砂轮修复夹具的巧制与应用

郑英华

（广州市公用事业高级技工学校，广东广州510000）

0 引言

为贯彻中国制造2025的战略，各企业转型升级走高质量发展路子，产品质量备受关注。技工院校作为职业教育的重要组成部分，主要为国民经济生产一线提供技能型人才。同时要根据制造业发展需求，深化人才培养模式改革，培养高素质技能型人才[1]。

在机械加工实训中，砂轮是必不可少的工具。机械加工中的刀刃为加工出好质量的零件提供了保障，平整的砂轮表面是保证磨削质量的重要前提。在机械加工实训课堂中，常常使用砂轮磨刀具，例如普通车床加工中的外圆车刀、切断刀、螺纹车刀和麻花钻等，使用一段时间后刀具原有的角度受到磨损，将影响零件切削加工精度。因此，定期修复刀刃是保障产品质量的关键性工作。

在教学中修复砂轮时，安全隐患较大，学生安全事故屡见不鲜，结合多年的教学经验和安全案例，我们研发制作小组有针对性地设计了砂轮修复夹具，为消除学生磨刀时的安全隐患，提高砂轮修复效率和修复质量提供了保障。

1 制作背景

砂轮房是机械加工车间的主要组成部分，我们使用的是M3025型落地式砂轮。数控车、普通车削、钳工等实训中使用的外圆车刀、切断刀、螺纹车刀、麻花钻等使用过程中都需在砂轮上进行磨削。由于长时间反复使用，加上部分学生操作不够熟练，砂轮表面磨粒会脱落形成凹坑或者变形，导致砂轮形状与精度严重受损。如果不及时修复，在刃磨刀具的过程中砂轮跳动加剧，不仅会影响刀具刃磨质量，降低产品零件加工质量，还存在安全隐患。

对平行砂轮进行修复时，在修复过程中常遇到以下问题：

一是砂轮机震动大、噪声大。初学者会产生胆怯心理，影响学习自信心。

二是安全隐患大。修复过程中金刚笔与砂轮表面易打滑，会伤到手指，发生安全责任事故；另外，手握金刚笔力度把握不均匀容易崩裂。

三是对操作者要求较高，初学者难以达到技术要求。

为解决以上问题，专门研发设计了砂轮修复夹具，经过多次技术改进，实现了机械装置代替手动修复。该夹具能做到安全、稳定、高效地修复砂轮，在教学中得到了广泛应用和师生好评。

2 夹具设计与制作

2.1 夹具的设计结构

夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响加工精度、劳动生产率和产品的制造成本等[2]。该夹具选用校中厂实习所用的铝块、45号钢等制作而成，如图1所示，其主要由安装支架、装夹螺母、带有导轨的调整支架、走刀刀架、金刚石笔进给量调节装置、锁紧金刚石笔的锁紧螺钉、与走刀螺杆相配合的手柄等部件组成。

图1 砂轮修复夹具结构图

2.2 夹具主要零件的制作

2.2.1 安装支架

安装支架的设计初稿是两个分体式铝板分别用螺纹连接安装在砂轮机外壳上，如图2所示。

图2 改进前

经过使用实践，发觉该设计在安装时需要用内六角扳手左右分别拧紧调整安装，存在两个不足：一是比较耗费安装时间，二是刚性有所欠缺。研发制作小组进一步探究，对分体式铝板进行改造，做成整体式安装支架，如图3所示。

为保证夹具优良的刚性，在校中厂就地取材，将原来的铝板改良成厚度40mm的铝块结构。针对我校砂轮机型号，在安装支架上用线切割加工出宽4mm、长40mm的槽，安装时直接将切槽对准砂轮机防护罩外壳卡进，再用装夹螺母拧紧即可。该改进显著提高了砂轮修复夹具的安装速度和刚性。

图3 改进后

2.2.2 走刀装置

走刀装置是砂轮修复夹具的核心零部件，它是金刚石笔来回移动的轨道，长70mm、宽40mm、高18mm，45号钢制作而成。中间在数控铣床上开通槽，70mm×50mm，两端钳加工钻孔。配合M10的螺杆，螺杆一端用垫片螺母紧固，另一端加装简易的手柄机构装配成一体，为夹具提供刚性优良的工作平台。

