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随动精密虎钳
    本专利属机床工具领域，涉及一种可用于工具的加工及检测的螺栓操作精密虎钳。

    按使用范围，虎钳分台虎钳(安装在钳工台上使用的虎钳)、机用虎钳(安装在铣、刨、钻、镗等机床工作台上使用的中大规格虎钳，往往简称虎钳)和精密虎钳(在工具的磨削、电火花等精密加工及检测中使用的小规格虎钳)。一般来说，无论何种虎钳都可看成是由钳体、固定钳爪、活动钳爪和驱动部件四部分组成的。固定钳爪在钳体上固定不动，活动钳爪在驱动部件的驱动下，沿钳体上的爪轨滑向或滑离固定钳爪，以夹紧或松开两爪间的工件。

    按驱动动力，虎钳分手动和机动(包括液动、气动、电动等)；在手动虎钳里，又分丝杠操作式(活动钳爪直接由丝杠或丝母驱动)和螺栓操作式(活动钳爪由螺栓及螺母间的紧固力驱动)。丝杠操作结构的传动效率高而夹紧力大，是手动机用虎钳的理想操作机构；螺栓操作结构虽然传动效率低但却可简单紧凑地提供复合驱动力，是精密虎钳的理想操作机构。现有原型技术的螺栓操作精密虎钳的活动钳爪，虽然只能随夹紧操作而闭，不能象丝杠操作虎钳那样随退夹紧操作而开，即为方便工件装卸，紧跟退夹紧操作后还得有一个拉开活动钳爪的“拉”操作，但却在大量流通，现有改进技术的螺栓操作精密虎钳的活动钳爪，虽然能象丝杠操作虎钳那样，随夹紧操作而闭随退夹紧操作而开，但却因结构复杂成本高而未能得到广泛采用，以至于酿成其它性能均不佳的丝杠操作精密虎钳还有相当市场份量。

    就活动钳爪而论，对其滑动间隙的处置，长期以来一直就是虎钳创新的焦点。滑动间隙对活动钳爪的滑动是必不可少地，但对工件的夹紧和定位却是有害的。理想的活动钳爪应当能在工件夹紧过程中自动逐步彻底消除活动钳爪的滑动间隙的同时，还能使活动钳爪对工件产生一下行定位夹持分力。如果活动钳爪的滑动间隙在工件的夹紧过程中得不到自动逐步彻底消除，则活动钳爪的受力歪斜会影响工件的定位和夹紧刚性及稳定性。如果活动钳爪在夹紧过程中能对工件自动产生一个下行定位夹持分力，则还可消除工件的非常定位间隙。现有技术的螺栓操作式精密虎钳，具有复合驱动功能，可使活动钳爪的滑动间隙在夹紧进程中得到自动逐步彻底消除，但不能消除工件的非常定位间隙；现有技术的丝杠操作式精密虎钳，既不能使活动钳爪的滑动间隙在夹紧进程中得到自动逐步彻底消除，也不能使活动钳爪在夹紧进程中自动对工件产生一下行定位夹持分力。

    本专利的目的是首先提出一种最简单的活动钳爪操作跟踪装置，使现有原型技术的螺栓操作精密虎钳的活动钳爪能象丝杠操作虎钳一样随夹紧操作而闭随退夹紧操作而开，免除现有技术的不跟随爪的张开“拉”动作；其次是提出一种活动钳爪的弹簧刚球撑起结构，使现有受复合力驱动的活动钳爪的滑动间隙在夹紧进程中得到自动逐步彻底消除的同时，还使活动钳爪能自动产生一个可预调的下行定位夹持分力以消除工件的非常定位间隙。

    本专利的首项发明是一种活动钳爪可随操作而动的螺栓操作精密虎钳，包括一件通过驱动螺栓和球形垫圈及铰链螺母分级闩在钳体的爪轨上的活动钳爪(参见图1、图2和图3)，其特征是，如图3和图4所示，在驱动螺栓下方设置一操作跟踪弹簧，一端固定在活动钳爪体下面，另端套在驱动螺栓上而撑在铰链螺母上，同时把铰链螺母撑入半圆形铰链座和把活动钳爪撑向后退，使活动钳爪象丝杠操作虎钳一样，随夹紧操作而闭，随退夹紧操作而开；所述操作跟踪弹簧可以是丝簧、片簧、压缩螺旋弹簧或拉伸螺旋弹簧，最简单最可靠的操作跟踪弹簧是丝簧，是由一根弹簧钢丝弯曲而成的被钢丝箍并在一起的双丝体弹簧，其自由状态如图5所示，其工作储能状态如图6所示；无论何种弹簧与何种约束方式，弹簧的关键结构都是两端的约束结构角，每一端的约束结构角应当保证该端受约束而另端自由时，自由弹簧体与爪轨基本平行。对于安装结构如此的弹簧，可想而知，假设只解除工作状态的弹簧的某一端的约束，则解除约束而恢复自由的该端要恢复的去向就是工作弹簧对其约束件的撑力方向，也就是说，铰链螺母有被撑向远上方的趋势，活动钳爪有被撑向远下方的趋势；当弹簧两端都受到约束而铰链螺母又被铰链座约束时，弹簧就只能撑着活动钳爪向后退，直至受到驱动螺栓限制为止；不言而喻，这既是发明成功的关键所在，也是理解和实施发明的关键所在。如果弹簧的刚性适度，则按图8所示地用简力Ff就可快速有级向前推动调整铰链螺母和活动钳爪并可同时听到铰链螺母与铰链座的“喀嗒”啮合声，将六角扳手插入驱动螺栓头座内作手柄，同时施加偶力f和拉力Fb就可快速有级向后拉动调整铰链螺母和活动钳爪。控制驱动螺栓有效螺纹的终端就可有效防止螺栓紧过头引起驱动角超出最佳范围，在驱动螺栓入端增设一钢丝挡圈就可有效防止螺栓退过头引起铰链螺母从螺栓上掉下来。现有原型技术的螺栓操作精密虎钳的活动钳爪下面也有一悬臂弹簧片，用悬臂托着驱动螺栓以保证其上的铰链螺母能与铰链座自动正确重复啮合，但无论悬臂起作用与否，退拧螺栓都是铰链螺母退出铰链座，为保证铰链螺母同铰链座的重复啮合性和工件装卸的方便性，退操作一下螺栓后总是要紧跟一个退拉活动钳爪的“拉”操作；一由于现有技术的螺栓无紧拧极限限制，螺栓经常紧拧过头而导致弹簧过度变形失效而不能保证正确重复啮合，二由于现有技术的螺栓无退拧极限限制，螺栓经常退拧过头而导致铰链螺母从螺栓上掉下来，甚至有可能导致螺纹啮合圈数不足的事故隐患，三由于现有技术的结构无啮合感觉特征，动辄怀疑未正确重复啮合，因此，使用中经常需要把虎钳翻转过来检察、调整、修理。由此可见，本专利提出的简单得无法再简单的操作跟踪弹簧装置，不仅解决了现有原型技术的螺栓操作精密虎钳的爪不跟随的问题，而且还连同顺便提出的驱动螺栓的驱动行程限制方案一道，解决了现有技术存在的啮合可靠性和啮合安全性问题，根本不用再提复杂的现有改良技术方案了。

