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双向可换头多用钳说明书广东工业大学机电工程学院2011年9月目录一、设计背景及目的3二、设计思路4三、设计创意5四、钳的外形54.1钳的正面三维图54.2钳的背面三维图6五、部件组成7六、工作原理86.1功能一：钳头双向使用86.2功能二：更换钳头二实现其他功能96.3延伸功能设计：126.3.1其他功能钳头的设计126.3.2钳头与螺丝刀的结合13七、重要的设计147.1钳的销钉口的设计147.2钳头的设计167.3钳头齿纹的设计177.4小销钉的设计177.5材料选择18八、强度校核188.1校核手柄的弯曲强度。188.2大小销钉的剪切强度校核18九、主要零件制造加工工艺199.1主要零件工程图纸（见附录一）199.2主要零件的工艺卡（见附录二）209.3数控加工209.4钳头数控加工程序（见附录三）20十、推广应用价值20十一、结束语20附录一：主要零件工程图纸21附录二：主要零件工艺卡26附录三：钳头数控加工程序31一、 设计背景及目的生活中，我们在使用钳子，螺丝刀等一些常用的工具的时候，往往遇到很多的不便，如：1.存放过于零散，导致工具容易丢失或者难以及时找到2.工具过多、过重因而造成携带的不便3.各工具用途单一，应用范围小，既造成资源的浪费，又使得造价过高。这时，如果有一种工具能够将多种常用的工具结合在一起的话，这种工具将大受欢迎，大大方便我们的日常生活。虽然现在市面上有很多种集功能于一身的多用钳，但是其机构往往结合的不紧凑，过于牵强，使用起来很不方便，并且有些功能在使用中经常会出现各种各样的问题。为此，我们巧妙地将生活中常用的钳工工具结合起来，设计出了一种双向可换头多用工具钳。调查显示，现实家庭和电工在使用钳子方面往往存在多方面的不便，为此，我们设计了一种双向可换头多用工具钳，将这四种最常用的钳子合于一身的多用钳（图1、图2），此钳能通过旋转手柄定位，从而实现钳头的双向利用。除此之外，还可以通过更换不同的钳头实现更多功能的扩展。双向可换头多用钳能做到够既做到既实用，又节省空间，减少购买单件的费用，便于携带，使用方便，造价低廉，具有很好的市场前景和推广价值。 图1、手柄加钳一 图2、手柄加钳二二、 设计思路 钳工工具种类繁多，具体有尖嘴钳，斜嘴钳，钢丝钳，弯咀钳，扁嘴钳，针嘴钳，断线钳，大力钳，管子钳，打孔钳、扳手、螺丝刀等等。但家庭和电工最常用的主要有以下几种：扁嘴钳（图3）、尖嘴钳（图4）、断线钳（图5）以及剥线钳（图6）、钳（图7）、钢筋网钳（图8）。 图3、扁嘴钳 图4、尖嘴钳 图5、断线钳 图6、剥线钳 图7、钳 图8、钢筋网钳要把几种常用的工具结合在一起，我们设计了如下两种方案：方案一：四用钳该钳是一种四向工具钳，由一个钳头与左、右把手和扭接元件扭接所构成，可以通过左、右把手向不同方向的旋转以及定位来实现其功能，这样的工具钳，虽然结构结合了多种功能，但其实现起来较为困难，且外形不大美观。方案二：双向可换头多用工具钳该钳是一种双向工具钳，也是由一个钳头与左、右把手和扭接元件扭接所构成，可以通过左、右把手向不同方向的旋转以及定位来实现其功能，还通过更换钳头的方式添加扳手和螺丝刀等功能，除此之外，还可以通过更换不同的钳头实现更多功能的扩展。此方案实现起来相对比较容易，而且功能也大大扩展，具有很好的市场前景和推广价值。经过比较，我们选择了方案二。三、 设计创意1.将家庭和电工中多种最常用的工具融合在一体，如：尖嘴钳、扁嘴钳、剥线钳等，从而以较小的空间和较低的成本实现了多种工具的功能。 2.创造性的通过手柄的360度旋转，实现一头双用，节省资源。3.重复利用手柄，通过变换不同的钳头，实现不同的功能，既节省了材料，符合可持续发展的观点，又节省了制造费用，操作方便，从而提高了工作效率。而且，当钳头磨损时不需整把更换而只需通过更换钳头，节省材料。4.在齿形的设计上，按具体工作需求集合各种不同形状的牙纹，实现多种功能。5.采用正版软件ug、mastercam、autocad、solidworks等来辅助设计，从而保证了设计的可靠性，提高效率。总体及各部分介绍四、 钳的外形4.1钳的正面三维图图9、钳的正面4.2钳的背面三维图图10、钳的背面五、 部件组成 图11、钳头一 图12、钳头二 图13、手柄 图14、小销钉组 图15、大销钉组六、 工作原理6.1功能一：钳头双向使用第一个钳头中，一边是尖嘴钳头，另一边是鸭嘴钳头，都是常用的钳。