普通虎钳多功能研究

摘要：虎钳是一种可用于多设备的定位夹紧工具。普通虎钳定位方式固定、单一，无法满足现在产品的多样化需求，在使用中存在较多的缺陷。针对普通虎钳的缺点，对其进行一定的改进，使其能够满足多场合、多产品的使用。改进后虎钳主要的工作原理为齿轮啮合。为了能够满足两个活动钳口同时做相向或背向运动，从而达到运动过程中两活动钳口之间自动定心，就需要通过旋转小锥齿轮带动大锥齿轮旋转。另外，加装一定的定位装置，对减少工作量提高效率与保证产品质量有非常大的帮助。

關键词：虎钳；定位；提高效率

中图分类号：TG93  收稿日期：2023-04-02

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.020

1 前言

虎钳是一种常用在钳工车间、机械加工车间的夹具，一般与设备工作台配合使用。它主要由固定钳口、活动钳口、丝杆、底座、定位夹紧槽、手柄等构成。虎钳主要起对工件的定位与夹紧的作用，适用于平板类零件、异性类零件等，但是局限性较大，夹持对象一般是形状相对规整的毛坯，同时还存在长时间使用夹紧力下降的现象[1]。

2 传统虎钳

传统虎钳有一个固定钳口和一个活动钳口，即只有一个钳口可以活动。在装夹过程中，将工件置于两钳口中间，通过手柄带动丝杆旋转，进而带动活动钳口开合满足工件的装夹要求。同时，由于零件的外形不同、大小各异，需要经常开合活动钳口。因为大部分采用单线螺杆传动，夹持费时费力，不仅劳动强度高，而且效率低下；同时，对于操作人员来说要求也较高，因为是手动对刀，没有一定的技术功底容易增加废品率。图1所示为传统虎钳简构[2]。

对于需要进行重复定位的加工产品，传统虎钳不能更好地设置固定的定位点。现在大部分解决方式是依靠外部定位，每次使用都需要寻找合适的定位装置并反复调试，直到效果最佳，这就增加了调试时间，降低了生产效率。因此，迫切需要设置侧面的定位装置以解决侧定位问题。

在日常使用中还有一个问题会经常困扰大家，传统虎钳基本都为开放式，加工过程中的切屑会进入到丝杆中，有时切屑会阻碍丝杆正常的传动，甚至会加快丝杆的磨损程度，使虎钳的使用寿命有所缩短。

针对以上问题，拟对普通虎钳进行改装，让虎钳的结构更加简单，使安装与拆卸更加方便，从而提高工件的装夹速度，也能保证在批量加工中减少重新对刀的次数，提高整体生产效率，节约成本。针对以上问题拟做如下主要改动：钳口自定心，且都为活动钳口，并在钳口处留V形槽；增加定位装置[3]。

3 改进后的虎钳

如图2所示，改进后的虎钳包含以下构件：编号为13和16的活动钳口一和二，编号为11的底座，编号为12、14、15的定位装置。其中底座还包含上下端盖和大小锥齿轮，在下端盖上设置固定的大锥齿轮，通过紧固螺栓使上下两端盖固定连接，在上端盖的侧面开设一通孔用来安装小锥齿轮，并且保证与大锥齿轮完好的配合，改进后虎钳主要的工作原理为齿轮啮合。

为了能够满足两个活动钳口同时做相向或背向运动从而达到运动过程中两活动钳口之间自动定心，需要通过旋转小锥齿轮带动大锥齿轮旋转。同时，为了提高装夹效率与保证整体产品加工效率，加装了一定的定位装置。

4 改进后虎钳更好功能的优化

a.实现两活动钳口之间自动定心功能。有效地借助齿轮啮合原理，大锥齿轮与小锥齿轮上设置有相互配合的直齿，使用时用扳手转动小锥齿轮，通过齿轮传动带动大锥齿轮旋转，这样就带动两个活动钳口同时闭合或同时松开[4]。

详细工作说明如下：在下端盖上固定的大锥齿轮上加工有端面螺纹，齿牙均布于大锥齿轮外圈。上端盖的侧面开有通孔，安装小锥齿轮，小锥齿轮与大锥齿轮能够配合。上下两端盖的连接采用绝大多数卡盘的连接方法即紧固螺栓。在上端盖的两侧加工有对称与中心的起导向作用的T形槽，而两个活动钳口能够更好地滑动并贴合在上端盖上，正是取决于此T形槽，在两个钳口的下方设置有一导向凸台，大锥齿轮上端导轨与导向凸台相配合，这样大大提高了自动定心的可靠性[4]。

b.实现在虎钳上装夹圆柱件并且保证圆心位置固定。将V形槽开设在两个活动钳口的夹持面上，这样在对于圆柱状零件装夹时保证圆心在同一位置会更加便捷、高效。

c.实现侧面定位功能，可以应对多种尺寸的毛坯定位问题。有两种方式：①侧面定位装置一为L形螺杆定位器，包括夹板、L形螺杆，其中在夹板内设螺纹孔，L形螺杆在长边方向加工与夹板螺纹孔配合的外螺纹，夹板与钳口上螺栓相连接，用螺母将夹板与L形螺杆固定连接（图3侧面定位装置一）；②侧面定位装置二为侧边连杆定位器，其中包括活动螺杆、两个连杆、基座。基座与上端盖通过T形槽配合插接，在基座上加工螺钉孔并安装合适内顶丝便于固定在上端盖上。而连杆一与基座、连杆一与连杆二的连接，从便于调整的角度来考虑，均采用连接轴连接，最后用螺钉固定。活动螺杆通过螺纹与连杆二连接，并且为了避免划伤工件，活动螺杆的端面采用球面结构（图4侧面定位装置二）。

