工裝夾具設(shè)計(jì)也要“以人為本”

董天毅

（山東時(shí)風(fēng)集團(tuán)中央研究院機(jī)械工藝研究所，山東高唐縣 252800）

工裝夾具設(shè)計(jì)也要“以人為本”

董天毅

（山東時(shí)風(fēng)集團(tuán)中央研究院機(jī)械工藝研究所，山東高唐縣 252800）

設(shè)計(jì)工裝夾具時(shí)除要考慮影響產(chǎn)品精度的定位、夾緊等要素外，還要在制造簡(jiǎn)單、操作方便、使用靈活、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)安全等方面給以高度關(guān)注。

1 夾緊、支撐元件的統(tǒng)一性

在一套較為復(fù)雜的工裝夾具中，往往設(shè)有多處壓緊、輔助支撐、調(diào)節(jié)支撐等元件，像常用的靠螺旋壓緊的螺母、螺旋調(diào)節(jié)的螺栓等部件。由于受空間位置、夾緊力大小等原因的影響，不同部位所用的螺紋大小會(huì)不盡相同，如果按理論設(shè)計(jì)這些元件的外形操作部位也會(huì)不盡相同，不同的外形尺寸（或結(jié)構(gòu)）需要操作者用多種工具才能完成夾緊、調(diào)節(jié)等內(nèi)容，加工極不方便，效率大大降低。如對(duì)不同的螺紋采用相同的外形尺寸（或結(jié)構(gòu)），如圖1a、b、c所示，M20 螺母，M12 螺母，M16螺栓等操作部位外形皆設(shè)計(jì)為寬度為k的外六方，使用時(shí)同一種工具就能完成所有的夾緊、調(diào)節(jié)等工序，從而減少了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

2 夾緊元件的安全性

比較常見的開口壓板，由于其螺母外徑小于工件孔徑，只要稍松螺母，取下開口壓板，工件即可方便地穿過螺母而取出，是一種比較實(shí)用的快速夾緊結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)在回轉(zhuǎn)體壓緊裝置中存在著一定的弊端。當(dāng)螺母因意外原因松動(dòng)時(shí)，開口壓板極易在離心力的作用下從夾具中飛出，存在很大安全隱患。如設(shè)計(jì)為圖2a這種結(jié)構(gòu)的壓緊裝置可有效改變這一狀況。開口壓板（圖2b）上車削盲孔φD+1，深度t（以1～2 mm為宜，便于裝卸）。壓緊用帶肩螺母（圖2c）肩徑加工為φD。當(dāng)工作時(shí)，旋緊的帶肩螺母其肩部進(jìn)入開口壓板的盲孔內(nèi)，一旦帶肩螺母稍有松動(dòng)，由于其肩部已嵌在盲孔內(nèi)，所以壓板不會(huì)立即飛出，而此時(shí)操作者能明顯地感知工件的松動(dòng)，停車再次旋緊即可，從而保證了壓緊的安全性。卸下工件時(shí)，只需將帶肩螺母的肩部旋出開口壓板盲孔深度，就能輕而易舉地卸下工件。

3 夾緊元件的耐用性

同樣一件壓緊部件，由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同，其使用壽命也不同（當(dāng)然與材料、熱處理關(guān)系亦非常重要）。如圖3所示，側(cè)面開口壓板圖3a與中間開口壓板圖3b雖然在工作時(shí)受力的大小和方向是相同的，但由于結(jié)構(gòu)不同其受力的作用點(diǎn)是不同的，圖3a壓板受力處在開口的右側(cè)，屬單邊受力；圖3b壓板受力處在開口的兩側(cè)，屬兩側(cè)受力；很明顯圖3b壓板的剛性勝過圖3a壓板，所以從耐用性上看圖3b壓板的結(jié)構(gòu)要優(yōu)于圖3a壓板，即圖3b壓板的使用壽命長(zhǎng)，從而能夠有效減少工裝費(fèi)用，降低制造成本。

