一种带有榫卯结构的菱形积木及其加工用夹具的制作方法

本发明涉及一种带有榫卯结构的菱形积木及其加工用夹具。

背景技术：

现有棱形积木的相邻棱柱体的连接方式为胶水粘合，存在安全风险和环保问题，不适宜儿童玩耍。

榫卯结构采用过盈配合连接，所以对加工精度要求较高，使用传统的三轴加工车床，加工工艺繁琐，不但导致加工时间长、成本高，而且多次装夹导致累计误差较大。

但是在加工榫卯结构时，需要对棱柱体进行有效固定。而在现代生产中，夹具已成为机械加工中不可或缺的工艺装备。为了大幅度提高生产效率，稳定加工质量，需要专门为棱柱体设计专用的夹具。

技术实现要素：

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种带有榫卯结构的菱形积木及其加工用夹具。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种带有榫卯结构的菱形积木，所述菱形积木包括大棱锥体、中棱锥体和小棱锥体，所述大棱锥体上设有容纳中棱锥体的大空腔，所述中棱锥体上设有容纳小棱锥体的小空腔，所述大棱锥体、中棱锥体和小棱锥体组合成一个八面体棱锥；

所述大棱锥体和中棱柱体均包括若干组堆叠成棱锥状的棱柱体组，每个棱柱体组包括4根棱柱体，组内棱柱体长度相同，不同棱柱体组的棱柱体具有不同的长度；每个棱柱体的横截面的形状和大小均相同，所述棱柱体的两端面均为斜面，且所述端面上均设有外凸的凸隼和内陷的榫槽，端面相对的棱柱体通过凸隼和榫槽的榫卯连接相互固定。

进一步，所述棱柱体的横截面均呈菱形。

一种用于加工所述的带有榫卯结构的菱形积木的夹具，所述夹具包括用于从两侧夹持住单个所述棱柱体的第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部和第二夹持部的底面均具有水平的第一工作面和倾斜的第二工作面，所述第二工作面与棱柱体的端面相平行，且第一工作面位于中间，两个第二工作面分别位于第一工作面的两侧；

所述第一夹持部和第二夹持部的对合面上分别设有第一固定凹槽和第二固定凹槽；

所述第一固定槽包括分别从两侧夹持住棱柱体相邻两外侧面的第一夹持面和第二夹持面，且所述第一夹持面和第二夹持面通过第一弧形面相连；所述第一固定槽的底部设有容纳所述凸隼的空腔，所述空腔的底面设有用于顶住凸隼前端面的定位面，所述定位面与所述凸隼的前端面相平行；

所述第二固定槽包括分别从两侧夹持住棱柱体相邻两外侧面的第三夹持面和第四夹持面，第三夹持面和第四夹持面通过第二弧形面相连。

进一步，所述第一夹持部和第二夹持部的高度相等，且所述第一夹持部和第二夹持部的高度均小于棱柱体的长度。

进一步，第一夹持部和第二夹持部的高度均为棱柱体长度的2/5。

进一步，所述凸隼呈直角三角形，且所述直角三角形的直角朝外。

进一步，所述定位面为水平面。

进一步，所述第二工作面和第一工作面的夹角为45°。

本发明的有益效果主要表现在：

本发明所述的菱形积木，采用榫卯连接，安全方便。

本发明所述的夹具结构简单，方便好用，且可重复使用。通过切换第一工作面和第二工作面，选择合适的加工角度进行加工，不仅使得操作简单，大大缩短了加工时间，且使得加工精度大幅提高。

附图说明

图1是大棱锥体、中棱锥体和小棱锥体的结构示意图。

图2是棱柱体的结构示意图。

图3是第一夹持部和第二夹持部的结构示意图。

图4是第一夹持部和第一夹持部夹持住棱柱体的结构示意图

图5是第一夹持部、第二夹持部和棱柱体配合的示意图。

图6是利用第一工作面加工时的示意图

图7是利用第二工作面加工时的示意图

具体实施方式

参照附图，一种带有榫卯结构的菱形积木，所述菱形积木包括大棱锥体1a、中棱锥体1b和小棱锥体1c，所述大棱锥体1a上设有容纳中棱锥体1b的大空腔，所述中棱锥体1b上设有容纳小棱锥体1c的小空腔，所述大棱锥体1a、中棱锥体1b和小棱锥体1c组合成一个八面体棱锥；

所述大棱锥体1a和中棱柱体1b均包括若干组堆叠成棱锥状的棱柱体组，每个棱柱体组包括4根棱柱体3，组内棱柱体3长度相同，不同棱柱体组的棱柱体3具有不同的长度；每个棱柱体3的横截面的形状和大小均相同，所述棱柱体3的两端面均为斜面，且所述端面上均设有外凸的凸隼4和内陷的榫槽5，端面相对的棱柱体3通过凸隼4和榫槽5的榫卯连接相互固定。

