高職“機床夾具設(shè)計與應(yīng)用”教學(xué)實例

蔡玉光

摘要：隨著我國工業(yè)制造業(yè)的崛起，促發(fā)了機械類制造專業(yè)技術(shù)人才的需求，作為主要專業(yè)課之一的機床夾具設(shè)計與應(yīng)用，學(xué)生對知識和實踐能力的培養(yǎng)離企業(yè)實際生產(chǎn)的需求尚有差距，本文以鉆床夾具的設(shè)計為實例，對機床夾具設(shè)計過程和內(nèi)容進行分析、闡述，希望學(xué)生們能從中加深理論和實踐的結(jié)合與應(yīng)用并對教學(xué)改進有所啟示。如有不當(dāng)之處，敬請廣大同行批評指正。

關(guān)鍵詞：機床夾具;設(shè)計重點; 實例分析

機床夾具是機床上裝夾工件的一種工藝設(shè)備，普遍應(yīng)用于機械制造的各個環(huán)節(jié)，比如說：裝配、焊接、切削加工、尺寸檢測等等。其與零部件的加工精度、質(zhì)量以及工序乃至于成本都有著緊密聯(lián)系。當(dāng)今的中國已經(jīng)成為了世界制造業(yè)的加工工廠，來自世界各地的工業(yè)制造需求，促發(fā)了制造業(yè)人才需求，機械制造類專業(yè)的職業(yè)教育也得到了良好發(fā)展，為社會輸送了大量的技能型人才。但于具體專業(yè)學(xué)科上，由于辦學(xué)條件、教學(xué)方法及生源素質(zhì)等因素的限制，畢業(yè)生的知識結(jié)構(gòu)以及實踐能力離用人企業(yè)的專業(yè)需求尚有不小差距。

一、 機床夾具在零件加工中的作用

1、提升加工效率：利用工裝夾具裝夾固定工件，節(jié)省了對待加工零件劃線定位和找準(zhǔn)等輔助工作時間，顯著提高操作和加工的效率。并且能夠?qū)崿F(xiàn)多工件、多工位進行工件夾裝，更能大幅度提升加工速度，有效壓縮了加工周期。

2、提高加工精度：采用工裝夾具進行定位裝夾工件，工件的位置相對準(zhǔn)確，位置的精度由夾具來保證和確定，對于操作者的技術(shù)水平差異帶來的加工質(zhì)量差異不大，能保證同一批次的零部件的加工一致性。夾具的精度越高，加工的精度也就越有保障。

3、便于機床的改造和降低加工成本：夾具的標(biāo)準(zhǔn)化和自動化以及可調(diào)節(jié)設(shè)計成就了老舊機床設(shè)備的改造和利用難題，同時夾具的使用大大降低了報廢率，從多方面為企業(yè)生產(chǎn)降低了成本。

二、機床夾具設(shè)計重點

經(jīng)過多年以來機械加工設(shè)備以及各類機床的科技更新和產(chǎn)品換代以及長期的生產(chǎn)經(jīng)驗積累和沉淀，機床夾具的設(shè)計基本形成了比較完整的步驟和方法。許多夾具部件在市場上和行業(yè)內(nèi)逐漸形成了標(biāo)準(zhǔn)化，在類似產(chǎn)品的加工上，只需在設(shè)計時在標(biāo)準(zhǔn)化的夾具上進行最大相似化選擇并稍加調(diào)整即可投入生產(chǎn)。因而機床夾具的設(shè)計并不是非常困難的事情。然而，高職教育中，導(dǎo)師在知道學(xué)生的設(shè)計和應(yīng)用時，于設(shè)計重點和關(guān)鍵內(nèi)容上仍然會發(fā)現(xiàn)一些諸如：設(shè)計思路不明確、夾緊機構(gòu)和定位元件選擇不當(dāng)、導(dǎo)向裝置配置不好等問題。下面以鉆床夾具為例，對機床夾具設(shè)計的重點和關(guān)鍵內(nèi)容加以綜述：

（一）鉆床夾具的設(shè)計要點

鉆床夾具根據(jù)被加工孔在工件表面的分布氛圍固定式、回轉(zhuǎn)式、移動式和翻轉(zhuǎn)式等不同類型，其通常都裝配有鉆套，通過鉆套對道具進行引導(dǎo)以保證鉆孔加工的坐標(biāo)、位置精度、尺寸精度以及控制加工孔的表面粗糙度并防止歪斜。

