一种台虎钳可升降式六边形钳工工作台设计

刘树胜 梁永艳 石南辉 刘浩宇

摘要： 为了更好的进行钳工作业及操作现场的整洁，对原有的钳工工作台进行了改造，設计一种台虎钳可升降式六边形钳工工作台，该钳工台采用六边形设计，六边形平台沿边下面对应有三层抽屉，可以收纳工量具，平台上面中间位置用梯形档板，档板中间加有一层隔板，用来摆放量具，实现工量具分开摆放，同时六边形钳工工作台共有六个工位，相对于一般的长方形钳工工作台，每个工作台增加了两个工位，更好的满足需求。台虎钳采用剪刀式升降机构，可满足不同身高人的需求。

Abstract： In order to make full use of the space， ensure the normal operation of the fitter and the tidiness of the training site， the original fitter table was reformed， and a new type of fitter table with hexagonal shape and adjustable height was designed， the bench adopts a hexagonal design. Three drawers are arranged on the bottom edge of the hexagonal platform to accommodate measuring tools. A vertical baffle plate is arranged in the middle of the platform， and a partition plate is added in the middle of the baffle plate for placing measuring tools， at the same time， the hexagon fitter training table has six workstations. Compared with the rectangular fitter training table， the hexagon fitter training table has two workstations each， which can better meet the needs of training and teaching. Table Vice adopts scissors type lifting mechanism to meet the needs of different students. The new fitter training table can be used in schools with fitter training programs.

关键词： 六边形钳工台;剪刀式升降机构;静力分析

Key words： hexagon bench;lifting vise;static analysis

中图分类号：TH122                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）19-0066-02

0  引言

目前，尽管科学技术飞速发展，各种机械设备不断更新，机械加工范围不断扩展，但是一些基础工作还是要通过钳工操作来完成。可以看到，一些采用机械方法不适宜或不能解决的加工，都可由钳工来完成[1]。传统的钳工工作台，大多都是固定在一个位置，且工作台台面比较小，另外台虎钳的高度都是固定的，不能根据操作者的身高进行高度调节，为满足不同身高操作者的使用需求，设计一种台虎钳可升降式的六边形钳工工作台，既可以用于企业生产操作，也可以用在学校的实训教学。

1  总体设计

六边形钳工工作台，以六组三层抽屉为底座，六组三层抽屉呈六边形分布，与地面接触面积大，稳定性好，六组抽屉上面是六边形工作台，抽屉与六边形工作台底部的边沿一一对应放置，六边形工作台中间用六块通过电焊焊接在一起的梯形档板来作为隔档，顶部同样盖有一层六边形盖板，盖板下面装有日光灯，中间加有一层六边形隔板，用来摆放量具。六边形工作平台上面装有剪刀式升降机构，剪刀式升降机构支撑平台上固定有台虎钳。六边形工作台下面的抽屉分为三层，可以分将工具、量具和其他物品进行分别存放。六边形台虎钳可升降式钳工工作台，如图1所示。

1.1 三层抽屉设计的工量具收纳柜  在六边形钳工工作台底部是六组三层收纳抽屉，外部可做好标识，第一层放量具，第二层放工具，其他物品放在第三层抽屉，抽屉内部也规定好各个工量具的具体存放位置并做好标识工作。每次实训结束后，为了保证实训环境整洁有序，养成良好的工程习惯和素养，指导教师需强调学生按6S管理规范要求，将工具、量具等统一收纳到三层抽屉中的相应位置摆放。

1.2 放置量具的中间隔板  在六边形钳工工作台挡板中间加有一层隔板，主要用来摆放操作过程中使用的量具等，避免工量具摆放在一起比较混乱，特别是一些精度比较高的量具，跟工具摆在一起，容易损坏，影响量具精度，将量具放在隔板上，工具放在工作台台面上，实现工量具分开摆放，避免了工量具混在一起摆放的情况。

1.3 保证工作台光线度的照明灯  钳工操作过程中需要经常对工件的质量进行检查，在测量过程中需要良好的光线度，比如在检查平面度过程中，刀口尺检测锉削平面的平面是否符合要求，就需要观察刀口尺与锉削平面间的透光是否均匀。六边形钳工工作台每一个工位顶部都安装有一个日光灯，可提高工作区域的光亮度，特别是在光线比较昏暗的时候进行钳工作业时，比较好地保证钳工操作区域的光线亮度，有助于操作者更好的操作及测量。

