試論機(jī)床夾具設(shè)計(jì)

李春陽(yáng)

【摘 要】本文闡述了在機(jī)械加工的過(guò)程中，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的必要性，并從高精高效、模塊組合、通用經(jīng)濟(jì)等方面來(lái)探討機(jī)床的夾具設(shè)計(jì)。

【關(guān) 鍵 詞】機(jī)床 夾具 經(jīng)濟(jì) 設(shè)計(jì)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TG751【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0182-02

在機(jī)械加工的過(guò)程中，為了能夠保證工件的加工精度，使之相對(duì)于機(jī)床、刀具占有確定的位置，并能迅速可靠地夾緊工件，以接受加工或檢測(cè)的工藝裝備稱為機(jī)床夾具，簡(jiǎn)稱夾具。夾具設(shè)計(jì)中主要要基于夾具的特點(diǎn)，從夾具體、定位元件、夾緊裝置、聯(lián)接元件、對(duì)刀或?qū)蛟?、其他裝置或元件以及標(biāo)準(zhǔn)化了的其他聯(lián)接元件中設(shè)計(jì)。

1、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的必要

機(jī)床夾具是在機(jī)床上用以定位裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具有一個(gè)正確的位置，保證加工精度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍和保證生產(chǎn)安全，因此，機(jī)床夾具在機(jī)械制造中占有很重要的地位。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工的日趨完善和各種高精加工機(jī)床的出現(xiàn)，這要求與之配套的機(jī)床附件更加精確和可靠，而機(jī)床夾具的性能直接影響加工工件的安裝、定位及制造精度。因此，良好的機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是保證高精度機(jī)床加工的前提條件。

2、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)

2.1 高精、高效

為了提高機(jī)床的加工精度，機(jī)床夾具應(yīng)具有較高的定位安裝精度和轉(zhuǎn)位、定位精度。工件在夾具的定位實(shí)際上包括工件在夾具上的定位和夾具在機(jī)床上的定位兩個(gè)方面。設(shè)計(jì)中常用的定位方法與定位元件如下。

2.1.1工件以平面定位

平面定位的主要形式是支承定位。夾具上常用的支承元件有以下幾種：

1）固定支承。固定支承有支承釘和支承板兩種形式。

2）可調(diào)支承。支承點(diǎn)位置可以調(diào)整的支承稱為可調(diào)支承。當(dāng)工件定位表面不規(guī)整以及工件批于批之間毛坯尺寸變化較大時(shí)，設(shè)計(jì)中使用可調(diào)支承。有時(shí)，可調(diào)支承也可用作成組夾具的調(diào)整元件。

3）自位支承。自位支承在定位過(guò)程中，支承本身可以隨工件定位準(zhǔn)面的變化而自動(dòng)調(diào)整并與之相適應(yīng)。自位支承一般只起一個(gè)自由度的定位作用，即一點(diǎn)定位，毛坯表面、斷續(xù)表面、階梯表面的定位以及有角度誤差的平面定位，設(shè)計(jì)中多采用自位支承。

4）輔助支承。輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件，它不起定位作用，設(shè)計(jì)中可選擇相對(duì)廉價(jià)的材料。

夾具設(shè)計(jì)中，選擇不同支承定位，要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)課題入手， 從怎樣限制零件的自由度；怎樣夾緊；設(shè)計(jì)的夾具怎樣排削；怎樣使夾具使用合理，便于裝卸等幾方面綜合考慮。

在加工回轉(zhuǎn)體類(lèi)工件時(shí)，要考慮夾具的可靠及通用性，使用可調(diào)支承加工不同尺寸的相似工件，這樣可以使夾具最大范圍地發(fā)揮其使用和通用性。而在選擇定位支承時(shí)，可以根據(jù)不同工件定位面來(lái)選取。

2.1.2 工件以圓柱孔定位

工件以圓柱孔定位大都屬于定心定位（定位基準(zhǔn)為孔的軸線）， 夾具上相應(yīng)的定位元件是心軸和定位銷(xiāo)。

2.1.3 工件以心軸定位

心軸的結(jié)構(gòu)形式很多，工件安裝時(shí)輕輕敲入或壓入，通過(guò)孔和心軸接觸表面的彈性變形來(lái)夾緊工件。設(shè)計(jì)中使用小錐度心軸定位可獲得較高的定位精度。除了剛性心軸以外，在生產(chǎn)中為安裝夾緊方便可采用彈性心軸，液塑心軸，自動(dòng)定心心軸等。這些心軸在工件定位的同時(shí)將工件夾緊，使用起來(lái)很方便。

