自動化設(shè)備專用夾具的設(shè)計

張強(qiáng)　金曉磊　楊傳勇

摘 要：在我國的機(jī)械加工行業(yè)中，加工設(shè)備的夾具應(yīng)用一直非常的廣泛，隨著近些年自動化技術(shù)的普及，自動化設(shè)備在機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中，應(yīng)用的非常普遍。相較于傳統(tǒng)形式上的機(jī)械加工設(shè)備，自動化加工設(shè)備在效率上以及質(zhì)量上都有非常大的提升。隨著自動化設(shè)備不斷的擴(kuò)大應(yīng)用，自動化設(shè)備的專用夾具設(shè)計就顯得非常關(guān)鍵。文章主要針對自動化設(shè)備的專用夾具設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：自動化設(shè)備；專用夾具；數(shù)控加工；設(shè)計要點(diǎn)

中圖分類號：TK406 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0089-02

Abstract： In China's mechanical processing industry， the fixture application of processing equipment has been very extensive， with the popularization of automation technology in recent years， automatic equipment in the production and processing of the mechanical industry， the application is very common. Compared with the traditional form of mechanical processing equipment， automatic processing equipment in the efficiency and quality have been greatly improved. With the continuous expansion of the application of automation equipment， the design of special fixture for automation equipment is very important. This paper introduces the design of special fixture for automation equipment in detail.

Keywords： automatic equipment； special fixture； CNC machining； main points of design

引言

在我國自動化設(shè)備不斷應(yīng)用的今天，數(shù)控加工專業(yè)設(shè)備也有了非常大的發(fā)展，在數(shù)控設(shè)備發(fā)展的過程中，專業(yè)化的設(shè)計以及專業(yè)的生產(chǎn)對于專業(yè)夾具來講非常關(guān)鍵和重要。設(shè)計的合理化以及生產(chǎn)的批量化，不僅僅能夠有效的保障專用夾具的穩(wěn)定性，同時還能夠在很大程度上保障專用夾具的質(zhì)量精度，保障專用夾具的使用壽命。專用夾具的有效應(yīng)用，能夠有效的降低零件生產(chǎn)過程中的工作強(qiáng)度，提升零部件生產(chǎn)的工作效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)零部件生產(chǎn)的智能化以及自動化，正是有了上述三個優(yōu)點(diǎn)，才能夠有效的保障專用夾具在設(shè)計的過程中，保障夾具質(zhì)量的前提下，降低生產(chǎn)成本。在機(jī)械加工的過程中，零件的加工位置固定非常的重要，因此在零件加工的過程中夾具的作用就非常的明顯。一旦在零件加工的過程中出現(xiàn)定位不準(zhǔn)確或者是加工過程有振動現(xiàn)象，都會對零件的加工精度和加工質(zhì)量造成非常大的影響。非常容易造成不合格加工產(chǎn)品的出現(xiàn)。因此我們在專用夾具設(shè)計加工的過程中，保障科學(xué)合理的設(shè)計，批量的生產(chǎn)，只有這樣才能夠有效的保障專用夾具的加工質(zhì)量穩(wěn)定，保障專用夾具的使用壽命。針對自動化設(shè)備中專用夾具的設(shè)計內(nèi)容，本文主要從五個方面進(jìn)行分析，首先是專用夾具設(shè)計中的定位設(shè)計，其次是專用夾具設(shè)計中的剛度設(shè)計，第三是專用夾具設(shè)計中的結(jié)構(gòu)設(shè)計和夾緊力設(shè)計，再次是專用夾具設(shè)計中的安裝設(shè)計，最后是專用夾具設(shè)計中的發(fā)展趨勢，只有在專用夾具設(shè)計過程中考慮到上述五個方面的設(shè)計內(nèi)容，才能夠有效的實(shí)現(xiàn)專用夾具的設(shè)計價值，有效的保障自動化設(shè)計專用夾具的使用效果和使用壽命。

