机用虎钳装配图及3D造型设计说明书

苏州高等职业技术学校

毕业设计（论文）

设计课题：机用虎钳装配图及零件加工工艺和数控编程作者姓名：

专业名称：

所在班级：

指导教师：

2015.5

机电工程系毕业论文任务书

一、题目：

机用虎钳装配图及零件加工工艺和数控编程

二、指导思想和目的要求：

认真负责，独立完成此次毕业设计。通过这个毕业设计，巩固自己所学的理论知识和技能，提高自己的设计计算、绘图、编写能力，在设计中培养自己的能力和独立工作的能力，为以后从事的工作打下一个良好的基础。

三、进度与要求：

第一阶段仔细阅读毕业设计任务书，

明确设计的要求和任务

第二阶段 1.手工绘制零件图

2.手工绘制装配图

3.熟悉Proe和word等软件

4.用Proe创建零件图

5.用Proe组装零件创立装配图

6.制定主要加工工艺路线

7.数控程序编制

第三阶段撰写毕业设计说明书。

整理毕业设计资料。

第四阶段准备答辩

四、主要参考书及参考资料：

[1] 陈立德.机械设计基础. 北京：高等教育出版社, 2004.

[2] 凯德设计.精通Pro/ENGINEER 中文野火版. 北京：中国青年出版社, 2007.

[3] 诸小丽. CAD/CAM实体造型教程与实训（Pro/ENGINEER版）.北京：北京大学出版社, 2009.

[4] 丁淑辉. Pro/Engineer Wildfire4.0基础设计与实践.北京：清华大学出版社, 2008.

[5] 张启光.机械制图与计算机绘图.北京:中国铁道出版社,2011.

[6] 胡仁喜．张乐乐, 路纯红．Pro／ENGINEER应用教程[M].北京清华大学出版社，2007

[7] 陈国聪．CAD/CAM应用软件—PRO/ENGINEER训练教程[M]. 北京：高等教育出版社，2003

[8] 邓根清、陈义庄．机械制造基础[M]. 北京：中国林业出版社北京希望电子出版2006

班级：专业：

学生：指导教师：

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

目录

摘要 (Ⅰ)

目录 (Ⅱ)

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 (4)

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 机用虎钳装配图的表达方案 (5)

2.4 机用虎钳使用的注意事项 (6)

第三章机用虎钳三维模型设计 (7)

3.1 Pro/Engineer4.0的概述 (7)

3.1.1 Pro/Engineer的介绍 (7)

3.1.2 Pro/Engineer的主要特性 (7)

3.1.3 Pro/Engineer的选用理由 (8)

3.2 虎钳的主要零件三维图 (8)

3.3 机用虎钳的装配图 (16)

第四章虎钳零件的加工程序和加工工艺及工序 (17)

4.1 螺杆草图 (17)

4.2 确定加工路线 (17)

4.2.1 螺杆粗加工工艺路线 (17)

4.2.2 螺杆精加工工艺路线 (17)

4.2.3 螺杆数控加工工艺卡 (18)

4.2.4 螺杆数控加工刀具卡 (18)

4.3 螺杆编制加工程序 (18)

4.4 钳口板 (21)

4.4.1 钳口板的粗加工艺路线 (21)

4.4.2 钳口板的精加工工艺路线 (21)

4.4.3 钳口板的数控加工工艺卡 (22)

4.5 活动钳口 (22)

4.5.1 活动钳口的粗加工工艺路线 (22)

4.5.2 活动钳口的精加工工艺路线 (22)

4.5.3 活动钳口的数控加工工艺卡 (23)

第五章数控加工和3D打印优缺点 (24)

5.1 3D打印优势 (24)

5.2 3D打印介绍 (24)

致谢 (26)

参考文献 (27)

第一章绪论

1.1 课题背景及目的

夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。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

随着劳动力成本的压力，如何提高机床有效工作时间，通过优化夹具节省加工成本成为各中小企业迫切关心的问题。正如“木桶原理”，夹具行业发展的规模、技术与应用的水平，将会影响机械制造系统的整体水平。国家“十二五”计划在夹具方面花大力气攻关，国外著名品牌越来越多地成为正面教材。与此同时，高效高精夹具也成为终端用户竞争的筹码，因为夹具本身对人的综合专业技术知识水平要求较高，需要了解机床、加工工艺以及零件特征，同时需要有比较丰富的实践经验，而具备这样能力的人比较少。

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。通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上的三爪卡盘和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头；铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已经标准化。由专业工厂生产，作为机床附件供应给客户。

（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。

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）降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强度

由于多数专用夹具的夹紧装置只需厂人操纵按钮、手柄即可实现对工件的夹紧，这在很大程度上减少了工人找正和调整工件的时间与难度，或者根本不需要找正和调整，所以，这些专用夹具的使用降低了对工人的技术要求并减轻了工人的劳动强度。

