探析機械加工中的工裝夾具定位設(shè)計

邢朝華

蕪湖航翼集成設(shè)備有限公司 安徽 蕪湖 241000

1 工裝夾具設(shè)計的基本原則及要求

1.1 工裝夾具設(shè)計的基本原則

機械加工中在進(jìn)行工裝夾具的設(shè)計時要考慮到工裝夾具的實用性和設(shè)計成本，不能為了美觀而采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這樣會徒增設(shè)計成本而忘記了工裝夾具原本的作用。因此，進(jìn)行工裝夾具設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮到實際的使用情況來進(jìn)行設(shè)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(shè)計成本。對于機械加工中的工裝夾具的設(shè)計結(jié)構(gòu)，在保證功能的前提下，盡可能采用精簡的設(shè)計方案，這樣不僅能夠極大地減少設(shè)計成本還能夠提高工裝夾具的操作效率[1]。在工裝夾具進(jìn)行設(shè)計之前，應(yīng)當(dāng)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(jìn)行工裝夾具的設(shè)計，此外，為了讓工裝夾具的穩(wěn)定性不受其他操作的影響，讓其定位效果下降應(yīng)當(dāng)對工裝夾具有合理的設(shè)計來解決這些問題，讓工裝夾具擁有較好的穩(wěn)定性和可靠性。機械加工中工裝夾具所使用的各個零件應(yīng)當(dāng)符合國家規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對于質(zhì)量不合格的零件不能使用。機械加工中工裝夾具的設(shè)計應(yīng)當(dāng)按照以下原則進(jìn)行設(shè)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(wěn)定性，對于一些經(jīng)常損害需要更換零件的位置，應(yīng)當(dāng)將該位置的結(jié)構(gòu)設(shè)計為更換頻繁，較易更換的結(jié)構(gòu)[2]。

1.2 工裝夾具設(shè)計的基本要求

機械加工中工裝夾具在進(jìn)行生產(chǎn)或是進(jìn)行應(yīng)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(dǎo)致工裝夾具不能夠承受過強的力度，進(jìn)而出現(xiàn)工裝夾具受損的現(xiàn)象。因此，為了避免工裝夾具受損現(xiàn)象的出現(xiàn)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，要對材料的強度進(jìn)行測定，采用合適的設(shè)計方法讓最終設(shè)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(jìn)行工裝夾具設(shè)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(shè)計為易拆卸的，這樣能夠減少工裝夾具在進(jìn)行吊裝、焊接定位時因操作不當(dāng)而產(chǎn)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(huán)境應(yīng)當(dāng)安全，必須讓工作人員在保證生命安全的前提下進(jìn)行工裝夾具的焊接工作[4]。

2 工裝夾具定位的設(shè)計原理

目前我國正處于工業(yè)飛速發(fā)展的時代，而工業(yè)的發(fā)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(zhì)量達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)加工開始之前，毛坯原件需經(jīng)過機械加工設(shè)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(fā)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(chǎn)出來的機械元件能夠符合生產(chǎn)的規(guī)范需求。如果想加工得到符合生產(chǎn)的規(guī)范需求的機械元件，需要工裝夾具和設(shè)備之間的配合，一些較為先進(jìn)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(jìn)行定位基準(zhǔn)，還能夠作為基準(zhǔn)點。將工裝夾具作為基準(zhǔn)點能夠提高加工的精準(zhǔn)度，其主要的原因是因為在機械加工生產(chǎn)中，基準(zhǔn)點能夠作為其他生產(chǎn)原件生產(chǎn)的參考基準(zhǔn)[6]。

3 機械加工的定位基準(zhǔn)

