自定心可旋轉夾具設計

丁加軍，莊劉慶，顧宏飛

(南京工業職業技術學院機械工程學院，江蘇 南京 210023)

為保證同一批工件與刀具、操作工具的相對位置一致，常采用夾具定位、夾緊工件來實現[1]。夾具按通用化程度可分為通用夾具與專用夾具：通用夾具有一定通用范圍，由功能附件制造企業根據國家標準、行業標準或企業標準制造，面向行業企業銷售，夾具價格低、可靠性高、供貨周期短，用戶可直接選購；專用夾具是為零件的某一道加工工序而設計制造的，在結構相對穩定、批量較大的產品生產中使用，專用夾具只適合特定場合，設計制造周期長，造價高。專用夾具經優化設計和標準化改造，可轉化為通用夾具。本文通過對空調壓力開關涂膠夾具的創新優化，設計出φ4～20mm圓柱狀類工件自定心可旋轉夾具，該夾具可用于自動機械與自動生產線。

1 空調壓力開關夾具設計要求

應南通某空調壓力開關制造企業的要求，為某型號空調壓力開關研制涂膠機械。涂膠機械需設計專用夾具夾持空調壓力開關。空調壓力開關如圖1所示，涂膠時，需要工件在同一位置實現定位、夾緊、正轉[2]360°和反轉360°～720°。

空調壓力開關主要有2種，圖1(a)下部的六角螺母對角尺寸為14.0mm，圖1(b)下部則為紫銅管，直徑為6.0mm，上部開關盒直徑均為15.2mm。

圖1 空調壓力開關

根據實際工作需要，夾具應定位、夾緊空調壓力開關，保證同一批空調壓力開關與涂膠機構相對位置一致，并夾持空調壓力開關在驅動機構作用下勻速回轉，讓涂膠機構[3]擠出的膠液能均勻地涂在工件金屬部件與塑料部件接縫處。

由于結構限制，無現存的通用夾具可供選擇，需設計專用夾具以滿足空調壓力開關自定心、夾緊、旋轉的工藝操作要求。設計的夾具應達到定位準確[4]、動作靈活、結構簡單的要求。

1.1 夾具結構

根據涂膠機械對夾具的要求，可知夾具結構要素如下：1)彈簧力夾緊；2)手動卸料；3)定位精度由手指夾頭和夾具的精度、空調壓力開關的形狀和尺寸精度保證；4) 夾具下部有齒輪、軸承，可由驅動裝置驅動旋轉。

1.2 夾具定位夾緊

如圖2所示，空調壓力開關的軸向定位由手指夾頭上端面臺階實現，定心對中則由空調壓力開關下部的六角螺母或紫銅管實現。

2 空調壓力開關夾具設計

空調壓力開關夾具通過手動裝料時的下壓實現工件向下的直線運動，工件驅動彈簧導桿壓縮彈簧，彈簧導桿帶動傳動角件使夾具手指張開，依靠手指夾頭的內腔形狀、尺寸實現工件定位，然后在彈簧反彈力的作用下，彈簧導桿帶動傳動角件使夾具手指、手指夾頭夾緊工件。

2.1 工作原理

如圖3所示，夾具手指上有2個U形槽，銷釘穿過U形槽，與U形槽為間隙配合，與夾具本體為過盈配合。夾具本體通過銷釘使傳動角件帶動夾具手指作開(松開工件)合(夾緊工件)運動，2個夾具手指、傳動角件分別與2個銷釘間隙配合，因此夾具手指、傳動角件可以繞定位銷作回轉運動。彈簧導桿與夾具本體為間隙配合，夾具本體固定不動，彈簧導桿上下移動。

圖2 空調壓力開關夾緊示意圖 圖3 運動簡圖

2.2 組成結構

圖4所示為空調壓力開關夾具組成圖。

1—手指夾頭；2—M4×6內六角螺釘；3—銷釘；4—彈簧導桿；5—彈簧；6—夾具底座；7—軸承擋圈；8—軸承；9—軸承座；10—齒輪； 11—夾具手指；12—傳動角件

