馮嫦， 劉慶倫， 何勇導(dǎo)， 林俊源， 何培超

（中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院裝備智造學(xué)院，廣東中山528436）

0 引 言

隨著人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，空氣凈化器越來(lái)越普及，特別在北方寒冷的冬天主要用于室內(nèi)空氣凈化，對(duì)空氣凈化器的需求也越來(lái)越大。在國(guó)內(nèi)空氣凈化器的品牌當(dāng)中，有飛利浦、小米、海爾、格力等大品牌，這些品牌的空氣凈化器都需要配備濾芯，而現(xiàn)在市面上出售的大部分濾芯都是不能重復(fù)使用的，更換下來(lái)的濾芯都會(huì)被作為垃圾處理，所以濾芯作為空氣凈化器里面的消耗品，造價(jià)就需要更加便宜。濾芯產(chǎn)品都需要圍邊做出固定外形，考慮到塑料圍邊和鈑金圍邊造價(jià)太高，一般都使用硬紙板圍邊。每次設(shè)計(jì)好濾芯以后，樣板工程師就需要進(jìn)入樣品制作過(guò)程，其中樣品制作過(guò)程中，切紙板是必不可少的一個(gè)步驟。

1 傳統(tǒng)工作方法及特點(diǎn)分析

每設(shè)計(jì)一款不同規(guī)格的產(chǎn)品都需要大量的人工樣品制作，樣品制作中需要不同寬度和長(zhǎng)度的紙板，所以切紙板是整個(gè)打樣過(guò)程中最繁瑣且不易控制的工序。以往的切割紙板，都是在一個(gè)工作臺(tái)上墊一塊不銹鋼板，將紙板放到不銹鋼板上，用鋼尺擋住然后用美工刀切割。

傳統(tǒng)的工作方法如圖1所示，存在以下缺點(diǎn)：

圖1 傳統(tǒng)工作方法

1）鋼尺擋住切割，美工刀的刀刃經(jīng)常會(huì)刮到鋼尺的邊緣，在時(shí)間長(zhǎng)了以后，鋼尺兩邊會(huì)變得異常鋒利，并且會(huì)產(chǎn)生大量的金屬毛刺，員工拿鋼尺工作時(shí)容易割傷手，造成工傷事件；

2）不銹鋼板放在桌面上，主要還是為了保護(hù)桌子，不銹鋼板雖然可以很好地保護(hù)桌子，但是美工刀常在不銹鋼板上面劃動(dòng)，造成美工刀的刀刃磨損較快，美工刀的刀片更換比較頻繁；

3）由于紙板一般比較長(zhǎng)，鋼尺也比較長(zhǎng)，鋼尺放到紙板上時(shí)不容易壓緊，也不容易對(duì)齊位置，這樣就會(huì)導(dǎo)致切割紙板的工作效率很低，大約1 min左右才能切好一條紙板，效率較低；

4）當(dāng)需要切割長(zhǎng)度大于鋼尺長(zhǎng)度的紙板時(shí)，需要分兩次進(jìn)行切割，導(dǎo)致直線度誤差會(huì)比較大，還會(huì)不時(shí)出現(xiàn)切歪的情況。

2 快速切紙夾具機(jī)構(gòu)的工作原理

針對(duì)傳統(tǒng)切割方法存在的問(wèn)題，為提高樣板切割工作效率、減少不必要的工傷事件及提高長(zhǎng)度較大樣板的直線度，設(shè)計(jì)了一款切紙板夾具，改變了傳統(tǒng)用不銹鋼尺定位切割紙板的方式，考慮使用機(jī)械的方式進(jìn)行測(cè)距并用滾刀進(jìn)行切割，用精密的滑塊和導(dǎo)軌輔助定位和切割，使切紙板的工作更加省時(shí)省力，高效而且安全，如圖2所示。

1）將紙板通過(guò)限位槽放進(jìn)夾具中。限位槽的高度設(shè)計(jì)剛好是一塊紙板的厚度，當(dāng)紙板通過(guò)限位槽插進(jìn)夾具中時(shí)，因?yàn)橄尬徊鄣目ňo作用，紙板在夾具中不會(huì)輕易掉出來(lái)，可以使紙板在夾具上更好放置。

2）通過(guò)打樣圖樣可以知道需求的紙板寬度，紙板的前端完全靠在夾具的頂部做好定位，松開(kāi)兩邊的定位螺絲，因?yàn)闄M梁架在兩邊的軌道上，通過(guò)兩邊的軌道可以使橫梁前后滑動(dòng)，橫梁的兩端有設(shè)計(jì)位置指針，在橫梁側(cè)邊放置標(biāo)尺作為尺寸參照，當(dāng)橫梁位置指針指向圖樣需要的尺寸時(shí)，擰緊定位螺絲可以固定橫梁的位置。