    本专利的另一项发明是一种活动钳爪有复合夹紧结构的虎钳，其特征是，虎钳的活动钳爪有一个如图7所示的由压缩弹簧、垫圈、钢球和调节螺套组成的经螺孔装入活动钳爪体内的可调弹簧钢球撑起结构，拧所述调节螺套入螺孔的程度就可通过所述钢球和所述垫圈同时调整所述压缩弹簧的压缩程度即调整活动钳爪的下行夹紧始动力度和所述钢球突出活动钳爪滑动表面的程度即调整活动钳爪的下行夹紧行程，更换所述压缩弹簧就可调整活动钳爪的下行夹紧临终力度。调小活动钳爪的下行行程同时也在调大活动钳爪的下行始动力度，可保护软质精密工件表面免遭夹紧钳口划伤，必要时可调为零行程以完全关闭下行夹持分力。对设有弹簧钢球撑起结构的活动钳爪来说，在复合力的驱动下，活动钳爪将一直被弹簧钢球撑着在钳体的爪轨上滑动直至触及被夹工件而受阻，这既可减少活动钳爪的滑动阻力又可减轻接触件的滑动磨损；此后，受阻活动钳爪的水平驱动分力和铅垂驱动分力将随夹紧进程的继续而同时渐增，当活动钳爪的铅垂驱动分力增至大于弹簧钢球对活动钳爪的预调撑力时，活动钳爪将夹着工件一道下行直至活动钳爪的滑动表面触及钳体的爪支撑面和工件的定位面触及虎钳的工件定位面，达到同时自动最终彻底消除活动钳爪的滑动间隙和工件的非常定位间隙。如果活动钳爪无复合驱动功能，则活动钳爪无下行驱动分力源，不可能克服弹簧钢球的撑力而带着工件一道下行，因此，可以肯定无复合驱动结构的活动钳爪的弹簧钢球撑起结构不起消除工件的非常定位间隙作用，只起减少活动钳爪的滑动阻力和减轻接触件的滑动磨损作用；反之，如果活动钳爪只有复合驱动结构而无弹簧钢球撑起结构，则活动钳爪只有自动消除活动钳爪滑动间隙功能而无自动消除工件非常定位间隙功能。凡是有复合驱动功能的活动钳爪，无论是何种虎钳，都有不改变原结构而直接增设本复合夹紧结构的条件，改进使用性能。现有技术的螺栓操作式精密虎钳的活动钳爪是受复合力驱动的，因此，在其活动钳爪内增设两组弹簧刚球撑起结构，就使其活动钳爪的滑动间隙在夹紧进程中得到自动逐步彻底消除的同时，还使其活动钳爪能自动产生一个可预调的下行定位夹持分力以消除工件的非常定位间隙，并取得减少滑动阻力和降低接触滑动磨损延长使用寿命效果。

    图1是螺栓操作式精密虎钳，一种外观与现有原型技术的螺栓操作式精密虎钳无丝毫差别的虎钳，但其活动钳爪体内却装有操作跟踪装置和复合夹紧提供装置；图2是活动钳爪有操作跟踪功能和复合夹紧功能的螺栓操作精密虎钳，是把其按图1装配的活动钳爪体沿爪轨移开而将驱动螺栓、球形垫圈、铰链螺母、操作跟踪弹簧及其固定螺钉和两组弹簧钢球撑起结构留在原处的视图；图3是活动钳爪有操作跟踪功能和复合夹紧功能的螺栓操作精密虎钳，是把其按图1装配的钳体和活动钳爪体剖开所见到的驱动螺栓、球形垫圈、铰链螺母和操作跟踪弹簧及其固定螺钉的视图；图4是图3的局部放大图，进一步展示工作中的操作跟踪弹簧的视图；图5是自由状态的操作跟踪弹簧结构，图6是处于工作储能状态的操作跟踪弹簧，图7是为活动钳爪提供复合夹紧功能的弹簧钢球撑起结构，图8是随动精密虎钳的操作使用说明图。