一種機(jī)加工用通用柔性虎鉗的設(shè)計(jì)與開發(fā)*

申賓德，陳佰旺

(武威職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733000)

0 引 言

平口虎鉗是銑床、刨床、鉆床等機(jī)床的常用夾具之一，與機(jī)床工作臺(tái)配合，對(duì)加工毛坯件起定位和夾緊的作用，廣泛應(yīng)用于平面、臺(tái)階、溝槽和角度等表面形狀的加工。在長(zhǎng)期使用過程中，平口虎鉗存在著鉗口開合時(shí)間長(zhǎng)，夾持力大且不穩(wěn)定，裝夾對(duì)象局限性大等許多缺點(diǎn)，需要加以改進(jìn)。隨著先進(jìn)制造業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械零件的輪廓形狀越來越復(fù)雜，精度也越來越高，而機(jī)床的裝夾問題一直影響著零部件質(zhì)量的高低。另外，為應(yīng)對(duì)加工制造業(yè)的信息化、自動(dòng)化、專業(yè)化等市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，工裝夾具的設(shè)計(jì)及制造顯得尤為重要。此設(shè)計(jì)通過對(duì)平口虎鉗移動(dòng)、夾緊方式，鉗口鐵等關(guān)鍵部件的改進(jìn)，使其工作過程安全可靠，極大地改善了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，具有很好的推廣價(jià)值和再利用意義。

1 傳統(tǒng)平口虎鉗的特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)分析

目前國(guó)內(nèi)外夾具設(shè)計(jì)及制造主要面向的是高端復(fù)雜的組合專用夾具，價(jià)格高，不太適應(yīng)中小企業(yè)的需求，對(duì)小批量生產(chǎn)帶來了困難，而傳統(tǒng)的平口虎鉗雖在裝備制造業(yè)中廣泛應(yīng)用，尤其是在銑、刨、鉆等機(jī)床的加工中，由于存在著眾多的不便，有待于提高其性能和效率。虎鉗的工作原理主要通過螺旋傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)工件的夾緊，具有夾持可靠、夾緊力大的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，由于零件的外形各異、大小不同，常常需要頻繁地打開或閉合固定鉗口與活動(dòng)鉗口，受螺旋傳動(dòng)螺距和頭數(shù)的影響，往往在轉(zhuǎn)動(dòng)夾緊螺桿上花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，才能使待加工零件夾緊或松開，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)強(qiáng)度高，效率低下，且對(duì)精密零部件外形有一定的損傷等缺陷[1]，此外，現(xiàn)有虎鉗大多為平口，鉗口自適應(yīng)性差，無法適用于復(fù)雜形狀零件的裝夾，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)平口虎鉗示意圖

2 機(jī)加工用平口虎鉗缺點(diǎn)及解決思路

2.1 活動(dòng)鉗口座及其改進(jìn)

傳統(tǒng)的平口虎鉗其活動(dòng)鉗口與固定鉗口的開合，主要通過螺旋傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，為了增大夾緊力，多采用普通粗牙螺紋或矩形螺紋的螺旋傳動(dòng)裝置，為了減小鉗口的開合時(shí)間，常采用較大導(dǎo)程的螺旋副，大導(dǎo)程的螺旋副對(duì)應(yīng)著大的螺旋升角，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，活動(dòng)鉗口前后移動(dòng)的位移量就大，操作人員費(fèi)力，這樣會(huì)出現(xiàn)裝夾行程長(zhǎng)，效率低，裝夾費(fèi)力，強(qiáng)度大等問題。為解決此問題，將活動(dòng)鉗口座改造成可調(diào)鉗口座和活動(dòng)鉗口(后面詳細(xì)說明)兩部分，其中可調(diào)鉗口座與虎鉗體底座用走馬槽配合連接，裝夾時(shí)先按照待夾持零件的大小，水平快速移動(dòng)可調(diào)鉗口座至合適的位置(具備與待夾持零件有微調(diào)的間隙)，鎖緊可調(diào)鉗口座上的偏心鎖緊裝置。這既滿足該虎鉗能適應(yīng)多種尺寸大小的零件，又大大縮小夾具的裝夾時(shí)間，提高了工作效率[2]。

2.2 活動(dòng)鉗口鉗口鐵及其改進(jìn)

傳統(tǒng)的平口虎鉗的鉗口與鉗口鐵之間為剛性連接，且鉗口鐵與夾持工件的接觸面是平面，在裝夾零件的時(shí)候由于鉗口鐵的功能單一，所以裝夾的零件有一定的局限性。為解決這個(gè)問題，將活動(dòng)鉗口的鉗口鐵改造成兩個(gè)類似于1/4圓盤的旋轉(zhuǎn)鉗口塊，該旋轉(zhuǎn)鉗口鐵與活動(dòng)鉗口用鉸制孔螺栓連接，鉗口塊在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，利用徑向半徑的不一致性而實(shí)現(xiàn)了不規(guī)則零件的安裝與夾緊，如圓形件、凸輪件和不規(guī)則多邊形等。這樣實(shí)現(xiàn)了平口虎鉗的自調(diào)節(jié)功能，達(dá)到了柔性裝夾的目的。

2.3 活動(dòng)鉗口運(yùn)動(dòng)方式及其改進(jìn)

