淺談機床夾具設計

摘 要：機床夾具指在機床上實施機械加工過程中按照工藝要求，迅速實現對工件的定位和加緊，并在加工過程中保持機床與工件之間正確的相對位置。通用夾具一般以標準化，以機床的一種附件形式而存在。如：三爪卡盤、通用虎鉗、磁性工作臺等。由于工件存在多樣性的特點，通用夾具已無法滿足大批量、不規則工件加工制造的要求，因此專用夾具應運而生，專門為加工某一工件的某道工序而設計。

關鍵詞：夾具；定位；夾緊

前言

產品、制造系統和經營管理是運作制造企業的三個基本要素。在當代買方市場條件下制造系統經常成為新產品快速上市、按訂單進行產品變換生產和運作管理的瓶頸所在。因此對制造系統提出了新的要求：夾具需滿足多種零件在同一機臺上的加工及快速換型，并且保證多次安裝后的重復定位精度。就此解決制造系統的靈活性即柔性，對夾具提出了更高的要求。

為了保證工件加工表面的尺寸、幾何形狀和相互位置精度的要求，使工件在加工前相對于刀具和機床占有正確位置，并且在加工過程中始終保持加工位置的穩定可靠。這一工藝過程稱為裝夾，用于裝夾工件的工藝裝備就是機床夾具。

1 夾具的功能、組成和設計要求

1.1 夾具的基本結構和組成

機床夾具分別由夾具體、定位件、夾緊件、導向件等等組成。

1.2 夾具的功能

（1）保證工件在本工序的加工要求質量。（2）提高生產率，降低加工成本。（3）減輕工人勞動強度，便于工人掌握復雜或精密工件的操作。

1.3 設計夾具的基本要求

設計夾具時最基本的要求即使工件在本序加工后尺寸達到設計和工藝的要求。過去僅僅考慮了零件的二維精度，隨著零件設計形狀的日益多樣，需對三維尺寸和位置精度也應考慮在內。在滿足精度需要的情況下，再考慮提高生產率和降低成本等一系列實際情況。

2 夾具的分類及典型機構

依據不同的使用工況等因素，夾具可分為：（1）按夾具的通用程度和特點：通用夾具；一次性使用夾具；多次重復使用夾具；獨立的傳動裝置等等。（2）按夾具的結構特點：專用夾具；組合夾具；可調整夾具等等。（3）按夾緊裝置的動力源：手動夾具；氣動夾具；液壓夾具；電磁夾具；真空夾具等等。

夾具是工藝裝備并非在流通環節的產品，因此為了有效降低夾具制造裝配成本，設計時考慮最多的是經濟因素。當今社會產品的研發設計日新月異，產品的通用性不斷加強，促使夾具在專用性的基礎上同時兼顧組合和可調整。

可調夾具通常又稱通用可調夾具。它是根據一些結構相似、尺寸不同的工件的相似工序，由企業設計、制造，具有一定適用范圍的通用夾具。換句話就是：由相似工件的相似工序而設計制造的通用夾具。相似工件是指一類形狀、結構、材料、尺寸等工藝屬性相同或相近的被加工零件。相似工序是指相似工件的同名工序，其加工設備，安裝方式相同，加工表面形狀相同或相近而其尺寸、位置有差異。由于調整構件較多，因此適用范圍也較廣。

比較常見的可調整的夾具有：彈性夾頭（如圖1）

彈性夾頭在底部液壓油缸的帶動下，可上下活動。由于夾頭內錐面與固定的定位錐座有一定的動配合關系，因此夾頭上下的行程范圍很小，從而保證夾頭外圓面的變化尺寸范圍很小，在定位工件時的精度得到保證。

由于夾頭通過徑向切槽，在不同的油缸行程帶動下產生允許范圍內的彈性變形，消除了工件在上序中對內孔加工時所產生的形狀公差而引起的定位誤差。牢牢地將工件內孔和軸向定位面固定在夾具定位點上，保證最終的產品精度。

由于工件定位尺寸變化，對單一夾頭而言已無法滿足使用要求，因此按客戶要求同時切制了不同型號的夾頭并作標記，方便加工者依據被加工件更換正確的夾頭。同時夾頭存在一定的彈性，自身塑性變形不大，極大的提高了換型后的準確性，減小了工人的勞動強度。

3 夾具的智能化和自動化

隨著藍領工人的工資不斷提高和減輕操作夾具的體力勞動，以及批量不斷減少的情況下夾具向自動化方向發展是需要的，用于機械加工的夾具尤其必要。特別是數控機床和加工中心的生產線上，過去分散的工序現在越來越集中。五面加工中心的出現更希望在一次裝夾加工下將中等復雜零件全部加工完畢。因此從一個面的加工改換到加工另一個面時，刀具很容易和定位或夾緊裝置發生沖突和干涉，就有必要在加工一個工步后將壓板或者定位支承自動移開，而另一些壓板或者輔助支承壓緊和定位，這都需要夾具在加工過程中自動來完成，而這就大大提高了對液壓自動夾具的需要，只要將各油路設定到合適的壓力范圍，經由機床控制系統對不同用途的液壓電磁閥發出正確的開閉指令就可保證動作的準確執行。此外數控機床和加工中心的工作臺空間受封閉加工的限制，復雜的加工過程中容易產生意外，為了保證安全生產也需要夾具有智慧，比如加裝一些壓力檢知、氣密檢知、行程檢知等等，在緊急情況下能夠感知而避免事故，這就需要智能化夾具。

4 結束語

縱觀夾具的發展歷史以及提升夾具品質的技術發展，過去常用的工藝規程已慢慢地適應不了現代市場的要求，全球化市場進程的加快促使夾具硬件必將朝著以下幾方面發展：（1）功能組件標準化

的基礎上，專用、可調整和組合夾具將逐漸模塊化；（2）應用最新研究技術成果，增強夾具的靈活性；（3）應用更多環境友好型能源的動力夾緊系統；（4）定位簡單、布局簡潔的定位夾緊系統；（5）在夾具上應用多種傳感器等檢測電子元件，滿足自動化生產線的需求；（6）夾具要適應先進數控機床的多工序加工，更加自動化和智能化。

參考文獻

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