淺談高職機制類專業機床專用夾具的設計

倪 健

（江西機電職業技術學院，江西 南昌 330013）

淺談高職機制類專業機床專用夾具的設計

倪 健

（江西機電職業技術學院，江西 南昌 330013）

文章提出高職機制類專業學生在機床專用夾具設計中存在的問題，以零件實例，對機床專用夾具設計過程的重要內容加以分析、闡述。

機床專用夾具；定位元件；夾緊機構；鉆模板

隨著國家的重視和社會就業觀念的轉變，職業教育得到極大發展，為社會輸送了大量的技能人才。但是，由于辦學條件、教學方法及生源素質等各種因素的制約，畢業生的能力與社會需求還有一定的差距。對高職機制專業學生來說，掌握機床專用夾具乃至一般機械的設計方法是滿足用人單位需要、體現其職業能力的一個重要方面。因此，機床專用夾具的設計經常作為該專業學生畢業設計的主要內容。

經過長期的實踐和總結，機床專用夾具的設計已形成一套比較完整的步驟和方法。夾具組成部件許多已標準化，設計時直接選用或稍加修改即可，因此，夾具設計應該不是一件很困難的事。然而，筆者在指導歷屆學生的畢業設計時，還是發現存在很多問題，如整體設計思路不清、定位元件及夾緊機構選擇不當、導向裝置設置不好等。下面以一典型零件為例，對機床專用夾具設計的重點內容加以說明。

圖1開合螺母

圖1 所示零件為開合螺母，材料HT200，大批量生產。其工藝路線為：鑄造-時效處理-粗、精銑ABCDEF六面-銑45°斜面-銑鍵槽-鉆￠4孔-鉆、擴、鉸2-￠10孔-車孔及梯形螺紋-磨AB面-銑削、分割零件-鉆￠6.6孔、攻M8螺紋-去毛刺-檢驗。其中工序“鉆￠6.6孔、攻M8螺紋”工序簡圖如圖2所示，選用Z525型立式鉆床。現為此工序設計一專用鉆夾具。

圖2 “鉆孔、攻絲”工序簡圖

圖3 定位方案與定位元件紋工序簡圖

一、工序簡圖分析

工序加工內容為先鉆孔后攻絲。各工序尺寸：通孔直徑￠ 6.6mm；螺紋M8，深30mm；孔中心距A面8mm；距C面35mm。尺寸精度、位置精度要求不高，加工難度不大。

零件以底面G（分割面）定位，限制三個自由度，為主要定位基準面；以側面A定位限制兩個自由度；以側面C定位限制一個自由度。零件的六個自由度全部限定，屬完全定位方式。實際上按加工要求，只需限定除孔軸向移動外的五個自由度即可。但為了使夾具設計更簡單、方便，有時候實際限定的自由度數比要求的多是允許的。

上表面E面夾緊，方向指向主要定位基準面G面。符合夾緊力原則。

二、定位元件的選擇

按工序簡圖要求，零件的六個自由度全部限定，需要采用多個定位元件組合完成。

（一）底面G處定位元件

主要定位基準面G面為一平面。平面定位時最常采用的定位元件就是支承釘和支承板。如果選擇支承釘，由于一個支承釘只限制一個自由度，因而需安排三個支承釘，且不能在一條直線上。另外，三個支承釘高度很難保證在同一水平面上，需要裝配后再磨平，相對來說比較麻煩；如果選擇支承板，則只需一個寬板即可限定三個自由度，設計簡單。因此，G面采用支承板定位是比較合理的。

支承板已經標準化，其大小可查夾具設計手冊確定。但是，支承板的形狀、大小應該與所支承的定位面相適應。也就是說，首先支承板不能小于定位面的大小；其次，當定位面為圓形或矩形時，支承板相應地也應該設計成圓形或矩形。本例中，定位面G面為矩形，尺寸70×100，標準支承板雖然也為矩形，但大小與定位面不匹配，這時支承板的長、寬尺寸可設計成與定位面一致或者每邊多出5mm，如80×110，而支承板的厚度、與夾具體相連的沉頭螺孔的大小等仍然按標準選用。

（二）側面A處定位元件

側面A限制零件的兩個自由度，也是一個平面。可選擇兩個支承釘或一個窄板定位。由于窄板寬度不好定，且安裝不便，因而采用兩個支承釘較為合理。

支承釘應如何布置呢？如果水平布置，則需與夾具體豎直面相連，以頂面支承零件。由于選用的支承釘一般較短，勢必造成零件離夾具體太近，影響鉆模板的設計。如果豎直布置，則與夾具體水平面相連，加工比較簡單，且位置比較靈活，應予以采用。