1. 對接方式：需要重點考慮夾具安裝于工作臺的水平面或是側(cè)面，加工工件在機床工作臺上的定位位置以及夾具在工作臺上的位置，工件在夾具上的位置。2. 鉆套設(shè)計：鉆套是用來引導(dǎo)鉆頭、擴孔鉆、鉸刀的，是鉆床夾具的主要設(shè)計內(nèi)容，重點在于鉆套軸線與夾具定位基準(zhǔn)，以及其尺寸公差和位置公差。3. 夾具尺寸：重點在于夾具的總體高度以及夾具與工件的相對位置。

（二）實例分析

“刀桿”工件是職業(yè)院校機械系學(xué)生中級工鑒定重點練習(xí)的工件之一，在“刀桿”備料時需要預(yù)先加工一個φ14mm通孔，如上圖。

此“刀桿”工件加工數(shù)量大，φ14mm通孔尺寸及形位公差要求較高，如果單獨采用劃線加工，則勞動強度會很大而且不能保證加工精度。在此，可以通過設(shè)計一個定位元件的“刀桿”鉆孔夾具來解決這個問題。

由圖可見“刀桿”為軸類零件，材料為45#鋼，強度和硬度適中，具有較好的材料力學(xué)性能，適于鉆削加工。由于φ30mm的外圓精度高，可作定位基準(zhǔn)面。為此工件設(shè)計夾具能提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度，降低加工成本，其夾具的設(shè)計重點考慮定位基準(zhǔn)和裝夾的方便性。

（三）定位基準(zhǔn)選擇

為保證上述零件加工面的技術(shù)要求，工件與刀具和機床的相對位置必須正確。而使用夾具，則需要使鉆床、刀具、夾具與工件之間處于正確的加工位置。

根據(jù)“六點定位原則”，由φ14mm孔相對于基準(zhǔn)面的對稱度與51mm孔中心距端面的精度要求，只需限制工件X、Y和Z方向的轉(zhuǎn)動自由度以及限制工件Y和Z方向的移動自由度。通過限制其5個自由度，采用不完全定位方式即可。

1. 選擇定位元件：選用V型塊作為定位元件，定位精度高、安裝方便、對中性好、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。但此元件結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，制造要求較高。2. 定位方案：采用V型塊能將φ30mm外圓的工件限制4個自由度，端面軸向可以在夾具上手機一個擋板使其軸向定位限制一個自由度。

（四）夾緊方案

機械加工過程中，工件必須被夾緊以保證工件定位時所確定的加工位置并防止工件在加工時受到切削力、慣性力、離心力、重力及振動等作用下發(fā)生位置偏移。由“刀桿”工件分析了解到鉆削加工中切削力較大并是連續(xù)加工，易產(chǎn)生沖擊和振動，故夾緊方案重點考慮圓周和軸向的夾緊力，同時應(yīng)該方便裝夾并有利于減小夾緊力以減小工件變形，最好的夾緊力方向是與切削力與重力方向一致。

我們可以設(shè)計一個上壓板的夾緊方案，以保證夾緊力的方向應(yīng)向主要限位面和作用點應(yīng)落在定位元件的支持范圍內(nèi)。既方便裝卸工件且夾緊力的方向與切削力、重力方向重合，夾緊力朝向V形塊的V形面工件夾緊穩(wěn)定可靠并有助于圓周方向的定位。

（五）設(shè)計鉆套

鉆套按結(jié)構(gòu)和使用不同分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套等類型，是裝在鉆模扳或夾具上使用的基礎(chǔ)原件，用來確定被加工孔的位置，引導(dǎo)鉆頭、擴孔鉆或者鉸刀并防止其在加工時發(fā)生偏斜。由于鉆床夾具結(jié)構(gòu)簡單，我們設(shè)計了一個固定鉆套壓裝在模板上，如右圖：

總結(jié)上述內(nèi)容，我們在機床夾具設(shè)計時應(yīng)重點注意提高生產(chǎn)效率、降低成本、結(jié)構(gòu)簡單、便于操作等內(nèi)容。上述的夾具設(shè)計主要用于鉆床鉆孔加工，切削力大因此選用壓緊力大的壓緊裝置即能滿足夾具設(shè)計的要求?！暗稐U”工件放于夾具內(nèi)通過端面軸向上的擋板進行軸向定位，并置于V形塊上用模板通過螺栓壓緊。

參考文獻：

[1]《機械加工方法與設(shè)備》陳根琴.

[2]《機械制造技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)》寧傳華、倪健.

[3]《機械制造工藝與夾具》寧傳華、倪健.

（作者單位：重慶市工業(yè)高級技工學(xué)校）