許 鑫
(太原工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，山西 太原 030008)
摘要：針對(duì)普通夾具在使用過程中的局限性，創(chuàng)新地在夾具中設(shè)計(jì)了夾持力調(diào)整機(jī)構(gòu)和多種能適應(yīng)曲面形態(tài)工件的夾頭，以實(shí)現(xiàn)對(duì)異形工件更好地夾持和保護(hù)。
關(guān)鍵詞：夾持力；夾具；設(shè)計(jì)
在日常的生產(chǎn)生活中，我們會(huì)見到一些不同形狀、不同表面的物件在鉆孔或打磨的過程中需要被夾持固定，以便于加工。如一些被人們喜愛的把玩物件、葫蘆、千眼菩提等，這些物件表面形態(tài)以曲面為主，且表面要求光滑、細(xì)膩、手感好。在這些物件加工的過程中，如果我們采用普通夾具夾持則會(huì)導(dǎo)致夾具的剛性平面與工藝物件的曲面直接接觸，這樣可能會(huì)對(duì)工藝物件表面造成剛性損傷，降低其觀賞性和把玩的手感。另外在普通夾具夾緊工件的過程中，夾緊力恒定，而且為了夾緊工件往往會(huì)對(duì)工件施加較大的夾緊力。在工程實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)夾緊力不當(dāng)，有的脆性工件出現(xiàn)了直接被夾碎的現(xiàn)象，工件報(bào)廢，造成了直接的經(jīng)濟(jì)損失。實(shí)踐證明，普通夾具并不能對(duì)曲面形態(tài)為主的異形工件進(jìn)行有效夾持，有些施工現(xiàn)場甚至出現(xiàn)工人直接用雙手把持工件進(jìn)行加工的現(xiàn)象。為了避免施工過程中人員受傷，以及減少夾具對(duì)工件整體和表面的損傷，筆者嘗試設(shè)計(jì)了一種既宜于夾持具有曲面形態(tài)的異形工件，又能在夾緊過程中提供彈性夾持力的多功能通用夾具。
本文設(shè)計(jì)的這款?yuàn)A具具有夾持力可調(diào)整的功能，主要用于具有不規(guī)則形狀和不同材質(zhì)工件的夾持固定。夾具為對(duì)稱分布，整體分兩大部分，一部分為直線運(yùn)動(dòng)部分，另一部分為靜止部分。夾具的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.1 多功能夾具直線運(yùn)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
移動(dòng)部分夾具支撐架4為直線運(yùn)動(dòng)部分主體，滑動(dòng)桿18裝于移動(dòng)部分夾具支撐架4的孔中，兩者過盈配合無相對(duì)運(yùn)動(dòng)；兩根滑動(dòng)桿的另一端通過滑動(dòng)桿固定件14固定在一起，同為過盈配合(通過旋緊螺釘使滑動(dòng)桿18與滑動(dòng)桿固定件14處于過盈配合狀態(tài))，絲杠無螺紋端2與移動(dòng)部分夾具支撐架4通過卡簧19來軸向限位，二者不能發(fā)生軸向移動(dòng)，只能轉(zhuǎn)動(dòng)；絲杠螺紋端15與絲杠無螺紋端2為同一零件的兩個(gè)部分，絲杠螺紋端15與靜止部分夾具支撐架16為螺紋連接，通過旋桿3帶動(dòng)絲杠無螺紋端2轉(zhuǎn)動(dòng)，使直線運(yùn)動(dòng)部分整體沿絲杠螺紋端軸向作直線運(yùn)動(dòng)來夾緊或松開工件。
移動(dòng)部分夾具支撐架4上的夾頭固定裝置較普通夾具也有所改良，傳統(tǒng)夾具在夾緊工件時(shí)往往力是不可以控制的，一用力就可能使質(zhì)地較軟的工件變形或工件表面出現(xiàn)較大損傷；固定端夾頭9的固定機(jī)構(gòu)由螺母5、滑桿7、彈簧6、夾頭固定件8組成，通過旋轉(zhuǎn)螺母5可以適當(dāng)?shù)胤潘苫蚴站o彈簧以調(diào)整該夾具的預(yù)緊力；夾頭固定件8與滑桿7緊固在一起，由于夾頭固定件8與移動(dòng)部分夾具支撐架4組成簡易的直線導(dǎo)軌，故夾頭固定件8可在移動(dòng)部分夾具支撐架4上滑動(dòng)，滑桿7與移動(dòng)部分夾具支撐架4為軸孔間隙配合連接，二者可相對(duì)滑動(dòng)起導(dǎo)向作用，同時(shí)又防止在夾緊時(shí)由于轉(zhuǎn)矩過大造成對(duì)夾頭固定件8和移動(dòng)部分夾具支撐架4的損壞。