所述棱柱体3的横截面均呈菱形。

一种用于加工所述的带有榫卯结构的菱形积木的夹具，包括用于从两侧夹持住单个所述棱柱体3的第一夹持部8和第二夹持部9，所述第一夹持部8和第二夹持部9的底面均具有水平的第一工作面6和倾斜的第二工作面7，所述第二工作面7与棱柱体3的端面相平行，且第一工作面6位于中间，两个第二工作面7分别位于第一工作面6的两侧；

所述第一夹持部8和第二夹持部9的对合面上分别设有第一固定凹槽和第二固定凹槽；

所述第一固定槽包括分别从两侧夹持住棱柱体3相邻两外侧面的第一夹持面14和第二夹持面15，且所述第一夹持面14和第二夹持面15通过第一弧形面23相连；所述第一固定槽的底部设有用于容纳所述凸隼的空腔，所述空腔的底面设有用于顶住凸隼4前端面的定位面18，所述定位面18与所述凸隼4的前端面相平行；

所述第二固定槽包括分别从两侧夹持住棱柱体3相邻两外侧面的第三夹持面16和第四夹持面17，第三夹持面16和第四夹持面17通过第二弧形面22相连。

所述第一夹持部8和第二夹持部9的高度相等，且所述第一夹持部8和第二夹持部9的高度均小于棱柱体3的长度。以确保棱柱体3的两端外露于本发明所述夹具，方便在棱柱体3的端面上加工凸隼4和榫槽5。

优选的，第一夹持部8和第二夹持部9的高度均为棱柱体3长度的2/5，具体根据棱柱体3的长度决定。

所述凸隼4呈直角三角形，且所述直角三角形的直角朝外，所述凸隼4的前端面为平面。

所述定位面18为水平面。

所述第二工作面7和第一工作面6的夹角a为45°。

所述第一夹持部8内部设有工艺槽19，旨在满足使用要求的前提下，尽可能简化第一夹持部8的加工工艺。

为了减少加工量，第一固定凹槽的底部可以余留部分余量24，而不用完全挖空，但必须确保当定位面18顶住凸隼4的前端面时，余量24的顶面与棱柱体3的端面之间要有一定的间隙，以容纳粗加工后棱柱体3的端面上的台阶面(即毛刺)。本发明所述夹具的使用原理为：

还未加工成棱柱体3的工件两个端面均为平面，固定方便，利用车床上的普通夹具即可，如精密平口钳。利用普通夹具将工件的任意一端固定好后，可对工件的上半段进行加工。对侧面进行精加工，且将外露的端面加工成斜面，并在其上加工出凸隼4和榫槽5，但端面会出现台阶面，不够平整，等待精加工。

一旦棱柱体3的一个端面加工成型后，再加工另一个端面时，就需要借助本发明所述夹具来固定住已经加工过的这个端面。

本发明所述的第一夹持部8和第二夹持部9相对固定在机床上，将棱柱体3已加工好的一端夹持在第一夹持部8和第二夹持部9围合成的空间内，第一夹持面14、第二夹持面15、第三夹持面16和第四夹持面17分别抵紧在棱柱体3的四个外侧面上，凸隼4的前端面抵触在定位面上，从而将棱柱体3夹紧。

夹紧棱柱体3时，第一夹持部8和第二夹持部9相对的贴合面会存在第一间隙12，且棱柱体3与第一弧形面23和第二弧形面22之间也有第二间隙11和第三间隙10，这并不妨碍对棱柱体3的夹紧。且由于存在第一弧形面23和第二弧形面22，使得棱柱体3具有一定的活动调节空间，使得置入棱柱体3，调节固定时更加方便、灵活，也使得夹持更加紧固。

棱柱体3夹紧后，先将第一工作面6铺设在水平工作面板上，对棱柱体3的侧面进行精加工，并将棱柱体3未加工的端面加工成斜面，并加工出凸隼4和榫槽5。但是将端面加工成斜面后，表面依然会出现台阶面，即使选用圆球刀精加工，也无法保证端面的平整度，且加工效率极低。

然后，将本发明所述夹具倾斜放置，使得第二工作面7铺设在水平工作面板上，已加工成斜面的端面保持水平，便于对端面的台阶面进行精加工。选用端铣刀进行精加工，整个加工过程操作简单、快速，大大缩短了加工时间，且加工精度大幅度提高。

最后，将已精加工过的一端夹住，将待精加工的一端外露，同样将第二工作面7铺设在水平工作面板上，对待精加工的端面的台阶面进行精加工。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。