论文部分内容阅读
本方案对原有机用平口钳结构进行了优化设计，从综合性能、性价比、加工装配、维护使用等诸多因素综合考虑，解决机用平口钳使用时工件“上翘”缺陷。力争在保证总体结构原理变化不大、产品成本增加很少的情况下，实现平口钳性能更稳定、精度提高、使用维护更安全、方便。机用平口钳原理改进方案活动钳口机用平口钳夹具，是机械加工过程中不可缺少的附件之一，是一种应用范围广、定位精度较高、成本低、操作简便的通用夹具。平口钳主要包括底座，底座上有能够相对于底座转动的钳体，钳体上有与钳体相配合并能够左右移动的滑板，滑板的右端固连有钳口，滑板内有与钳体固连的螺母，螺母内有与之相配合并能够驱动滑板往复移动的丝杠，在与钳口相对应的位置上有与钳体活动连接不同形状的钳口台。可在铣、刨、镗、钻、磨等机床上直接装夹不同形状的工件。
实际生产加工过程中，采用现有机用平口钳装夹工件时，在平口钳活动钳口侧工件“上翘”，需反复敲打，这样工件装夹时效率低、可靠性差，也无法保证加工面与基准面的平行度、尺寸等加工精度，影响加工质量。所以决定对现有的机用平口钳进行性能改造，解决机用平口钳使用时工件“上翘”缺陷。如果改变平口钳的这一缺陷，对保证零件的加工质量，降低生产成本，减轻操作者的劳动强度，提高经济效益等都有极其重要的现实意义。
一、“上翘”产生原因分析
1.原因分析
研发初期的缺陷原因分析，是解决问题的关键，只有得出正确的分析结论，才有合理的解决方法和解决方案及配套的相关实施手段和措施。通过对工件“上翘”（在活动钳口侧）现象分析，产生原因可能为如下几种情况：
（1）操作不当（工件没有放平）；（2）钳口松动；（3）滑板与底座导轨产生间隙过大（紧固螺钉松动或磨损产生）；（4）丝杠、螺母产生间隙；（5）结构原理不合理等。
2.平口钳装夹工件力学模型分析
从下图力学模型上分析，在夹紧工件时，平口钳底座固定，夹紧力的作用会产生使滑板顺时针翻转力矩，钳口“上翘”，通过钳口与工件间产生的向上摩擦力，是工件“上翘”主要原因。
二、改进方案
1.解决方法。通过对上述因素进行初步改进，即将工件放平、将松动螺钉拧紧，工件仍无法夹平。将滑板与底座导轨间的间隙调整好后，工件的装夹效果大大改善。丝杠、螺母间产生的间隙调整却很困难。但工件“上翘”现象仍存在，无法保证完全夹平。应采取具体结构原理、组成部件、装配方式、操作方法等多项切实可行的合理方案，才能解决平口钳存在的上述缺陷，达到平口钳性能提高的目的。
2.改进方案及力学模型。将滑板上的钳口做成活动钳口，钳口与滑板以图示斜面（燕尾槽）接触。在夹紧工件时，虽然，滑板“上翘”，但活动钳口因斜面作用会下移，通过摩擦力，带动工件下移，解决了工件”上翘”的问题，同时，使活动钳体的压板受力减小，磨损减小，使用性能提高。三、结构设计方案
基于上述初衷，尽量保持其基本组成部件变化不大，仍由6大基本部件构成，即“钳体、固定钳体、固定钳口、活动钳体、活动钳口、丝杠螺母机构”等。我们在充分分析、借鉴国内外现有产品的基础上，重点在平口钳结构布局、工作原理、组成部件和结构设计上进行了研究。
1.结构原理。从综合性能、性价比、加工装配、调试检测、维护使用等诸多因素综合考虑，最终确定以常用的手动机械结构为方向，采用丝杠下位式“活动钳口斜面结构布局”。改进后的实际结构原理如图所示：
2.零件结构设计。零件结构设计是实现上述功能的关键，特别是活动钳口的材料选择、倾斜角度计算、活动钳口与活动钳体的连接方式、组成结构是整套装置的关键。
（1）斜钳口倾斜角度。斜钳口倾斜角度的设计至关重要，直接影响平口钳的综合性能，通过分析计算、优化选择，最终确定其倾斜角度为45°，经验证，可确保平口钳操作自如、稳定可靠。
（2）活动钳口恢复机构设计。因为活动钳口结构不规范、尺寸比较小、恢复机构结构原理的可选择范围是有限的，既要有足够的抵抗切削力、自重及摩擦的性能，但不能过大，否则工件装夹阻力很大，很难实现夹具的基本功能，可以采用螺旋弹簧，也可以采用板弹簧，但考虑其综合性能，以螺旋弹簧为优选。
四、结束语
通过改进后的机用平口钳，完全解决了平口钳装夹时工件“上翘”的缺陷，从综合效益上讲，首先，装夹工件时，可靠性好，保证不“上翘”；其次，装夹工件效率高；其三，机用平口钳的成本增加不大，增幅在20%左右具有巨大的市场推广空间。
参考文献：
[1]黄凯兵.平口钳的改进[J].机械制造，1999，（02）.
