機用虎鉗畢業(yè)設(shè)計論文

1、德州職業(yè)技術(shù)學院高職專業(yè)畢業(yè)論文論文題目：基于Creo2.0（可自選）的機用虎鉗設(shè)計與分析系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計與制造 姓 名： 王紀香 學 號： 200801060130 指導教師： 梁東明 2010年1月6日摘要夾具對于保證加工精度，提高生產(chǎn)效率、 降低生產(chǎn)成本， 緩解工人勞動強度， 擴大機床的工藝范圍等都具有重要意義。夾具是工藝裝備的重要組成部分，在機 械制造行業(yè)中具有舉足輕重的地位。近年來， 夾具在國內(nèi)外也正在逐漸形成為一 個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。本文主要使用計算機輔助設(shè)計軟件（ creo2.0）完成機用虎鉗的整體機構(gòu)建模與裝配，并加載伺服電機進行運動仿真分析，

2、得出結(jié)論。研究發(fā)現(xiàn)，虎鉗具有結(jié) 構(gòu)緊湊，夾緊力度強，易于操作使用等特點，很適合中小型銑床、鉆床以及平面 磨床等機械設(shè)備使用。 通過該課題研究， 加強對夾具原理設(shè)計以及計算機輔助設(shè) 計等方面的系統(tǒng)化認識，加深對先進設(shè)計、智能制造的理解。關(guān)鍵詞 機用虎鉗計算機輔助設(shè)計運動仿真目 錄第一章緒論11.1國內(nèi)外夾具設(shè)計的發(fā)展背景11.2課題背景及意義2第二章機用虎鉗概述22.1機床夾具概述2夾具的分類3夾具的原理42.2機用虎鉗的作用與結(jié)構(gòu)52.3機用虎鉗的工作原理62.4機用虎鉗使用的注意事項7第三章機用虎鉗三維設(shè)計73.1 Creo2.0概述73.2 Creo2.0的選用理由83.3機用虎鉗主要零件

3、設(shè)計9第四章機用虎鉗的運動仿真25致 謝27參考文獻28第一章緒論1.1國內(nèi)外夾具設(shè)計的發(fā)展背景作為機電產(chǎn)品制造中不可或缺的四大工具（刀具、 夾具、量具、模具）之一， 夾具對于保證加工精度，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，減輕工人勞動強度，擴 大機床的工藝范圍， 縮短產(chǎn)品試制周期等都具有重要意義。夾具是工藝裝備的重 要組成部分，在機械制造行業(yè)中具有舉足輕重的地位。近 10 余年來，單件、小批量生產(chǎn)正逐漸成為現(xiàn)代機械制造業(yè)新的生產(chǎn)模式。 在這種模式下，發(fā)達國家普遍采用計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計(CAD) 、計算機輔助工程 分析 (CAE)和計算機仿真技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計，這同時也對加工機床及機床夾具提 出了更高

4、的柔性要求， 以求縮短生產(chǎn)準備時間、 降低生產(chǎn)成本。 按照單一品種設(shè) 計出來的專用夾具已經(jīng)遠遠不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求，在這種情況下， 組合夾具 的出現(xiàn)是必然的。 組合夾具正好能夠適應單件、小批量生產(chǎn)的模式， 它對縮短工 藝裝備的設(shè)計、 制造周期， 以及產(chǎn)品換型后對原有工裝夾具延續(xù)使用起到至關(guān)重要的作用。圖 1-1 計算機輔助設(shè)計制造 雖然我國趕超世界發(fā)達國家的步伐越來越快，借鑒“德國工業(yè)4.0”，也提出了“中國制造2025”的概念，但由于起步晚，底子薄，與德國、美國、日本 等先進水平相比， 仍然還有較大差距。 為了提高我國數(shù)字化產(chǎn)品在國際市場中的 競爭力，我們必須加強先進設(shè)計方面的研究。1.2

5、課題背景及意義本課題來源于德州職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計，設(shè)計要求是：設(shè)計一機用虎鉗，使用計算機輔助設(shè)計軟件 （creo2.0）完成整體機構(gòu)建模與裝配，并加載伺服電機 進行運動仿真分析，得出結(jié)論。機用虎鉗具有結(jié)構(gòu)緊湊，夾緊力度強，易于操作使用等特點，很適合中型銑床、鉆床以及平面磨床等機械設(shè)備使用。通過該項研究，系統(tǒng)加強對夾具原理設(shè)計以及計算機輔助設(shè)計等方面的認識，加深對先進設(shè)計、智能制造的理解。1.3課題設(shè)計思路本課題采用以項目導向，以工作任務驅(qū)動，以學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，理論教學與實踐教學融為一體的教學模式，充分體現(xiàn)了高職教育的特點。同時本課程以計算機輔助設(shè)計軟件（Creo2.0）完成整體機構(gòu)建

