新型線切割機(jī)床快速裝夾定位萬能夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)

林奕滔

（廣州市公用事業(yè)技師學(xué)院，廣州 510100）

0 引言

機(jī)械加工中夾具裝夾是靠夾具將工件定位、夾緊，以保證工件相對于刀具、機(jī)床的正確位置。這種方法精度較高，生產(chǎn)率高，能保證機(jī)械加工質(zhì)量，減輕勞動強(qiáng)度，但需要設(shè)計(jì)專門的裝備。在機(jī)床上加工工件時(shí)所用的夾具稱為機(jī)床夾具。無論是傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造，機(jī)床夾具都是十分重要的。它對加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有直接影響，因此，無論是改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品或是開發(fā)新產(chǎn)品，企業(yè)花費(fèi)在夾具設(shè)計(jì)和制造上的時(shí)間在生產(chǎn)周期中都占有較大的比重[1]。目前在市面上能用于線切割機(jī)床加工的輔助夾具較少，這在一定程度上降低了生產(chǎn)效率，增加了工人的勞動強(qiáng)度，提高了企業(yè)的加工成本。

1 新型線切割機(jī)床夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及研發(fā)背景

目前，機(jī)械加工車間中廣泛使用的電火花加工線切割機(jī)床，可以加工用傳統(tǒng)切削加工方法難以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的工件。因此，電火花線切割技術(shù)不受材料性能的限制，可以加工任何硬度、強(qiáng)度、脆性的金屬材料，很適合于小批量形狀復(fù)雜零件、單件和試制品的加工，加工周期短，在機(jī)械加工中占有很重要的地位。

在開始加工前，首先必須使工件在機(jī)床上或夾具中占有某一正確的位置，這個(gè)過程稱為定位。為了確保已經(jīng)定位好的工件在加工過程中不會發(fā)生位移，使其在加工過程始終保持正確的位置，還需將工件壓緊夾牢，這個(gè)過程稱為夾緊。定位和夾緊的整個(gè)過程合起來稱為裝夾[2]。

完成裝夾工件后，還必須配合找正進(jìn)行調(diào)整，方能使工件的定位基準(zhǔn)面分別與機(jī)床的工作臺面和工作臺的x、y進(jìn)給方向保持平行，以保證所切割的表面與基準(zhǔn)面之間的相對位置精度[3]。

使用線切割機(jī)床加工工件，其裝夾的方法選擇是否恰當(dāng)，直接影響線切割加工精度和效率。

線切割機(jī)床加工常用的（工件）裝夾方法有以下5種：1）懸臂式裝夾；2）兩端支承式；3）橋式裝夾；4）平板式裝夾；5）復(fù)式裝夾[4]。

目前在線切割機(jī)床加工工件常用的上述裝夾方法存在以下缺點(diǎn)：1）只適用于一些外形規(guī)則的工件，如板料、棒料、圓柱體、長方體等，而對一些外形不規(guī)則的工件，如圓錐體、球狀體、曲面形體、凹凸多面體等，難以進(jìn)行裝夾定位；2）對一些外形較為復(fù)雜的工件進(jìn)行裝夾固定時(shí)，耗時(shí)較長，一般需15～30 min左右，工作效率低下；3）在工件裝夾好后，用百分表進(jìn)行找正調(diào)整并精確定位時(shí)，耗時(shí)更長，且不易操作。

2 該新型夾具的研發(fā)過程與功能特點(diǎn)

為了解決目前在線切割機(jī)床上裝夾工件存在的耗費(fèi)時(shí)間長、找正定位不易操作且定位精度不高的缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種快速裝夾、精確定位的線切割機(jī)床專用夾具。該新型線切割機(jī)床專用夾具能夠快速地將待加工工件裝夾在線切割機(jī)床上確定的空間位置上，并且能夠快速地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進(jìn)行線切割加工。實(shí)驗(yàn)證明，該新型夾具能大幅縮短機(jī)床加工中所消耗的輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)減輕操作者的勞動強(qiáng)度，明顯提高勞動生產(chǎn)率。

