自动化设备专用夹具的设计

张强　金晓磊　杨传勇

摘 要：在我国的机械加工行业中，加工设备的夹具应用一直非常的广泛，随着近些年自动化技术的普及，自动化设备在机械行业的生产加工过程中，应用的非常普遍。相较于传统形式上的机械加工设备，自动化加工设备在效率上以及质量上都有非常大的提升。随着自动化设备不断的扩大应用，自动化设备的专用夹具设计就显得非常关键。文章主要针对自动化设备的专用夹具设计进行详细的介绍。

关键词：自动化设备；专用夹具；数控加工；设计要点

中图分类号：TK406 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）30-0089-02

Abstract： In China's mechanical processing industry， the fixture application of processing equipment has been very extensive， with the popularization of automation technology in recent years， automatic equipment in the production and processing of the mechanical industry， the application is very common. Compared with the traditional form of mechanical processing equipment， automatic processing equipment in the efficiency and quality have been greatly improved. With the continuous expansion of the application of automation equipment， the design of special fixture for automation equipment is very important. This paper introduces the design of special fixture for automation equipment in detail.

Keywords： automatic equipment； special fixture； CNC machining； main points of design

引言

在我国自动化设备不断应用的今天，数控加工专业设备也有了非常大的发展，在数控设备发展的过程中，专业化的设计以及专业的生产对于专业夹具来讲非常关键和重要。设计的合理化以及生产的批量化，不仅仅能够有效的保障专用夹具的稳定性，同时还能够在很大程度上保障专用夹具的质量精度，保障专用夹具的使用寿命。专用夹具的有效应用，能够有效的降低零件生产过程中的工作强度，提升零部件生产的工作效率，还能够实现零部件生产的智能化以及自动化，正是有了上述三个优点，才能够有效的保障专用夹具在设计的过程中，保障夹具质量的前提下，降低生产成本。在机械加工的过程中，零件的加工位置固定非常的重要，因此在零件加工的过程中夹具的作用就非常的明显。一旦在零件加工的过程中出现定位不准确或者是加工过程有振动现象，都会对零件的加工精度和加工质量造成非常大的影响。非常容易造成不合格加工产品的出现。因此我们在专用夹具设计加工的过程中，保障科学合理的设计，批量的生产，只有这样才能够有效的保障专用夹具的加工质量稳定，保障专用夹具的使用寿命。针对自动化设备中专用夹具的设计内容，本文主要从五个方面进行分析，首先是专用夹具设计中的定位设计，其次是专用夹具设计中的刚度设计，第三是专用夹具设计中的结构设计和夹紧力设计，再次是专用夹具设计中的安装设计，最后是专用夹具设计中的发展趋势，只有在专用夹具设计过程中考虑到上述五个方面的设计内容，才能够有效的实现专用夹具的设计价值，有效的保障自动化设计专用夹具的使用效果和使用寿命。

1 在自动化设备专用夹具设计中的夹具定位设计

专用夹具的定位设计，主要的定位我们称之为完全定位设计。通常加工零部件有六个方向的自由度，只有将自由度完全的限制，才能够让零部件在加工的过程中实现唯一定位。这就是设计过程中的完全定位。需要注意的一点是，我们在实际的专用夹具设计过程中，并不是全部的加工零件都需要完全定位，因此还需要根据实际的零件加工要求，进行夹具的定位设计。在零件加工的过程中，不完全限制六个定位自自由度是可以设计的。因此目前我国在夹具定位设计的过程中要对定位设计的内容进行不断的简化，不斷的适应夹具的生产应用。例如，有的零件在加工的过程中固定在电磁吸盘夹具上进行磨削加工，这样的情况下，我们在夹具定位设计的过程中只需要对其中的三个自由度进行设计限制即可。在夹具定位设计的过程中，要尽量避免出现过定位的现象，一旦出现了夹具过定位，就会导致零件在加工的过程中出现精度问题，影响零件的加工精度。同时在夹具定位设计的过程中，也不允许出现不确定定位的问题，夹具定位不确定会导致零部件在加工的过程中出现加工变形，影响零件的加工质量。在夹具定位设计的过程中，我们还要注意一个问题就是，有时候我们需要采取合理的过定位设计来进行夹具的定位，这样的设计要根据实际的夹具加工情况进行考量。合理的夹具定位设计在我国的航空零部件以及仪器仪表零部件加工过程中具有非常广泛的应用，尤其是对刚性较弱但是精度要求较高的零部件加工中应用更是广泛。

