組合夾具拆裝實驗操作過程技巧的研究

宋玉梅

（長春大學 機械工程學院,吉林 長春130022）

1 組合夾具拆裝實驗開設的目的和意義

機械制造業是制造業的核心，是制造機械產品的工業部門，也是為國民經濟各部門提供裝備的部門。機械制造業的生產能力和發展標志著一個國家或地區國民經濟現代化的程度。而機械制造業的生產能力主要取決于機械制造裝備的先進程度。裝備制造業是一個國家綜合制造能力的集中體現，重大裝備研制能力是衡量一個國家工業化水平和綜合國力的重要標志[1]。而裝備制造過程中的一項最基本的活動就是零件的加工。零件在工藝規程指定以后，就要按工藝規程順序進行加工。加工中除了需要機床、刀具、量具之外，成批生產時還要用機床夾具。夾具被喻為機床的手，機床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機床夾具設計是裝備設計中的一項重要的工作。因此，機床夾具設計成為《機械制造技術基礎》課程的一項重要內容。

機床夾具的有多種分類方法，按夾具的使用范圍來分有下面的五種類型：通用夾具、專用夾具、組合夾具、成組夾具和可調整夾具、隨行夾具。組合夾具根據標準化、模塊化的原理，在夾具元件和組件完全標準化的基礎上，利用一套標準化的夾具元件進行組合而成。標準元件有不同的形狀，尺寸和功能，其配合部分有良好的互換性和耐磨性。使用時，可根據被加工工件的結構和工序要求，選用適當元件進行組合聯接，形成一專用夾具，也可組裝成具有一定柔性的可調整夾具。用完后可將元件拆卸、清洗、涂油、入庫，以備后用。由于這種夾具靈活多變，萬能性強，大大減少了夾具的設計和制造工作量，所以它特別適合單件、小批量生產以及新產品的試制。由此可見，組合夾具不僅具有標準化、模塊化、組合化等當代先進設計思想，又符合節約資源的原則，更適合綠色制造的環境保護原理。所以是今后夾具技術的一個重要發展方向。我國國內的組合夾具始于20世紀60年代，當時建立了面向機械行業的天津組合夾具廠，面向航空工業的保定向陽機械廠，以后又建立了數個生產組合夾具元件的工廠。當時產品均為引進前蘇聯烏斯貝槽系組合夾具系統。推廣應用遍及機械、航空、電子輕工、造船、紡織等各類制造業，取得豐碩的社會、經濟效益。在使用過程中改進并修改了原系統，建立了適合我國國情、有我國特色的槽系組合夾具系統。在當時曾達到全國年產組合夾具元件800萬件的水平。至今天津、保定二廠仍是我國組合夾具的主要生產基地。20世紀80年代以后，兩廠又各自獨立開發了適合NC機床、加工中心的孔系組合夾具系統，不僅滿足了我國國內的需求，還出口到美國等國家[2]。

隨著數控機床、柔性制造系統的迅猛發展，組合夾具在機械制造專業起著越來越大的作用。為此，長春大學從2008年起對機械專業大三的學生開設了組合夾具拆裝實驗。通過學生對于典型件的從零件分析、夾具設計、實際組裝整個過程的參與，不但可以提高學生的實際動手能力而且也是培養學生的科學態度、創新精神、集體協作精神的一種有效手段。

