機(jī)械加工中工裝夾具的定位設(shè)計(jì)研究

郝國(guó)標(biāo)

上海摩文自動(dòng)化工程有限公司 上海 3 1 0 0 0 0

現(xiàn)代機(jī)械加工技術(shù)不斷提升，對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度也有了更高的要求。在機(jī)械加工過(guò)程中，在選用高質(zhì)量的工裝夾具的基礎(chǔ)上，必須做好工裝夾具的科學(xué)設(shè)計(jì)工作，對(duì)定位原則進(jìn)行熟練掌握，精準(zhǔn)定位工件的位置，從而在最大程度上保障工件加工的質(zhì)量和效率。

1 機(jī)械加工中工裝夾具定位的基準(zhǔn)分類

1.1 工藝基準(zhǔn)

在整個(gè)機(jī)械加工的過(guò)程中，一條機(jī)械生產(chǎn)線一般不會(huì)只對(duì)機(jī)械元件進(jìn)行一道加工工序，大多數(shù)情況下，這條生產(chǎn)線會(huì)對(duì)流水線上的機(jī)械元件進(jìn)行二次、多次加工，進(jìn)而節(jié)約生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本，這種情況下整個(gè)加工過(guò)程的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)便分為了粗基準(zhǔn)加工和精基準(zhǔn)加工，配合輔助基準(zhǔn)、主要基準(zhǔn)和附加基準(zhǔn)在加工時(shí)用于對(duì)工件定位，合成定位基準(zhǔn)。另外，用于加工中和加工后測(cè)量工件采用的測(cè)量基準(zhǔn)，用于裝配時(shí)配合零部件與整件位置的裝配基準(zhǔn)，用于工序先后確定的工序基準(zhǔn)共同形成工藝基準(zhǔn)。因此，每個(gè)操作人員在為機(jī)械元件和工裝夾具規(guī)劃基準(zhǔn)面時(shí)，務(wù)必苛求精確，操作過(guò)程中也要全程監(jiān)控高度準(zhǔn)面的二次加工，盡量減少不合格品的出現(xiàn)[1]。

1.2 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

第二種則是以設(shè)計(jì)圖上各項(xiàng)數(shù)據(jù)為依據(jù)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，通過(guò)數(shù)字幾何原理將他們的彼此相對(duì)面連接，做成一個(gè)空間坐標(biāo)體系，用空間的方式表達(dá)出來(lái)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)模式。而實(shí)際基準(zhǔn)模式通過(guò)預(yù)先繪圖，可以先六點(diǎn)自由度空間定位法相結(jié)合，能把控全局，是一種較好的基準(zhǔn)定位模式，但因?yàn)檫@種模式對(duì)機(jī)器要求較高，對(duì)人員的數(shù)字計(jì)算水平要求嚴(yán)格，所以暫時(shí)使用的人員較少。

2 工裝夾具的設(shè)計(jì)規(guī)律

首先，設(shè)計(jì)夾具時(shí)要符合工件的設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)完成后再選擇合格的工件，避免出現(xiàn)工件不達(dá)標(biāo)的情況；其次，在使用夾具時(shí)，必須對(duì)工件、夾具和加工設(shè)備進(jìn)行相互固定，確保工件的功能達(dá)標(biāo)，這樣就能達(dá)到工件、夾具、設(shè)備三者間生產(chǎn)加工的完美配合。只所以必須按照這些設(shè)計(jì)規(guī)律進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)，是因?yàn)橐坏┕ぜ恢贸霈F(xiàn)偏差，工件精度就無(wú)法達(dá)到工件設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而影響工件的其他功能。

