淺談夾具的設(shè)計(jì)、加工和裝配

賓利文

摘要：本文主要圍繞夾具的設(shè)計(jì)、加工、裝配展開探討，其中，基于半導(dǎo)體產(chǎn)品可靠性測(cè)試的案例，針對(duì)夾具設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，也針對(duì)機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)實(shí)施了詳細(xì)討論，以期為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：夾具;設(shè)計(jì);加工;裝配

0? 引言

在整個(gè)工業(yè)發(fā)展過程中，各個(gè)產(chǎn)品的檢測(cè)、加工以及運(yùn)輸都離不開夾具的使用，如加工行業(yè)的機(jī)床夾具、半導(dǎo)體行業(yè)的可靠性測(cè)試夾具以及非標(biāo)設(shè)備的各類專用夾具等等，一個(gè)好的夾具不僅僅可以大大提高工作效率節(jié)約時(shí)間成本、人工成本，更可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量以及可靠性，因此，設(shè)計(jì)優(yōu)良的夾具不管是對(duì)生產(chǎn)還是對(duì)檢測(cè)或者是運(yùn)輸都很是重要。

1? 用于半導(dǎo)體產(chǎn)品在做可靠性測(cè)試時(shí)的專用夾具設(shè)計(jì)案例

半導(dǎo)體產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中會(huì)用到多功能推拉測(cè)試機(jī)檢測(cè)產(chǎn)品金線或者鋁線以及焊球的可靠性，線和球的大小都很小，幾微米到幾十微米，拿SOP系列、SOT系列來舉例，這類產(chǎn)品比較長(zhǎng)，尺寸是長(zhǎng)250mm、寬70mm、厚0.2mm，測(cè)試方式為局部（30mm左右）測(cè)試完后移動(dòng)產(chǎn)品測(cè)試下一個(gè)區(qū)域，目前大多數(shù)夾具的設(shè)計(jì)都比較長(zhǎng)，整個(gè)托板有300毫米長(zhǎng)厚8mm左右，為了上下兩塊板要壓緊中間30mm左右的測(cè)試區(qū)域，所以平面度要求很高，其它長(zhǎng)度區(qū)域只是用于托住產(chǎn)品防止下垂而導(dǎo)致?lián)p壞產(chǎn)品，對(duì)于這種長(zhǎng)度的板不僅僅增加加工難度，而且很難保證加工要求，所以設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合加工的實(shí)際情況給出合理的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于300mm厚8mm的板在加工時(shí)肯定會(huì)有變形，并且板越長(zhǎng)越容易變形，這種方案不僅加工那邊叫苦連天，且加工出來后還不一定合格，重量也重，因此設(shè)計(jì)時(shí)要避開薄長(zhǎng)板和細(xì)長(zhǎng)板，一定要保證測(cè)試區(qū)域的平面度，其它區(qū)域用其它方法托住產(chǎn)品即可，如板的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成150mm，其它長(zhǎng)度用兩根桿代替，這樣不僅保證了精度，還大大降低加工難度，節(jié)省了大量的加工時(shí)間和成本。

2? 夾具設(shè)計(jì)

夾具設(shè)計(jì)不管是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜都為實(shí)現(xiàn)一定的功能與應(yīng)用，設(shè)計(jì)時(shí)更要考慮后續(xù)的加工和裝配，對(duì)于量大的和量少的要用合理的加工工藝和選用適當(dāng)?shù)难b配方法，降低生產(chǎn)成本，在設(shè)計(jì)過程中要考慮受力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、定位以及使用壽命。

2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容分析

①受力狀態(tài)。設(shè)計(jì)前首先要分析夾具的受力狀態(tài)，不同的受力會(huì)影響到整個(gè)夾具形狀，特別是有空間限制的設(shè)備，因此要分析整個(gè)受力狀態(tài)，合理的布置夾具的形態(tài)。

