一種小直徑刀具輔助水平夾持裝置

肖玉星 吳光明 王俊鋒 常 牧

（①東莞市技師學(xué)院，廣東 東莞 523470；②廣東鼎泰機(jī)器人科技有限公司，廣東 東莞 523940；③東莞市高技能公共實(shí)訓(xùn)中心，廣東 東莞 523466）

如圖1 所示，小直徑刀具的材料為高速鋼或硬質(zhì)合金，刀刃部分直徑很小（?0.1～1.0 mm），長(zhǎng)度可達(dá)20 mm，需研磨刀具尖部的主刀面和副刀面，產(chǎn)品批量大、精度要求高。實(shí)際生產(chǎn)中通常使用彈性筒夾對(duì)小直徑刀具柄部進(jìn)行夾持[1]。使用常用的彈性筒夾夾持此類小直徑刀具時(shí)，由于刀具柄部的直徑和長(zhǎng)度都較小，導(dǎo)致夾頭夾持刀具力不均勻，使得刀具伸出套筒部分容易產(chǎn)生歪斜，從而導(dǎo)致定位不準(zhǔn)。此外，現(xiàn)有常用彈性筒夾的夾持力不容易控制，夾持力過(guò)大，則容易產(chǎn)生夾持損傷；夾持力過(guò)小，則刀具易于歪斜及松脫。最后，如果只對(duì)小直徑刀具柄部進(jìn)行夾持，因小直徑刀具強(qiáng)度和硬度的不足，對(duì)刀具尖部的主副刀面進(jìn)行研磨時(shí)，由于磨削力的不平衡作用，刀具將產(chǎn)生彎曲變形[2]。這些都將嚴(yán)重影響刀具研磨的質(zhì)量及效率。如何解決上述問(wèn)題，研制能高效穩(wěn)定地夾持此類小直徑刀具的夾持裝置[3]，是筆者公司亟需解決的技術(shù)難題。

圖1 小直徑刀具圖

需要解決的主要技術(shù)問(wèn)題有：（1）因筆者公司產(chǎn)品種類規(guī)格多，須能通過(guò)更換不同規(guī)格的夾持工具，適應(yīng)各種規(guī)格的刀具夾持。（2）小直徑刀具容易夾傷或松弛歪斜，須能提供合理平穩(wěn)的夾持力和精準(zhǔn)的定位。（3）此輔助裝夾機(jī)構(gòu)采用了水平裝夾的方式，上下料時(shí)，為避免發(fā)生干涉，須將水平夾持件在垂直方向錯(cuò)開(kāi)。

1 小直徑刀具輔助夾持裝置的結(jié)構(gòu)

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者公司研制了一種小直徑刀具輔助夾持裝置。輔助夾持裝置實(shí)物圖如圖2 所示，輔助水平夾持小直徑刀具示意圖如圖3 所示，輔助夾持裝置圖如圖4 所示。

圖2 小直徑刀具輔助夾持裝置實(shí)物圖

圖3 輔助水平夾持小直徑刀具示意圖

圖4 輔助夾持裝置圖

如圖4 所示，此輔助夾持裝置主要由安裝板10、左夾件8、右?jiàn)A件7 及刀具驅(qū)動(dòng)件、撥件等5 部分組成。左夾件8 轉(zhuǎn)動(dòng)連接于安裝板10，右?jiàn)A件7 轉(zhuǎn)動(dòng)連接左夾件8，左夾件8 的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸與右?jiàn)A件7 的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸重合，左、右?jiàn)A件配合用于夾持刀具；撥件包括本體4、第一凸柱5、第二凸柱6 及第三凸柱3，第一凸柱5 及第二凸柱6 均設(shè)于本體4 的同側(cè)，本體4 轉(zhuǎn)動(dòng)連接于安裝板10；刀具驅(qū)動(dòng)件設(shè)于安裝板10 并驅(qū)動(dòng)撥件擺動(dòng)，第一凸柱5 驅(qū)動(dòng)右?jiàn)A件7 擺動(dòng)，第二凸柱6 驅(qū)動(dòng)左夾件8 擺動(dòng)，左、右?jiàn)A件的擺動(dòng)方向相反。

