絞肉機送料螺桿專用夾具設計

顧 星，朱 瑋，蓋立武

(1.蘇州市職業大學 機電工程學院，江蘇 蘇州 215104； 2.蘇州訊飛達自動化科技有限公司，江蘇 蘇州 215002 )

0 引言

在機械零件加工制造過程中，夾持圓柱類零件時通常使用的是三爪卡盤這種機床標準配置的夾具。但是由于三爪卡盤卡爪短，而且卡爪數量只有三個，因此在夾持螺桿類零件時，其夾持長度以及在圓周方向夾持的完整度上無法完全避開螺旋溝槽特征，這樣就無法正確穩定夾持螺桿類零件。又由于三爪卡盤重量較大，使用時需要輔助工具，絕大部分時間只能固定在車床主軸上使用，因此，三爪卡盤的擴展性受到了限制。

隨著工業技術的不斷發展，自動化生產的需求越來越旺盛，非標自動化設備的運用也越來越廣泛。大量企業在生產轉型升級過程中，裝備自動化也在不斷推陳出新，在一些自動化裝備設計、研制、開發過程中，當遇到需要夾持螺桿類零件的時候，就需要一種能替代三爪卡盤的自定心[1]夾緊裝置[2]，以滿足現代生產的需要。

1 螺桿類零件的夾持工藝分析

螺桿類零件是常見的一種機械零件，比如鉆頭、絲桿、蝸桿、絞肉機送料螺桿等，這些都屬于圓柱類零件，它們的共同特點是圓柱體表面帶有螺旋溝槽特征，并且不同零件的螺旋溝槽特征的螺旋角度、數量、溝槽深度等都不一樣，如圖1所示家用絞肉機送料螺桿。

圖1 絞肉機送料螺桿

為了滿足現代化生產的需要，針對圖1所示的絞肉機送料螺桿零件專用夾具的設計有以下幾點需求：①設計一種帶有六個以上長卡爪的夾緊裝置，夾緊裝置可以快速有效夾持表面帶有螺旋溝槽特征的圓柱體零件；②在夾持范圍內，無論零件直徑大小，夾持中心保持不變，并且較長的零件可以穿過夾緊裝置；③裝置可以通過同步皮帶連接到自動化裝備的伺服電機，從而實現機械自動化控制，實現零件緊固自動化、裝置使用自動化。

2 夾具的設計

針對圖1所示的絞肉機送料螺桿零件設計了一種雙錐面[3]驅動定心夾緊[4]裝置，如圖2所示。

1-固定套;2-傳動套筒;3-軸承;4-下錐套;5-上錐套;6-卡爪;7-螺桿零件;11-固定套螺紋;21-傳動套筒同步齒;22-傳動套筒螺紋；41-下錐套斜面T型槽;51-上錐套斜面T型槽;61-卡爪斜面T型滑軌

2.1 夾具的工作原理

圖2為雙錐面驅動定心夾緊裝置夾緊工作狀態時其內部結構，可以看出夾緊裝置主要由固定套1、傳動套筒2、軸承3、下錐套4、上錐套5、卡爪6、固定套螺紋11、傳動套筒同步齒21、傳動套筒螺紋22、下錐套斜面T型槽41、上錐套斜面T型槽51、卡爪斜面T型滑軌61等主要零件和主要特征組成。工作時，當傳動套筒旋轉帶動固定套作軸向相對運動，帶動其內部的上、下錐套一起作軸向相對運動；在錐套T型槽的作用下，卡爪作徑向開合運動，實現夾緊、放松圓柱體零件的功能。該夾具可快速有效夾持螺旋桿零件，在夾持范圍內，無論零件直徑大小，夾持中心保持不變。

在夾持螺旋桿零件時，只需將螺桿零件7放置到夾具中心，啟動自動裝置電機，電機動力通過皮帶帶動傳動套筒2旋轉。由于傳動套筒螺紋22與固定套螺紋11是螺紋嚙合的，因此當傳動套筒2轉動時，固定套1和傳動套筒2之間會產生相對運動，也就是軸向收縮運動。這時固定套1直接帶著錐套5作軸向運動，因傳動套筒是旋轉工作的，因此下錐套4就通過與傳動套筒2連接的軸承3作軸向運動。這樣傳動套筒2旋轉帶動固定套1作軸向收縮運動的同時，固定套1和傳動套筒2還帶著分別與其配合的上錐套5和下錐套4也產生軸向閉合運動，也就實現了將傳動套筒2的旋轉運動轉變為軸向運動的功能。