圖2 快速切紙夾具機(jī)構(gòu)示意圖

3）橫梁固定到需要的位置后，可以用手抓住切割滑塊的把手（為了更好地抓住滑塊，滑塊上設(shè)計(jì)了凸起的把手），輕輕按壓滑塊并且往左右滑動(dòng)，滑塊下設(shè)計(jì)了兩個(gè)支撐軸承，不會(huì)因?yàn)橛檬职磯簩?dǎo)致橫梁向下變形。

4）滑塊下方設(shè)計(jì)了圓形滾刀，滾刀的設(shè)計(jì)尺寸剛好貼合底板的底部，當(dāng)用手拿住滑片往左右滑動(dòng)時(shí)，保證了滾刀可以一次性地切斷紙板。底板使用的材料為POM，硬度相對(duì)于滾刀要軟，所以在使用的過(guò)程中，不容易對(duì)滾刀產(chǎn)生磨損，大大提高了滾刀的使用壽命。

5）當(dāng)一塊紙板切割完成后，切割好的紙板可以從工件上方直接取出，將切好的紙板取出放好后，將剩下的紙板繼續(xù)往上推動(dòng)到工件頂部，就可以繼續(xù)切割下一塊紙板，直到一整張紙板切割完畢。

圖3 快速切紙夾具機(jī)構(gòu)工作原理

3 快速切紙夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

1）底座的設(shè)計(jì)。底座的大小就是夾具的大小，一個(gè)夾具可以用來(lái)切割不同尺寸的紙板，所以?shī)A具的尺寸要求比現(xiàn)有的紙板材料寬度都要大，否則會(huì)出現(xiàn)紙板放不進(jìn)去的情況?？紤]到紙板的尺寸不一定標(biāo)準(zhǔn)，如果做到剛剛好，那么紙板也有可能放不進(jìn)夾具里面，因此夾具的尺寸比最大的紙板材料大150 mm。POM材質(zhì)具有較低的摩擦因數(shù)和較好的集合穩(wěn)定性，經(jīng)常用于制作齒輪和軸承，特別耐磨，而且POM材質(zhì)的加工性能非常好，市面上很容易買(mǎi)到標(biāo)準(zhǔn)厚度的POM板，夾具制作非常方便，POM材料的價(jià)格也比金屬的價(jià)格便宜[1]。同時(shí)POM材質(zhì)的硬度也相對(duì)于金屬滾刀軟，不會(huì)對(duì)金屬滾刀的刀刃產(chǎn)生太大的磨損，所以POM材質(zhì)是首選的底座材料之一。

圖4 快速切紙夾具機(jī)構(gòu)底座

2）量尺的設(shè)計(jì)。底座的兩邊粘量尺。量尺選用市面上現(xiàn)有的不銹鋼量尺，考慮到不會(huì)有完全匹配夾具的量尺尺寸，所以量尺購(gòu)買(mǎi)回來(lái)后會(huì)按需求截?cái)嗪笳吃诘鬃鶅蛇?。為了確保量尺的穩(wěn)定性，底座兩邊設(shè)計(jì)了針對(duì)量尺的定位槽，量尺背部粘上3M膠，放進(jìn)兩邊的定位槽中，按壓量尺使其充分粘貼在底座上。如果量尺長(zhǎng)時(shí)間使用產(chǎn)生磨損，需要更換的話，采用3M膠相比用膠水粘貼更容易更換。

3）導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)。底座兩邊設(shè)計(jì)兩條直線導(dǎo)軌，選用THK品牌，導(dǎo)軌尺寸按照底座的尺寸需求挑選市面上的標(biāo)準(zhǔn)零件，一般導(dǎo)軌有匹配的滑塊型號(hào)可供選擇，不同的滑塊上面的螺絲孔位距離不一樣，可以根據(jù)需求選擇適合的滑塊型號(hào)[2]。因?yàn)榈鬃荘OM材料，當(dāng)兩邊直線導(dǎo)軌鎖定在底座上時(shí)，為了防止出現(xiàn)螺紋滑牙或者松動(dòng)，鎖定直線導(dǎo)軌時(shí)需要打上螺絲膠。

4）橫梁的設(shè)計(jì)。考慮到橫梁經(jīng)常受力，所以選擇45鋼材料，并且電鍍鉻防銹。45鋼的材質(zhì)強(qiáng)度比塑料、鋁合金更好，不容易產(chǎn)生變形，市面上很常見(jiàn)，造價(jià)也比較便宜。橫梁兩端設(shè)計(jì)了定位螺釘，使用夾具切割紙板時(shí)，經(jīng)常需要擰緊定位螺釘固定橫梁，對(duì)于需要經(jīng)常用定位螺釘定位，45鋼的螺釘更耐用，不易滑牙[3]。

