探析機械加工中的工裝夾具定位設計

邢朝華

蕪湖航翼集成設備有限公司 安徽 蕪湖 241000

1 工裝夾具設計的基本原則及要求

1.1 工裝夾具設計的基本原則

機械加工中在進行工裝夾具的設計時要考慮到工裝夾具的實用性和設計成本，不能為了美觀而采用復雜的結構，這樣會徒增設計成本而忘記了工裝夾具原本的作用。因此，進行工裝夾具設計時應當考慮到實際的使用情況來進行設計。合理的機械工裝夾具在保證實用性的前提下，盡可能降低設計成本。對于機械加工中的工裝夾具的設計結構，在保證功能的前提下，盡可能采用精簡的設計方案，這樣不僅能夠極大地減少設計成本還能夠提高工裝夾具的操作效率[1]。在工裝夾具進行設計之前，應當考慮到工裝夾具的使用狀況和目的，用符合實際情況的合適方法進行工裝夾具的設計，此外，為了讓工裝夾具的穩定性不受其他操作的影響，讓其定位效果下降應當對工裝夾具有合理的設計來解決這些問題，讓工裝夾具擁有較好的穩定性和可靠性。機械加工中工裝夾具所使用的各個零件應當符合國家規范的質量標準，對于質量不合格的零件不能使用。機械加工中工裝夾具的設計應當按照以下原則進行設計，包括手動、氣動、液壓、伺服原則。為保證機械加工中工裝夾具的穩定性，對于一些經常損害需要更換零件的位置，應當將該位置的結構設計為更換頻繁，較易更換的結構[2]。

1.2 工裝夾具設計的基本要求

機械加工中工裝夾具在進行生產或是進行應用的時候，如果工裝夾具的強度與剛度二者的比值過低，這就會導致工裝夾具不能夠承受過強的力度，進而出現工裝夾具受損的現象。因此，為了避免工裝夾具受損現象的出現，在進行結構設計的時候，要對材料的強度進行測定，采用合適的設計方法讓最終設計出的工裝夾具有較高的承載能力，減小機械加工中工裝夾具損壞的情況[3]。在進行工裝夾具設計時，在不影響工裝夾具性能的前提下，盡可能地將工裝夾具設計為易拆卸的，這樣能夠減少工裝夾具在進行吊裝、焊接定位時因操作不當而產生工裝夾具損壞的情況。工作人員所處的工裝夾具的焊接空間環境應當安全，必須讓工作人員在保證生命安全的前提下進行工裝夾具的焊接工作[4]。

2 工裝夾具定位的設計原理

目前我國正處于工業飛速發展的時代，而工業的發展自然離不開多種多樣的機械元件，并且有許多元件對于加工的要求和工序是有很大不同的。因此為了能夠讓個機械元件的質量達到工業生產的標準，在生產加工開始之前，毛坯原件需經過機械加工設備加工處理，由毛坯原件加工成機械元件，在這個過程中由工裝夾具來完成對機械毛坯件的固定[5]。工裝夾具能夠在毛坯元件加工過程中不發生位移，讓毛坯元件保持固定，從而不影響加工的精確度，這樣生產出來的機械元件能夠符合生產的規范需求。如果想加工得到符合生產的規范需求的機械元件，需要工裝夾具和設備之間的配合，一些較為先進的機械部件也需要工裝夾具來合成機械元件，在這個新的機械元件中，機械加工中的工裝夾具不僅是元件的組成部分，能夠進行定位基準，還能夠作為基準點。將工裝夾具作為基準點能夠提高加工的精準度，其主要的原因是因為在機械加工生產中，基準點能夠作為其他生產原件生產的參考基準[6]。

