新型鋸齒形夾緊裝置可行性研究

黃 祎，楊 錢，賓 健，鄒紅亮，胡 江

（中車株洲車輛有限公司，湖南 株洲 412003）

1 夾緊裝置的技術背景

在現代工業的生產加工過程中，由于部分企業受到一些條件的限制，因此仍采用普通機床進行加工。在進行板料件或小型配件的鉆孔或銑削加工過程中，只能采用普通壓板進行定位和夾緊[1]。在壓緊的過程中，壓板一端壓在工件上，另一端采用疊加墊塊的方式，直到疊加墊塊的高度與工件的高度一樣后，再用螺桿壓緊。長期以來這種手工夾緊裝置并無較大改進。該夾緊方式存在高度調整不精確、穩定性差、墊塊存取不方便及裝夾時間較長等缺陷，從而極大地限制了夾緊的精準度和操作工的工作效率。

2 行業基本情況

2.1 行業現有技術方案

圖1 為普通壓板工作示意圖。板料件和小型配件在進行鉆孔和銑削加工過程中，采用手工夾緊時，一般的夾緊方式主要為：將配件定位后，根據配件的高度尺寸，在配件需要夾緊的位置，疊加高度相近的墊塊（見圖1），并在墊塊和配件上部放置壓板，并用螺栓壓緊壓板，以達到所要加工配件進行夾緊的目的。

圖1 普通壓板工作示意圖

2.2 行業現有技術的缺點

在板料件和小型配件的鉆孔、銑削加工過程中，采用上述夾緊方式進行配件的夾緊，存在下述缺陷。

1） 疊加的墊塊不穩定。如夾緊所用的疊加墊塊長期使用的話，墊塊表面勢必會受到油污的污染。當墊塊所疊加高度高于或低于配件高度時，在進行夾緊的過程中，由于受橫向力的作用，墊塊會發生滑落或倒塌現象，存在一定安全風險。

2） 高度調整不夠準確。在進行墊塊的疊加過程中，因受墊塊厚度尺寸范圍的限制，所疊加的高度很難保證能夠與配件高度尺寸等高。

3） 裝夾時間較長。在進行墊塊的疊加時，需要根據配件的高度尺寸核實所需墊塊的厚度，當墊塊的疊加高度較高時，為保證墊塊的穩定性，還需將墊塊進行固定。如此一來，必將延長配件的裝夾時間。

4） 存取不方便。裝夾所使用的墊塊，一般來說，都需要多件墊塊或多種不同厚度的墊塊。多種墊塊在存放時容易混放，在使用時，還需進行較長時間的挑選。這也在一定程度上增加了墊塊的存取難度。

3 新型鋸齒形夾緊裝置方案設計

3.1 整體方案設計

為解決以上存在的問題、提高工作效率，急需一種既能提高裝夾精度又能提升工作效率的夾緊裝置。現場工作人員根據鋸齒齒條的工作特點進行了整體方案設計，創新地設計了鋸齒形齒條夾緊裝置。圖2 為鋸齒形夾緊裝置工作示意圖。

圖2 鋸齒形夾緊裝置工作示意圖

1） 該鋸齒形夾緊裝置所采取的夾緊方式：以鋸齒支座并配合鋸齒壓板的夾緊方式，取代傳統的疊加墊塊配合平板式壓板的夾緊方式。該鋸齒形夾緊裝置的組成部分主要包括鋸齒支座、鋸齒壓板及螺栓螺帽等。

2） 該鋸齒形夾緊裝置的主要工作原理：將工件定位擺好后，壓緊螺栓插入T 型槽內，并將鋸齒壓板的腰型孔穿過壓緊螺栓，將壓緊端放置在工件上面。將鋸齒支座的鋸齒部位和鋸齒壓板的鋸齒部位進行緊密貼合，并將鋸齒支座通過螺栓固定在T型工作臺上[2]。擰緊壓緊螺栓螺帽，將工件壓緊。

3.2 結構設計

該夾緊裝置的主體部分包括鋸齒支座與鋸齒壓板兩部分，鋸齒支座用于定位，鋸齒壓板用于調整壓緊工件的高度。

1） 鋸齒支座。該鋸齒支座的外形形狀近似于三棱體，其與工作臺接觸的一個面為平面，而工作面為帶鋸齒的一個面（鋸齒面），為確保該支座工作時的穩定性，設計支座時，需要確保這兩個面的夾角為60°。鋸齒支座三棱體的另一個面為鏤空面，其主要作用是，減輕鋸齒支座的重量，并利用螺栓將鋸齒支座固定到工作臺上，留出足夠的空間。為確保鋸齒支座具有足夠的強度，鏤空面向內傾斜的部分需與垂直方向保留有不大10°的夾角傾斜度。鋸齒支座的高度尺寸為H，可以根據實際生產的需要加工成不同的尺寸。圖3 為鋸齒支座外形尺寸示意圖。

