新型快速裝夾平口鉗的研發(fā)設計與制作

楊益梅 劉建民

摘要：為了保證機械加工的工件精度和加工制的工作效率，夾具發(fā)揮了重要的作用，機用臺虎鉗在鉗工的加工制造中經(jīng)常被用來夾緊工件，但是傳統(tǒng)的機用臺虎鉗多采用螺桿機構(gòu)傳動，傳動效率低下，并且針對斜面角度的孔型加工沒有一個合適的夾具裝置，臺虎鉗的鉗口一般是一對精密淬硬的鉗口，對于加工不同材質(zhì)的被加工件需要經(jīng)常更換鉗口，消耗時間長，效率低，很難滿足現(xiàn)代化加工的需求。根據(jù)以上出現(xiàn)的情況，本文提出一種快速裝夾、鉗口快速調(diào)換等功能的新型快速裝夾平口鉗，可提高應用和加工范圍，大大提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：永磁吸盤;鉗口;旋轉(zhuǎn)鉗身;

中圖分類號：TG75文獻標識碼：A

引言

與現(xiàn)代出現(xiàn)的高精尖技術(shù)相比，有一門古老又傳統(tǒng)的技術(shù)一直保留著，那就是鉗工中經(jīng)常用到的臺虎鉗，其用途非常廣泛，經(jīng)常用于機床上對各種待加工件進行夾緊。例如在刨床、銑床、鉆床上加工零件時就經(jīng)常使用臺虎鉗來夾緊被加工的零件，在鉗工實訓的操作中是必不可少的輔助工具。鉗工中經(jīng)常用到的還有一種固定在鉗工工作臺上的虎鉗，在加工制造工件的時候，需要調(diào)整工件的角度繼續(xù)加工，并且在加工過程中如果欲加工的表面為非水平面，則需要精準調(diào)整工件的角度固定，才可使工件的加工角度滿足要求，這對操作人員的技藝水平提出了較高的要求，需要操作者有多年的操作經(jīng)驗和技法，才能滿足工藝要求。并且此類虎鉗比較笨重和厚重，在加工薄壁或精細零件時不便于操作，鑒于此，為了克服傳統(tǒng)虎鉗在操作上的弊端，為了使在操作上加工零件更加便利和快捷，我們設計了一種能夠快速裝夾、更換鉗口的新型快速裝夾平口鉗，這種平口鉗的使用提高了工作效率。

一、項目制作構(gòu)思的由來

鉗工是一門傳統(tǒng)又古老的技術(shù)行業(yè)，現(xiàn)階段仍以使用手動工具為主對機械零部件進行加工制造的工種，任何機械設備的裝配、調(diào)試、維修維護都離不開鉗工技術(shù)人員的辛勤勞動付出。在機械制造業(yè)數(shù)控自動加工、智能制造技術(shù)飛速發(fā)展的今天，鉗工仍然占有重要的一席之地。

我院機械系鉗工實訓室擔負著學院工科類多專業(yè)的實訓任務，按照工科機械制造類專業(yè)課程設計標準，鉗工實訓是其入門必修課，也是同學們鍛煉動手能力提升職業(yè)綜合素質(zhì)的理想平臺，更是部分職校畢業(yè)生未來就業(yè)入職的基礎課，實訓意義重大。

在鉗工操作技術(shù)中，在鉆床上對機械零部件進行各種孔型加工是鉗工的重要技能本領(lǐng)，例如鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔等，過去社會上流行這樣的順口溜：車工怕車桿（細長桿），銑工、刨工怕薄板，鉗工怕打眼（鉆孔），為什么鉗工怕打孔呢？這是因為有的加工材料切削性能差，很難加工（又硬且韌），還有就是加工的孔型超大、微小、深孔、錐形孔、階梯孔、交叉孔、傾斜帶角度的孔、孔徑精度高、孔距要求嚴等情況下孔的加工是很有難度的，而且這還是工廠企業(yè)生產(chǎn)實際脫離不開的工作內(nèi)容，這也是鉗工怕打孔的“怕”字的原因所在，所以在鉆床上加工各種孔型的訓練是鉗工基本功，也是實訓教學的難點和重點。

在鉆床上對實訓工件進行各種孔型的練習加工，工件的裝夾、找正、緊固是首要解決的技術(shù)問題，目前工廠企業(yè)生產(chǎn)一線使用最多的是通用類夾具——機用平口鉗，多為金屬材料制造利用螺旋機構(gòu)實現(xiàn)工件夾持，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉、適于粗加工特點，但對于形狀復雜、尺寸、材質(zhì)變化較大、精度要求高的孔型加工就難以從容應對了，特別是鉗身和工件的定位夾緊是用螺桿機構(gòu)實現(xiàn)的，其效率低、操作麻煩是其機構(gòu)的一大缺憾。對于平口鉗在使用中存在的問題，結(jié)合當前國家提倡的科技雙創(chuàng)發(fā)展戰(zhàn)略，我們開動腦筋利用掌握的專業(yè)知識技能進行了改進創(chuàng)新實踐。下圖是我們制作新型平口鉗的示意圖：