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。）

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

2.3 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。

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。如图所示

机用虎钳装配图

2.4 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。

第三章机用虎钳三维模型设计

3.1 Pro/Engineer5.0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/Engineer5.0，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。

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。

3.2 机用虎钳三维图设计

项目一：运用Pro/Engineer软件绘制三维图。

学习目标：训练基本的绘图命令，基本的图形编辑命令。

（1）绘制机用虎钳中的固定钳身：绘制方体，把固定钳身的整体绘制出来在里用到的命令（拉伸，长方形，倒角或倒圆）然后标注上其中需要用的尺寸。在钳身中有俩个螺纹孔，在绘制螺纹孔首先缺点螺纹孔的位置，然后利用孔命令钻孔。

（2）绘制机用虎钳中的活动钳身：绘制活动钳身首先利用拉伸命令绘制圆，然后拉伸需要的厚度，然后再选择拉伸后个一个面再次用拉伸命令绘制圆，然后拉伸需要的厚度。在此零件中是半圆，利用切割命令把多余的切除掉，在钳身中有俩个螺纹孔，在绘制螺纹孔首先缺点螺纹孔的位置，然后利用孔命令钻孔。

（3）绘制机用虎钳中的螺杆：绘制此零件时需要用到拉伸，除料，切削外螺纹等命令。

其中切削外螺纹是较难的一步，我在做这个外螺纹时就出现了切削不了或者切削不

对的问题，经解决才发现自己找的旋转切削的轴没有找对。

（4）绘制机用虎钳中的螺母：绘制此零件跟其他零件的步骤基本一样，都是需要用到拉

伸，除料等命令。

（5）绘制机用虎钳中的垫片和环：在机用虎钳中有俩个垫片和一个环，此三个用的命令

都有拉伸，除料，还有绘制倒角。

（6）绘制标准件：从标准件表中查找需要的标准件，根据自己按照比例测出标准件的大

小及型号从表格中查出需要标准件的尺寸，并利用常用的拉伸，除料等命令绘制标准件。

项目二：运用Pro/Engineer软件绘制工程图。

ⅰ绘制工程图需要设定图纸大小，绘制固定钳身用的是A3图纸，国标，单位都是设定为:

1，文本字体设定为0.8斜45度，然后点应用，然后工具中的选定设定为未剪切，被遮掩边不显示然后确定。工程图的绘制，载入零件三维图，从三维图生成二的工程图，选择三维图的一个方向作为二维图的主视图方向，然后确定，如果需要剖视图就选择剖视图点击需要剖视的图画出需要剖视的边缘，点击完成，点剖视命令把剖视的图样移动到大概位置，然后右键点击左视图选择对齐，再右键点击俯视图选择对齐，使剖视图处于正确的位置。有些需要局部剖视图，首先选择需要剖视的图样点击，选择需要剖视的部分还有课剖视的深度点击剖视的图样就可以了。

ⅱ尺寸的标注：零件图上的尺寸是零件加工，检验室的重要依据，是零件图的主要内容之一。

一。在零件图上标注尺寸的基本要求是：正确，完整，清晰，合理。

一，功能尺寸的确定。

（1）参与装配尺寸链的尺寸。

（2）与其他零件构成配合的尺寸。

（3）重要的定位尺寸。

（4）与其他零件配对连接的定位尺寸。

二，尺寸基准。

首先要考虑功能设计要求，其次考虑方便就加工和测量，为此有设计基准和工艺基准之分。

（1）设计基准，根据零件的结构特点和设计要求所选低昂的基准称为设计基准。（2）工艺基准，为方便零件的加工和测量而选定的基准称为工艺基准。

三，尺寸基准的选择原则。

（1）零件的长，宽，高三个方向，每个方向至少应有一个尺寸基准。

（2）决定尺寸零件的功能尺寸且首先加工或画线确定的对称面，装配面以及主要回转面的轴线等常作为主要基准。

（3）应尽量使设计基准与工艺基准重合，以减少因基准不一致而产生的误差。四，合理标注尺寸的具体要求。

（一）功能尺寸必须直接标注。

（二）不要注成封闭的尺寸链。

（三）非功能尺寸主要按工艺要求标注。1，符合加工顺序2，考虑加工方法3，区分不同加工阶段4，考虑测量方便

（四）零件上常见结构的尺寸注法

五，零件图的技术要求

（一）表面粗糙度，表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要技术指标。

（二）表面粗糙度的标注规则，①基本注法，②统一注法，③简化代号注法，④连续表面及重复要素注法，⑤特殊结构要素注法，

（三）极限与配合，

1零件的互换性，

2极限与配合的基本概念,

①基本尺寸，②实际尺寸，③极限尺寸，④极限偏差，⑤尺寸公差，⑥公差带。