淺談高職機(jī)制類專業(yè)機(jī)床專用夾具的設(shè)計

倪 健

（江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013）

淺談高職機(jī)制類專業(yè)機(jī)床專用夾具的設(shè)計

倪 健

（江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013）

文章提出高職機(jī)制類專業(yè)學(xué)生在機(jī)床專用夾具設(shè)計中存在的問題，以零件實(shí)例，對機(jī)床專用夾具設(shè)計過程的重要內(nèi)容加以分析、闡述。

機(jī)床專用夾具；定位元件；夾緊機(jī)構(gòu)；鉆模板

隨著國家的重視和社會就業(yè)觀念的轉(zhuǎn)變，職業(yè)教育得到極大發(fā)展，為社會輸送了大量的技能人才。但是，由于辦學(xué)條件、教學(xué)方法及生源素質(zhì)等各種因素的制約，畢業(yè)生的能力與社會需求還有一定的差距。對高職機(jī)制專業(yè)學(xué)生來說，掌握機(jī)床專用夾具乃至一般機(jī)械的設(shè)計方法是滿足用人單位需要、體現(xiàn)其職業(yè)能力的一個重要方面。因此，機(jī)床專用夾具的設(shè)計經(jīng)常作為該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容。

經(jīng)過長期的實(shí)踐和總結(jié)，機(jī)床專用夾具的設(shè)計已形成一套比較完整的步驟和方法。夾具組成部件許多已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時直接選用或稍加修改即可，因此，夾具設(shè)計應(yīng)該不是一件很困難的事。然而，筆者在指導(dǎo)歷屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計時，還是發(fā)現(xiàn)存在很多問題，如整體設(shè)計思路不清、定位元件及夾緊機(jī)構(gòu)選擇不當(dāng)、導(dǎo)向裝置設(shè)置不好等。下面以一典型零件為例，對機(jī)床專用夾具設(shè)計的重點(diǎn)內(nèi)容加以說明。

圖1開合螺母

圖1 所示零件為開合螺母，材料HT200，大批量生產(chǎn)。其工藝路線為：鑄造-時效處理-粗、精銑ABCDEF六面-銑45°斜面-銑鍵槽-鉆￠4孔-鉆、擴(kuò)、鉸2-￠10孔-車孔及梯形螺紋-磨AB面-銑削、分割零件-鉆￠6.6孔、攻M8螺紋-去毛刺-檢驗(yàn)。其中工序“鉆￠6.6孔、攻M8螺紋”工序簡圖如圖2所示，選用Z525型立式鉆床?，F(xiàn)為此工序設(shè)計一專用鉆夾具。

圖2 “鉆孔、攻絲”工序簡圖

圖3 定位方案與定位元件紋工序簡圖

一、工序簡圖分析

工序加工內(nèi)容為先鉆孔后攻絲。各工序尺寸：通孔直徑￠ 6.6mm；螺紋M8，深30mm；孔中心距A面8mm；距C面35mm。尺寸精度、位置精度要求不高，加工難度不大。

零件以底面G（分割面）定位，限制三個自由度，為主要定位基準(zhǔn)面；以側(cè)面A定位限制兩個自由度；以側(cè)面C定位限制一個自由度。零件的六個自由度全部限定，屬完全定位方式。實(shí)際上按加工要求，只需限定除孔軸向移動外的五個自由度即可。但為了使夾具設(shè)計更簡單、方便，有時候?qū)嶋H限定的自由度數(shù)比要求的多是允許的。

上表面E面夾緊，方向指向主要定位基準(zhǔn)面G面。符合夾緊力原則。

二、定位元件的選擇

按工序簡圖要求，零件的六個自由度全部限定，需要采用多個定位元件組合完成。

（一）底面G處定位元件

主要定位基準(zhǔn)面G面為一平面。平面定位時最常采用的定位元件就是支承釘和支承板。如果選擇支承釘，由于一個支承釘只限制一個自由度，因而需安排三個支承釘，且不能在一條直線上。另外，三個支承釘高度很難保證在同一水平面上，需要裝配后再磨平，相對來說比較麻煩；如果選擇支承板，則只需一個寬板即可限定三個自由度，設(shè)計簡單。因此，G面采用支承板定位是比較合理的。

支承板已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，其大小可查夾具設(shè)計手冊確定。但是，支承板的形狀、大小應(yīng)該與所支承的定位面相適應(yīng)。也就是說，首先支承板不能小于定位面的大??；其次，當(dāng)定位面為圓形或矩形時，支承板相應(yīng)地也應(yīng)該設(shè)計成圓形或矩形。本例中，定位面G面為矩形，尺寸70×100，標(biāo)準(zhǔn)支承板雖然也為矩形，但大小與定位面不匹配，這時支承板的長、寬尺寸可設(shè)計成與定位面一致或者每邊多出5mm，如80×110，而支承板的厚度、與夾具體相連的沉頭螺孔的大小等仍然按標(biāo)準(zhǔn)選用。

（二）側(cè)面A處定位元件

側(cè)面A限制零件的兩個自由度，也是一個平面?？蛇x擇兩個支承釘或一個窄板定位。由于窄板寬度不好定，且安裝不便，因而采用兩個支承釘較為合理。

支承釘應(yīng)如何布置呢？如果水平布置，則需與夾具體豎直面相連，以頂面支承零件。由于選用的支承釘一般較短，勢必造成零件離夾具體太近，影響鉆模板的設(shè)計。如果豎直布置，則與夾具體水平面相連，加工比較簡單，且位置比較靈活，應(yīng)予以采用。

