空氣凈化器濾芯紙板快速切紙夾具機構的設計

馮嫦， 劉慶倫， 何勇導， 林俊源， 何培超

（中山火炬職業技術學院裝備智造學院，廣東中山528436）

0 引 言

隨著人們對環境質量要求的不斷提高，空氣凈化器越來越普及，特別在北方寒冷的冬天主要用于室內空氣凈化，對空氣凈化器的需求也越來越大。在國內空氣凈化器的品牌當中，有飛利浦、小米、海爾、格力等大品牌，這些品牌的空氣凈化器都需要配備濾芯，而現在市面上出售的大部分濾芯都是不能重復使用的，更換下來的濾芯都會被作為垃圾處理，所以濾芯作為空氣凈化器里面的消耗品，造價就需要更加便宜。濾芯產品都需要圍邊做出固定外形，考慮到塑料圍邊和鈑金圍邊造價太高，一般都使用硬紙板圍邊。每次設計好濾芯以后，樣板工程師就需要進入樣品制作過程，其中樣品制作過程中，切紙板是必不可少的一個步驟。

1 傳統工作方法及特點分析

每設計一款不同規格的產品都需要大量的人工樣品制作，樣品制作中需要不同寬度和長度的紙板，所以切紙板是整個打樣過程中最繁瑣且不易控制的工序。以往的切割紙板，都是在一個工作臺上墊一塊不銹鋼板，將紙板放到不銹鋼板上，用鋼尺擋住然后用美工刀切割。

傳統的工作方法如圖1所示，存在以下缺點：

圖1 傳統工作方法

1）鋼尺擋住切割，美工刀的刀刃經常會刮到鋼尺的邊緣，在時間長了以后，鋼尺兩邊會變得異常鋒利，并且會產生大量的金屬毛刺，員工拿鋼尺工作時容易割傷手，造成工傷事件；

2）不銹鋼板放在桌面上，主要還是為了保護桌子，不銹鋼板雖然可以很好地保護桌子，但是美工刀常在不銹鋼板上面劃動，造成美工刀的刀刃磨損較快，美工刀的刀片更換比較頻繁；

3）由于紙板一般比較長，鋼尺也比較長，鋼尺放到紙板上時不容易壓緊，也不容易對齊位置，這樣就會導致切割紙板的工作效率很低，大約1 min左右才能切好一條紙板，效率較低；

4）當需要切割長度大于鋼尺長度的紙板時，需要分兩次進行切割，導致直線度誤差會比較大，還會不時出現切歪的情況。

2 快速切紙夾具機構的工作原理

針對傳統切割方法存在的問題，為提高樣板切割工作效率、減少不必要的工傷事件及提高長度較大樣板的直線度，設計了一款切紙板夾具，改變了傳統用不銹鋼尺定位切割紙板的方式，考慮使用機械的方式進行測距并用滾刀進行切割，用精密的滑塊和導軌輔助定位和切割，使切紙板的工作更加省時省力，高效而且安全，如圖2所示。

1）將紙板通過限位槽放進夾具中。限位槽的高度設計剛好是一塊紙板的厚度，當紙板通過限位槽插進夾具中時，因為限位槽的卡緊作用，紙板在夾具中不會輕易掉出來，可以使紙板在夾具上更好放置。

2）通過打樣圖樣可以知道需求的紙板寬度，紙板的前端完全靠在夾具的頂部做好定位，松開兩邊的定位螺絲，因為橫梁架在兩邊的軌道上，通過兩邊的軌道可以使橫梁前后滑動，橫梁的兩端有設計位置指針，在橫梁側邊放置標尺作為尺寸參照，當橫梁位置指針指向圖樣需要的尺寸時，擰緊定位螺絲可以固定橫梁的位置。

圖2 快速切紙夾具機構示意圖

3）橫梁固定到需要的位置后，可以用手抓住切割滑塊的把手（為了更好地抓住滑塊，滑塊上設計了凸起的把手），輕輕按壓滑塊并且往左右滑動，滑塊下設計了兩個支撐軸承，不會因為用手按壓導致橫梁向下變形。

4）滑塊下方設計了圓形滾刀，滾刀的設計尺寸剛好貼合底板的底部，當用手拿住滑片往左右滑動時，保證了滾刀可以一次性地切斷紙板。底板使用的材料為POM，硬度相對于滾刀要軟，所以在使用的過程中，不容易對滾刀產生磨損，大大提高了滾刀的使用壽命。

5）當一塊紙板切割完成后，切割好的紙板可以從工件上方直接取出，將切好的紙板取出放好后，將剩下的紙板繼續往上推動到工件頂部，就可以繼續切割下一塊紙板，直到一整張紙板切割完畢。

圖3 快速切紙夾具機構工作原理

3 快速切紙夾具機構設計及特點

1）底座的設計。底座的大小就是夾具的大小，一個夾具可以用來切割不同尺寸的紙板，所以夾具的尺寸要求比現有的紙板材料寬度都要大，否則會出現紙板放不進去的情況?？紤]到紙板的尺寸不一定標準，如果做到剛剛好，那么紙板也有可能放不進夾具里面，因此夾具的尺寸比最大的紙板材料大150 mm。POM材質具有較低的摩擦因數和較好的集合穩定性，經常用于制作齒輪和軸承，特別耐磨，而且POM材質的加工性能非常好，市面上很容易買到標準厚度的POM板，夾具制作非常方便，POM材料的價格也比金屬的價格便宜[1]。同時POM材質的硬度也相對于金屬滾刀軟，不會對金屬滾刀的刀刃產生太大的磨損，所以POM材質是首選的底座材料之一。

