專用組合式夾具的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

李始東

廣東工業(yè)大學(xué) 廣東廣州 510006

專用組合式夾具的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

李始東

廣東工業(yè)大學(xué) 廣東廣州 510006

高校工程訓(xùn)練教學(xué)中先進(jìn)制造項(xiàng)目涉及的設(shè)備類型特殊，被加工物材質(zhì)多樣，規(guī)格形狀各異，需要專用的夾具。依照低碳經(jīng)濟(jì)原則，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出多角度可調(diào)整等三套專用夾具。

專用夾具；二維可調(diào)組合夾具；小型萬(wàn)向臺(tái)鉗；簡(jiǎn)易分度夾具

Abstract: Engineering training in colleges and universities, the AMT project uses a special type of equipment, the variety of raw materials, different shapes, it needs a dedicated f xture. In accordance with the principles of low-carbon economy, design and development of the three special f xtures including 2D adjustable modular-f xture.

Key words: special f xtures; 2D adjustable modular-f xture; small universal vise; simple sub-degree f xture

先進(jìn)制造技術(shù)(AMT)現(xiàn)正逐漸成為高等院校工程訓(xùn)練項(xiàng)目的新重點(diǎn)。AMT技術(shù)設(shè)備品種多、配置臺(tái)套少，以及涉及的加工材料多樣、規(guī)格形狀各異等特點(diǎn)，催生了對(duì)特殊夾具的需求。以激光雕刻(打標(biāo))項(xiàng)目為例，在實(shí)訓(xùn)過(guò)程應(yīng)用范圍演示教學(xué)和科研協(xié)作加工中，經(jīng)常面臨對(duì)不同厚度、形狀物品表面的固定與找正問(wèn)題。據(jù)了解，在普通的機(jī)電工具市場(chǎng)上很難找到這種需求量小的專用夾具，定制適合單位機(jī)床工作臺(tái)尺寸的夾具則價(jià)格昂貴。

為此，筆者根據(jù)實(shí)際需要，總結(jié)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)和加工中摸索的一些裝夾找正經(jīng)驗(yàn)，利用工程訓(xùn)練中心設(shè)備齊全的優(yōu)勢(shì)，自主設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、研制出三套適用于激光打標(biāo)機(jī)等多種設(shè)備的專用夾具。

1 二維度可調(diào)組合夾具

激光打標(biāo)機(jī)能夠用極短的時(shí)間在金屬、塑料、木材等表面燒刻出永久性的圖文標(biāo)記，精度可達(dá)0.01 mm[1]，是先進(jìn)制造工程訓(xùn)練中最受學(xué)生喜愛(ài)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目之一。但由于其加工的特點(diǎn)，加工表面傾斜或起伏都會(huì)造成光束散射，使標(biāo)記模糊不清，甚至產(chǎn)生局部已經(jīng)熔化部分還沒(méi)有痕跡的現(xiàn)象。另外，工作臺(tái)平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度打標(biāo)，多工件固定位置打標(biāo)還需要專用的定位和角度調(diào)整夾具，目前的辦法是用手工進(jìn)行大概調(diào)整，很難保證一致性，對(duì)單件加工可能造成不可彌補(bǔ)的損失。為了使激光打標(biāo)機(jī)能完成特殊要求或形狀的表面打標(biāo)，利用一些已有的零配件組合裝配出一套二維可調(diào)組合式夾具(如圖1所示)。

圖1 二維可調(diào)組合式夾具及附件

二維可調(diào)組合夾具是為了固定下表面凸凹不平的零件或物體，結(jié)構(gòu)整體上分為基座、底板和上層輔助附件三部分。基座要求按照右手坐標(biāo)系，在X和Y軸向可以進(jìn)行一定范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)，用以調(diào)整被加工物上表面接近水平。為此利用一個(gè)閑置的CRT顯示器底座，將其滑動(dòng)弧形槽切割延長(zhǎng)，并擴(kuò)大原有限位塊距離，獲得Y軸向90°，X軸向—15°～+10°旋轉(zhuǎn)角。底板采用3 mm鋁合金板，上表面用數(shù)控機(jī)床鉆出8×12個(gè)定位孔并攻M4螺紋，用以定位和固定裝夾用的組合附件。

圖1中底板上安裝的是夾持手機(jī)或MP4的卡爪，附件3是能夠三向擺動(dòng)的支撐架，裝在底板上可以大幅提升夾具整體的自由度，彌補(bǔ)基座調(diào)整范圍局限。組合安裝其他附件就可以適應(yīng)不同的夾持要求。