本新型夾具的技術(shù)方案：創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種新型線切割機(jī)床快速裝夾定位萬能專用夾具，主要應(yīng)用于機(jī)械加工領(lǐng)域中的電火花線切割機(jī)床。如圖1、圖2所示，該新型夾具主要包括一個(gè)夾具主體4、磁吸表座15、x軸旋轉(zhuǎn)心軸8（含x 軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭14、x軸角度刻度盤13）、y 軸旋轉(zhuǎn)心軸9（含y軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭11、y軸角度刻度盤21）、彈簧夾子20。夾具主體4左邊開有倒置的凹槽（用于與橋板5相配安放），磁吸表座15 安裝鑲嵌在夾具主體4 中間凹槽的上方。

圖1 新型線切割夾具圖-1

圖2 新型線切割夾具圖-2

在使用本夾具時(shí)，將本夾具主體4的凹槽對應(yīng)并卡置在線切割機(jī)床工作臺的橋板5上面，然后用手轉(zhuǎn)動磁吸表座15上的旋鈕，使磁吸表座15產(chǎn)生磁吸力，可快速地將夾具主體4固定在橋板5上所需的任意位置上。

用于夾持工件的彈簧夾子20用內(nèi)六角螺栓固定連接在y軸旋轉(zhuǎn)心軸9上，通過用手轉(zhuǎn)動x軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭14和y軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭11，可帶動夾持工件3的彈簧夾20在x軸和y軸方向作任意角度的旋轉(zhuǎn)調(diào)整，從而快速地將待加工工件3裝夾固定在線切割機(jī)床上確定的空間位置上，并且能夠快速精確地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進(jìn)行線切割加工。

其結(jié)構(gòu)特征在于，采用了分體組合式彈簧夾子的結(jié)構(gòu)形式，分體組合式彈簧夾20包括：整體式下夾板18（1件）、分體式上夾板19（共3件）、彈簧28（共3個(gè)）、彈簧芯軸25、彈簧芯軸固定螺母24、定位基準(zhǔn)板27、定位基準(zhǔn)板固定螺釘26。整個(gè)彈簧夾子20用緊固螺釘17連接并固定在y軸旋轉(zhuǎn)心軸9上，故彈簧夾20可隨y軸旋轉(zhuǎn)心軸9一起轉(zhuǎn)動（如圖3）。

圖3 分體組合式彈簧夾子

該分體組合式彈簧夾20可快速夾持住外形規(guī)則與不規(guī)則的工件（說明：針對各種大小尺寸不同的工件，本新型夾具配備有大、中、小3種規(guī)格的分體組合式彈簧夾各1個(gè)）。

本新型夾具采用了在夾具主體4上設(shè)計(jì)安裝了兩條互相垂直的轉(zhuǎn)軸（即x軸旋轉(zhuǎn)心軸8和y軸旋轉(zhuǎn)心軸9），夾持工件的彈簧夾20用螺釘固定連接在y軸旋轉(zhuǎn)心軸9上。通過用手轉(zhuǎn)動x軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭14，帶動y軸旋轉(zhuǎn)心軸9（即帶動彈簧夾上的工件）沿x軸方向作任意角度的旋轉(zhuǎn)調(diào)整，然后再用手轉(zhuǎn)動y軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭11，帶動夾持工件3的彈簧夾20沿y軸方向作任意角度的旋轉(zhuǎn)調(diào)整。通過轉(zhuǎn)動x軸、y軸的調(diào)整把頭，從而能夠快速地將工件3的待切割面調(diào)整至確定的空間位置上，并且能夠快速精確地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進(jìn)行線切割加工。夾具的可調(diào)角度功能可以用于裝夾需要轉(zhuǎn)動調(diào)整角度加工的零件或一些多面體零件的加工。

本新型夾具的優(yōu)點(diǎn)在于：由于采用了分體組合式彈簧夾子的結(jié)構(gòu)形式，可快速夾持住外形規(guī)則與不規(guī)則的工件，并通過轉(zhuǎn)動x、y軸旋轉(zhuǎn)心軸，對工件進(jìn)行角度位置綜合調(diào)整，將工件調(diào)整至確定的（x、y軸方向）空間位置上，快速地完成“裝夾定位”操作。且能夠快速精確地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進(jìn)行線切割加工。