2 在自动化设备专用夹具设计中的夹具刚度设计

在专用夹具设计的过程中，我们不仅仅要从机械设计以及应用效果上进行考量，我们还需要从加工工艺角度进行分析，夹具产品在生产的过程中，对工艺性能的要求较高，尤其是夹具的刚度要求。夹具的刚度在零件加工的过程中非常关键，决定着零件加工运行过程中的稳定程度，一旦夹具存在刚度不足问题，就会对零件的加工精度误差和形位误差造成影响。我们在夹具刚度设计的过程中，如果出现了刚度要求远远大于夹具的企业设计要求，就会导致零部件在加工的过程中出现动态加工误差。很大程度上零部件的加工动态误差由两个方面影响，首先是夹具的生产制造精度，其次是夹具的安装精度。正是由于这一原因，我们在夹具刚度设计的过程中，要对夹具的刚度尤其是整体性刚度有非常高的重视。如果我们在零件加工的过程中发现夹具的刚性没有达到加工要求，我们可以采取适当的措施来进行弥补和强化，通常我们会使用修正夹具元件的方法进行夹具刚度的强化和补偿。在零部件加工的过程中，我们可能会遇到切削力大的问题，同时还可能伴随着振动大的问题，这时候我们就要改变夹具的重心来对零部件的加工表面进行运动补偿，这样能够有效的保障零部件加工过程中的稳定性。通常情况下，夹具刚度设计中的外形长宽比要选在H/B≤1到1.25的范围内。

3 在自动化设备专用夹具设计中的夹具结构设计和夹紧力设计

在专用夹具结构设计的过程中，我们要对四个问题进行重点分析，首先是我们在设计的过程中要对加工零件的定位位置进行正确的结构设计，保障零件的定位准确，其次是我们要通过结构设计保障加工零部件在整个加工过程不出现稳定性问题，要保障加工过程中的稳定性和减震性，同时我们还要通过结构设计来保障零部件加工过程不出现夹具夹紧变形问题；再次是我们要对夹具的结构复杂性进行控制，通常情况下，只有批量生产加工的夹具才能够允许有结构较为复杂的夹具设计。夹具的结构越复杂，越能够保障夹具的夹紧性能；最后是我们在进行夹具结构设计的过程中要保障夹具结构的工艺性达到要求。在保障夹具工艺性和应用性的前提下，夹具的结构设计尽可能的简单，这样能够让夹具在应用过程中便于操作和维护。同时在夹具结构设计的过程中，还要对夹具结构的标准化程度进行分析，保障夹具的应用互换性。

在传统形式上的夹具设计过程中，设计人员在夹紧力设计过程中要考量的问题很多，夹具的定位元件夹紧力，夹紧装置的夹紧力以及夹紧装置的设计尺寸等都需要充分的考量。在夹具夹紧力设计的过程中，我们要充分的利用几何学，运动学以及优化设计等方面的知识进行夹紧元件的有效布置和优化设计。在专用夹具夹紧力设计的过程中，我们要对三个问题进行重点分析。首先我们在夹具夹紧力设计的过程中要对工件的自由度模型方案以及运动学定位方案进行确定和分析，其次是我们要在夹紧力按设计的过程中要对定位误差由充分的计算和分析，最后是我们要通过接触变形知识来对加工零部件的穩定性进行模型建立，通过模型来进行夹紧力的合理性判断。

4 在自动化设备专用夹具设计中的夹具安装设计

专用夹具在自动化设备上的安装位置直接影响到零件加工表面的加工精度和位置精度，因此要求相关的设计人员在夹具设计的过程中，要对夹具的安装设计进行充分的考虑。通常情况下我们在夹具的底座位置会设计两个起到定位作用的定位键。目前定位键的尺寸和材料已经实现了标准化，因此我们在设计的过程中需要从标准中进行T型块的选择即可。通常情况下，我们要求T型块的安装配合公差为H8/h8或者是H7/h6，这样能够实现夹具的合理安装。在夹具安装设计的过程中，我们要求两个T型块的设计位置尽可能的大，这样能够充分的保障夹具的安装精度。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。

5 自动化设备专用夹具的设计发展走势

首先专用夹具设计标准化：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。

其次专用夹具设计精密化：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。

再次专用夹具设计高效化：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。

6 结束语

通过上文的阐述我们可以从中了解到自动化设备专用夹具在设计方面的相关问题，专用夹具在设计方面虽然已经取得了一定的成绩，但是随着科学技术的不断进步和发展，我国在专用夹具的设计方面还有很多的问题需要处理和钻研。同时我们需要注意的是，在专用夹具设计过程中还是存在一定的问题，这些问题也需要我们在以后的设计工作中给予处理。随着我国自动化设备的不断更新，我国在专用夹具的设计工作中也要与时俱进，从专用夹具的标准化，高效化，精密化，柔性化等方面进行创新，只有这样才能够让我国的专用夹具在设计的过程中跟上我国科学技术的发展，才能够在专用夹具应用的过程中实现性能的提升，使用寿命的延长。

参考文献：

[1]南文虎，肖根先，王宏.一种自动定心夹具的设计[J].机床与液压，2011（18）：78-79.

[2]许自英.车床专用夹具设计的分析与加工[J].硅谷，2012（12）：65-66.

[3]常春.车床可转位夹具在生产中的应用[J].中国科技博览，2010（34）：23-24.

[4]刘建华，吕超.车床夹具中轴向定位问题的研究[J].制造技术与机床，2011（5）：58-59.