高效工装夹具研究与应用

朱树春 谭道常 巴黎

【摘  要】针对笔记本电脑、手机、平板等制造行业数控加工工装夹具没有一个统一的标准，当过了一段生产周期，夹具闲置后无法再次利用，只能整套储存到彻底报废。而且，当需要更换夹具时，需要新制整套夹具，占用了大量的设计和制作时间。同时，当机种数量较多后，夹具管理及存储夹具的空间也是一种巨大的浪费。为解决以上问题，本项目目标开发三种类型工装夹具创新，适用所有笔记本电脑、手机、平板等压铸行业数控加工工装夹具，同时提高夹具的通用性，使其可以循环利用，应用高效创新型夹具，缩短开发周期，提升更换夹具效率。

【关键词】上托式夹具;下压式夹具;盖板式夹具;高通用性;高效性

1.项目概述

1.1研究背景

在制造业中，数控加工工装夹具长期采用专用夹具。更换夹具占用大量时长，闲置专用夹具存储极大耗费空间人力，专用夹具无法重复利用，造成大量资源浪费，成为长期困扰行业的难题。

1.2国内外研究现状和发展趋势

目前，国内笔记本电脑、手机、平板等制造行业中的工装夹具没有一个统一的标准，通常为根据产品设计制作一个仅适用于单产品使用的非标准的夹具，当过了一段生产周期，夹具闲置后无法再次利用，只能整套储存到彻底报废。而且，当需要更换夹具时，需要新制整套夹具，占用了大量的设计和制作时间。同时，当机种数量较多后，夹具资源及存储夹具的空间也是一种巨大的浪费。在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益、节能环保等新形势下，如何利用当前先进技术创新，变革，实现传统工装夹具的通用化、高效化解决，并确立相关解决方案及先进技术专利地位，成为我们研究的课题。

1.3项目产品主要用途

（A）三种类型工装夹具创新，适用所有笔记本电脑、手机、平板等压铸行业数控加工工装夹具;

（B）提高夹具的通用性，使其循環利用，提高资源利用效率;

（C）应用高效创新型夹具，缩短开发周期，提升更换夹具效率;

2.主要研究内容和目标

2.1主要研究内容

项目主要研究以下四个内容：

（1）研发高效上托式工装夹具。研发一种通用夹具，采用顶板和底板可拆卸的创新方式，驱动装置带动底板向上运动，可实现以顶面为加工基准的产品结构.

（2）研发高效下压式工装夹具。研发一种通用夹具，采用顶板和底板可拆卸的创新方式，驱动装置带动顶板向下运动，可实现以底面为加工基准的产品结构。

（3）研发高效盖板式工装夹具。采用可旋转特殊夹具，驱动装置带动盖板旋转压合，实现以侧壁为加工基准的产品结构。

（4）研发高效更换夹具方式。将仿形件设计为上模和下模两部分，分别与固定在机台上的整体框架的上板和下板固定。

2.2技术难点

（1）常用夹具类型的整合技术。行业中的工装夹具没有一个统一的标准，不同的企业设计标准完全不同，几乎没有两套一致的夹具，各夹具间通用性互换性极差，长期以往已经形成了新产品统一新设计专用夹具的行业模式，本项目通过分析现有产品特征，结合现有夹具特征，设计出上托式、下压式、盖板式三种类型的工装夹具，适用所有笔记本电脑、手机、平板等压铸行业数控加工工装夹具。从而实现专用夹具向通用夹具的转变。

（2）可拆卸式夹具设计技术。通过将支架设计成标准件，并将支架固定在机床上，使得支架成为机床的一部分，然后，将顶板和底板与支架连接，形成不可拆卸的部分;同时，通过将驱动装置与顶板或底板连接形成整套工装夹具。由于上模板和下模板可拆卸，当需要更换不同种类的夹具时，只需要将形状类似的上模板和下模板更换到对应的位置即可，无需再设计制作一整套夹具，同时更换夹具时也仅需要更换对应的上模板和下模板即可。

2.3创新点

（1）上托式工装夹具设计技术。夹具主体包括顶板和底板，顶板的靠近所述底板的一侧可拆卸地安装有上模板，底板的靠近顶板的一侧可拆卸地安装有下模板。将机构件和驱动装置支架固定在机床上，顶板和底板固定在所述支架上，驱动装置带动底板向上运动，所有以顶面为加工基准的产品结构，都可以使用此种夹具加工。

