許 鑫
(太原工業學院 機械工程系，山西 太原 030008)
摘要：針對普通夾具在使用過程中的局限性，創新地在夾具中設計了夾持力調整機構和多種能適應曲面形態工件的夾頭，以實現對異形工件更好地夾持和保護。
關鍵詞：夾持力；夾具；設計
在日常的生產生活中，我們會見到一些不同形狀、不同表面的物件在鉆孔或打磨的過程中需要被夾持固定，以便于加工。如一些被人們喜愛的把玩物件、葫蘆、千眼菩提等，這些物件表面形態以曲面為主，且表面要求光滑、細膩、手感好。在這些物件加工的過程中，如果我們采用普通夾具夾持則會導致夾具的剛性平面與工藝物件的曲面直接接觸，這樣可能會對工藝物件表面造成剛性損傷，降低其觀賞性和把玩的手感。另外在普通夾具夾緊工件的過程中，夾緊力恒定，而且為了夾緊工件往往會對工件施加較大的夾緊力。在工程實踐中我們發現，有時夾緊力不當，有的脆性工件出現了直接被夾碎的現象，工件報廢，造成了直接的經濟損失。實踐證明，普通夾具并不能對曲面形態為主的異形工件進行有效夾持，有些施工現場甚至出現工人直接用雙手把持工件進行加工的現象。為了避免施工過程中人員受傷，以及減少夾具對工件整體和表面的損傷，筆者嘗試設計了一種既宜于夾持具有曲面形態的異形工件，又能在夾緊過程中提供彈性夾持力的多功能通用夾具。
本文設計的這款夾具具有夾持力可調整的功能，主要用于具有不規則形狀和不同材質工件的夾持固定。夾具為對稱分布，整體分兩大部分，一部分為直線運動部分，另一部分為靜止部分。夾具的主體結構如圖1所示。
2.1 多功能夾具直線運動部分結構設計
移動部分夾具支撐架4為直線運動部分主體，滑動桿18裝于移動部分夾具支撐架4的孔中，兩者過盈配合無相對運動；兩根滑動桿的另一端通過滑動桿固定件14固定在一起，同為過盈配合(通過旋緊螺釘使滑動桿18與滑動桿固定件14處于過盈配合狀態)，絲杠無螺紋端2與移動部分夾具支撐架4通過卡簧19來軸向限位，二者不能發生軸向移動，只能轉動；絲杠螺紋端15與絲杠無螺紋端2為同一零件的兩個部分，絲杠螺紋端15與靜止部分夾具支撐架16為螺紋連接，通過旋桿3帶動絲杠無螺紋端2轉動，使直線運動部分整體沿絲杠螺紋端軸向作直線運動來夾緊或松開工件。
移動部分夾具支撐架4上的夾頭固定裝置較普通夾具也有所改良，傳統夾具在夾緊工件時往往力是不可以控制的，一用力就可能使質地較軟的工件變形或工件表面出現較大損傷；固定端夾頭9的固定機構由螺母5、滑桿7、彈簧6、夾頭固定件8組成，通過旋轉螺母5可以適當地放松或收緊彈簧以調整該夾具的預緊力；夾頭固定件8與滑桿7緊固在一起，由于夾頭固定件8與移動部分夾具支撐架4組成簡易的直線導軌，故夾頭固定件8可在移動部分夾具支撐架4上滑動，滑桿7與移動部分夾具支撐架4為軸孔間隙配合連接，二者可相對滑動起導向作用，同時又防止在夾緊時由于轉矩過大造成對夾頭固定件8和移動部分夾具支撐架4的損壞。彈簧6要求具有較高的彈性系數，彈簧6套在滑桿7上使夾緊工件時夾緊力有一個緩變的過程，當夾緊工件時通過控制絲杠無螺紋端2的轉動來控制彈簧的壓縮量進而控制夾緊工件的力的大小，當需要的夾緊力很大時，旋轉絲杠無螺紋端2使彈簧壓縮至夾頭固定件8與移動部分夾具支撐架4圓柱形突出部分右端面接觸，此時彈簧6不再起到自身彈力調整夾持力的作用。
2.2 多功能夾具靜止部分結構設計
靜止部分夾具支撐架16為靜止部分主體，靜止部分夾具支撐架16通過底座連接件17與底座用螺釘緊固在一起，轉輪軸13與靜止部分夾具支撐架16用鍵聯結在一起，使二者不發生相對運動；轉輪軸13與單向軸承11內圈通過鍵連接，單向軸承11的外圈與轉輪10通過鍵連接，由于有單向軸承11的存在使得轉輪10只能逆時針旋轉，反向自鎖；轉輪10上有3個安裝旋轉端夾頭12的位置，針對不同的工件在轉輪10上安裝與工件表面相適應的旋轉端夾頭，這樣在更換旋轉端夾頭時，只需旋轉轉輪即可，也可取下旋轉端夾頭進行更換，而且通過旋轉轉輪還可以按照需要使夾頭在與水平面呈一定夾角(例如固定楔形工件)，由于旋轉端夾頭與轉輪的安裝形式為六棱柱槽型形配合，所以夾頭有6個安裝角度，可根據工件需要或個人習慣安裝夾頭。
針對不同外形的工件使用不同的夾頭，夾頭可以根據使用需要設計為多種形式，如圖2所示。第1種形式的夾頭適用于外形具有棱角類的零件(有多種常用角度的夾頭)；第2種形式的夾頭適用于外形是平面的零件；第3種形式的夾頭適用于外形為球面的零件；第4種形式的夾頭適用于外形為不規則曲面的零件。
1-底座；2-絲杠無螺紋端；3-旋桿；4-移動部分夾具支撐架；5-螺母；6-彈簧；7-滑桿；8-夾頭固定件；9-固定端夾頭；10-轉輪；11-單向軸承；12-旋轉端夾頭；13-轉輪軸；14-滑動桿固定件；15-絲杠螺紋端；16-靜止部分夾具支撐架；17-底座連接件；18-滑動桿；19-卡簧
圖1 夾具的主體結構
圖2 可更換夾頭結構示意圖
這種可調整夾持力的多功能夾具，經過多次的論證和修改最終確立了設計方案。我們用SolidWorks軟件建立了該夾具的模型，進行了運動仿真分析，證實了結構設計的合理性。這款夾具攜帶方便，操作簡單，為具有曲面結構的異形工件的夾持固定提供了可靠的保障。
我們已經將這款多功能夾具的設計方案向中國國家知識產權局提交了專利申請，并獲得了專利授權。該專利名稱為：一種可調整夾持力的夾具，專利號：ZL201520445857.4。下一步我們將積極爭取項目資助，早日試制樣機。