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，以實現(xiàn)對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
在日常的生產(chǎn)生活中，我們會見到一些不同形狀、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，這樣可能會對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對工件施加較大的夾緊力。在工程實踐中我們發(fā)現(xiàn)，有時夾緊力不當(dāng)，有的脆性工件出現(xiàn)了直接被夾碎的現(xiàn)象，工件報廢，造成了直接的經(jīng)濟(jì)損失。實踐證明，普通夾具并不能對曲面形態(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，以及減少夾具對工件整體和表面的損傷，筆者嘗試設(shè)計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)計的這款夾具具有夾持力可調(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。夾具為對稱分布，整體分兩大部分，一部分為直線運動部分，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 多功能夾具直線運動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計
移動部分夾具支撐架4為直線運動部分主體，滑動桿18裝于移動部分夾具支撐架4的孔中，兩者過盈配合無相對運動；兩根滑動桿的另一端通過滑動桿固定件14固定在一起，同為過盈配合(通過旋緊螺釘使滑動桿18與滑動桿固定件14處于過盈配合狀態(tài))，絲杠無螺紋端2與移動部分夾具支撐架4通過卡簧19來軸向限位，二者不能發(fā)生軸向移動，只能轉(zhuǎn)動；絲杠螺紋端15與絲杠無螺紋端2為同一零件的兩個部分，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帶動絲杠無螺紋端2轉(zhuǎn)動，使直線運動部分整體沿絲杠螺紋端軸向作直線運動來夾緊或松開工件。
移動部分夾具支撐架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可在移動部分夾具支撐架4上滑動，滑桿7與移動部分夾具支撐架4為軸孔間隙配合連接，二者可相對滑動起導(dǎo)向作用，同時又防止在夾緊時由于轉(zhuǎn)矩過大造成對夾頭固定件8和移動部分夾具支撐架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上使夾緊工件時夾緊力有一個緩變的過程，當(dāng)夾緊工件時通過控制絲杠無螺紋端2的轉(zhuǎn)動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，旋轉(zhuǎn)絲杠無螺紋端2使彈簧壓縮至夾頭固定件8與移動部分夾具支撐架4圓柱形突出部分右端面接觸，此時彈簧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
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)生相對運動；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只能逆時針旋轉(zhuǎn)，反向自鎖；轉(zhuǎn)輪10上有3個安裝旋轉(zhuǎn)端夾頭12的位置，針對不同的工件在轉(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，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個安裝角度，可根據(jù)工件需要或個人習(xí)慣安裝夾頭。
針對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)計方案。我們用SolidWorks軟件建立了該夾具的模型，進(jìn)行了運動仿真分析，證實了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。這款夾具攜帶方便，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)計方案向中國國家知識產(chǎn)權(quán)局提交了專利申請，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：ZL201520445857.4。下一步我們將積極爭取項目資助，早日試制樣機(jī)。