机械加工中工装夹具定位设计研究

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机床夹具诞生于18世纪后叶，在科学技术不断进步的过程中，夹具逐渐从辅助加工工具发展成为一种门类齐全、功能丰富的工艺装备。国际生产研究协会相关统计表明，中小批多品种生产的工件在工件总量中约占85%。在现代化加工要求不断提高的同时，夹具种类也在不断地更新换代，以适应市场的竞争需求，为了提高生产效率，很多企业大量采购专用夹具，但因夹具更新换代较快，很多夹具磨损量不足5%就报废了，浪费极大。近年来，数控机床、成组技术和柔性制造系统不断应用，对机床夹具提出了更高的要求。本文结合工装夹具的重要作用，探究了定位方法。

1现代工装夹具的发展方向

1.1标准化

工装夹具的标准化要求需要遵循国家标准，保证适应不同产品的加工，进一步完善通用夹具和组合夹具的标准。只有实现工装夹具的标准化，才能保证产品实现商品化生产，缩短生产周期，降低加工成本。

1.2精密化

在机械产品精度不断提高的同时，也会对工装夹具提出更高的精度要求。精密型工装夹具的种类较多，例如多齿盘的分度精度需要达到±0.1mm，精密车削的自定心卡盘精度为±5um。

1.3高效化

工装夹具的高效化要求以劳动生产率的提高为主要目的，减轻操作人员的劳动强度，缩短工件加工的周期。自动化夹具和高速化夹具等都属于高效化夹具的范畴，铣床上应用的电动虎钳装夹工件具有较高的效率，车床上应用的高速自定心卡盘试验转速达到9000r/min，可以在自然条件下保持工件夹紧，提高切削速度，将高效化夹具应用于数控机床，使得生产效率大大提高。

1.4柔性化

工装夹具的柔性化需要应用可靠的调整和组合方法保证其适应不同加工过程的要求，其中涉及到较多的工艺可变因素，例如工序特征、生产批量、工件形状和尺寸等。为了适应现代化机械加工水平，必须扩大工装夹具的柔性化程度，将不可拆的专用间距改造为可拆结构，提高夹具结构的可调性。

2机床夹具及其分类

机床夹具是机床上装夹工件或者引导刀具的重要装置，在应用过程中发挥重要的定位作用，保证工件在相对与机床和刀具的位置足够明确，同时将工件可靠夹紧。装夹过程包含工件的定位和夹紧，其中定位过程中需要保证工件在机床或者夹具中有精确的位置，夹紧过程中对工件施加足够的外力保证工件在加工过程中或者受到一定阻力时不会变动位置[1]。机床夹具主要分为通用夹具、专用夹具、组合夹具和随行夹具几种。其中通用夹具具有较高的标准程度，可以在相当大的范围内适应不同工件的加工过程，例如车床上应用的三爪卡盘和四爪卡盘、铣床上的平口钳分度头和回转工作台等，这些通用夹具一般由专业工厂生产，作为机床的附件提供给用户，通用夹具虽然标准化程度较高，适应性强，但是生产效率较低，一般只应用于单件和小批量产品的加工中；专用夹具是指为某件产品加工或者某个生产过程专门设计的夹具，该类夹具结构十分紧凑，应用过程中方便迅速，可以很大程度上提高产品的加工精度和生产效率，但是该类夹具的设计周期较长，生产制造成本较高，如果产品种类变更，夹具将不能继续使用而报废，一般只应用于大批量机械产品生产中。组合夹具需要按照工件的加工要求，应用预制的标准零部件组合而成，专业厂家制造，灵活多变，组合方式较多，制造周期较短，零部件的回收利用率较高，适用于新产品研发和单件小批量生产中。随行夹具安装在自动化生产线上，该类夹具发挥良好的装夹作用，同时可以跟随工件移动到下一个工位，进行后续加工。

