顧 星，朱 瑋，蓋立武

(1.蘇州市職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104； 2.蘇州訊飛達(dá)自動(dòng)化科技有限公司，江蘇 蘇州 215002 )

0 引言

在機(jī)械零件加工制造過(guò)程中，夾持圓柱類零件時(shí)通常使用的是三爪卡盤這種機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)配置的夾具。但是由于三爪卡盤卡爪短，而且卡爪數(shù)量只有三個(gè)，因此在夾持螺桿類零件時(shí)，其夾持長(zhǎng)度以及在圓周方向夾持的完整度上無(wú)法完全避開(kāi)螺旋溝槽特征，這樣就無(wú)法正確穩(wěn)定夾持螺桿類零件。又由于三爪卡盤重量較大，使用時(shí)需要輔助工具，絕大部分時(shí)間只能固定在車床主軸上使用，因此，三爪卡盤的擴(kuò)展性受到了限制。

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)的需求越來(lái)越旺盛，非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)用也越來(lái)越廣泛。大量企業(yè)在生產(chǎn)轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中，裝備自動(dòng)化也在不斷推陳出新，在一些自動(dòng)化裝備設(shè)計(jì)、研制、開(kāi)發(fā)過(guò)程中，當(dāng)遇到需要夾持螺桿類零件的時(shí)候，就需要一種能替代三爪卡盤的自定心[1]夾緊裝置[2]，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。

1 螺桿類零件的夾持工藝分析

螺桿類零件是常見(jiàn)的一種機(jī)械零件，比如鉆頭、絲桿、蝸桿、絞肉機(jī)送料螺桿等，這些都屬于圓柱類零件，它們的共同特點(diǎn)是圓柱體表面帶有螺旋溝槽特征，并且不同零件的螺旋溝槽特征的螺旋角度、數(shù)量、溝槽深度等都不一樣，如圖1所示家用絞肉機(jī)送料螺桿。

圖1 絞肉機(jī)送料螺桿

為了滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，針對(duì)圖1所示的絞肉機(jī)送料螺桿零件專用夾具的設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)需求：①設(shè)計(jì)一種帶有六個(gè)以上長(zhǎng)卡爪的夾緊裝置，夾緊裝置可以快速有效夾持表面帶有螺旋溝槽特征的圓柱體零件；②在夾持范圍內(nèi)，無(wú)論零件直徑大小，夾持中心保持不變，并且較長(zhǎng)的零件可以穿過(guò)夾緊裝置；③裝置可以通過(guò)同步皮帶連接到自動(dòng)化裝備的伺服電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)零件緊固自動(dòng)化、裝置使用自動(dòng)化。

2 夾具的設(shè)計(jì)

針對(duì)圖1所示的絞肉機(jī)送料螺桿零件設(shè)計(jì)了一種雙錐面[3]驅(qū)動(dòng)定心夾緊[4]裝置，如圖2所示。

1-固定套;2-傳動(dòng)套筒;3-軸承;4-下錐套;5-上錐套;6-卡爪;7-螺桿零件;11-固定套螺紋;21-傳動(dòng)套筒同步齒;22-傳動(dòng)套筒螺紋；41-下錐套斜面T型槽;51-上錐套斜面T型槽;61-卡爪斜面T型滑軌

2.1 夾具的工作原理

圖2為雙錐面驅(qū)動(dòng)定心夾緊裝置夾緊工作狀態(tài)時(shí)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以看出夾緊裝置主要由固定套1、傳動(dòng)套筒2、軸承3、下錐套4、上錐套5、卡爪6、固定套螺紋11、傳動(dòng)套筒同步齒21、傳動(dòng)套筒螺紋22、下錐套斜面T型槽41、上錐套斜面T型槽51、卡爪斜面T型滑軌61等主要零件和主要特征組成。工作時(shí)，當(dāng)傳動(dòng)套筒旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)固定套作軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其內(nèi)部的上、下錐套一起作軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)；在錐套T型槽的作用下，卡爪作徑向開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)夾緊、放松圓柱體零件的功能。該夾具可快速有效夾持螺旋桿零件，在夾持范圍內(nèi)，無(wú)論零件直徑大小，夾持中心保持不變。

在夾持螺旋桿零件時(shí)，只需將螺桿零件7放置到夾具中心，啟動(dòng)自動(dòng)裝置電機(jī)，電機(jī)動(dòng)力通過(guò)皮帶帶動(dòng)傳動(dòng)套筒2旋轉(zhuǎn)。由于傳動(dòng)套筒螺紋22與固定套螺紋11是螺紋嚙合的，因此當(dāng)傳動(dòng)套筒2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定套1和傳動(dòng)套筒2之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就是軸向收縮運(yùn)動(dòng)。這時(shí)固定套1直接帶著錐套5作軸向運(yùn)動(dòng)，因傳動(dòng)套筒是旋轉(zhuǎn)工作的，因此下錐套4就通過(guò)與傳動(dòng)套筒2連接的軸承3作軸向運(yùn)動(dòng)。這樣傳動(dòng)套筒2旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)固定套1作軸向收縮運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，固定套1和傳動(dòng)套筒2還帶著分別與其配合的上錐套5和下錐套4也產(chǎn)生軸向閉合運(yùn)動(dòng)，也就實(shí)現(xiàn)了將傳動(dòng)套筒2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向運(yùn)動(dòng)的功能。