（2）下压式工装夹具设计技术。夹具主体包括顶板和底板，顶板的靠近所述底板的一侧可拆卸地安装有上模板，底板的靠近顶板的一侧可拆卸地安装有下模板。将机构件和驱动装置支架固定在机床上，顶板和底板固定在所述支架上，驱动装置带动顶板向下运动，所有以底面为加工基准的产品结构，都可以使用此种夹具加工。

（3）盖板式工装夹具设计技术。采用一种可旋转特殊夹具，包括主体部、翻板和驱动装置，主体部固定在机床上，主体部上固定有旋转支架，主体部上可拆卸地安装有下模板，翻板的一端与旋转支架转动连接，翻板上可拆卸地安装有上模板，该夹具通过将主体部、翻板和驱动装置固定为不可拆卸的部分，利用可拆卸的上、下模板适应不同产品，不仅节约了成本，而且更换夹具的种类十分方便，能够适应通过翻盖式夹具生产的多种产品，提高了整套夹具使用的便利性。驱动装置带动盖板旋转压合，实现以侧壁为加工基准的产品结构。

（4）高效更换夹具方式的技术。由于上模板和下模板可拆卸，当需要更换不同种类的夹具时，只需要将形状类似的上模板和下模板更换到对应的位置即可，无需再更换一整套夹具，不仅节约了成本，而且更换夹具的种类十分方便，提高了整套夹具跟换的便利性

3.技术路线

分析现有产品特征，结合现有夹具特征，设计出上托式、下压式、盖板式三种类型的工装夹具，其包括：夹具主体、支架、驱动装置。

上托式夹具主体包括支架、导柱导套、顶板和底板，顶板一侧可拆卸地安装有上模板，底板一侧可拆卸地安装有下模板。支架固定在机床上，顶板固定在支架上，驱动装置的动力输出端与底板连接，且所述驱动装置能够驱动底板沿靠近或远离所述顶板的方向往复运动，此时，标准化夹具通过将支架设计成标准件，并将支架固定在机床上，使得支架成为机床的一部分，然后，将夹具主体的顶板和底板与支架连接，形成不可拆卸的部分。所述标准化夹具为上托式夹具，即图1和图2所示的标准化夹具。

下压式夹具主体包括支架、导柱导套、顶板和底板，顶板一侧可拆卸地安装有上模板，底板一侧可拆卸地安装有下模板。支架固定在机床上，底板固定在支架上，驱动装置的动力输出端与顶板连接，且所述驱动装置能够驱动顶板沿靠近或远离所述底板的方向往复运动，此时，标准化夹具通过将支架设计成标准件，并将支架固定在机床上，使得支架成为机床的一部分，然后，將夹具主体的顶板和底板与支架连接，形成不可拆卸的部分。即图3和图4所示的标准化夹具。

盖板式夹具主体包括支架、上盖板和底板，主体固定有一旋转装置时，旋转装置固定在主体上表面的一侧边上，主体的上表面上可拆卸地安装有下模板。上盖板的一端与旋转支架转动连接，上盖板上可拆卸地安装有上模板，上模板安装在上盖板的与主体相对的一侧。驱动装置安装在主体上，且驱动装置的动力输出端与所述上盖板连接，所述驱动装置能够带动上盖板沿转轴方向旋转设定的角度，以带动上模板靠近或远离下模板。标准化夹具通过将支架设计成标准件，并将支架固定在机床上，使得支架成为机床的一部分，然后，将夹具主体的上盖板和底板与支架连接，形成不可拆卸的部分所述标准化夹具为盖板式夹具，即图5所示的标准化夹具。

4.取得的标志性成果

通过本项目的实施，研发出上托式、下压式、盖板式三种类型的工装夹具，适用所有笔记本电脑、手机、平板等压铸行业数控加工工装夹具。通过本项目实施，数控机床工装夹具开发周期由15天减少到12天。每片产品数控加工成本下降0.25元人民币。更换夹具时间由4小时下降到1小时。存储夹具空间下降80%。已经在合肥经纬、安徽胜利、宜安科技、富士康等多家知名企业导入，每年可带来数百万收益。。

5.应用前景

本项目的提出可使数控加工夹具开发周期大幅缩减的同时，提升制造稳定性，提升了导入企业的核心竞争力。该项目同样可以应用到其余品牌笔记本电脑、手机、平板、游戏机等产品上，市场潜力巨大。

参考文献

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