機床夾具設(shè)計方法的研究

張笑怡

[摘 要]一般來說，生產(chǎn)任何機電產(chǎn)品，都離不開機床夾具，尤其是專用機床夾具，它主要根據(jù)工件工件規(guī)程的某道工序要求進行設(shè)計，有時也會根據(jù)生產(chǎn)批量等內(nèi)容進行設(shè)計，其設(shè)計質(zhì)量在一定程度上決定著工件的質(zhì)量，同時會影響到工件的生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。對于機電產(chǎn)品的制造行業(yè)而言，需要充分意識到機床夾具設(shè)計的重要性，夾具盡量要簡單，并容易制造、裝配、檢驗、維修等，同時還要考慮到操作方便、使用安全等因素。鑒于此，本文主要分析了機床夾具設(shè)計相關(guān)問題。

[關(guān)鍵詞]機床夾具；分類；機構(gòu)；設(shè)計流程；設(shè)計方法

中圖分類號：TG751 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0012-01

引言

機床夾具作為機電產(chǎn)品制造中一項必不可少的工具，它主要是用來裝夾工件，令工件固定在機床上，從而方便標準件的加工生產(chǎn)。傳統(tǒng)的機床夾具已經(jīng)越來越跟不上機電產(chǎn)品制造行業(yè)的發(fā)展規(guī)模，設(shè)計更加高效的機床夾具非常有必要。以下筆者就來簡單談一談機床夾具的設(shè)計方法。

一、夾具的分類及典型機構(gòu)

依據(jù)不同的使用工況等因素，夾具可分為：（1）按夾具的通用程度和特點：通用夾具；一次性使用夾具；多次重復(fù)使用夾具；獨立的傳動裝置等等。（2）按夾具的結(jié)構(gòu)特點：專用夾具；組合夾具；可調(diào)整夾具等等。（3）按夾緊裝置的動力源：手動夾具；氣動夾具；液壓夾具；電磁夾具；真空夾具等等。

夾具是工藝裝備并非在流通環(huán)節(jié)的產(chǎn)品，因此為了有效降低夾具制造裝配成本，設(shè)計時考慮最多的是經(jīng)濟因素。當今社會產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計日新月異，產(chǎn)品的通用性不斷加強，促使夾具在專用性的基礎(chǔ)上同時兼顧組合和可調(diào)整。

可調(diào)夾具通常又稱通用可調(diào)夾具。它是根據(jù)一些結(jié)構(gòu)相似、尺寸不同的工件的相似工序，由企業(yè)設(shè)計、制造，具有一定適用范圍的通用夾具。換句話就是：由相似工件的相似工序而設(shè)計制造的通用夾具。相似工件是指一類形狀、結(jié)構(gòu)、材料、尺寸等工藝屬性相同或相近的被加工零件。相似工序是指相似工件的同名工序，其加工設(shè)備，安裝方式相同，加工表面形狀相同或相近而其尺寸、位置有差異。由于調(diào)整構(gòu)件較多，因此適用范圍也較廣。

比較常見的可調(diào)整的夾具有：彈性夾頭

彈性夾頭在底部液壓油缸的帶動下，可上下活動。由于夾頭內(nèi)錐面與固定的定位錐座有一定的動配合關(guān)系，因此夾頭上下的行程范圍很小，從而保證夾頭外圓面的變化尺寸范圍很小，在定位工件時的精度得到保證。

由于夾頭通過徑向切槽，在不同的油缸行程帶動下產(chǎn)生允許范圍內(nèi)的彈性變形，消除了工件在上序中對內(nèi)孔加工時所產(chǎn)生的形狀公差而引起的定位誤差。牢牢地將工件內(nèi)孔和軸向定位面固定在夾具定位點上，保證最終的產(chǎn)品精度。

由于工件定位尺寸變化，對單一夾頭而言已無法滿足使用要求，因此按客戶要求同時切制了不同型號的夾頭并作標記，方便加工者依據(jù)被加工件更換正確的夾頭。同時夾頭存在一定的彈性，自身塑性變形不大，極大的提高了換型后的準確性，減小了工人的勞動強度。

二、機床夾具的設(shè)計流程

第一步，設(shè)計人員要確定好夾具的類型，按照第一部分的分類特點，只有先確定好夾具的類型，才能夠進行下一步的設(shè)計；

第二步，設(shè)計人員要確定好各工序的定位及夾緊方式，一般應(yīng)在首序加工時加工出后面各工序的精基準，并盡量使其達到統(tǒng)一，需要注意粗加工基準只能夠使用一次，再就是還要選擇能夠令夾緊力與切削力趨于平衡的夾緊裝置，同時應(yīng)盡量縮短其輔助時間；

第三步，設(shè)計人員要確定好對刀基準、夾具調(diào)校基準、工件測量基準等夾具基準，其中對刀基準的作用是用來在工件加工時確定刀具相對工件的位置，夾具調(diào)?；鶞实淖饔檬窃趭A具安裝時調(diào)校自身相對機床的位置，工件測量基準則是在加工后期對工件進行在線檢測的檢測基準，只有確保了以上各項夾具基準的統(tǒng)一，才能夠保證加工精度；

