新型快速装夹平口钳的研发设计与制作

杨益梅 刘建民

摘要：为了保证机械加工的工件精度和加工制的工作效率，夹具发挥了重要的作用，机用台虎钳在钳工的加工制造中经常被用来夹紧工件，但是传统的机用台虎钳多采用螺杆机构传动，传动效率低下，并且针对斜面角度的孔型加工没有一个合适的夹具装置，台虎钳的钳口一般是一对精密淬硬的钳口，对于加工不同材质的被加工件需要经常更换钳口，消耗时间长，效率低，很难满足现代化加工的需求。根据以上出现的情况，本文提出一种快速装夹、钳口快速调换等功能的新型快速装夹平口钳，可提高应用和加工范围，大大提高了工作效率。

关键词：永磁吸盤;钳口;旋转钳身;

中图分类号：TG75文献标识码：A

引言

与现代出现的高精尖技术相比，有一门古老又传统的技术一直保留着，那就是钳工中经常用到的台虎钳，其用途非常广泛，经常用于机床上对各种待加工件进行夹紧。例如在刨床、铣床、钻床上加工零件时就经常使用台虎钳来夹紧被加工的零件，在钳工实训的操作中是必不可少的辅助工具。钳工中经常用到的还有一种固定在钳工工作台上的虎钳，在加工制造工件的时候，需要调整工件的角度继续加工，并且在加工过程中如果欲加工的表面为非水平面，则需要精准调整工件的角度固定，才可使工件的加工角度满足要求，这对操作人员的技艺水平提出了较高的要求，需要操作者有多年的操作经验和技法，才能满足工艺要求。并且此类虎钳比较笨重和厚重，在加工薄壁或精细零件时不便于操作，鉴于此，为了克服传统虎钳在操作上的弊端，为了使在操作上加工零件更加便利和快捷，我们设计了一种能够快速装夹、更换钳口的新型快速装夹平口钳，这种平口钳的使用提高了工作效率。

一、项目制作构思的由来

钳工是一门传统又古老的技术行业，现阶段仍以使用手动工具为主对机械零部件进行加工制造的工种，任何机械设备的装配、调试、维修维护都离不开钳工技术人员的辛勤劳动付出。在机械制造业数控自动加工、智能制造技术飞速发展的今天，钳工仍然占有重要的一席之地。

我院机械系钳工实训室担负着学院工科类多专业的实训任务，按照工科机械制造类专业课程设计标准，钳工实训是其入门必修课，也是同学们锻炼动手能力提升职业综合素质的理想平台，更是部分职校毕业生未来就业入职的基础课，实训意义重大。

在钳工操作技术中，在钻床上对机械零部件进行各种孔型加工是钳工的重要技能本领，例如钻孔、扩孔、铰孔、锪孔等，过去社会上流行这样的顺口溜：车工怕车杆（细长杆），铣工、刨工怕薄板，钳工怕打眼（钻孔），为什么钳工怕打孔呢？这是因为有的加工材料切削性能差，很难加工（又硬且韧），还有就是加工的孔型超大、微小、深孔、锥形孔、阶梯孔、交叉孔、倾斜带角度的孔、孔径精度高、孔距要求严等情况下孔的加工是很有难度的，而且这还是工厂企业生产实际脱离不开的工作内容，这也是钳工怕打孔的“怕”字的原因所在，所以在钻床上加工各种孔型的训练是钳工基本功，也是实训教学的难点和重点。

在钻床上对实训工件进行各种孔型的练习加工，工件的装夹、找正、紧固是首要解决的技术问题，目前工厂企业生产一线使用最多的是通用类夹具——机用平口钳，多为金属材料制造利用螺旋机构实现工件夹持，具有结构简单、使用方便、价格低廉、适于粗加工特点，但对于形状复杂、尺寸、材质变化较大、精度要求高的孔型加工就难以从容应对了，特别是钳身和工件的定位夹紧是用螺杆机构实现的，其效率低、操作麻烦是其机构的一大缺憾。对于平口钳在使用中存在的问题，结合当前国家提倡的科技双创发展战略，我们开动脑筋利用掌握的专业知识技能进行了改进创新实践。下图是我们制作新型平口钳的示意图：