2 組合夾具拆裝實驗操作中存在的問題

從08年開設組合夾具拆裝實驗至今，發現學生在設計和組裝組合夾具的過程中存在很多問題，現歸納如下：

2.1 由于學校購置的組合夾具臺套數有限，指導教師只能對現有標準元件進行介紹，使學生對組合夾具的認識比較籠統，有一定的片面性。

2.2 學生由于缺乏生產實際經驗，對于組合夾具各標準元件的的作用理解的一知半解，以至于在設計時不能準確選擇正確元件進行合理的組裝；

2.3 雖然知道典型定位方式，但用這些方式進行定位時各定位元件究竟限制哪些自由度不是很清楚；

2.4 不知道應如何進行合理的夾緊；

2.5 進行組合夾具設計時組裝順序不合理。

3 從實驗操作過程技巧入手進行解決

3.1 認清組合夾具各元件的種類及其用途是前提，組合夾具按組裝時元件間連接基面的形狀，可分為槽系和孔系兩種基本類型。

槽系組合夾具以槽（T形槽、鍵槽）和鍵相配合的方式來實現元件間的定位，由T形槽螺釘來固定的。因元件的位置可沿槽的縱向作無級調節，故組裝十分靈活，適用范圍廣，是最早發展起來的組合夾具系統。

孔系組合夾具主要元件表面為圓柱孔和螺紋孔組成的坐標孔系，通過定位銷和螺釘來實現元件之間的組裝和緊固。

在進行組合夾具設計、組裝前，應運用實物、圖片、視頻等多種方式首先讓同學們熟悉組合夾具標準元件的結構、用途，這樣才能為后續的工作打下一個良好的基礎。

3.2 讓學生加深對典型定位方式及各種定位方式所限制自由度的認識

本次實驗用到的典型定位方式有平面定位、孔定位、外圓定位。

首先讓學生了解各種典型定位方式的特點、所限制的自由度。在定位時應符合六點定位原理，讓學生加深對于欠定位和過定位的概念的理解，并在具體的設計中指導學生去處理欠定位和過定位的情況。

鑒于實際操作時常出現的一面兩孔定位時兩銷所實際限制自由度的含混情況應特別給予強調說明，并用實物演示的方法講解兩銷的放置注意事項及其所限制的自由度情況。

3.3 明確夾緊機構的設計原則

在實際操作時學生往往不知道應該如何去夾緊，夾緊在工件的什么位置上。這就要配合實際的演示強調夾緊機構的設計原則：

3.3.1 保證工件定位的正確，以及工件在整個加工過程中位置不發生變化。

3.3.2 夾緊力應盡可能分配在工件較大的面積上，以減少單位面積壓力。

3.3.3 夾緊力應作用在工件剛性最好的部位，以防止工件變形，而因夾緊力產生的工件變形不應超出工件允許的公差范圍。

3.3.4 夾緊力的方向應與切削力的方向相適應，夾緊力距離切削力要近，使得所需要的夾緊力相應減少。

3.3.5 夾緊結構必須能補償毛坯或半成品的制造誤差。

3.3.6 盡量采用"自身夾緊"結構。

3.3.7 夾緊結構須簡單、緊湊、裝卸工件方便、安全可靠[3]。

3.4 讓學生對要進行設計夾具的工件有個總體把握

結合一具體零件講解，讓學生清楚工件的外形結構和待加工表面的形狀，對照工序圖，了解該加工表面的工序基準和加工以后要達到的精度要求。以提問加討論的方式讓學生回憶書本中對此加工部位可能用到的加工方法，加工階段的劃分應遵循的原則，然后開始制定工藝規程，回憶粗、精基準選擇的原則，如何選擇合適的定位基準。然后確定此工件的最終定位部位和定位方式。

3.5 組裝過程要清晰、正確

零件圖和工序圖的分析 →定位面和定位方式的方案構思 →選擇元件 →搭出大致的夾具形狀，試裝→分析其合理性→修改不當之處對各定位元件進行緊固連接 →對工件正確的夾緊。

結語

通過組合夾具拆裝實驗操作過程技巧的研究和實踐，使學生對組合夾具的設計有個總體的把握。在實驗過程中學生親自動手、主動參與，培養了學生分析問題、解決問題和實際動手能力，并能把零散的知識通過這一實驗融合在一起，提高了學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，充分做到了學以致用。

[1]馮辛安,黃玉美,關慧貞等.機械制造裝備設計[M].機械工業出版社2007.

[2]朱耀祥.組合夾具技術的現狀與發展[J].機電國際市場2002年第5期

[3]徐志剛.基于廣義映射原理的組合夾具結構設計自動化[J].工程設計 2000 ，1：31-36