的尺寸精度检验，使用内径千分尺或内径百分表进行测量。
六、同一轴线上各孔的同轴度，可采用检验心轴进行检验。
七、各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准面的平行度，均应通过检验心轴进行测量。
第三部分台虎钳钳口结构改进
§3.1钳口的分析改进
机械加工中，台虎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，靠丝杠，螺母传送机械
力的原理，其结构简单，装夹迅速，但是台虎钳也有其不足之处，如装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，本文对台虎钳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11）
图11V型钳口示意图
该V型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型新钳口，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型钳口，这样就形成了工件和钳口之间呈三条线定位接触加紧。
根据工件与V型块的接触母线长度，V型块可分为短V型块和长V型块，前者限制工件两个自由度，后者限制工件四个自由度。
如图12；
图12
V型块也是支承定位。
图20为常见V型块结构。
图1用于较短工件精基准定位；图2用于较长工件粗基准定位；图3用于工件两端精基准面相距较远的场合。
如果定位基准与长度较大，则V型块不必做成整体钢件，而采用铸铁底座镶淬火钢垫，如图4所示。
根据工件与V型块的接触母线长度，长V型块限制工件四个自由度，短V型块限制工件的两个自由度。
V型块两斜面的夹角有60°、90°和120°三种，其中以90°为最常用。
V型块定位的优点：
1）对中性好，即能使工件的定位基准轴线对中在V型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，不论是完整的圆柱还是局部圆弧面，都可采用V型块定位。
第四部分毕业设计总结：
通过机床工艺及家具设计，汇总所学专业知识与一体。
如《机械零件设计》、《金属材料与热处理》、《机械制造工艺》、《数控机床加工工艺》等。
让我对所学的专业课程得以巩固、复习及实用。
在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础。
通过对台虎钳夹具的设计，学会了工艺装备设计的一般方法。
通过亲手设计加工的训练，提高结构设计的能力。
课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查阅相关资料等，增强笔者解决工程实际问题的独立工作能力。
参考文献与资料
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工程材料（第三版），清华大学出版社
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AutoCAD工程制图。
中国林业出版社。
北京大学出版社
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机械创新设计，机械工业出版社。
[6]王兰美，等，机械制图，高等教育出版社
[7]华茂盛发，唐健，数控机床加工工艺，机械工业出版社
[8]中华人民共和国国家标准机床家具零件及部件V型块GB/2208-91中华人民共和国机械电子工业部机械标准化研究所
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