d.为了减少铁屑进入虎钳，活动钳身采用探头式，尽可能避免切屑进入丝杆安装处，减少磨损。

5 改进后虎钳的应用案例

5.1 实施案例一

用活动钳口上V形口对圆柱形零件使进行装夹，不同直径不影响圆心位置。将零件放在两活动钳口中间，使用扳手转动小锥齿轮19至工件夹紧为止。

如图5所示，下端盖21上固定的大锥齿轮20上具有螺纹导轨18，大锥齿轮20外圈具有齿牙。上端盖22的侧面开有通孔，安装小锥齿轮19，小锥齿轮19与大锥齿轮20能够配合。上下两端盖的连接采用绝大多数卡盘的连接方法即紧固螺栓。在上端盖22的两侧加工有对称于中心的起导向作用的T形槽，而两个活动钳口13、16能够更好地滑动并贴合在上端盖22上，这取决于此T形槽，在两个钳口的下方设置有一导向凸台16.1，大锥齿轮上端导轨18与导向凸台16.1相配合。大大提高了自动定心的可靠性。工作时将扳手插入小锥齿轮19上方孔并转动小锥齿轮19即可达到活动钳口13与16松开或夹紧的效果。开设有V形槽15的活动钳口一13、活动钳口二16起到固定圆柱形零件的作用。图5在使用时需将安装在两活动钳口上护口板拆卸。

5.2 实施案例二

对于一些工件长度大于钳口长度的情况夹，其装夹的重复定位精度借助于活动钳口13上方固定的L形螺杆定位器12来保证。需要使用时用螺钉固定夹板12.1与活动钳口12的组合体，将L形螺杆12.2带有外螺纹的一端拧入夹板12.1上的螺纹孔，根据工件的大小来调整伸出的长度，最终使短边接触零件表面，此时使用固定螺母锁紧位置，然后使用扳手转动小锥齿轮19至工件夹紧为止[5]。

如图6所示，虎钳零部件13、16、16.1、18～22等的表述均与案例一相同，这里不再赘述。L形螺杆定位器12包含两个部件分别是夹板12.1、L形螺杆12.2，夹板12.1内含螺纹孔。L形螺杆12.2与夹板12.1通过内外螺纹配合连接，用螺栓将夹板12.1连接在钳口13上， L形螺杆12.2与夹板12.1的固定用螺母[6]。此图例实施时需将护口板17用螺钉紧固在V形活动钳口13和16。

5.3 实施案例三

对于一些形状比较复杂而且尺寸较小的零件的定位，我们使用侧边连杆定位器14来辅助。使用时先根据零件的规格初步调整侧边连杆定位器14与上端盖22的配合位置，然后插入T形槽并移至该位置，再放置零件与两活动钳口之间，接着调整侧边连杆定位器14至合适位置，将内顶丝拧紧固定位置。把活动螺杆14.4旋入连杆二13.3上的螺纹孔，使活动螺杆14.4带有球面的端面与零件表面接触。此时拧紧螺钉使连杆一14.2与连杆二14.3位置固定，使用扳手转动小锥齿轮19将工件夹紧。

如图7所示，结合图6，将基座14插接在上端盖22的T形槽中，两者用螺钉固定连接。用连接轴分别把连杆一14.2与基座14、连杆二14.3与连杆一14.2连接，并用螺钉固定，便于调整位置。活动螺杆14.4通过螺纹与连杆二14.3连接，活动螺杆14.4端面采用球面表面划伤接触平面。此图例实施时需要结合所装夹零件形状是否为圆柱形状而决定是否将护口板17进行安装或拆卸。虎钳其余工作方式同实施例1、2，在此不再赘述。

6 结语

改进后的虎钳较原来普通虎钳在功能上有了较大的提高，可以实现更多形状毛坯的装夹，同时大大地提升了定位的精度，有利于保证产品质量。另外对操作者来说，不需要在工件的定位上花费大量的精力，对于提升整体生产效率有很大的帮助。

参考文献：

[1]申宾德，陈佰旺一种机加工用通用柔性虎钳的设计與开发[J]机械研究与应用，2022，35（3）：92-93+97

[2]王鹏，杨明，秦长剑，等水平定向钻机虎钳整移问题及改进措施[J]工程机械与维修，2021（6）：35

[3]盖立武，郭彩芬，万长东，等一种异形轴式快速夹紧虎钳的设计[J]现代制造工程，2021（10）：132-135

[4]李国伟一种方便定位的虎钳[P]中国：CN2020232177862，2020-02-02.

[5]吕梅娟，冯东东，朱亚军用三向虎钳加工可转位车刀工艺角度的换算方法[J]工具技术，2008（11）：109

[6]许连杰一种自带垫铁的虎钳加工工艺分析[J]现代制造技术与装备，2017（12）：136-137

作者简介：

刘居康，男，1986年生，讲师，研究方向为机械制造。