如图16。图16、钳头一的两边销钉孔销钉孔 图17、钳头一上的销钉孔 图18、钳柄的构造钳头一上和手柄上都开有销钉孔，如图17、18.由于钳柄和钳头有这种构造，所以钳头能在手柄里面360度旋转，如图20.可旋转360度钳头旋转180度后图20、钳头一旋转过程钳头旋转之后，把销钉安装上去，实现钳头换边功能，如图20，而且为了便于使用，直接用销钉进行定位，如图21.定位螺钉图21、定位螺钉6.2功能二：更换钳头二实现其他功能 图22、钳二的组装转换过程图23、钳头二转向从整个过程可以看到双向可换头多用钳转换的方便性和实用性。由于钳头是可以更换的，因此可以通过更换不同的钳头实现更多功能的扩展。6.3延伸功能设计：6.3.1其他功能钳头的设计把钳头的外形设计成如图24，钳头上也开有销钉孔，可以与钳柄连接；钳头上面有方形突起，方形突起可以插进套筒头里面，如图25.方形突起销钉孔套筒头 图24、钳头 图25、钳头与套筒头组合方形凹坑图26、六角套筒头由于钳头中心定位销钉，便于拆装开，更换钳头。如图27、28.换钳头后 图27、换钳头前 图28、换钳头后图29、整体图换上钳头之后的整体图如图29.6.3.2钳头与螺丝刀的结合我们把钳头的主体设计成手柄状，下部开有六角形孔，如图30。六角形孔 图30，钳头二下的六角形孔 图31、双头螺丝刀头图32、组合后的螺丝刀双头螺丝刀头可以插进六角孔与钳头二组成一把螺丝刀，如图32。而且钳头上的边缘都做了圆角，手拿着比较舒适。使用方便。而且螺丝刀是双头的，一边是一字的，另一边是十字的，把螺丝刀头反过来就变成十字螺丝刀。七、 重要的设计7.1钳的销钉口的设计为了使钳柄与钳头连接之后，使用手柄就可以带动钳头张开与闭合，避免出现卡死现。设计时，钳头上的四个销钉孔的圆心必需在一个圆上，并且销钉孔的圆心与钳头的旋转中心的连线与垂直方向的夹角大小相同。如图33.r图33、销钉孔设计f2把钳口张开时受力f剪东西时受力f1 图34、 钳剪东西时的受力 图35、 钳头张开时的受力钳剪东西和把钳头张开时受力如图34、35.考虑到钳使用时需要比较大的夹紧力，所以销钉对销钉孔的靠里面的压紧力f1比张开钳口时对外面的力f2大，所以设计时，把销钉孔设计偏外面，从而使l1比l2大。如图36.厚l1l2薄图36、销钉孔设计7.2钳头的设计钳头的一边设计有一个突起圆台，而另一边有一个凹下去的台阶，两边组合可以套在一起，这样保证了钳头的同轴度。如图37.突起圆台凹下去台阶图37、钳头设计7.3钳头齿纹的设计本钳设计了不同的齿纹，从而集成了不同的功能（5）（4）（1）（2）（3） 图38、尖嘴钳头齿纹 图39、扁嘴钳头齿纹齿纹（1）就像普通的尖嘴钳一样，可以用于夹紧零件以及伸进一些空间比较狭小的地方。齿纹（2）可用于剥线，上面设有三种不同直径的刀口，可用于剥不同直径的电线。齿纹（3）可用于间断电线、铁丝等。dd图40齿纹（4）设计成圆弧状，可用于夹圆柱状东西。齿纹（5）可用于夹紧零件等。7.4小销钉的设计小销钉的正面截面如图40，在销钉的中间开了一条槽，而销钉尖端做成突起如图，销钉尖端的宽度比销钉孔的直径小，所以销钉可以插进销钉孔，尖端受到销钉孔的压迫，尖端的突起会受力而退让进销钉的槽里面，直到整个销钉穿过销钉孔为止。由于销钉尖端已经穿过孔，所以尖端不再受力而张开，从而卡住销钉不让销钉掉出来。而要取出销钉时，由于销钉尖端做成平的，只要用手指向下压迫尖端即可去出销钉，省去了使用螺母螺栓时繁琐的扭动螺母，使用起来非常方便。7.5材料选择连接件选用45号钢，钳头使用t12钢；手柄使用q235，手握处加绝缘橡胶。八、 强度校核8.1校核手柄的弯曲强度。从钳的弯矩图可以看出，手柄的连接小销钉处为最薄弱的地方，因此，可在此处加大其宽度，具体如图41所示。经加大后，其等效截面如图42所示在此处加宽f1f3f2危险截面处图41、手柄受力图 图42、等效图及弯矩图手柄选用的材料是q235,其许用应力=130mpa。由，可得，其中的。所以得b处可承受的最大弯矩 mb=1/6*130*10*17*17=62617 n.mm，由受力简图，根据,可以解得 f1=1252,再根据 和 可以解得f3 =517n ,f2=736n;其f3是人手施加于手柄上的力，普通成年人的握力一般都在368n至493n之间，因此，可见，在日常生活及普通的工作，该手柄的强度是满足的。8.2大小销钉的剪切强度校核已知#45号钢的许用剪切强度=80mpa,挤压强度=100mpa。 