機(jī)械加工中工裝夾具定位方法設(shè)計(jì)研究

沈亞風(fēng)

（上海納鐵福傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司平湖分公司，浙江 嘉興 314200）

夾具在機(jī)械加工中的作用是極其重要的。夾具對(duì)機(jī)械加工的質(zhì)量是十分重要的，也有利于提高夾具在機(jī)械加工中的效率。工件加工夾具旨在有效實(shí)現(xiàn)對(duì)工件自由度的限制，夾具主要是為了保證一定基準(zhǔn)面與夾具定位元件之間充分的接觸。在工件選擇過(guò)程中，最主要的問(wèn)題就是確定哪一表面與夾具定位元件接觸。本文簡(jiǎn)要闡述了加工定位基準(zhǔn)的分類(lèi)、夾具設(shè)計(jì)的原理和夾具定位等問(wèn)題，希望通過(guò)本文能夠?yàn)閵A具定位設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考。

1 加工定位基準(zhǔn)的種類(lèi)

定位基準(zhǔn)的選擇問(wèn)題是一個(gè)公益性問(wèn)題，它能夠決定零件的的尺寸和質(zhì)量。同時(shí)，它還受工藝、夾具結(jié)構(gòu)的影響。因此，必須高度重視它。就機(jī)械制造而言，基準(zhǔn)面是指將生產(chǎn)對(duì)象的幾何要素的點(diǎn)、線(xiàn)、面確定。數(shù)據(jù)根據(jù)功能和應(yīng)用情況可以劃分為設(shè)計(jì)和處理兩部分。在選擇定位基準(zhǔn)的過(guò)程中，要充分考慮工件的加工要求，確定工件需要的自由度。其中，一個(gè)方面的自由極限更具選擇性，因此，必須保證定位基準(zhǔn)選擇的合理性。圖1 為專(zhuān)用夾具示例。

圖1

2 工件夾具設(shè)計(jì)的原理

工件不同，其加工工藝也是不同的，因此在工件加工前，需要選擇最優(yōu)的刀具夾緊方法和適合的夾具，以確保工件加工后質(zhì)量達(dá)標(biāo)。工件不同，裝夾時(shí)需要選擇合適的加工和設(shè)計(jì)的夾具，所以裝夾時(shí)工件不同，則夾具也各不相同。夾具在設(shè)計(jì)時(shí)，需要提前考慮很多的因素，包括夾具在使用過(guò)程中有可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以及夾具是否適用。一般來(lái)說(shuō)，夾具的使用，夾住了各種各樣設(shè)計(jì)相似的工件，從而確保了工件在加工時(shí)的運(yùn)行順利，還能夠降低夾具加工的成本。

夾具在設(shè)計(jì)時(shí)需要遵守幾點(diǎn)規(guī)則：首先，夾具的設(shè)計(jì)原則是以工件為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而不是先設(shè)計(jì)完成后再挑選能夠使用的工件；其次，夾具在使用時(shí)，固定了工件、夾具和設(shè)備，以確保被加工工件的功能和性質(zhì)符合要求。因此，夾具設(shè)計(jì)需要遵守多點(diǎn)規(guī)則，這樣才能夠保證工件、夾具和設(shè)備成功完美的搭配。

夾具使用時(shí)，固定了工件，能夠保證工件基本不會(huì)發(fā)生偏移，以降低加工產(chǎn)生的誤差，從而保證工件的精度以及工件的其他功能。因此，在對(duì)工件進(jìn)行定位時(shí)，保證定位的精確度是十分必要的，只有這樣才能保證工件加工的精確度。工件定位要符合定位原理，尤其是最為基本的定位原理，從而保證以后工件加工精度的定位問(wèn)題。六自由度定位法是工件定位的基本方法，該法的含義是工件在空間上的前、后、左、右、上、下六個(gè)方向能夠運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致工件產(chǎn)生偏離問(wèn)題。因此為了保證工件在加工過(guò)程中不會(huì)移動(dòng)和偏離，限制工件的六自由度是非常必要的，但一般來(lái)說(shuō)，它不會(huì)降低工件的精度。但是六自由度的限制能力，產(chǎn)生了工件的定位過(guò)度的問(wèn)題，這使得定位的難度明顯提高了，而且使得大量的定位元件沒(méi)有充分被利用。因此，在實(shí)際加工過(guò)程中，有必要根據(jù)實(shí)際加工條件選擇定位，從而確保工件加工的精確度。

3 工具夾具的效用

3.1 提升生產(chǎn)效率

工具夾具能夠減少輔助工時(shí)，有效地提高生產(chǎn)的效率。為了達(dá)到快速方便地定位工件的目的，可以通過(guò)夾具夾緊。不需要對(duì)工件進(jìn)行劃線(xiàn)對(duì)齊，可大大縮短輔助工作時(shí)間。此外，夾緊后工件整體剛度提高，增加了切削的參數(shù)，可以采用多工位夾緊工具，從而提高生產(chǎn)的效率。

一方面，可以使用標(biāo)準(zhǔn)化的夾具，從而實(shí)現(xiàn)縮短加工的準(zhǔn)備時(shí)間，提升作業(yè)的高效率。另一方面，可采用液壓、氣動(dòng)夾緊裝置，來(lái)提高作業(yè)效率。另外，采用多工位夾具和變工位夾具，可大大提高工作效率。為了提高數(shù)控銑床夾具的工作效率，在設(shè)計(jì)數(shù)控銑床夾具時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：我們應(yīng)該盡量實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)夾具的加工，從而大大縮短加工的時(shí)間，也有助于提升加工的精確度。采用多工位多件夾具，能夠加快裝夾的速度，縮短加工的時(shí)間。并且通過(guò)選擇合理的刀具的尺寸、形狀和切削量，能夠大大提高工作效率。

