淺析機(jī)械加工中工裝夾具的定位設(shè)計(jì)

摘 要：夾具定位是通過(guò)工件的基準(zhǔn)面與夾具定位元件之間的充分接觸來(lái)限制工件的自由度，以確保加工精度。因此，必須重視工裝夾具的定位設(shè)計(jì)方法研究。本文分析了夾具定位設(shè)計(jì)的涵義及其設(shè)計(jì)要求;夾具的設(shè)計(jì)原理及定位方法;夾具定位基準(zhǔn)及基準(zhǔn)點(diǎn)（RPS）系統(tǒng)介紹，并結(jié)合汽車(chē)車(chē)身焊接夾具的定位設(shè)計(jì)，探討RPS系統(tǒng)在工裝夾具定位設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，旨在提高工裝夾具定位設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 機(jī)械加工;工裝夾具;定位設(shè)計(jì)

緒? 論

機(jī)械加工對(duì)加工精度要求極高，工裝夾具定位直接關(guān)系到機(jī)械加工精度。夾具的主要作用是確保工件的基準(zhǔn)面與夾具充分接觸，以精確控制工件的自由度。在機(jī)械加工中通過(guò)夾具可以有效固定加工工件，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行精密加工。本文分析了夾具定位設(shè)計(jì)的涵義及其設(shè)計(jì)要求;夾具的設(shè)計(jì)原理及定位方法;夾具定位基準(zhǔn)及基準(zhǔn)點(diǎn)（RPS）系統(tǒng)介紹，并結(jié)合汽車(chē)車(chē)身焊接夾具的定位設(shè)計(jì)，探討RPS系統(tǒng)在工裝夾具定位設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，旨在提高工裝夾具定位設(shè)計(jì)質(zhì)量。

一、工裝夾具設(shè)計(jì)要求和定位方法

不同的工件有不同的處理加工方法。因此，在加工工件之前，必須選擇最佳的工裝夾具和正確的安裝方式，以確保加工后的工件質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。夾具的設(shè)計(jì)必須遵守多點(diǎn)規(guī)則，以保證工件、夾具完美匹配。

使用夾具的過(guò)程中，工件固定后需要防止工件移位，盡量減少加工誤差，保證加工精度。因此，工件的定位必須遵守一定的定位原則，以保證加工定位精度。其中六自由度定位方法是最常用的工件定位方法，即工件可以上下、左右、前后移動(dòng)。如圖1-1所示，在直角空間坐標(biāo)系中，一個(gè)實(shí)體有六個(gè)自由度，在六個(gè)自由度上應(yīng)用了六個(gè)適當(dāng)間隔的支撐點(diǎn)，其中3個(gè)定位點(diǎn)在Z方向;2個(gè)定位點(diǎn)在Y方向;1個(gè)定位點(diǎn)在X方向。以確保工件在夾具上的正確位置。標(biāo)明這六個(gè)點(diǎn)的位置才能保證工件的定位精度，指定六點(diǎn)位置的方法也稱(chēng)為六點(diǎn)定位法。該方法可以限制設(shè)備的所有元件并使其占據(jù)確定的位置。因此又被稱(chēng)為完全定位。于其對(duì)應(yīng)的是不完全定位，是指某些自由度不影響加工，定位支撐點(diǎn)數(shù)量可以少于六個(gè)。實(shí)際加工中可能出現(xiàn)不完全定位的情況。但是，如果定位不充分，則無(wú)法保證加工精度要求，因此，需要避免此類(lèi)情況。針對(duì)過(guò)度定位的情況應(yīng)根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求確定。

二、工裝夾具定位基準(zhǔn)及RPS系統(tǒng)分析

1、定位基準(zhǔn)

定位基準(zhǔn)是指產(chǎn)品加工設(shè)計(jì)圖紙中的定位參考面、參考孔（或設(shè)計(jì)加工圖紙中校準(zhǔn)的參考點(diǎn)）。按照工件的點(diǎn)、線、面與定位基準(zhǔn)的關(guān)系確定工裝夾具中工件的位置。工裝夾具定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到工件加工精度。工裝夾具定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于明確工件在直角空間坐標(biāo)系中的點(diǎn)、線、面之間的幾何關(guān)系。

2、RPS系統(tǒng)及其應(yīng)用

基準(zhǔn)點(diǎn)（Reference Points System RPS）系統(tǒng)是指應(yīng)用于汽車(chē)設(shè)計(jì)制造全過(guò)程的基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)，主要作用是精確定位汽車(chē)工件加工位置，確保汽車(chē)工件加工精度。在設(shè)計(jì)工件加工工藝時(shí)就必須確定RPS點(diǎn)，而且必須在產(chǎn)品生產(chǎn)之前確定并完成所有工件的RPS點(diǎn)，RPS點(diǎn)的確定應(yīng)該按照以下幾個(gè)原則進(jìn)行：

