可實現多種加工需求的變軌通用夾具設計*

蒼施龍，丘俊元，佟 川，姜雪松，王子楚

（東北林業大學工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150006）

夾具是指機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置，又稱卡具。夾具在安裝之前，必須要考慮好它的裝卸問題，要保證裝卸過程的簡化[1]。

1 現代工業制造業中夾具的設計現狀

在現代工業發展中，夾具已經劃分為專用、通用、組合和隨行多種，通用夾具是指能夠裝夾兩種或兩種以上工件的夾具，例如三爪卡盤、四爪卡盤、彈簧卡套和通用心軸等。專用夾具是指為零件的某一道工序加工而設計制造的器材，在產品相對穩定的情況下適合大批量生產，但容易因產品變化而報廢，成本較高。組合夾具也稱柔性組合夾具，由可反復使用的標準夾具零部件組裝成易于連接和拆卸的夾具，這些零件擁有各種不同形狀、尺寸和規格，并且有較好的互換性、耐磨性和較高的精度，回收效率高，隨行夾具是各工位間被自動運送轉移的機床夾具。機械設計工裝夾具需要盡可能避免復雜結構，在能夠滿足夾持工件質量的前提下使夾具構型簡單，工藝性好，成本低，做到工裝夾具能夠對工件進行精準定位，掌握定位方式的原理，清晰地知道工件在夾具中的位置，確保工件被夾緊。伴隨著現代工業的發展，機械的效率和加工精度得到了較大的提高，同時也對工裝夾具設計提出了降低生產成本、精密加工等要求，進一步推動了工裝夾具的發展[2]。

2 可實現多種加工需求的變軌通用夾具設計意義

機床夾具是制造業加工過程中的重要組成部分，也是機械制造加工系統中的重要工藝設備。隨著現代技術不斷發展，人們對各種不規則的零件需求量越來越大。在加工過程中，會造成工件受力不均，進而導致加工誤差較大，嚴重的還會導致工件變形，對于尺寸要求高的零件來說這是不允許出現的[3]。在銑削加工過程中，規則的零件使用通用夾具就能夠滿足要求，但有時會遇到一些不規則的零件，常用的通用夾具裝夾效率低，裝夾加工往往需要設計專用夾具，對于單件小批量零件是不劃算的[4]。對于簡單軸類、盤類、套筒類零件，同樣使用通用夾具就能滿足要求，但不規則零件的加工，需要設計專用夾具以提高加工效率，保證加工過程的順利進行[5]。

為了實現對復雜的不規則零件進行批量加工，提高生產效率和產品質量，必須對不規則零件的加工工藝與夾具設計進行研究[6]。但現有技術中，現有的夾具對于一些體積特征不規則物體進行夾持時，需要設計相關專門的夾具，不僅耗費了較多的資金和資源，而且不便于實現對多種體積不規則物體進行快速加工的需求。至此，本文提出一種可實現多種加工需求的變軌通用夾具。

3 可實現多種加工需求的變軌通用夾具結構設計

3.1 總體結構

可實現多種加工需求的變軌通用夾具的正面剖視結構示意圖和俯視結構示意圖，見第94頁圖1、圖2。

圖1 可實現多種加工需求的變軌通用夾具的正面剖視結構示意圖

圖2 可實現多種加工需求的變軌通用夾具的俯視結構示意圖

該夾具包括安裝板1，安裝板1的上側壁開設有多個第一移動軌道槽10，多個第一移動軌道槽10呈兩列對稱設置，每個第一移動軌道槽10呈長條狀設置，每個第一移動軌道槽10的底側壁上開設有第二移動軌道槽9，每個第二移動軌道槽9均位于安裝板1內，每個第二移動軌道槽9的橫截面大于第一移動軌道槽10的橫截面，每個第二移動軌道槽9的內部滑動連接有移動塊8，每個移動塊8與第二移動軌道槽9的側壁之間固定連接有擠壓彈簧4，每個移動塊8的上側壁固定連接有第一連接桿5，每個第一連接桿5貫穿并滑動連接在每個對應的第一移動軌道槽10內，每個第一連接桿5的上端側壁上固定連接有第二連接桿6，每個第二連接桿6的一端固定連接有夾持板7，多個夾持板7呈兩列對稱設置。本夾具設計合理，構思巧妙，可以適用各種不規則物體進行夾持，不僅大大節省了設計多個夾具的資金和資源，而且可實現對多種體積不規則物體進行快速加工的需求。

需要說明的是，當組件被稱為“固定于”另一個組件，它可以直接在另一個組件上或者也可以存在居中的組件。當一個組件被認為是“連接”另一個組件，它可以是直接連接到另一個組件或者可能同時存在居中組件。當一個組件被認為是“設置于”另一個組件，它可以是直接設置在另一個組件上或者可能同時存在居中組件。本文所使用的術語“垂直的”“水平的”“左”“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。

3.2 細節處設計

每個夾持板7的側壁呈弧形設置，可使得被夾持的不規則物體不容易滑出夾持板7；每個夾持板7側壁上固定連接有橡膠墊2，橡膠墊2可避免夾持板7對被夾持物體造成損傷；每個橡膠墊2的側壁上設有防滑紋；安裝板1中央側壁上固定連接有硅膠墊3；擠壓彈簧4采用不銹鋼材質；安裝板1的側壁上設有防氧化涂層。

4 可實現多種加工需求的變軌通用夾具設計工作原理

進行夾持不規則物體時，只需要將兩列多個夾持板分別相互背離移動，夾持板在移動過程中，可通過第二連接桿和第一連接桿將移動塊在第二移動軌道槽中進行滑動，移動塊進行滑動時，可壓縮擠壓彈簧，之后再將不規則物體放置于兩列多個夾持板之間，此時在多個擠壓彈簧的擠壓作用下，多個夾持板可分別依次夾持在不規則物體的各個側壁上，進而將不規則物體進行夾持固定。

5 可實現多種加工需求的變軌通用夾具設計優點

該裝置設計合理，構思巧妙，為解決不規則物體難夾持的問題，設計出有多個夾持板的裝置，將不規則物體緊固在裝置上，不僅大大節省了設計多個夾具的資金和資源，而且可實現對多種體積不規則物體進行快速加工的需求。該裝置有提高生產效率、保證加工質量、降低勞動強度、保障加工生產安全等重要作用，且該裝置設計巧妙、簡便，可用于大批量生產。

6 結束語

隨著《中國制造2025》這一行動綱領的提出，提高國家制造業創新能力，強化工業基礎能力，提高制造業國際化發展水平，促進制造業創新發展，提質增效的任務緊迫而艱巨。實現制造強國的戰略目標，加快制造業轉型升級，必須全面提高發展質量和核心競爭力。

本文基于工業工程“以人為本”“不斷優化”“精益生產”的思想，對夾具進行優化創新。該變軌通用夾具在柔性化生產過程的使用中，便于實現對多種體積不規則物體進行快速加工的需求，為解決不規則物體難夾持的問題，設計出有多個夾持板的裝置，將不規則物體緊固在裝置上。其減少了制造專用夾具所消耗的人力和物料，節省了設計夾具所需要的時間，避免了頻繁裝卸夾具而對工人產生不必要的體力損耗并降低了操作時的安全風險和學習成本，能夠提高企業的生產效率，降低成本，提高質量。其適用范圍廣，結構簡單，具有廣闊的市場前景。