1 在自動化設(shè)備專用夾具設(shè)計中的夾具定位設(shè)計

專用夾具的定位設(shè)計，主要的定位我們稱之為完全定位設(shè)計。通常加工零部件有六個方向的自由度，只有將自由度完全的限制，才能夠讓零部件在加工的過程中實(shí)現(xiàn)唯一定位。這就是設(shè)計過程中的完全定位。需要注意的一點(diǎn)是，我們在實(shí)際的專用夾具設(shè)計過程中，并不是全部的加工零件都需要完全定位，因此還需要根據(jù)實(shí)際的零件加工要求，進(jìn)行夾具的定位設(shè)計。在零件加工的過程中，不完全限制六個定位自自由度是可以設(shè)計的。因此目前我國在夾具定位設(shè)計的過程中要對定位設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行不斷的簡化，不斷的適應(yīng)夾具的生產(chǎn)應(yīng)用。例如，有的零件在加工的過程中固定在電磁吸盤夾具上進(jìn)行磨削加工，這樣的情況下，我們在夾具定位設(shè)計的過程中只需要對其中的三個自由度進(jìn)行設(shè)計限制即可。在夾具定位設(shè)計的過程中，要盡量避免出現(xiàn)過定位的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)了夾具過定位，就會導(dǎo)致零件在加工的過程中出現(xiàn)精度問題，影響零件的加工精度。同時在夾具定位設(shè)計的過程中，也不允許出現(xiàn)不確定定位的問題，夾具定位不確定會導(dǎo)致零部件在加工的過程中出現(xiàn)加工變形，影響零件的加工質(zhì)量。在夾具定位設(shè)計的過程中，我們還要注意一個問題就是，有時候我們需要采取合理的過定位設(shè)計來進(jìn)行夾具的定位，這樣的設(shè)計要根據(jù)實(shí)際的夾具加工情況進(jìn)行考量。合理的夾具定位設(shè)計在我國的航空零部件以及儀器儀表零部件加工過程中具有非常廣泛的應(yīng)用，尤其是對剛性較弱但是精度要求較高的零部件加工中應(yīng)用更是廣泛。

2 在自動化設(shè)備專用夾具設(shè)計中的夾具剛度設(shè)計

在專用夾具設(shè)計的過程中，我們不僅僅要從機(jī)械設(shè)計以及應(yīng)用效果上進(jìn)行考量，我們還需要從加工工藝角度進(jìn)行分析，夾具產(chǎn)品在生產(chǎn)的過程中，對工藝性能的要求較高，尤其是夾具的剛度要求。夾具的剛度在零件加工的過程中非常關(guān)鍵，決定著零件加工運(yùn)行過程中的穩(wěn)定程度，一旦夾具存在剛度不足問題，就會對零件的加工精度誤差和形位誤差造成影響。我們在夾具剛度設(shè)計的過程中，如果出現(xiàn)了剛度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于夾具的企業(yè)設(shè)計要求，就會導(dǎo)致零部件在加工的過程中出現(xiàn)動態(tài)加工誤差。很大程度上零部件的加工動態(tài)誤差由兩個方面影響，首先是夾具的生產(chǎn)制造精度，其次是夾具的安裝精度。正是由于這一原因，我們在夾具剛度設(shè)計的過程中，要對夾具的剛度尤其是整體性剛度有非常高的重視。如果我們在零件加工的過程中發(fā)現(xiàn)夾具的剛性沒有達(dá)到加工要求，我們可以采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣磉M(jìn)行彌補(bǔ)和強(qiáng)化，通常我們會使用修正夾具元件的方法進(jìn)行夾具剛度的強(qiáng)化和補(bǔ)償。在零部件加工的過程中，我們可能會遇到切削力大的問題，同時還可能伴隨著振動大的問題，這時候我們就要改變夾具的重心來對零部件的加工表面進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償，這樣能夠有效的保障零部件加工過程中的穩(wěn)定性。通常情況下，夾具剛度設(shè)計中的外形長寬比要選在H/B≤1到1.25的范圍內(nèi)。

3 在自動化設(shè)備專用夾具設(shè)計中的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計和夾緊力設(shè)計

在專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，我們要對四個問題進(jìn)行重點(diǎn)分析，首先是我們在設(shè)計的過程中要對加工零件的定位位置進(jìn)行正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計，保障零件的定位準(zhǔn)確，其次是我們要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計保障加工零部件在整個加工過程不出現(xiàn)穩(wěn)定性問題，要保障加工過程中的穩(wěn)定性和減震性，同時我們還要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計來保障零部件加工過程不出現(xiàn)夾具夾緊變形問題；再次是我們要對夾具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性進(jìn)行控制，通常情況下，只有批量生產(chǎn)加工的夾具才能夠允許有結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的夾具設(shè)計。夾具的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，越能夠保障夾具的夾緊性能；最后是我們在進(jìn)行夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中要保障夾具結(jié)構(gòu)的工藝性達(dá)到要求。在保障夾具工藝性和應(yīng)用性的前提下，夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計盡可能的簡單，這樣能夠讓夾具在應(yīng)用過程中便于操作和維護(hù)。同時在夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，還要對夾具結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化程度進(jìn)行分析，保障夾具的應(yīng)用互換性。

