如何提高學(xué)生機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)能力

單忠生

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)課程，具有較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用性。在實(shí)踐教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生面對(duì)夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)往往不知從何著手，毫無(wú)頭緒，因此，首先讓學(xué)生掌握機(jī)床夾具設(shè)計(jì)方法和步驟顯得尤為重要。

一般情況下，夾具設(shè)計(jì)大致可分為4個(gè)步驟，即收集和研究有關(guān)資料，確定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具總圖和確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸、配合及夾具技術(shù)條件等。

收集和研究有關(guān)資料

特別應(yīng)提醒學(xué)生一定要認(rèn)真研究夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，因?yàn)槠渲杏袑?duì)定位基準(zhǔn)、夾緊方案及有關(guān)要求的說(shuō)明。學(xué)生應(yīng)根據(jù)夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)進(jìn)行夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了使所設(shè)計(jì)的夾具能夠滿足上述基本要求，設(shè)計(jì)前要認(rèn)真收集和研究如下有關(guān)資料。

生產(chǎn)批量夾具結(jié)構(gòu)的合理性及經(jīng)濟(jì)性與生產(chǎn)批量有著密切的關(guān)系。大批、大量生產(chǎn)多采用氣動(dòng)、液壓或其他機(jī)動(dòng)夾具，其自動(dòng)化程度高，同時(shí)夾緊的工件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。中、小批量生產(chǎn)，宜采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的手動(dòng)夾具以及萬(wàn)能通用夾具或組合夾具。

零件圖及工序圖零件圖是夾具設(shè)計(jì)的重要資料之一，它給出工件在尺寸、位置等方面精度的總要求。工序圖則給出所用夾具加工工件的工序尺寸、工序基準(zhǔn)、已加工表面、待加工表面、工序加工精度要求等，它是設(shè)計(jì)夾具的主要依據(jù)。

零件工藝規(guī)程零件的工藝規(guī)程標(biāo)明該工序所用的機(jī)床、刀具、加工余量、切削用量、工步安排、工時(shí)定額及同時(shí)加工的工件數(shù)目等，這些都是確定夾具的結(jié)構(gòu)尺寸、形式、夾緊裝置以及夾具與機(jī)床連接部分的結(jié)構(gòu)尺寸的主要依據(jù)。

夾具典型結(jié)構(gòu)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)教師平時(shí)要多收集典型夾具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)和有關(guān)夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)等資料。授課時(shí)要多舉典型夾具實(shí)例來(lái)說(shuō)明，使學(xué)生了解工廠制造、使用夾具情況以及國(guó)內(nèi)外同類型夾具的資料，還要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)查閱相關(guān)資料和工具書(shū)的能力，以便使學(xué)生所設(shè)計(jì)的夾具能夠適合生產(chǎn)實(shí)際，吸收先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并盡量采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

確定夾具的結(jié)構(gòu)方案

在廣泛收集和研究有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)夾具設(shè)計(jì)的基本理論知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，著手?jǐn)M定夾具的結(jié)構(gòu)方案，主要包括：根據(jù)工件定位原理，確定工件的定位方式、選擇定位元件；確定工件的夾緊方式，選擇適宜的夾緊裝置；確定刀具的對(duì)準(zhǔn)及引導(dǎo)方式，選擇刀具的對(duì)準(zhǔn)及引導(dǎo)元件；確定其他元件或裝置的結(jié)構(gòu)型式，如定位元件、分度裝置等；協(xié)調(diào)各元件、裝置的布局，確定夾具具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu)。

學(xué)生在確定夾具結(jié)構(gòu)方案的過(guò)程中，工件定位、夾緊、對(duì)刀和夾具在機(jī)床上定位等各部分的結(jié)構(gòu)以及總體布局可能會(huì)有幾種不同的方案，要求他們都應(yīng)畫(huà)出草圖，最后可通過(guò)必要的計(jì)算（如定位誤差及夾緊力的計(jì)算）和分析比較，從中選取較為合理的方案。

繪制夾具總圖

繪制夾具總圖除了應(yīng)遵循國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)使學(xué)生注意夾具設(shè)計(jì)中的一些習(xí)慣和規(guī)定，如繪制比例應(yīng)盡量取1∶1，以便使圖形有良好的直觀性。夾具總圖中在能清楚表達(dá)夾具內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各元件、裝置位置關(guān)系的情況下，視圖的數(shù)目應(yīng)盡量少。