②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它是保證夾具的性能和安全的關(guān)鍵，包括材料的選擇、零部件的形狀、強(qiáng)度和尺寸等各種計(jì)算、人機(jī)協(xié)調(diào)等等，在尺寸受限的情況更要考慮每個(gè)零部件的受力情況和形狀，并優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)件原則。

③定位。定位是整個(gè)夾具的核心，采用六點(diǎn)定位準(zhǔn)則合理限制自由度，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，限制的自由度只要能夠滿足條件即可，這樣可以簡(jiǎn)化夾具，節(jié)省裝夾時(shí)間，這叫不完全定位，特別要區(qū)分的是加緊和定位是兩個(gè)概念，夾緊是讓工件或者產(chǎn)品不移動(dòng)，定位是每一個(gè)產(chǎn)品或工件是在同一個(gè)定位基準(zhǔn)上。

④使用壽命。根據(jù)使用的環(huán)境和工作狀況，夾具的磨損在所難免，因此易磨損的部位一定要設(shè)計(jì)成容易更換和檢查，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)合理的選著摩擦副，或者滑動(dòng)摩擦設(shè)計(jì)成滾動(dòng)摩擦，甚至熱處理增加硬度等等，以便提高夾具的使用壽命。

2.2 機(jī)床夾具

①設(shè)計(jì)準(zhǔn)備。實(shí)際開展機(jī)床夾具設(shè)計(jì)操作的過程中，需要確保各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作發(fā)揮出較高的實(shí)效性，準(zhǔn)備工作的內(nèi)容包括：原始資料收集和整理、了解設(shè)計(jì)目的，隨后，需要對(duì)上述內(nèi)容開展細(xì)化分類操作，簡(jiǎn)單來講，即為設(shè)計(jì)人員對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的零件設(shè)計(jì)及裝配圖紙開展詳細(xì)的研究分析操作，然后，仔細(xì)觀察各零件重要特征，包括剛度、形狀、重量以及結(jié)構(gòu)等。此外，針對(duì)一些特殊的機(jī)床夾具還應(yīng)該對(duì)其零件毛坯種類和加工工藝流程、規(guī)定等進(jìn)行有效分析和記錄。

②設(shè)計(jì)流程：

1）了解夾具種類。夾具種類較為豐富，需要結(jié)合夾具的使用方法和使用目的對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)床夾具的種類包括：組合夾具、通用夾具以及專用夾具等，基于機(jī)床差異化特點(diǎn)還可以分為銑床夾具、車床夾具等?；诖耍瑢?shí)際開展機(jī)床夾具設(shè)計(jì)操作的過程中，有效了解夾具種類的重要性較高，如此一來，才可以確保相關(guān)設(shè)計(jì)操作的針對(duì)性，對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間均存在積極影響。

2）明確工序定位及夾緊方式。針對(duì)機(jī)床夾具開展具體設(shè)計(jì)的過程中，便需要仔細(xì)考量后期工作過程中可能出現(xiàn)的問題，以為后期各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)工作均可以發(fā)揮較高的有效性和精準(zhǔn)性，設(shè)計(jì)時(shí)需要確保前后工序的統(tǒng)一，其中應(yīng)重點(diǎn)注意的是，每次只能開展一次粗加工基準(zhǔn)操作。同時(shí)，應(yīng)用夾緊和和切削力平衡夾緊裝置開展相關(guān)工作的過程中，應(yīng)重視減少輔助的時(shí)間。

