安全卡盘扳手设计与应用

收稿日期： 2010 － 12 － 06 作者简介： 罗太景 （ 1965 —） ，男，工学、经济学学士，副教授，研究方向为机械设计制造及几何量测量。 E － mail： atailuo @ 163. com。
第2 期
罗太景 等： 不再给扳手施加力 的时候扳手能够自动弹出卡盘 。
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零部件设计和校核
通过零部件设计，确定产品的尺寸结构 。之前的
设计只是结构设计，没有给出具体的尺寸，应校核尺 寸是否满足产品的使用要求 。 对于此次的改进设计， 部分零部件是标准件，选用满足使用条件的即可，不 需要进行专门设计和校核 。
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手柄设计
手柄是该安全卡盘扳手的重要部分，此次改进设 计是以原先卡盘扳手和刀架为原型的，因此手柄是不 可或缺的 。扳手的使用者只有通过手柄才可以将施加 的力转换为扳手主体的扭转，产生扭矩，实现其功 能 。手柄零件图见图 6 。
Safe Chuck Wrench's Design and Application
LUO Taijing，PEI Wuxing （ Xuzhou College of Industrial Technology，Xuzhou Jiangsu 221140 ，China）
Abstract： The most commonly used spanner has two in lathe's operation． One is the chuck wrench，another is tool rest square head screw spanner． Each spanner has its own usage，and can not be replaced by other． During operation，they are frequently replaced，so working efficiency is affected． At the same time，some one might use a chuck wrench to tighten a workpiece，and forget to take it down afterwards，so it might cause personal injury and severe safe hidden danger exists． Aiming at the deficiency above，one kind of new multipurpose security spanner was designed， which integrated functions of the two spanners in one － body． The labor intensity is reduced and efficiency is raised by this new spanner． Most importantly，safe hidden danger is ceased． It has great economic and social efficiency． Keywords： Lathe； Chuck； Safe； Multipurpose spanner
机床与液压
第 40 卷
可以两段同时插入扳手主体上部的十字形通孔中使 用 。每段手柄的右部进行长度为 40 mm 的滚花处理， 起到防滑作用 。手柄使用示意见图 7 。
图5
内套筒 左视图 图7 手柄使用示意图
通孔的长度就是扳手工作时的最大行程，其数值 根据扳手整体结构和工作状态及具体情况来设计 。对 于行程在此次改进设计中不作严格要求，只要满足整 个设计产品的工作要求即可 。 具体的工作行程综合卡盘扳手头的尺寸 、内套筒 的尺寸以及工作时的实际情况考虑，设计行程 L = 30 mm。 设计行程孔的长度时要考虑到螺钉穿过行程孔， 因为所选用的螺钉为 M5 ，所以行程孔的长度设计为 实际最大工作行程加螺钉直径，即为 35 mm。
考虑到该改进产品在实际使用中可能出现手柄丢 失的情况，所以该新型多用扳手每套配备 3 个这样的 手柄，两个用于平时的使用，另外一个作为备用，避 免因为突然丢失一个手柄而无法正常使用的情况 。
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扳手主体设计与校核
扳手主体 （ 图 8 ） 是 安 全 卡 盘 扳 手 的 最 核 心 零 件，其余零部件是依附于扳手主体之上的，只有通过 扳手主体才能实现其功能 。扳手主体的作用主要是承 载扭矩 。设计扳手主体直径为 = 22 mm，方头上部 主体直径为 = 16 mm。 下面对主体上直径最小的一 段进行校核，看其是否能够满足强度要求，是否能够 承载扭矩 。根据使用要求实际情况，已知扳手夹紧工 件时最大扭矩 T max = 40 N · m，主体材料为 45 号钢， 所以材料许用切应力 ［ τ］ = 60 MPa。 首先由公式计 算抗扭截面模量： 3 3 πD π × 16 Wn = = = 804 mm3 16 16 轴的最大切应力： T max 40 N·m = = 49. 75 × 10 6 N / m2 = τ max = Wn 804 × 10 － 9 m3 49. 75 MPa 因为 τ max ＜ ［ τ］ = 60 MPa，所以该轴满足强度要 求 。同理得，直径为 22 mm 处的轴也能满足强度要 求。 因此，所设计扳手主体尺寸满足使用要求 。