二、新型平口鉗的結(jié)構(gòu)和工作原理介紹

新型平口鉗由以下部分組成：

①鉗身 ??②固定鉗口 ??③活動鉗口 ?④快換多用鉗口 ?⑤鉗身底座永磁體 ?⑥鉗身旋轉(zhuǎn)支撐座 ?⑦永磁轉(zhuǎn)換開關(guān) ?⑧偏心夾緊扳手

1.鉗身固定采用永磁吸盤結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)平口鉗的固定是由鉗身底盤與鉆床工作臺T型槽中螺栓或壓板完成的。一般操作步驟是先將工件在鉗口找正夾緊進行試鉆，孔位試鉆找正后擰緊螺栓固定鉗身進行鉆孔工作，這樣每鉆一個孔就要松緊螺栓找正一次，特別是在加工一些孔徑較小、孔數(shù)較多的情況下費時費力相當麻煩，目前在工廠企業(yè)中的師傅們，一般都是手扶鉗子直接就操作了，可這對于剛接觸鉆孔操作的職校學生新手來說，如果不固定平口鉗將存在著極大的人身安全隱患，也容易發(fā)生鉗子跑位、鉆孔偏斜、工件報廢的事故，為了避免上述情況的發(fā)生，我們借鑒了永磁吸盤技術(shù)，在鉗身底座部分設計安裝了永磁吸盤機構(gòu)，只要試鉆找正了孔位，旋轉(zhuǎn)一下磁性開關(guān)即固定了鉗身，鉆完孔后再旋轉(zhuǎn)一下磁性開關(guān)鉗子就可以輕松移動了，再進行下一個孔位的鉆削加工。采用了永磁吸盤機構(gòu)，使得鉗子的固定方便快捷，既提高了操作安全可靠性又提高了鉆孔的效率和加工的質(zhì)量。

2、活動鉗口夾緊移動采用鋸齒形離合器機構(gòu)

目前使用的平口鉗鉗口開合多采用螺桿機構(gòu)傳動，當夾持的工件尺寸變化較大時需螺桿旋轉(zhuǎn)很多圈才能旋轉(zhuǎn)到位，夾持效率低下，在無形中浪費了很多時間并且做了很多無用功，為了實現(xiàn)靈活快速定位夾持工件，我們將原來的螺桿機構(gòu)設計成了鋸齒形離合器機構(gòu)，使鉗口的移動輕松推拉就可完成，為了實現(xiàn)鉗口的精準定位采用了精密細齒形式，設定齒距為1mm，保證了自鎖偏心夾緊機構(gòu)的功能可以可靠實現(xiàn)。在保證工件夾緊力和零件機構(gòu)強度耐用可靠的情況下，我們參照機械零件設計手冊對機構(gòu)整體進行了強度校核計算。

3、活動鉗口的緊固采用了偏心機構(gòu)

在機床夾具中偏心機構(gòu)應用較廣，主要特點是機構(gòu)相對簡單，操作方便快捷，適用一些切削力和夾緊行程較小場合，我們設計的新型快速裝夾平口鉗在活動鉗身內(nèi)部設計了一個偏心機構(gòu)，保證了在裝夾工件時活動鉗身能快速地裝夾到位，節(jié)省了時間，提高了工作效率，通過查閱相關(guān)技術(shù)手冊資料，根據(jù)平口鉗尺寸規(guī)格在保證自鎖的前提下確定了偏心輪的直徑和偏心距及其他尺寸參數(shù)。

4、快換多功能鉗口的應用

一般在使用過程中，平口鉗自身會配備一對精密淬硬的鉗口，但是在日常使用中，經(jīng)常會遇到不同材質(zhì)的被加工件需要加工，被加工件的硬度如果過低就會造成夾持的工件表面有所損傷，雖然采用傳統(tǒng)的方法，在夾持工件外用銅片進行保護，但是還是解決不了根本問題，為了解決這些問題，傳統(tǒng)的方法是針對各種不同材質(zhì)、不同粗精表面、不同尺寸形狀的工件，加工件的定位夾緊往往由操作師傅配做各式專用鉗口或裝置完成，這就限制了平口鉗的應用范圍和裝夾效率，為了從根本上解決夾持工件問題，通過查閱相關(guān)機械切削手冊，根據(jù)常用工件的形狀種類、材質(zhì)軟硬、加工精度高低等需求的不同，制作了幾組不同材質(zhì)、形狀、粗精的備用鉗口，例如用于尺寸精度高的精密淬硬鉗口;夾持圓柱類的V型鉗口;保護精密光潔表面的鋁、銅、尼龍材質(zhì)的軟鉗口;夾持粗糙無基準表面的可調(diào)浮動鉗口;組合鉗口等。而且鉗口的拆、裝設計了卡扣，只要一按卡扣鉗口就可以輕松拆下，安裝便捷靈活，極大地方便了操作者使用。

