基于三維軟件的機(jī)用平口鉗虛擬建模

張建琴

（永定縣僑榮職業(yè)中專學(xué)校，福建龍巖364100）

0 引言

夾具是制造業(yè)工藝裝備的重要部分之一，是實(shí)現(xiàn)各種零件優(yōu)質(zhì)、高效、低耗切削加工而必備的硬件，在國(guó)內(nèi)外正在逐漸形成一個(gè)依附于機(jī)床業(yè)或獨(dú)立的小行業(yè)［1］。夾具設(shè)計(jì)的好壞直接影響機(jī)加工零部件的精度，文中以平口鉗為設(shè)計(jì)對(duì)象，采用SolidWorks軟件，進(jìn)行其各個(gè)組成零件的三維設(shè)計(jì)和虛擬裝配，提高了設(shè)計(jì)效率，為下一步零件加工精度的保證奠定基礎(chǔ)。

1 機(jī)用平口鉗的工作原理

平口鉗又稱臺(tái)虎鉗，是機(jī)械加工和鉗工裝配或維修所必備的輔助工具,同時(shí)也是用來夾持工件一種通用夾具具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

鉗座6安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上起機(jī)座作用，支承鉗口鐵4、活動(dòng)鉗口1、螺桿8和方塊螺母7等零件［2］。當(dāng)用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿8時(shí)，通過螺旋運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)方塊螺母7作左右移動(dòng)，因?yàn)槁菪€有轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng)兩種，而螺桿8的左邊用開口銷卡住，使得它只能在固定鉗座的兩圓柱孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能沿軸向移動(dòng)螺桿。方塊螺母7通過螺釘2、帶著活動(dòng)鉗口1和鉗口板2作左右移動(dòng)，起夾緊或松開工件的作用。

2 機(jī)用平口鉗的建模

SolidWorks建模基本思路是根據(jù)零件CAD數(shù)據(jù)，選擇適當(dāng)基準(zhǔn)面建立相應(yīng)草圖，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等建立基體模型，運(yùn)用各種切除、異型孔、倒圓和倒角等操作，建立各個(gè)零件三維圖。文中主要對(duì)平口鉗中形狀比較復(fù)雜的零件進(jìn)行建模：鉗座、活動(dòng)鉗口和螺桿。建立后的鉗座、活動(dòng)鉗口和螺桿如圖2所示。

圖1 機(jī)用平口鉗

圖2 平口鉗主要零件

3 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算確定

該平口鉗采用梯形螺紋傳動(dòng)，螺桿和方塊螺母均采用45鋼，需要傳動(dòng)100 kN的夾緊力，該鋼的許用切應(yīng)力為185 MPa，強(qiáng)度極限為370 MPa。螺紋規(guī)格為 Tr18×4-7e，查梯形螺紋基本尺寸（GB5796-86），其小徑和中徑計(jì)算如表1。

表1 梯形螺紋參數(shù)計(jì)算mm

平口鉗在夾緊工作狀態(tài)下，螺桿螺紋牙受力是最大的部位，在根部發(fā)生剪切和擠壓破壞，如圖3所示，如果將一圈螺紋沿螺桿的螺紋大徑d展開，則可以看作寬度為πd的懸臂梁，假設(shè)螺桿每圈螺紋所承受的平均壓力為Q/z，z為嚙合圈數(shù)，并作用在以螺紋中徑d2為直徑的圓周上，則螺紋牙危險(xiǎn)截面a-a的剪切強(qiáng)度條件為［3］

式中：b為螺紋牙根部的厚度，對(duì)于梯形螺紋，b=0.65P，P為螺紋螺距，mm；l為力臂，mm，l=（d-d2）/2；［τ］為螺桿材料許用切應(yīng)力，MPa；［σ］為螺桿材料許用彎曲應(yīng)力，MPa；因?yàn)榉綁K螺母繪圖長(zhǎng)度選用30 mm，螺距P為4 mm，故

將該平口鉗設(shè)計(jì)參數(shù) Q=100 kN，d=18，b=2.6，l=1，z=10，代入式（1）、式（2），得到：τ=Q/（πdbz）=100÷（3.14×18×2.6×10）≤［τ］=180 MPa，滿足剪切強(qiáng)度；σb=6Ql/（πdb2z）=6×100×1÷（3.14×18×2.62×10）≤［σ］=370MPa，滿足彎曲強(qiáng)度。

圖3 螺桿螺紋牙的受力

4 臺(tái)虎鉗裝配

采用自底向上的裝配方法，先創(chuàng)建一個(gè)個(gè)零件，然后選擇要進(jìn)行裝配的零件幾何模型，設(shè)置零件加入到裝配中的相關(guān)信息，再通過面與面之間的配合、孔與孔之間中心對(duì)稱配合、孔與軸中心對(duì)稱配合等零件約束，完成裝配模型圖4。

圖4 臺(tái)虎鉗裝配

在裝配過程中若發(fā)現(xiàn)零件尺寸不匹配，有干涉現(xiàn)象的話，可以打開零件圖模式，通過修改相應(yīng)尺寸，達(dá)到無干涉的配合效果。

5結(jié)語

文中采用三維軟件進(jìn)行了平口鉗的零部件建模和裝配，及時(shí)發(fā)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)中的問題。實(shí)踐證明，用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)品，可以使設(shè)計(jì)圖形直觀化，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，在較短的時(shí)間內(nèi)可開發(fā)出高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品。

［1］ 湯先云.基于SolidWorks機(jī)用虎鉗的三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真［J］.吉首大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009（5）：67-69.

［2］ 郭猛.立柱缸體的SolidWorks三維建模［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2013（4）：182-183.

［3］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：251.