机用虎钳毕业设计论文

机用虎钳

摘 要

在机械制造中，工件在机床上进行加工时，应保证工件相对于刀具及切削运动，处于一个正确的空间位置；对于批量生产，还应保证整批工件在同一加工工位上，所占据空间位置不变。产品的批量较小或是单件生产时，这个同一正确位置则可以通过通用夹具逐个保证。而批量较大时，往往为快速完成工件的装夹，提高生产效率，则使用专门的夹具。

本次课题的内容是设计一磨床机用虎钳，使用计算机辅助设计软件（Pro/E）完成整体机构建模与装配，加载伺服电机进行运动仿真分析，得出结论。工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上，虎钳属于第二种装夹方法。根据我们所学的《机床夹具》《机械设计基础》研究了机用虎钳的组成构造，发现虎钳具有简练紧凑，夹紧力度强，增利特性好，易于操作使用等特点。一般很适合中型铣床、钻床、以及平面磨床等机械设备使用。

关键词 通用夹具 Pro/E 运动仿真 三维造型

机用虎钳

基于Pro/e软件的机用虎钳设计

目 录

第一章 绪 论 ............................................................................................................................. 1

1.1 课题背景及目的 .................................................................................................................. 1

1.1.1 设计夹具目的 ................................................................................................................ 1

1.1.2 机床夹具的国、内外发展背景 .................................................................................... 1

1.2 机床夹具概述 ...................................................................................................................... 2

1.2.1 夹具的分类 .................................................................................................................... 2

1.2.2 夹具的作用 .................................................................................................................... 3

第二章 机用虎钳概述 ............................................................................................................ 3

2.1 机用虎钳的基本信息 ......................................................................................................... 4

2.1.1 机用虎钳的结构 ............................................................................................................ 4

2.1.2 机用虎钳的种类 ............................................................................................................ 4

2.1.3 机用虎钳的规格 ............................................................................................................ 4

2.2 机用虎钳的工作原理 ......................................................................................................... 5

2.3 机用虎钳的拆卸顺序 ......................................................................................................... 6

2.4 机用虎钳装配图的表达方案 ........................................................................................... 6

2.5 机用虎钳使用的注意事项 ................................................................................................ 7

第三章 机用虎钳三维模型设计 ....................................................................................... 8

3.1 Pro/Engineer4.0的概述 ..................................................................................................... 8

3.1.1 Pro/Engineer的介绍 ...................................................................................................... 8

3.1.2 Pro/Engineer的主要特性 .............................................................................................. 8

3.1.3 Pro/Engineer的选用理由 .............................................................................................. 9

3.2 虎钳主要零件的创建 ....................................................................................................... 10

3.2.1 底座的创建 .................................................................................................................. 10

3.2.2 底盘的创建 .................................................................................................................. 14

3.2.3 钳体的创建 .................................................................................................................. 16

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3.2.4 活动掌的创建 .............................................................................................................. 18

3.2.5 丝杠的创建 .................................................................................................................. 20

3.2.6 钳口的创建 .................................................................................................................. 22

3.2.7 手轮的创建 .................................................................................................................. 24

3.3 机用虎钳的装配图 ........................................................................................................... 25

第四章 机用虎钳的运动仿真演示 ................................................................................ 27 致 谢 .................................................................................................................................................. 28 参考文献 ............................................................................................................................................ 28

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及目的

现代加工业是综合应用计算机、自动控制、自动检测 以及精密机械等高新技术的产物，是典型的机电一体化产品，但是夹具的作用也显得越来越重要。迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具(刀具、夹具、量具、模具)之一。夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。

1.1.1 设计夹具目的

对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。生产夹具的目的1）快速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；2）能装夹一组具有相似性特征的工件；3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。

1.1.2 机床夹具的国、内外发展背景

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。同时没有相应的夹具是不能在短时间内生产出产品，夹具也开始不断的演变，由以往的变成组合夹具，这样既可以节省成本同时也节省了设计专用夹具的时间。

近年来随着计算机技术，三维彩色图像仿真技术和软件编程技术的飞速发展，计算机绘图已从二维平面图发展到三维立体图，计算机辅助设计也从二维设计发展到三维设计。计算机辅助三维设计技术运用于机械设计中，让学生利用计算机表达设计零件的三维模型并对其进行工程分析，虚拟装配等，使学生更易于理解、更加

