姜 燕 佟 宇

（大連理工大學機械工程學院，遼寧大連116024）

本課題應(yīng)天津卡普林熱處理有限公司要求，設(shè)計一臺專用管螺紋加工機床，要求生產(chǎn)的螺紋管屬于大直徑薄壁工件。在車削加工時，如果設(shè)計的機床采用普通三爪卡盤夾緊機構(gòu)，由于裝夾、切削力等因素，工件極易變形，很難保證工件的加工精度和使用要求，且手動夾緊機構(gòu)降低了工件的加工效率；同時，為適應(yīng)大直徑螺紋管的要求，三爪卡盤整體尺寸將會很龐大，影響機床的整體協(xié)調(diào)性和經(jīng)濟性。因此，本文為專用管螺紋加工機床設(shè)計一套專用夾具。

1 夾具結(jié)構(gòu)及工作原理

夾具結(jié)構(gòu)如圖1所示。將定位板13插入夾具體5的方孔中，再將工件放入夾具體內(nèi)，以定位板進行平面定位。夾緊力的動力源來自電磁吸盤1，電磁吸盤1通電后，產(chǎn)生的吸力將繞盤組件2向左拉，進而拉動拉桿4，由于拉桿4和拉板6連接在一起，則拉板6也跟隨向左移動，拉板6通過與其相連的導(dǎo)桿8帶動壓板11左移，進而壓縮聚氨酯橡膠7，聚氨酯橡膠7發(fā)生徑向彈性變形，產(chǎn)生徑向作用力，當工件、聚氨酯橡膠兩者之間的徑向作用力足夠大時所產(chǎn)生的摩擦力就可以克服切削力，完成工件的平端面、鏜孔、倒內(nèi)角、車螺紋等工序。所以一次性定位夾緊后即可完成工件的加工，有利于保證工件的加工精度要求。工件加工完畢，斷電，電磁吸盤吸力消失，在繞盤處壓力彈簧的作用下將拉桿4右推，帶動夾具組件中的拉板6和壓板11向右移動，進而將工件12松開，便可把工件取出。

2 夾具主要零部件的特點及選擇

2.1 聚氨酯橡膠的特點

聚氨酯橡膠［1］具有流體各向流動的性質(zhì)，又像剛體一樣具有一定的剛度和硬度，不會流散，被譽為“流動剛”［2］。一方面，既有流動的性質(zhì)，廣泛地應(yīng)用于沖壓成型的各種復(fù)雜形狀的零件中；另一方面，又不存在污染和密封的問題。聚氨酯橡膠在各種橡膠中耐磨性最高，強度高，彈性高，耐氧化，耐老化，耐油性好，氣密性好。具體地，選用聚氨酯橡膠作為漲緊元件理由如下［3］：

（1）耐磨性好。聚氨酯橡膠具有優(yōu)異的耐磨性能。

（2）硬度范圍寬。聚氨酯橡膠的硬度約為邵氏A10到邵氏D80，而普通的橡膠硬度范圍一般在邵氏A600～100。值得注意的是，聚氨酯橡膠這樣寬的硬度范圍內(nèi)能有400%～800%的伸長率，而天然橡膠的伸長率為55%時其最高硬度為邵氏A70。

（3）高強度和高伸長率。聚氨酯橡膠的拉伸度是天然橡膠和合成橡膠的2～3倍。

（4）負載支撐容量大，減振效果好。聚氨酯橡膠的減振性能很好，拉伸強度和伸長率高，因而負載支撐容量大，同其他橡膠相比可節(jié)約材料。

（5）耐油性能優(yōu)異。聚氨酯橡膠的耐油性能優(yōu)于丁腈橡膠，耐老化性能優(yōu)于天然橡膠和其他合成橡膠。

2.2 聚氨酯橡膠的選擇

本文中利用的是聚氨酯橡膠的壓縮變形性能，其橡膠的質(zhì)量和機械性能直接關(guān)系到夾具的可靠性［4］。國產(chǎn)聚氨酯橡膠牌號有5種。圖2是國產(chǎn)5種聚氨酯橡膠的壓縮性能曲線［5］，其中陰影部分為臨界區(qū)。從圖中不難判別出：只有8280、8270、8260三種牌號的聚氨酯橡膠適用于作為夾具內(nèi)部的漲套，其機械性能也能滿足夾具的要求。因而，可從8280、8270、8260這三種牌號的聚氨酯橡膠中選擇購買。表1為三種聚氨酯橡膠的機械性能。

