機床夾具改造設計在批量生產中的應用分析

楊小紅

(南寧職業技術學院機電工程學院，廣西 南寧 530008)

在機械制造業大批量生產中，工藝裝備要適應各種產品零件的制造需求，除了對機床設備改造之外，最主要的就是對原有的機床夾具進行改造設計，這是大批量產中工藝裝備改造最常用、最具經濟性及高效便捷的方式之一。

機床夾具的改造設計，要從保證工件的加工精度及產品品質，提高生產效率，減輕勞動強度，降低生產成本，充分發揮和擴大機床的加工范圍及工藝性能等方面入手。因此，機床夾具的改造設計如何適應產品大批量生產的需求，一直是制造加工過程中反復實踐和探討的課題。本文將通過如下幾個生產實例對該問題進行淺析。

1 遵循工序分散原則以滿足大批量產需求

流水線作業是大批量生產最常用的組織方式，其特點是：將工藝過程分為許多簡單的工序，在不同的機床設備上進行加工，并用連續的傳輸流水線，將零件生產的整個過程連接起來。一般常采用多工位及專用夾具予以實現，以提高生產效率，使生產節拍能夠較為平衡。此類生產線的夾具改造應遵循工序分散原則，針對工件的每一道工序加工特點配備機床夾具。

圖1 為某產品傳動箱體零件加工簡圖，此零件在該道（面）工序上需加工的要素有：3-Φ10、3-Φ8、4-M8 螺紋底孔、Φ14 和Φ19 階梯孔、鉆鉸Φ14+0.043、倒角2.5×45°。作業方案是：在同一鉆模上完成所有孔的加工，即在同一工位一次加工大小不同的13個孔及一個倒角，前后換裝7 次大小不同的鉆頭。該類夾具在生產過程中工序過于集中，一道工位要加工多個孔，零件在工位停留時間長，流水作業節拍大，直接影響流水作業的生產效率。同時，操作復雜，頻繁更換鉆頭，易出現工序漏加工現象，并影響零件的加工精度及品質。這類工序一般只適用于小批量生產，若在大批量生產中沿用勢必成為生產加工過程中的瓶頸。

圖1 產品傳動箱體零件加工簡圖一

基于上述問題，在大批量生產中，該方案的設計思路是：按工序分散原則，合理分解加工工序進行夾具改造。

從產品圖樣分析，4-M8 螺孔是一組軸承蓋的裝配尺寸，而3-Φ10 孔是零件安裝固定在機箱上的尺寸，就產品裝配而言，這兩組尺寸是相對獨立的；階梯孔Φ14+0.043與3-Φ8 組孔為裝配關聯尺寸，關系密切。因此按零件裝配關系，夾具改造可在定位面與定位基準不變的情況下，將原工位的工序內容分解在三個工位完成，即4-M8、3-Φ10 兩組孔的加工分別在兩個工位進行，另一工位加工3-Φ8、鉆鉸Φ14+0.043及Φ19 孔，并倒角2.5×45°。在分解后，每工位操作者作業動作簡單，換鉆頭次數相應減少，流水加工速度成倍增長。加工節拍相對合理協調，不會出現在某一工位零件堆積現象。同時還能充分利用原有的設備及工藝裝備，提高工效，提高制造品質，降低成本。

2 按零件特點優化整合加工工序提高量產能力及設備利用率

圖2 為一箱蓋零件加工簡圖，在圖中S 面、Q 面兩側各有一組3-Φ8.1 的底孔需要加工。由于兩側孔的尺寸大小一樣，鉆頭不用更換。在批量生產中如何更好地實現S 面、Q 面兩側組孔的加工，給出兩種比較方案如下。

圖2 箱蓋零件加工簡圖一

方案一：在同一臺設備上先加工零件一側面的3個孔，再重新裝夾換面加工零件另一側面的3個孔。此方案在加工中需通過二次裝夾，來完成零件兩側面六個相同尺寸孔的加工，費工費時且質量還不穩定，在大批量生產中不能適應量產的需求。

方案二：在上述方案設備不變的情況進行改造設計。將加工該零件兩側面孔的夾具設計成旋轉360°的專用旋轉夾具（如圖3 所示）。其工作原理：用2-Φ8（圖2）兩銷孔定位，將零件放入夾具定位銷3內，以加工好的A 面為定位基準面，緊貼在旋轉機構5 的平面上，用兩對稱夾緊塊7 將零件壓緊在旋轉機構上，取零件設計中心為旋轉機構的轉軸中心，以保證機構的回轉精度及加工的穩定性。鉆頭通過鉆模板2 上的導向鉆套1 加工零件各孔，當加工完一側的三個孔后，用手柄8 松開螺母，通過轉軸4 將旋轉機構5 松開，撥出插銷9，將旋轉機構轉180°，把零件的另一側面旋轉向上，插銷9 插入機構的另一銷孔，用手柄8 將螺母上緊。此時旋轉機構再次被鎖緊，完成零件另一側面三個孔的加工。