彈簧6要求具有較高的彈性系數(shù)，彈簧6套在滑桿7上使夾緊工件時(shí)夾緊力有一個(gè)緩變的過程，當(dāng)夾緊工件時(shí)通過控制絲杠無螺紋端2的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制彈簧的壓縮量進(jìn)而控制夾緊工件的力的大小，當(dāng)需要的夾緊力很大時(shí)，旋轉(zhuǎn)絲杠無螺紋端2使彈簧壓縮至夾頭固定件8與移動(dòng)部分夾具支撐架4圓柱形突出部分右端面接觸，此時(shí)彈簧6不再起到自身彈力調(diào)整夾持力的作用。
2.2 多功能夾具靜止部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
靜止部分夾具支撐架16為靜止部分主體，靜止部分夾具支撐架16通過底座連接件17與底座用螺釘緊固在一起，轉(zhuǎn)輪軸13與靜止部分夾具支撐架16用鍵聯(lián)結(jié)在一起，使二者不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)輪軸13與單向軸承11內(nèi)圈通過鍵連接，單向軸承11的外圈與轉(zhuǎn)輪10通過鍵連接，由于有單向軸承11的存在使得轉(zhuǎn)輪10只能逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，反向自鎖；轉(zhuǎn)輪10上有3個(gè)安裝旋轉(zhuǎn)端夾頭12的位置，針對(duì)不同的工件在轉(zhuǎn)輪10上安裝與工件表面相適應(yīng)的旋轉(zhuǎn)端夾頭，這樣在更換旋轉(zhuǎn)端夾頭時(shí)，只需旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪即可，也可取下旋轉(zhuǎn)端夾頭進(jìn)行更換，而且通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪還可以按照需要使夾頭在與水平面呈一定夾角(例如固定楔形工件)，由于旋轉(zhuǎn)端夾頭與轉(zhuǎn)輪的安裝形式為六棱柱槽型形配合，所以夾頭有6個(gè)安裝角度，可根據(jù)工件需要或個(gè)人習(xí)慣安裝夾頭。
針對(duì)不同外形的工件使用不同的夾頭，夾頭可以根據(jù)使用需要設(shè)計(jì)為多種形式，如圖2所示。第1種形式的夾頭適用于外形具有棱角類的零件(有多種常用角度的夾頭)；第2種形式的夾頭適用于外形是平面的零件；第3種形式的夾頭適用于外形為球面的零件；第4種形式的夾頭適用于外形為不規(guī)則曲面的零件。
1-底座；2-絲杠無螺紋端；3-旋桿；4-移動(dòng)部分夾具支撐架；5-螺母；6-彈簧；7-滑桿；8-夾頭固定件；9-固定端夾頭；10-轉(zhuǎn)輪；11-單向軸承；12-旋轉(zhuǎn)端夾頭；13-轉(zhuǎn)輪軸；14-滑動(dòng)桿固定件；15-絲杠螺紋端；16-靜止部分夾具支撐架；17-底座連接件；18-滑動(dòng)桿；19-卡簧
圖1 夾具的主體結(jié)構(gòu)
圖2 可更換夾頭結(jié)構(gòu)示意圖
這種可調(diào)整夾持力的多功能夾具，經(jīng)過多次的論證和修改最終確立了設(shè)計(jì)方案。我們用SolidWorks軟件建立了該夾具的模型，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真分析，證實(shí)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。這款?yuàn)A具攜帶方便，操作簡單，為具有曲面結(jié)構(gòu)的異形工件的夾持固定提供了可靠的保障。
我們已經(jīng)將這款多功能夾具的設(shè)計(jì)方案向中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交了專利申請(qǐng)，并獲得了專利授權(quán)。該專利名稱為：一種可調(diào)整夾持力的夾具，專利號(hào)：ZL201520445857.4。下一步我們將積極爭取項(xiàng)目資助，早日試制樣機(jī)。