機(jī)械加工中工裝夾具的定位設(shè)計(jì)及其價(jià)值研究

陳佳杰

摘 要：所謂工件定位，主要是使工件數(shù)據(jù)層與緊固件進(jìn)行有效的接觸，從而降低工件的整體自由度。本文綜述了機(jī)械加工定位的分類及基本原理，并從分析定位工件，定位工件的作用，具體設(shè)計(jì)方法及輔助數(shù)據(jù)建立等方面對(duì)機(jī)械加工中工裝夾具定位裝置進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;工裝夾具;定位設(shè)計(jì)

引言

在機(jī)械加工中，工裝夾具的作用是不可替代的，這對(duì)機(jī)械加工質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生很大的影響，尤其是在工裝夾具的定位設(shè)計(jì)中，其作用更是重要。通常情況下，在工裝夾具的定位設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是要確定基準(zhǔn)面與夾具定位元件的實(shí)際接觸狀態(tài)，主要包括粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)，不同基準(zhǔn)配合使用，可保證加工質(zhì)量。

1機(jī)械加工定位基準(zhǔn)的分類以及基本原理

1.1機(jī)械加工定位基準(zhǔn)的分類

實(shí)際的機(jī)械制造過程中，線與面之間的關(guān)系主要表現(xiàn)為基準(zhǔn)要素和幾何要素。若以劃分標(biāo)準(zhǔn)的觀點(diǎn)討論，則涉及設(shè)計(jì)和流程兩部分。以下均為基于綜合設(shè)計(jì)的參考模式，與中心線相對(duì)[1]。但實(shí)際選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，相關(guān)人員還必須充分考慮工件的加工要求，以免條件分析不當(dāng)，對(duì)后續(xù)加工造成嚴(yán)重影響。工件的線型、自由度都要根據(jù)自己的定位基準(zhǔn)來選擇，這是工件加工的關(guān)鍵。

1.2工件裝夾與夾具設(shè)計(jì)的基本原理

1.2.1加工工藝的差異

在保證工件加工次序的同時(shí)，又能有效地控制裝配成本，在實(shí)際緊固加工中，應(yīng)遵循以下基本原則：首先要根據(jù)具體的加工類型，保證工件、夾具和設(shè)備之間的相互固定;其次要根據(jù)具體的加工類型，保證應(yīng)用效果的整體優(yōu)化;最后要從以上幾個(gè)方面，考慮整個(gè)緊固加工的關(guān)系，加強(qiáng)各要素之間的協(xié)調(diào)。

1.2.2工件精度控制

正常工作時(shí)，該夾具能夠有效地固定和定位工件，避免工件在加工過程中出現(xiàn)偏差，從而不利于工件的后續(xù)功能配置。所以，工件定位時(shí)，其精度是相應(yīng)工作的主要目標(biāo)。此外，對(duì)工件的定位要有明確的定位原則和規(guī)則;為了完成工件的設(shè)計(jì)質(zhì)量，一般采用六度定位法（六自由度定位法）。工件在空間有六個(gè)自由度，包括前，后，左，右，上，下。在空間位移中，工件可以沿著這六個(gè)方向移動(dòng)，約束工件也應(yīng)該沿著這六個(gè)方向移動(dòng)。但是，實(shí)際工作表明，限制工件的自由度，通常不會(huì)在六個(gè)方面都考慮到，否則容易造成過定位現(xiàn)象，因此必須結(jié)合具體加工工藝和實(shí)際加工情況，在不影響加工精度的前提下，才能達(dá)到工件的加工精度。

2機(jī)床加工工裝夾具定位設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容

因工件類型不同，不同工件的加工過程也不相同。所以，在開始加工之前，必須先了解機(jī)床和刀具的位置。這時(shí)，工件夾操作是必不可少的，相關(guān)人員必須對(duì)此加以重視。

