多功用車床扳手的設計與制作--車床刀架扳手和卡盤扳手的優化組合
2020-2-3 來源：中山市第一中等職業技術學校 作者：趙榮歡，孫天煥，羅 健
1、 產生背景
在普通車床和數控車床的實際操作過程中，拆裝工件和刀具是非常頻繁發生的工作程序，所以卡盤扳手和刀架扳手使用頻率非常高，在使用過程中容易出現亂拿亂放、錯拿錯放的情況，影響生產效率和車間管理，并存在一定的安全隱患，具體情況如下:
1) 一個產品在加工過程中需要經過多次工件、刀具的拆裝，由于機床配備的卡盤扳手和刀架扳手的基本尺寸是一樣的，外形結構相似，唯一的區別就是端部一凸一凹。因此實際工作中很容易拿錯，如果每次都花多幾秒找工具，積累下來，勢必對生產效率和經濟效率產生一定程度的影響。
2) 裝夾工件時憑卡盤扳手的力量往往不能夾緊工件，需要與加力桿配合使用，由于手柄強度不夠，容易造成手柄彎曲變形，具有安全隱患。如圖1 所示。
圖 1 彎曲變形的卡盤扳手
圖 2 兩扳手使用過程雜亂
3) 卡盤扳手和刀架扳手配件較多( 四個零部件)，如圖 2 所示。從車間 7S 管理的角度看，有精簡、整合的必要。
俗話說:“三分技術七分工具”，好的工具用起來得心應手，產品質量高，生產效率也高。針對以上問題，可否把卡盤扳手和刀架扳手合二為一，研發一個便捷、質優、一體，便于管理和使用的工具來改變這種現狀呢? 帶著這個想法，經過反復論證、設計，多次改進，終于完成了多功用車床扳手(刀卡組合扳手) 的制作。本文就該產品的工作原理、結構、功能及創新性等方面做簡單介紹。
2 、工作原理
該多功能組合扳手主要由扳手主體和手柄兩個部件組成，如圖 3 所示。使用起來手感更好，轉換便捷，很好的解決了原來卡盤扳手和刀架扳手配件較多、區分難，配合加力桿裝夾時手柄容易彎曲變形、強度不夠和管理亂的問題，大大的提高了生產效率。
圖 3 組裝示意圖
其工作原理如下:首先在卡盤扳手方軸處套入大彈簧，卡盤扳手體與刀架體扳手相配合;然后銷套入小彈簧穿過刀架扳手體和卡盤扳手體，與螺母連接，銷和螺母與兩扳手體之間有一定的軸向間隙，用于保證滑移過程靈活;最后把手柄裝入卡盤扳手體的孔中，組裝完成。當手推刀架扳手體時帶動彈簧插銷機構滑移，滑移到銷孔位置時小彈簧的彈力讓螺母牢固的卡在銷孔，卡盤四方軸工作面露出，可以正常裝夾工件，如圖 4(a)所示;要切換刀架扳手時，手按銷頭，讓螺母與銷孔分離，大彈簧的彈力把刀架扳手體自動彈回原位，方孔露出并可以進行刀具裝夾，如圖 4(b) 所示。在機構設計時，一定要保證滿足兩種工作狀態下工作面的有效尺寸。
圖 4 卡盤與刀架之間的切換
3 、主要零部件( 或機構) 的設計：
3． 1 可相互配合的刀架板手體和卡盤扳手體。如圖 5 和圖 6 所示，首先把卡盤扳手設計做成剛性好的板手體，在尺寸上卡盤扳手體的外圓、方軸與刀架扳手體的內孔、方孔相配合，并保證存在小量的間隙，然后卡盤扳手體左端圓孔? 15 位置設計要合理，不能影響卡盤扳手體和刀架扳手體之前的滑動，右端四方軸要配合刀架扳手體來設計，而且要尺寸準確，做到夾緊工件時能伸出適當的長度，當要夾緊刀具的時候回縮到里面，讓刀架扳手體的四方孔有合理的工作深度。
圖 5 相互配合的卡盤扳手體的設計
圖 6 相互配合的刀架扳體的設計
3． 2 彈簧插銷機構。在卡盤扳手和刀具扳手工作時，工作面有沒有固定機構是影響工作效率的重要因素，當沒有固定，在裝夾工件時用力壓卡盤扳手體，雖然能防止卡盤扳手插在卡盤上，起到保護作用，但裝夾一直要有壓力，并且還要對準卡盤扳手口，這樣不利于操作;當使用螺釘緊固方式時，頻繁松緊螺釘，大大影響拆裝工件與刀具的效率。為了達到便捷、快速的切換，我們在兩扳手體的連接部位加入彈簧插銷機構，設計如圖 7 所示。兩扳手體配合能靈活運動后就設計和加工彈簧插銷機構部位，由于卡盤扳手體要在刀架扳手體內自由的滑動，所以在卡盤扳手體精確的位置設計出行程孔，并把插銷孔 Φ10 做好，這兩孔意義重大，如何保證裝夾時的工作深度就靠這個尺寸的設計，同時刀架扳手體也要針對卡盤扳手體在適當的位置設計出銷和螺母孔的位置。銷和螺母，如圖 8 所示，加入彈簧進行組裝，通過一推一按就能獲得卡盤與刀架扳手的切換，推上去就是卡盤扳手，按下去則轉換為刀架扳手。做到一推一按兩扳手相對滑動，構件動作靈活、反應訊速。
圖 7 兩扳手體彈簧插銷部位的設計
圖 8 銷和螺母設計
3． 3 手柄。設計出合理的手柄，與卡盤扳手體的孔相配，手柄長度要合適，不能在卡盤夾緊或松開過程中撞到床頭箱，提高裝夾過程中操作的靈活性并且手柄做到盡量的大，提高其強度。
在材料選用上，因為卡盤扳手體、刀架扳手體、銷、螺母和手柄要具有良好的工作性能和切削性能，并有較高的強度，基于種種我們選用了常用的45#鋼材。兩個彈簧標準件，完成材料的采購。
4 、使用效果
經過一個學期高強度的使用驗證，多功用車床扳手(刀卡組合扳手)完全達到設計的預期的效果，其使用性能和工作性能完全符合要求，并且課堂上同學不用再因兩扳手不好用而東奔西跑了，也不會經常拿錯扳手而浪費時間了，生產的效率得到了最大的優化，并且減輕車間 7S 管理的壓力，大大的提高了我們操作的規范性和職業素養。刀卡組合扳手以新奇的功能和效果在學校里大受歡迎。使用示意圖如圖 9 所示。
圖 9 應用示意圖
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