組合式工裝夾具設(shè)計(jì)

王蒙 彭曉宇

先進(jìn)制造技術(shù)（AMT）現(xiàn)正逐漸成為高等院校工程訓(xùn)練項(xiàng)目的新重點(diǎn)。AMT技術(shù)設(shè)備品種多、配置臺(tái)套少，以及涉及的加工材料多樣、規(guī)格形狀各異等特點(diǎn)，催生了對(duì)特殊夾具的需求。以激光雕刻（打標(biāo)）項(xiàng)目為例，在實(shí)訓(xùn)過程應(yīng)用范圍演示教學(xué)和科研協(xié)作加工中，經(jīng)常面臨對(duì)不同厚度、形狀物品表面的固定與找正問題。據(jù)了解，在普通的機(jī)電工具市場(chǎng)上很難找到這種需求量小的專用夾具，定制適合單位機(jī)床工作臺(tái)尺寸的夾具則價(jià)格昂貴。

在工業(yè)化生產(chǎn)模式下，特別是機(jī)械加工制造類行業(yè)中，節(jié)約成本與提高效率成為企業(yè)生存和發(fā)展的主要研究方向。本論文通過對(duì)我產(chǎn)品車加工過程中，工裝的主題結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。將一體式工裝改為組合式工裝，在節(jié)約成本與提高效率方面取得了良好的效果。

一、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原工裝的分析

1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

此產(chǎn)品為粉末冶金材料的齒輪坯體件，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。

齒輪坯

加工方式：工件以內(nèi)孔、端面為定位基準(zhǔn)，并通過螺帽和開口墊圈進(jìn)行夾緊，在相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀量和走刀速度下，依次對(duì)其外圓和端面進(jìn)行精車削加工。

為了對(duì)此產(chǎn)品的專用工裝夾具的改進(jìn)，進(jìn)行了全面的分析，本章將通過對(duì)原工裝的分析，以便更加清楚地說明新型工裝的設(shè)計(jì)方案。

2.原工裝的分析

原工裝的整體結(jié)構(gòu)為一體式的專用車床工裝。工裝的主體結(jié)構(gòu)由定位裝置和夾緊裝置組成。

在實(shí)際生產(chǎn)加工過程中，裝夾會(huì)使得芯軸磨損，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)而引起跳動(dòng)偏大，不能再繼續(xù)用該工裝；只能選擇整個(gè)工裝的報(bào)廢，從而形成了高成本的工裝制作費(fèi)用。

二、新型工裝的設(shè)計(jì)

新型工裝的主體結(jié)構(gòu)在原工裝的設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了較大的改進(jìn)：

以芯軸與外套主體為組合的方式代替了原有的一體式結(jié)構(gòu)。改變了原有的主體伸出軸定位裝置，將用于定位的芯軸部分以錐形活動(dòng)芯軸代替。裝夾方式是，使用螺帽鎖緊，并且通過平鍵防止相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.新型工裝的優(yōu)點(diǎn)

（1）芯軸可以更換，這樣可以解決其易于磨損的問題，從而在降低工裝成本上有明顯的效果。

（2）裝夾更加方便，可以提高工作效率。

（3）工裝壽命的影響：主體工裝的壽命不再受芯軸的磨損的直接影響，大大的延長(zhǎng)了工裝的壽命，使得工裝制作成本得到明顯的降低。

2.新工裝的可行性

新型工裝的加工要點(diǎn)：

（1）芯軸的外錐度與φ20 外圓兩個(gè)地方必須一次加工完成；

（2）配磨底座內(nèi)錐孔，接觸斑點(diǎn)大于85%；

（3）底座與芯軸裝配后，外磨底座φ60帶出端面。

3.定位原理及可靠性

其特征在于，包括一錐面定位裝置，和錐孔定位裝置。該定位底座夾在卡盤上；一定位心軸，該定位心軸套在所述底座上且部分嵌入到所述定位錐孔中并從定位銷的一側(cè)壓迫心軸；以實(shí)現(xiàn)工裝的錐度定位；一螺母，該螺母旋在所述芯軸的外螺紋上，與所述定位芯軸一起對(duì)工件實(shí)施軸向定位。這樣，實(shí)現(xiàn)了錐孔定位零件的數(shù)控加工，也提高利用錐孔定位加工零件的加工效率和精度。