圖3 鋸齒支座外形尺寸示意圖

2） 鋸齒壓板。鋸齒壓板主要是為滿足鋸齒支座的工作要求，在平板式壓板的基礎上改進而成。其主要組成部分包括鋸齒端、壓緊端和腰型孔。為確保鋸齒壓板和鋸齒支座配合的緊密性，鋸齒壓板的鋸齒形狀和大小必須與鋸齒支座的鋸齒形狀和大小保持一致。在該壓板的壓緊端留有1～2 mm 的小缺口，該小缺口的主要作用是，在進行不同材質工件的夾緊時，可在該部位添加與工件同材質的墊塊，以防所要加工的工件受到污損。腰型孔部位主要起到安裝壓緊螺栓的作用。鋸齒壓板的長度尺寸為L，可以根據實際生產的需要加工成不同的尺寸。圖4 為鋸齒壓板外形尺寸示意圖。

圖4 鋸齒壓板外形尺寸示意圖

鋸齒支座和鋸齒壓板均可利用鍛造、鑄造或機加工等工藝方式加工而成，其材質應以高強度碳鋼為主。

3.3 施工設計

結合該夾緊裝置的結構特點，以下說明其具體操作方式。

使用前，將所要加工的工件在T 型工作臺上進行定位，并將工件擺放整齊。將夾緊螺栓（5） 穿進靠近工件邊緣的T 型槽內，再將鋸齒壓板的腰型孔部位套在壓型螺栓上，并將壓板的壓緊端貼靠在工件的壓緊位置。

將固定螺栓（1） 穿進距離工件邊緣較遠的T型槽內。但該T 型槽的位置不宜太遠或太近，需要根據鋸齒壓板的長度，選擇合適的T 型槽。將鋸齒支座的缺口部位插到固定螺栓上。調整鋸齒支座和固定螺栓的位置，使鋸齒支座的鋸齒面和鋸齒壓板的鋸齒面能夠緊密貼合。保證鋸齒壓板壓緊端始終能夠緊靠工件的壓緊部位，并確保鋸齒壓板水平。

將鋸齒支座和鋸齒壓板調整完成后，將固定螺栓的螺帽擰緊，將鋸齒支座固定在工作臺上；再將壓緊螺栓的螺帽擰緊，將工件夾緊固定。當所要加工配件的高度或夾緊高度發生變化時，可以按照高度調整示意圖（見圖5），進行鋸齒支座和鋸齒壓板的調整。

圖5 高度調整示意圖

在進行配件夾緊時，如出現鋸齒壓板非常難以保證水平的情況，也可按照壓緊角度調整示意圖（見圖6），將鋸齒壓板向下旋轉一定的角度進行夾緊。還可以在鋸齒壓板的夾緊端下部，加墊一定厚度的墊塊，以確保鋸齒壓板能夠保持水平。

圖6 壓緊角度調整示意圖

4 新型鋸齒形夾緊裝置方案應用效果驗證

該夾緊裝置的鋸齒支座為一個整體，且將鋸齒支座和工作臺通過螺栓進行固定。在進行夾緊時，不會產生橫向力的作用。通過驗證可知，沒有出現鋸齒支座滑落或倒塌現象，從而保證了工件夾緊穩定性。

該夾緊裝置的鋸齒部位可以對鋸齒壓板的高度尺寸進行微調，從而能夠保證鋸齒壓板高度的準確性，準確率達到100%。

該夾緊裝置結構較為簡單，還可以進行鋸齒支座高度和鋸齒壓板長度的多種尺寸匹配，從而滿足不同工件夾緊的需求。且夾緊部件的存取和裝夾較為方便，可以有效地提高配件夾緊的工作效率20%以上。

該夾緊裝置與工作臺的連接形式為螺栓連接[3]，在實際的應用中，鋸齒支座和鋸齒壓板均可以以固定螺栓或壓緊螺栓為圓心，進行一定角度的旋轉，從而滿足實際的工作需要，即該夾緊裝置的靈活性較強，見圖6。

5 結論

本文設計了一種新型鋸齒形夾緊裝置，并對其進行了替代普通鉆床、銑床加工過程中配件夾緊方式的可行性研究，解決了板料件及尺寸較小的、外形較為規則的配件鉆孔和銑削夾緊的加工難題。該夾緊裝置操作簡單，經久耐用高效，并且綠色環保。該新型鋸齒形夾緊裝置已獲國家授權實用新型專利，證明了該夾緊裝置結構的可靠性，為今后應用提供了參考價值，對其他類似產品結構的夾緊方法工藝設計具有借鑒作用。