2 小型萬(wàn)向臺(tái)鉗

在電火花成型和線切割實(shí)訓(xùn)與科研協(xié)作中，一些特殊形狀或傾斜表面小余量加工也需要用到寬范圍的專用夾持工具。放電加工主要依賴電火花腐蝕效應(yīng)去除導(dǎo)體工件的材料[2]，進(jìn)給過(guò)程中工件本身受到的機(jī)械力很小。但是，形成電火花的高頻脈沖電流必須由夾具傳導(dǎo)給被加工件，故此類夾具應(yīng)當(dāng)由金屬構(gòu)成。

由于實(shí)訓(xùn)演示教學(xué)的課時(shí)有限，一般加工的都是小型工件，加之本單位電加工設(shè)備工作臺(tái)尺寸的限制，現(xiàn)有的鉗工或機(jī)床用臺(tái)鉗都因體積和高度過(guò)大難以安裝使用。筆者找尋到1臺(tái)110 mm×35 mm×35 mm手工制作的小型臺(tái)虎鉗，通過(guò)多方搜集技術(shù)資料，參考了W.E.Podestra“可擺動(dòng)特種臺(tái)虎鉗”的思路[3]，設(shè)計(jì)并試制成了擺動(dòng)方向和角度自由度更高的“小型萬(wàn)向臺(tái)鉗”。結(jié)構(gòu)和具體安裝方法如圖2所示。

圖2 小型萬(wàn)向臺(tái)鉗

連接座4承擔(dān)把球支撐架3與工作臺(tái)固定的任務(wù)。圖2中是水平安置，也可視需要通過(guò)其他連接座垂直安裝在工作臺(tái)上。臺(tái)鉗1將原來(lái)固定桌面的附架移除，以兩枚螺釘緊固一個(gè)強(qiáng)磁性的弧面底座—圖中2強(qiáng)磁體底座部分。臺(tái)鉗夾緊工件后，可按需要沿球面擺好角度，強(qiáng)磁體底座與球體近5 kg的吸引力足以應(yīng)付小金屬塊或薄板放電加工的固定要求。

3 簡(jiǎn)易分度夾具

依照等分或指定角度對(duì)零件分度處理是AMT加工中經(jīng)常遇到的課題。在沒(méi)有合適的現(xiàn)成分度頭的情況下，利用示教用的簡(jiǎn)易分度教具殘留部件，組合改造成一臺(tái)簡(jiǎn)易分度夾具，在多種先進(jìn)制造機(jī)床上使用，效果很好，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 簡(jiǎn)易分度夾具

原分度頭教具只剩下分度盤(pán)、分度叉、手柄和機(jī)座，1:40的渦輪蝸桿和一個(gè)1:1直齒輪及主軸等都不需要了。經(jīng)過(guò)分析，決定把分度盤(pán)的中心軸更換成專門(mén)車制的長(zhǎng)軸，軸末端直接裝配一只小型三爪自定心卡盤(pán)。考慮到加工進(jìn)給時(shí)零件受到的扭轉(zhuǎn)力會(huì)集中到定位銷與分度盤(pán)上的孔表面，借鑒了《機(jī)械加工工藝與竅門(mén)精選(第5集)》的經(jīng)驗(yàn)[4]，將中心軸上留下的直齒輪拆掉，配裝一只滾了直齒花紋的鋼圓盤(pán)，在外加裝剎車鋼帶和抱剎手柄。

使用時(shí)，完成分度旋轉(zhuǎn)后，定位銷插入盤(pán)孔，抽緊抱剎手柄即可鎖死中心軸，抵消加工時(shí)的扭力。

4 結(jié)束語(yǔ)

專用工夾具能夠顯著減少輔助工時(shí)，提高加工精度，起到事半功倍的效果。針對(duì)實(shí)踐教學(xué)加工并不要求高精尖的特點(diǎn)，本著低碳經(jīng)濟(jì)性原則，采用易于得到的散件和少量機(jī)加工配件，組合開(kāi)發(fā)出了三套實(shí)用的組合式夾具，使用在工程訓(xùn)練教學(xué)和協(xié)作加工中取得了理想效果。

[1] 杜群.開(kāi)展激光打標(biāo)工程訓(xùn)練的探索與實(shí)踐[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社科版,2009,6:223.

[2] 張學(xué)政,李家樞.金屬工藝學(xué)實(shí)習(xí)教材:第三版[M].北京:高等教育出版社,2003,8:277.

[3] 梁炳文.機(jī)械加工工藝與竅門(mén)精選:第4集[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005,1:2.

[4] 梁炳文.機(jī)械加工工藝與竅門(mén)精選:第5集[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005,6:6,136.

Special combined f xtures design and development

Li Shidong
Guangdong university of technology, Guangzhou, 510006, China

2012-03-14

李始東，大專，助理工程師。