绞肉机送料螺杆专用夹具设计

2020-08-25盖立武

机械工程与自动化 2020年4期

顾星，朱玮，盖立武

(1.苏州市职业大学机电工程学院，江苏苏州 215104； 2.苏州讯飞达自动化科技有限公司，江苏苏州 215002 )

0 引言

在机械零件加工制造过程中，夹持圆柱类零件时通常使用的是三爪卡盘这种机床标准配置的夹具。但是由于三爪卡盘卡爪短，而且卡爪数量只有三个，因此在夹持螺杆类零件时，其夹持长度以及在圆周方向夹持的完整度上无法完全避开螺旋沟槽特征，这样就无法正确稳定夹持螺杆类零件。又由于三爪卡盘重量较大，使用时需要辅助工具，绝大部分时间只能固定在车床主轴上使用，因此，三爪卡盘的扩展性受到了限制。

随着工业技术的不断发展，自动化生产的需求越来越旺盛，非标自动化设备的运用也越来越广泛。大量企业在生产转型升级过程中，装备自动化也在不断推陈出新，在一些自动化装备设计、研制、开发过程中，当遇到需要夹持螺杆类零件的时候，就需要一种能替代三爪卡盘的自定心[1]夹紧装置[2]，以满足现代生产的需要。

1 螺杆类零件的夹持工艺分析

螺杆类零件是常见的一种机械零件，比如钻头、丝杆、蜗杆、绞肉机送料螺杆等，这些都属于圆柱类零件，它们的共同特点是圆柱体表面带有螺旋沟槽特征，并且不同零件的螺旋沟槽特征的螺旋角度、数量、沟槽深度等都不一样，如图1所示家用绞肉机送料螺杆。

图1 绞肉机送料螺杆

为了满足现代化生产的需要，针对图1所示的绞肉机送料螺杆零件专用夹具的设计有以下几点需求：①设计一种带有六个以上长卡爪的夹紧装置，夹紧装置可以快速有效夹持表面带有螺旋沟槽特征的圆柱体零件；②在夹持范围内，无论零件直径大小，夹持中心保持不变，并且较长的零件可以穿过夹紧装置；③装置可以通过同步皮带连接到自动化装备的伺服电机，从而实现机械自动化控制，实现零件紧固自动化、装置使用自动化。

2 夹具的设计

针对图1所示的绞肉机送料螺杆零件设计了一种双锥面[3]驱动定心夹紧[4]装置，如图2所示。

1-固定套;2-传动套筒;3-轴承;4-下锥套;5-上锥套;6-卡爪;7-螺杆零件;11-固定套螺纹;21-传动套筒同步齿;22-传动套筒螺纹；41-下锥套斜面T型槽;51-上锥套斜面T型槽;61-卡爪斜面T型滑轨

2.1 夹具的工作原理

图2为双锥面驱动定心夹紧装置夹紧工作状态时其内部结构，可以看出夹紧装置主要由固定套1、传动套筒2、轴承3、下锥套4、上锥套5、卡爪6、固定套螺纹11、传动套筒同步齿21、传动套筒螺纹22、下锥套斜面T型槽41、上锥套斜面T型槽51、卡爪斜面T型滑轨61等主要零件和主要特征组成。工作时，当传动套筒旋转带动固定套作轴向相对运动，带动其内部的上、下锥套一起作轴向相对运动；在锥套T型槽的作用下，卡爪作径向开合运动，实现夹紧、放松圆柱体零件的功能。该夹具可快速有效夹持螺旋杆零件，在夹持范围内，无论零件直径大小，夹持中心保持不变。

在夹持螺旋杆零件时，只需将螺杆零件7放置到夹具中心，启动自动装置电机，电机动力通过皮带带动传动套筒2旋转。由于传动套筒螺纹22与固定套螺纹11是螺纹啮合的，因此当传动套筒2转动时，固定套1和传动套筒2之间会产生相对运动，也就是轴向收缩运动。这时固定套1直接带着锥套5作轴向运动，因传动套筒是旋转工作的，因此下锥套4就通过与传动套筒2连接的轴承3作轴向运动。这样传动套筒2旋转带动固定套1作轴向收缩运动的同时，固定套1和传动套筒2还带着分别与其配合的上锥套5和下锥套4也产生轴向闭合运动，也就实现了将传动套筒2的旋转运动转变为轴向运动的功能。

