探析機械加工中的工裝夾具定位設計

潘巧玉

（浙江廣廈建設職業(yè)技術大學，浙江金華 322100）

0 引言

隨著人們對于機械產(chǎn)品要求的持續(xù)提升，機械產(chǎn)品功能出現(xiàn)多樣化，因此必須保證機械加工過程的嚴謹性、精確度。在傳統(tǒng)的加工生產(chǎn)過程中，對工裝夾具的重視度低且投入不足，致使加工的零件出現(xiàn)偏差，極易產(chǎn)生位移、過度加工、滑落等問題，不能保證產(chǎn)品的精確度。優(yōu)秀工裝夾具定位準確，能夠全面提升機械加工效率、質(zhì)量以及精確度，代表了先進機械生產(chǎn)方向。在零部件生產(chǎn)加工過程中，夾具主要決定了刀具和工件之間的位置，提升工件生產(chǎn)精度，確保其生產(chǎn)加工質(zhì)量，也能在一定程度上擴大生產(chǎn)規(guī)模。所以，確保工裝夾具定位的合理性與優(yōu)質(zhì)性已經(jīng)成為未來的研究方向。

1 工裝夾具定位的基準與設計原理

1.1 工藝基準

機械加工過程中，工裝夾具定位主要涉及到加工、測量與裝配，在標定毛坯件、工裝夾具、設備時多應用定位基準模式。在開展機械加工時，機械生產(chǎn)不僅針對機械元件實行一次性加工，認識進行多次加工，還能縮短生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)成本。因此，可以細致地劃分出加工過程的基準設計，包括粗基準與精基準，同時聯(lián)合主要、附加、輔助等多種基準方式：在加工環(huán)節(jié)，確保工件定位的準確性，建立定位基準；在加工前后，應通過測量基準科學測量工件；在裝配環(huán)節(jié)，應配合零部件、整件的裝配，同時需要應用明確工序順序的基準，建設標準化工藝基準。因此，操作人員在規(guī)劃機械元件、工裝夾具的基準面時，首先應當保證精確度。對基準面實行二次加工時，應監(jiān)控全過程，以減少殘次品的產(chǎn)生。

1.2 設計基準

設計基準則是以設計圖數(shù)據(jù)作為依據(jù)，利用數(shù)字幾何原理進行連接，形成空間坐標系，展現(xiàn)出設計基準模式。對于實際基準模式，則應用預先繪圖法，聯(lián)合六點空間定位法控制全局，屬于優(yōu)質(zhì)的基準定位模式。但是，該模式對機器要求、人員計算能力的要求較高，所以應用案例較少。當前工業(yè)機械發(fā)展必須聯(lián)合多種方式，逐漸過渡至設計基準模式。

1.3 設計原理

在工業(yè)化發(fā)展工程，對于機械元件的需求量較大，不同的元器件需要應用不同的加工工序。在加工之前必須擁有機械加工設備、機械毛坯件和配對工裝夾具：采用機械加工設備，能夠加工毛坯件；通過工裝夾具，能夠固定毛坯件，防止其加工期間出現(xiàn)偏移、影響加工精度；工裝夾具與機械加工設備可以作用于毛坯件，確保機械元件加工效果滿足標準。部分技術還可以將工裝夾具作為機械元件的組成，在加工毛坯件時將其與工裝夾具共同制作為新的機械元件。在加工期間，工裝夾具不僅可以固定元件配件與裝置，還能以夾具作為基準點，參與元件、部件生產(chǎn)。

2 分類與定位方案

機械元件加工過程中，必須按照工裝夾具類型、配合機械對定位方案進行分析。

2.1 限定自由度

工裝夾具常見工作原理：機械物理緊固毛坯件，同時作為定位裝置，保證毛坯件位于被加工位置上。在實際的加工過程中不會采用六點限制方式，為簡化操作，結合元件加工難度，限制3～6 個面。每個部件的自由度較多，為合理限制自由度，操作人員必須提升自身的技術能力。

2.2 定位后固定元件

在選定限定面后，操作人員需應當分析定位元件、加工設備的需求，同時應用夾緊力緊固機械元件。根據(jù)加工機械元件需求量，明確夾具類型：在此期間需要使用通用夾具（主要為標準化設計夾具），但該類夾具的專業(yè)化水平低，不能用于大批量生產(chǎn)元器件；專用夾具可以擴大應用范圍，同時能夠?qū)崿F(xiàn)機械元件的大批量審查；高標專用夾具多針對特定機械元件，因此需要進行設計實驗才可以確認，成本投資比較大；混合式專用夾具與通用夾具組合夾具，可以降低成本支出，針對技術要求低且數(shù)量少的機械元件，可以采用標準普通夾具；針對大批量生產(chǎn)的機械元件，則采用高標專用夾具。如果人員數(shù)量不足，則必須按照高標準工藝生產(chǎn)機械部件，既能縮短時間、提升生產(chǎn)效率，還能減少原型生產(chǎn)、獲得較高經(jīng)濟效益。

3 工裝夾具設計定位方法實例分析

在定位過程中，工裝夾具定位非常重要，可以確保機械元件加工精確度，能提升生產(chǎn)效率和工藝性能，在工業(yè)加工中具有重要作用。設計操作人員必須掌握工裝夾具定位方法和定位設計原理并在設計生產(chǎn)過程中遵循，全面找尋出問題原因、處理好問題。