4.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。

（1）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）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）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。

三、組合夾具的優(yōu)點(diǎn)

1 組合夾具縮短產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備周期組合夾具結(jié)構(gòu)靈活多變

由預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)化元件組裝的組合夾具，制造時(shí)間僅僅是組裝元件的時(shí)間，不像專用夾具有較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)及制造周期。專用夾具一般設(shè)計(jì)和制造至少需要 1～2 個(gè)月的時(shí)間，中等復(fù)雜程度的組合夾具平均需4h～8h，夾具生產(chǎn)準(zhǔn)備期可縮短90%左右。組合夾具此外，能及時(shí)解決在加工過程中出現(xiàn)的問題（如設(shè)計(jì)更改、工藝變動(dòng)、毛坯變化等），發(fā)生此類情況時(shí)，僅需對(duì)已組裝好的夾具做一些相應(yīng)的調(diào)整，或重新組裝即可解決，而此時(shí)專用夾具無法使用。因此，采用組合夾具對(duì)縮短新產(chǎn)品的試制周期以及多品種、小批量新產(chǎn)品的制造具有重大的意義和較好的效果。

中等復(fù)雜程度的專用夾具需金屬材料 10kg～30kg，而組合夾具元件可以重復(fù)循環(huán)使用，每次使用僅折舊消耗 0.3kg～1kg，從而可節(jié)約金屬材料95%以上，降低成本約80%。這樣，使用組合夾具的單位其經(jīng)濟(jì)效益就明顯體現(xiàn)出來。

2 組合夾具提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低制造成本存放面積

在一些生產(chǎn)條件較差的企業(yè)鑒于組合夾具元件本身具有較高的制造精度，組裝后的組合夾具能保證被加工零件的位置精度一般為IT8～9 級(jí)；經(jīng)合理選擇元件和精心調(diào)整，也可以達(dá)到 IT6～7 級(jí)。采用組合夾具安裝工件可以減少機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間，有利于采用較大的切削用量，減少機(jī)動(dòng)時(shí)間。使用組合夾具，可省去找正安裝，使工件的安裝迅速、方便，大大地縮短了輔助時(shí)間。使用組合夾具還可以取消畫線工序及工時(shí)，既不受工裝系數(shù)的限制，又不受產(chǎn)品形狀復(fù)雜程度的影響。組合夾具具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、廢品減少、勞動(dòng)生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)，還降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這些都可以大大降低加工成本。組合夾具元件可以反復(fù)使用，不斷重新組合，而專用夾具雖為一個(gè)零件使用一套夾具，但逐年累積的成批量的專用夾具也占用了大量的車間面積，間接導(dǎo)致管理成本加大。

3 組合夾具適用于各種形狀的零件應(yīng)用廣泛

組合夾具有較強(qiáng)的靈活性和較大的使用范圍可以根據(jù)需要配置特殊的專用元件，就被加工零件的類型和尺寸而言，組合夾具可根據(jù)零件的形狀、尺寸的大小而采用不同系列、不同規(guī)格的元件，形成各種系列復(fù)合應(yīng)用的組合夾具。組合夾具適用于不同的企業(yè)生產(chǎn)類型，雖然組合夾具主要適用于多品種、小批量的生產(chǎn)，但是在某些大批量生產(chǎn)的企業(yè)，尤其是工具、機(jī)修和試制車間，組合夾具也正發(fā)揮著越來越積極、越來越重要的作用。

四、結(jié)論

通過實(shí)際的生產(chǎn)驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)取得了較好的改進(jìn)效果。

主要在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高以及工裝的制作成本上得到了很好的改善。同樣大大減少了夾具設(shè)計(jì)與制造時(shí)間及勞動(dòng)量、縮短了生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間。節(jié)省了人力、物力、財(cái)力，無論是單件，成批產(chǎn)品生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制都有較廣泛應(yīng)用。

（作者單位：長(zhǎng)城汽車底盤研究院）