6、模與裝配，加載伺服電機進行運動仿真分析為主線，重構(gòu)了課程的教學體系，重組了課程的教學內(nèi)容，把知識和技能的教學溶入到項目的制作之中，實現(xiàn)了“實踐與理論相結(jié)合”的教學方法，較好地解決了學以致用，學好善用的問題。第二章機用虎鉗概述2.1機床夾具概述機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一種裝置。 其作用是將工 件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。圖 2-1 a) 機床夾具b) 機床夾具c) 機床夾具2.1.1夾具的分類（ 1）通用夾具特點是適應性廣，生產(chǎn)效率低，主要適用于單件、小批量的生產(chǎn)中。（ 2）專用夾具特點是結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便，可以保證較高的加工精度

7、和生產(chǎn)效率。（ 3）通用可調(diào)夾具和成組夾具該類夾具特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整， 以適應不同零件的加工。（ 4）組合夾具組合夾具特點是靈活多變，萬能性強，制造周期短、元件能反復使用，特別 適用于新產(chǎn)品的試制和單件小批生產(chǎn)。（ 5）隨行夾具隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具。該夾具既要起到裝夾工件的作用， 又要與工件成為一體沿著自動線從一個工位移到下一個工位，進行不同工序的加 工。2.1.2夾具的原理機用虎鉗的工作原理：虎鉗手輪轉(zhuǎn)動絲杠，絲杠的螺旋作用帶動與之配合的活動掌螺母沿螺桿軸線方向來回移動，從而使鉗口打開和閉合，即可實現(xiàn)夾緊和松開的作用。（ 1）定位元件它與工件的定位基

8、準相接觸， 用于確定工件在夾具中的正確位置，從而保證 加工時工件相對于刀具和機床加工運動間的相對正確位置。（ 2）對刀、引導元件或裝置這些元件的作用是保證工件與刀具之間的正確位置。（ 3）夾緊裝置用于夾緊工件，在切削時使工件在夾具中保持既定位置。（ 4）連接元件使夾具與機床相連接的元件，保證機床與夾具之間的相互位置關(guān)系。（ 5）夾具體用于連接或固定夾具上各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎(chǔ)件。它與機 床有關(guān)部件進行連接、對定，使夾具相對機床具有確定的位置。（ 6）其它元件及裝置有些夾具根據(jù)工件的加工要求，要有分度機構(gòu)，銑床夾具還要有定位鍵等。 以上這些組成部分， 并不都是缺一不可的， 但是任何

9、夾具都必須有定位元件和夾緊裝置，它們是保證工件加工精度的關(guān)鍵，目的是使工件定準、夾牢。圖 2-2 夾具的原理2.2機用虎鉗的作用與結(jié)構(gòu)機用虎鉗是安裝在機床工作臺上,用于夾緊工件， 以便進行切削加工的一種 通用工具。 固定鉗身可安裝在機床的工作臺上，起固定機座作用。轉(zhuǎn)動手柄可以 旋轉(zhuǎn)絲杠， 絲杠通過螺旋孔帶動滑塊左右運動，移動滑塊上面帶著活動鉗口。這樣，活動鉗口和固定鉗口一起就可以實現(xiàn)工件的夾緊和松開。圖 2-3 機用虎鉗結(jié)構(gòu)圖 機用虎鉗主要由以下幾個部件組成：底座：用來支撐底盤及鉗體；底盤：用來支掌鉗體，并可帶動鉗體旋轉(zhuǎn)；鉗體：安裝在底座上面，用來和支掌活動掌及工件；活動掌：用來收緊或放松鉗身

