專用機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的方法與技巧

夏寶林

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，四川遂寧629000）

機(jī)床夾具是機(jī)械制造業(yè)中十分重要的工藝裝備，夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械制造類工程技術(shù)人員和學(xué)生必備的一種專業(yè)技能；AutoCAD是工科專業(yè)的學(xué)生或工程技術(shù)人員運(yùn)用十分普遍的一種繪圖和設(shè)計(jì)軟件，其二維繪圖的功能十分強(qiáng)大；掌握機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)步驟和裝配圖的繪制方法，巧妙的運(yùn)用軟件的功能，能大大縮短設(shè)計(jì)周期，提高機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)效率。

1 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)步驟、方法與技巧

1.1 設(shè)計(jì)步驟與方法

1.1.1 定位裝置設(shè)計(jì)

定位裝置應(yīng)使工件定位方便、穩(wěn)定，并滿足工件的加工要求；根據(jù)工件的加工要求，分析應(yīng)該限制哪些自由度，再結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)條件，確定其定位方案，選擇工件的定位類型。絕對(duì)不能出現(xiàn)欠定位，需要采用重復(fù)定位時(shí)應(yīng)消除其可能產(chǎn)生的不良后果；結(jié)合零件的定位基準(zhǔn)或基面的特點(diǎn)，選擇或設(shè)計(jì)定位元件，確定其結(jié)構(gòu)與尺寸；通過定位誤差（△D）的分析和計(jì)算，判定定位質(zhì)量是否可行。一般通過△D≤T/3判定，如果不能滿足要求則應(yīng)修改定位方案或提高定位副的制造精度。

1.1.2 夾緊裝置設(shè)計(jì)

夾緊裝置應(yīng)保證定位可靠，保證工件的裝夾剛性和自身剛性，適應(yīng)生產(chǎn)條件要求。

根據(jù)夾緊力的作用點(diǎn)和方向的確定原則，確定夾緊力的著力點(diǎn)和方向；根據(jù)切削力確定所需夾緊力；根據(jù)生產(chǎn)條件和夾緊力的大小確定夾緊機(jī)構(gòu)的類型。夾緊行程不大和夾緊力較小可選擇斜楔夾緊機(jī)構(gòu)或偏心夾緊機(jī)構(gòu)；夾緊行程大和需較大夾緊力應(yīng)選擇螺旋夾緊機(jī)構(gòu)；需要以回轉(zhuǎn)中心或?qū)ΨQ中心平面定位時(shí)，可采用定心夾緊機(jī)構(gòu)；多件、多方向夾緊或要較高的夾緊效率時(shí)，可采用聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)；根據(jù)所需夾緊力的大小及零件夾緊部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定夾緊元件的結(jié)構(gòu)和尺寸；單件、小批量生產(chǎn)或流水線作業(yè)時(shí)，可采用手動(dòng)夾緊；自動(dòng)線或生產(chǎn)效率要求高時(shí)，可采用氣動(dòng)或液動(dòng)夾緊，切削力不大且穩(wěn)定應(yīng)采用氣動(dòng)，否則采用液動(dòng)。

1.1.3 對(duì)刀、導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)工件的加工表面及要求確定對(duì)刀、導(dǎo)向方式。對(duì)刀裝置銑床夾具用；導(dǎo)向元件是鉆模與鏜模用，鉆模用鉆模板與鉆套，鏜模用鏜模支架和鏜套；再根據(jù)加工表面的形狀及加工要求選擇或設(shè)計(jì)對(duì)刀、導(dǎo)向元件的類型，并確定相關(guān)尺寸；計(jì)算或確定對(duì)刀誤差（△T），其與夾具的安裝誤差（△A）之和不能超過工件公差的三分之一；加工精度高于IT7的銑床夾具和數(shù)控加工設(shè)備一般不設(shè)計(jì)對(duì)刀、導(dǎo)向裝置。

1.1.4 其他元件或裝置設(shè)計(jì)

應(yīng)結(jié)合工件加工要求、夾具重量、夾具類型及工件的安裝狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)。一次裝夾完成多個(gè)部位或多個(gè)表面加工的需設(shè)計(jì)分度裝置；重型夾具應(yīng)設(shè)計(jì)起吊裝置；自動(dòng)線夾具或一面兩銷定位（定位銷與定位孔有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)），應(yīng)設(shè)計(jì)預(yù)定位裝置；工件以一面兩銷定位，需吊裝時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)抬起機(jī)構(gòu)。

三軸及以下聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，不設(shè)計(jì)直線分度裝置。三軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床不設(shè)計(jì)分度裝置。

1.1.5 夾具體設(shè)計(jì)

夾具體的形狀和尺寸主要取決于工件的輪廓尺寸和各類元件與裝置的布置情況以及加工性質(zhì)等。；鑄造夾具體的壁厚應(yīng)盡可能均勻，其上安裝其他元件的位置應(yīng)鑄出3～5mm高的凸臺(tái)，同一表面的凸臺(tái)高度應(yīng)一致，凸臺(tái)的輪廓尺寸應(yīng)比安裝元件的尺寸略大；夾具體與機(jī)床連接部分的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)與機(jī)床的相應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸一致。

1.1.6 連接元件設(shè)計(jì)

