“多功能、快定位、速换式”新型钳口研制初探

朱治国

在模具钳工或数控铣削实习教学中，工件形状千变万化，平口钳难以很好地满足装夹要求。普通平口钳的功能比较单一，装夹工件受到制约，普通钳口对工件的定位也不太方便，费时、费神、费力，效率低。基于对普通钳口的改良设计，改变其钳口形状、拓展其装夹功能、改善其定位方式，优化其装配结构。一款“多功能、快定位、速换型、新型钳口”应运而生。它能实现方形、圆形、斜面、棒料等多种工件的装夹，而且定位快速准确，钳口更换迅速方便。较好地解决了普通钳口功能单一、定位不准的问题。

一、项目研究的背景

中职学校的专业实习教学是重头戏，在模具钳工或数控铣削等实习教学中，实习工件形状千变万化。在学校实习工厂，不管是模具钳工还是数控铣工，常用夹具一般都是“平口钳”。教学使用中发现：通用夹具“平口钳难以很好满足装夹和工作要求。主要表现在以下方面：

首先，它的功能比較单一，装夹工件受到制约，通常只能装夹方形工件，碰到圆形工件、球形工件、斜（锥）面工件、棒料工件时，就不能或不便装夹。即使勉强能装夹，也装夹不牢固、定位不准确、存在安全隐患。

其次，平口钳即便是装夹方形工件，普通钳口对工件的定位也不太方便，高度方向需要另加平行垫铁，左右方向无法准确定位，需要现场调整，每更换一个工件，都要重新调整。技术难度高、工作效率低、劳动强度大、重复劳动多。特别是在大批量生产时，如能快速装夹并准确定位，就能大大提高生产效率，降低劳动强度，减少重复劳动。

再次，平口钳的钳口，通常采用内六角沉头螺栓穿过钳口的螺栓孔与钳身连接，在需要拆卸、清洗、调整或更换钳口时，需要将两颗螺栓全部旋出，才能拆下钳口来，很耗时间，影响工作效率。

总之，普通钳口功能单一、定位不准、拆卸麻烦，操作费时、费力、费神。于是，笔者萌发了对钳口改造的念头，希望设计一款多功能快定位速换型新钳口。

二、项目研究的思路及制作过程

1.增设平行台阶钳口及定位销钉，解决方形工件装夹及定位问题

针对平口钳夹持方形工件时，通常采用两块平行垫铁支承工件，以对工件实现高度方向定位的原理，并力求克服两平行垫铁高度不一致，使用及保管不方便等问题。笔者将平口钳的两块钳口（长方体）均铣削一个6mm×6mm的小台阶，有效解决了高度方向定位问题，由于省去了平行垫铁，所以，也解决了平行垫铁使用及保管不方便的问题。

针对平口钳夹持方形工件时，左右方向无法定位，调整费时费神效率低的问题，在一侧钳口6mm×6mm小台阶上适当位置钻孔，并压入一根Φ4 mm的淬硬销钉，以实现对工件左右方向的定位（如图1）。特别是在大批大量生产时，只需要将第一件的位置调整好，后续工件无需再调整，或为了保险起见，每隔10件或更多检验及微调一次。这样，就大大提高了效率，减少了重复劳动。

当方形工件较大、较重时，6mm×6mm小台阶无法保证装夹牢固性，不能保证安全时，可用钳口6mm×6mm小台阶下部的宽大平面夹持，继续保持原钳口的基本功能不受影响。

2.增设纵向V形台阶钳口，解决圆盘形工件装夹及定位问题

在普通平口钳上夹持圆盘类工件时，通常要配合V型块，但如果夹持部分比较短，V型块会歪斜，夹持不牢固、定位不准确、存在安全隐患。为了使平口钳的功能得以拓展，实现对圆盘形工件的装夹及定位，笔者在钳口上方铣削出50mm×90°×6mm的V形台阶钳口，以实现对圆盘类零件的平稳夹持和准确定位（如图2）。为了满足直径不同的工件需要，可根据钳口的长度，设置不同大小的V形钳口（如图3）。

3.增设横向V形通槽及定位销钉，解决圆形长棒料工件装夹问题

当工件是圆形长棒料，需要水平装夹时，可在钳口的一侧，铣削一条开口适度的90°水平V形通槽，以适应圆形长棒料零件的装夹和定位（如图4）。为了适应不同直径的棒料，防止锐口夹伤工件，可将V形通槽开口处倒圆角，为了实现轴向定位，可在V形通槽的适当位置，钻横向小孔，并压入一根Φ4mm的淬硬销钉，以实现对工件轴向定位。