3 工裝夾具定位設(shè)計(jì)方式

3.1 定位原理

在機(jī)械加工中應(yīng)用工裝夾具，必須進(jìn)行精準(zhǔn)定位，這樣才能保障機(jī)械加工的精準(zhǔn)度。比如卡盤，這是比較典型的工裝夾具了，當(dāng)前還在車床中被廣泛使用，卡盤是機(jī)床上用來(lái)夾緊工件的機(jī)械裝置，利用均布在卡盤體上的活動(dòng)卡爪的徑向移動(dòng)，把工件夾緊和定位的機(jī)床附件，能夠保證車床的正常運(yùn)作，卡盤通常安裝在車床、外圓磨床和內(nèi)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(tái)，這種工裝夾具主要是固定工件，幫助工人對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，另外主軸和刀柄對(duì)機(jī)械加工的精密度能夠有效保障，在機(jī)械加工中是比較好用的固定工具，這些工裝夾具都為機(jī)械加工效率的提升做出貢獻(xiàn)。在進(jìn)行工裝夾具定位之前，工件存在6個(gè)自由度，而對(duì)其進(jìn)行定位就是為了對(duì)這6個(gè)自由度進(jìn)行有效限制，而六點(diǎn)定位原則就是利用6個(gè)支撐點(diǎn)限制6個(gè)自由度，這樣就能對(duì)工件位置進(jìn)行有效確定。

3.2 工件定位分析

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

3.3 定位方法

對(duì)工件進(jìn)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(huì)對(duì)工件的自由度進(jìn)行完全限制，只會(huì)在加工要求的前提下，對(duì)工件的部分自由度進(jìn)行限制的定位方法。第三種方法是對(duì)工件施行欠定位，在進(jìn)行工件加工時(shí)，對(duì)工件應(yīng)該進(jìn)行定位的自由度卻沒(méi)有定位，這就是欠定位。第四種方法就是過(guò)定位，與欠定位恰好相反，過(guò)定位就是對(duì)本不該進(jìn)行定位的自由度進(jìn)行定位[2]。

4 工裝夾具在機(jī)械加工中的應(yīng)用

4.1 加工效率

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

4.2 加工精度

沒(méi)有使用夾具固定時(shí)候加工機(jī)械，機(jī)械加工的精度由機(jī)械的位置和刀具的位置來(lái)決定，造成了位置精度的誤差比較大，同樣機(jī)械加工的誤差，體現(xiàn)了機(jī)械加工的工藝系統(tǒng)的誤差，機(jī)械加工都誤差主要是因?yàn)閵A具的誤差造成，靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差兩種，靜態(tài)誤差出現(xiàn)的比例比較高。加工工人的技術(shù)水平也會(huì)影響機(jī)械加工的質(zhì)量，同時(shí)，起決定性的作用，同一批的機(jī)械加工的質(zhì)量幾乎相同，機(jī)械加工的質(zhì)量精度在機(jī)械組裝時(shí)可以互換，可以方便機(jī)械的維修和更換。對(duì)于一些特殊的機(jī)械離不開(kāi)夾具的應(yīng)用，例如薄壁機(jī)械就通過(guò)夾具來(lái)制作的。機(jī)械的精度也是通過(guò)夾具的設(shè)計(jì)來(lái)增加和有所提高的。薄壁機(jī)械特別容易變形，所以?shī)A具的設(shè)計(jì)就決定了機(jī)械加工的尺寸和成品的形狀，在機(jī)械加工時(shí)的高溫受熱也可以讓薄壁機(jī)械變形，機(jī)械尺寸不好控制，夾具的使用決定機(jī)械加工時(shí)的震動(dòng)誤差。