5、可旋轉(zhuǎn)鉗身的設計

在加工操作中，有些加工件的表面并不是平面，而是帶有一定角度的斜面，這種工件在加工時給操作者帶來了一定的難度，因為表面是斜面，則加工出來的孔可能也會導致傾斜，嚴重影響了加工精度和加工孔的質(zhì)量，為了解決這一難題，方便鉆削傾斜帶角度的孔型，在鉗身與底座之間安裝設計了支架銷軸，這樣就可以保證活動鉗身繞鉗體旋轉(zhuǎn)一定的角度，活動鉗身可以在0～75?之間旋轉(zhuǎn)，保證了多角度孔型的加工，增加了平口鉗又一應用功能。

三、使用效果和功能評估

產(chǎn)品革新改進的目的是好用、耐用、安全高效，本著這一設計理念，在平口鉗的設計制造中，我們參考借鑒了一些傳統(tǒng)成熟的機構(gòu)與加工制造技術(shù)，并把它們優(yōu)化組合在一起，起到了優(yōu)點放大效益增倍的效果。

此類新型快速平口鉗的結(jié)構(gòu)設計比較簡單、合理，并且在加工制造過程中很容易實現(xiàn)， 對加工件的操作流程比較簡單，在夾緊工件過程中夾緊力比較均勻和牢固，并且起到了省時省力的效果，能夠保證平口鉗在工作時的可靠性，因此這種新型快速平口鉗在生產(chǎn)實踐中具有非常高的實踐應用價值，特別是可以大大縮短裝夾工件的時間，提高工件的生產(chǎn)效率，可以降低成本，推廣使用后可以廣泛應用在機械領(lǐng)域中的鉗工工作臺和各種機床上進行加工工件。在鉗工實訓教學中經(jīng)過指導教師的講解示范，對第一次接觸鉆孔操作訓練的入門新手來說，操作簡單方便很快就可以掌握要領(lǐng)，而且操作安全，取得了良好的應用效果。

四、平口鉗的優(yōu)化措施及展望

隨著電子科技產(chǎn)品的不斷發(fā)展，對知識和技能的追求永遠不會止步。新型快速裝夾平口鉗雖然解決了之前存在的問題，但是還有很多需要完善和改進的地方。目前的平口鉗存在的問題是夾持力不可控，隨機性大，而且不能顯示夾緊力的大小，對于一些小型件、精密件加工時容易產(chǎn)生變形，導致產(chǎn)品報廢，當夾持力過大時，容易引起表面損傷，對于同一產(chǎn)品不同操作人員加工時力量不同，重復性差。目前機械加工廠和相關(guān)專業(yè)學校使用的平口鉗大多以加工金屬件為主，在加工塑料和有色金屬材料時，操作緊固力不當導致工件變形或損壞，造成不應有的損失。在當前科技發(fā)展日新月異的時代，機械傳動智能化、數(shù)字化是發(fā)展的趨勢，而數(shù)字化精密平口鉗的研發(fā)將會打破這一僵局。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，特別是自動化系統(tǒng)、人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的行業(yè)可以和智能化的專業(yè)相結(jié)合，設計出更加便捷和智能化的產(chǎn)品，在了解了各類傳感器的特性、工作原理之外，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)手段，利用電路連接、數(shù)據(jù)融合等方式制作成一個單獨的傳感器測量力值大小的模塊，能將使用的產(chǎn)品變得更加的柔性，便于后期加工制作。例如，可以設計在新型快速裝夾平口鉗的鉗口部分安裝一個可以測量力大小的傳感器，傳感器和液晶顯示屏連接，在液晶顯示屏上可以顯示出當前夾緊力的數(shù)值大小，這樣在裝夾工件時可以根據(jù)材質(zhì)的不同來調(diào)整夾緊力的大小，提高了加工效率，使待加工工件更加人性化，更貼合實際。

科技進步，技術(shù)革新只有起點沒有終點，保持永久的學習能力、不斷給自身充電是一個人社會價值的核心所在，培養(yǎng)學生的核心能力就是培養(yǎng)他們對事物的創(chuàng)新能力。天津市舉辦的“挑戰(zhàn)杯”——彩虹人生天津市職業(yè)學校創(chuàng)新創(chuàng)效創(chuàng)業(yè)大賽的進行，發(fā)揮大家的集體智慧，新型快速裝夾平口鉗應運而生了，通過學校的雙創(chuàng)比賽的指引，在傳承傳統(tǒng)技能的基礎上，優(yōu)化平口鉗的結(jié)構(gòu)和功能，使這種新型快速裝夾平口鉗的價值發(fā)揮到最大。設計制作的新型快速裝夾平口鉗已經(jīng)在實際加工中采用，取得了良好的效果，發(fā)揮了重要的實際應用價值，為下一步繼續(xù)優(yōu)化奠定了基礎，為更多人的使用帶來了無限的潛力，我們將在實踐中逐步改進完善機構(gòu)，期待有更加優(yōu)質(zhì)先進的產(chǎn)品誕生。

參考文獻

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