機(jī)械加工中工裝夾具的定位設(shè)計(jì)探析

包亞軍 劉培坤 焦國(guó)

摘 要：為了探究工裝夾具的定位設(shè)計(jì)，筆者首先闡述工裝夾具設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，之后給出具體機(jī)械加工的設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)：選擇合適的工具裝夾方式，可以提升夾具適用性，精準(zhǔn)定位機(jī)床，防止支撐點(diǎn)發(fā)生偏移。因此，在今后工作中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該合理限制自由度，在必要時(shí)可以利用輔助加工機(jī)制，幫助夾具獲得精準(zhǔn)定位。

關(guān)鍵詞：定位設(shè)計(jì);工裝夾具;機(jī)械加工;設(shè)計(jì)原理;注意事項(xiàng)

工裝夾具定位從本質(zhì)上講屬于機(jī)械加工的基本操作步驟，結(jié)合機(jī)械部件基準(zhǔn)面，固定加工設(shè)備，并依據(jù)使用設(shè)計(jì)原理進(jìn)行定位設(shè)計(jì)，可以保證機(jī)械加工過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性，避免出現(xiàn)過(guò)度加工、滑落等問(wèn)題，提升工件生產(chǎn)精度。因此筆者對(duì)工裝夾具定位設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，為相關(guān)從業(yè)者帶來(lái)工作借鑒。

一、工裝夾具設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

不同的工件裝夾工藝存在諸多差異[1]。選擇合適的工具裝夾方式，可以提升夾具適用性，保證工件加工順利進(jìn)行，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循設(shè)計(jì)圖數(shù)據(jù)，應(yīng)用預(yù)先繪圖法，利用數(shù)字幾何原理，展現(xiàn)出設(shè)計(jì)基準(zhǔn)模式，聯(lián)合六點(diǎn)空間定位法控制全局，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化工藝基準(zhǔn)，細(xì)化機(jī)械元件的使用，通過(guò)工裝夾具精細(xì)化設(shè)計(jì)法，防止毛坯件偏移，能以?shī)A具作為基準(zhǔn)點(diǎn)，使得機(jī)床定位更加準(zhǔn)確，避免元件受到機(jī)床震動(dòng)、切削力和慣性力的影響，最終達(dá)到準(zhǔn)確的位置，保證支撐點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

二、工裝夾具的設(shè)計(jì)方案

要想保障機(jī)械加工的精準(zhǔn)度，在機(jī)械加工中必須對(duì)工裝夾具進(jìn)行精準(zhǔn)定位，提升機(jī)械加工質(zhì)量，按照工裝夾具類型和相關(guān)零配件對(duì)加工方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證毛坯件位于被加工位置上。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)工序：

1.合理限制自由度，采用六點(diǎn)限制方式，結(jié)合元件加工難度，保證毛坯件位于被加工位置上，限制 3～6 個(gè)面（前、后、左、右、上、下）[2]。保證工件在加工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)位移等問(wèn)題，但是遵循經(jīng)濟(jì)發(fā)展原則，一般不會(huì)對(duì)6個(gè)面同時(shí)固定，而是只固定3-4個(gè)面，不會(huì)造成定位元件的浪費(fèi)，同時(shí)也可以確保達(dá)到元件施工要求;

2.定位后固定元件，應(yīng)用夾緊力緊固機(jī)械元件（利用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)夾具），輔助操作人員定位加工機(jī)械元件，其中夾具可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍，如果是施工數(shù)量少、對(duì)技術(shù)要求低的元件，為了降低成本支出可以使用組合夾具，如果人員數(shù)量不足并對(duì)技術(shù)要求高的元件，應(yīng)該采用高標(biāo)專用夾具，獲得較高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)縮短工作時(shí)間;

3.輔助加工機(jī)制，為了確保夾具加工時(shí)可以獲得精準(zhǔn)定位，可以利用輔助機(jī)制，選擇輔助機(jī)制的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)，遵循工藝標(biāo)準(zhǔn)化需求，可以使用輔助機(jī)械加工辦法，比如在車床應(yīng)用過(guò)程中，高速定心卡實(shí)驗(yàn)對(duì)轉(zhuǎn)速要求為9000r/min，為了保證工裝夾具的柔性化和精細(xì)化，可以在夾緊過(guò)程中，通過(guò)夾剪和定位給予工件足夠的外力，確保其在機(jī)床中獲取精確位置，器具適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高。如果是小批量機(jī)械產(chǎn)品加工，可以借助定位設(shè)計(jì)，使用空間直角坐標(biāo)系自由度，根據(jù)工件基本定位方法，固定6個(gè)接觸點(diǎn)，正確計(jì)算出定位誤差，最終提升機(jī)械加工質(zhì)量。