2.1工件定位分析

實(shí)際的工件定位過程，首先要掌握工件的基本精度，然后才能順利加工。在實(shí)際的定位過程中，有三個(gè)相對(duì)位置：首先是工件和夾具的相對(duì)位置，其次是工件和機(jī)床的相對(duì)位置，最后是夾具和機(jī)床的相對(duì)位置。討論工件與機(jī)床的相對(duì)位置時(shí)，必須用夾具支撐，否則容易影響工件精度[2]。

2.2六點(diǎn)定位法的應(yīng)用

在不同的定位應(yīng)用中，我們可以看到最常用的是六點(diǎn)定位法。如上文所述，工件包括，在工件未定位的情況下，工件本身包含6個(gè)自由度。

2.3機(jī)械加工自由度和力學(xué)自由度

機(jī)械加工自由與機(jī)械加工自由度之間有很大的差別。對(duì)于三維空間，加工自由度主要是控制空間的不安全狀態(tài)，若能保持工件穩(wěn)定，使其三維定位具有相同的特征，則必須有效地應(yīng)用該定位方法，但這并不意味著工件的實(shí)際空間位置已經(jīng)確定。其主要原因是工件的位置與夾具緊密相連。

2.4輔助基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

為提高工件表面的定位精度，有關(guān)人員經(jīng)常集中精力于裝配施工的基準(zhǔn)，基準(zhǔn)主要集中在工件的主面。但是在某些加工作業(yè)中，為了安裝的方便，我能夠建立一個(gè)以人為基準(zhǔn)的基準(zhǔn)。該方法還能提高基準(zhǔn)加工水平，改善工件表面質(zhì)量，保持定位工藝的合理性，這也是輔助基準(zhǔn)的主要形式。整體而言，也正因?yàn)橛休o助基準(zhǔn)，才能保證工件的加工精度。

3工裝夾具設(shè)計(jì)定位方法實(shí)例

工裝夾具定位是整個(gè)加工過程的重要環(huán)節(jié)。定位技術(shù)是保證機(jī)械零件加工精度、提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)對(duì)象加工性能的關(guān)鍵技術(shù)。所以在施工和生產(chǎn)中，操作人員和設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格控制工裝夾具定位，熟悉場(chǎng)地設(shè)計(jì)原理，根據(jù)理論找出原因，及時(shí)解決問題。

3.1六點(diǎn)定位限制法

圖1展示了一種常用的固定方法，即六點(diǎn)定位法，也叫多點(diǎn)定位法。先將待加工零件作為原始協(xié)調(diào)點(diǎn)，上、下、前、后、左、右六根射線，每根射線形成三軸，分別與 X射線和 y、 Z軸成比例。用科學(xué)、準(zhǔn)確的方法選取六個(gè)點(diǎn)，利用加工設(shè)備及附件對(duì)加工零件進(jìn)行鎖定，鎖定零件自由度，保證加工精度。

舉例來說，在長40 cm、寬20 cm、高10 cm的長方體毛坯件上，我們需要加工直徑為20 cm、高8 cm的圓柱體。經(jīng)過限制后，在圓柱上切削2 cm，就可以得到所需要的工件。

3.2兩點(diǎn)以上定位限制法

為了補(bǔ)充和改進(jìn)六點(diǎn)位置限制法，在空間坐標(biāo)系中，我們可以考慮采用兩點(diǎn)以上位置限制法，一般情況下，日期的設(shè)定不超過六個(gè)。這兩個(gè)位置還有不同之處，需要操作者注意。

4工裝夾具定位的設(shè)計(jì)發(fā)展方向

4.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化定位方法

在機(jī)械化大規(guī)模生產(chǎn)模式下，加工產(chǎn)品的生產(chǎn)方向是與標(biāo)準(zhǔn)化相聯(lián)系的，并將逐步與同類工業(yè)產(chǎn)品相結(jié)合，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)件的大規(guī)模生產(chǎn)，需要統(tǒng)一的加工設(shè)備，統(tǒng)一的加工原料，統(tǒng)一的化工設(shè)備。該系統(tǒng)將提供一套標(biāo)準(zhǔn)的基本定位方法，適用于大部分機(jī)械零件，以方便形成流程化的加工工藝和大面積的生產(chǎn)方式，從而降低機(jī)械生產(chǎn)成本，提高利潤。

