自动喷涂系统工装夹具设计

张颖 孙伟权

【摘 要】通过对现有喷漆加工车间喷涂工件的工艺流程与实际操作的研究，找到加工过程中工件夹具的不足之处。根据生产实际需求，文章设计了一套具有自动夹紧工件功能并能够自动翻转工件的机械装置。该机械装置能自动夹紧工件并进行喷漆，避免人工使用喷枪的方式，减少对作业人员身体的伤害。同时，它可以在工件其中一面喷漆后自动翻转工件，并对另一面进行喷漆，提高了喷漆效率。

【关键词】夹具;自动夹紧;自动翻转;喷漆

【中图分类号】TP242.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）02-0056-02

根据工件生产加工工艺的要求，在工件出厂前需要进行表面喷漆处理，一方面通过喷漆可以对工件防腐防锈，保证工件的使用寿命，另一方面也能对工件起到美化的作用。常见的机械加工用喷漆方式多为人工使用喷枪对所要喷漆的表面进行喷涂作业，工作效率低。同时，油漆中含有很多有毒的挥发物质，作业工人极易吸入大量有害物质，威胁作业人员的健康。还有一些喷漆装置需要手动进行夹紧工件，且只能对工件其中一面进行喷漆，不能自动转动到另一面继续喷漆，使用极其不便利，降低了喷漆效率。为了解决实际生产中存在的这些问题，迫切需要设计一套具有自动夹紧工件的功能并能够自动翻转工件的机械装置。

1 喷涂加工工装夹具的总体设计方案

设计此工装夹具的目的在于提供一种机械加工用工件喷漆装置，它能自动夹紧工件并进行喷漆，避免人工使用喷枪的方式，减少对作业人员身体的伤害，同时它可以在工件其中一面喷漆后自动翻转工件，并对另一面进行喷漆，提高喷漆效率。

为实现上述目的，本设计采取下述技术方案：机械加工用工件喷漆装置包括底座、传动轴、电机一、夹紧驱动机构、移动机构、喷漆机构、2个驱动杆、2个夹爪、2个框架、2个倒“L”形架、2个翻转机构及4个可制动万向脚轮。工装夹具的机械结构总装配图如图1所示。

底座的下端面固定有4个可制动万向脚轮，便于设备移动，并能够制动防止加工作业时设备震动和移动。上述2个框架并列设置并沿纵向滑动安装在底座的上端面上，每个框架上沿底座横向分别滑动安装。在2个框架之间，设有夹紧机构和翻转机构。夹紧机构由2个倒“L”形架相对设置且二者之间通过传动轴连接，倒“L”形架上面的驱动杆套在螺纹杆上，由双向电机驱动螺纹杆完成夹紧和放松操作。2个倒“L”形架滑动安装在2个框架之间。传动轴的两端分别穿出对应的倒“L”形架并安装有翻转机构，翻转机构由链传动、夹爪、电机一构成。同时，设备设有喷漆装置和烤灯板。

2 夹紧机构和支撑机构设计

此夹紧机构采用双向电机驱动2个螺杆进行转动，两侧驱动机构与螺杆链接，完成两爪夹紧和放松的往复运动。这类夹紧装置结构简单，安装方便，操作简单。

如图2所示，双向电机2-1的两个输出轴分别与对应的螺纹杆2-3的一端固定连接，每个螺纹杆2-3的另一端通过轴承三与支撑架2-2侧壁均转动连接，支撑架固定安装在两侧的框架上，这种框架结构简单，支撑效果好。双向电机2-1的壳体固定在支撑架2-2的上端面上，每个驱动杆5的一端与对应的螺纹杆2-3均螺纹连接，每个驱动杆5均设有螺孔，每个螺孔与螺纹杆2-3同轴设置，螺纹杆2-3与对应的驱动杆5上的螺孔螺纹连接，驱动杆5的另一端固定在对应的倒“L”形架8的侧壁上。倒“L”形架8上面设置夹爪，实现2个夹爪的夹紧和放松动作。夹紧驱动机构和支撑结构如图2所示。

