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【兆恒機(jī)械】一種可調(diào)整夾持力的多功能夾具設(shè)計

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  • 添加日期:2021年04月01日

一種可調(diào)整夾持力的多功能夾具設(shè)計

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

1 問題的提出

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。

2 多功能夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計

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(yùn)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(yùn)動部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

移動部分夾具支撐架4為直線運(yùn)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(yùn)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(yùn)動部分整體沿絲杠螺紋端軸向作直線運(yùn)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(yùn)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。

3 可更換夾頭結(jié)構(gòu)設(shè)計

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。

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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)

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圖2 可更換夾頭結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

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(yùn)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)。