連接元件是保證夾具與機(jī)床之間相對(duì)正確位置的元件。一般只有銑床夾具和車床夾具才有。車床夾具的連接元件是過渡盤。當(dāng)精度要求較高或需重新設(shè)計(jì)制造時(shí)，應(yīng)將其與夾具體作為一體，以減少安裝誤差。銑床夾具的連接元件為定向鍵。大重型及加工精度高于IT7的銑床夾具不設(shè)計(jì)連接元件，應(yīng)在夾具體上設(shè)計(jì)一找正凸臺(tái)面。

1.2 設(shè)計(jì)的技巧

收集與設(shè)計(jì)相關(guān)的各種資料。一般包括：機(jī)械制圖、公差與配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)，夾具所安裝設(shè)備的主參數(shù)及與夾具連接部分的結(jié)構(gòu)、尺寸，夾具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)，AutoCAD軟件運(yùn)用資料等；盡可能采用類比法設(shè)計(jì)，或盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元件，不能使用標(biāo)準(zhǔn)元件時(shí)才參考標(biāo)準(zhǔn)元件進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)元件設(shè)計(jì)；加工批量不大及加工精度要求不高的工件，盡可能使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。采用不完全定位可以保證時(shí)，就不用采用完全定位實(shí)現(xiàn)。

2 夾具裝配圖的繪制步驟與技巧

2.1 繪制步驟

繪制夾具裝配圖時(shí)，一般按照下列順序進(jìn)行：繪制工件的輪廓圖→繪制定位裝置→繪制夾緊裝置→繪制對(duì)刀、導(dǎo)向裝置→繪制其他元件或裝置→繪制夾具體→繪制連接元件→標(biāo)注尺寸及形位公差→填充剖面線→編制零件明細(xì)及技術(shù)要求。

2.2 繪制技巧

工件輪廓圖應(yīng)以面對(duì)操作者的視圖作為主視圖，再根據(jù)投影關(guān)系確定其他視圖；工件的輪廓用雙點(diǎn)畫線繪制，其視為透明體，不遮擋其他元件的投影。如圖1所示。工件輪廓及非標(biāo)準(zhǔn)件繪制好后，為了便于拾取和移動(dòng)和修改。應(yīng)將其復(fù)制粘貼為塊。AutoCAD軟件一般沒有標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，常用的標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)設(shè)置為外部塊，便于長(zhǎng)期使用。當(dāng)需要作部分修改時(shí)，可將其選中分解后再?gòu)?fù)制粘貼為塊。裝配圖應(yīng)表達(dá)清楚工件定位、夾緊情況和裝配關(guān)系，并允許標(biāo)注五大類尺寸及公差。如圖1、圖2所示。

圖1 尺寸公差標(biāo)注

圖2 形位公差標(biāo)注

非回轉(zhuǎn)體夾具標(biāo)注長(zhǎng)、寬、高尺寸，回轉(zhuǎn)體則標(biāo)注長(zhǎng)度與直徑。定位銷、心軸、半圓套、定位套定位時(shí)，應(yīng)標(biāo)注工件與定位元件的配合尺寸及公差；V型塊定位時(shí)，應(yīng)標(biāo)注V型塊的定位高度尺寸及公差。對(duì)刀塊工作表面至定位元件工作表面的尺寸及公差以及塞尺的尺寸及公差；鉆套或鏜套與定位元件之間的尺寸及公差，鉆套或鏜套之間的尺寸及公差；鉆套或鏜套與刀具配合部分的尺寸及公差。過渡盤與車床主軸前端連接部分的尺寸及公差；定向鍵與T型槽配合部分的尺寸及公差。用于確定夾具元件在夾具上的正確位置的配合尺寸及公差。

2.3 夾具裝配圖上允許標(biāo)注的三類形位公差

如圖2所示。定位元件工作表面與夾具安裝（或找正）基準(zhǔn)之間的平行度或垂直度。導(dǎo)向元件與定位元件之間或?qū)蛟g的形位公差。

定位元件工作表面是平面時(shí)，應(yīng)標(biāo)注平行度或垂直度；定位元件為心軸、定位銷、V型塊、半圓套或定位套時(shí)，應(yīng)標(biāo)注對(duì)稱度或同軸度、平行度或垂直度?；蚨ㄎ辉g的平行度、垂直度。多個(gè)導(dǎo)向元件時(shí)，應(yīng)標(biāo)注導(dǎo)向元件之間的平行度或垂直度。

2.4 公差值的確定

尺寸、形位公差一般取工序尺寸要求的1/2～1/5。未注尺寸公差時(shí)，取±0.1mm。未注形位公差時(shí)，按GB1184中7、8級(jí)精度確定。夾具的公差都應(yīng)在工件公差帶的中間位置，即不管工件公差是否對(duì)稱，都要將其化成對(duì)稱公差，然后按上述要求確定。公差值必須滿足工件的加工要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

歸納總結(jié)出了夾具設(shè)計(jì)、裝配圖繪制與尺寸標(biāo)注過程中非常實(shí)用的一些方法與技巧。

按照上述方法進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)，可以避免重復(fù)工作和不必要失誤，能大大提高設(shè)計(jì)的效率。

為剛參加工作者以及在校學(xué)生在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)時(shí)，提供十分豐富可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 王光斗.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.

[2] 楊金鳳.機(jī)床夾具及應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2011.

[3] 董祥國(guó).Auto CAD2014應(yīng)用教程[M].南京：東南大學(xué)出版社，2014.