3.2 確保質(zhì)量

夾具能極大地提高工件的加工精確度，從而保證工件的質(zhì)量達(dá)到更加高水平的標(biāo)準(zhǔn)。使用夾具固定工件時(shí)，能夠確保工件與刀具、機(jī)床彼此之間的位置，也能避免人為工藝因人為因素產(chǎn)生的影響，從而保證了同批次工件的加工精度。受局部熱變形和應(yīng)力的影響，零件會(huì)產(chǎn)生較大的變形。在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算提前預(yù)留余量，使應(yīng)力、變形和變形方向得到可靠控制，保證零件質(zhì)量。

3.3 提高適應(yīng)性

夾具能夠提高適應(yīng)性表現(xiàn)在夾具可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍。結(jié)合實(shí)際機(jī)床的運(yùn)動(dòng)模式，不同類(lèi)型的固定裝置在加工的過(guò)程中擴(kuò)大應(yīng)用范圍的機(jī)床技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)部分機(jī)床的靈活性。

4 現(xiàn)代夾具的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

4.1 標(biāo)準(zhǔn)性

夾具必須達(dá)到國(guó)家?jiàn)A具標(biāo)準(zhǔn)，從而保證在加工過(guò)程中，機(jī)械能夠適應(yīng)不同夾具的加工。因此，只有嚴(yán)格按照夾具的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)夾具，才能保證產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量，以降低生產(chǎn)成本。

4.2 精密性

科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，使得對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的精準(zhǔn)度的標(biāo)準(zhǔn)也逐漸提高了，這就要求夾具和夾具制造機(jī)械產(chǎn)品具備更加高水平的精度，與此同時(shí)，也出現(xiàn)了越來(lái)越多各種各樣的夾具產(chǎn)品。在未來(lái)，客戶(hù)將要求更高的精度?？梢?jiàn)夾具的精度是非常重要的。

4.3 高效性

利用工具加工機(jī)械產(chǎn)品是企業(yè)提高生產(chǎn)效率的有效手段。企業(yè)能夠通過(guò)使用自動(dòng)夾具和高效夾具，降低工人每天的工作量，縮短工件的加工周期，同時(shí)還降低了成本，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品生產(chǎn)的高效性。

4.4 靈活性

靈活性是指選擇有效組合的夾具，從而有利于各種種類(lèi)工件的加工。這種調(diào)整包含了多種不確定因素。因此，為了加工不同的產(chǎn)品，提高夾緊工具的靈活性是十分必要的，將不可拆卸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為可拆卸結(jié)構(gòu)，提高夾緊工具的可調(diào)性。

5 工件在夾具中的定位

5.1 六點(diǎn)定位原則

在空間直角坐標(biāo)系中包括六個(gè)自由度，在工件沒(méi)有定位的情況下，工件定位的目的旨在限制工件的自由度，即維持工件的穩(wěn)定，保證工件的高質(zhì)量。六點(diǎn)定位是通過(guò)六個(gè)支承點(diǎn)來(lái)限制工件的六自由度。通過(guò)這種方法，可以確定工件在空間中的具體位置。

5.2 定位中需要注意的問(wèn)題

（1）定位與加緊存在差異。機(jī)械加工是指工件在加工過(guò)程中在空間上存在不確定因素。這里要特別注意定位與加緊的區(qū)別，即工件是固定的，其位置不能改變，但其在空間中的具體位置不一定確定。定位是在夾具中得到準(zhǔn)確的位置。（2）六點(diǎn)定位中“點(diǎn)”的含義。六點(diǎn)定位中的“點(diǎn)”并不是指簡(jiǎn)單的機(jī)械接觸點(diǎn)，而是指對(duì)工件自由的限制。在工件與工作臺(tái)之間存在著許多的機(jī)械接觸點(diǎn)，但是工件在空間中的自由度卻是被限制的。

5.3 工件的四種定位方法

第一，完全定位。工件的自由度完全受限的定位方法成為完整的定位。第二，不完全定位。根據(jù)具體的加工要求，限制工件部分自由的定位方法稱(chēng)為不完全定位。第三，欠定位。根據(jù)加工過(guò)程進(jìn)行加工時(shí)，應(yīng)定位的某些自由度沒(méi)有定位，稱(chēng)為欠定位。第四，過(guò)定位。與欠定位相反，在按照過(guò)程進(jìn)行加工時(shí)，會(huì)有一些本不應(yīng)該被定位的自由度被定位，這叫作過(guò)定位。

6 結(jié)語(yǔ)

為了保證產(chǎn)品的高質(zhì)量和高效率，在機(jī)械加工過(guò)程中，企業(yè)選擇使用夾緊工具來(lái)保證產(chǎn)品的高質(zhì)量。夾具對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)具有十分重要的意義：它大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，提升了工人的工作環(huán)境，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)的成本；提升了工人的工作效率，也擴(kuò)大了工具的操作范圍。

在零件加工或機(jī)械加工過(guò)程中，無(wú)論采用何種夾具和定位方法，都能夠保證產(chǎn)品生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。綜上所述，夾具極大地方便了機(jī)械加工過(guò)程，并且在未來(lái)將會(huì)更加便利和耐用。