1.鉆套 2.鉆模板 3.定位銷 4.轉軸 5.旋轉機構6.主支架 7.夾緊塊 8.手柄 9.插銷

方案二按零件特點優化整合夾具加工工序，使夾具設計方案結構緊湊、操作安全方便，減少零件二次裝夾，減輕操作者勞動強度，確保較高的加工精度和生產效率，提高了的量產能力及設備利用率。

3 按相近產品結構特點分類以實現一機多產品加工

為適應市場變化，產品開發多元化、系列化已是制造業持續發展的必然。因此對原有產品工藝裝備進行改造設計，實現新機型、多機型的大批量產，是制造加工中常需解決的問題。

圖1、圖4 分別為不同型號系列產品的兩傳動箱體加工簡圖，圖中心距均為的兩孔，一般要通過粗、精鏜兩道工序進行加工。如果分別為兩不同型號產品設計專用雙孔鏜床，勢必成本高，且投產準備期長。因此，對于結構相近的產品零件可根據其特點，在原有產品加工裝備的基礎上，選擇一機多用的夾具改造設計方案。

圖4 產品傳動箱體零件加工簡圖二

4 合理選擇定位及夾緊方案以適應產品量產系列化

圖2 與圖5 是兩不同型號產品的箱體蓋零件簡圖。其中圖2 箱蓋定位銷孔與圖5 箱蓋的定位銷孔其孔徑一樣（2-Φ8）位置相反。如要形成兩種零件批量生產的流水工藝裝備，至少要銑、鉆、鏜各種工模夾具各自約十多套，因此，投入大，轉型難是大批量生產流水作業的弊端。如何實現工藝裝備系列化應用，在產品轉型量產中顯得尤為重要。

分析兩零件簡圖，夾具通用性的難點在于兩零件定位孔的差異。定位與夾緊是夾具中最為基本的功能，其它的功能只是定位與夾緊功能的延伸。因此，定位方案與夾緊方案是整個夾具設計的根本。夾具設計就是在一定精度范圍內將工件定位，合理約束工件自由度，使工件獲得相對于刀具的正確加工位置，保證工件準確定位于夾具中，且所產生的定位誤差盡可能小。

圖5 箱蓋零件加工簡圖二

從圖2 與圖5 看出：S、Q 面上兩組3-Φ8.1 的底孔尺寸是一致的，因此可以利用圖3 的翻轉鉆模進行兩種型號產品的箱蓋加工。

改造設計分析：考慮通用性，此前的兩定位銷孔（2-Φ8）用不上了，兩零件Φ9 孔的孔距L 也不一致。故而，選擇兩零件中心距均為190 mm 的孔1 和孔4作為定位的基準孔。9-Φ9 孔對底平面A（圖3）及2-Φ8 孔都有形位公差要求，定位精度能夠保障，且兩孔中心距190 mm 相對于零件總長240 mm 而言，已能有效地限制零件左右轉動的自由度，用此一面（A）兩孔定位的方法（即原A 面和孔1、孔4）是可行的，能有效地限制了零件的六個自由度，符合夾具設計的定位原則。由此可見，在總的定位精度滿足加工要求的條件下，不必過高地提高工件在夾具中的定位精度。在兩零件的銑、鉆、鏜孔加工工序中，都可用此一面兩孔的定位方案進行改造，實現一套夾具完成兩種或多種系列產品的加工。

工件正確定位后，夾緊方案便顯得尤為重要。夾緊牢靠合理否，直接影響到工件的加工質量和生產效率，以及加工過程的安全性。由圖3 可見，兩夾緊塊7 夾緊在零件兩端，且在零件對稱的中心線上，夾緊力的方向垂直于主要定位基準面A。A 面與夾具定位元件接觸面積較大，夾緊變形小且牢靠。對于箱蓋外形結構大些的產品零件，可將壓緊塊7 加大，使結構大小的產品零件均能用。

5 結束語

綜上所述，機床夾具按產品需求進行系列化改造設計，可大大節約設計與制造的成本，有助于產品系列化轉型及大批量生產的形成。

[1]鐘俊文，姚曉東.多工位零件定位的夾具設計[J].廣西輕工業，2011，(11):50-51.

[2]田佩林. 車床夾具的對定誤差分析計算[J]. 機床與液壓，2003，(05):312-314.