傳統(tǒng)的平口虎鉗大多采用大螺距的螺旋傳動(dòng)，由于螺旋副間存在著大的間隙，在旋合過程中將產(chǎn)生較大的竄動(dòng)，而活動(dòng)鉗口座與虎鉗體底座之間多采用大面積的滑動(dòng)摩擦，同樣存在著大的間隙，這樣在水平移動(dòng)過程中，加劇了螺旋傳動(dòng)在縱向方向上的不穩(wěn)定性，多次裝夾一致性差。此時(shí)，如果繼續(xù)施力來夾緊工件時(shí)，靠近活動(dòng)鉗口一側(cè)的工件有可能會(huì)被下壓或抬高，工件表面也因?yàn)檫^大的夾持力而導(dǎo)致壓傷。為解決這個(gè)問題，除了將活動(dòng)鉗口座改造成小間隙的可調(diào)鉗口座以外，將活動(dòng)鉗口改造成與可調(diào)鉗口座用導(dǎo)向銷小間隙配合連接的微調(diào)裝置，小螺距的螺旋傳動(dòng)使得螺旋副間的間隙更小，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了省力的目的，還減小了整個(gè)裝夾過程中的不穩(wěn)定，對(duì)零件表面的損傷小。

3 柔性虎鉗設(shè)計(jì)

3.1 裝夾過程及工作原理

虎鉗底座安裝在機(jī)床等水平工作臺(tái)上，利用待夾持工件的特點(diǎn)，通過可調(diào)鉗口座與虎鉗底座的走馬槽小間隙配合，快速水平調(diào)整可調(diào)鉗口座在虎鉗底座的位置，等活動(dòng)鉗口與待夾持工件粗接觸時(shí)，并緊固可調(diào)鉗口座上的偏心鎖緊裝置。根據(jù)零件外形特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整旋轉(zhuǎn)鉗口塊的旋轉(zhuǎn)位置，然后旋轉(zhuǎn)控制活動(dòng)鉗口水平移動(dòng)的絲桿，使活動(dòng)鉗口帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉗口塊在適應(yīng)不同工件外形的情況下均勻、平穩(wěn)的移動(dòng)，夾持好零件，如圖2所示。

圖2 通用柔性虎鉗示意圖1.固定鉗口 2.活動(dòng)鉗口 3.可調(diào)鉗口 4.旋轉(zhuǎn)鉗口塊 5.調(diào)節(jié)絲桿 6.偏心鎖緊裝置 7.固定鉗口鐵

3.2 活動(dòng)鉗口的快速微調(diào)設(shè)計(jì)

可調(diào)鉗口座固定以后，其與活動(dòng)鉗口通過一個(gè)導(dǎo)向銷連接在一起，可調(diào)鉗口座兩側(cè)分別增加兩個(gè)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)絲桿，通過旋轉(zhuǎn)絲桿帶動(dòng)活動(dòng)鉗口與柔性鉗口塊一起在導(dǎo)向銷的作用下水平微量移動(dòng)[3]。活動(dòng)鉗口上嵌鑲有與導(dǎo)向銷緊密配合的銷套，銷與套之間選用小間隙配合，這樣既縮短了裝夾時(shí)旋轉(zhuǎn)、驅(qū)動(dòng)絲桿的時(shí)間，同時(shí)也有效避免了活動(dòng)鉗口在水平移動(dòng)過程中因?qū)蜷g隙過大，而導(dǎo)致的活動(dòng)鉗口上下的竄動(dòng)，防止裝夾零件的下壓或抬高[4]，如圖3所示。

圖3 活動(dòng)鉗口的快速微調(diào)工作示意圖1.旋轉(zhuǎn)絲桿 2.活動(dòng)鉗口 3.銷套 4.導(dǎo)向銷 5.可調(diào)鉗口座

3.3 柔性鉗口塊的自適應(yīng)設(shè)計(jì)

柔性鉗口塊設(shè)計(jì)成1/4圓盤的旋轉(zhuǎn)鉗口塊，用兩個(gè)鉸制孔螺栓連接在活動(dòng)鉗口的兩端，代替原來平口虎鉗的活動(dòng)鉗口鐵，柔性鉗口塊可在0°～90°之間轉(zhuǎn)動(dòng)，利用其徑向半徑的變化，適應(yīng)曲面、多邊形等不規(guī)則零件輪廓的夾持需要，實(shí)現(xiàn)了柔性鉗口的自適應(yīng)性，鉗口功能大大提升，如圖4所示。

隨著裝備制造企業(yè)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和制造工藝的多樣化需求，此通用柔性虎鉗的設(shè)計(jì)改造，不僅凸顯了再制造技術(shù)的一個(gè)方向，更是傳統(tǒng)制造技術(shù)革新的必然要求。設(shè)計(jì)過程中，可調(diào)鉗口座與虎鉗體底座之間采用具有鎖緊功能的平動(dòng)連接，大大縮短了夾具的裝夾時(shí)間，提高了工作效率；活動(dòng)鉗口與可調(diào)鉗口座之間采用導(dǎo)向銷作用下的微調(diào)裝置，實(shí)現(xiàn)了省力的目的，減小了裝夾的不穩(wěn)定性和對(duì)零件的損傷程度；利用鉗口快在旋轉(zhuǎn)時(shí)徑向半徑的變化，實(shí)現(xiàn)了虎鉗的自調(diào)節(jié)功能，達(dá)到了柔性裝夾的目的。此設(shè)計(jì)在使用過程中，通用功能大大加強(qiáng)，裝夾過程安全、快速、可靠，在多品種、小批量生產(chǎn)中取得良好的應(yīng)用效果，具有一定的市場(chǎng)占有率和保持度。

4 結(jié) 語

該通用柔性虎鉗的設(shè)計(jì)，利用柔性鉗口塊的自調(diào)節(jié)功能，適用于不規(guī)則曲面的裝夾，活動(dòng)鉗口的快速移動(dòng)設(shè)計(jì)，縮短了零件的裝夾時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，采用微調(diào)裝置，避免了大間隙配合對(duì)零件裝夾的穩(wěn)定性，省力且減小了對(duì)零件表面的破壞，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)，具有很好的實(shí)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。