2012 年 1 月 第 40 卷 第 2 期
机床与液压
MACHINE TOOL ＆ HYDRAULICS
Jan． 2012 Vol. 40 No. 2
DOI： 10． 3969 / j. issn. 1001 － 3881. 2012. 02. 009
安全卡盘扳手设计与应用
罗太景，裴武兴
（ 徐州工业职业技术学院，江苏徐州 221140 ）
一般工厂机床加工生产中，最常用的机床扳手就 是卡盘扳手和刀架扳手 。操作者通过卡盘扳手将工件 夹紧或者松开； 通过刀架扳手将所用刀具夹紧固定在 刀架上。这两种扳手是车床加工中使用最频繁并且为 必须的工具。如果没有这两种扳手就无法使工件和刀 具定位夹紧，无法实现利用车床进行生产加工的目的。 在车工实习和实际工厂生产加工中，车床的安全 操作是教师和生产管理人员反复强调和要求的环节 。 按照车床的安全操作规程，操作者在使用三爪卡盘夹 紧工件时，卡盘扳手使用完毕后必须立即取下，然后 启动按钮 。操作者严格按照规定的程序操作就不会发 生事故，但是个别操作者特别是刚开始接触机床的学 徒或者学生，往往贪图省事或者疏忽大意忘记取下扳 手，结果发生事故 。 以 CA6140 车床为例，操作者将离合器手柄置于 中间位置，卡盘完全停止，此时将卡盘扳手插入卡盘 装卸工件时，卡盘不会突然转动，但装夹完毕之后如 果忘记取下卡盘扳手就提起离合器手柄，随着卡盘的 转动卡盘扳手飞出或者向下撞击床身导轨，导致事故
扳手主体顶部内开有十字形通孔，用于使用时插 入手柄 4 。手柄 4 分为两段，且每段尾端经过滚花处 理，起到防滑的作用 。两段手柄可以单独使用，必要 时也可以一起使用 。 在不受力的情况下，外套筒 3 是伸出的，当使用 时操作者给予其外力作用后，外套筒 3 受力，同时顶 住弹簧 5 ，使得弹簧 5 被压缩，此时卡盘扳手头相对 地就处于套筒外部，这样就能实现卡盘扳手的功能 。 当操作者撤销外力时，内套筒 2 在弹簧力的作用下， 对车床的卡盘施加反作用力，这样扳手就能被其自身 的弹力从卡盘的方孔螺钉中弹出 。 1. 2. 2 可换接头设计 为了实现卡盘扳手和刀架扳手两种功能，需要将 刀架扳手置于卡盘扳手的主体上，但是这样必然造成 整个结构臃肿，结构相对比较复杂，使成本上升 。 产 品的改进设计不光是以追求技术先进和使用方便，还 要考虑到整个产品的成本，如果新产品的制造成本大 大超越改进前的产品的话，那么也意味着改进设计的 失败 。 因此，在这次改进设计中，作者决定将原先的刀 架扳手结构大大缩减，设 计 一 个 可 换 接 头 （ 图 3 ） 。 现实中刀架扳手在使用时也只有头部的内四方孔起作 用，其余的主体部分与卡盘扳手是一致的 。
摘要： 车床的操作中最常用到的扳手有两副，一副是卡盘扳手，另一副是刀架方头螺钉扳手 。 两副扳手各有所用，不 能够替换，在操作中频繁更换，影响工作效率； 同时，有人使用卡盘扳手夹紧工件后可能忘记将其取下，就有可能发生伤 人事故，存在严重的安全隐患。针对以上不足，设计出一种新型的安全卡盘扳手，集卡盘扳手和刀架扳手的功能于一身， 既减轻了劳动强度，提高了劳动效率，又杜绝了安全隐患，具有较好的经济效益和社会效益 。 关键词： 车床； 卡盘； 安全； 多功能扳手 中图分类号： TH122 ； TG712 文献标识码： B 文章编号： 1001 － 3881 （ 2012 ） 2 － 022 － 5
发生，伤及人身或损坏机床 。 长期以来，在车床有关实习和生产中，最常用的 扳手有两副，一副是卡盘扳手，另一副是刀架扳手， 两种扳手各有所用，不能替换，但是在实际操作中这 两个扳手又使用得相当频繁，更换扳手费时费力，不 仅增加了劳动者的劳动强度，而且延长了劳动时间， 降低了生产和劳动效率 。 在使用卡盘扳手和刀架扳手的过程中，还经常发 生操作者拿错扳手，然后再返回更换的情况，而且两 副扳手在保管和存放的过程中占用空间和其他资源 。 由此，作者想设计一种安全并且多用的扳手，它能够 集卡盘扳手和刀架扳手的作用于一身，这样就不会出 现拿错扳手从而返回更换的情况，而且还能够降低设 备制造成本，节约空间和资源 。 另一方面，鉴于现有卡盘扳手因为未能及时取下 而发生大量事故的这一最主要的缺点和不足，作者想 设计出一种能够自动弹出卡盘的扳手，这样就不会因 为操作者忘记取下扳手而发生事故 。 扳手自动从卡盘弹出的方案： 在卡盘扳手上设计
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整体结构和重要结构设计
整体结构和工作原理 安全 卡 盘 扳 手 的 主 体 结 构 示意图 如 图 1 示，其 整 体 结 构 以现有 卡 盘 扳 手 和 刀 架 扳 手 为 雏 形 。 主 体 与 卡 盘 扳 手 相 同， 但是要 在 主 体 上 开 有 两 个 对 称 180° 的内螺纹孔，用于连接内外 套筒和扳手主体 。 安全 卡 盘 板 手 装 配 图 见 图 2 ，在扳手主体 1 外围安装有内 套筒 2 ，套筒 2 上部装有圆柱形 压缩弹簧 5 ，通过弹簧与内套筒 的相 互 受 力 作 用，起 到 使 用 时 图 1 扳手主体结 自动从 卡 盘 弹 出 的 这 一 最 重 要 构示意图 作用 。内套筒 5 通过螺钉 6 与外 套筒 3 和扳手主体 1 连接，外套筒 3 起到保护整个扳 手主体和弹簧的作用 。