10、，從而夾緊工件；鉗口：夾緊工件時鉗口接觸工件的部份，可置換；壓板：用來活動掌固定在鉗體上；絲杠：用來連接鉗體與活動掌，并帶動活動掌作軸向運動；手柄：安裝在絲杠右端，使絲杠作旋轉(zhuǎn)運動；螺栓、螺母：用來固定虎鉗的各部件。2.3機用虎鉗的工作原理它的結(jié)構(gòu)是由鉗體、底座、導螺母、絲杠、鉗口體等組成?；顒鱼Q身通過導 軌與固定鉗身的導軌作滑動配合絲杠裝在活動鉗身上，可以旋轉(zhuǎn)，但不能軸向 移動，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的絲杠螺母配合。當轉(zhuǎn)動手柄使絲杠旋轉(zhuǎn)，就可以 帶動活動鉗身相對于固定鉗身作軸向移動，起夾緊或放松的作用。彈簧借助擋圈 和開口銷固定在絲杠上，其作用是當放松絲杠時， 可使活動鉗身及時地退出。在固定鉗

11、身和活動鉗身上，各裝有鋼制鉗口，并用螺釘固定。 鉗口的工作面上制有交叉的網(wǎng)紋， 使工件夾緊后不易產(chǎn)生滑動。鉗口經(jīng)過熱處理淬硬， 具有較好的耐 磨性。固定鉗身裝在轉(zhuǎn)座上，并能繞轉(zhuǎn)座軸心線轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)到要求的方向時，扳 動夾緊手柄使夾緊螺釘旋緊， 便可在夾緊盤的作用下把固定鉗身固緊。轉(zhuǎn)座上有三個螺栓孔，用以與鉗臺固定。圖 2-4 機用虎鉗原理圖圖 2-5 機用虎鉗裝配圖2.4機用虎鉗使用的注意事項（ 1）安裝時，必須使固定鉗口的一部分突出于鉗臺外緣，這樣在夾持長條形工 件的時候，鉗臺外緣不會干涉工件。（ 2）固定在鉗臺上的時候，三個壓緊螺釘必須扳緊，不能使虎鉗鉗身在零件加 工過程中出現(xiàn)松動，否則會損

12、壞虎鉗和影響加工精度。（ 3）在夾緊工件時，只許用手的力量扳動手柄，絕不允許用錘子或其他套筒扳 動手柄，以免絲杠、螺母或鉗身受到損壞。（ 4）裝卸工件需要敲擊時，應該在固定鉗身的平臺上進行，不能在鉗口上敲擊 工件，以免損壞鉗口。（ 5）絲杠、螺母和其他滑動表面要求經(jīng)常保持清潔，并加油潤滑。第三章機用虎鉗三維設(shè)計近年來計算機輔助設(shè)計之所以能迅速發(fā)展，主要是因為它可以提高設(shè)計效率、提高設(shè)計質(zhì)量、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、實現(xiàn)智能設(shè)計。計算機輔助設(shè)計方便快捷、效率高，大型設(shè)計可以數(shù)人同時操作；易修改，后期處理方便，數(shù)套設(shè)計方案可以同時推出；它的表現(xiàn)手段豐富，視覺沖擊強烈。但是計算機輔助設(shè)計帶來方便的同時也對設(shè)計

13、人員提出了更高的要求，設(shè)計人員需要具備扎實的功底和熟練的操作技能。3.1 Creo2.0概述圖 3-1 Creo2.0 界面2012 年 3 月， PTC 公司推出正式版 Creo2.0。Creo 是一組可伸縮的、可互 操作的產(chǎn)品設(shè)計軟件，可快速實現(xiàn)價值，功能覆蓋整個產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域，空前的互 操作性，可確保在內(nèi)部和外部團隊之間輕松共享數(shù)據(jù)。Creo 的產(chǎn)品設(shè)計應用程 序使企業(yè)中的每個人都能使用最適合自己的工具，因此，他們可以全面參與產(chǎn)品 開發(fā)過程。Creo2.0是目前工作中最優(yōu)秀的2D 和 3D CAD 軟件，具備互操作性、 開放、 易用三大特點，軟件整合了PTC 公司的三個軟件Pro/Engi

14、neer 的參數(shù)化技術(shù)、 CoCreate的直接建模技術(shù)和ProductView的三維可視化技術(shù)， 能夠為用戶設(shè)計出富有創(chuàng)意的三維產(chǎn)品。3.2 Creo2.0的選用理由Creo2.0 在計算機輔助設(shè)計制造方面屬于中檔以上的設(shè)計軟件，非常具有先 進性。同時，該軟件操作簡單、容易上手，操作界面比較人性化，特別是參數(shù)化 設(shè)計，對于操作者來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設(shè)計方式。所以 在本次畢業(yè)課題設(shè)計中選用該軟件。圖 3-2 a) 零件模式下的工具欄b) 組件模式下的工具欄c) 工程圖模式下的工具欄3.3機用虎鉗主要零件設(shè)計該機用虎鉗它的結(jié)構(gòu)是由鉗體、底座、底盤、絲杠、活動掌等組成。活動掌通