在上錐套5和下錐套4作軸向閉合運動的同時，在其斜面T型槽41、51的作用下，驅動分別與其配合的6個卡爪斜面T型滑軌61，使6個卡爪同時作徑向向心運動，直到將螺桿零件7夾緊，也就將上錐套5和下錐套4的軸向閉合運動轉變為6個卡爪的徑向運動。

2.2 夾具關鍵零部件的結構設計

設計的雙錐面驅動定心夾緊裝置為圓筒狀結構，由動力連接、動力傳輸、徑向可調幾個功能為主線。外部主要結構件由上、下兩個套筒組成，其中一個套筒外側帶有同步齒，通過同步皮帶連接到自動化裝備的伺服電機。

兩個套筒通過螺紋連接作為動力傳輸，一個套筒旋轉的時候，可以驅動另一個套筒進行軸向伸縮運動。兩個套筒內分別裝有錐套，錐套內帶有平行于錐度面的T型凹槽。裝置內設計有6個片狀卡爪，卡爪一側兩端帶有凸狀斜面T型滑軌，卡爪的凸狀斜面T型滑軌和錐套內的T型凹槽連接配合。當兩個套筒作軸向相對運動的時候，帶動錐套一起作軸向相對運動，在錐套T型凹槽的作用下，卡爪作徑向運動，具備了夾緊和放松零件的功能，實現了雙錐面驅動。

圖3為雙錐面驅動定心夾緊裝置整體結構，外部為圓筒狀結構，由固定套1和傳動套筒2組成，通過螺紋連接傳動。其中傳動套筒2外圓柱面上的傳動套筒同步齒21，可以連接同步皮帶，從而與自動化裝備的伺服電機連接。

1-固定套;2-傳動套筒;11-固定套螺紋;21-傳動套筒同步齒

圖4為安裝在套筒內部的上、下錐套，上、下錐套結構特征、尺寸完全相同，錐套內有6個均布的T型凹槽，并且T型凹槽與錐套錐度面平行。

圖5為卡爪，卡爪一側兩端帶有對稱分布的凸狀斜面T型滑軌，斜面T型滑軌的傾斜度與錐套的錐度匹配。

圖6為卡爪和錐套配合狀態，卡爪的斜面T型滑軌和錐套內的T型凹槽連接配合。下錐套4通過下錐套斜面T型凹槽41與卡爪斜面T型滑軌61配合，并可以沿斜面T型滑軌作斜向滑動。

4-下錐套; 5-上錐套;41-下錐套斜面T型槽 51-上錐套斜面T型槽(a)下錐套 (b)上錐套

6-卡爪; 4-下錐套; 6-卡爪; 61-卡爪斜面T型滑軌 41-下錐套斜面T型槽；

圖7為雙錐面驅動定心夾緊裝置上、下錐套和卡爪配合位置，夾緊裝置中帶有6個片狀卡爪，6個卡爪的斜面T型滑軌分別和上、下錐套的斜面T型槽配合，隨著上、下錐套之間的軸向開合運動，上、下錐套斜面T型特征迫使所有與其配合的卡爪同時作徑向開合運動，達到松緊圓柱體的目的。

4-下錐套;41-下錐套斜面T型槽;5-上錐套;51-上錐套斜面T型槽;6-卡爪

3 夾具的結構特點

該專用夾具的結構有以下特點：①上、下錐套兩個相同的錐套斜面T型凹槽同時驅動卡爪，實現夾具卡爪自定心；②夾緊裝置整體結構簡單，零件結構簡單，卡爪數量多，可保證螺旋曲面圓周方向有效夾持；③固定套和傳動套通過螺紋連接，傳動可靠、穩定；④實現了將旋轉運動轉變為卡爪徑向運動；⑤由于夾緊裝置體積小、重量輕，應用在自動化裝備時只需將傳動套筒同步齒通過同步皮帶連接到自動化裝備的伺服電機，就可以實現機械自動化控制，實現零件裝夾自動化、裝置使用自動化，使用方便快捷；⑥夾持的零件可以穿過夾具體，對零件的長度要求降低。

4 結束語

本文為絞肉機送料螺桿零件設計了一套專用夾持夾具。該夾具設計巧妙，原理清晰，克服了通用三爪卡盤重量大、卡爪短小、可擴展性差的缺點，適用于現代非標自動化設備，解決了非標自動化開發時夾持螺桿零件的難點，對非標自動化設備開發具有定心夾具[5]功能的夾緊裝置有一定的參考價值。