基于复合功能杠杆的气动双工位夹具

□ 黄 颖 □ 王明娣 □ 钟康民 □ 刘勇涛 □ 张 弛

苏州大学 机电工程学院 江苏苏州 215021

近年来，轻合金［1］因其质量轻、比强度高、导热性好、抗电磁干扰等优异性能，被广泛应用于航空、航天、机械设备、医疗器械等领域。但因硬度低、耐磨性差、耐腐性差等问题，还需要进一步对轻合金进行处理，所以可通过改善轻合金的夹具结构来提高对轻合金工件的加工效率并保证其表面质量。顺序加工的双工位夹具，由于装卸工件时间与加工时间重合，生产效率高，在现代制造业中得到了广泛应用。但是，现有的双工位夹具，大多是两套相互独立的驱动系统，即一个工位就用一个气缸或液压缸，所以不仅夹具成本高，而且一旦两个加工工件相距很近时，这两套相互独立的液压缸或气缸，由于占用较大空间导致干涉而无法使用。本文介绍的双工位夹具的设计思路是：利用内置杆气压缸的双向对称功能，仅使用一个气缸或液压缸，就能够完成对两个工位工件的顺序夹紧。

1 工作原理

实际生产中，向下压紧的夹具数量明显多于侧向或其它方向夹紧的夹具。图1为利用复合功能杠杆而实现向下压紧的双工位夹具。

当换向阀处于图1(a)所示上端位置时，压缩空气进入下端气腔［2］，推动活塞向上运动，一般杠杆起作用，铰接在杠杆端部的面接触式夹紧元件向下压紧左端工件，这时，便可对左侧元件进行机械加工。加工过程结束后，使换向阀切换至右位（如图1(b)图所示），则压缩空气进入上端气腔，推动活塞向下运动，恒增力［3］杠杆起作用，铰接在杠杆中部的面接触式夹紧元件向下压紧右端工件，此时杠杆端部的面接触式夹紧元件松开左侧工件，然后压紧右侧工件。此后，可在对右侧工件进行加工的过程中，对左侧的工件进行装卸。

▲图1 复合功能杠杆向下压紧双工位夹具

2 力学计算

图1中，压紧力F的计算公式如下：

式中：D为气缸活塞的直径;p为压缩空气压力;η1为气缸的传动效率，通常取0.7~0.9;η2为杠杆的传动效率，通常取 0.97［4］;L1为动力臂长度;L2为阻力臂长度。

由式（1）可知,内置杆气压缸驱动杠杆增力双工位高效夹具的输出力经过杠杆进行力放大，可以减小所需气缸的直径，节省空间。

3 总结

本文介绍的复合式内置杆气压缸驱动杠杆增力双工位高效夹具，具有以下显著优点：

（1）该夹具利用内置杆气压缸双向对称功能，只用一个气缸就能实现两个工位的顺序压紧，与常规夹具相比，不仅少用一个气缸，而且节省空间。同时，此高效夹具可以应用于轻合金工件，提高工件的加工效率。

（2）该夹具的力传递元件是简单的杠杆机构，其中与杠杆铰接的面接触夹紧元件，均采用圆柱体加工而成，制造、更换方便，延长了夹具的使用寿命。同时，轻合金工件的硬度低、耐磨性差，面接触夹紧元件可以减小夹紧轻合金工件时的力，保证轻合金工件的表面质量。

（3）该夹具采用气压缸驱动，可以压缩空气势能，节能环保。

由于双工位夹具生产效率高，气动夹具还有节能环保的优势，因而不仅适用于轻合金工件，更具有广泛推广的价值。

［1］ 钱翰城,李俊.轻合金表面工程技术述评［J］.特种铸造及有色合金,2007,27（8）:596-599.

［2］ 盛小明,钟康民.基于固定式无杆活塞缸驱动的增力夹紧机构［J］.机械制造,2005,43（10）:71-72.

［3］ Si,Guang Ju;Zhong,Kang Min;etal.Two-point Floating Clamping Device Based on Fixed Cylinder with Doublepiston and Toggle-lever Force Amplifier ［J］.Advanced Materials Research,2011，201-203,2220-2223.

［4］ 林文焕,陈本通.机床夹具设计［M］.北京:国防工业出版社,1987.