機械加工中工裝夾具的定位設計研究

郝國標

上海摩文自動化工程有限公司 上海 3 1 0 0 0 0

現代機械加工技術不斷提升，對于產品的設計精度也有了更高的要求。在機械加工過程中，在選用高質量的工裝夾具的基礎上，必須做好工裝夾具的科學設計工作，對定位原則進行熟練掌握，精準定位工件的位置，從而在最大程度上保障工件加工的質量和效率。

1 機械加工中工裝夾具定位的基準分類

1.1 工藝基準

在整個機械加工的過程中，一條機械生產線一般不會只對機械元件進行一道加工工序，大多數情況下，這條生產線會對流水線上的機械元件進行二次、多次加工，進而節約生產周期和生產成本，這種情況下整個加工過程的基準設計便分為了粗基準加工和精基準加工，配合輔助基準、主要基準和附加基準在加工時用于對工件定位，合成定位基準。另外，用于加工中和加工后測量工件采用的測量基準，用于裝配時配合零部件與整件位置的裝配基準，用于工序先后確定的工序基準共同形成工藝基準。因此，每個操作人員在為機械元件和工裝夾具規劃基準面時，務必苛求精確，操作過程中也要全程監控高度準面的二次加工，盡量減少不合格品的出現[1]。

1.2 設計基準

第二種則是以設計圖上各項數據為依據的設計基準，通過數字幾何原理將他們的彼此相對面連接，做成一個空間坐標體系，用空間的方式表達出來的設計基準模式。而實際基準模式通過預先繪圖，可以先六點自由度空間定位法相結合，能把控全局，是一種較好的基準定位模式，但因為這種模式對機器要求較高，對人員的數字計算水平要求嚴格，所以暫時使用的人員較少。

2 工裝夾具的設計規律

首先，設計夾具時要符合工件的設計要求，嚴格遵守設計標準。避免出現設計完成后再選擇合格的工件，避免出現工件不達標的情況；其次，在使用夾具時，必須對工件、夾具和加工設備進行相互固定，確保工件的功能達標，這樣就能達到工件、夾具、設備三者間生產加工的完美配合。只所以必須按照這些設計規律進行夾具設計，是因為一旦工件位置出現偏差，工件精度就無法達到工件設計要求的標準，進而影響工件的其他功能。

3 工裝夾具定位設計方式

3.1 定位原理

在機械加工中應用工裝夾具，必須進行精準定位，這樣才能保障機械加工的精準度。比如卡盤，這是比較典型的工裝夾具了，當前還在車床中被廣泛使用，卡盤是機床上用來夾緊工件的機械裝置，利用均布在卡盤體上的活動卡爪的徑向移動，把工件夾緊和定位的機床附件，能夠保證車床的正常運作，卡盤通常安裝在車床、外圓磨床和內圓磨床上使用，也可與各種分度裝置配合，用于銑床和鉆床上。還T型工作臺，這種工裝夾具主要是固定工件，幫助工人對設備進行調試，另外主軸和刀柄對機械加工的精密度能夠有效保障，在機械加工中是比較好用的固定工具，這些工裝夾具都為機械加工效率的提升做出貢獻。在進行工裝夾具定位之前，工件存在6個自由度，而對其進行定位就是為了對這6個自由度進行有效限制，而六點定位原則就是利用6個支撐點限制6個自由度，這樣就能對工件位置進行有效確定。

3.2 工件定位分析

在機械加工中進行工件定位時，必須對工件精準度進行明確，它對機床加工工件的精準度起決定作用。在具體定位中還存在三種相對位置，首先是工件與夾具的相對位置，其次是工件、機床之間的相對位置，最后是夾具與機床之間的相對位置，在這三種相對位置中，工件與機床的相對位置需要夾具進行輔助定位。

3.3 定位方法

對工件進行定位的方法主要分為四種，第一種定位方法是完全定位法，這種完整的定位方法就是完全限制工件的自由度。第二種方法就是與之相反的不完全定位法，顧名思義不會對工件的自由度進行完全限制，只會在加工要求的前提下，對工件的部分自由度進行限制的定位方法。第三種方法是對工件施行欠定位，在進行工件加工時，對工件應該進行定位的自由度卻沒有定位，這就是欠定位。第四種方法就是過定位，與欠定位恰好相反，過定位就是對本不該進行定位的自由度進行定位[2]。