圖4 快速切紙夾具機構底座

2）量尺的設計。底座的兩邊粘量尺。量尺選用市面上現有的不銹鋼量尺，考慮到不會有完全匹配夾具的量尺尺寸，所以量尺購買回來后會按需求截斷后粘在底座兩邊。為了確保量尺的穩定性，底座兩邊設計了針對量尺的定位槽，量尺背部粘上3M膠，放進兩邊的定位槽中，按壓量尺使其充分粘貼在底座上。如果量尺長時間使用產生磨損，需要更換的話，采用3M膠相比用膠水粘貼更容易更換。

3）導軌的設計。底座兩邊設計兩條直線導軌，選用THK品牌，導軌尺寸按照底座的尺寸需求挑選市面上的標準零件，一般導軌有匹配的滑塊型號可供選擇，不同的滑塊上面的螺絲孔位距離不一樣，可以根據需求選擇適合的滑塊型號[2]。因為底座是POM材料，當兩邊直線導軌鎖定在底座上時，為了防止出現螺紋滑牙或者松動，鎖定直線導軌時需要打上螺絲膠。

4）橫梁的設計?？紤]到橫梁經常受力，所以選擇45鋼材料，并且電鍍鉻防銹。45鋼的材質強度比塑料、鋁合金更好，不容易產生變形，市面上很常見，造價也比較便宜。橫梁兩端設計了定位螺釘，使用夾具切割紙板時，經常需要擰緊定位螺釘固定橫梁，對于需要經常用定位螺釘定位，45鋼的螺釘更耐用，不易滑牙[3]。

橫梁上安裝一條直線導軌，直線導軌上面安裝滑塊用于切割紙板。橫梁兩端的指針是跟橫梁一體加工出來的，為了保障指針強度，指針的尺寸設計不宜太小。

圖5 快速切紙夾具機構橫梁

5）滑塊的設計。滑塊使用鋁合金材質，鋁合金材質更軟、更輕便，對于經常要推動滑塊左右滑動來切割紙板，滑塊輕便可以減小工作阻力?；瑝K的上方設計了凸起的把手位置，可以更好地用手抓緊。下面兩個軸承有兩方面的作用：一是因為切割時橫梁會有向下按壓變形的情況，軸承可以支撐橫梁，讓圓形滾刀切割的過程中高度不會有很大變化，使切割效果更穩定；二是因為軸承也相當于在滑塊底部增加了兩個活動輪，這兩個活動輪可以使滑塊往左右兩邊滑動的過程更省力。

本文設計的快速切紙夾具機構具有以下優點：

1）用圓形滾刀進行切割，而且圓形滾刀兩邊還有支撐軸承，當滑塊左右滑動的時候，圓形滾刀只能切割到紙板，整個過程中手不會接觸到圓形滾刀，這樣就大大提高了夾具使用的安全性。

圖6 快速切紙夾具機構滑塊

2）夾具底座使用POM材料，其材質比較耐磨，紙板在夾具里多次裝配使用不會影響夾具底座的壽命，并且POM材質相對于圓形滾刀硬度更軟，使用過程中不傷刀，這樣就大大延長了刀具使用壽命。

3）工作效率高，以往的切紙板工作需要繁瑣的定位，越長的紙板越難定位，要量兩頭還要量中間，切割時要用力按緊不銹鋼尺，按得不緊很容易跑位，就會產生切歪的情況，特別是對于一些比不銹鋼尺長的紙板，切割紙板要分兩次切割，誤差更大。切紙夾具就很好地避免了這個問題，尺寸的定位使用兩邊的直線導軌，橫梁永遠是跟紙板平行的，不會有切歪的情況。橫梁兩邊都有標尺，尺寸定位更加簡便精準，兩端的尺寸誤差可以控制到1 mm左右。尺寸定位后用定位螺釘固定，不用擔心滑塊滑動的過程中會讓橫梁移位。定位螺釘固定后，用手抓住滑塊左右滑動即可對紙板進行切割，切割一條紙板由1 min縮短到只需幾秒鐘。

4）傳統的不銹鋼板需要覆蓋整張桌面，在工作過程中，需要移動整個工作臺，非常不方便。設計切紙夾具以后，夾具可以放到其他桌子上進行工作，也可以隨意移動夾具，不用帶上桌子，大大提高了工作臺的靈活性。

5）對工作時的工具管控會更容易，以往需要不銹鋼尺、美工刀、刀片，打樣的工人比較多，經常會出現找不到工具的情況。有了切紙夾具以后，所有需要的工具都被容納到一個夾具里面，需要切紙板時，只要有切紙夾具就可以完成所有的工作，不再需要單獨尋找其他的工具了。

4 結 論

本文設計的快速切紙夾具機構能較好地改善傳統空氣凈化器濾芯紙板樣品制作存在的問題，結構合理，成本較低，并能提高打樣的生產效率，對類似的生產具有一定的參考意義。