此輔助夾持裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

（1）采用左、右?jiàn)A件由同一動(dòng)力源和同一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制的結(jié)構(gòu)，有效保證了穩(wěn)定可靠平衡的夾持力，滿足小直徑刀具在研磨過(guò)程中的夾持力均勻平衡、夾持牢固等要求。

①左、右?jiàn)A件均設(shè)有連接通孔，軸連接件依次穿過(guò)兩連接通孔后與安裝板10 固定連接。左夾件8 靠近安裝板10，軸連接件與兩連接通孔均間隙設(shè)置，使得左、右?jiàn)A件均呈轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。

②右?jiàn)A件7 設(shè)有第四凸柱14，第四凸柱14 與第一凸柱5 抵觸，第四凸柱14 的設(shè)置方式，方便第一凸柱5 驅(qū)動(dòng)右?jiàn)A件7 同向轉(zhuǎn)動(dòng)；左夾件8 設(shè)有第五凸柱13，第二凸柱6 驅(qū)動(dòng)第五凸柱13 擺動(dòng)，通過(guò)第五凸柱13 與第二凸柱6 之間的摩擦力，使得第五凸柱13 轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶動(dòng)左夾件8 反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

③撥件的本體4 大致呈三角狀平板結(jié)構(gòu)，第一凸柱5 及第二凸柱6 分別安裝于本體4 的角部位置，當(dāng)待加工的刀具輸送至夾持裝置工位時(shí)，刀具驅(qū)動(dòng)件驅(qū)動(dòng)撥件轉(zhuǎn)動(dòng)，第一凸柱5 及第二凸柱6 同步轉(zhuǎn)動(dòng)，第一凸柱5 驅(qū)動(dòng)右?jiàn)A件7 同向轉(zhuǎn)動(dòng)，第二凸柱6 驅(qū)動(dòng)左夾件8 反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得左、右?jiàn)A件的夾頭部靠近或遠(yuǎn)離，實(shí)現(xiàn)夾緊或松開(kāi)刀具的目的，且?jiàn)A緊力相同。

（2）刀具驅(qū)動(dòng)件采用氣缸、斜面等結(jié)構(gòu)，提供穩(wěn)定可靠且可調(diào)節(jié)的夾持力，確保了夾持運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和可控性，滿足小直徑刀具在研磨過(guò)程中的夾持力適中、夾持穩(wěn)定等要求。

圖4b 中，滑塊2 的下側(cè)壁設(shè)有斜面，斜面與撥件上的第三凸柱3 抵觸，驅(qū)動(dòng)第三凸柱3 運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)撥件的同步擺動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作穩(wěn)定可靠。圖4c 中，安裝板10 還包括導(dǎo)向槽15，刀具驅(qū)動(dòng)件包括設(shè)于安裝板10 的第一驅(qū)動(dòng)件1 和滑動(dòng)連接于導(dǎo)向槽15 的滑塊2，第一驅(qū)動(dòng)件1 驅(qū)動(dòng)滑塊2 運(yùn)動(dòng)，滑塊2 驅(qū)動(dòng)撥件擺動(dòng)，刀具驅(qū)動(dòng)件為氣缸結(jié)構(gòu)，滑塊2 沿導(dǎo)向槽15 往返運(yùn)動(dòng)，確保滑塊2 運(yùn)動(dòng)方向的穩(wěn)定性，確保生產(chǎn)的可控性。

（3）采用限位塊、限位柱等結(jié)構(gòu)，控制左、右?jiàn)A件轉(zhuǎn)動(dòng)張合角度，滿足不同規(guī)格直徑的刀具夾持需要。

①安裝板10 設(shè)有限位塊16，滑塊2 設(shè)有缺口，缺口的寬度大于限位塊16 的寬度，限位塊16 突伸入缺口內(nèi)，限位塊16 的設(shè)置使得滑塊2 在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而控制左、右?jiàn)A件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