3机床夹具的组成及重要作用

其中定位元件与定位基准接触，保证夹具中的工件可以精确定位，提高定位精度，保证加工过程中工件相对于机床和刀具的位置不变。夹具的重要价值总结如下：

（1）可以保证工件的加工精度。应用夹具装夹工件时，可以保证工件与刀具和机床的相对位置，避免受到人工技术水平的影响，保证同一批工件的加工精度相同。

（2）可以减少辅助工时，提高生产效率。应用夹具装夹工件可以快速方便地定位工件，工件不需要划线找正，可以大大缩短辅助工时。另外工件装夹后提高了整体刚性，可以增加切削用量，同时可以应用多工位装夹工具，应用高效夹紧机构提高提高生产效率。

（3）可以扩大机床的使用范围，提高适应性。结合实际加工机床的成型运动方式，加工过程中应用不同种类的夹具，扩大机床的工艺范围，例如在车床的溜板或者摇臂钻床上装上镗模，可以实现箱体零件的镗孔加工，提高了机床的灵活性和适应性[2]。

4工件装夹和夹具设计原理

为了满足不同工件在不同工序中的加工要求，需要在加工之前明确工件在机床或者刀具上的相对位置，对好切削和成型运动位置。该项工作中的重点是要完成工件的装夹，在所有加工的过程中都必须借助夹具实现，因此工装夹具也成为机械加工系统中的重要组成部分。对于工件的定位而言，需要明确实际精度需求，工件的最终精度是工件相对与机床获取的，定位过程也涉及到三种相对位置。第一种是工件在夹具上的定位，第二种是工件在机床上的定位，第三种是夹具在机床上的定位。其中工件在机床上的定位需要借助夹具的定位来实现。工件定位工作结束后需要应用特定的装置保证工件有足够的夹紧力固定，工件在加工过程中也必须在预先的定位位置，否则在切削力和惯性力的影响下势必导致工件移位或震动，使原有的准确定位遭到破坏，影响加工精度。机床上夹紧装置的重要作用是产生夹紧力。工件在夹具中的定位方法是生产过程中的重点，定位的任务是要选用正确的定位以提高工件的定位精度和加工精度，因此定位工作成为机械加工中的重点。必须深刻理解定位原理，掌握常用的工件定位方法，可以及时处理欠定位和过定位的问题，正确计算出定位误差。以下重点探究六点定位方法的应用。对于没有被定位的工件而言，其在空间直角坐标系中具有六个自由度，工件定位的任务是要对工件的部分自由度或者全部自由度进行限制。工件的六点定位原理就是借助六个支撑点对工件的自由度进行限制，保证工件在三维空间内精确定位。针对机械加工中的自由度概念而言，其与力学中的自由度有一定的差别，机械加工过程中的自由度一般是指工件在三维空间内的不确定性。值得注意的是，需要正确区分夹紧和定位的概念，工件经过夹紧后，在三维空间内的位置就不能再改变，但是并不能说明工件在空间内的位置就被确定。工件定位是需要在夹具中获得正确的位置，夹紧过程是要保证已经定好的位置不会在外力的作用下改变。例如板状工件安放在平面磨床的磁性工作台上，打开磁性开关后，工件被夹紧，位置被固定，但是工件在工作台上的什么位置并没有被确定[3]。六点定位原则中的“点”表示工件的自由度，不能理解为接触点，在应用工装夹具的过程中，需要发挥出支撑点对工件的定位作用，而一个定位元件可以有多个支撑点，通过定位元件对工件自由度的限制可以判断出支撑点的数目。

5结束语

随着机械加工技术的发展和进步，对产品的加工精度提高了较高的要求，因此在实际加工过程中必须应用可靠的工装夹具保证被加工工件位置的精确性。在定位设计过程中，可以应用六点定位原则对工件的自由度进行限制，保证工件在夹具内精确而又快速地定位，从而提高加工质量和加工效率。

参考文献

[1]李伟，王英建.机械加工中工装夹具的定位设计及其价值研究[J].华中科技大学（机械设计与加工），2010，30（1）：50.

[2]余建军，任治军，王辉，等.不同工装夹具在实际机械生产过程中的应用[J].机械制造技术导刊，2011，39（12）：115.

[3]梁建光，孔啸，殷莉，等.六点定位法在机械工件定位中的应用[J].华北电力大学学报（工程测量技术），2012，34（21）：108.

作者：王存荣 单位：滁州市康达叉车零部件制造有限公司