2.2.3 金刚石笔进给量调节装置

金刚石笔进给量调节装置材料为45号钢，梯形结构。斜面开孔用于安装锁紧金刚石笔的螺钉。中间留一凸块、两侧开槽，卡在螺杆走刀刀架上，凸块上钻孔加工螺纹，嵌入螺杆走刀装置的通槽内，与走刀螺杆配合形成螺纹相对运动。高度为35mm，与走刀螺杆垂直方向的两侧钳加工钻孔、加工螺纹。一端装入金刚石笔，另一端安装进给量调节螺钉，便于砂轮修复时调节金刚石笔的修复进给量。

2.3 夹具工作原理

砂轮修复夹具工作时，首先将夹具安装支架卡槽对准砂轮两侧的防护罩壳，再拧紧安装支架上的装夹螺母，调整两安装支架中间的螺杆走刀架位置，使金刚石笔尖较好地与砂轮保持接触，拧紧金刚石笔锁紧螺钉。开启砂轮电源，左手辅助握住金刚石笔的进给量调节螺母，右手匀速摇动手柄，使金刚石笔在砂轮上来回往复移动，适当调节金刚石笔进给量，再来回移动金刚石笔，直至完全修复磨损砂轮。

3 砂轮修复夹具的优势

使用砂轮修复夹具相对手动修复主要优势如下：

（1）安装快速，能在10s左右安装在砂轮机上。

（2）修复效率高，使用该夹具只需要1～3min即可完成砂轮修复，比之前手动修复速度提高了3～5倍，大大提高了工作效率。

（3）修复精度高，实践证明，使用该夹具修复后的砂轮表面直线度误差±0.02mm，比手工修磨精度提高了10倍以上，实现了高精度的砂轮修复。

（4）稳定性好，该夹具在使用时几乎没有震动，金刚笔笔尖的金刚石不会崩裂，节约了生产和教学成本。

（5）安全可靠，机械装备替代手工，杜绝了安全事故，缓解了师生教学压力。

（6）制造成本低，整套家具直接成本约100元人民币，与市面上售卖的同类产品相比有很大的价格优势。

4 使用效果及推广价值

该砂轮修复夹具有结构简单、操作方便、实用性强、安全可靠、造价低廉等优点。实践证明，从安装到修复磨损砂轮只需3min左右，新学员也极易上手，极大地提高了工作效率。可在企业生产车间砂轮房和职业院校的机加工实习车间推广应用，同时还可作为砂轮机的专用配套装备附件。

该夹具设计灵感源于生产学习实践，是师生共同制作完成的，使用后修复砂轮成效立竿见影，曾在2016年广东省小发明小制作比赛中荣获二等奖及最佳人气奖，极大鼓舞了师生创新设计的积极性，为师生后续的创新设计提供了宝贵的经验。

该夹具的制作过程历经绘图设计、产品加工、检测反馈、技术改良等，加工综合了铣削、线切割、车削、钳工以及装配等多道工序。整个生产过程吻合技工院校以能力培养为本位，工作过程及学习过程一体化的教学目标。随着小组生产方式的推广和对教学要求的提高，教师们常采用项目教学法来培养学生的社会能力和其他关健能力[3]，因此，该夹具设计与制作还可以转化为同类学校的一个项目制作课题。

5 不足之处

由于技术水平有限，加上学校现有材料的限制，该夹具在设计和使用中肯定还存在些不足之处，例如，整个夹具的结构还可以进一步简化，材料还可以进一步优化等等。恳请各位专家、师傅提出宝贵意见，优化夹具的设计与制作，更好地为企业提高产品品质。

［参考文献］

[1]林健清.机械专业技能型人才培养的教育教学实践研究[J].教育评论，2016（12）：130-133.

[2]彭德荫.车工工艺与技能训练[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2001.

[3]黄景容.一体化课程开发与实施[M].广州：广东教育出版社，2016.