对于小销钉（图43），根据得 ;图43 根据得 ;即小销钉所能承受的最大剪力为1570nf1=1252n故小销钉的强度满足。图44对于大销钉（图44），根据得 ; 根据得 ;即大销钉所能承受的最大剪力为4020nf2=736n.故大销钉的也强度满足。abc 图45 图46 （3）工作时，钳头所受的力如图43所示，其受力简图为图46。其中f1为小销钉对钳头的反作用力，f2为大销钉对钳头的反作用力，f3为所夹的工件对钳头的反作用力。现做如下分析：假设当f1=1252n时，由得 f1*35-f3*45=0, 解得 f3=974n。综上所述，我们的钳子所能承受的最大握力为517n,所能提供的最大夹紧力为974n，由此可见，对于日常生活以及一般的钳工工作，该钳子的强度是满足的。 九、 主要零件制造加工工艺9.1主要零件工程图纸（见附录一）9.2主要零件的工艺卡（见附录二）9.3数控加工数控加工的刀路如图47，钳头的数控加工效果如图48。 图47、数控加工刀路 图48、钳头加工效果图9.4钳头数控加工程序（见附录三）十、 推广应用价值本作品设计新颖，将最常用的钳子合于一身，能通过旋转手柄定位，从而实现钳头的双向利用，在此基础上，还通过更换钳头的方式添加扳手和螺丝刀等功能，适用范围广，做到既实用，又节省空间，减少购买单件的费用，便于携带，使用方便，造价低廉，除此之外，还可以通过更换不同的钳头实现更多功能的扩展。具有很好的市场前景和推广价值。十一、 结束语总而言之，本钳的最大特点是能够将钳头和钳柄分离，这样就可以实现随意更换钳头，而且这个钳头可以转过来，双向使用，也就是说一个钳头可以当两个钳使用。当需要使用某种特定功能的时候，就可以按需求地更换钳头，这样使用起来相当方便，这种钳的扩展性十分强，能够按照功能的需求来制造出不同的钳头，通过钳柄和配合实现不同的功能。在这个竞赛里我们团队只做了两个双向钳头，但是，利用这个思想，我们可以通过制造不同的钳头从而实现功能的无限扩展。附录一：主要零件工程图纸附录二：主要零件工艺卡广东工业大学大学工程训练中心钳产品型号零件号零件名称件数第1页工具qg001钳头1件共5页零件加工路线零 件 规 格车间d-2工序材料铝库房下料重量毛坯料尺寸： 705020mm零件技术要求全部 3.2序号工步名称设备型号工具编号设备名称工序内容单位工时备注1下料电锯机切成长度为150mm的材料20min2粗铣端面数控铣床粗铣上下两个端面20min3精铣端面数控铣床精铣上下两个端面20min4切割外轮廓数控线切割机切割外轮廓1.5h5钻中心孔数控铣床 钻m8中心孔30min6钻定位孔数控铣床钻两个m4定位孔40min7铣中心凸台及挖槽数控铣床数控铣中心凸台机挖圆环槽30min8倒角倒圆锉刀手工锉倒角、倒圆、曲面1h编制审核批准会签编制日期广东工业大学大学工程训练中心钳柄产品型号零件号零件名称件数第2页工具qg002钳柄1件共5页零件加工路线零 件 规 格车间d-2工序材料铝库房下料重量毛坯料尺寸： 1608030mm零件技术要求全部 3.2序号工步名称设备型号工具编号设备名称工序内容单位工时备注1下料电锯机切成长为160mm的材料10min2粗铣端面数控铣床粗铣上下两个端面20min3精铣端面数控铣床精铣上下两个端面20min4切割外轮廓数控线切割机线切割垂直面外轮廓1.5h5钻中心孔数控铣床线切割直径为m8中心孔20min6钻定位孔数控铣床线切割直径为m4定位孔10min7切割外轮廓数控线切割机线切割水平面外轮廓1.5h8倒角倒圆锉刀、砂纸手工锉倒角、倒圆、曲面1h编制审核批准会签编制日期广东工业大学大学工程训练中心钳产品型号零件号零件名称件数第3页工具qg003钳头1件共5页零件加工路线零 件 规 格车间d-2工序材料铝库房下料重量毛坯料尺寸： 1608020mm零件技术要求全部 3.2序号工步名称设备型号工具编号设备名称工序内容单位工时备注1下料电锯机切成长度为长150mm的材料20min2粗铣端面数控铣床粗铣上下两个端面20min3精铣端面数控铣床精铣上下两个端面20min4切割外轮廓数控线切割机切割外轮廓1.5h5钻中心孔数控铣床钻m8中心孔30min6钻定位孔数控铣床钻两个m4定位孔40min7铣中心凸台及挖槽数控铣床数控铣中心凹槽30min8倒角倒圆锉刀、砂纸手工锉倒角、倒圆、曲面1h广东工业大学大学工程训练中心钳产品型号零件号零件名称件数第5页工具qg003钳头1件共5页零件加工路线零 