在上錐套5和下錐套4作軸向閉合運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，在其斜面T型槽41、51的作用下，驅(qū)動(dòng)分別與其配合的6個(gè)卡爪斜面T型滑軌61，使6個(gè)卡爪同時(shí)作徑向向心運(yùn)動(dòng)，直到將螺桿零件7夾緊，也就將上錐套5和下錐套4的軸向閉合運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)?個(gè)卡爪的徑向運(yùn)動(dòng)。

2.2 夾具關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的雙錐面驅(qū)動(dòng)定心夾緊裝置為圓筒狀結(jié)構(gòu)，由動(dòng)力連接、動(dòng)力傳輸、徑向可調(diào)幾個(gè)功能為主線。外部主要結(jié)構(gòu)件由上、下兩個(gè)套筒組成，其中一個(gè)套筒外側(cè)帶有同步齒，通過(guò)同步皮帶連接到自動(dòng)化裝備的伺服電機(jī)。

兩個(gè)套筒通過(guò)螺紋連接作為動(dòng)力傳輸，一個(gè)套筒旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，可以驅(qū)動(dòng)另一個(gè)套筒進(jìn)行軸向伸縮運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)套筒內(nèi)分別裝有錐套，錐套內(nèi)帶有平行于錐度面的T型凹槽。裝置內(nèi)設(shè)計(jì)有6個(gè)片狀卡爪，卡爪一側(cè)兩端帶有凸?fàn)钚泵鎀型滑軌，卡爪的凸?fàn)钚泵鎀型滑軌和錐套內(nèi)的T型凹槽連接配合。當(dāng)兩個(gè)套筒作軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，帶動(dòng)錐套一起作軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在錐套T型凹槽的作用下，卡爪作徑向運(yùn)動(dòng)，具備了夾緊和放松零件的功能，實(shí)現(xiàn)了雙錐面驅(qū)動(dòng)。

圖3為雙錐面驅(qū)動(dòng)定心夾緊裝置整體結(jié)構(gòu)，外部為圓筒狀結(jié)構(gòu)，由固定套1和傳動(dòng)套筒2組成，通過(guò)螺紋連接傳動(dòng)。其中傳動(dòng)套筒2外圓柱面上的傳動(dòng)套筒同步齒21，可以連接同步皮帶，從而與自動(dòng)化裝備的伺服電機(jī)連接。

1-固定套;2-傳動(dòng)套筒;11-固定套螺紋;21-傳動(dòng)套筒同步齒

圖4為安裝在套筒內(nèi)部的上、下錐套，上、下錐套結(jié)構(gòu)特征、尺寸完全相同，錐套內(nèi)有6個(gè)均布的T型凹槽，并且T型凹槽與錐套錐度面平行。

圖5為卡爪，卡爪一側(cè)兩端帶有對(duì)稱分布的凸?fàn)钚泵鎀型滑軌，斜面T型滑軌的傾斜度與錐套的錐度匹配。

圖6為卡爪和錐套配合狀態(tài)，卡爪的斜面T型滑軌和錐套內(nèi)的T型凹槽連接配合。下錐套4通過(guò)下錐套斜面T型凹槽41與卡爪斜面T型滑軌61配合，并可以沿斜面T型滑軌作斜向滑動(dòng)。

4-下錐套; 5-上錐套;41-下錐套斜面T型槽 51-上錐套斜面T型槽(a)下錐套 (b)上錐套

6-卡爪; 4-下錐套; 6-卡爪; 61-卡爪斜面T型滑軌 41-下錐套斜面T型槽；

圖7為雙錐面驅(qū)動(dòng)定心夾緊裝置上、下錐套和卡爪配合位置，夾緊裝置中帶有6個(gè)片狀卡爪，6個(gè)卡爪的斜面T型滑軌分別和上、下錐套的斜面T型槽配合，隨著上、下錐套之間的軸向開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，上、下錐套斜面T型特征迫使所有與其配合的卡爪同時(shí)作徑向開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，達(dá)到松緊圓柱體的目的。

4-下錐套;41-下錐套斜面T型槽;5-上錐套;51-上錐套斜面T型槽;6-卡爪

3 夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該專用夾具的結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：①上、下錐套兩個(gè)相同的錐套斜面T型凹槽同時(shí)驅(qū)動(dòng)卡爪，實(shí)現(xiàn)夾具卡爪自定心；②夾緊裝置整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，卡爪數(shù)量多，可保證螺旋曲面圓周方向有效夾持；③固定套和傳動(dòng)套通過(guò)螺紋連接，傳動(dòng)可靠、穩(wěn)定；④實(shí)現(xiàn)了將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭ㄗ较蜻\(yùn)動(dòng)；⑤由于夾緊裝置體積小、重量輕，應(yīng)用在自動(dòng)化裝備時(shí)只需將傳動(dòng)套筒同步齒通過(guò)同步皮帶連接到自動(dòng)化裝備的伺服電機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)零件裝夾自動(dòng)化、裝置使用自動(dòng)化，使用方便快捷；⑥夾持的零件可以穿過(guò)夾具體，對(duì)零件的長(zhǎng)度要求降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文為絞肉機(jī)送料螺桿零件設(shè)計(jì)了一套專用夾持夾具。該夾具設(shè)計(jì)巧妙，原理清晰，克服了通用三爪卡盤重量大、卡爪短小、可擴(kuò)展性差的缺點(diǎn)，適用于現(xiàn)代非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備，解決了非標(biāo)自動(dòng)化開(kāi)發(fā)時(shí)夾持螺桿零件的難點(diǎn)，對(duì)非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備開(kāi)發(fā)具有定心夾具[5]功能的夾緊裝置有一定的參考價(jià)值。