②左限位柱11 和右限位件12 使得左、右?jiàn)A件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)一步可控。左限位柱11 設(shè)于安裝板10，設(shè)于左、右?jiàn)A件之間并靠近左夾件8 設(shè)置，用于限制左夾件8 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；右限位件12 包括固定塊及彈性件，固定塊設(shè)于安裝板10，彈性件的兩端分別與固定塊和右?jiàn)A件7 連接，右限位件12 遠(yuǎn)離右?jiàn)A件7 的夾頭部，用于控制右?jiàn)A件7 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

（4）夾持組件還設(shè)有復(fù)位裝置，滿足重復(fù)夾持要求。復(fù)位件9 的一端與安裝板10 固定連接，另一端與左夾件8 連接，復(fù)位件9 為彈簧結(jié)構(gòu)[4]，確保左夾件8 能順利復(fù)位；同理，右限位件12 上的彈性件則確保右?jiàn)A件7 能順利復(fù)位。

（5）采用左、右?jiàn)A件在垂直方向上反向旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)張合結(jié)構(gòu)，上下料時(shí)，將水平夾持件在垂直方向錯(cuò)開(kāi)，避免了上下料時(shí)發(fā)生干涉。

2 小直徑刀具輔助夾持裝置的工作原理

如圖4a 和圖4b 所示，初始狀態(tài)下，左夾件8和右?jiàn)A件7 分別在彈簧復(fù)位件9 和右限位件12 上的彈性件的作用下，處于松開(kāi)狀態(tài)，張開(kāi)的角度分別由左限位柱11 和右限位件12 決定。第一驅(qū)動(dòng)件1 在氣缸的作用下，通過(guò)連接軸驅(qū)動(dòng)滑塊2 沿著導(dǎo)向槽15 向前運(yùn)動(dòng)，滑塊2 通過(guò)前端的斜面驅(qū)動(dòng)第三凸柱3 沿著中心軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)同屬撥件上的第一凸柱5 和第二凸柱6 也都沿著中心軸逆時(shí)針同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

第一凸柱5 驅(qū)動(dòng)右?jiàn)A件7 上的第四凸柱14 沿著中心軸順時(shí)針同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)右?jiàn)A件7 的夾頭部向逆時(shí)針即夾緊方向轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，第二凸柱6驅(qū)動(dòng)左夾件8 上的第五凸柱13 沿著中心軸順時(shí)針同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)左夾件8 的夾頭部也向順時(shí)針即夾緊方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

這樣通過(guò)左夾件8 和右?jiàn)A件7 的反向同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使得雙方夾頭部互相靠近，從而實(shí)現(xiàn)夾緊刀具的目的。且因?yàn)樽笥見(jiàn)A件的夾持運(yùn)動(dòng)和夾持力都來(lái)自同一動(dòng)力源和同一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了左右?jiàn)A持運(yùn)動(dòng)和夾持力的平衡，受力均勻，夾持穩(wěn)定，夾持力適中[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

此裝置設(shè)計(jì)巧妙，特別適合于小直徑刀具的輔助夾持。研磨加工小直徑刀具時(shí)，能根據(jù)刀具長(zhǎng)度移動(dòng)到需要進(jìn)行夾持刀具的準(zhǔn)確位置，有效保證了夾頭位置的精確。采用左右?jiàn)A件由同一動(dòng)力源和同一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制的結(jié)構(gòu)，有效保證了穩(wěn)定可靠平衡的夾持力，滿足小直徑刀具在研磨過(guò)程中的無(wú)損傷、牢固夾持要求，為研磨砂輪對(duì)刀定位、研磨精度檢測(cè)和研磨加工提供可靠夾持及高精度位置保證。解決了夾持研磨小直徑刀具時(shí)，容易產(chǎn)生的夾持刀不均勻、夾持力難控、刀具歪斜以及刀具彎曲變形等難題[6]。實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)檢測(cè)，采用此刀具輔助夾持裝置后，上下料重復(fù)定位精度達(dá)到±0.02 mm，研磨良率達(dá)到98%以上。

目前，此刀具輔助夾持裝置已在筆者公司及相關(guān)客戶公司大規(guī)模使用，大大提高了產(chǎn)品精度，降低了生產(chǎn)成本，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。