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基于Pro/e软件的机用虎钳设计

直观化，能扩展学生设计思路，激发学生学习兴趣。

虽然我国的数字化工业发展是迅速的，但由于起步晚，底子薄，与世界先进水平相比，还有很大的差距。为了提高数字化产品在国际市场的竞争能力，我们必须加强工艺试验研究。作为将来从事模型设计加工产业的毕业学生，我们很有必要对设计中运用最广泛也最基础的三维环境下机械设计做一个比较系统的认识了解。

1.2 机床夹具概述

机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。

1.2.1 夹具的分类

夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备，可以从不同角度对机床夹具进行分类。常用的分类方法有以下几种。

1、按夹具的使用特点分类

（1）通用夹具。已经标准化的，可加工一定范围内不同工件的夹具，成为通用夹具，如三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头、磁力工作台等。

（2）专用夹具。专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。

（3）可调夹具。夹具的某些元件可调整或可更换，以适应多种工件加工的夹 具，称为可调夹具。

（4）组合夹具。采用标准的组合夹具元件、部件，专为某一工件的某道工序 组装的夹具，称为组合夹具。

（5）拼装夹具。用专门的标准化、系列化的拼装夹具零部件拼装而成的夹具， 称为拼装夹具。它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、架构紧凑。

2、按机床使用分类

夹具按机床使用可分为车床夹具、钻床家具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数 控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等。

3、按夹紧的动力源分类

夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。

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1.2.2 夹具的作用

在机床上加工工件时，必须用夹具装好夹牢工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹牢，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度。

在夹具中有的是通用夹具，有的则是专用。但要达到预期的加工效果，除了正确的加工方法外，夹具的作用也是不可忽视的。

机床夹具在机械加工中的作用：

（1）保证加工精度

采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。

（2）提高生产率、降低成本

用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时；用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，明显地降低了生产成本。

（3）扩大机床的工艺范围

使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。

（4）改善工人的劳动条件

用夹具装夹工件具有方便、省力、安全的优点。当采用气压、液压等夹紧装置装置时，可减轻工人的劳动强度，保证安全生产。

（5）保证工艺纪律

在生产过程中使用夹具，可确保生产周期、生产调度等工艺秩序。例如，夹具设计往往也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要工艺手段之一。

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第二章 机用虎钳概述

2.1 机用虎钳的基本信息

2.1.1 机用虎钳的结构

机用虎钳主要由以下几个部件组成：

1、底座：用来支撑底盘及钳体；

2、底盘：用来支掌钳体，并可带动钳体旋转；

3、钳体：安装在底座上面，用来和支掌活动掌及工件；

4、活动掌：用来收紧或放松钳身，从而夹紧工件；

5、钳口：夹紧工件时钳口接触工件的部份，可置换；

6、压板：用来活动掌固定在钳体上；

7、丝杠：用来连接钳体与活动掌，并带动活动掌作轴向运动；

8、手轮：安装在丝杠右端，使丝杠作旋转运动；

9、螺栓、螺母：用来固定虎钳的各部件。

2.1.2 机用虎钳的种类

一般可以分为两种：

1、固定式：不会转动方向，底座直接在固定钳体上；

2、转盘（旋转）式：钳身可按不同角度、操作需要进行旋转摆动使用。

2.1.3 机用虎钳的规格

机虎钳的规格是以钳口的长度来标称的；规格有75、100、125、150、200（毫米）。（另根据体形、使用时的需要，还有轻型和重型之分。）

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2.2 机用虎钳的工作原理

机用虎钳是安装在机床工作台上，用于夹紧工件，以便进行切削加工的一种通用工具。该部件共有零件9种，其中标准件2种，非标准件7种。

如图2-1所示。

图2-1 机用虎钳立体图

该机用虎钳是磨床虎钳。其工作原理如下：

圆柱销8链接手轮9与丝杠7，转动手轮9带动丝杠7旋转，使活动掌6在钳体4上左右移动，以夹紧或松动工件。活动掌下面装有两条压板10，把活动掌压在钳体4上，钳体与底盘2用螺钉12链接。底盘装在底座1上，并可调节任意角度，调 角度后用螺栓13链接。为了便于夹紧工件，钳口板上应有滚花结构。