表1 三種聚氨酯橡膠的機械性能

2.3 夾具動力源——電磁吸盤的特點

夾具的動力機構(gòu)設(shè)計中通常采用手動、電動、氣動或液動。大多數(shù)工控場合都采用氣動執(zhí)行機構(gòu)。氣動最大的優(yōu)點是安全，但氣動響應(yīng)較慢，控制精度欠佳，抗偏差能力差。液壓執(zhí)行機構(gòu)優(yōu)點是具有較好的抗偏差能力，運行平穩(wěn)，響應(yīng)快，所以可以實現(xiàn)高精度控制，缺點就是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴。電動執(zhí)行機構(gòu)主要優(yōu)點是高度的平穩(wěn)性，執(zhí)行器最大推力可達到250 kN，電動執(zhí)行器的抗偏離能力也是很好的，輸出的推力或者力矩基本上是恒定的，可以有效克服介質(zhì)的不平衡力，達到工藝參數(shù)的準確控制。通過對比，選用電磁執(zhí)行器可靠性高，可以節(jié)省夾具整體設(shè)計的成本，同時提高夾緊效率。但由于電磁執(zhí)行器需要導(dǎo)線傳輸電能，為避免工件旋轉(zhuǎn)而發(fā)生繞線，因而多被應(yīng)用于工件固定的加工過程中。

本文采用電磁吸盤作為整個夾具夾緊力的動力源，為了克服電磁吸盤只能應(yīng)用于工件固定的加工過程的缺點，通過繞盤和推力軸承的巧妙結(jié)合，避免了電磁吸盤旋轉(zhuǎn)而造成繞線，充分利用了吸盤的吸力，使電磁吸盤應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域中。

2.4 電磁吸盤的選擇

本夾具中選用的電磁吸盤為偏圓式吸盤，主要參數(shù)：吸力最大為2 kN，總體質(zhì)量為1 kg，具有體積小、重量輕、吸力大等優(yōu)點［6］。

3 結(jié)語

綜上所述，設(shè)計的夾具具有以下優(yōu)點：

（1）不存在徑向間隙，能夠自動定心并達到一定的定位精度，聚氨酯橡膠加工性好，在自由狀態(tài)下聚氨酯橡膠與工件外圓之間的間隙很小，在這種情況下，夾緊時，聚氨酯橡膠套徑向變形相同，保證了工件與夾具的同軸度；

（2）此種夾具制造簡單，更換聚氨酯橡膠套方便，使用壽命長；

（3）由于工件與夾具接觸的表面為聚氨酯橡膠表面，不會對已加工工件表面產(chǎn)生劃傷現(xiàn)象，有利于保證工件的表面質(zhì)量；

（4）對工件外表面的支撐性好，沒有剛性三爪卡盤的夾緊縫隙，并且可以防止薄壁工件在夾緊的過程中發(fā)生變形，有效保證了工件的加工質(zhì)量；

（5）利用電磁吸盤將夾具設(shè)計為自動夾緊機構(gòu)，夾緊過程方便快捷，效率高，而且成本低。

［1］陳毓勛.特種沖壓模具與成型技術(shù)［M］.北京：現(xiàn)代出版社，1989.

［2］王耀鈺.聚氨酯沖模設(shè)計及應(yīng)用［J］.鍛壓技術(shù)，2001，（3）：59-60.

［3］彭建聲.沖壓技術(shù)問題［M］.長沙：湖南科技出版社，1991.

［4］張國軍，張偉宏.聚氨酯橡膠模拉伸的特點及應(yīng)用設(shè)計［J］.機械工程師，2001，7：47-49.

［5］王孝培.沖壓設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1990.

［6］顧文雅.磨套筒內(nèi)孔的電磁夾具［J］.機械科學與技術(shù)，1993，（6）：43-44.