淺談組合機(jī)床的夾具設(shè)計(jì)

曠宇星

摘 要：組合機(jī)床是以行業(yè)內(nèi)通用的標(biāo)準(zhǔn)部件做為基礎(chǔ)，再考慮被加工工件的特點(diǎn)，如特殊的外形，特定的工藝，或者被加工件材料的特點(diǎn)及綜合投產(chǎn)使用驗(yàn)收的總體經(jīng)濟(jì)成本等等，再由機(jī)械設(shè)計(jì)師專門來(lái)設(shè)計(jì)出用來(lái)配合生產(chǎn)的非標(biāo)部件，來(lái)一起組成的專門用來(lái)生產(chǎn)某一類工件的機(jī)床。夾具在機(jī)械行業(yè)中，是產(chǎn)品加工過(guò)程中重要的工裝，生產(chǎn)中夾具的工作效率和可靠性，直接對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很大影響。探索夾具的作用能幫助機(jī)械加工業(yè)提高更高的層次。

關(guān)鍵詞：夾具 液壓夾緊 組合機(jī)床

引言：

機(jī)械設(shè)計(jì)中的工藝涉及到產(chǎn)品成本的效益、成品的合格率，產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量的大小。社會(huì)的不停進(jìn)步和不斷的發(fā)展離不開制造業(yè)的更新和進(jìn)步。機(jī)械制造業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)化的社會(huì)中有著主導(dǎo)的作用，因?yàn)橹圃鞓I(yè)的產(chǎn)品不但可以供人們?cè)谏钪械闹苯邮褂茫铱梢栽谄渌袠I(yè)的生產(chǎn)中提供必要的裝備，在社會(huì)上可以看到有著各式各樣的機(jī)械或由機(jī)械制造出的產(chǎn)品。因?yàn)閵A具系本身就是為了確保產(chǎn)品能有更好的質(zhì)量，還能增加生產(chǎn)效率，減少勞動(dòng)人民的勞作時(shí)間，夾具還有使工件和機(jī)床之間有一個(gè)確定的方位，而且在加工處理時(shí)可以使這個(gè)方位不會(huì)變動(dòng)。本文就如何設(shè)計(jì)機(jī)床的夾具提出自己的幾點(diǎn)想法。

一、夾具概述

夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和測(cè)量等工藝過(guò)程中。

1、機(jī)床夾具的作用

是讓工件在定位的時(shí)候可以以工件定位基準(zhǔn)面和夾具元件之間定位面的配合與接觸，讓工件在整個(gè)夾具里的位置始終保持正確精準(zhǔn)，另一方面可以讓工件的表面尺寸與形狀還有其位置的精度達(dá)到要求。與工件位置夾緊以后，通過(guò)夾緊力作用于工件，使其固定牢靠，這樣作用可以讓其定位的位置始終不變。

（1）穩(wěn)定保證工件的加工精度

（2）縮短其作用的時(shí)間，使勞動(dòng)的生產(chǎn)率得以增加

（3）使機(jī)床的作用范圍得到提高，而且能實(shí)現(xiàn)一個(gè)機(jī)器多種功能

2、機(jī)床夾具的分類

機(jī)械產(chǎn)品夾具通常是有專門的程度、應(yīng)用的機(jī)床與夾緊的動(dòng)力源對(duì)其分類。

（1）按專門化程度分類

夾具可分為：通用、專用、可調(diào)、組合、自動(dòng)線等幾種類型的夾具。

（2）按使用的機(jī)床分類

由機(jī)床使用的不同可以將夾具分為車床、銑床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪機(jī)床等幾種夾具。

（3）按夾緊動(dòng)力源分類

由夾具使用的夾緊力的不同可以將夾具可分為手動(dòng)、氣動(dòng)、液壓、氣液、電動(dòng)、磁力、真空等幾種不同的夾具。

二、夾具設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

1、在確保精度高的前提下還應(yīng)該注重產(chǎn)品尺寸大小

夾具體的每一個(gè)面都很重要，例如定位元件的表面、對(duì)刀塊的表面、導(dǎo)向元件的表面、和它的基面。這些都應(yīng)該具有合適的大小和形狀，位置精度對(duì)于它們也是非常講究的。

2、強(qiáng)度、剛度都很重要

在加工時(shí)為了確保不受夾緊力、切削力以及一些其它力的影響，從而產(chǎn)生的變形以及振動(dòng)情況，而且?jiàn)A具體的厚度也需要達(dá)到一定的要求，太厚太薄都不可取。

3、適用性和結(jié)構(gòu)工藝性都很重要

夾具體的外形一般都是比較大的，許多夾具體都還比較復(fù)雜，而且與之裝配的精度要求也是非常高的，所以我們應(yīng)當(dāng)注重它的結(jié)構(gòu)工藝性，盡量使它安裝便捷。在這些前提都滿足的情況下，我們還應(yīng)該考慮使它小型化。