在上锥套5和下锥套4作轴向闭合运动的同时，在其斜面T型槽41、51的作用下，驱动分别与其配合的6个卡爪斜面T型滑轨61，使6个卡爪同时作径向向心运动，直到将螺杆零件7夹紧，也就将上锥套5和下锥套4的轴向闭合运动转变为6个卡爪的径向运动。

2.2 夹具关键零部件的结构设计

设计的双锥面驱动定心夹紧装置为圆筒状结构，由动力连接、动力传输、径向可调几个功能为主线。外部主要结构件由上、下两个套筒组成，其中一个套筒外侧带有同步齿，通过同步皮带连接到自动化装备的伺服电机。

两个套筒通过螺纹连接作为动力传输，一个套筒旋转的时候，可以驱动另一个套筒进行轴向伸缩运动。两个套筒内分别装有锥套，锥套内带有平行于锥度面的T型凹槽。装置内设计有6个片状卡爪，卡爪一侧两端带有凸状斜面T型滑轨，卡爪的凸状斜面T型滑轨和锥套内的T型凹槽连接配合。当两个套筒作轴向相对运动的时候，带动锥套一起作轴向相对运动，在锥套T型凹槽的作用下，卡爪作径向运动，具备了夹紧和放松零件的功能，实现了双锥面驱动。

图3为双锥面驱动定心夹紧装置整体结构，外部为圆筒状结构，由固定套1和传动套筒2组成，通过螺纹连接传动。其中传动套筒2外圆柱面上的传动套筒同步齿21，可以连接同步皮带，从而与自动化装备的伺服电机连接。

1-固定套;2-传动套筒;11-固定套螺纹;21-传动套筒同步齿

图4为安装在套筒内部的上、下锥套，上、下锥套结构特征、尺寸完全相同，锥套内有6个均布的T型凹槽，并且T型凹槽与锥套锥度面平行。

图5为卡爪，卡爪一侧两端带有对称分布的凸状斜面T型滑轨，斜面T型滑轨的倾斜度与锥套的锥度匹配。

图6为卡爪和锥套配合状态，卡爪的斜面T型滑轨和锥套内的T型凹槽连接配合。下锥套4通过下锥套斜面T型凹槽41与卡爪斜面T型滑轨61配合，并可以沿斜面T型滑轨作斜向滑动。

4-下锥套; 5-上锥套;41-下锥套斜面T型槽 51-上锥套斜面T型槽(a)下锥套 (b)上锥套

6-卡爪; 4-下锥套; 6-卡爪; 61-卡爪斜面T型滑轨 41-下锥套斜面T型槽；

图7为双锥面驱动定心夹紧装置上、下锥套和卡爪配合位置，夹紧装置中带有6个片状卡爪，6个卡爪的斜面T型滑轨分别和上、下锥套的斜面T型槽配合，随着上、下锥套之间的轴向开合运动，上、下锥套斜面T型特征迫使所有与其配合的卡爪同时作径向开合运动，达到松紧圆柱体的目的。

4-下锥套;41-下锥套斜面T型槽;5-上锥套;51-上锥套斜面T型槽;6-卡爪

3 夹具的结构特点

该专用夹具的结构有以下特点：①上、下锥套两个相同的锥套斜面T型凹槽同时驱动卡爪，实现夹具卡爪自定心；②夹紧装置整体结构简单，零件结构简单，卡爪数量多，可保证螺旋曲面圆周方向有效夹持；③固定套和传动套通过螺纹连接，传动可靠、稳定；④实现了将旋转运动转变为卡爪径向运动；⑤由于夹紧装置体积小、重量轻，应用在自动化装备时只需将传动套筒同步齿通过同步皮带连接到自动化装备的伺服电机，就可以实现机械自动化控制，实现零件装夹自动化、装置使用自动化，使用方便快捷；⑥夹持的零件可以穿过夹具体，对零件的长度要求降低。