件 规 格车间d-2工序材料铝库房下料重量毛坯料尺寸： 1608020mm零件技术要求全部 3.2序号工步名称设备型号工具编号设备名称工序内容单位工时备注1下料电锯机切成长度为长150mm的材料20min2粗铣端面数控铣床粗铣上下两个端面20min3精铣端面数控铣床精铣上下两个端面20min4铣外轮廓数控铣床铣外轮廓1.5h5钻中心孔数控铣床钻m8中心孔30min6钻定位孔数控铣床钻两个m4定位孔40min7铣中心凸台及挖槽数控铣床数控铣中心凹槽30min8倒角倒圆锉刀、砂纸手工锉倒角、倒圆、曲面1h附录三：钳头数控加工程序- 32 -%(刀具名称= 10. flat endmill 刀具号码=219 刀径补正=0 刀长补正=0 刀具直径=10. 刀角半径=0. )(加工余量: xy方向=-1. z方向=0. )(工件坐标= g54 )n100 g0 g17 g40 g49 g80 g90n102 g91g28 z0.n104 s0 m5n106 g0 g90 g54 x-15.974 y-65.169n108 z50.n110 z10.n112 g1 z-1. f3.6n114 x15.582n116 y-57.876n118 x-15.974n120 y-50.583n122 x15.582n124 y-43.29n126 x-15.974n128 y-35.996n130 x15.582n132 y-28.703n134 x-15.974n136 y-21.41n138 x15.582n140 y-14.117n142 x-15.974n144 y-6.824n146 x15.582n148 y.47n150 x-15.974n152 y7.763n154 x15.582n156 y15.056n158 x-15.974n160 y22.349n162 x15.582n164 y29.642n166 x-15.974n168 y36.936n170 x15.582n172 y44.229n174 x-15.974n176 y51.522n178 x15.582n180 y58.815n182 x-15.974n184 y66.108n186 x15.582n188 z9.n190 g0 z50.n192 x-18.474 y68.609n194 z10.n196 g1 z-1.n198 y-67.669n200 x18.082n202 y68.609n204 x-18.474n206 z9.n208 g0 z50.n210 g91 g28 z0.(刀具名称= 3. flat endmill 刀具号码=212 刀径补正=0 刀长补正=0 刀具直径=3. 刀角半径=0. )(加工余量: xy方向=-1. z方向=0. )(工件坐标= g54 )n212 g0 g90 g54 x14.582 y57.683n214 s0 m5n216 z50.n218 z10.n220 g1 z-16. f3.n222 y65.109n224 y65.366n226 g2 x14.84 y65.623 r.258n228 y65.109 r.258n230 g1 x14.582n232 x12.112n234 x11.568n236 g2 x11.195 y65.377 r.392n238 x11.941 y65.625 r.392n240 g1 x12.112 y65.109n242 x14.582 y57.683n244 x9.575 y58.48n246 x7.608 y64.393n248 x-3.n250 y60.481n252 x-10.875 y61.734n254 x-11.599n256 x-11.856n258 g2 x-12.113 y61.991 r.257n260 x-11.599 r.257n262 g1 y61.734n264 y23.13n266 y22.373n268 g2 x-11.857 y21.956 r.467n270 x-12.275 y22.79 r.467n272 g1 x-11.599 y23.13n274 g2 x-10.875 y23.479 r25.875n276 g1 x-10.801 y23.513n278 g2 x-10.619 y23.397 r.128n280 x-10.875 r.128n282 g1 y23.479n284 y61.734n286 x-9.75 