2  剪刀式升降机构的使用

传统的钳工工作平台，台虎钳都是固定在钳工工作台台面上，台虎钳只能旋转不能根据使用者的身高进行高度调节，剪刀式升降机构不仅能为台虎钳提供支撑，同时也能利用剪刀式升降机构原理在一定范围内实现台虎钳的高度调节，在台虎钳支撑平台底部设有加强筋，可更好的满足使用要求。剪刀式升降机构底座通过螺栓连接固定在钳工工作台台面上，剪刀式升降机构支撑平台与台虎钳底座用螺栓固定连接，剪刀式升降机构底座与支撑平台之间靠支架支撑链接，支架两端分别是与升降机构支撑平台和升降机构底座铰接连接和在升降机构底座滑动槽内移动，两组支架铰接在一起为支撑平台提供支撑和升降，支架底部连接杆中间位置装有一根丝杠，通过手动旋转丝杠来实现支架移动，从而带动升降机构支撑平台上下移动，实现位置高度的调节。剪刀式升降机构通过改变剪刀叉角度来实现支撑平台的上升和下降[2]，在升降机构底座和支撑平台两边分别有两个紧固螺母，当台虎钳高度调节到合适位置后，将升降机构底座和支撑平台两边的各两个紧固螺母拧紧，起到固定位置作用，从而提高升降机构稳定性。剪刀式升降机构结构简图，如图2所示。

3  静力分析

3.1 三维模型的建立及网格划分  剪刀式升降机构是该钳工平台的关键机构，它的承载能力直接关系到台虎钳的使用，因此有必要对其进行受力分析。剪刀式升降机构三维模型通过UG建立，如图3所示，导入ANSYS中进行分析，为了减少计算量提高精确性，选取剪刀式升降机构中的剪刀架导入ANSYS中进行静力分析，模型如图4所示。剪刀式升降机构中，剪刀架材料是Q235钢，材料的力学参数如下：弹性模量E=200GPa;泊松比μ=0.3;密度ρ=7850kg/m3;屈服强度δs=235MPa;利用上述参数对剪刀架进行有限元网格划分，划分结果如图5所示。

3.2 施加约束和载荷  剪刀架的强度直接影响剪刀升降机构的整体质量，通过用有限元软件对剪刀架的受力情况进行模拟仿真分析，进而校核其强度[3]。结合剪刀升降机构的整体结构受力情况，对剪刀架进行约束和施加载荷，并对结果进行分析。

剪刀架的变形云图，如图6所示，从图中可以看到，剪刀架的最大变形量发生在剪刀支架与支撑台虎钳平台连接处，最大变形量为5.39×10-3mm。剪刀架的应力云图，如图7所示，从图中可以看到，剪刀架最大应力发生在两个剪刀架的铰接连接处，最大应力值为14.274MPa，剪刀架的最大应力小于材料的屈服极限，满足强度要求。

4  结语

台虎钳可升降式六边形钳工工作台的设计，确定了升降机构的结构和需要满足的尺寸，利用UG建立三维模型以及进行了静力分析，验证了机构的安全性和合理性[4]。本设计为不同身高的钳工操作人员提供了参考性，也为台虎钳可升降式钳工工作平台提供了一种较为可行的设计方案。

参考文献：

[1]张妮妮.钳工教学的探索与实践[J].南方农机，2018（15）：111.

[2]黄雄辉，陈鹤，陈卫灵.果园高架升降平台结构的有限元分析及模拟仿真[J].现代农业装备，2019，40（04）：19-23，29.

[3]刘建国，张魄珊.舞台剪刀撑升降機构的三维建模及仿真分析[J].机械研究与应用，2017，6（20）：68-69.

[4]王利，张晓玉，张建国，等.滑轨式移乘洗浴装置内升降机构的设计及分析[J].机械设计与制造，2012（07）：3-5.

[5]梁薇.一种六边形综合实训工作台[P].北京：CN204791721U，2015-11-18.

[6]陈刚.可升降钳工台的液压回路设计[J].液压与气动，2009（8）：25-27.

[7]孙国勋.手动多用液压台台虎钳设计[J].机械工程师，2017（9）：85-87.