自定心可旋转夹具设计

丁加军，庄刘庆，顾宏飞

(南京工业职业技术学院机械工程学院，江苏 南京 210023)

为保证同一批工件与刀具、操作工具的相对位置一致，常采用夹具定位、夹紧工件来实现[1]。夹具按通用化程度可分为通用夹具与专用夹具：通用夹具有一定通用范围，由功能附件制造企业根据国家标准、行业标准或企业标准制造，面向行业企业销售，夹具价格低、可靠性高、供货周期短，用户可直接选购；专用夹具是为零件的某一道加工工序而设计制造的，在结构相对稳定、批量较大的产品生产中使用，专用夹具只适合特定场合，设计制造周期长，造价高。专用夹具经优化设计和标准化改造，可转化为通用夹具。本文通过对空调压力开关涂胶夹具的创新优化，设计出φ4～20mm圆柱状类工件自定心可旋转夹具，该夹具可用于自动机械与自动生产线。

1 空调压力开关夹具设计要求

应南通某空调压力开关制造企业的要求，为某型号空调压力开关研制涂胶机械。涂胶机械需设计专用夹具夹持空调压力开关。空调压力开关如图1所示，涂胶时，需要工件在同一位置实现定位、夹紧、正转[2]360°和反转360°～720°。

空调压力开关主要有2种，图1(a)下部的六角螺母对角尺寸为14.0mm，图1(b)下部则为紫铜管，直径为6.0mm，上部开关盒直径均为15.2mm。

图1 空调压力开关

根据实际工作需要，夹具应定位、夹紧空调压力开关，保证同一批空调压力开关与涂胶机构相对位置一致，并夹持空调压力开关在驱动机构作用下匀速回转，让涂胶机构[3]挤出的胶液能均匀地涂在工件金属部件与塑料部件接缝处。

由于结构限制，无现存的通用夹具可供选择，需设计专用夹具以满足空调压力开关自定心、夹紧、旋转的工艺操作要求。设计的夹具应达到定位准确[4]、动作灵活、结构简单的要求。

1.1 夹具结构

根据涂胶机械对夹具的要求，可知夹具结构要素如下：1)弹簧力夹紧；2)手动卸料；3)定位精度由手指夹头和夹具的精度、空调压力开关的形状和尺寸精度保证；4) 夹具下部有齿轮、轴承，可由驱动装置驱动旋转。

1.2 夹具定位夹紧

如图2所示，空调压力开关的轴向定位由手指夹头上端面台阶实现，定心对中则由空调压力开关下部的六角螺母或紫铜管实现。

2 空调压力开关夹具设计

空调压力开关夹具通过手动装料时的下压实现工件向下的直线运动，工件驱动弹簧导杆压缩弹簧，弹簧导杆带动传动角件使夹具手指张开，依靠手指夹头的内腔形状、尺寸实现工件定位，然后在弹簧反弹力的作用下，弹簧导杆带动传动角件使夹具手指、手指夹头夹紧工件。

2.1 工作原理

如图3所示，夹具手指上有2个U形槽，销钉穿过U形槽，与U形槽为间隙配合，与夹具本体为过盈配合。夹具本体通过销钉使传动角件带动夹具手指作开(松开工件)合(夹紧工件)运动，2个夹具手指、传动角件分别与2个销钉间隙配合，因此夹具手指、传动角件可以绕定位销作回转运动。弹簧导杆与夹具本体为间隙配合，夹具本体固定不动，弹簧导杆上下移动。

图2 空调压力开关夹紧示意图 图3 运动简图

2.2 组成结构

图4所示为空调压力开关夹具组成图。

1—手指夹头；2—M4×6内六角螺钉；3—销钉；4—弹簧导杆；5—弹簧；6—夹具底座；7—轴承挡圈；8—轴承；9—轴承座；10—齿轮； 11—夹具手指；12—传动角件