2.1.4 工件以定位銷(xiāo)定位

定位銷(xiāo)與夾具體的連接可采用過(guò)盈配合，也可采用間隙配合。 設(shè)計(jì)中當(dāng)要求孔銷(xiāo)配合只在一個(gè)方向上限制工件自由度時(shí)，可使用菱形銷(xiāo)，工件也可用原柱銷(xiāo)定位。

2.1.5 工件以外圓表面定位

工件以外圓表面定位有兩種形式，一種是定心定位，一種是支承定位。工件以外圓表面定位的情況與工件與圓柱孔定位的情況相仿， 只是用套筒或卡盤(pán)代替心軸或柱銷(xiāo)，以錐套代替了錐銷(xiāo)。

工件以外圓表面支承定位設(shè)計(jì)中優(yōu)先選擇V形塊。因?yàn)閂形塊對(duì)中性好，是可用于非完整外圓表面的定位。V形塊兩斜面之間的夾角一般取60°，90°和120°，設(shè)計(jì)中以90°為主，90°夾角V形塊結(jié)構(gòu)已標(biāo)準(zhǔn)化。

2.1.6 工件以其他表面定位

工件除了以平面、圓孔和外圓表面定位外，設(shè)計(jì)中也可以錐孔定位，以漸開(kāi)線齒面定位。

2.1.7 快速裝夾工件，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率

設(shè)計(jì)中要以各種自動(dòng)定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動(dòng)、液壓夾緊和多件裝夾的夾具等為主，并要根據(jù)裝夾要求選擇不同的夾具附件，如對(duì)切削時(shí)間較長(zhǎng)的工件夾緊，選擇液壓夾具時(shí)應(yīng)在夾緊系統(tǒng)中附加儲(chǔ)能器，以防止泄液；若對(duì)自鎖性要求較嚴(yán)格時(shí)，則多選擇快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，并利用高速風(fēng)動(dòng)扳手輔助安裝。

夾緊裝置是夾具的重要組成部分。在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)滿足以下基本要求：

1）在夾緊過(guò)程中應(yīng)能保持工件定位時(shí)所獲得的正確位置。夾緊應(yīng)可靠和適當(dāng)。夾緊機(jī)構(gòu)一般要有自鎖作用，保證在加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)或振動(dòng)。夾緊工件時(shí)，不允許工件產(chǎn)生變形和表面損傷。

2）夾緊裝置應(yīng)操作方便、省力、安全。

3）夾緊裝置的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、緊湊，并盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。

2.1.8 夾具應(yīng)有良好的機(jī)動(dòng)性和安全可靠性

夾具設(shè)計(jì)不但要保證加工精度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，而且應(yīng)有良好的機(jī)動(dòng)性和安全可靠性，保證生產(chǎn)安全。

2.2 模塊、組合

夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開(kāi)發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時(shí)，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD/CAM、CAXA、Pro＼E等技術(shù)，可建立元件庫(kù)、典型夾具庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫(kù)，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶三維實(shí)體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過(guò)程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗(yàn)，了解市場(chǎng)需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。模塊化夾具與組合夾具之間有許多共同點(diǎn)。它們都具有方形、矩形和圓形基礎(chǔ)件。在基礎(chǔ)件表面有坐標(biāo)孔系。兩種夾具的不同點(diǎn)是組合夾具的萬(wàn)能性好，標(biāo)準(zhǔn)化程度高；而模塊化夾具則為非標(biāo)準(zhǔn)的，一般是為本企業(yè)產(chǎn)品工件的加工需要而設(shè)計(jì)的。

2.3 通用、經(jīng)濟(jì)

夾具設(shè)計(jì)要大力提倡標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用性設(shè)計(jì)，這樣，才能提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高其設(shè)計(jì)制造水平和質(zhì)量，從而使夾具行業(yè)的整體勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。

3、結(jié)論

夾具設(shè)計(jì)中采用高精、高效、模塊、組合、通用經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展的思路，在組合夾具行業(yè)加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)作的力度，加快用高新技術(shù)改造和提升夾具技術(shù)水平的步伐，充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)媒體，引進(jìn)技術(shù)，爭(zhēng)取合資與合作，與時(shí)俱進(jìn)地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術(shù)，這是改造和發(fā)展我國(guó)組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。

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