机械加工中工装夹具的定位设计研究

2019-11-28郝国标

商品与质量 2019年38期

关键词：夹具工装基准

郝国标

上海摩文自动化工程有限公司上海 3 1 0 0 0 0

现代机械加工技术不断提升，对于产品的设计精度也有了更高的要求。在机械加工过程中，在选用高质量的工装夹具的基础上，必须做好工装夹具的科学设计工作，对定位原则进行熟练掌握，精准定位工件的位置，从而在最大程度上保障工件加工的质量和效率。

1 机械加工中工装夹具定位的基准分类

1.1 工艺基准

在整个机械加工的过程中，一条机械生产线一般不会只对机械元件进行一道加工工序，大多数情况下，这条生产线会对流水线上的机械元件进行二次、多次加工，进而节约生产周期和生产成本，这种情况下整个加工过程的基准设计便分为了粗基准加工和精基准加工，配合辅助基准、主要基准和附加基准在加工时用于对工件定位，合成定位基准。另外，用于加工中和加工后测量工件采用的测量基准，用于装配时配合零部件与整件位置的装配基准，用于工序先后确定的工序基准共同形成工艺基准。因此，每个操作人员在为机械元件和工装夹具规划基准面时，务必苛求精确，操作过程中也要全程监控高度准面的二次加工，尽量减少不合格品的出现[1]。

1.2 设计基准

第二种则是以设计图上各项数据为依据的设计基准，通过数字几何原理将他们的彼此相对面连接，做成一个空间坐标体系，用空间的方式表达出来的设计基准模式。而实际基准模式通过预先绘图，可以先六点自由度空间定位法相结合，能把控全局，是一种较好的基准定位模式，但因为这种模式对机器要求较高，对人员的数字计算水平要求严格，所以暂时使用的人员较少。

2 工装夹具的设计规律

首先，设计夹具时要符合工件的设计要求，严格遵守设计标准。避免出现设计完成后再选择合格的工件，避免出现工件不达标的情况；其次，在使用夹具时，必须对工件、夹具和加工设备进行相互固定，确保工件的功能达标，这样就能达到工件、夹具、设备三者间生产加工的完美配合。只所以必须按照这些设计规律进行夹具设计，是因为一旦工件位置出现偏差，工件精度就无法达到工件设计要求的标准，进而影响工件的其他功能。

3 工装夹具定位设计方式

3.1 定位原理

在机械加工中应用工装夹具，必须进行精准定位，这样才能保障机械加工的精准度。比如卡盘，这是比较典型的工装夹具了，当前还在车床中被广泛使用，卡盘是机床上用来夹紧工件的机械装置，利用均布在卡盘体上的活动卡爪的径向移动，把工件夹紧和定位的机床附件，能够保证车床的正常运作，卡盘通常安装在车床、外圆磨床和内圆磨床上使用，也可与各种分度装置配合，用于铣床和钻床上。还T型工作台，这种工装夹具主要是固定工件，帮助工人对设备进行调试，另外主轴和刀柄对机械加工的精密度能够有效保障，在机械加工中是比较好用的固定工具，这些工装夹具都为机械加工效率的提升做出贡献。在进行工装夹具定位之前，工件存在6个自由度，而对其进行定位就是为了对这6个自由度进行有效限制，而六点定位原则就是利用6个支撑点限制6个自由度，这样就能对工件位置进行有效确定。

3.2 工件定位分析

在机械加工中进行工件定位时，必须对工件精准度进行明确，它对机床加工工件的精准度起决定作用。在具体定位中还存在三种相对位置，首先是工件与夹具的相对位置，其次是工件、机床之间的相对位置，最后是夹具与机床之间的相对位置，在这三种相对位置中，工件与机床的相对位置需要夹具进行辅助定位。

3.3 定位方法

对工件进行定位的方法主要分为四种，第一种定位方法是完全定位法，这种完整的定位方法就是完全限制工件的自由度。第二种方法就是与之相反的不完全定位法，顾名思义不会对工件的自由度进行完全限制，只会在加工要求的前提下，对工件的部分自由度进行限制的定位方法。第三种方法是对工件施行欠定位，在进行工件加工时，对工件应该进行定位的自由度却没有定位，这就是欠定位。第四种方法就是过定位，与欠定位恰好相反，过定位就是对本不该进行定位的自由度进行定位[2]。