[2]舒爱环.快速夹紧平口钳[J].现代制造工程，2004，（03）.
[3]王徐生.平口钳钳口的改进[J].机械工人·冷加工，1996，（10）.
[4]葛震.普通平口钳改造为自定心平口钳的方法[J].职业，2010，（32）.
本文系2010年度吉林省教育厅“十一五”科学技术研究课题《多功能机用平口钳性能改造》的研究成果之一。
课题合同号：吉教科合字[200]第538号。
实际生产加工过程中，采用现有机用平口钳装夹工件时，在平口钳活动钳口侧工件“上翘”，需反复敲打，这样工件装夹时效率低、可靠性差，也无法保证加工面与基准面的平行度、尺寸等加工精度，影响加工质量。所以决定对现有的机用平口钳进行性能改造，解决机用平口钳使用时工件“上翘”缺陷。如果改变平口钳的这一缺陷，对保证零件的加工质量，降低生产成本，减轻操作者的劳动强度，提高经济效益等都有极其重要的现实意义。
一、“上翘”产生原因分析
1.原因分析
研发初期的缺陷原因分析，是解决问题的关键，只有得出正确的分析结论，才有合理的解决方法和解决方案及配套的相关实施手段和措施。通过对工件“上翘”（在活动钳口侧）现象分析，产生原因可能为如下几种情况：
（1）操作不当（工件没有放平）；（2）钳口松动；（3）滑板与底座导轨产生间隙过大（紧固螺钉松动或磨损产生）；（4）丝杠、螺母产生间隙；（5）结构原理不合理等。
2.平口钳装夹工件力学模型分析
从下图力学模型上分析，在夹紧工件时，平口钳底座固定，夹紧力的作用会产生使滑板顺时针翻转力矩，钳口“上翘”，通过钳口与工件间产生的向上摩擦力，是工件“上翘”主要原因。
二、改进方案
1.解决方法。通过对上述因素进行初步改进，即将工件放平、将松动螺钉拧紧，工件仍无法夹平。将滑板与底座导轨间的间隙调整好后，工件的装夹效果大大改善。丝杠、螺母间产生的间隙调整却很困难。但工件“上翘”现象仍存在，无法保证完全夹平。应采取具体结构原理、组成部件、装配方式、操作方法等多项切实可行的合理方案，才能解决平口钳存在的上述缺陷，达到平口钳性能提高的目的。
2.改进方案及力学模型。将滑板上的钳口做成活动钳口，钳口与滑板以图示斜面（燕尾槽）接触。在夹紧工件时，虽然，滑板“上翘”，但活动钳口因斜面作用会下移，通过摩擦力，带动工件下移，解决了工件”上翘”的问题，同时，使活动钳体的压板受力减小，磨损减小，使用性能提高。三、结构设计方案
基于上述初衷，尽量保持其基本组成部件变化不大，仍由6大基本部件构成，即“钳体、固定钳体、固定钳口、活动钳体、活动钳口、丝杠螺母机构”等。我们在充分分析、借鉴国内外现有产品的基础上，重点在平口钳结构布局、工作原理、组成部件和结构设计上进行了研究。
1.结构原理。从综合性能、性价比、加工装配、调试检测、维护使用等诸多因素综合考虑，最终确定以常用的手动机械结构为方向，采用丝杠下位式“活动钳口斜面结构布局”。改进后的实际结构原理如图所示：
2.零件结构设计。零件结构设计是实现上述功能的关键，特别是活动钳口的材料选择、倾斜角度计算、活动钳口与活动钳体的连接方式、组成结构是整套装置的关键。
（1）斜钳口倾斜角度。斜钳口倾斜角度的设计至关重要，直接影响平口钳的综合性能，通过分析计算、优化选择，最终确定其倾斜角度为45°，经验证，可确保平口钳操作自如、稳定可靠。
（2）活动钳口恢复机构设计。因为活动钳口结构不规范、尺寸比较小、恢复机构结构原理的可选择范围是有限的，既要有足够的抵抗切削力、自重及摩擦的性能，但不能过大，否则工件装夹阻力很大，很难实现夹具的基本功能，可以采用螺旋弹簧，也可以采用板弹簧，但考虑其综合性能，以螺旋弹簧为优选。
四、结束语
通过改进后的机用平口钳，完全解决了平口钳装夹时工件“上翘”的缺陷，从综合效益上讲，首先，装夹工件时，可靠性好，保证不“上翘”；其次，装夹工件效率高；其三，机用平口钳的成本增加不大，增幅在20%左右具有巨大的市场推广空间。
参考文献：
[1]黄凯兵.平口钳的改进[J].机械制造，1999，（02）.
[2]舒爱环.快速夹紧平口钳[J].现代制造工程，2004，（03）.
[3]王徐生.平口钳钳口的改进[J].机械工人·冷加工，1996，（10）.
[4]葛震.普通平口钳改造为自定心平口钳的方法[J].职业，2010，（32）.
本文系2010年度吉林省教育厅“十一五”科学技术研究课题《多功能机用平口钳性能改造》的研究成果之一。
课题合同号：吉教科合字[200]第538号。