多功用車床扳手的設(shè)計(jì)與制作
——車床刀架扳手和卡盤扳手的優(yōu)化組合

，，

(中山市第一中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東中山，528400)

1 產(chǎn)生背景

在普通車床和數(shù)控車床的實(shí)際操作過(guò)程中，拆裝工件和刀具是非常頻繁發(fā)生的工作程序，所以卡盤扳手和刀架扳手使用頻率非常高，在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)亂拿亂放、錯(cuò)拿錯(cuò)放的情況，影響生產(chǎn)效率和車間管理，并存在一定的安全隱患，具體情況如下：

1) 一個(gè)產(chǎn)品在加工過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)多次工件、刀具的拆裝，由于機(jī)床配備的卡盤扳手和刀架扳手的基本尺寸是一樣的，外形結(jié)構(gòu)相似，唯一的區(qū)別就是端部一凸一凹。因此實(shí)際工作中很容易拿錯(cuò)，如果每次都花多幾秒找工具，積累下來(lái), 勢(shì)必對(duì)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效率產(chǎn)生一定程度的影響。

2) 裝夾工件時(shí)憑卡盤扳手的力量往往不能夾緊工件，需要與加力桿配合使用，由于手柄強(qiáng)度不夠，容易造成手柄彎曲變形，具有安全隱患。如圖1所示。

圖1 彎曲變形的卡盤扳手

圖2 兩扳手使用過(guò)程雜亂

3) 卡盤扳手和刀架扳手配件較多(四個(gè)零部件)，如圖2所示。從車間7S管理的角度看，有精簡(jiǎn)、整合的必要。

俗話說(shuō)：“三分技術(shù)七分工具”，好的工具用起來(lái)得心應(yīng)手，產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)效率也高。針對(duì)以上問(wèn)題，可否把卡盤扳手和刀架扳手合二為一，研發(fā)一個(gè)便捷、質(zhì)優(yōu)、一體，便于管理和使用的工具來(lái)改變這種現(xiàn)狀呢？帶著這個(gè)想法，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證、設(shè)計(jì)，多次改進(jìn)，終于完成了多功用車床扳手(刀卡組合扳手)的制作。本文就該產(chǎn)品的工作原理、結(jié)構(gòu)、功能及創(chuàng)新性等方面做簡(jiǎn)單介紹。

2 工作原理

該多功能組合扳手主要由扳手主體和手柄兩個(gè)部件組成，如圖3所示。使用起來(lái)手感更好，轉(zhuǎn)換便捷，很好的解決了原來(lái)卡盤扳手和刀架扳手配件較多、區(qū)分難，配合加力桿裝夾時(shí)手柄容易彎曲變形、強(qiáng)度不夠和管理亂的問(wèn)題，大大的提高了生產(chǎn)效率。

圖3 組裝示意圖

其工作原理如下：首先在卡盤扳手方軸處套入大彈簧，卡盤扳手體與刀架體扳手相配合；然后銷套入小彈簧穿過(guò)刀架扳手體和卡盤扳手體，與螺母連接，銷和螺母與兩扳手體之間有一定的軸向間隙，用于保證滑移過(guò)程靈活；最后把手柄裝入卡盤扳手體的孔中，組裝完成。當(dāng)手推刀架扳手體時(shí)帶動(dòng)彈簧插銷機(jī)構(gòu)滑移，滑移到銷孔位置時(shí)小彈簧的彈力讓螺母牢固的卡在銷孔，卡盤四方軸工作面露出，可以正常裝夾工件，如圖4(a)所示；要切換刀架扳手時(shí)，手按銷頭，讓螺母與銷孔分離，大彈簧的彈力把刀架扳手體自動(dòng)彈回原位，方孔露出并可以進(jìn)行刀具裝夾，如圖4(b)所示。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要保證滿足兩種工作狀態(tài)下工作面的有效尺寸。

(a) (b)圖4 卡盤與刀架之間的切換

3 主要零部件(或機(jī)構(gòu))的設(shè)計(jì)：

3.1 可相互配合的刀架板手體和卡盤扳手體。如圖5和圖6所示，首先把卡盤扳手設(shè)計(jì)做成剛性好的板手體，在尺寸上卡盤扳手體的外圓、方軸與刀架扳手體的內(nèi)孔、方孔相配合，并保證存在小量的間隙，然后卡盤扳手體左端圓孔?15位置設(shè)計(jì)要合理，不能影響卡盤扳手體和刀架扳手體之前的滑動(dòng)，右端四方軸要配合刀架扳手體來(lái)設(shè)計(jì)，而且要尺寸準(zhǔn)確，做到夾緊工件時(shí)能伸出適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，當(dāng)要夾緊刀具的時(shí)候回縮到里面，讓刀架扳手體的四方孔有合理的工作深度。