本新型夾具設(shè)計(jì)新穎、使用方便可靠，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工領(lǐng)域中的各種電火花線切割機(jī)床，能夠高效、快捷、精確地完成各種外形規(guī)則及不規(guī)則待加工工件在線切割機(jī)床上的裝夾定位操作。經(jīng)實(shí)踐證明，完成裝夾定位操作時(shí)間只需20～50 s，工作效率提高了50倍以上，大幅縮短機(jī)床加工中所消耗的輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)減輕操作者的勞動強(qiáng)度，明顯提高勞動生產(chǎn)率。本新型夾具的實(shí)物如圖4所示。

圖4 新型夾具實(shí)物圖

3 該新型夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

1）能夠快速地將待加工工件裝夾固定在線切割機(jī)床上確定的空間位置上并將其找正，然后進(jìn)行線切割加工。

2）可廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工領(lǐng)域中的各種電火花線切割機(jī)床，能夠高效、快捷、精確地完成各種外形規(guī)則及不規(guī)則待加工工件的裝夾定位操作。

3）經(jīng)實(shí)踐使用驗(yàn)證，完成裝夾定位操作時(shí)間只需20～50 s，大幅縮短機(jī)床加工中所消耗的輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)減輕操作者的勞動強(qiáng)度，工作效率提高了50倍以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 推廣價(jià)值及成果轉(zhuǎn)化

1）通用性廣，具有萬能通用性，可在各種不同型號的電火花線切割機(jī)床上安裝使用。

2）能夠高效、快捷、精確地完成各種外形規(guī)則及不規(guī)則待加工工件在線切割機(jī)床上的裝夾定位操作，省時(shí)省力。

3）設(shè)計(jì)新穎、使用安全可靠，經(jīng)實(shí)踐證明，完成裝夾定位操作時(shí)間只需20～50 s，工作效率提高了50倍以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4）成果轉(zhuǎn)化價(jià)值大，可推廣至技工院校機(jī)電專業(yè)《零件線切割加工》實(shí)訓(xùn)課堂、生產(chǎn)企業(yè)線切割加工車間使用，有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

目前該新型線切割機(jī)床萬能夾具已在廣州市公用事業(yè)技師學(xué)院的零件線切割加工實(shí)訓(xùn)車間投入使用。有效解決了目前在線切割機(jī)床上裝夾工件存在的耗費(fèi)時(shí)間長、找正定位不易操作、定位精度不高且耗時(shí)費(fèi)力等問題，大幅縮短機(jī)床加工中所消耗的輔助時(shí)間，提高了實(shí)訓(xùn)課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。本創(chuàng)新設(shè)計(jì)《新型線切割機(jī)床快速裝夾定位萬能夾具》已向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請“實(shí)用新型專利”（專利號：202121885404.5）。

另外，在當(dāng)前技工教育的《機(jī)械零件的普車加工》課堂上，由于目前的教學(xué)改革，普車實(shí)習(xí)的實(shí)習(xí)時(shí)間相對減少，為了讓同學(xué)們能學(xué)習(xí)到更多的機(jī)械加工知識與更好地提高實(shí)操能力，只能從怎樣去提高教學(xué)效率上去努力。普車實(shí)習(xí)課堂上學(xué)生的一項(xiàng)必不可少的實(shí)操項(xiàng)目就是要磨削各種類型的車刀，由于磨削車刀會浪費(fèi)很多的時(shí)間。這時(shí)，可以使用本新型夾具在線切割機(jī)床上將學(xué)生要磨削的車刀先切割掉即將要磨削掉的大量多余刀具材料，或者切割出一定的車刀角度。這樣的提前準(zhǔn)備，可以大大減少學(xué)生磨削刀具的時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率。

5 結(jié)語

作為專業(yè)技術(shù)人員，在生產(chǎn)工作中要不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)和新工藝，并且學(xué)以致用、勇于創(chuàng)新。在多年的線切割加工工作中，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高效率，通過技改，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了新型線切割機(jī)床快速裝夾定位萬能夾具，該夾具能夠快速地將待加工工件裝夾在線切割機(jī)床上確定的空間位置上，并且能夠快速地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進(jìn)行線切割加工。經(jīng)實(shí)踐證明，該夾具在線切割加工中起著十分重要的作用：大幅縮短輔助時(shí)間、提高勞動生產(chǎn)效率、降低加工成本、保證加工精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量；降低對工人的技術(shù)要求，減輕工人的勞動強(qiáng)度[5]，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。