3 機械加工的定位基準

機械加工的定位基準就是指在機械加工中根據機床與道具的具體情況，來選擇一個正確的位置如下圖1所示。在機械加工的工裝夾具中定位基準發揮著極為重要的作用，夾具中零件的尺寸、精度都會受到定位基準的影響，并且工裝夾具的設計機構也會間接地受到定位基準的影響。確定定位基準應該參考零件的設計基準，同時應了解以下原則：首先定位的基準應當與設計基準相重合，如果定位的基準與設計基準之間不能完全重合，會讓制造生產產生誤差。其次機械加工的各項目應使用統一的基準面[7]。另外，將機械加工的項目作為基準面。再次互為基準，即將機械加工中的多個項目相互做基準面。最后，定位的準確度的好壞離不開一個合適的基準，確立正確的基準能使機械加工更加便捷。除此之外，粗基準和精基準也包含在定位基準當中，采用尚未加工的毛坯面作為基準面，這種方法叫作粗基準，而精基準則與粗基準恰恰相反，精基準采用的是經過加工的毛坯表面作為基準面。分析毛坯加工面與毛坯未加工面之間的不同可確定定位基準的選擇。加工面與未加工面的位置可以從圖紙中確定。比如選擇未加工的表面作為粗基準時，為了滿足加工面和未加工面在位置上的要求，粗基準要選擇不加工的工作面，如果有多個不加工的基準面，則需要選擇位置要求比加工面位置更高的面作為基準面，這樣做的目的是能夠更好地保證形狀的對稱性。如果毛坯孔與外圓二者之間的偏心過大，就需要將未加工的外圓作為定位基準，三爪自定心卡盤固定工裝夾具，為確保壁厚均勻應當消除毛坯同軸度與鏜孔之間所產生的誤差，毛坯孔與外圓位置示例圖見圖2所示。如果選用精基準，則需要滿足定位的基準應當與設計基準相重合，機械加工的各項目應使用統一的基準面。在進行機械加工的定位時，不管是精基準或是粗基準，都需要結合工件的加工要求及實際情況進行分析，合理適當地控制工件的自由度，從而提高工件的加工精準度[8]。

圖1 定位基準示例

圖2 毛坯孔與外圓位置示例

4 工裝夾具定位方法

在機械加工中對于工裝夾具定位方法的定位辦法主要是以下幾種：完全定位法、不完全定位法、對工件施行欠定位、過定位。完全定位法就是通過完全限制工件的自由度完成工裝夾具定位的方法。不完全定位法與完全定位法二者方法相反，不完全定位法只會限制部分工件的自由度，只要符合加工要求即可。欠定位法與上述兩種方法不同，該方法是指對工件實施欠定位，通俗講就是在進行工件加工時，工件應該進行定位自由度，但卻沒有進行定位。過定位與欠定位相反，通俗講就是在進行工件加工時，工件進行自由度定位[9]。在進行機械加工的定位時，不管是精基準或是粗基準，都需要結合工件的加工要求及實際情況進行分析，合理適當地控制工件的自由度，從而提高工件的加工精準度。

5 機械加工的輔助機制

機械加工的輔助技術可幫助機械加工獲得合適的定位，機械加工的輔助機制并不屬于機械加工的工件表面基準。因為有些零件的表面會受到工藝的影響，所以需要對這些零件進行定位基準。為此，一個附加的基準面是使用定位過程來提高加工的基準水平和表面質量，加工輔助機制可提高機械加工的精準度，設計和組裝基準通常會選用設計和裝配基準，這樣設計定位基準對實際表面不會造成影響，而且這樣能在定位過程提高機械加工的基準度[10]。

工裝夾具要符合國家或相關地區的規范標準，因此要達到工裝夾具的要求和標準就不能違反國家規定的標準。為了能夠達到國家規定的相應標準，就要提高工裝夾具的精度。例如，用更高精度的工裝夾具能夠在降低員工工作量的同時提高生產效率，為企業帶來更高的經濟效益，還有在車床上進行的高速定心卡實驗，需要用到電動虎鉗因為在實驗中其能夠達到每分鐘九千轉，為了提高生產效率，讓工裝夾具的平滑度滿足設計要求，就需要符合實際情況的調整和整合方案。有些不能拆卸的工裝夾具，為了能夠讓專用的工裝夾具升級為能夠進行裝卸的工裝夾具需提高工裝夾具的柔性化程度，為了達到要求，就離不開機床夾具和分類加緊的協助，此外加緊過程中外力必須足夠強大[11]。

機械加工中生產產品數量較少時，使用特定的夾具可在生產過程中提高夾具的精確度，能夠有效提高生產效率和質量。機械加工中的工裝夾具必須通過定位設計和明確工件的位置來確定工裝夾具在機床上的具體位置，對于沒有進行定位的機械加工工裝夾具可以通過空間坐標系的自由度來對機械加工工裝夾具進行定位。怎樣限制機械加工工裝夾具的自由度需要對定位原理有透徹的理解，熟悉當前的工件定位方法，正確計算定位誤差極為重要[12-13]。

6 結束語

綜上所述，隨著我國社會的不斷發展，機械加工技術也在不斷地進步和提升，通過對工裝夾具定位的科學設計，不僅能夠保證機械加工中工件加工的準確度，還能夠提高產品質量，減少人力的投入，提高企業的生產效率，降低生產成本，增加企業的收益。同時，在實際的加工過程中用合理可靠的工裝夾具設計方法，能夠控制好自由度的限制，提高工件的準確性，通過機械加工技術能夠對幫助工裝夾具的技術提供支持。