橫梁上安裝一條直線導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌上面安裝滑塊用于切割紙板。橫梁兩端的指針是跟橫梁一體加工出來(lái)的，為了保障指針強(qiáng)度，指針的尺寸設(shè)計(jì)不宜太小。

圖5 快速切紙夾具機(jī)構(gòu)橫梁

5）滑塊的設(shè)計(jì)?；瑝K使用鋁合金材質(zhì)，鋁合金材質(zhì)更軟、更輕便，對(duì)于經(jīng)常要推動(dòng)滑塊左右滑動(dòng)來(lái)切割紙板，滑塊輕便可以減小工作阻力。滑塊的上方設(shè)計(jì)了凸起的把手位置，可以更好地用手抓緊。下面兩個(gè)軸承有兩方面的作用：一是因?yàn)榍懈顣r(shí)橫梁會(huì)有向下按壓變形的情況，軸承可以支撐橫梁，讓圓形滾刀切割的過(guò)程中高度不會(huì)有很大變化，使切割效果更穩(wěn)定；二是因?yàn)檩S承也相當(dāng)于在滑塊底部增加了兩個(gè)活動(dòng)輪，這兩個(gè)活動(dòng)輪可以使滑塊往左右兩邊滑動(dòng)的過(guò)程更省力。

本文設(shè)計(jì)的快速切紙夾具機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）用圓形滾刀進(jìn)行切割，而且圓形滾刀兩邊還有支撐軸承，當(dāng)滑塊左右滑動(dòng)的時(shí)候，圓形滾刀只能切割到紙板，整個(gè)過(guò)程中手不會(huì)接觸到圓形滾刀，這樣就大大提高了夾具使用的安全性。

圖6 快速切紙夾具機(jī)構(gòu)滑塊

2）夾具底座使用POM材料，其材質(zhì)比較耐磨，紙板在夾具里多次裝配使用不會(huì)影響夾具底座的壽命，并且POM材質(zhì)相對(duì)于圓形滾刀硬度更軟，使用過(guò)程中不傷刀，這樣就大大延長(zhǎng)了刀具使用壽命。

3）工作效率高，以往的切紙板工作需要繁瑣的定位，越長(zhǎng)的紙板越難定位，要量?jī)深^還要量中間，切割時(shí)要用力按緊不銹鋼尺，按得不緊很容易跑位，就會(huì)產(chǎn)生切歪的情況，特別是對(duì)于一些比不銹鋼尺長(zhǎng)的紙板，切割紙板要分兩次切割，誤差更大。切紙夾具就很好地避免了這個(gè)問(wèn)題，尺寸的定位使用兩邊的直線導(dǎo)軌，橫梁永遠(yuǎn)是跟紙板平行的，不會(huì)有切歪的情況。橫梁兩邊都有標(biāo)尺，尺寸定位更加簡(jiǎn)便精準(zhǔn)，兩端的尺寸誤差可以控制到1 mm左右。尺寸定位后用定位螺釘固定，不用擔(dān)心滑塊滑動(dòng)的過(guò)程中會(huì)讓橫梁移位。定位螺釘固定后，用手抓住滑塊左右滑動(dòng)即可對(duì)紙板進(jìn)行切割，切割一條紙板由1 min縮短到只需幾秒鐘。

4）傳統(tǒng)的不銹鋼板需要覆蓋整張桌面，在工作過(guò)程中，需要移動(dòng)整個(gè)工作臺(tái)，非常不方便。設(shè)計(jì)切紙夾具以后，夾具可以放到其他桌子上進(jìn)行工作，也可以隨意移動(dòng)夾具，不用帶上桌子，大大提高了工作臺(tái)的靈活性。

5）對(duì)工作時(shí)的工具管控會(huì)更容易，以往需要不銹鋼尺、美工刀、刀片，打樣的工人比較多，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)找不到工具的情況。有了切紙夾具以后，所有需要的工具都被容納到一個(gè)夾具里面，需要切紙板時(shí)，只要有切紙夾具就可以完成所有的工作，不再需要單獨(dú)尋找其他的工具了。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)的快速切紙夾具機(jī)構(gòu)能較好地改善傳統(tǒng)空氣凈化器濾芯紙板樣品制作存在的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)合理，成本較低，并能提高打樣的生產(chǎn)效率，對(duì)類(lèi)似的生產(chǎn)具有一定的參考意義。