浅谈自动化设备专用夹具的设计

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[摘 要]随着现代数控加工设备的高速的发展，设计合理、适合批量生产的专用夹具不仅能保证加工的稳定和产品质量，而且能降低劳动强度、提高生产效率、实现生产过程自动化，从而降低生产成本，本文从夹具的定位设计、整体刚度设计、结构和夹紧力的设计、安装设计以及夹具设计的发展趋势等五方面论述了专用夹具的设计要点。

[关键词]数控加工 专用夹具 五方面 设计要点

中图分类号：TG751.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0359-01

[Abstract]With the rapid development of modern numerical control processing equipment， the design of special fixture for mass production is reasonable and suitable for mass production. And it can reduce labor intensity， improve production efficiency， realize the production process automation， thereby reducing production cost， this paper discusses the design of special fixture from five aspects： the design of the fixture design， the structure and the design of the clamping force， the installation design and the development trend of fixture design.

[Key words]Numerical control machining；Special fixture； Five aspects；Design key points

零件在加工的过程中夹具的定位固定是非常重要的，当定位不准确或加工中出现振动，都会影响零件在加工中各段的精度，达不到设计的要求。设计合理、适合批量生产的专用夹具不仅能保证加工的稳定和产品质量。并且能降低劳动强度，提高生产效率、降低对工人技术的过高要求、实现生产过程自动化，从而降低生产成本。

一、夹具的定位设计

工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。当然工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位也是允许的。采用此类部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。过定位一般情况下，应该避免使用过定位，通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。但是在某些条件下，合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。

二、夹具的整体刚度设计

夹具不同于其他环节，他在工艺系统中有着特殊地位，夹具的整体刚度对工件加工的动态误差产生着非常特殊的影响。当夹具的整体刚度远大于其他环节，工件加工的动态误差基本上只取决于夹具的制造精度和安装精度。因此设计夹具时，对夹具的整体刚度应给予足够重视。如因工艺系统其他环节的刚度不足而引起较大的系统动态误差时，也可以采取修正夹具定位元件的方法进行补偿。对一些切削力较大，振动也大的夹具，还应尽可能降低夹具的重心，工件的加工表面应尽可能靠近工作台，以提高夹具的稳定性，通常夹具体的高宽比H/B≤1～1.25为宜。

三、夹具结构和夹紧力的设计

1、夹具结构设计要点：

（1）能保证工件定位后占据正确位置。

（2）要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。

（3）夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应。工件的生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。

（4）工艺性好，使用性好。其结构应尽量简单，便于制造和维修；尽可能使用标准夹具零部件。

2、夹具夹紧力的设计

在传统夹具设计中，定位元件、夹紧装置结构的选择、尺寸的确定，夹紧力的求解都需要设计人员完成；一般运用运动学原理、几何学原理和优化设计技术对夹紧元件的布局和夹紧力进行优化设计，并对以下三个方面进行研究分析：

（1）构建工件自由度模型和运动学的定位方案模型，对自由度的限制数目和接触点数进行分析；

（2）对基准的定位误差进行分析计算；

（3）可利用接触变形理论构建工件稳定性模型，对夹紧方案合理性进行分析。

当然，工件的大小、加工部位、刀具、材料特性等多方面元素，一般计算的同时也结合经验去考虑，采用较大的夹紧方式，比如M16螺钉可以压紧的，为了提高安全系数，一般选M18的螺钉。

四、夹具的安装设计

夹具在机床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定位键。定位键的结构尺寸已标准化，应按工作台的T形槽尺寸选定（以T形槽为例），它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6、H8/h8。两定位键的距离应力求最大，以利提高安装精度。作为定位键的安装是夹具过两个定位键嵌入到工作台的同一条T 形槽中，再用T 形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和工作台两个T形槽间的距离一致。

五、夹具设计的发展趋势

（1）标准化：夹具在实现通用性的前提下，为降低夹具本身的成本，朝着标准化的方向发展，在通用夹具、组合夹具的基础上，制造的夹具应尽量与标准化机床配套，有利于促进机床夹具本身的商品化和规模化生产，降低夹具自身成本。

（2）精密化：随着社会各行业对机械加工产品的精度要求越来越高，现代机床夹具已向着高精密化的方向发展，夹具的精密化主要体现在夹具结构的设计上，在对夹具进行结构设计时要充分发挥主观能动性，以实现机械加工向着更高精度的方向发展。

（3）高效化：因加工行业竞争日益激烈，要求机械加工企业要最大限度提高工作效率，因此对机床夹具也提出了更高的要求，首先能适应高速加工的要求，并最大程度降低夹具的辅助时间，提高劳动生产率，保持加工的连续性和安全生产，降低了工人的劳动负荷。

（4）柔性化：通过对夹具的结构进行科学设计，将不可拆卸机构改造成可拆卸机构，使之可以通过自身的组合、调整来满足各种工艺的需求，设计出结构更加合理、精度更高、并且可自动拆卸、更换的柔性化夹具，提高夹具的工作效率，从而为现代加工提供更好的支持。

参考文献

[1] 《机械制造技术基础》，黄健求，机械工业出版社，2005.11

[2] 《工程力学》张春梅，刘静香，北京理工大学出版社，2008

[3] 《机床夹具的分类与构成》，张亚明，科技资讯，2008（4）