4.設(shè)計(jì)實(shí)例分析

工裝夾具定位在機(jī)械加工設(shè)計(jì)中具有重要作用，可以提升生產(chǎn)效率和工藝性能，筆者以“長(zhǎng)方體毛坯件切削圓柱體”為例，設(shè)計(jì)操作人員必須掌握工裝夾具定位的原理和過(guò)程，靈活尋找定位方法，比如利用六點(diǎn)定位限制法，設(shè)計(jì)人員將加工機(jī)械單元作為原始坐標(biāo)點(diǎn)，并從6個(gè)維度（前后左右上下）進(jìn)行延伸，正、負(fù)兩條射線組成 3 條軸線，對(duì)元件自由度進(jìn)行控制，通過(guò)夾具加工設(shè)備，保障機(jī)械加工的精確性。如果長(zhǎng)方體毛坯件型號(hào)為長(zhǎng)：寬：高=40cm：20cm：10cm，并想要將其加工為半徑為10cm，高為8cm的柱體，可以對(duì)XOY 面進(jìn)行切削。切割毛坯件XOY 面任意處，限制X 、Y 、Z 軸移動(dòng)自由度[3]。又因?yàn)閳A柱體直徑與長(zhǎng)方體的寬參數(shù)相等，因此在后續(xù)施工中對(duì)圓柱體進(jìn)行二次加工，再次限制X 、Y 、Z 軸移動(dòng)自由度，最終對(duì)零件進(jìn)行切割（切割高度為圓柱體上方2 cm左右）。以上是利用六點(diǎn)定位限制法進(jìn)行切割，除了該種方法，還可以利用兩點(diǎn)以上定位限制法，定位被加工毛坯件，不用設(shè)置 6 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，但是也應(yīng)該注意到施工中的欠定位、過(guò)定位問(wèn)題，因此該種定位方法會(huì)影響到定位準(zhǔn)確性。

三、注意事項(xiàng)

在進(jìn)行工件定位時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)識(shí)到六點(diǎn)定位并非單指工件與機(jī)械的接觸點(diǎn)，可以根據(jù)具體毛坯件的型號(hào)、特殊性靈活調(diào)整工件與工作臺(tái)之間的接觸點(diǎn)，依照相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)夾具進(jìn)行有效組合，提升機(jī)械化水平利用率，從而滿足不同產(chǎn)品加工需求。其次應(yīng)該深入掌握夾緊和定位之間的含義。其中“夾緊”是在“固定”這一狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，加工自由度與力學(xué)自由度與“定位”有很大區(qū)別，毛坯件不能進(jìn)行位置變動(dòng)，確保工件定位不受外力影響，對(duì)加工工件完成定位后，再利用工裝夾具進(jìn)行定位，使用虎鉗來(lái)夾持工件，不得借助其他工具加力，夾緊工件時(shí)要松緊適當(dāng)，如果是強(qiáng)力作業(yè)，只能用手板緊手柄，避免因?yàn)閼T性或者切削力問(wèn)題而導(dǎo)致位移，進(jìn)而提升工件加工精準(zhǔn)度。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化工藝基準(zhǔn)，細(xì)化機(jī)械元件的使用，可以使得機(jī)床定位更加準(zhǔn)確，因此工藝設(shè)計(jì)人員應(yīng)該利用六點(diǎn)定位限制法，將加工機(jī)械單元作為原始坐標(biāo)點(diǎn)，對(duì)自由度進(jìn)行限制，應(yīng)該深入掌握夾緊和定位之間的含義，根據(jù)特殊情況靈活調(diào)整工件與工作臺(tái)之間的接觸點(diǎn)，避免因?yàn)榍范ㄎ弧⑦^(guò)定位問(wèn)題，出現(xiàn)位移情況，最終提升定位準(zhǔn)確性，提高加工精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤世杰. 試論機(jī)械加工中的工裝夾具定位設(shè)計(jì)[J]. 山東工業(yè)技術(shù)， 2019， 293（015）：45-45.

[2]李娜， 王國(guó)冰. 先進(jìn)焊接工裝夾具在機(jī)械裝備制造業(yè)中的應(yīng)用[J]. 裝備制造技術(shù)， 2019，000（003）：3-3.

[3]康保印， 呂原君， 范植堅(jiān). 閉式整體渦輪電解加工工裝夾具設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床， 2021，000（003）：5-5.

作者簡(jiǎn)介：

包亞軍： 1972.06.男; 漢族 ;江蘇泰州; 高級(jí)技師 技校; 研究方向：機(jī)械制造。

劉培坤：1994.01.男;漢族;江蘇常州; 技師; ?大專; ?研究方向：機(jī)械制造。

焦國(guó)： 1965.06. 男 ;漢族; 江蘇常州 ;高級(jí)技師 ;技校;研究方向：機(jī)械設(shè)備與維修。