二、新型平口钳的结构和工作原理介绍

新型平口钳由以下部分组成：

①钳身   ②固定钳口   ③活动钳口  ④快换多用钳口  ⑤钳身底座永磁体  ⑥钳身旋转支撑座  ⑦永磁转换开关  ⑧偏心夹紧扳手

1.钳身固定采用永磁吸盘结构

传统平口钳的固定是由钳身底盘与钻床工作台T型槽中螺栓或压板完成的。一般操作步骤是先将工件在钳口找正夹紧进行试钻，孔位试钻找正后拧紧螺栓固定钳身进行钻孔工作，这样每钻一个孔就要松紧螺栓找正一次，特别是在加工一些孔径较小、孔数较多的情况下费时费力相当麻烦，目前在工厂企业中的师傅们，一般都是手扶钳子直接就操作了，可这对于刚接触钻孔操作的职校学生新手来说，如果不固定平口钳将存在着极大的人身安全隐患，也容易发生钳子跑位、钻孔偏斜、工件报废的事故，为了避免上述情况的发生，我们借鉴了永磁吸盘技术，在钳身底座部分设计安装了永磁吸盘机构，只要试钻找正了孔位，旋转一下磁性开关即固定了钳身，钻完孔后再旋转一下磁性开关钳子就可以轻松移动了，再进行下一个孔位的钻削加工。采用了永磁吸盘机构，使得钳子的固定方便快捷，既提高了操作安全可靠性又提高了钻孔的效率和加工的质量。

2、活动钳口夹紧移动采用锯齿形离合器机构

目前使用的平口钳钳口开合多采用螺杆机构传动，当夹持的工件尺寸变化较大时需螺杆旋转很多圈才能旋转到位，夹持效率低下，在无形中浪费了很多时间并且做了很多无用功，为了实现灵活快速定位夹持工件，我们将原来的螺杆机构设计成了锯齿形离合器机构，使钳口的移动轻松推拉就可完成，为了实现钳口的精准定位采用了精密细齿形式，设定齿距为1mm，保证了自锁偏心夹紧机构的功能可以可靠实现。在保证工件夹紧力和零件机构强度耐用可靠的情况下，我们参照机械零件设计手册对机构整体进行了强度校核计算。

3、活动钳口的紧固采用了偏心机构

在机床夹具中偏心机构应用较广，主要特点是机构相对简单，操作方便快捷，适用一些切削力和夹紧行程较小场合，我们设计的新型快速装夹平口钳在活动钳身内部设计了一个偏心机构，保证了在装夹工件时活动钳身能快速地装夹到位，节省了时间，提高了工作效率，通过查阅相关技术手册资料，根据平口钳尺寸规格在保证自锁的前提下确定了偏心轮的直径和偏心距及其他尺寸参数。

4、快换多功能钳口的应用

一般在使用过程中，平口钳自身会配备一对精密淬硬的钳口，但是在日常使用中，经常会遇到不同材质的被加工件需要加工，被加工件的硬度如果过低就会造成夹持的工件表面有所损伤，虽然采用传统的方法，在夹持工件外用铜片进行保护，但是还是解决不了根本问题，为了解决这些问题，传统的方法是针对各种不同材质、不同粗精表面、不同尺寸形状的工件，加工件的定位夹紧往往由操作师傅配做各式专用钳口或装置完成，这就限制了平口钳的应用范围和装夹效率，为了从根本上解决夹持工件问题，通过查阅相关机械切削手册，根据常用工件的形状种类、材质软硬、加工精度高低等需求的不同，制作了几组不同材质、形状、粗精的备用钳口，例如用于尺寸精度高的精密淬硬钳口;夹持圆柱类的V型钳口;保护精密光洁表面的铝、铜、尼龙材质的软钳口;夹持粗糙无基准表面的可调浮动钳口;组合钳口等。而且钳口的拆、装设计了卡扣，只要一按卡扣钳口就可以轻松拆下，安装便捷灵活，极大地方便了操作者使用。