y62.859n288 x-12.724n290 x-12.981n292 g2 x-13.238 y63.116 r.257n294 x-12.724 r.257n296 g1 y62.859n298 y21.229n300 y20.329n302 g2 x-12.972 y19.892 r.51n304 x-13.496 y20.766 r.51n306 g1 x-12.724 y21.229n308 g2 x-9.75 y22.749 r24.75n310 g1 x-9.668 y22.784n312 g2 x-9.48 y22.66 r.135n314 x-9.75 r.135n316 g1 y22.749n318 y62.859n320 x-7.5 y64.393n322 g2 x-7.443 y65.109 r4.5n324 g1 x-7.383 y65.479n326 g2 x-7.067 y65.747 r.32n328 y65.109 r.32n330 g1 x-7.443n332 x-14.974n334 x-15.231n336 g2 x-15.488 y65.366 r.257n338 x-14.974 r.257n340 g1 y65.109n342 y16.794n344 y15.39n346 g2 x-15.184 y14.921 r.629n348 x-16.022 y15.859 r.629n350 g1 x-14.974 y16.794n352 g2 x-7.5 y21.213 r22.5n354 g1 x-7.399 y21.249n356 g2 x-7.196 y21.106 r.152n358 x-7.5 r.152n360 g1 y21.213n362 y64.393n364 x-5.25n366 g2 x-3. y66.643 r2.25n368 g1 x7.608n370 g2 x9.743 y65.103 r2.25n372 g1 x16.832 y43.791n374 x18.95 y37.425n376 g2 x19.006 y37.082 r1.087n378 x16.832 r1.087n380 g1 y43.791n382 y67.359n384 y67.616n386 g2 x17.09 y67.873 r.258n388 y67.359 r.258n390 g1 x16.832n392 x-17.224n394 x-17.481n396 g2 x-17.738 y67.616 r.257n398 x-17.224 r.257n400 g1 y67.359n402 y10.649n404 y7.636n406 g2 x-17.352 y7.186 r.856n408 x-18.808 y8.086 r.856n410 g1 x-17.224 y10.649n412 g2 x-5.25 y19.558 r20.25n414 g1 x-5.122 y19.592n416 g2 x-4.904 y19.425 r.173n418 x-5.25 r.173n420 g1 y19.558n422 y64.393n424 x-9.238 y15.448n426 g3 x-18. y0. r17.999n428 g1 y-18.871n430 x-13.694 y-39.237n432 x-14.974 y-54.941n434 y-64.169n436 y-64.427n438 g2 x-15.231 y-64.685 r.257n440 y-64.169 r.257n442 g1 x-14.974n444 x-13.023n446 x-12.603n448 g2 x-12.27 y-64.439 r.341n450 x-12.936 y-64.581 r.341n452 g1 x-13.023 y-64.169n454 x-14.974 y-54.941n456 x-17.224 y-66.419n458 x-10.248n460 x-9.827n462 g2 x-9.493 y-66.689 r.341n464 x-10.161 y-66.831 r.341n466 g1 x-10.248 y-66.419n468 x-17.224 y-33.42n470 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