板材零件側(cè)向快速夾緊裝置設(shè)計(jì)*

顧 星，吳峻峰，蓋立武

(1.蘇州市職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104； 2.蘇州工業(yè)園區(qū)安通達(dá)機(jī)電有限公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引 言

在使用銑床來銑削加工零件的時(shí)候，通常會使用平口鉗等這類常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的夾持工具來固定被加工零件。當(dāng)需要銑削較大外形尺寸的板材零件[1]的時(shí)候，因零件的外形尺寸超出平口鉗的夾持范圍，通常就會使用多個(gè)壓板組件來將板材固定在銑床的工作臺面上，進(jìn)而對板材零件進(jìn)行銑削加工。然而壓板組件本身需要集合多個(gè)零件進(jìn)行使用，使用起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也比較繁瑣。并且由于壓板壓在了板材零件的部分表面，導(dǎo)致在對板材零件表面進(jìn)行銑削加工的時(shí)候，銑刀為了避開壓板，就會造成板材零件表面銑削不完整。針對這種情況，就需要一種可以替代壓板組件等夾緊裝置的工具來夾持板材零件，以滿足不同生產(chǎn)的需要。筆者提出一種板材零件側(cè)向快速夾緊裝置設(shè)計(jì)方案，通過方案的實(shí)施來解決上述矛盾，達(dá)到使用要求。

1 板材零件夾持情況分析

在銑床上對外形尺寸比較大的板材零件表面進(jìn)行銑削加工，同時(shí)又無法選擇平口鉗、卡盤、吸盤、磁盤等工具來夾持板材零件時(shí)。就會選擇使用壓板組件將板材零件壓緊固定在銑床的工作臺上[2]。如圖1壓板組合使用工作狀態(tài)圖所示，銑刀在對板材零件進(jìn)行平面銑削加工的過程中，必須避開壓板所在的位置。

圖1 壓板組合使用工作狀態(tài)1.壓板 2.墊片 3.鎖緊螺母 4.螺栓 5.T型螺母 6.墊塊 7.板材零件

這樣的話，壓板位置下面的材料就不能進(jìn)行銑削加工，就造成了零件表面加工不連續(xù)、刀痕不連貫。需要在第一次加工完成后，換個(gè)位置使用壓板組件，進(jìn)行第二次裝夾零件。然后再把第一次加工零件表面時(shí)，壓板干涉部分的位置，針對性的進(jìn)行加工。這也就是在零件表面的加工出現(xiàn)中斷，而必須采用二次加工進(jìn)行彌補(bǔ)，影響了零件的表面質(zhì)量。操作工人在每次用壓板夾持、固定零件時(shí)，每組壓板組合都要同時(shí)用到T型螺母、螺拴、壓板、鎖緊螺母、墊塊等零件，才能使壓板壓住工件。這樣不僅操作繁瑣，而且增加了許多工作量，影響了工作效率，這些情況對于需要在板材零件表面進(jìn)行銑削加工和進(jìn)行打孔等非重切削加工來說，是非常不經(jīng)濟(jì)的。

按照上述情況，分析歸納幾點(diǎn)問題：①使用壓板夾持固定零件比較繁瑣，同時(shí)會造成零件表面加工中斷；②重復(fù)裝夾增加了工人的工作量，影響了工作效率；③分次加工，對零件表面的加工精度照成影響[3]，平面加工沒有連貫性，表面不美觀；④零件在多次裝夾時(shí)，零件的位置會發(fā)生變化，影響裝夾定位精度，從而影響到零件上各個(gè)加工特征之間的相對位置精度[4-5]。

2 夾緊裝置的設(shè)計(jì)

為解決上述板材零件裝夾固定而造成的加工干涉、影響表面質(zhì)量和阻礙加工效率的局面。設(shè)計(jì)了一種杠桿式“板材側(cè)向快速夾緊裝置”，可以用于對板材零件側(cè)面進(jìn)行夾緊定位的裝置。