第四步，設(shè)計人員要設(shè)計好夾具體，通常情況下，夾具體的結(jié)構(gòu)形式是根據(jù)機床的相關(guān)參數(shù)及其相應(yīng)的加工方式來確定的，比較常見的夾具體結(jié)構(gòu)形式有旋轉(zhuǎn)型和固定型，設(shè)計人員應(yīng)正確選擇夾具體的結(jié)構(gòu)形式，同時要使其具有足夠的強度和剛度，而對于一些比較精密的夾具，應(yīng)當時效處理其夾具主體，從而釋放其殘余應(yīng)力，避免夾具發(fā)生后期變形，再就是要注意令工件裝夾受力點避開工件的薄弱部位；

第五步，設(shè)計人員要設(shè)計好定位元件，設(shè)計之時應(yīng)當要考慮到工件的具體結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀、精度等要求，使其各項精度達標，并要注意其危險斷面的強度，盡量避免使用中途發(fā)生損壞，以及還要使其結(jié)構(gòu)符合一般的標準化要求；

第六步，設(shè)計人員要設(shè)計好夾緊機構(gòu)，使其具有合適的夾緊力和增力比，以保證其在夾緊工件原始力消失之后仍舊能夠在摩擦力的作用下保持應(yīng)有夾緊性能。

三、機床夾具的設(shè)計方法

1、工件以平面定位

平面定位的主要形式是支承定位。夾具上常用的支承元件有以下幾種：

1）固定支承。固定支承有支承釘和支承板兩種形式。

2）可調(diào)支承。支承點位置可以調(diào)整的支承稱為可調(diào)支承。當工件定位表面不規(guī)整以及工件批于批之間毛坯尺寸變化較大時，設(shè)計中使用可調(diào)支承。有時，可調(diào)支承也可用作成組夾具的調(diào)整元件。

3）自位支承。自位支承在定位過程中，支承本身可以隨工件定位準面的變化而自動調(diào)整并與之相適應(yīng)。自位支承一般只起一個自由度的定位作用，即一點定位，毛坯表面、斷續(xù)表面、階梯表面的定位以及有角度誤差的平面定位，設(shè)計中多采用自位支承。

4）輔助支承。輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件，它不起定位作用，設(shè)計中可選擇相對廉價的材料。

夾具設(shè)計中，選擇不同支承定位，要根據(jù)不同的設(shè)計課題入手，從怎樣限制零件的自由度；怎樣夾緊；設(shè)計的夾具怎樣排削；怎樣使夾具使用合理，便于裝卸等幾方面綜合考慮。

在加工回轉(zhuǎn)體類工件時，要考慮夾具的可靠及通用性，使用可調(diào)支承加工不同尺寸的相似工件，這樣可以使夾具最大范圍地發(fā)揮其使用和通用性。而在選擇定位支承時，可以根據(jù)不同工件定位面來選取。

2、工件以心軸定位

心軸的結(jié)構(gòu)形式很多，工件安裝時輕輕敲入或壓入，通過孔和心軸接觸表面的彈性變形來夾緊工件。設(shè)計中使用小錐度心軸定位可獲得較高的定位精度。除了剛性心軸以外，在生產(chǎn)中為安裝夾緊方便可采用彈性心軸，液塑心軸，自動定心心軸等。這些心軸在工件定位的同時將工件夾緊，使用起來很方便。

3、工件以外圓表面定位

工件以外圓表面定位有兩種形式，一種是定心定位，一種是支承定位。工件以外圓表面定位的情況與工件與圓柱孔定位的情況相仿，只是用套筒或卡盤代替心軸或柱銷，以錐套代替了錐銷。

工件以外圓表面支承定位設(shè)計中優(yōu)先選擇V形塊。因為V形塊對中性好，是可用于非完整外圓表面的定位。V形塊兩斜面之間的夾角一般取60°，90°和120°，設(shè)計中以90°為主，90°夾角V形塊結(jié)構(gòu)已標準化。

結(jié)語

總之，為了生產(chǎn)出高質(zhì)量的機電產(chǎn)品，機床夾具設(shè)計人員必須了解機床夾具設(shè)計中的注理事項，努力做到及時發(fā)現(xiàn)不足，及時改進，這樣才能設(shè)計出符合現(xiàn)代機電制造業(yè)需要的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。作為械制造專業(yè)課程，也要緊跟機械制造行業(yè)的發(fā)展，重視技術(shù)教育，面向市場需求，不斷培養(yǎng)出具有良好綜合素質(zhì)的應(yīng)用型專業(yè)人才。同時，對于機電夾具設(shè)計人員來說，一定要充分發(fā)揮他們的創(chuàng)新性思維，這樣才能從根本上促進機電產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)。

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