15、過導軌與虎鉗固定鉗體的導軌作滑動配合。絲杠裝在活動掌身上，可以旋轉(zhuǎn)，但不能軸向移動，并與安裝在固定鉗體內(nèi)的絲杠螺母配合。當搖動手柄使絲杠旋轉(zhuǎn)，就可以帶動活動鉗身相對于固定鉗體作軸向移動，起夾緊或放松的作用。用虎鉗裝夾工件有下列優(yōu)點：a.能穩(wěn)定地保證工件的加工精度，用夾具裝夾工件時，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，可以排除外界因素的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。b.能提高勞動生產(chǎn)率，使用虎鉗裝夾工件方便、快速，工件不需要劃線找正，可顯著的減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率；工件在虎鉗裝夾后提高了工件的剛性，因此可加大切削用量，提高勞動生產(chǎn)率。c. 能擴大機床的使用范圍。（1）鉗體設(shè)計本

16、次設(shè)計的定位為一般的小型機用虎鉗，所以設(shè)計鉗體的三維尺寸為長 184mm。內(nèi)槽兩側(cè)開有退位槽，這樣可以增大虎鉗的行 程?？紤]到安裝要求，對稱添加四個耳板，半徑R28。圖 3-3 鉗體零件圖 新建文件依次點擊“新建”“零件”“實體”，將文件名記為零件“qianti”,最后點擊“確定”進入設(shè)計界面。 創(chuàng)建特征點擊“拉伸”按鈕，進入草繪模式。創(chuàng)建草繪，拉伸深度為25，單擊“確 定”，完成創(chuàng)建。 創(chuàng)建導軌選擇側(cè)面螺桿支撐座的側(cè)面為草繪平面，創(chuàng)建矩形，然后拉伸 127mm，得到導軌實體。 創(chuàng)建固定鉗口的固定體 將鉗體的上端面作為草繪平面，創(chuàng)建矩形，拉伸100mm。 添加左右耳板點擊“拉伸”按鈕，進入草繪

17、模式。 創(chuàng)建圓形， 拉伸深度為8，單擊“確定”完成創(chuàng)建。 創(chuàng)建“孔”特征單擊特征工具欄中 “拉伸 ”按鈕，單擊 “放置 ”“定義 ”，點擊相應位置作為草 繪平面，單擊 “草繪 ”按鈕，進入草繪模式。最后選擇去除材料，拉伸得到孔眼。 最后還需要創(chuàng)建“螺紋孔”特征 圖 3-4 a) 鉗體三維視圖b) 鉗體仰視圖b) 鉗體俯視圖2）活動鉗身設(shè)計活動鉗身主要承載活動鉗口，還要連接螺桿。所以鉗身上端設(shè)計螺紋孔，用于螺桿的連接，側(cè)邊采用弧形設(shè)計，以方便必要的時候生產(chǎn)加工人員手工操作。 圖 3-5 活動鉗身零件圖 采用相同的建?！安堇L”、“拉伸”方法，首先創(chuàng)建底板，然后創(chuàng)建上部實體，最后打通孔。得到上滑塊的

18、三維視圖和俯視圖如下： 創(chuàng)建底板特征 創(chuàng)建鍵槽特征 選擇板的側(cè)表面為草繪平面，選擇“拉伸”進入草繪模式。最后選擇去除材料，得到鍵槽。創(chuàng)建“孔”特征最后創(chuàng)建固定鉗口的支撐座圖 3-6 a) 活動鉗身主視圖b) 活動鉗身左視圖（ 3）螺桿的設(shè)計 圖 3-7 螺桿零件圖 螺桿的具體尺寸如上圖所示，在參數(shù)設(shè)計時，絲杠螺紋進行45°倒角，螺距為 3。具體創(chuàng)建過程如下： 創(chuàng)建“絲杠主體”特征 單擊特征工具欄中“旋轉(zhuǎn)”按鈕，然后依次點擊“放置”“定義”，選擇右面為草繪平面，進入草繪模式后單擊“直線”選項。 創(chuàng)建“絲杠螺紋”特征 單擊工具欄中的“插入”按鈕，依次選擇“螺紋掃描”“切口”“常數(shù)穿過軸右