4、切屑的排除也是非常重要的因素

在機(jī)器加工的時(shí)候，機(jī)器一般都不會(huì)對(duì)不斷產(chǎn)生的切削進(jìn)行處理，這些切削不進(jìn)行及時(shí)有效的排除，切削熱會(huì)對(duì)產(chǎn)品的精度產(chǎn)生影響，當(dāng)大量切削纏繞元件時(shí)還會(huì)破壞它的精度，如不及時(shí)處理后果很嚴(yán)重。所以在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該考慮，加大元件與工作面和夾具體的距離，增加容納這些切削的空間。

5、安裝方式應(yīng)確保有效可靠

夾具安裝時(shí)都是通過(guò)基面與其他零件的接觸匹配實(shí)現(xiàn)的，所以各個(gè)部分應(yīng)當(dāng)保持協(xié)調(diào)有序，在具體安裝的時(shí)候還應(yīng)該保持重心較低，支撐面要大于接觸面，各個(gè)基面要有適合匹配的精度，確保安裝可靠不容易脫落，如果夾具體過(guò)大，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮，在其夾具體上另外設(shè)計(jì)出可以支持吊裝的孔或環(huán)。

三、夾具的設(shè)計(jì)

1、機(jī)床夾緊力的計(jì)算

工件在定位的基礎(chǔ)上由于加工時(shí)工件受外力較大（主要是切削力）定位一般會(huì)被破壞，這時(shí)就需要對(duì)工件施加夾緊力，來(lái)抵消多余的切屑力，以避免工件移動(dòng)影響精度。

2、夾緊力方向的確定原則

夾緊力的方向應(yīng)有利于工件的準(zhǔn)確定位。夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度高的方向一致，以利于減少工件的變形。夾緊力的方向盡可能與切削力、重力方向一致，有利于減小夾緊力。

3、夾緊力作用點(diǎn)的選擇

夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)與支承點(diǎn)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”對(duì)應(yīng)，或在支承點(diǎn)確定的區(qū)域內(nèi)，以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形。夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選擇在工件剛度高的部位。夾緊力的作用點(diǎn)和支承點(diǎn)盡可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的剛度和抗振性。夾緊力的反作用力不應(yīng)使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形

4、夾緊力的確定

選用兩套普通型單活塞桿液壓缸。本夾具切削力和夾緊力方向是一致的，這種情況對(duì)夾緊裝置而言是有利的，所需夾緊力小。本夾具的液壓缸的缸徑選用φ90mm。當(dāng)液壓壓力為4MPa時(shí)，液壓缸的壓力為8245N，此時(shí)N液已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需的4558N的夾緊力，故本夾具是可靠的。

5、夾緊動(dòng)力機(jī)構(gòu)選擇

組合機(jī)床夾具的夾緊機(jī)構(gòu)一般采用液壓自動(dòng)夾緊結(jié)構(gòu)。因?yàn)榻M合機(jī)床都是為適應(yīng)大批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的，要求生產(chǎn)效率很高，所以除手工裝卸工件外，所有加工過(guò)程的程序，包括夾緊，都是自動(dòng)運(yùn)行的。

設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，需要滿足以下幾個(gè)要求：保證加工的精度、生產(chǎn)效率、工作要可靠、具有自鎖性能、結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單易學(xué)。

設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)的階段中，還必須考慮夾緊力的確定問(wèn)題。應(yīng)該確定力的三個(gè)基本要素：作用點(diǎn)、方向和大小。

選擇作用點(diǎn)時(shí)要注意：保證工件夾緊后定位可靠；保證夾緊后工件的變形最小；盡可能多點(diǎn)夾壓，要使工件被夾緊得穩(wěn)定。

夾緊力和切削力的相對(duì)方向有三種比較典型的情況：夾緊力和切削力的相對(duì)方向相反，這是一種對(duì)夾緊不利的情況，此時(shí)夾緊力必須大于切削力；夾緊力和切削力的方向垂直，此時(shí)切削力是依靠夾緊力所產(chǎn)生的摩擦來(lái)抑制的，因此所需的夾緊力很大，應(yīng)盡量避免。

6、夾緊方案

該套夾具設(shè)計(jì)用于定位夾壓全順汽車左右轉(zhuǎn)向節(jié)零件。以一銷一平面作為主定位，并設(shè)計(jì)了角向限位機(jī)構(gòu)，這樣就限制了工件的六個(gè)自由度，滿足了工件在夾具系統(tǒng)中的精度定位要求。考慮到工件定位穩(wěn)定性以及盡量擴(kuò)大定位基準(zhǔn)面范圍的要求，設(shè)置了彈性輔助定位支承機(jī)構(gòu)。夾具處于夾壓狀態(tài)時(shí)，輔助支承通過(guò)油缸和斜面塊的共同作用對(duì)工件面產(chǎn)生定位作用。

該套夾具夾緊力、切削力和工件重力方向一致，且定位基準(zhǔn)面和夾壓位置一致，這是一種對(duì)夾壓而言最為有利的情況，夾壓時(shí)只需較小的夾緊力。為此，該套夾具只設(shè)置了一個(gè)Φ90油缸作為夾緊力源，而且是有桿腔提供夾緊力源。由于工件定位芯軸部分較長(zhǎng)，采用直上直下的壓塊工件無(wú)法裝卸，所以采用了旋轉(zhuǎn)夾壓模式。考慮到減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，角向定位也采用液壓定靠。

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