3 翻转机构设计

由于待喷漆工件有不同的形状结构，因此要保证装置抓取在最牢固的位置，防止工件脱落。同时，抓取工件后的第一步喷漆作业完成后，还要对另外的平面进行喷涂，需要旋转工件把待喷涂的面对准喷枪。为满足以上需求，设计了翻转机构。翻转机构主要由链传动、传动轴、电机等实现。翻转机构如图3所示。

如图3所示，主动链轮9-1固定套装在传动轴11上，其中一个翻转机构9上的主动链轮9-1安装在传动轴11的轴管11-1上，另一个翻转机构9上的主动链轮9-1安装在传动轴11的轴套11-2上，从动链轮9-2固定套装在夹爪6的杆端，主动链轮9-1与从动链轮9-2之间通过传动链9-3传动连接。

2个夹爪需同时进行翻转，两侧的主动链轮是通过传动轴连接的。传动轴11包括轴管及轴套。轴管的一端通过轴承一转动穿出其中一个所述倒“L”形架8并穿出对应的翻转机构9与电机一12的输出轴固定连接，轴套的一端也通过轴承一转动穿出另一个倒“L”形架8，轴套的另一端滑动套设在轴管的另一端上，且轴套与轴管之间花键连接。这样的机构设计可以同时满足夹紧和翻转动作的实现。

4 移动机构设计

夹具在固定工件后，在前方进行喷涂，喷涂后需要用烤灯进行烘干，因此要设计移动机构，使得夹具能够在喷枪和烤灯板之间进行移动，移动机构通过齿轮齿条的运动来实现。

电机通过电机架固定在所述底座对应的外侧壁上，电机的输出轴上固装有齿轮，齿轮与齿条相互啮合，齿条固定在其中一个倒“L”形架8对应的外侧壁上，支架底部有“T”形滑块，滑块与底座上的滑槽进行滑动连接，完成夹具的移动。

5 辅助机构设计

辅助机构包括喷漆机构和烤灯板。喷漆机构由喷漆泵、漆箱及喷嘴构成。漆箱固定在底座的上端面上，喷漆泵固定在漆箱的上端面，喷漆泵的进口端与漆箱之间通过连接管一相连通，喷漆泵的出口端与喷嘴之间通过连接管二相连通，喷嘴对准2个夹爪6中间处，漆箱的上端面设有灌漆口，灌漆口处安装有堵塞。机械加工用工件喷漆装置还包括烤灯板，烤灯板下端固定在底座的上端面，与喷漆机构相背离，烤灯板在市面上采购即可。

6 结语

本文设计了一种喷涂加工用工件夹具机械装置，完成后的夹具在喷涂车间进行了试用，根据生产工艺方案执行，并使用本夹具机械装置进行喷涂，单件工件喷涂加工时间明显缩短，夹紧效果好，自动翻转工件进行另一面的喷涂，提高了喷涂效率。与现有技术相比，本设计的特点总结如下。

（1）本装置设有传动轴、夹紧驱动机构及夹爪，可以自动夹紧工件，省去人工手动夹紧，夹紧效果好。

（2）本装置设有翻转机构，可以在工件其中一侧喷漆完毕后，自动翻转至另一侧，提高喷漆效率。

（3）本裝置设有减震弹簧，避免整个装置在工作时震动频率过大，影响整体稳定性。

（4）本装置设有移动机构及烤灯板，当喷漆完毕后，可以将工件自动移至烤灯板处进行烘烤，使用方便，提高了工作效率。

参 考 文 献

[1]孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[2]王凤鲜.浅谈组合夹具的重要作用[J].科技情报开发与经济，2008（34）.

[3]谢旭华，张洪涛.机械制造工艺及工装[M].北京：科学出版社，2008.

[4]陈心昭.机械加工工艺装备设计手册[M].北京：机械工业出版社，1998.