在傳統(tǒng)形式上的夾具設(shè)計過程中，設(shè)計人員在夾緊力設(shè)計過程中要考量的問題很多，夾具的定位元件夾緊力，夾緊裝置的夾緊力以及夾緊裝置的設(shè)計尺寸等都需要充分的考量。在夾具夾緊力設(shè)計的過程中，我們要充分的利用幾何學(xué)，運(yùn)動學(xué)以及優(yōu)化設(shè)計等方面的知識進(jìn)行夾緊元件的有效布置和優(yōu)化設(shè)計。在專用夾具夾緊力設(shè)計的過程中，我們要對三個問題進(jìn)行重點(diǎn)分析。首先我們在夾具夾緊力設(shè)計的過程中要對工件的自由度模型方案以及運(yùn)動學(xué)定位方案進(jìn)行確定和分析，其次是我們要在夾緊力按設(shè)計的過程中要對定位誤差由充分的計算和分析，最后是我們要通過接觸變形知識來對加工零部件的穩(wěn)定性進(jìn)行模型建立，通過模型來進(jìn)行夾緊力的合理性判斷。

4 在自動化設(shè)備專用夾具設(shè)計中的夾具安裝設(shè)計

專用夾具在自動化設(shè)備上的安裝位置直接影響到零件加工表面的加工精度和位置精度，因此要求相關(guān)的設(shè)計人員在夾具設(shè)計的過程中，要對夾具的安裝設(shè)計進(jìn)行充分的考慮。通常情況下我們在夾具的底座位置會設(shè)計兩個起到定位作用的定位鍵。目前定位鍵的尺寸和材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，因此我們在設(shè)計的過程中需要從標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行T型塊的選擇即可。通常情況下，我們要求T型塊的安裝配合公差為H8/h8或者是H7/h6，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)夾具的合理安裝。在夾具安裝設(shè)計的過程中，我們要求兩個T型塊的設(shè)計位置盡可能的大，這樣能夠充分的保障夾具的安裝精度。作為定位鍵的安裝是夾具過兩個定位鍵嵌入到工作臺的同一條T形槽中，再用T形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺上，所以在夾具上還需要提供兩個穿T形螺栓的耳座。如果夾具寬度較大時，可在同側(cè)設(shè)置兩個耳座，兩耳座的距離要和工作臺兩個T形槽間的距離一致。

5 自動化設(shè)備專用夾具的設(shè)計發(fā)展走勢

首先專用夾具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化：夾具在實(shí)現(xiàn)通用性的前提下，為降低夾具本身的成本，朝著標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，在通用夾具、組合夾具的基礎(chǔ)上，制造的夾具應(yīng)盡量與標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)床配套，有利于促進(jìn)機(jī)床夾具本身的商品化和規(guī)?；a(chǎn)，降低夾具自身成本。

其次專用夾具設(shè)計精密化：隨著社會各行業(yè)對機(jī)械加工產(chǎn)品的精度要求越來越高，現(xiàn)代機(jī)床夾具已向著高精密化的方向發(fā)展，夾具的精密化主要體現(xiàn)在夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，在對夾具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分發(fā)揮主觀能動性，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工向著更高精度的方向發(fā)展。

再次專用夾具設(shè)計高效化：因加工行業(yè)競爭日益激烈，要求機(jī)械加工企業(yè)要最大限度提高工作效率，因此對機(jī)床夾具也提出了更高的要求，首先能適應(yīng)高速加工的要求，并最大程度降低夾具的輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，保持加工的連續(xù)性和安全生產(chǎn)，降低了工人的勞動負(fù)荷。

6 結(jié)束語

通過上文的闡述我們可以從中了解到自動化設(shè)備專用夾具在設(shè)計方面的相關(guān)問題，專用夾具在設(shè)計方面雖然已經(jīng)取得了一定的成績，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，我國在專用夾具的設(shè)計方面還有很多的問題需要處理和鉆研。同時我們需要注意的是，在專用夾具設(shè)計過程中還是存在一定的問題，這些問題也需要我們在以后的設(shè)計工作中給予處理。隨著我國自動化設(shè)備的不斷更新，我國在專用夾具的設(shè)計工作中也要與時俱進(jìn)，從專用夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，高效化，精密化，柔性化等方面進(jìn)行創(chuàng)新，只有這樣才能夠讓我國的專用夾具在設(shè)計的過程中跟上我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，才能夠在專用夾具應(yīng)用的過程中實(shí)現(xiàn)性能的提升，使用壽命的延長。

參考文獻(xiàn)：

[1]南文虎，肖根先，王宏.一種自動定心夾具的設(shè)計[J].機(jī)床與液壓，2011（18）：78-79.

[2]許自英.車床專用夾具設(shè)計的分析與加工[J].硅谷，2012（12）：65-66.

[3]常春.車床可轉(zhuǎn)位夾具在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].中國科技博覽，2010（34）：23-24.

[4]劉建華，呂超.車床夾具中軸向定位問題的研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2011（5）：58-59.