下面给出机用虎钳的装配示意图。如图2-2所示

图2-2 机用虎钳装配示意图

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2.3 机用虎钳的拆卸顺序

先旋下螺栓13，取下垫片14，即可卸下底座1。然后拧下螺钉12四个，即可卸下底盘2。拔出圆柱销8，拿下手轮9。再旋下丝杠7，向虎钳左端抽出丝杠。旋下螺钉3四个，取下两块钳口5。最后拧下螺钉11四个，卸下两块压板10，取出活动掌6。

如图2-3所示。

图2-3 机用虎钳各组成部分零件

2.4 机用虎钳装配图的表达方案

1、主视图的选择

从部件的装配示意图及拆卸过程可以看出，9种零件有3种零件集中装配在丝杠7上，而且该部件前后对称。因此，可通过丝杠轴线剖开部件得到全剖的主视图。这样，其中6种零件在主视图上都可表达出来，能够将零件之间的装配关系、相互位置以及工作原理清晰地表达出来。左端圆锥销联接处可再用局部剖视图，表达出装配连接关系。

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2、选择其他视图和表达方法

左视图可将螺母轴线及活动钳身放置在固定钳身上安装孔的轴线位置，然后取半剖画出。这样，半个剖视图上表达了固定钳体4、活动掌6、螺钉3、11之间的装配连接关系；半个视图上同时表达了虎钳一个方向的外形，内、外形状兼而有之。俯视图可取外形图，侧重表达机用虎钳的外形，其次在外形图上取局部视图，表达出钳口板的螺钉连接关系。

对于主视图和俯视图也应将螺母及活动钳身放置在与左视图相同的位置画出，以保证视图之间的投影对应关系。如图2-4所示

图2-4为机用虎钳装配图

2.5 机用虎钳使用的注意事项

1、机虎钳应牢固地安装在工作台上，不可松动，而且要尽可能地安装在靠工作台脚上以减少工作时的震动；

2、在机虎钳上夹持工件时，用力要恰当，既要将工件夹牢固，也不要用力过猛，以防将螺杆或螺母拉坏；工件要尽量夹在中间；夹持精密工件时要用软钳口铁；

3、有砧座的虎钳允许在该处施以小型的锤击工作，其他部位不允许用锤敲击；

4、要经常拆开虎钳，去除污垢，清除滑动面与螺杆上的铁屑，并在螺杆、螺母处加注润滑油。

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第三章 机用虎钳三维模型设计

3.1 Pro/Engineer4.0的概述

3.1.1 Pro/Engineer的介绍

此次课题选用的计算机辅助设计软件Pro/Engineer4.0，Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维制造软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

3.1.2 Pro/Engineer的主要特性

Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。

Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。

1． 参数化设计

相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。

2． 基于特征建模

Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。

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3． 单一数据库（全相关）

Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。

3.1.3 Pro/Engineer的选用理由

Pro/Engineer其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色，实体或线框造型，完整工程图的产生及不同视图展示（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽壳（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于操作者来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样操作者可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。

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3.2 虎钳主要零件的创建

3.2.1 底座的创建

1、新建文件

单击工具栏中“新建”按钮，在“新建”对话框中选“零件“和“实体”，输入文件名“dizuo”，单击“确定”进入设计界面。

2、创建“底座主体”特征

图3-1 图3-2

单击特征工具栏中“拉伸”按钮，单击“放置”→“定义”点击TOP基准面作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

单击工具栏中“创建矩形”按钮，在草绘平面上绘制如图3-1所示点击工具栏中“√”按钮，将拉伸深度值改为38，单击“确定”，完成矩形创建。如图3-2所示。

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3、创建“倒角”特征

单击工具栏中“倒圆角”按钮，选择

“

定”,完成“倒圆角”创建，如图3-3所示 ”，单击“确

图3-3 图3-4

单击工具栏中“创建圆”按钮，在草绘平面上绘制如图3-4示点击工具栏中“√”按钮，将拉伸深度值改为10，单击“确定”，完成矩形创建。如图3-5所示。

图3-5 图3-6

5、创建“底座底槽”特征

单击特征工具栏中“拉伸”按钮，单击“放置”→“定义”点击“矩形顶面”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