采用豎直布置時，支承釘是以圓柱面接觸零件的。但是，標(biāo)準(zhǔn)支承釘?shù)膱A柱面尺寸精度不高，影響定位精度。因此可采用結(jié)構(gòu)更簡單、精度更高的圓柱銷代替支承釘。

大批量生產(chǎn)時，零件的頻繁裝卸易使定位元件發(fā)生磨損，精度下降，因此需進(jìn)行更換。如果將圓柱銷固定在夾具體上，經(jīng)常更換時易使夾具體上的銷孔磨損，可能造成夾具體報廢。因而將圓柱銷固定在底部支承板上不失為一種好的辦法。兩銷間距應(yīng)適當(dāng)拉開，以使定位更穩(wěn)固。

（三）側(cè)面C處定位元件

側(cè)面C處情況與側(cè)面A情況相似，采用一個安裝在底部支承板上的圓柱銷定位即可。圓柱銷的位置盡量靠近定位面的中心處。

注意，由于兩側(cè)面定位用圓柱銷均安裝在底部支承板上，因此，支承板的長、寬尺寸應(yīng)在滿足底面定位基礎(chǔ)上適當(dāng)放大。夾具定位情況如圖3所示。

三、夾緊機(jī)構(gòu)的選擇

在設(shè)計一般夾具時，常用的夾緊機(jī)構(gòu)不外乎偏心、螺旋及斜楔三種，首選螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。本工序選擇螺旋移動壓板夾緊機(jī)構(gòu)較為合適。

螺旋移動壓板夾緊機(jī)構(gòu)的各個組成部件也已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時直接選用或在標(biāo)準(zhǔn)件基礎(chǔ)上修改即可，這點(diǎn)與前述定位元件設(shè)計相似。

需要指出的是，作為壓緊部位的零件表面E為一薄壁形狀（見圖2），周邊寬度6mm，中間為空腔。因此，移動壓板只能壓住薄壁。很明顯，壓住一邊薄壁時零件是不穩(wěn)定的。如果要壓住兩邊薄壁的話，只能有兩種選擇：一是采用一個長壓板，二是采用兩個短壓板兩邊夾緊。那么，哪種方案比較好呢？

采用長壓板好處是只需旋緊一個螺母，但很難做到兩處同時夾緊，除非增加浮動裝置。另外，根據(jù)杠桿原理，支承臂需要加長才能保持足夠的夾緊力。而壓板過長操作時多有不便，且需另行設(shè)計。若采用短壓板兩邊夾緊，則夾緊可靠，設(shè)計簡單，夾緊機(jī)構(gòu)各部件可直接選擇標(biāo)準(zhǔn)件。因此，本工序選用短壓板較為合理。

布置壓板壓緊位置時應(yīng)盡量靠近零件的中部，但要注意避開鉆模板，且有足夠的操作空間。本工序夾緊機(jī)構(gòu)如圖4所示。

圖4 夾緊機(jī)構(gòu)與鉆模板

四、鉆模板的選擇

鉆模板是專用鉆夾具必不可少的組成部件。設(shè)計鉆模板時，主要解決排屑間隙、鉆套型式及尺寸、與夾具體連接及模板尺寸等問題。

排屑間隙大小按公式計算即可。本例零件為鑄鐵，排屑間隙h=（0.3～0.7）d=1.98～4.62，考慮到鉆孔精度不高，可以取大值，如h=4mm。

鉆套型式應(yīng)與加工內(nèi)容相關(guān)。本例為先鉆孔后攻絲，選擇標(biāo)準(zhǔn)快換鉆套即可。但是，在確定鉆套壓緊螺釘位置時，應(yīng)盡量設(shè)置在鉆模板內(nèi)部，一則減小模板尺寸，二來可為壓緊機(jī)構(gòu)留出空間，如圖4所示。

一般情況下，可在鉆模板上設(shè)計兩個銷孔和兩個沉頭孔與夾具體相連。銷定位，螺釘緊固。注意孔之間應(yīng)有足夠的距離。

鉆模板加工中不受力，不用太厚，一般設(shè)計成與鉆套高度一致或10～15mm。至于長、寬尺寸，在能容納鉆套、銷孔及螺孔等前提下，盡量緊湊。

五、結(jié)束語

雖然學(xué)生們在機(jī)床專用夾具設(shè)計方面還存在著這樣那樣的問題，但是，通過改變教學(xué)方法、加大實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)力度，提升學(xué)生們的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，完全可以使設(shè)計變得不那么困難。目前，高職院校普遍推廣的一體化教學(xué)就是一種很好的教學(xué)手段。筆者雖多年從事機(jī)制教學(xué)，但水平有限，文中不當(dāng)之處，敬請廣大同行批評指正。

［1］陳根琴.機(jī)械加工方法與設(shè)備［M］.北京：人民郵電出版社，2010.

［2］寧傳華.機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

［3］寧傳華，倪健.機(jī)械制造工藝與夾具［M］.江西：江西高校出版社，2014.

This paper puts forward the problems for students majored in machine manufacturing in higher vocational colleges in the design of special fixture.Taking components as an example，this paper analyzes and expounds the important contents in the design process of special fixture for machine tool.

special fixture for machine tool；positioning element；clamping mechanism；drilling template

G710

A

2096-000X（2016）20-0238-02

倪健，男，江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，工程師、講師，研究方向：機(jī)械制造工藝與裝備。