一种新型开合螺母机构设计在平口钳中的应用

2015-11-24鲁超奇马国栋

机械制造 2015年10期

关键词：燕尾丝杠螺母

□ 陈华 □ 鲁超奇 □ 马国栋

中国矿业大学机电工程学院江苏徐州 221000

一种新型开合螺母机构设计在平口钳中的应用

□ 陈华 □ 鲁超奇 □ 马国栋

中国矿业大学机电工程学院江苏徐州 221000

平口钳作为一种通用夹具，一般通过螺母与丝杠的配合传动，带动活动钳身的前后移动，实现对工件的夹紧和松开。当需要装夹前后尺寸变化较大的工件时，装夹时间较长，工作效率低。利用螺纹传动的特点设计了一种简单、实用、高效的开合螺母机构，有效地解决了平口钳这一费时耗力的问题，利用SolidWorks软件设计了简单的三维模型。

平口钳开合螺母螺纹传动 SolidWorks

平口钳是一种通用夹具，如图1所示。它既可作为普通钳工的夹具，又可作为普通铣床、钻床、磨床等的夹持工具，应用范围非常广泛。目前大部分平口钳用的是全螺母与丝杠相配合，在手柄的转动或者电力的驱动下使丝杠转动，带动活动钳身前后移动，以实现对工件的夹紧或松开。由于平口钳丝杠的螺距较小，当需要装夹前后尺寸变化较大的工件时，丝杠要旋转许多圈，花费较多的时间，这既不利于节省工人的劳动时间，也不利于提高生产效率。

针对现有平口钳的上述缺陷，笔者利用螺纹传动的特点，将螺旋运动分解为螺杆的旋转运动和两个半螺母的水平移动，设计了一种具有结构简单、便捷高效、经济实用等特点的开合螺母机构。

▲图1 常用平口钳

1 开合螺母机构的设计

开合螺母机构由右半螺母、左半螺母、支撑底座、阶梯形螺杆组成，如图2所示。

▲图2 开合螺母机构

1.1 半螺母设计

如图3所示，在左半螺母横向设计一个直径为Md1的螺纹通孔，在右半螺母横向设计一个直径为Md2的螺纹通孔（Md2＞Md1）。右半螺母螺孔的螺纹旋向与左半螺母螺孔的螺纹旋向相反，并且在左、右半螺母的底部设计有相同凸起的燕尾，使左、右半螺母在底座的燕尾槽中稳定运动及保证合拢后的自身精度。

1.2 阶梯形螺杆的设计

阶梯形螺杆螺柱的设计与两个半螺母螺孔相对应，螺杆的前半部有直径为Md1的螺柱，旋向与左半螺母相同，两者可相互配合运动；螺杆后半部有直径为Md2的螺柱，旋向与右半螺母相同，两者可相互配合运动，如图4所示。

1.3 装配设计说明

结合图2对开合螺母机构作进一步的说明。

①左、右半螺母的螺孔直径设计成Md2＞Md1的原因。倘若设计成Md2=Md1，由于左、右半螺母螺孔的螺纹旋向是相反的，那么阶梯形螺杆就不能与左、右半螺母实现装配；若设计成Md2＞Md1，在装配过程中，阶梯形螺杆的Md2螺柱可直接旋入右半螺母的Md2螺孔，至螺杆的对应位置，再将左半螺母旋入，这样的结构能很好地解决左、右半螺母与阶梯形螺杆的装配问题，如图5所示。

② 左、右半螺母的旋向设计成相反的原因。左、右半螺母的旋向相反，正是开合螺母机构的设计关键点，由于旋向相反，顺时针或者逆时针旋转螺杆能使左、右半螺母分离或合拢，实现开合螺母与丝杠分离或配合。当开合螺母与丝杠分离时，便能推拉丝杠，带动活动钳身的前后移动，实现对工件的快速粗夹紧或快速分开；当开合螺母与丝杠接触配合时，便可旋转丝杠带动活动钳身前移，实现对工件的精确夹紧。笔者运用SolidWorks软件对开合螺母的合拢和分离建立了三维模拟图，如图6、图7所示。

③ 左、右半螺母的底部要设计有凸起的燕尾的原因。一是开合螺母与丝杠配合传动，两者需要有较高的同轴度才能正常工作。左、右半螺母合拢分开运动轨迹，必须垂直于丝杠轴线，其合拢后与丝杠配合，要达到一定的同轴度要求。而燕尾与燕尾槽的配合，能约束半螺母在轨道上运动轨迹，使其达到更高的同心要求，提高开合螺母的稳定性。二是在夹紧工件时，开合螺母需要承受较大的夹紧力，如果没有底部凸起的燕尾，那么两个半螺母在夹紧力的作用下，将会失去平衡，在竖直方向上发生一定的偏转，这样开合螺母的功能就无法达到，在添加了凸起燕尾后，夹紧力可以依靠燕尾与燕尾槽的接触来平衡，以至在夹紧工件时，避免开合螺母因受力过大而产生偏转，进而使开合螺母在竖直方向保持稳定。

▲图3 左、右半螺母

▲图4 阶梯形螺杆

▲图5 开合螺母与螺杆的配合图

▲图6 开合螺母闭合图

▲图7 开合螺母分开图

▲图8 运用开合螺母的平口钳三维模拟图

2 运用说明

运用SolidWorks软件，对采用开合螺母的简单平口钳建立三维模型，如图8所示。在实际生产使用中，当加工完一个工件后，需要加工一个比原来工件尺寸相差很大的工件时，逆时针旋拧阶梯形螺杆，开合螺母向外侧移动，与丝杠脱离，此时便可推拉动活动钳身，使其在导轨上快速移动；当活动钳身与工件接触时，顺时针旋拧阶梯形螺杆，开合螺母向内侧移动与丝杠配合，旋转手柄进一步夹紧工件。