自定心可旋轉(zhuǎn)夾具設(shè)計

丁加軍，莊劉慶，顧宏飛

(南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，江蘇 南京 210023)

為保證同一批工件與刀具、操作工具的相對位置一致，常采用夾具定位、夾緊工件來實現(xiàn)[1]。夾具按通用化程度可分為通用夾具與專用夾具：通用夾具有一定通用范圍，由功能附件制造企業(yè)根據(jù)國家標準、行業(yè)標準或企業(yè)標準制造，面向行業(yè)企業(yè)銷售，夾具價格低、可靠性高、供貨周期短，用戶可直接選購；專用夾具是為零件的某一道加工工序而設(shè)計制造的，在結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定、批量較大的產(chǎn)品生產(chǎn)中使用，專用夾具只適合特定場合，設(shè)計制造周期長，造價高。專用夾具經(jīng)優(yōu)化設(shè)計和標準化改造，可轉(zhuǎn)化為通用夾具。本文通過對空調(diào)壓力開關(guān)涂膠夾具的創(chuàng)新優(yōu)化，設(shè)計出φ4～20mm圓柱狀類工件自定心可旋轉(zhuǎn)夾具，該夾具可用于自動機械與自動生產(chǎn)線。

1 空調(diào)壓力開關(guān)夾具設(shè)計要求

應(yīng)南通某空調(diào)壓力開關(guān)制造企業(yè)的要求，為某型號空調(diào)壓力開關(guān)研制涂膠機械。涂膠機械需設(shè)計專用夾具夾持空調(diào)壓力開關(guān)。空調(diào)壓力開關(guān)如圖1所示，涂膠時，需要工件在同一位置實現(xiàn)定位、夾緊、正轉(zhuǎn)[2]360°和反轉(zhuǎn)360°～720°。

空調(diào)壓力開關(guān)主要有2種，圖1(a)下部的六角螺母對角尺寸為14.0mm，圖1(b)下部則為紫銅管，直徑為6.0mm，上部開關(guān)盒直徑均為15.2mm。

圖1 空調(diào)壓力開關(guān)

根據(jù)實際工作需要，夾具應(yīng)定位、夾緊空調(diào)壓力開關(guān)，保證同一批空調(diào)壓力開關(guān)與涂膠機構(gòu)相對位置一致，并夾持空調(diào)壓力開關(guān)在驅(qū)動機構(gòu)作用下勻速回轉(zhuǎn)，讓涂膠機構(gòu)[3]擠出的膠液能均勻地涂在工件金屬部件與塑料部件接縫處。

由于結(jié)構(gòu)限制，無現(xiàn)存的通用夾具可供選擇，需設(shè)計專用夾具以滿足空調(diào)壓力開關(guān)自定心、夾緊、旋轉(zhuǎn)的工藝操作要求。設(shè)計的夾具應(yīng)達到定位準確[4]、動作靈活、結(jié)構(gòu)簡單的要求。

1.1 夾具結(jié)構(gòu)

根據(jù)涂膠機械對夾具的要求，可知夾具結(jié)構(gòu)要素如下：1)彈簧力夾緊；2)手動卸料；3)定位精度由手指夾頭和夾具的精度、空調(diào)壓力開關(guān)的形狀和尺寸精度保證；4) 夾具下部有齒輪、軸承，可由驅(qū)動裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。

1.2 夾具定位夾緊

如圖2所示，空調(diào)壓力開關(guān)的軸向定位由手指夾頭上端面臺階實現(xiàn)，定心對中則由空調(diào)壓力開關(guān)下部的六角螺母或紫銅管實現(xiàn)。

2 空調(diào)壓力開關(guān)夾具設(shè)計

空調(diào)壓力開關(guān)夾具通過手動裝料時的下壓實現(xiàn)工件向下的直線運動，工件驅(qū)動彈簧導(dǎo)桿壓縮彈簧，彈簧導(dǎo)桿帶動傳動角件使夾具手指張開，依靠手指夾頭的內(nèi)腔形狀、尺寸實現(xiàn)工件定位，然后在彈簧反彈力的作用下，彈簧導(dǎo)桿帶動傳動角件使夾具手指、手指夾頭夾緊工件。

2.1 工作原理

如圖3所示，夾具手指上有2個U形槽，銷釘穿過U形槽，與U形槽為間隙配合，與夾具本體為過盈配合。夾具本體通過銷釘使傳動角件帶動夾具手指作開(松開工件)合(夾緊工件)運動，2個夾具手指、傳動角件分別與2個銷釘間隙配合，因此夾具手指、傳動角件可以繞定位銷作回轉(zhuǎn)運動。彈簧導(dǎo)桿與夾具本體為間隙配合，夾具本體固定不動，彈簧導(dǎo)桿上下移動。

圖2 空調(diào)壓力開關(guān)夾緊示意圖 圖3 運動簡圖

2.2 組成結(jié)構(gòu)

圖4所示為空調(diào)壓力開關(guān)夾具組成圖。

1—手指夾頭；2—M4×6內(nèi)六角螺釘；3—銷釘；4—彈簧導(dǎo)桿；5—彈簧；6—夾具底座；7—軸承擋圈；8—軸承；9—軸承座；10—齒輪； 11—夾具手指；12—傳動角件

圖4 夾具組成圖

自定心可旋轉(zhuǎn)夾具主要由以下幾部分組成：

1)夾持部分。

夾持部分由手指夾頭1、傳動角件12、夾具手指11、夾具本體等組成，實現(xiàn)空調(diào)壓力開關(guān)自定心、軸向定位、夾緊松開動作。

2)動力部分。

動力部分由彈簧導(dǎo)桿4、彈簧5、夾具底座6等組成，通過手動裝料向下壓縮彈簧，彈簧恢復(fù)的彈力帶動夾持部分實現(xiàn)空調(diào)壓力開關(guān)的自動夾緊。

