夹具,专用组合式夹具设计与开发

摘 要：高校工程训练教学中先进制造项目涉及的设备类型特殊，被加工物材质多样，规格形状各异，需要专用的夹具。依照低碳经济原则，设计并开发出多角度可调整等三套专用夹具。
关键词：专用夹具；二维可调组合夹具；小型万向台钳；简易分度夹具
Special combined fixtures design and development
Li Shidong
Guangdong university of technology, Guangzhou, 510006, China
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 fixture. In accordance with the principles of low-carbon economy, design and development of the three special fixtures including 2D adjustable modular-fixture.
Key words: special fixtures; 2D adjustable modular-fixture; all universal vise; simple sub-degree fixture
先进制造技术(AMT)现正逐渐成为高等院校工程训练项目的新重点。AMT技术设备品种多、配置台套少，以及涉及的加工材料多样、规格形状各异等特点，催生了对特殊夹具的需求。以激光雕刻(打标)项目为例，在实训过程运用范围演示教学和科研协作加工中，经常面对对不同厚度、形状物品表面的固定与找正理由。据了解，在普通的机电工具市场上很难找到这种需求量小的专用夹具，适合单位机床工作台尺寸的夹具则昂贵。
为此，笔者根据实际需要，总结在实训教学和加工中摸索的一些装夹找正经验，利用工程训练中心设备齐全的优势，自主设计、开发、研制出三套适用于激光打标机等多种设备的专用夹具。
1二维度可调组合夹具
激光打标机能够用极短的时间在金属、塑料、木材等表面烧刻出永久性的图文标记，精度可达0.01 mm，是先进制造工程训练中最受学生喜爱的实训项目之一。但由于其加工的特点，加工表面倾斜或起伏都会造成光束散射，使标记模糊不清，甚至产生局部已经熔化部分还没有痕迹的现象。另外，工作台平面内的旋转角度打标，多工件固定位置打标还需要专用的定位和角度调整夹具，目前的办法是用手工进行大概调整，很难保证一致性，对单件加工可能造成不可弥补的损失。为了使激光打标机能完成特殊要求或形状的表面打标，利用一些已有的零配件组合装配出一套二维可调组合式夹具(如图1所示)。
二维可调组合式夹具及附件
二维可调组合夹具是为了固定下表面凸凹不平的零件或物体，结构整体上分为基座、底板和上层辅助附件三部分。基座要求按照右手坐标系，在X和Y轴向可以进行一定范围的转动，用以调整被加工物上表面接近水平。为此利用一个闲置的CRT显示器底座，将其滑动弧形槽切割延长，并扩大原有限位块距离，获得Y轴向90°，X轴向—15°～+10°旋转角。底板采用3 mm铝合金板，上表面用数控机床钻出8×12个定位孔并攻M4螺纹，用以定位和固定装夹用的组合附件。
图1中底板上安装的是夹持手机或MP4的卡爪，附件3是能够三向摆动的支撑架，装在底板上可以大幅提升夹具整体的自由度，弥补基座调整范围局限。组合安装其他附件就可以适应不同的夹持要求。
2小型万向台钳
在电火花成型和线切割实训与科研协作中，一些特殊形状或倾斜表面小余量加工也需要用到宽范围的专用夹持工具。放电加工主要依赖电火花腐蚀效应去除导体工件的材料，进给过程中工件本身受到的机械力很小。但是，形成电火花的高频脉冲电流必须由夹具传导给被加工件，故此类夹具应当由金属构成。
由于实训演示教学的课时有限，一般加工的都是小型工件，加之本单位电加工设备工作台尺寸的限制，现有的钳工或机床用台钳都因体积和高度过大难以安装使用。笔者找寻到1台110 mm×35 mm×35 mm手工制作的小型台虎钳，通过多方搜集技术资料，参考了W.E.Podestra“可摆动特种台虎钳”的思路[3]，设计并试制成了摆动方向和角度自由度更高的“小型万向台钳”。结构和具体安装策略教学论文如图2所示。
1－小型台钳；2－强磁体底座；3－球支撑架；4－连接座
小型万向台钳
连接座4承担把球支撑架3与工作台固定的任务。图2中是水平安置，也可视需要通过其他连接座垂直安装在工作台上。台钳1将原来固定桌面的附架移除，以两枚螺钉紧固一个强磁性的弧面底座—图中2强磁体底座部分。台钳夹紧工件后，可按需要沿球面摆好角度，强磁体底座与球体近5 kg的吸引力足以应付小金属块或薄板放电加工的固定要求。
3简易分度夹具
依照等分或指定角度对零件分度处理是AMT加工中经常遇到的课题。在没有合适的现成分度头的情况下，利用示教用的简易分度教具残留部件，组合改造成一台简易分度夹具，在多种先进制造机床上使用，效果很好，其结构如图3所示。
1－摇动手柄；2－分度盘；3－中心轴；4－钢圆盘；5－抱刹手柄；6－三爪卡盘
简易分度夹具
原分度头教具只剩下分度盘、分度叉、手柄和机座，1:40的涡轮蜗杆和一个1:1直齿轮及主轴等都不需要了。经过浅析，决定把分度盘的中心轴更换成专门车制的长轴，轴末端直接装配一只小型三爪自定心卡盘。考虑到加工进给时零件受到的扭转力会集中到定位销与分度盘上的孔表面，借鉴了《机械加工工艺与窍门精选(第5集)》的经验[4]，将中心轴上留下的直齿轮拆掉，配装一只滚了直齿花纹的钢圆盘，在外加装刹车钢带和抱刹手柄。
使用时，完成分度旋转后，定位销插入盘孔，抽紧抱刹手柄即可锁死中心轴，抵消加工时的扭力。
4结束语
专用工夹具能够显著减少辅助工时，提高加工精度，起到事半功倍的效果。针对实践教学加工并不要求高精尖的特点，本着低碳经济性原则，采用易于得到的散件和少量机加工配件，组合开发出了三套实用的组合式夹具，使用在工程训练教学和协作加工中取得了理想效果。
参考文献
杜群.开展激光打标工程训练的探讨与实践[J].广东工业大学学报:社科版,2009,6:223.
张学政,李家枢.金属工艺学实习教材:第三版[M].北京:高等教育出版社,2003,8:277.
[3]梁炳文.机械加工工艺与窍门精选:第4集[M].北京:机械工业出版社,2005,1:2.
[4]梁炳文.机械加工工艺与窍门精选:第5集[M].北京:机械工业出版社,2005,6:6,136.