浅谈机床夹具的发展趋势

郭旭桐 张天龙

摘要：在机械制造业中，机床夹具有着广泛的应用，机床夹具与机床、刀具、工件等零件共同构成了机械制造的工艺系统。根据工艺要求，可快速实现工件定位、夹紧等操作，并在加工过程中保持定位精度，为了提高机械设备的生产效率，本文分析了机床夹具使用中存在的问题及发展方向。

关键词：机床夹具;发展趋势

1 机床夹具的功能

机床夹具是机床的重要组成部分，是机械零件生产过程中的主要设备。在机床夹具的应用过程中，夹具的功能主要体现在以下几个方面。

1.1 控制工件的精度

在制造过程中，精度是影响工件生产水平的重要因素。夹具可以确保零件的位置是固定的，零件不会随意运行，从而保证零件的精度。

1.2 提高生产效率

在机床加工生产过程中，如果工件材料自由运行，则需要不断调整其位置，容易对机床的加工和生产产生很大的影响，降低效率。在制造过程中，夹具的使用可以大大提高生产效率，特别是在机床生产过程中，夹具可以用来辅助，这对于同时生产多个工件非常有帮助。

1.3 擴大机床生产范围

扩大机床生产范围是提高机床生产效率的重要途径。夹具是机床生产过程中不可缺少的组成部分，在机床生产过程中使用夹具可以改造机床零件，从而实现各种工件的生产。

1.4 降低劳动强度

在机床生产过程中使用夹具可以减少手工对准的工作量，降低手工劳动强度，保证生产过程的安全。

2 机床夹具的应用现状

刀具夹具是加工设备中不可缺少的组成部分，是加工过程中较为活跃的因素，它对产品质量、生产效率和成本有很大影响。随着现代科学技术的发展，数控机床发展迅速，与之配套的数控机床夹具也在不断地更新，我国数控机床的发展已经具有了巨大的规模。在工业生产中，数控机床占有比较大的份额，并逐步扩大。然而，数控机床的相应夹具却没有得到足够的重视，国内大多数企业重视传统夹具，但对新型数控机床的夹具知之甚少，企业可以根据自己的生产特点选择不同类型的夹具。我国主要分为两类：通用夹具和特殊夹具，但是，专业化程度较高的企业大多采用专用夹具和可调夹具，从这个角度来看，企业中多种夹具并存，但使用夹具的重点不同。而在国内较大型的工厂中，夹具的更换速度较快，更换后的夹具的磨损程度不是很严重，导致生产成本的增加。同时，数控机床、成组技术、加工中心和柔性制造系统（FMS）等新型加工技术在工业生产中的应用对机床夹具提出了更高的要求。例如，它们可以快速应用于新产品，缩短生产周期，降低生产成本，适用于可精密加工的高精度机床夹具，适用于各种现代制造技术的新型机床夹具，可采用液压动力源的高效夹紧装置，可提高机床的标准化程度。总体上采用先进的生产设备，但配备了相对落后的生产夹具，这大大降低了机械设备的生产效率。这是目前我国大型企业普遍存在的问题，究其原因，在于企业对新引进的数控机床认识不透，对数控机床缺乏深入的认识和统一的研究，不能跳出普通机床的生产模式。

3 数控机床夹具的发展趋势

在机械设备的制造过程中，夹具是不断更新的，它是根据机械部件的具体结构、生产过程等确定的。因此，在夹具设计过程中，应注意以下几个方面。

3.1 定位机构的发展趋势

定位是工件生产过程中的重要组成部分。通过定位可以精确地控制工件的质量。在工件生产过程中，根据六点定位原理对工件进行定位。精确定位是提高工件生产质量的关键途径。如果能够控制工件的六个自由度，则可以实现工件的精确和完全定位。在生产过程中，存在几种常见的定位情况：第一，平面结构由1-3个支承销定位;第二，用于圆柱孔结构、短圆柱销、长圆柱销、两个短圆柱销的定位;第三，用于工件以外，圆柱形结构通常由一个短V形销和两个短V形销定位。第四，在定位锥孔时，通常使用固定销和浮动销来辅助定位，在定位过程中，如果工件的六自由度受到限制，则称之为完全定位，但如果六自由度不受控制，且受限制的自由度被两个或多个约束反复限制，则称之为过定位，当工件的刚度较差时，需要对其进行定位，否则在家具紧固的过程中，刀具会产生变形。

3.2 夹紧机构的发展趋势

夹具的性能不仅体现在定位上，还体现在夹紧机构的性能上，夹紧机构的可靠性和可操作性是评价夹具性能的重要指标，在夹紧结构的设计过程中，应满足几个条件。首先，夹紧必须确保准确和可靠的定位，夹紧过程不会对定位造成损伤。其次，夹具和工件的变形必须控制在允许范围内。第三，夹紧机构必须安全可靠，具有足够的刚度和强度。如果是手动夹具，则应确保自动锁定。如果是移动式夹具，则应有联锁保护装置。第四，夹紧机构必须安全、省力、快速、方便，在夹具结构设计过程中，夹紧力、夹紧力的大小、方向以及作用点都是直接影响夹具效果的因素，在夹具使用过程中，还应注意这些参数的控制，首先，控制夹紧力的方向，保证夹紧力的作用。在夹紧方向上，一般主夹紧力垂直于第一基准面，为了减少生产过程中由外力引起的变形，应尽可能减小夹紧力，其次，应确定力的作用点，夹紧力的作用点应与支撑点保持点对点的对应，第三，确定夹紧力的大小，夹紧力不能太大，也不能太小，太大就会导致工件变形，太小就会导致工件松动，所以在确定夹紧力时，工件和夹具应视为一个统一的系统，最后，对切削力和夹紧机构的具体尺寸进行了参数计算。得到夹紧力。

3.3 动力装置的发展趋势

动力装置主要有以下几种：一、气动夹紧装置，主要采用压缩空气作为动力源，压缩气体的粘度相对较小，不会造成污染，但夹紧力比液压装置小，结后尺寸较大，有较大的噪声污染;二、液压夹紧装置。该装置的结构原理与气动装置相似。该装置结构紧凑、稳定、噪声低。适用于切削力，气液夹紧装置主要以压缩空气为动力，油为传动介质气动和液压装置具有将压缩空气产生的动力转换为液体压力以供应夹具的夹紧缸的优点。

3.4 高强度、高刚性、高精度发展

为了提高工作效率和生产率，缩短工作时间，工件的加工正朝着大批量、高速化的方向发展，操作过程复杂且集中，需要同时完成多个步骤和过程，工件的切削力、尺寸和方向不同，需要不断调整。数控机床夹具只有具有较高的强度和刚度，才能满足工件的精密加工要求，在工业生产中，随着对工件精度的要求，夹具精度得到了提高，工件精度的提高是现代科学技术飞速发展的结果。精密专业夹具主要用于部分高端企业，精确测量各种长度、直径、宽度等，以减少误差，数控机床的夹具精度已达到人眼无法识别的微米，通用精密夹具制造企业属于精密仪器制造企业。

综上所述，机床夹具是机床生产过程中的重要工具。它能固定工件，提高工件质量。在机床夹具的使用过程中，必须注意夹具结构设计、夹具夹紧力、动力装置等的综合设计，以提高夹具的性能。

参考文献：

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[2] 沈阳，张巍.机床夹具设计在零件加工中的作用分析[J].大观周刊，2011（23）.

[3] 王雪.机床夹具设计方法的研究探讨[J].湖南农机，2014（06）.

（作者单位：沈阳航达机载设备有限公司）