4.3 機(jī)床適用范圍

如果沒(méi)有使用夾具來(lái)固定機(jī)械，那么固定機(jī)械的工作就只能靠機(jī)床來(lái)設(shè)計(jì)形狀，但是機(jī)床形狀的固定只可以加工一種機(jī)械，可是使用夾具固定加工機(jī)械的機(jī)床可以加工多個(gè)機(jī)械，多種機(jī)械，這樣就擴(kuò)大了機(jī)床的機(jī)械加工的范圍。例如，滾壓機(jī)械工具和家具放在一臺(tái)機(jī)床上，這樣可以使機(jī)床對(duì)機(jī)械加工進(jìn)行簡(jiǎn)單的磨削加工，這樣就發(fā)揮出了磨床的一些功能，使機(jī)械加工的精度提高了。另外，有一些特殊的機(jī)械加工，機(jī)械的要求和設(shè)計(jì)特別小或者特別大，或者要求薄壁的，曲面的，有偏心、細(xì)長(zhǎng)和凹凸等等，所以，在機(jī)械加工時(shí)必須要設(shè)計(jì)一些特殊的夾具來(lái)固定加工的機(jī)械，一些高精度的機(jī)械加工應(yīng)用真空吊具來(lái)固定薄片機(jī)械，偏心的機(jī)械加工外圓與內(nèi)孔不是一個(gè)軸線上，曲面夾具就是用來(lái)加工曲面機(jī)械的，不同種類的機(jī)械加工應(yīng)用的夾具也都不相同，這樣就擴(kuò)大了機(jī)床的加工范圍，打破了機(jī)床加工機(jī)械的單一性，突破了機(jī)床機(jī)械的局限性。

5 工裝夾具定位的設(shè)計(jì)發(fā)展方向

5.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化定位方法

隨著機(jī)械化大規(guī)模的生產(chǎn)方式的開(kāi)展，機(jī)械加工產(chǎn)品的生產(chǎn)方向必然是向著標(biāo)準(zhǔn)化靠近，并且逐漸與相關(guān)類似的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行合流統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)大規(guī)模的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)件，就需要統(tǒng)一的加工機(jī)床、統(tǒng)一的被加工毛坯件以及統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化工裝夾具，三者統(tǒng)一后，一定會(huì)出現(xiàn)一套適合多數(shù)機(jī)械元件加工的標(biāo)準(zhǔn)化基本定位方法，以方便在機(jī)械加工過(guò)程中指導(dǎo)形成流水化、大規(guī)模的生產(chǎn)模式，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械生產(chǎn)的成本降低，利潤(rùn)增值[3]。

5.2 設(shè)計(jì)更數(shù)字化的定位方法

隨著社會(huì)對(duì)各種機(jī)械產(chǎn)品的要求不斷提高，以及數(shù)字化生產(chǎn)對(duì)于產(chǎn)品更加嚴(yán)格精度要求和機(jī)械設(shè)備的更新?lián)Q代，可以預(yù)見(jiàn)的，整條生產(chǎn)線上都會(huì)出現(xiàn)更加嚴(yán)格精確的生產(chǎn)規(guī)定，作為加工工程中重要參與者的工裝夾具，必然會(huì)出現(xiàn)一套比現(xiàn)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(shè)計(jì)方法的超前化

工裝夾具應(yīng)該具有優(yōu)先化，超前化意識(shí)，隨著高精尖技術(shù)的不斷發(fā)展，上級(jí)下級(jí)工業(yè)鏈條對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的多樣性，精準(zhǔn)性的要求會(huì)不斷地提高，導(dǎo)致生產(chǎn)的難度不斷提高，同時(shí)日新月異的新生產(chǎn)設(shè)備和高精度的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)逐漸更新，新的加工材料強(qiáng)度、難易度也有所變化，這些都會(huì)在加工過(guò)程中都會(huì)對(duì)夾具定位方法帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，在之后的設(shè)計(jì)新的夾具定位方法時(shí)，不能僅僅是要為了解決眼前所需要攻克的難題而生產(chǎn)應(yīng)急品，還要有超前意識(shí)，設(shè)計(jì)出可以供還沒(méi)有出現(xiàn)或者已經(jīng)出現(xiàn)理論的設(shè)備、材料加工生產(chǎn)配套的的新型夾具定位方法。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械加工的技術(shù)人員，一定需要完全的理解機(jī)械設(shè)計(jì)圖的要求來(lái)加工機(jī)械，機(jī)床夾具能確保機(jī)械的使用、經(jīng)濟(jì)、工藝性能，提高機(jī)械生產(chǎn)效率，可以使夾具在使用時(shí)和設(shè)計(jì)上更完整的把機(jī)械與夾具迅速而準(zhǔn)確的連接，做到完美的定位。