试论机床夹具设计

李春阳

【摘 要】本文阐述了在机械加工的过程中，机床夹具设计的必要性，并从高精高效、模块组合、通用经济等方面来探讨机床的夹具设计。

【关 键 词】机床 夹具 经济 设计

【中图分类号】TG751【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0182-02

在机械加工的过程中，为了能够保证工件的加工精度，使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。夹具设计中主要要基于夹具的特点，从夹具体、定位元件、夹紧装置、联接元件、对刀或导向元件、其他装置或元件以及标准化了的其他联接元件中设计。

1、机床夹具设计的必要

机床夹具是在机床上用以定位装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，保证加工精度、提高劳动生产率、扩大机床的使用范围和保证生产安全，因此，机床夹具在机械制造中占有很重要的地位。随着现代机械加工的日趋完善和各种高精加工机床的出现，这要求与之配套的机床附件更加精确和可靠，而机床夹具的性能直接影响加工工件的安装、定位及制造精度。因此，良好的机床夹具设计是保证高精度机床加工的前提条件。

2、机床夹具设计

2.1 高精、高效

为了提高机床的加工精度，机床夹具应具有较高的定位安装精度和转位、定位精度。工件在夹具的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位两个方面。设计中常用的定位方法与定位元件如下。

2.1.1工件以平面定位

平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：

1）固定支承。固定支承有支承钉和支承板两种形式。

2）可调支承。支承点位置可以调整的支承称为可调支承。当工件定位表面不规整以及工件批于批之间毛坯尺寸变化较大时，设计中使用可调支承。有时，可调支承也可用作成组夹具的调整元件。

3）自位支承。自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位准面的变化而自动调整并与之相适应。自位支承一般只起一个自由度的定位作用，即一点定位，毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位以及有角度误差的平面定位，设计中多采用自位支承。

4）辅助支承。辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，它不起定位作用，设计中可选择相对廉价的材料。

夹具设计中，选择不同支承定位，要根据不同的设计课题入手， 从怎样限制零件的自由度；怎样夹紧；设计的夹具怎样排削；怎样使夹具使用合理，便于装卸等几方面综合考虑。

在加工回转体类工件时，要考虑夹具的可靠及通用性，使用可调支承加工不同尺寸的相似工件，这样可以使夹具最大范围地发挥其使用和通用性。而在选择定位支承时，可以根据不同工件定位面来选取。

2.1.2 工件以圆柱孔定位

工件以圆柱孔定位大都属于定心定位（定位基准为孔的轴线）， 夹具上相应的定位元件是心轴和定位销。

2.1.3 工件以心轴定位

心轴的结构形式很多，工件安装时轻轻敲入或压入，通过孔和心轴接触表面的弹性变形来夹紧工件。设计中使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。除了刚性心轴以外，在生产中为安装夹紧方便可采用弹性心轴，液塑心轴，自动定心心轴等。这些心轴在工件定位的同时将工件夹紧，使用起来很方便。

2.1.4 工件以定位销定位

定位销与夹具体的连接可采用过盈配合，也可采用间隙配合。 设计中当要求孔销配合只在一个方向上限制工件自由度时，可使用菱形销，工件也可用原柱销定位。

2.1.5 工件以外圆表面定位

工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定位，一种是支承定位。工件以外圆表面定位的情况与工件与圆柱孔定位的情况相仿， 只是用套筒或卡盘代替心轴或柱销，以锥套代替了锥销。

工件以外圆表面支承定位设计中优先选择V形块。因为V形块对中性好，是可用于非完整外圆表面的定位。V形块两斜面之间的夹角一般取60°，90°和120°，设计中以90°为主，90°夹角V形块结构已标准化。

2.1.6 工件以其他表面定位

工件除了以平面、圆孔和外圆表面定位外，设计中也可以锥孔定位，以渐开线齿面定位。

2.1.7 快速装夹工件，提高机床的生产效率

设计中要以各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动、液压夹紧和多件装夹的夹具等为主，并要根据装夹要求选择不同的夹具附件，如对切削时间较长的工件夹紧，选择液压夹具时应在夹紧系统中附加储能器，以防止泄液；若对自锁性要求较严格时，则多选择快速螺旋夹紧机构，并利用高速风动扳手辅助安装。

夹紧装置是夹具的重要组成部分。在设计夹紧装置时，应满足以下基本要求：

1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。夹紧应可靠和适当。夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振动。夹紧工件时，不允许工件产生变形和表面损伤。

2）夹紧装置应操作方便、省力、安全。

3）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧凑，并尽可能采用标准化元件。

2.1.8 夹具应有良好的机动性和安全可靠性

夹具设计不但要保证加工精度、提高劳动生产率、扩大机床的使用范围，而且应有良好的机动性和安全可靠性，保证生产安全。

2.2 模块、组合

夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD/CAM、CAXA、Pro＼E等技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。模块化夹具与组合夹具之间有许多共同点。它们都具有方形、矩形和圆形基础件。在基础件表面有坐标孔系。两种夹具的不同点是组合夹具的万能性好，标准化程度高；而模块化夹具则为非标准的，一般是为本企业产品工件的加工需要而设计的。

2.3 通用、经济

夹具设计要大力提倡标准化、系列化的通用性设计，这样，才能提高设计质量，缩短设计周期，降低设计成本，提高其设计制造水平和质量，从而使夹具行业的整体劳动生产率得到提高。

3、结论

夹具设计中采用高精、高效、模块、组合、通用经济方向发展的思路，在组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，充分利用现代信息和网络媒体，引进技术，争取合资与合作，与时俱进地创新和发展夹具技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径。

参考文献

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[2] 冯道.机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册[M].安徽文化音像出版社，2003

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