為了操作方便及壓緊可靠，工裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)，圖3b壓板中k=L－Rb－5為宜。

4 定位元件的靈活性

定位基準(zhǔn)在最初的工序中是鑄造、鍛造或軋制等得到的表面，因?yàn)楸砻嫖唇?jīng)加工可能存有大小不一的情況，我們稱為粗基準(zhǔn)。所以在利用其外形定位時(shí)需將定位元件設(shè)計(jì)為可調(diào)式以應(yīng)對(duì)毛坯外形的變化。

根據(jù)具體使用場(chǎng)合一般采用以下三種結(jié)構(gòu)形式即可得到解決。圖4a調(diào)整塊使用于工件較大，操作空間較大，需要調(diào)整范圍較大的場(chǎng)合；圖4b偏心螺栓與六角螺母配合使用，用于工件外形極不規(guī)范，需要隨時(shí)人工調(diào)整的場(chǎng)合；圖4c偏心銷與內(nèi)六角圓柱頭螺釘配合使用，用于不同批次毛坯外形不同需要調(diào)整的場(chǎng)合。

5 操作元件的實(shí)用性

圖5為生產(chǎn)中常見的用一面兩銷定位的蓋板式鉆模結(jié)構(gòu)，其操作部件手把的設(shè)置體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者在工裝夾具設(shè)計(jì)過程中“以人為本”理念的充分運(yùn)用。在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)于大型工件及孔系位置度要求較嚴(yán)的工件，當(dāng)鉆模板上兩定位銷置于工件孔內(nèi)定位加工完成后，由于定位銷設(shè)計(jì)公差、孔系位置度公差和孔系尺寸的影響，鉆模板在工件上是很不容易折卸的。這時(shí)通過均勻旋轉(zhuǎn)事先置于頂絲螺母內(nèi)的兩側(cè)手把即可輕易地將鉆模板頂起，起到事半功倍的作用。如間隙得當(dāng)，直接用手把將鉆模板提起也很方便，從而避免了無拆卸裝置人工敲打鉆模板的現(xiàn)象。所以設(shè)計(jì)科學(xué)合理的操作元件會(huì)在生產(chǎn)一線起到非常方便實(shí)效的作用，對(duì)于減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度、優(yōu)化文明生產(chǎn)也有很大好處。

6 對(duì)刀、對(duì)定元件的必要性

在涉及工件、夾具、刀具有相對(duì)位置要求的工裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注意有：對(duì)刀裝置，如對(duì)刀塊；定向裝置，如定向鍵；同時(shí)設(shè)置必要的找正基面，找正基孔等，明確工件在夾具定位后與刀具的相對(duì)位置。這一點(diǎn)雖然在許多夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)上都有詳細(xì)的說明，但工藝工程師真正在設(shè)計(jì)工裝夾具時(shí)往往被忽略，由此給生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)帶來極大不便，故在此再贅述一下。

上述只是在工裝夾具設(shè)計(jì)過程中的幾點(diǎn)切身體會(huì)，愿以上這些設(shè)計(jì)小節(jié)能起到拋磚引玉的作用?；萜展镜膭?chuàng)始人戴維·帕卡德說：“小事成就大事，細(xì)節(jié)成就完美”。在今后的工裝夾具設(shè)計(jì)過程中，愿我們所有從事機(jī)械加工工藝的同仁能從細(xì)節(jié)做起，使我們?cè)O(shè)計(jì)的工裝夾具更具人性化、更貼近生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、更實(shí)用、更完美。

作者：董天毅，男，機(jī)械工藝工程師，研究方向：機(jī)床夾具設(shè)計(jì)及機(jī)械加工工藝規(guī)程制訂。發(fā)表論文20余篇。

（編輯 周富榮）

（收稿日期：2009－12－14）

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DONG Tianyi
（Machinery Technology Institute of Research&Development Institute Centre，Shandong Shifeng Group Co.，Ltd.，Gaotang 252800，CHN）

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