5、可旋轉钳身的设计

在加工操作中，有些加工件的表面并不是平面，而是带有一定角度的斜面，这种工件在加工时给操作者带来了一定的难度，因为表面是斜面，则加工出来的孔可能也会导致倾斜，严重影响了加工精度和加工孔的质量，为了解决这一难题，方便钻削倾斜带角度的孔型，在钳身与底座之间安装设计了支架销轴，这样就可以保证活动钳身绕钳体旋转一定的角度，活动钳身可以在0～75?之间旋转，保证了多角度孔型的加工，增加了平口钳又一应用功能。

三、使用效果和功能评估

产品革新改进的目的是好用、耐用、安全高效，本着这一设计理念，在平口钳的设计制造中，我们参考借鉴了一些传统成熟的机构与加工制造技术，并把它们优化组合在一起，起到了优点放大效益增倍的效果。

此类新型快速平口钳的结构设计比较简单、合理，并且在加工制造过程中很容易实现， 对加工件的操作流程比较简单，在夹紧工件过程中夹紧力比较均匀和牢固，并且起到了省时省力的效果，能够保证平口钳在工作时的可靠性，因此这种新型快速平口钳在生产实践中具有非常高的实践应用价值，特别是可以大大缩短装夹工件的时间，提高工件的生产效率，可以降低成本，推广使用后可以广泛应用在机械领域中的钳工工作台和各种机床上进行加工工件。在钳工实训教学中经过指导教师的讲解示范，对第一次接触钻孔操作训练的入门新手来说，操作简单方便很快就可以掌握要领，而且操作安全，取得了良好的应用效果。

四、平口钳的优化措施及展望

随着电子科技产品的不断发展，对知识和技能的追求永远不会止步。新型快速装夹平口钳虽然解决了之前存在的问题，但是还有很多需要完善和改进的地方。目前的平口钳存在的问题是夹持力不可控，随机性大，而且不能显示夹紧力的大小，对于一些小型件、精密件加工时容易产生变形，导致产品报废，当夹持力过大时，容易引起表面损伤，对于同一产品不同操作人员加工时力量不同，重复性差。目前机械加工厂和相关专业学校使用的平口钳大多以加工金属件为主，在加工塑料和有色金属材料时，操作紧固力不当导致工件变形或损坏，造成不应有的损失。在当前科技发展日新月异的时代，机械传动智能化、数字化是发展的趋势，而数字化精密平口钳的研发将会打破这一僵局。随着传感器技术的发展，特别是自动化系统、人工智能、大数据和物联网等信息技术的快速发展，传统的行业可以和智能化的专业相结合，设计出更加便捷和智能化的产品，在了解了各类传感器的特性、工作原理之外，结合现有的技术手段，利用电路连接、数据融合等方式制作成一个单独的传感器测量力值大小的模块，能将使用的产品变得更加的柔性，便于后期加工制作。例如，可以设计在新型快速装夹平口钳的钳口部分安装一个可以测量力大小的传感器，传感器和液晶显示屏连接，在液晶显示屏上可以显示出当前夹紧力的数值大小，这样在装夹工件时可以根据材质的不同来调整夹紧力的大小，提高了加工效率，使待加工工件更加人性化，更贴合实际。

科技进步，技术革新只有起点没有终点，保持永久的学习能力、不断给自身充电是一个人社会价值的核心所在，培养学生的核心能力就是培养他们对事物的创新能力。天津市举办的“挑战杯”——彩虹人生天津市职业学校创新创效创业大赛的进行，发挥大家的集体智慧，新型快速装夹平口钳应运而生了，通过学校的双创比赛的指引，在传承传统技能的基础上，优化平口钳的结构和功能，使这种新型快速装夹平口钳的价值发挥到最大。设计制作的新型快速装夹平口钳已经在实际加工中采用，取得了良好的效果，发挥了重要的实际应用价值，为下一步继续优化奠定了基础，为更多人的使用带来了无限的潜力，我们将在实践中逐步改进完善机构，期待有更加优质先进的产品诞生。

参考文献

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