3.1 六點定位限制法

六點定位限制法又被稱為多點定位限制法，首先需要將加工機械單元作為原始坐標點，在不同方向伸出6 條射線，將每個正、負兩條射線組成3 條軸線。在加工之前科學選定6 個點，通過加工設備、夾具緊固加工元件對元件自由度進行控制，保障機械加工的精確性。

例如，長40 cm，寬20 cm、高10 cm 的長方體毛坯件，需要加工直徑為20 cm、高8 cm 的圓柱體件。在加工過程中，首先對毛坯件XOY 面進行切削，對毛坯件X 軸、Y 軸、Z 軸移動自由度進行限制，對3 個方向自由度進行控制后，可以切割毛坯件XOY 面任意處。由于毛坯件寬度與圓柱體直徑相等，在后續(xù)加工中，應對高10 cm、直徑20 cm 圓柱體進行二次加工，此次加工是在工件XOZ 面加工，針對初步加工的圓柱體，應當限制X軸、Y 軸自由度，于圓柱體上方2 cm 位置切割，獲得加工部件。

3.2 兩點以上定位限制法

采用此種定位法時，能夠?qū)αc定位法進行完善。在生產(chǎn)實踐中，無需在空間坐標系內(nèi)設置6 個基準點，常常為兩個以上定位點，就可以定位被加工毛坯件。然而操作人員應當注意到機械元件的欠定位、過定位問題。未完全限制自由度，則為欠定位。多自由度限制則為過定位，超過6 個自由度則會產(chǎn)生反作用，影響定位準確性。

4 工裝夾具定位設計發(fā)展方向

4.1 設計標準化定位方法

機械生產(chǎn)規(guī)模擴大，相應提升機械加工、產(chǎn)品生產(chǎn)方向的標準化，并且和類似產(chǎn)品合流統(tǒng)一，實現(xiàn)大規(guī)模統(tǒng)一化標準生產(chǎn)。此時借助機床，對毛坯件、標準化工裝夾具進行統(tǒng)一加工，形成機械元件加工的標準化定位方式，便于機械加工，指導形成流水化生產(chǎn)模式，使機械生產(chǎn)成本降低，擴大盈利空間。

4.2 設計數(shù)字化定位方法

由于機械產(chǎn)品的要求嚴格，采用數(shù)字化生產(chǎn)模式，可以確保產(chǎn)品精確度。在未來發(fā)展中，一條生產(chǎn)線上會出現(xiàn)多個嚴格的生產(chǎn)規(guī)定與要求。工裝夾具屬于加工過程的重要參與者，會出現(xiàn)高精確度的定位方法，應用效果顯著。

4.3 定位設計方法的超前化

注重加強工裝夾具的超前化、優(yōu)先化意識，在高階技術支持下，上下級工業(yè)鏈條對于機械產(chǎn)品的多樣性與精準性要求提升，會相應增加生產(chǎn)難度。由于新生產(chǎn)設備與生產(chǎn)標準更新速度快，導致加工材料難易度、強度改變，相應增加夾具定位難度。在后續(xù)生產(chǎn)實踐中，設計新型夾具定位方法是不僅要處理當下所面臨的問題，還必須加強超前意識，確保生產(chǎn)出有理論無實踐的設備材料，提出全新的夾具定位方法。

4.4 設計便捷的定位方法

長期以來，生產(chǎn)線僅能生產(chǎn)單一產(chǎn)品，為了對生產(chǎn)線進行調(diào)整，更新需要投入較多技術和成本，實現(xiàn)調(diào)整磨合，花費較多精力，對夾具定位進行調(diào)整。在生產(chǎn)實踐中，操作人員應當關注細小變化，復雜度比較大。所以在今后發(fā)展中，工裝夾具定位必須朝著容易操作的方向發(fā)展，簡化培訓繁瑣性、操作流程復雜度，便于操作與應用。操作人員通過流水線實現(xiàn)直接加工，簡化人員數(shù)量，提升生產(chǎn)量、產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與經(jīng)濟效益。

5 結束語

綜上所述，我國機械數(shù)字化水平持續(xù)提升，生產(chǎn)加工技術的更新速度非?？?，各行業(yè)對于機械設備的需求度提升，并且對準確性、精密度與多功能性提出嚴格要求。通過分析現(xiàn)狀發(fā)展可知，采用六點自由度定位原則，聯(lián)合空間坐標定位法，能夠提升先進性、高效性水平，同時能夠推動機械加工行業(yè)的發(fā)展，可以提升效率與質(zhì)量，維護機械加工行業(yè)的長久穩(wěn)定發(fā)展。然而在發(fā)展過程中，必須立足于長遠眼光，不能過度關注現(xiàn)有問題，必須深入研究和分析國際前沿尖端技術理論，深入研究和分析工裝夾具的高新技術發(fā)展，改進和創(chuàng)新工裝夾具定位方法，注重優(yōu)化與更正設計過程、實驗過程、實踐過程的問題，做好缺陷與不足的改正，充分利用外來知識思想、科技技術，通過工裝夾具定位，全面促進機械加工行業(yè)發(fā)展。