圖4 夾具組成圖

自定心可旋轉夾具主要由以下幾部分組成：

1)夾持部分。

夾持部分由手指夾頭1、傳動角件12、夾具手指11、夾具本體等組成，實現空調壓力開關自定心、軸向定位、夾緊松開動作。

2)動力部分。

動力部分由彈簧導桿4、彈簧5、夾具底座6等組成，通過手動裝料向下壓縮彈簧，彈簧恢復的彈力帶動夾持部分實現空調壓力開關的自動夾緊。

3)自轉部分。

自轉部分由軸承8、軸承座9、齒輪10等組成，驅動機構[2]驅動齒輪實現動力、夾持部分及空調壓力開關的轉動。

3 自定心可旋轉夾具設計

通過改變空調壓力開關夾具手指夾頭的形狀、尺寸，可滿足系列空調壓力開關涂膠時定位、夾緊、旋轉的要求。夾具體在優化設計后，可作為具有一定通用范圍的自定心可旋轉夾具。自定心可旋轉夾具用于系列空調壓力開關的定位、夾緊，手指夾頭的形狀應根據空調壓力開關自定心面、軸向定位面的形狀、尺寸要求進行設計。

夾具外形如圖5所示，左側為通用部分，右側為專用部分。

圖5 夾具外形圖

圖6所示為優化設計后的自定心可旋轉夾具裝配圖。內六角緊定螺釘6將手指夾頭7與夾具手指8相聯，銷釘5由傳動角件10帶動夾具手指8移動，銷釘4與彈簧導桿3過盈配合，推動傳動角件10轉動，銷釘9與夾具手指8過盈配合，11為夾具體，套在彈簧導桿3方孔中，由內六角螺釘13與夾具底座2相聯，彈簧12帶動彈簧導桿3上下移動，角接觸軸承14安裝在軸承座15內，齒輪1通過兩個緊定螺釘16壓在夾具底座2軸端的小平面上，由動力裝置(圖中未示出)驅動實現自定心可旋轉夾具帶動空調壓力開關正轉360°和反轉360°～720°。

圖6 夾具裝配圖

自定心可旋轉夾具軸承座15直徑為64mm，端面安裝在回轉工作臺上(圖中未示出)，自定心可旋轉夾具夾緊時，空套在彈簧導桿3中的夾具體11下槽面距軸承座安裝面63mm，手指夾頭上端面距軸承座安裝面223.15mm。

手動將工件在手指夾頭7間下壓時，手指夾頭7內側鋸齒形平面實現工件的軸向定位，手指夾頭7內側(與工件夾緊的接觸面，圖1所示空調壓力開關下部六角螺母對角尺寸為14.0mm或直徑為6.0mm的紫銅管)實現工件的自定心，手指夾頭7與固定聯接的夾具手指8的腰形槽使銷釘9帶動傳動角件10,從而驅動彈簧導桿壓縮彈簧12；當手指松開空調壓力開關時，彈簧力迫使彈簧12通過彈簧導桿帶動傳動角件10轉動，傳動角件的圓弧面迫使銷釘9帶動夾具手指8水平移動，使手指夾頭7夾緊工件。

當需要卸下工件時，手動軸向向上拉動工件，手指夾頭7張開，工件從手指夾頭7中脫開。彈簧驅動夾具手指8的腰形槽使銷釘9帶動傳動角件10從而驅動彈簧導桿壓縮彈簧12，彈簧力迫使彈簧12通過彈簧導桿帶動傳動角件10轉動，傳動角件的圓弧面迫使銷釘9帶動夾具手指8水平移動，手指夾頭7收縮，夾具恢復自由狀態。

4 創新特色

1)自定心，可旋轉。

在自動機械與自動生產線上，需要工件自動夾緊、自動旋轉時，如采用氣夾、彈簧夾頭均不能有效解決問題，可使用自定心可旋轉夾具解決此類工件的定位、夾緊、旋轉難題。

2)適用范圍廣。

由空調壓力開關夾具優化改造得到的自定心可旋轉夾具的手指移動范圍為4mm，通過設計不同的手指夾頭形狀、尺寸可使夾具能適用于φ4～20mm圓柱狀類工件的定位、夾緊、旋轉。如想滿足不同尺寸工件的夾持需求，改變自定心可旋轉夾具通用部分的尺寸即可。

5 結束語

由于條件限制，本文僅研究了空調壓力開關需要的φ4～20mm圓柱狀類工件的定位、夾緊、旋轉要求，設計出適用于φ4～20mm圓柱狀類工件的自定心可旋轉夾具。對于適用于直徑20mm以上的圓柱狀類工件的自定心可旋轉夾具，可通過制定尺寸型譜按原理設計制造系列自定心可旋轉夾具。