2.1 夾緊裝置的工作原理

如圖2所示為板材側(cè)向快速夾緊裝置，裝置由鎖緊螺釘1、杠桿式夾緊塊2、壓力調(diào)節(jié)螺釘3 三個(gè)零件組成。其中杠桿式夾緊塊2中包含夾緊塊齒形面4、夾緊塊旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面5和夾緊塊T型結(jié)構(gòu)凸臺6這三個(gè)重要特征。使用時(shí)將裝置放入銑床桌面T型槽內(nèi)，通過鎖緊螺釘將杠桿式鎖緊塊鎖緊在桌面上，再通過壓力調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整杠桿式夾緊塊推壓板材零件側(cè)面壓力，從而達(dá)到將板材零件夾緊固定的功能。

圖2 側(cè)向快速夾緊裝置1.鎖緊螺釘 2.杠桿式夾緊塊 3.壓力調(diào)節(jié)螺釘 4.夾緊塊齒形面 5.夾緊塊旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面 6.夾緊塊T型結(jié)構(gòu)凸臺

如圖3板材零件側(cè)向快速夾緊裝置工作狀態(tài)圖所示。在使用板材側(cè)向夾緊裝置的時(shí)候，將側(cè)向快速夾緊裝置的杠桿式夾緊塊T型結(jié)構(gòu)凸臺7放入到機(jī)床工作臺T型凹槽中，然后將側(cè)向快速夾緊裝置推至與板材零件側(cè)面接觸，這時(shí)調(diào)節(jié)鎖緊螺釘1直至將杠桿式夾緊塊2固定在機(jī)床工作臺T型凹槽中。當(dāng)板材零件夾緊固定所需的多個(gè)側(cè)向快速夾緊裝置都放置到位，并均通過鎖緊螺釘1將杠桿式夾緊塊2固定在機(jī)床工作臺T型凹槽中后，就可以開始調(diào)整每一個(gè)側(cè)向快速夾緊裝置中的壓力調(diào)節(jié)螺釘3。

圖3 板材側(cè)向快速夾緊裝置工作狀態(tài)1.鎖緊螺釘 2.杠桿式夾緊塊 3.壓力調(diào)節(jié)螺釘 4.夾緊塊旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面 5.板材零件 6.夾緊塊T型結(jié)構(gòu)凸臺 7.機(jī)床工作臺T型槽

如圖4板材側(cè)向快速夾緊裝置工作狀態(tài)剖面圖所示。當(dāng)操作工人把壓力調(diào)節(jié)螺釘3向下擰的時(shí)候，在螺紋螺旋運(yùn)動的作用下，就會把杠桿式夾緊塊2向上頂起。這時(shí)杠桿式鎖緊塊就會繞自身的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面(見圖3中4)產(chǎn)生圓弧旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，致使夾緊塊的夾緊塊齒形面4產(chǎn)生壓向板材側(cè)面材料的作用力F1。隨著壓力調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)的力度，夾緊塊齒形面就緊緊的壓在了零件側(cè)面材料上。同時(shí)，由于夾緊塊是繞自身的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面(見圖3中4)產(chǎn)生圓弧旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此夾緊塊齒形面對零件還產(chǎn)生向下的作用力F2，將板材壓向機(jī)床工作臺面。在多組側(cè)向快速夾緊裝置的同時(shí)作用下，最終將板材零件牢牢的固定在機(jī)床工作臺面上。

圖4 板材側(cè)向快速夾緊裝置工作狀態(tài)剖面1.鎖緊螺釘 2.杠桿式夾緊塊 3.壓力調(diào)節(jié)螺釘 4.夾緊塊齒形面 5.板材零件 6.機(jī)床工作臺T型槽

2.2 夾緊裝置關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的板材零件快速夾緊裝置的主體零件是杠桿式夾緊塊，夾緊塊為塊狀結(jié)構(gòu)，主要包含夾緊塊齒形面、夾緊塊旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面和夾緊塊T型結(jié)構(gòu)凸臺三個(gè)重要特征。