19、手定則完成”“ TOP正向缺省”，輸入螺距。最后點擊對話框中“確定”按鈕，完成“螺紋”創(chuàng)建。 在螺桿的端部開 9 的孔，以便安裝手柄。圖 3-8 a) 絲杠三維建模圖（ 4）鉗口的設(shè)計 鉗口包括活動鉗口和固定鉗口。鉗口主體設(shè)計 在草繪模式中創(chuàng)建草圖如下：“拉伸”深度為10。（ 5）其它附件的設(shè)計附件主要是指螺釘、手柄、手柄球、定位銷等等。 螺釘圖 3-10 a) 螺釘尺寸 b) 螺釘三維建模 手柄圖 3-11 a)手柄尺寸b)手柄三維建模c)手柄兩端開 3.2孔 手柄球圖 3-12 a) 手柄球尺寸b)手柄球與手柄裝配 卡套圖 3-13 a) 卡套尺寸b) 卡套三維側(cè)視圖c) 卡套三維俯視圖

20、緊定銷圖 3-14 緊定銷尺寸 滑鍵圖 3-15 a) 滑鍵尺寸b) 滑鍵三維視圖（ 6）裝配圖圖 3-16 機用虎鉗剖視圖圖 3-17 三維裝配圖圖 3-18 三維側(cè)視圖最后的總裝配圖如下所示： 第四章機用虎鉗的運動仿真機械運動仿真技術(shù)是一種建立在機械系統(tǒng)運動學、動力學理論和計算機實用技術(shù)基礎(chǔ)上的新技術(shù)，涉及建模、運動控制、機構(gòu)學、運動學和動力學等方面的內(nèi)容，主要是利用計算機來模擬機械系統(tǒng)在真實環(huán)境下的運動和動力特性，并根據(jù)機械設(shè)計要求和仿真結(jié)果，修改設(shè)計參數(shù)直至滿足機械性能指標要求或?qū)φ麄€機械系統(tǒng)進行優(yōu)化。運動仿真是設(shè)計過程中不可或缺的一個環(huán)節(jié)， 通過運動仿真可以查看設(shè)計方 案是否合理、

21、運動和力學性能參數(shù)是否滿足設(shè)計要求、 零部件在運動過程中是否 存在干涉問題等等。所以在最后一章，我們進行運動仿真來檢測設(shè)計結(jié)果。首先將鉗體與固定鉗口用剛性連接在一起組成一個部分記為f0，再將上滑 塊、下滑塊、活動鉗口、螺釘用剛性連接在一起記為f1，最后將 f0 和 f1 通過絲 杠連接在一起，裝配完成。在裝配好的基礎(chǔ)上進行機構(gòu)的運動仿真，在絲杠和下滑塊以及鉗體上裝配伺服電動機，之后進行分析就可以讓機用虎鉗進行運動了。機用虎鉗的運動過程具體如下：（ 1）當手柄順時針旋轉(zhuǎn)時， 絲杠帶動虎鉗上下滑塊相對固定鉗體從左向右移動， 將絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線運動，利用固定鉗口夾緊工件。圖 4-1 a)

22、活動鉗口向右運動b) 加緊工件（ 2）當手柄逆時針旋轉(zhuǎn)時， 絲杠帶動虎鉗上下滑塊相對固定鉗體從右向左移動， 從而松開工件。圖 4-2 a) 活動鉗口向左運動 b）放開工件致 謝 經(jīng)過長時間的忙碌，畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，在這段時間里為了制作畢業(yè)設(shè)計，我翻閱了大量有關(guān)機械專業(yè)的書籍，通過對這些書籍了閱讀，不但完成了所做的畢業(yè)設(shè)計，還使自己的專業(yè)知識和獨立思考問題的能力有了很大的提高，對自己今后的工作有了許多的幫助。在做畢業(yè)設(shè)計期間，經(jīng)常會出現(xiàn)一些自己從沒遇到過的問題，使畢業(yè)設(shè)計的制作走到了死胡同。如果沒有指導老師的督促和指導，以及同學們的幫助，憑我一個人的力量，想要完成這次畢業(yè)設(shè)計是很難的。在這里首先要感謝我的導師侯云霞老師。在這期間，侯老師每日都很忙碌,但在我做畢業(yè)設(shè)計的的時候，每當遇上困難,她都仔細給我講解,還從其他地方查閱資料，設(shè)計方案的確定和修改、中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。導師高尚的品德，淵博的學識，嚴謹?shù)膶W風和高度的責任心深深地影響著學生。導師的教