3）準(zhǔn)確把握夾具基準(zhǔn)。夾具的基準(zhǔn)具體有：工件測(cè)量基準(zhǔn)、刀基準(zhǔn)等，實(shí)際開展工件加工操作時(shí)，開展基準(zhǔn)操作的主要目的為對(duì)道具對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位操作，經(jīng)由合理調(diào)整及校對(duì)夾具的方式，可以促使夾具在具體應(yīng)用時(shí)基于自身對(duì)應(yīng)機(jī)床位置開展相應(yīng)的調(diào)整和校對(duì)操作，如此一來，才可以確保夾具的基準(zhǔn)統(tǒng)一，進(jìn)而保證加工結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4）確保夾具體設(shè)計(jì)質(zhì)量。一般來講，夾具體的結(jié)構(gòu)需要單獨(dú)結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，利用專屬的加工工藝手段開展具體設(shè)計(jì)。針對(duì)一些精密度要求較高的夾具還需要開展特殊處理，有助于防止后期操作過程中出現(xiàn)夾具變形問題。

3? 夾具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與加工工藝選擇

一個(gè)夾具的設(shè)計(jì)流程：需求、出方案、確認(rèn)方案、出圖、安排加工、裝配、測(cè)試、交貨，整個(gè)項(xiàng)目中的配件需結(jié)合自身加工條件和設(shè)備合理的安排加工工藝和公差，加工一定會(huì)存在公差，設(shè)計(jì)時(shí)公差要合理，關(guān)鍵部位要求高的，加工很難達(dá)到的要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)避，不能天馬行空隨意設(shè)計(jì)，如一個(gè)零件的臺(tái)階內(nèi)側(cè)要求不能有圓角，但加工一定會(huì)存在圓角，所以設(shè)計(jì)時(shí)可以通過工藝槽去掉加工圓角，不能靠加工設(shè)備保證零圓角，在比如砂輪的越程槽、螺紋的退刀槽，因此要避免高難度配件的加工，零部件要設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單易加工，并且盡量采用常規(guī)機(jī)加工設(shè)備加工，避免采用高尖設(shè)備加工，從而大大降低生產(chǎn)成本。

在安排加工工藝時(shí)，對(duì)每個(gè)零部件的要求要選著適當(dāng)?shù)募庸すに嚭图庸し椒?，加工工藝如滲氮工藝、熱處理工藝、去應(yīng)力工藝等等，加工方法如磨削加工、CNC加工、銑床加工、車床加工甚至電火花和線切割加工等等，合理的加工方法和工藝可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保證加工精度，提高生產(chǎn)效率，更為后續(xù)夾具的裝配節(jié)約大量的時(shí)間和成本。

4? 夾具裝配工藝

裝配工藝分互換裝配法、選配裝配法、修配裝配法，互換裝配分完全互換法和不完全互換法，選配裝配法分直接選配法、分組選配法、復(fù)合選配法，修配裝配法又有單件修配、合并加工修配和自身加工修配。

4.1 通用夾具裝配

通用夾具的裝配工藝建議采用可互換法裝配，一般通用夾具的量比較大，在成本允許的的前提下用完全互換法裝配可大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約人工成本和時(shí)間成本，特別是在人工成本比較大的環(huán)境下，這點(diǎn)尤為重要。

4.2 專用夾具裝配

專用夾具一般屬于單套，加工成本比較高，因此建議采用修配裝配法，降低加工成本，修配法可以達(dá)到很高的裝配精度，不僅大大滿足使用要求，雖然生產(chǎn)效率低，但是在量上基本上屬于單套，所以在設(shè)計(jì)上就能想到用調(diào)整裝配法，降低加工精度，節(jié)約加工成本。

5? 結(jié)語

夾具的設(shè)計(jì)、零部件的加工和夾具裝配三者不可分割，在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要達(dá)到具體功能，還要考慮加工環(huán)節(jié)、裝配環(huán)節(jié)，要能做到使每個(gè)零部件的加工方便，整套夾具的裝配簡(jiǎn)單，容易達(dá)到預(yù)期的裝配精度、運(yùn)行精度、定位精度，在設(shè)計(jì)每個(gè)零部件時(shí)更要考慮到自身的加工條件，制定合理的加工工藝，避免大量定制，多用標(biāo)準(zhǔn)件。

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