圖5 相互配合的卡盤扳手體的設(shè)計(jì)

圖6 相互配合的刀架扳體的設(shè)計(jì)

3.2 彈簧插銷機(jī)構(gòu)。在卡盤扳手和刀具扳手工作時(shí)，工作面有沒(méi)有固定機(jī)構(gòu)是影響工作效率的重要因素，當(dāng)沒(méi)有固定，在裝夾工件時(shí)用力壓卡盤扳手體，雖然能防止卡盤扳手插在卡盤上，起到保護(hù)作用，但裝夾一直要有壓力，并且還要對(duì)準(zhǔn)卡盤扳手口，這樣不利于操作；當(dāng)使用螺釘緊固方式時(shí)，頻繁松緊螺釘，大大影響拆裝工件與刀具的效率。為了達(dá)到便捷、快速的切換，我們?cè)趦砂馐煮w的連接部位加入彈簧插銷機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)如圖7所示。兩扳手體配合能靈活運(yùn)動(dòng)后就設(shè)計(jì)和加工彈簧插銷機(jī)構(gòu)部位，由于卡盤扳手體要在刀架扳手體內(nèi)自由的滑動(dòng)，所以在卡盤扳手體精確的位置設(shè)計(jì)出行程孔，并把插銷孔Φ10做好，這兩孔意義重大，如何保證裝夾時(shí)的工作深度就靠這個(gè)尺寸的設(shè)計(jì)，同時(shí)刀架扳手體也要針對(duì)卡盤扳手體在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)計(jì)出銷和螺母孔的位置。銷和螺母，如圖8所示，加入彈簧進(jìn)行組裝，通過(guò)一推一按就能獲得卡盤與刀架扳手的切換，推上去就是卡盤扳手，按下去則轉(zhuǎn)換為刀架扳手。做到一推一按兩扳手相對(duì)滑動(dòng)，構(gòu)件動(dòng)作靈活、反應(yīng)訊速。

圖7 兩扳手體彈簧插銷部位的設(shè)計(jì)

圖8 銷和螺母設(shè)計(jì)

3.3 手柄。設(shè)計(jì)出合理的手柄，與卡盤扳手體的孔相配，手柄長(zhǎng)度要合適，不能在卡盤夾緊或松開(kāi)過(guò)程中撞到床頭箱，提高裝夾過(guò)程中操作的靈活性，并且手柄做到盡量的大，提高其強(qiáng)度。

在材料選用上，因?yàn)榭ūP扳手體、刀架扳手體、銷、螺母和手柄要具有良好的工作性能和切削性能，并有較高的強(qiáng)度，基于種種我們選用了常用的45#鋼材。兩個(gè)彈簧標(biāo)準(zhǔn)件，完成材料的采購(gòu)。

4 使用效果

經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期高強(qiáng)度的使用驗(yàn)證，多功用車床扳手(刀卡組合扳手)完全達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期的效果，其使用性能和工作性能完全符合要求，并且課堂上同學(xué)不用再因兩扳手不好用而東奔西跑了，也不會(huì)經(jīng)常拿錯(cuò)扳手而浪費(fèi)時(shí)間了，生產(chǎn)的效率得到了最大的優(yōu)化，并且減輕車間7S管理的壓力，大大的提高了我們操作的規(guī)范性和職業(yè)素養(yǎng)。刀卡組合扳手以新奇的功能和效果在學(xué)校里大受歡迎。使用示意圖如圖9所示。

(a) 工件裝夾 (b)刀具裝夾 (c)規(guī)范擺放圖9 應(yīng)用示意圖

[1] 周開(kāi)勤. 《機(jī)械零件手冊(cè)》(第5版).北京:高等教育出版社，2006.

[2] 吳宗澤. 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3] 楊祖群.《機(jī)械制造工程基礎(chǔ)》湖南：科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[4] 陳沖鋒.《一種多功能扳手設(shè)計(jì)制作》 機(jī)械工程師，2017年第2期.

作者簡(jiǎn)介：

趙榮歡，男，1986年出生，漢族，初級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，從事數(shù)控車教學(xué)工作

孫天煥，女，1971年出生，漢族，機(jī)電講師，從事機(jī)械加工教學(xué)工作

羅 健，男，1988年出生，漢族，助理講師，從事機(jī)械加工教學(xué)工作