采用豎直布置時，支承釘是以圓柱面接觸零件的。但是，標準支承釘的圓柱面尺寸精度不高，影響定位精度。因此可采用結構更簡單、精度更高的圓柱銷代替支承釘。

大批量生產時，零件的頻繁裝卸易使定位元件發生磨損，精度下降，因此需進行更換。如果將圓柱銷固定在夾具體上，經常更換時易使夾具體上的銷孔磨損，可能造成夾具體報廢。因而將圓柱銷固定在底部支承板上不失為一種好的辦法。兩銷間距應適當拉開，以使定位更穩固。

（三）側面C處定位元件

側面C處情況與側面A情況相似，采用一個安裝在底部支承板上的圓柱銷定位即可。圓柱銷的位置盡量靠近定位面的中心處。

注意，由于兩側面定位用圓柱銷均安裝在底部支承板上，因此，支承板的長、寬尺寸應在滿足底面定位基礎上適當放大。夾具定位情況如圖3所示。

三、夾緊機構的選擇

在設計一般夾具時，常用的夾緊機構不外乎偏心、螺旋及斜楔三種，首選螺旋夾緊機構。本工序選擇螺旋移動壓板夾緊機構較為合適。

螺旋移動壓板夾緊機構的各個組成部件也已標準化，設計時直接選用或在標準件基礎上修改即可，這點與前述定位元件設計相似。

需要指出的是，作為壓緊部位的零件表面E為一薄壁形狀（見圖2），周邊寬度6mm，中間為空腔。因此，移動壓板只能壓住薄壁。很明顯，壓住一邊薄壁時零件是不穩定的。如果要壓住兩邊薄壁的話，只能有兩種選擇：一是采用一個長壓板，二是采用兩個短壓板兩邊夾緊。那么，哪種方案比較好呢？

采用長壓板好處是只需旋緊一個螺母，但很難做到兩處同時夾緊，除非增加浮動裝置。另外，根據杠桿原理，支承臂需要加長才能保持足夠的夾緊力。而壓板過長操作時多有不便，且需另行設計。若采用短壓板兩邊夾緊，則夾緊可靠，設計簡單，夾緊機構各部件可直接選擇標準件。因此，本工序選用短壓板較為合理。

布置壓板壓緊位置時應盡量靠近零件的中部，但要注意避開鉆模板，且有足夠的操作空間。本工序夾緊機構如圖4所示。

圖4 夾緊機構與鉆模板

四、鉆模板的選擇

鉆模板是專用鉆夾具必不可少的組成部件。設計鉆模板時，主要解決排屑間隙、鉆套型式及尺寸、與夾具體連接及模板尺寸等問題。

排屑間隙大小按公式計算即可。本例零件為鑄鐵，排屑間隙h=（0.3～0.7）d=1.98～4.62，考慮到鉆孔精度不高，可以取大值，如h=4mm。

鉆套型式應與加工內容相關。本例為先鉆孔后攻絲，選擇標準快換鉆套即可。但是，在確定鉆套壓緊螺釘位置時，應盡量設置在鉆模板內部，一則減小模板尺寸，二來可為壓緊機構留出空間，如圖4所示。

一般情況下，可在鉆模板上設計兩個銷孔和兩個沉頭孔與夾具體相連。銷定位，螺釘緊固。注意孔之間應有足夠的距離。

鉆模板加工中不受力，不用太厚，一般設計成與鉆套高度一致或10～15mm。至于長、寬尺寸，在能容納鉆套、銷孔及螺孔等前提下，盡量緊湊。

五、結束語

雖然學生們在機床專用夾具設計方面還存在著這樣那樣的問題，但是，通過改變教學方法、加大實踐環節教學力度，提升學生們的設計經驗，完全可以使設計變得不那么困難。目前，高職院校普遍推廣的一體化教學就是一種很好的教學手段。筆者雖多年從事機制教學，但水平有限，文中不當之處，敬請廣大同行批評指正。

［1］陳根琴.機械加工方法與設備［M］.北京：人民郵電出版社，2010.

［2］寧傳華.機械制造技術課程設計指導［M］.北京：北京理工大學出版社，2009.

［3］寧傳華，倪健.機械制造工藝與夾具［M］.江西：江西高校出版社，2014.

This paper puts forward the problems for students majored in machine manufacturing in higher vocational colleges in the design of special fixture.Taking components as an example，this paper analyzes and expounds the important contents in the design process of special fixture for machine tool.

special fixture for machine tool；positioning element；clamping mechanism；drilling template

G710

A

2096-000X（2016）20-0238-02

倪健，男，江西機電職業技術學院，工程師、講師，研究方向：機械制造工藝與裝備。