4.2設(shè)計(jì)更數(shù)字化的定位方法

可想而知，隨著社會(huì)對(duì)各種機(jī)械產(chǎn)品的要求越來越高，以及數(shù)字化生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品精度和機(jī)械設(shè)備的要求越來越高，更嚴(yán)格、更精確的生產(chǎn)規(guī)則將適用于整個(gè)生產(chǎn)線。與現(xiàn)有的工裝夾具調(diào)整法相比，固定定位法作為工藝技術(shù)的重要組成部分，其定位精度必然提高。

4.3定位設(shè)計(jì)方法的超前化

隨著高端技術(shù)的不斷發(fā)展，上、下產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)機(jī)械產(chǎn)品品種和精度的要求進(jìn)一步提高，使得生產(chǎn)難度不斷增加。同時(shí)，日新月異的生產(chǎn)設(shè)備和高標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)工藝也在逐漸更新，新加工材料的強(qiáng)度和難度都在不斷增加，給夾具定位法在加工過程中的固定提出了挑戰(zhàn)。所以我們?cè)谝院笤O(shè)計(jì)新的夾具定位方法時(shí)，不但要解決緊急產(chǎn)品所要解決的問題，而且要培養(yǎng)發(fā)展新的夾具定位方法的意識(shí)，這種方法可用于設(shè)備、材料加工和生產(chǎn)中尚未出現(xiàn)或未出現(xiàn)的情況。

4.4設(shè)計(jì)更為方便的定位方法

按照以往的生產(chǎn)模式，每條生產(chǎn)線只能生產(chǎn)一種產(chǎn)品。生產(chǎn)線的調(diào)整和更新、生產(chǎn)線的改造、生產(chǎn)線的調(diào)整要花很多精力，而且要花很多時(shí)間去調(diào)整設(shè)備的位置。甚至在生產(chǎn)中，專業(yè)操作人員也要時(shí)刻注意變化，這是極其不利的。今后的工裝夾具發(fā)展方向應(yīng)是：使用方便、發(fā)展舒適、減少訓(xùn)練難度、減少工作流程、增加舒適、操作人員易于在流水線上直接處理、多批生產(chǎn)、創(chuàng)造較少的時(shí)間鏈、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加經(jīng)濟(jì)效益。

4.5柔性化

為了滿足不同工藝的要求，包括工藝特性、生產(chǎn)成本、工件形狀和尺寸等工藝變量，需要采用可靠的調(diào)整方法和組合方法，以適應(yīng)當(dāng)前的技術(shù)水平，需要擴(kuò)展夾具的靈活性，將附著體的特定距離轉(zhuǎn)換成可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，提高夾具結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

結(jié)語

總之，隨著我國機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化程度的不斷提高和生產(chǎn)加工技術(shù)的快速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的功能性、精確度和精確度等方面的要求也越來越高。運(yùn)動(dòng)矢量定位原理和空間坐標(biāo)幾何定位方法在目前有其優(yōu)越性。對(duì)中國加工工業(yè)的高質(zhì)量和高效率起到了決定性的作用，是中國加工工業(yè)發(fā)展的保證。但是，我們不能把目光停留在已經(jīng)提出的問題上。加工行業(yè)要走在國際和國內(nèi)的前列，就需要我們更多地投入到設(shè)備的先進(jìn)研究和設(shè)備的定位方法上，不斷地學(xué)習(xí)、改進(jìn)和創(chuàng)新工裝夾具，不斷地分析和糾正定位方法設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題，通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)施，改善和改變這個(gè)過程中的缺陷，利用國外的知識(shí)、思想和技術(shù)，使工裝夾具定位成為中國加工行業(yè)的完美幫手。

參考文獻(xiàn)

[1]王川中.試論機(jī)械加工中的工裝夾具定位設(shè)計(jì)[J].寫真地理，2021，（6）：90.

[2]王君艷.試論機(jī)械加工中的工裝夾具定位設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020，（21）：85-86.