图4 夹具组成图

自定心可旋转夹具主要由以下几部分组成：

1)夹持部分。

夹持部分由手指夹头1、传动角件12、夹具手指11、夹具本体等组成，实现空调压力开关自定心、轴向定位、夹紧松开动作。

2)动力部分。

动力部分由弹簧导杆4、弹簧5、夹具底座6等组成，通过手动装料向下压缩弹簧，弹簧恢复的弹力带动夹持部分实现空调压力开关的自动夹紧。

3)自转部分。

自转部分由轴承8、轴承座9、齿轮10等组成，驱动机构[2]驱动齿轮实现动力、夹持部分及空调压力开关的转动。

3 自定心可旋转夹具设计

通过改变空调压力开关夹具手指夹头的形状、尺寸，可满足系列空调压力开关涂胶时定位、夹紧、旋转的要求。夹具体在优化设计后，可作为具有一定通用范围的自定心可旋转夹具。自定心可旋转夹具用于系列空调压力开关的定位、夹紧，手指夹头的形状应根据空调压力开关自定心面、轴向定位面的形状、尺寸要求进行设计。

夹具外形如图5所示，左侧为通用部分，右侧为专用部分。

图5 夹具外形图

图6所示为优化设计后的自定心可旋转夹具装配图。内六角紧定螺钉6将手指夹头7与夹具手指8相联，销钉5由传动角件10带动夹具手指8移动，销钉4与弹簧导杆3过盈配合，推动传动角件10转动，销钉9与夹具手指8过盈配合，11为夹具体，套在弹簧导杆3方孔中，由内六角螺钉13与夹具底座2相联，弹簧12带动弹簧导杆3上下移动，角接触轴承14安装在轴承座15内，齿轮1通过两个紧定螺钉16压在夹具底座2轴端的小平面上，由动力装置(图中未示出)驱动实现自定心可旋转夹具带动空调压力开关正转360°和反转360°～720°。

图6 夹具装配图

自定心可旋转夹具轴承座15直径为64mm，端面安装在回转工作台上(图中未示出)，自定心可旋转夹具夹紧时，空套在弹簧导杆3中的夹具体11下槽面距轴承座安装面63mm，手指夹头上端面距轴承座安装面223.15mm。

手动将工件在手指夹头7间下压时，手指夹头7内侧锯齿形平面实现工件的轴向定位，手指夹头7内侧(与工件夹紧的接触面，图1所示空调压力开关下部六角螺母对角尺寸为14.0mm或直径为6.0mm的紫铜管)实现工件的自定心，手指夹头7与固定联接的夹具手指8的腰形槽使销钉9带动传动角件10,从而驱动弹簧导杆压缩弹簧12；当手指松开空调压力开关时，弹簧力迫使弹簧12通过弹簧导杆带动传动角件10转动，传动角件的圆弧面迫使销钉9带动夹具手指8水平移动，使手指夹头7夹紧工件。

当需要卸下工件时，手动轴向向上拉动工件，手指夹头7张开，工件从手指夹头7中脱开。弹簧驱动夹具手指8的腰形槽使销钉9带动传动角件10从而驱动弹簧导杆压缩弹簧12，弹簧力迫使弹簧12通过弹簧导杆带动传动角件10转动，传动角件的圆弧面迫使销钉9带动夹具手指8水平移动，手指夹头7收缩，夹具恢复自由状态。

4 创新特色

1)自定心，可旋转。

在自动机械与自动生产线上，需要工件自动夹紧、自动旋转时，如采用气夹、弹簧夹头均不能有效解决问题，可使用自定心可旋转夹具解决此类工件的定位、夹紧、旋转难题。

2)适用范围广。

由空调压力开关夹具优化改造得到的自定心可旋转夹具的手指移动范围为4mm，通过设计不同的手指夹头形状、尺寸可使夹具能适用于φ4～20mm圆柱状类工件的定位、夹紧、旋转。如想满足不同尺寸工件的夹持需求，改变自定心可旋转夹具通用部分的尺寸即可。

5 结束语

由于条件限制，本文仅研究了空调压力开关需要的φ4～20mm圆柱状类工件的定位、夹紧、旋转要求，设计出适用于φ4～20mm圆柱状类工件的自定心可旋转夹具。对于适用于直径20mm以上的圆柱状类工件的自定心可旋转夹具，可通过制定尺寸型谱按原理设计制造系列自定心可旋转夹具。