单击工具栏中“创建矩形”按钮，在草绘平面上绘制如图3-1-6所示点击工具栏中“√”按钮，将拉伸深度值改为

，单击“确定”，完成矩形创

建。如图3-7所示。

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图3-7 图3-8

6、创建“底座中心孔”特征

单击特征工具栏中“旋转”按钮，单击“放置”→“定义”点击“RIGHT”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

单击工具栏中“直线”按钮，在草绘平面上绘制如图3-8所示点击工具栏中“√”按钮，如图3-9所示。

图3-9 图3-10

7、创建“圆柱沟槽”特征

单击特征工具栏中“拉伸”按钮，单击“放置”→“定义”点击“圆柱顶面”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

在草绘平面上绘制如图3-10所示，

，点击工具栏中“√”按钮，

如图3-11所示。

图3-11 图3-12

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8、创建“底座两侧固定板”特征

单击特征工具栏中“拉伸”按钮，单击“放置”→“定义”点击“底座底面”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

在草绘平面上绘制如图3-12所示，将拉伸深度值改为22，单击“确定”，完成矩形创建。如图3-13所示。

图3-13 图3-14

9、创建“底座V型槽”特征

单击特征工具栏中“拉伸”按钮，单击“放置”→“定义”点击“底座侧面”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

在草绘平面上绘制如图3-14所示，

，单击“确定”，完成矩形创

建。如图3-15所示。

图3-15

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3.2.2 底盘的创建

1、创建“底盘主体”特征

单击特征工具栏中“旋转”按钮，单击“放置”→“定义”点击“RIGHT”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

单击工具栏中“直线”按钮，在草绘平面上绘制如图3-16所示点击工具栏中“√”按钮，如图3-17所示。

图3-16 图3-17

2、创建“底盘凹槽”特征

单击特征工具栏中“拉伸”按钮，单击“放置”→“定义”点击“圆盘顶面”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

单击工具栏中“创建圆”按钮，在草绘平面上绘制如图3-18所示点击工具栏中“√”按钮，将拉伸深度值改为1，单击“确定”，完成矩形创建。

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图3-18 图3-19

3、创建“底盘锥孔”特征

单击特征工具栏中“旋转”按钮，单击“放置”→“定义”点击“RIGHT”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

单击工具栏中“直线”按钮，在草绘平面上绘制如图3-19所示点击工具栏中“√”按钮。

单击工具栏中“阵列”按钮，选取以主轴为中心，旋转4个，90°分布。点击工具栏中“√”按钮。如图3-20所示。

图3-20 图3-21

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3.2.3 钳体的创建

1、创建“钳体主体”特征

单击特征工具栏中“拉伸”按钮，单击“放置”→“定义”点击“TOP”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

单击工具栏中“直线”按钮，在草绘平面上绘制如图3-22所示点击工具栏中“√”按钮，如图3-23所示。

图3-22 图3-23

2、创建“钳体两侧挡板”特征

（1）单击特征工具栏中“拉伸”按钮，单击“放置”→“定义”点击“左侧面”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。

单击工具栏中“矩形”按钮，在草绘平面上绘制如图3-24所示，深度为24，点击工具栏中“√”按钮，如图3-24所示。

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图3-24 图3-25

（2）单击特征工具栏中“拉伸”按钮，单击“放置”→“定义”点击“右侧面”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，进入草绘模式。在草绘平面上绘制如图3-25所示，深度为20，点击工具栏中“√”按钮。

（3）单击特征工具栏中“旋转”按钮，单击“放置”→“定义”点击“RIGHT面”作为草绘平面，单击“草绘”按钮，草绘出T型孔。如图3-26所示。

图3-26 图3-27

3、创建“钳体底面锥孔”特征

单击孔工具，

点击工具栏中“√”按钮。单击工具栏中“阵列”按钮，选取以轴为中心，旋转4个，90°分布。点击工具栏中“√”按钮。如图3-27所示。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tde1.html