冯刚-基于Solidworks的台虎钳结构的改造及功能的拓展.doc
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河南科技学院
2009届本科毕业论文(设计)
论文题目:
基于Solidworks的台虎钳结构的改造
及其功能的拓展
学生姓名:
冯刚
所在院(系):
机电学院
所学专业:
机械设计制造及其自动化
导师姓名:
杜家熙
完成时间:
2009年5月20日
目录
1绪论 1
2普通机用台虎钳的结构设计 1
2.1机用台虎钳的工作原理 1
2.2对台虎钳各个零件的设计 2
2.2.1固定钳座的设计 2
2.2.2活动钳身的结构设计 4
2.2.3方块螺母的结构设计 5
2.2.4钳口板的结构设计 6
2.2.5固定钳口板用螺钉的结构设计 7
2.2.6固定活动钳身用螺钉的结构设计 8
2.2.7螺母M10的选择设计 9
2.2.8销的选择设计 10
2.2.9螺杆的结构设计 10
2.2.10螺杆的强度校核计算 11
2.2.11垫片的选择设计 12
3对台虎钳的部件(钳口)的结构改进 12
3.1钳口的分析设想 12
3.2V形钳口的分析 14
3.3V形钳口的选择设计 15
3.4V形钳口的实例设计 16
3.5紧固螺钉的选择 16
4台虎钳结构的装配 17
4.1台虎钳的爆炸视图 17
4.2装上V形钳口的台虎钳效果示意图:
17
5台虎钳使用功能方法的拓展 18
5.1当V形块使用 18
5.2手工绕制弹簧 18
5.3校正小钢材 18
6结论 19
致谢 20
参考文献 21
1绪论
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创新和功能的拓展,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。
2普通机用台虎钳的结构设计
2.1机用台虎钳的工作原理
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夹具。
机用台虎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,反映台虎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。
主视图基本上反映了台虎钳的工作原理:
旋转长轴带动活动钳身作水平方向左右移动,夹紧工件进行切削加工。
主视图反映了主要零件的装配关系:
长柄螺母将导向座与长柄连接,螺杆窜过套筒通过螺杆螺母与活动钳身连接,长柄螺母将固定钳身和长柄连接,螺钉将两块钳口板分别与固定钳身和活动钳身连接。
机用虎钳(图1)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连成整体,这样使钳口闭合或开放,便于夹紧和卸下零件。
(图1)
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Φ12H8/f7和Φ18H8/f7间隙配合。
活动钳身4与方块螺母9以Φ20H8/f7间隙配合[1]。
固定钳座1的左、右两端是由Φ12H8和Φ18H8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1普通台虎钳的装配图
2.2对台虎钳各个零件的设计
2.2.1固定钳座的设计
根据固定钳座的零件图画出三维实体图,选取材料为T200[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)图4固定钳身(下视)
2.2.2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T200[2]。
活动钳身的零件图(图5):
图5活动钳身的零件图
活动钳身的三维实体图(图6、图7、图8不同视角的三维图):
图6活动钳
图7活动钳身
图8活动钳身
2.2.3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],选取材料为Q235。
方块螺母的零件图[6](图9):
图9方块螺母的零件图
方块螺母的三维实体图(图10):
图10方块螺母
2.2.4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
2.2.5固定钳口板用螺钉的结构设计
根据设计需求和台虎钳的使用性能要求,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,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
2.2.6固定活动钳身用螺钉的结构设计
根据固定活动钳身用螺钉的零件图画出三维实体图。
固定活动钳身用螺钉的零件图(图14):
图14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15):
图15固定活动钳身用螺钉
2.2.7螺母M10的选择设计
根据设计需求和台虎钳的使用性能要求,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
2.2.8销的选择设计
根据设计需求和台虎钳的使用性能要求,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
2.2.9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)
2.2.10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。
2.2.11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 3对台虎钳的部件(钳口)的结构改进 3.1钳口的分析设想 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21)。 图21V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,我们进一步设计制作了一系列钳口(如图22)。 图22-a 图22-b 图22-c 图22-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22-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22-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27)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。 3.2V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23、图24、表1)。 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23V形口典型结构
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