（1）RPS點(diǎn)的設(shè)置必須符合工件加工和產(chǎn)品裝配要求，例如，汽車(chē)車(chē)門(mén)的橫向RPS點(diǎn)中，前兩個(gè)RPS點(diǎn)位于車(chē)門(mén)鉸鏈處，后一個(gè)RPS點(diǎn)位于車(chē)門(mén)鎖處。這樣的RPS點(diǎn)設(shè)置可以很好地適應(yīng)整車(chē)的裝配流程。

（2）RPS點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在尺寸變化較小的功能區(qū)。例如，可以在與整車(chē)裝配密切相關(guān)的定位孔、焊縫、壓合面等部位設(shè)置RPS點(diǎn)。由于汽車(chē)制造和檢測(cè)需要參考RPS點(diǎn)，因此，RPS點(diǎn)自身需要具有非常高的精度。

（3）RPS的設(shè)置需要做到連續(xù)相關(guān)。在縱橫方向上的RPS點(diǎn)都必須是連續(xù)且相關(guān)聯(lián)的。例如，車(chē)輛焊接總成的RPS點(diǎn)設(shè)置，構(gòu)成這個(gè)焊件總成的所有工件應(yīng)盡可能共用總成的RPS點(diǎn)。

（4）從功能需求入手。盡量將RPS點(diǎn)設(shè)置在功能面或功能孔上。

（5）RPS點(diǎn)精度必須足夠高，避免因基準(zhǔn)點(diǎn)誤差而產(chǎn)生測(cè)量誤差，盡量減少焊裝誤差，提高產(chǎn)品合格率。

（6）工件的RPS點(diǎn)必須能反映真實(shí)工件之間的某些特征關(guān)系。

（7）RPS點(diǎn)的選擇應(yīng)考慮與焊裝工藝匹配，以避免出現(xiàn)所選基準(zhǔn)點(diǎn)不可用的情況。

（8）RPS點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在尺寸相對(duì)穩(wěn)定的功能區(qū)。

（9）RPS點(diǎn)所在平面應(yīng)盡可能覆蓋整個(gè)工件，覆蓋范圍越大，工件定位過(guò)程中就越穩(wěn)定。

（10）RPS點(diǎn)的選擇要優(yōu)先考慮定位孔，其次是定位面，最后才是定位線。

（11）由于鈑金件容易產(chǎn)生形變，選擇RPS點(diǎn)時(shí)要優(yōu)先選擇可以避免變形的支撐點(diǎn)，如果變形控制不住，應(yīng)適當(dāng)增加輔助RPS點(diǎn)。

以車(chē)身焊接工裝夾具定位設(shè)計(jì)為例，總成定位基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選擇設(shè)計(jì)階段給出的RPS點(diǎn)。如果設(shè)計(jì)的RPS點(diǎn)存在不合理，不全面的問(wèn)題，則需要添加必要的輔助基準(zhǔn)點(diǎn)，可以從構(gòu)成總成的工件RPS點(diǎn)中選擇輔助基準(zhǔn)點(diǎn)，以確保工裝夾具基準(zhǔn)點(diǎn)與RPS點(diǎn)重合。焊接工裝夾具在整個(gè)加工流程中的基準(zhǔn)點(diǎn)都必須是RPS點(diǎn)。但是有些RPS點(diǎn)在加工過(guò)程中可能需要舍棄，以避免工件中的RPS點(diǎn)大量重復(fù)。所有工件都可以標(biāo)準(zhǔn)化，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)? 論

綜上所述，夾具的主要作用是確保工件的基準(zhǔn)面與夾具充分接觸，以精確控制工件的自由度。在機(jī)械加工中通過(guò)夾具可以有效固定加工工件，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行精密加工，大大提高加工效率和加工質(zhì)量。在現(xiàn)代機(jī)械加工過(guò)程中，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)工裝夾具定位，根據(jù)六自由度定位原則和工件加工需要科學(xué)設(shè)計(jì)工件的自由度，合理設(shè)置定位基準(zhǔn)點(diǎn)，從而有效確保工件加工效率和加工質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：高強(qiáng) 性別：男 生日：19860327 籍貫：遼寧 學(xué)歷：大學(xué)本科 單位：北京汽車(chē)研究總院有限公司? 職稱(chēng)：無(wú) 主要研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋等產(chǎn)品件試制。