機械加工的定位基準(zhǔn)就是指在機械加工中根據(jù)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(zhǔn)發(fā)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(zhǔn)的影響，并且工裝夾具的設(shè)計機構(gòu)也會間接地受到定位基準(zhǔn)的影響。確定定位基準(zhǔn)應(yīng)該參考零件的設(shè)計基準(zhǔn)，同時應(yīng)了解以下原則：首先定位的基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)與設(shè)計基準(zhǔn)相重合，如果定位的基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)之間不能完全重合，會讓制造生產(chǎn)產(chǎn)生誤差。其次機械加工的各項目應(yīng)使用統(tǒng)一的基準(zhǔn)面[7]。另外，將機械加工的項目作為基準(zhǔn)面。再次互為基準(zhǔn)，即將機械加工中的多個項目相互做基準(zhǔn)面。最后，定位的準(zhǔn)確度的好壞離不開一個合適的基準(zhǔn)，確立正確的基準(zhǔn)能使機械加工更加便捷。除此之外，粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)也包含在定位基準(zhǔn)當(dāng)中，采用尚未加工的毛坯面作為基準(zhǔn)面，這種方法叫作粗基準(zhǔn)，而精基準(zhǔn)則與粗基準(zhǔn)恰恰相反，精基準(zhǔn)采用的是經(jīng)過加工的毛坯表面作為基準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)時，為了滿足加工面和未加工面在位置上的要求，粗基準(zhǔn)要選擇不加工的工作面，如果有多個不加工的基準(zhǔn)面，則需要選擇位置要求比加工面位置更高的面作為基準(zhǔn)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(zhǔn)，三爪自定心卡盤固定工裝夾具，為確保壁厚均勻應(yīng)當(dāng)消除毛坯同軸度與鏜孔之間所產(chǎn)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(zhǔn)，則需要滿足定位的基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)與設(shè)計基準(zhǔn)相重合，機械加工的各項目應(yīng)使用統(tǒng)一的基準(zhǔn)面。在進(jìn)行機械加工的定位時，不管是精基準(zhǔn)或是粗基準(zhǔn)，都需要結(jié)合工件的加工要求及實際情況進(jìn)行分析，合理適當(dāng)?shù)乜刂乒ぜ淖杂啥?，從而提高工件的加工精?zhǔn)度[8]。

圖1 定位基準(zhǔn)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(jìn)行工件加工時，工件應(yīng)該進(jìn)行定位自由度，但卻沒有進(jìn)行定位。過定位與欠定位相反，通俗講就是在進(jìn)行工件加工時，工件進(jìn)行自由度定位[9]。在進(jìn)行機械加工的定位時，不管是精基準(zhǔn)或是粗基準(zhǔn)，都需要結(jié)合工件的加工要求及實際情況進(jìn)行分析，合理適當(dāng)?shù)乜刂乒ぜ淖杂啥?，從而提高工件的加工精?zhǔn)度。

5 機械加工的輔助機制

機械加工的輔助技術(shù)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(zhǔn)。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(jìn)行定位基準(zhǔn)。為此，一個附加的基準(zhǔn)面是使用定位過程來提高加工的基準(zhǔn)水平和表面質(zhì)量，加工輔助機制可提高機械加工的精準(zhǔn)度，設(shè)計和組裝基準(zhǔn)通常會選用設(shè)計和裝配基準(zhǔn)，這樣設(shè)計定位基準(zhǔn)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(zhǔn)度[10]。

工裝夾具要符合國家或相關(guān)地區(qū)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此要達(dá)到工裝夾具的要求和標(biāo)準(zhǔn)就不能違反國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。為了能夠達(dá)到國家規(guī)定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，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(chǎn)效率，為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益，還有在車床上進(jìn)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(dá)到每分鐘九千轉(zhuǎn)，為了提高生產(chǎn)效率，讓工裝夾具的平滑度滿足設(shè)計要求，就需要符合實際情況的調(diào)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(jìn)行裝卸的工裝夾具需提高工裝夾具的柔性化程度，為了達(dá)到要求，就離不開機床夾具和分類加緊的協(xié)助，此外加緊過程中外力必須足夠強大[11]。

機械加工中生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量較少時，使用特定的夾具可在生產(chǎn)過程中提高夾具的精確度，能夠有效提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。機械加工中的工裝夾具必須通過定位設(shè)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(jìn)行定位的機械加工工裝夾具可以通過空間坐標(biāo)系的自由度來對機械加工工裝夾具進(jìn)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(dāng)前的工件定位方法，正確計算定位誤差極為重要[12-13]。

6 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國社會的不斷發(fā)展，機械加工技術(shù)也在不斷地進(jìn)步和提升，通過對工裝夾具定位的科學(xué)設(shè)計，不僅能夠保證機械加工中工件加工的準(zhǔn)確度，還能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少人力的投入，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)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(shè)計方法，能夠控制好自由度的限制，提高工件的準(zhǔn)確性，通過機械加工技術(shù)能夠?qū)椭ぱb夾具的技術(shù)提供支持。