中職機械專業教育中的機床夾具問題

曹永明

摘 要：機床夾具在機械制造中是一個重要部分，它是工件精度的保證，也可以提高機械制造的效率，夾具設計要考慮很多的問題，要熟悉工件的外形特點，要熟悉夾具的結構。本文就夾具的分類、典型夾具、支承元件形式、設計時定位等問題進行討論。

關鍵詞：機床夾具;支承定位元件;工件自由度定位

隨著中國機械工業的發展，市場對機械制造人才的需求在逐漸擴大，提高中職教學的有效性就成了機械教師必須要面對的問題，機械夾具是機械中的一部分，目標也是要培養和鍛煉學生機床夾具的設計與應用能力。在加工過程中，機床夾具可以提高產品的質量和生產效率。機床夾具有精準的定位功能，可以限制工件的自由程度，這樣就保證了工件的加工面和工裝夾具原件接觸的緊密程度。機械加工過程中只靠人力和簡單的輔助工具并不能滿足工件對精準度的要求，夾裝可以做到這一點，它可以提高機械加工的精準度。

下面就機床夾具要掌握的幾個問題進行探究以及分析。

一、夾具的分類及依據不同的使用工況等因素，可分為

（1）按通用程度和特點：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。

（2）按結構特點：專用夾具、組合夾具、可調整夾具等。

（3）按夾緊的動力源：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電磁夾具、真空夾具等。

二、設計夾具的基本要求及過程的具體內容

（1）設計夾具的基本要求。夾具要保證工件在加工質量，提升生產率，減少加工成本，減輕勞動強度，便于掌握復雜或精密工件的操作。在設計的過程中要充分的體現夾具的高效性及高精度，在應用的過程中，為提升生產的加工精度，還要求機床夾具有非常高的定位精度，安裝精度及轉位精度。夾具使用過程的安全性是夾具的重要組成部分。在設計夾緊裝置時，一般要滿足以下基本要求：首先保證工件要有一個正確的位置，也就是工件在夾具里的正確位置，位置確定好了以后，要進行夾緊，夾緊力的大小要適當，即不能使工件變形，也不能使工件在加工過程松動。其次是夾緊裝置在工人操作時要省力，在裝夾工件時要方便省時，最后是保證夾緊裝置能夠適應工件的生產類型，力求簡單。

（2）夾具設計過程中的常遇到的一些問題。在夾具設計的過程中，要考慮工件在機床夾具中的定位和夾具在機床上的定位。下面進行詳細的論述以及分析。①簡述夾具設計過程中通過平面定位的工件夾具。一般情況下，支承元件形式主要有四種形式，是固定支承的定位、自位支承的定位、可調支承的定位、輔助支承的定位。固定支承形式的定位，可分為支承釘和支承板兩種形式，支承釘利用頂面支承工件，只限制一個自由度，常用于大批量、磨損快和經常要修理的地方。短的支承板限制一個自由度，長的支承板限制兩個自由度，用于較大的精基準平面定位。自位支承可以隨著工件的定位表面可以調整，只限制一個自由度，常用于毛坯表面的定位。可調支承的頂部位置是可以調整的，一般用于粗基準的定位，也常用于一些不規則工件的定位。輔助支承的定位，是在工件已經定位完成，不限制工件的自由度，只能提高工件的剛度。在設計的過程中要充分考慮工件形狀，要限制幾個自由度，選擇適當的支承形式。②簡述機床夾具通過外圓表面定位的工件夾具。通過外圓表面定位的夾具有卡盤和V型塊等，卡盤主要用于加緊工件的外圓表面，這種夾具的精度都由生產廠家來來保證，在裝夾工件要夾穩外圓表面，V型塊也是用于定位外圓表面，由它的制造精度來保證定位精度，也是屬于機床的附件。③簡述通過一面兩銷定位的工件夾具。一面兩銷定位屬于完全定位，常用于箱體和蓋板類零件的定位，一個圓柱銷，另一個是菱形銷，菱形銷的長軸與兩銷的連線垂直，工件在夾具上定位后再夾緊。④簡述機床夾具設計過程中通過心軸定位的夾具。定位心軸的外圓做成小錐面，在定位時就是用錐面來夾緊的，將加工工件通過敲入或者壓入心軸，產生彈性變形，通過彈性變力將工件夾緊。它能很好地保證相連件的同軸關系，并且由于錐面心軸的端部有螺紋或螺釘孔可以使心軸在錐套內軸向鎖緊。它的優點是能更好地保證相連件的同心，但由于錐度心軸一般是靠錐面產生摩擦力來傳遞扭矩，因此錐面心軸不能傳遞太大的扭矩，因此它一般用于高速輕載傳動精度高的場合，提升機床加工的工作效率。⑤利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發的基點。利用計算機輔助建立一個數據庫，建立各種標準定位元件，建立典型的夾具庫和標準化夾具，建立用戶使用庫，多在實踐中汲取經驗，不斷改進和完善夾具系統，實現夾具計算機輔助設計。

三、機械加工中常用的工裝夾具

（1）卡盤?？ūP屬于通用工裝夾具，用于定位外圓，常用在車床中加工各類零件，加工的效率也很高。

（2）T 槽工作臺。它主要用來固定平面類工件的，很多機床設備的工作臺就是這種，裝夾工件很方便。

（3）平口鉗。它是銑床的附件，主要用鉗口的一面來定位，再用夾緊力夾緊，也常用在其它設備上的加工。

（4）彈簧夾套/夾筒。這種工具中可以用各種規格的刀具，使用它非常的方便實用，常用于一些小零件的加工。

四、工件在空間坐標中六點定位原理

工件在空間中具有六個自由度，即沿三個坐標軸移動的自由度和繞三個坐標軸轉動的自由度。要完全確定工件的位置，就必須就要限制工件的自由度。通過六個支撐點來分別限制工件的六個自由度，可以分以下幾種。

（1）完全定位。工件的六個自由度全部被夾具中的定位元件限制的定位方式稱為完全定位。

（2）不完全定位。根據工件加工要求不同，只需對工件的部分自由度進行限制的定位方式稱為不完全定位。

（3）欠定位。在工件加工中，有些本應定位的自由度未被限制，這種定位方式稱為欠定位。

（4）過定位。在工件加工時，有些本不應定位的自由度被限制了，這種定位方式稱為過定位。

五、夾具智能化和自動化的發展

隨著工件的精度要求越來越高，生產效率要求越來越高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，其發展方向是柔性、模塊化、精密、標準及智能化。普通的工裝夾具滿足不了機器人自動化的要求。自動化夾具工件的安裝和拆卸都是由機械人來控制的，在這里就需要考慮它的裝拆，工件的精確定位由夾具保證。目前的夾具研發方向朝智能工裝發展，也就是在夾具上應用到液壓驅動或者氣壓驅動或者機電一體。在夾具中安裝監測系統，把數據反饋給機器人，再糾偏或者進行補償，再有緊急情況下是能感知，避免發生事故。

六、結語

不管是普通夾具還是智能夾具，要盡量保障夾具的通用性能，這樣可以降低夾具的成本，向夾具的標準化和系列化邁進，才能提高機床夾具的設計質量，縮短設計機床夾具的周期，從而使夾具行業得到發展，促進機械制造行業整體發展。