4 工装夹具在机械加工中的应用

4.1 加工效率

在压块和机械接触形状的部位使用夹具的压紧力，加紧的地方接近机械加工的表面，这样是为了避免机械加工出现震动，保持机械加工的位置的固定，减小工作人员校准加工机械的位置时间，提高了工作人员的工作效率。在加工机械时应用了夹具，机械感性提高明显，也提高了机械的切削量。还有一些比较特殊的机械加工需要多个夹具来夹紧，机械机床比人工机床进刀钻孔稳定。比较大直径加工机械的切削增加切削量，大的加工机械使用夹具固定增加了机械的好坏率，加工的机械也不爱变形，就算是技术比较低的工作人员也可以制作加工，降低机械加工的成本，增加机床的使用范围，一个机床可以通过夹具的应用制作多个机械加工，提高工作效率。

4.2 加工精度

没有使用夹具固定时候加工机械，机械加工的精度由机械的位置和刀具的位置来决定，造成了位置精度的误差比较大，同样机械加工的误差，体现了机械加工的工艺系统的误差，机械加工都误差主要是因为夹具的误差造成，静态误差和动态误差两种，静态误差出现的比例比较高。加工工人的技术水平也会影响机械加工的质量，同时，起决定性的作用，同一批的机械加工的质量几乎相同，机械加工的质量精度在机械组装时可以互换，可以方便机械的维修和更换。对于一些特殊的机械离不开夹具的应用，例如薄壁机械就通过夹具来制作的。机械的精度也是通过夹具的设计来增加和有所提高的。薄壁机械特别容易变形，所以夹具的设计就决定了机械加工的尺寸和成品的形状，在机械加工时的高温受热也可以让薄壁机械变形，机械尺寸不好控制，夹具的使用决定机械加工时的震动误差。

4.3 机床适用范围

如果没有使用夹具来固定机械，那么固定机械的工作就只能靠机床来设计形状，但是机床形状的固定只可以加工一种机械，可是使用夹具固定加工机械的机床可以加工多个机械，多种机械，这样就扩大了机床的机械加工的范围。例如，滚压机械工具和家具放在一台机床上，这样可以使机床对机械加工进行简单的磨削加工，这样就发挥出了磨床的一些功能，使机械加工的精度提高了。另外，有一些特殊的机械加工，机械的要求和设计特别小或者特别大，或者要求薄壁的，曲面的，有偏心、细长和凹凸等等，所以，在机械加工时必须要设计一些特殊的夹具来固定加工的机械，一些高精度的机械加工应用真空吊具来固定薄片机械，偏心的机械加工外圆与内孔不是一个轴线上，曲面夹具就是用来加工曲面机械的，不同种类的机械加工应用的夹具也都不相同，这样就扩大了机床的加工范围，打破了机床加工机械的单一性，突破了机床机械的局限性。

5 工装夹具定位的设计发展方向

5.1 设计标准化定位方法

随着机械化大规模的生产方式的开展，机械加工产品的生产方向必然是向着标准化靠近，并且逐渐与相关类似的产业产品进行合流统一标准，而要实现生产大规模的统一标准件，就需要统一的加工机床、统一的被加工毛坯件以及统一的标准化工装夹具，三者统一后，一定会出现一套适合多数机械元件加工的标准化基本定位方法，以方便在机械加工过程中指导形成流水化、大规模的生产模式，从而实现机械生产的成本降低，利润增值[3]。

5.2 设计更数字化的定位方法

随着社会对各种机械产品的要求不断提高，以及数字化生产对于产品更加严格精度要求和机械设备的更新换代，可以预见的，整条生产线上都会出现更加严格精确的生产规定，作为加工工程中重要参与者的工装夹具，必然会出现一套比现今定位方法更加精确的定位方法，这种方法必然更精确，更高效。

5.3 定位设计方法的超前化

工装夹具应该具有优先化，超前化意识，随着高精尖技术的不断发展，上级下级工业链条对机械产品的多样性，精准性的要求会不断地提高，导致生产的难度不断提高，同时日新月异的新生产设备和高精度的生产标准逐渐更新，新的加工材料强度、难易度也有所变化，这些都会在加工过程中都会对夹具定位方法带来挑战。因此，在之后的设计新的夹具定位方法时，不能仅仅是要为了解决眼前所需要攻克的难题而生产应急品，还要有超前意识，设计出可以供还没有出现或者已经出现理论的设备、材料加工生产配套的的新型夹具定位方法。