4 工裝夾具在機械加工中的應用

4.1 加工效率

在壓塊和機械接觸形狀的部位使用夾具的壓緊力，加緊的地方接近機械加工的表面，這樣是為了避免機械加工出現震動，保持機械加工的位置的固定，減小工作人員校準加工機械的位置時間，提高了工作人員的工作效率。在加工機械時應用了夾具，機械感性提高明顯，也提高了機械的切削量。還有一些比較特殊的機械加工需要多個夾具來夾緊，機械機床比人工機床進刀鉆孔穩定。比較大直徑加工機械的切削增加切削量，大的加工機械使用夾具固定增加了機械的好壞率，加工的機械也不愛變形，就算是技術比較低的工作人員也可以制作加工，降低機械加工的成本，增加機床的使用范圍，一個機床可以通過夾具的應用制作多個機械加工，提高工作效率。

4.2 加工精度

沒有使用夾具固定時候加工機械，機械加工的精度由機械的位置和刀具的位置來決定，造成了位置精度的誤差比較大，同樣機械加工的誤差，體現了機械加工的工藝系統的誤差，機械加工都誤差主要是因為夾具的誤差造成，靜態誤差和動態誤差兩種，靜態誤差出現的比例比較高。加工工人的技術水平也會影響機械加工的質量，同時，起決定性的作用，同一批的機械加工的質量幾乎相同，機械加工的質量精度在機械組裝時可以互換，可以方便機械的維修和更換。對于一些特殊的機械離不開夾具的應用，例如薄壁機械就通過夾具來制作的。機械的精度也是通過夾具的設計來增加和有所提高的。薄壁機械特別容易變形，所以夾具的設計就決定了機械加工的尺寸和成品的形狀，在機械加工時的高溫受熱也可以讓薄壁機械變形，機械尺寸不好控制，夾具的使用決定機械加工時的震動誤差。

4.3 機床適用范圍

如果沒有使用夾具來固定機械，那么固定機械的工作就只能靠機床來設計形狀，但是機床形狀的固定只可以加工一種機械，可是使用夾具固定加工機械的機床可以加工多個機械，多種機械，這樣就擴大了機床的機械加工的范圍。例如，滾壓機械工具和家具放在一臺機床上，這樣可以使機床對機械加工進行簡單的磨削加工，這樣就發揮出了磨床的一些功能，使機械加工的精度提高了。另外，有一些特殊的機械加工，機械的要求和設計特別小或者特別大，或者要求薄壁的，曲面的，有偏心、細長和凹凸等等，所以，在機械加工時必須要設計一些特殊的夾具來固定加工的機械，一些高精度的機械加工應用真空吊具來固定薄片機械，偏心的機械加工外圓與內孔不是一個軸線上，曲面夾具就是用來加工曲面機械的，不同種類的機械加工應用的夾具也都不相同，這樣就擴大了機床的加工范圍，打破了機床加工機械的單一性，突破了機床機械的局限性。

5 工裝夾具定位的設計發展方向

5.1 設計標準化定位方法

隨著機械化大規模的生產方式的開展，機械加工產品的生產方向必然是向著標準化靠近，并且逐漸與相關類似的產業產品進行合流統一標準，而要實現生產大規模的統一標準件，就需要統一的加工機床、統一的被加工毛坯件以及統一的標準化工裝夾具，三者統一后，一定會出現一套適合多數機械元件加工的標準化基本定位方法，以方便在機械加工過程中指導形成流水化、大規模的生產模式，從而實現機械生產的成本降低，利潤增值[3]。

5.2 設計更數字化的定位方法

隨著社會對各種機械產品的要求不斷提高，以及數字化生產對于產品更加嚴格精度要求和機械設備的更新換代，可以預見的，整條生產線上都會出現更加嚴格精確的生產規定，作為加工工程中重要參與者的工裝夾具，必然會出現一套比現今定位方法更加精確的定位方法，這種方法必然更精確，更高效。

5.3 定位設計方法的超前化

工裝夾具應該具有優先化，超前化意識，隨著高精尖技術的不斷發展，上級下級工業鏈條對機械產品的多樣性，精準性的要求會不斷地提高，導致生產的難度不斷提高，同時日新月異的新生產設備和高精度的生產標準逐漸更新，新的加工材料強度、難易度也有所變化，這些都會在加工過程中都會對夾具定位方法帶來挑戰。因此，在之后的設計新的夾具定位方法時，不能僅僅是要為了解決眼前所需要攻克的難題而生產應急品，還要有超前意識，設計出可以供還沒有出現或者已經出現理論的設備、材料加工生產配套的的新型夾具定位方法。

6 結語

綜上所述，機械加工的技術人員，一定需要完全的理解機械設計圖的要求來加工機械，機床夾具能確保機械的使用、經濟、工藝性能，提高機械生產效率，可以使夾具在使用時和設計上更完整的把機械與夾具迅速而準確的連接，做到完美的定位。