3)自轉(zhuǎn)部分。

自轉(zhuǎn)部分由軸承8、軸承座9、齒輪10等組成，驅(qū)動機構(gòu)[2]驅(qū)動齒輪實現(xiàn)動力、夾持部分及空調(diào)壓力開關(guān)的轉(zhuǎn)動。

3 自定心可旋轉(zhuǎn)夾具設(shè)計

通過改變空調(diào)壓力開關(guān)夾具手指夾頭的形狀、尺寸，可滿足系列空調(diào)壓力開關(guān)涂膠時定位、夾緊、旋轉(zhuǎn)的要求。夾具體在優(yōu)化設(shè)計后，可作為具有一定通用范圍的自定心可旋轉(zhuǎn)夾具。自定心可旋轉(zhuǎn)夾具用于系列空調(diào)壓力開關(guān)的定位、夾緊，手指夾頭的形狀應(yīng)根據(jù)空調(diào)壓力開關(guān)自定心面、軸向定位面的形狀、尺寸要求進行設(shè)計。

夾具外形如圖5所示，左側(cè)為通用部分，右側(cè)為專用部分。

圖5 夾具外形圖

圖6所示為優(yōu)化設(shè)計后的自定心可旋轉(zhuǎn)夾具裝配圖。內(nèi)六角緊定螺釘6將手指夾頭7與夾具手指8相聯(lián)，銷釘5由傳動角件10帶動夾具手指8移動，銷釘4與彈簧導(dǎo)桿3過盈配合，推動傳動角件10轉(zhuǎn)動，銷釘9與夾具手指8過盈配合，11為夾具體，套在彈簧導(dǎo)桿3方孔中，由內(nèi)六角螺釘13與夾具底座2相聯(lián)，彈簧12帶動彈簧導(dǎo)桿3上下移動，角接觸軸承14安裝在軸承座15內(nèi)，齒輪1通過兩個緊定螺釘16壓在夾具底座2軸端的小平面上，由動力裝置(圖中未示出)驅(qū)動實現(xiàn)自定心可旋轉(zhuǎn)夾具帶動空調(diào)壓力開關(guān)正轉(zhuǎn)360°和反轉(zhuǎn)360°～720°。

圖6 夾具裝配圖

自定心可旋轉(zhuǎn)夾具軸承座15直徑為64mm，端面安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上(圖中未示出)，自定心可旋轉(zhuǎn)夾具夾緊時，空套在彈簧導(dǎo)桿3中的夾具體11下槽面距軸承座安裝面63mm，手指夾頭上端面距軸承座安裝面223.15mm。

手動將工件在手指夾頭7間下壓時，手指夾頭7內(nèi)側(cè)鋸齒形平面實現(xiàn)工件的軸向定位，手指夾頭7內(nèi)側(cè)(與工件夾緊的接觸面，圖1所示空調(diào)壓力開關(guān)下部六角螺母對角尺寸為14.0mm或直徑為6.0mm的紫銅管)實現(xiàn)工件的自定心，手指夾頭7與固定聯(lián)接的夾具手指8的腰形槽使銷釘9帶動傳動角件10,從而驅(qū)動彈簧導(dǎo)桿壓縮彈簧12；當手指松開空調(diào)壓力開關(guān)時，彈簧力迫使彈簧12通過彈簧導(dǎo)桿帶動傳動角件10轉(zhuǎn)動，傳動角件的圓弧面迫使銷釘9帶動夾具手指8水平移動，使手指夾頭7夾緊工件。

當需要卸下工件時，手動軸向向上拉動工件，手指夾頭7張開，工件從手指夾頭7中脫開。彈簧驅(qū)動夾具手指8的腰形槽使銷釘9帶動傳動角件10從而驅(qū)動彈簧導(dǎo)桿壓縮彈簧12，彈簧力迫使彈簧12通過彈簧導(dǎo)桿帶動傳動角件10轉(zhuǎn)動，傳動角件的圓弧面迫使銷釘9帶動夾具手指8水平移動，手指夾頭7收縮，夾具恢復(fù)自由狀態(tài)。

4 創(chuàng)新特色

1)自定心，可旋轉(zhuǎn)。

在自動機械與自動生產(chǎn)線上，需要工件自動夾緊、自動旋轉(zhuǎn)時，如采用氣夾、彈簧夾頭均不能有效解決問題，可使用自定心可旋轉(zhuǎn)夾具解決此類工件的定位、夾緊、旋轉(zhuǎn)難題。

2)適用范圍廣。

由空調(diào)壓力開關(guān)夾具優(yōu)化改造得到的自定心可旋轉(zhuǎn)夾具的手指移動范圍為4mm，通過設(shè)計不同的手指夾頭形狀、尺寸可使夾具能適用于φ4～20mm圓柱狀類工件的定位、夾緊、旋轉(zhuǎn)。如想滿足不同尺寸工件的夾持需求，改變自定心可旋轉(zhuǎn)夾具通用部分的尺寸即可。

5 結(jié)束語

由于條件限制，本文僅研究了空調(diào)壓力開關(guān)需要的φ4～20mm圓柱狀類工件的定位、夾緊、旋轉(zhuǎn)要求，設(shè)計出適用于φ4～20mm圓柱狀類工件的自定心可旋轉(zhuǎn)夾具。對于適用于直徑20mm以上的圓柱狀類工件的自定心可旋轉(zhuǎn)夾具，可通過制定尺寸型譜按原理設(shè)計制造系列自定心可旋轉(zhuǎn)夾具。