圖5所示為板材側(cè)向快速夾緊裝置結(jié)構(gòu)原理。側(cè)向快速夾緊裝置的鎖緊螺釘1和壓力調(diào)節(jié)螺釘3之間因杠桿式定位夾緊塊的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面5分割成二部分，B部分尺寸是A部分的6倍，這樣就形成了一個(gè)杠桿結(jié)構(gòu)。在調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)螺釘3時(shí)，整個(gè)夾緊塊會以夾緊塊旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面5為支點(diǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。因此在使用夾緊裝置的時(shí)候，在杠桿定理的作用下，調(diào)整壓力調(diào)節(jié)螺釘3就非常輕松。

圖5 板材側(cè)向快速夾緊裝置結(jié)構(gòu)原理1.鎖緊螺釘 2.杠桿式夾緊塊 3.壓力調(diào)節(jié)螺釘 4.夾緊塊齒形面 5.夾緊裝置旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面 6.夾緊塊T型結(jié)構(gòu)凸臺

3 夾緊裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該板材側(cè)向快速夾緊裝置有以下特點(diǎn)：①鎖緊螺釘和壓力調(diào)節(jié)螺釘?shù)撞坎捎们蝾^特征，使結(jié)構(gòu)本身容易調(diào)節(jié)，并減少杠桿式定位夾緊塊轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)阻力；②杠桿式定位夾緊塊旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面采用R圓弧曲面，可以使夾緊塊旋轉(zhuǎn)時(shí)繞圓弧平滑轉(zhuǎn)動并保持鎖緊力；③杠桿式定位夾緊塊的旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面的位置在鎖緊螺釘和壓力調(diào)節(jié)螺釘之間，形成了一個(gè)杠桿結(jié)構(gòu)，在調(diào)整壓力調(diào)節(jié)螺釘時(shí)，夾緊塊依靠旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)曲面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在杠桿定理的作用下，調(diào)整壓力調(diào)節(jié)螺釘就非常容易；④齒形面形成的壓緊力是2個(gè)分力，一是壓向零件材料側(cè)面，另一個(gè)是將零件壓向機(jī)床工作臺面；⑤杠桿式定位夾緊塊齒形面的齒形結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了摩擦力，可以非常容易把材料壓緊并保持??；⑥側(cè)向快速夾緊裝置為整體式結(jié)構(gòu)，放置在機(jī)床工作臺T型槽中的位置，可隨被加工材料的外形尺寸、形狀的變化而變化，位置調(diào)整及其方便、使用簡便；⑦夾緊裝置夾緊零件的側(cè)面，不影響工件的表面加工，提高了板材零件加工工作效率和工件加工表面質(zhì)量；⑧夾緊裝置靠一個(gè)鎖緊螺釘鎖緊在機(jī)床工作臺面，在使用過程中，只需使用一把內(nèi)六角扳手就可以完成夾緊和松開的動作，操作方便快捷，大大提升了裝置的使用效率，減輕了勞動強(qiáng)度。

4 結(jié) 語

經(jīng)銑削實(shí)踐，該裝置裝夾操作簡便，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間大大縮短。如圖3所示，使用該裝置夾緊工件只用了5 min，而使用零散的壓板組件來夾緊調(diào)整工件需要20 min；銑削過程中消除了夾緊裝置對刀具的干涉，使刀具在工件表面可以進(jìn)行連續(xù)銑削，保證了工件表面刀痕的一致性；也不會干涉鉆削工件表面邊緣的孔；同時(shí)，在使用倒角刀對工件倒角時(shí)，還可以一次性將工件的邊角倒出，該夾具設(shè)計(jì)巧妙，原理清晰，克服了使用壓板組合時(shí)工作繁瑣，效率低下，加工干涉等缺點(diǎn)。適用于板材零件非重型銑削工作，解決了板材零件側(cè)向夾緊的難點(diǎn)，為板材零件在銑床上夾緊定位，提供了一種解決方案。