4.增设球面凹形钳口，解决球形工件装夹及定位问题

在平口钳上装夹球形工件时，通常要配合专用球面夹具，或加木板支承，虽能勉强装夹，但定位极不方便，操作起来比较麻烦。为了进一步拓展平口钳的功能，实现对球面工件的装夹，可在钳口的侧面铣削出球面形凹坑（如图5），以实现对球面工件的夹持和准确定位。为了适应不同直径的球面工件，在钳口侧面合适位置加工出几个不同直径的球面凹坑。为了防止夹伤工件，可将球面凹坑的四周倒圆角，以适应一定范围内的不同直径球面工件的装夹。由于各球面凹坑的位置固定，所以球面工件的定位非常准确方便。

5.增设平底圆背镶条，解决斜（锥）面工件装夹问题

在平口钳上装夹斜面或锥形工件，一般是比较麻烦的，通常是寻找合适的斜锲垫块，以垫平工件再用平口钳夹持。为了解决这一问题，2007年笔者指导学生设计的万能角度组合钳口（如图6，曾获广东省青少年科技创新二等奖），原理是可行的，但作品粗糙笨重，不太好用。现将原作品改造微缩成平面圆背镶条——圆柱体铣出一个轴向平面（如图7），配合新型钳口上的V形槽，可实现斜面工件的装夹。由于镶条的圆弧形凸背可在V形槽内自由摆动角度，所以，可以适应不同斜度的斜面工件，或不同锥度的锥形工件。

6.改进钳口连接方式，解决钳口快速拆装问题

平口钳的钳口与钳身的链接，通常是采用内六角沉头螺栓穿过钳口通孔与钳身进行螺纹连接，当钳口不需要经常拆卸或更换时，是可取的，并无大碍。但我们改造后的新型钳口，左右两侧均有专用钳口。所以，在使用中必须经常拆卸和调换位置，若采用原有的螺栓穿孔连接方式，拆卸时必须将两根螺栓全部旋出，才能拆下钳口，这样很费时间，效率很低，而且，螺栓频繁的拧转，会加速内外螺纹的磨损，容易使螺纹失效。为了解决这一问题，受开口垫圈的启发，笔者将钳口上用于穿螺栓的孔改为通槽（如图8）。这样，在需要拆卸和调换钳口时，只需要将螺栓松开几圈，就可以将整个新型钳口拿下来，调转180°后插入，再将螺栓拧紧即可。拆卸或更换非常方便，节省了不少时间，提高了工作效率。

三、项目应用的方法和原理

1.工件的六点定位原理。

2.销钉定位原理。

3.平行垫铁等高定位原理。

4.V型块对圆形工件的对中定位原理。

5.球面凹坑对球形工件的对中定位原理。

6.平面圆背镶条对斜面工件的摆动定位原理。

7.开口通槽容易拆装的原理。

四、项目的主要贡献

1.设置平行台阶及定位销钉，解决了方形工件的快速装夹和准确定位问题。

2.设置纵向V形台阶钳口，解决了圆盘形工件快速装夹和准确定位问题。

3.设置横向V形通槽及定位销钉，解决了圆形长棒料快速装夹和准确定位问题。

4.设置球面凹形钳口，解决了球形工件快速装夹和准确定位问题。

5.设置平底圆背镶条，配合V形通槽解决了斜面工件的快速装夹和摆动定位问题。

6.设置开口通槽，解决了钳口与钳身之间的快速拆装和更换问题。

五、他人同类研究的情况调查

通过查阅文献资料、互联网络搜索、走访工厂企业、咨询行业专家等途径，详细了解该项的同类研究概况。企业通常使用平行垫铁对工件进行高度方向定位；V型块是企业应用很普遍的对中定位工具；定位销也是企业很成熟的定位元件；球面凹形夹具很少发现。开口垫圈在企业也有较多运用。但是，目前将上述各种特形钳口及开口通槽等结构，优化集成到同一夹具上，并形成“多功能、快定位、速换型新钳口”，本项目尚述首例。

六、项目使用情况和进一步完善的设想

该项目试制成功后，在我校机械工厂推广试用，经钳工和数控铣工实训室等师生使用，普遍反映非常好，裝夹速度快、定位较准、拆装方便。大家认为是一款很实用的新型夹具，不仅具备普通平口钳的基本功能，还拓展开发了许多新功能，且综合使用性能较好。但是，由于没有进行必要的热处理，所以，硬度和强度不够、磨损较快，制作较粗糙，精度较低。

针对该夹具硬度和强度不够，磨损较快、精度较低的问题。以后要选取硬度、耐磨性更好的材料，还要进行必要的热处理。

责任编辑 何丽华