總圖的主視圖應(yīng)取操作者實(shí)際工作時(shí)的位置，以便于夾具裝配及使用時(shí)參考。被加工工件在夾具中被看作為“透明體”，所畫(huà)的工件輪廓線與夾具上的任何線彼此獨(dú)立，不相干涉，其外輪廓以黑色雙點(diǎn)劃線表示。

繪制總圖的順序是先用雙點(diǎn)劃線繪出工件輪廓外形和主要表面的幾個(gè)視圖，并用網(wǎng)紋線表示出加工余量。圍繞工件的幾個(gè)視圖依次繪出定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)、對(duì)刀及夾具定位元件以及其他元件、裝置，最后繪制出夾具體及連接元件，把夾具的各組成元件和裝置連成一體。

夾具總圖上，還應(yīng)畫(huà)出零件明細(xì)表和標(biāo)題欄，寫(xiě)明夾具名稱及零件明細(xì)表上所規(guī)定的內(nèi)容。

確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸、配合及夾具技術(shù)條件

這是夾具設(shè)計(jì)中比較重要和困難的一步，由于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)少，往往這方面處理不好，致使制造出來(lái)的夾具不能保證工件的加工質(zhì)量，所以教師應(yīng)提醒學(xué)生注意多參考成功的案例，學(xué)會(huì)查閱相關(guān)的技術(shù)手冊(cè)。在標(biāo)注有關(guān)尺寸、技術(shù)要求時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手。

應(yīng)標(biāo)注的尺寸及配合在夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的尺寸及配合有5類。1）工件與定位元件的聯(lián)系尺寸。常指工件以孔在心軸或定位銷上（或工件以外圓在內(nèi)孔中）定位時(shí)，工件定位表面與夾具上定位元件間的配合尺寸及公差等級(jí)。2）夾具與刀具的聯(lián)系尺寸。用來(lái)確定夾具上對(duì)刀、導(dǎo)引元件位置的尺寸。對(duì)于銑、刨床夾具，是指對(duì)刀元件與定位元件的位置尺寸；對(duì)于鉆、鏜床夾具，則是指鉆（鏜）套與定位元件間的位置尺寸，鉆（鏜）套之間的位置尺寸，以及鉆（鏜）套與刀具導(dǎo)向部分的配合尺寸等。3）夾具與機(jī)床的聯(lián)系尺寸。用于確定夾具在機(jī)床上正確位置的尺寸。對(duì)于車、磨床夾具，主要是指夾具與主軸端的連接尺寸；對(duì)于銑、刨床夾具，則是指夾具上的定向鍵與機(jī)床上的T型槽的配合尺寸。4）夾具內(nèi)部的配合尺寸。它們與工件、機(jī)床、刀具無(wú)關(guān)，主要是為了保證夾具裝配后能滿足規(guī)定的使用要求。5）夾具的外輪廓尺寸。一般指夾具最大外形輪廓尺寸。若夾具上有可動(dòng)部分，應(yīng)包括可動(dòng)部分處于極限位置所占的空間尺寸。

上述諸尺寸公差的確定可分為2種情況處理：一是夾具上定位元件之間，對(duì)刀、導(dǎo)引元件之間的尺寸公差，直接對(duì)工件上相應(yīng)的加工尺寸發(fā)生影響，因此可根據(jù)工件的加工尺寸公差確定，一般可取工件加工尺寸公差的1/3～1/5；二是定位元件與夾具體的配合尺寸公差，夾緊裝置各組成零件間的配合尺寸公差等，則應(yīng)根據(jù)其功能和裝配要求，按一般公差與配合原則決定。

應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求在夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求（位置精度要求）有以下幾個(gè)方面：1）定位元件之間或定位元件與夾具體底面間的位置要求，其作用是保證工件加工面與工件定位基準(zhǔn)面間的位置精度；2）定位元件與連接元件（或找正基面）間的位置要求；3）對(duì)刀元件與連接元件（或找正基面）間的位置要求；4）定位元件與導(dǎo)引元件的位置要求。上述技術(shù)條件是保證工件相應(yīng)的加工要求所必需的，其數(shù)值應(yīng)取工件相應(yīng)技術(shù)要求所規(guī)定數(shù)值的1/3～1/5。

（作者單位：河北省玉田縣職業(yè)技術(shù)教育中心）