机械加工中工装夹具的定位设计探析

包亚军 刘培坤 焦国

摘 要：为了探究工装夹具的定位设计，笔者首先阐述工装夹具设计原理和设计标准，之后给出具体机械加工的设计方案，发现：选择合适的工具装夹方式，可以提升夹具适用性，精准定位机床，防止支撑点发生偏移。因此，在今后工作中，设计人员应该合理限制自由度，在必要时可以利用辅助加工机制，帮助夹具获得精准定位。

关键词：定位设计;工装夹具;机械加工;设计原理;注意事项

工装夹具定位从本质上讲属于机械加工的基本操作步骤，结合机械部件基准面，固定加工设备，并依据使用设计原理进行定位设计，可以保证机械加工过程的严谨性，避免出现过度加工、滑落等问题，提升工件生产精度。因此笔者对工装夹具定位设计方法进行分析，为相关从业者带来工作借鉴。

一、工装夹具设计原理和设计标准

不同的工件装夹工艺存在诸多差异[1]。选择合适的工具装夹方式，可以提升夹具适用性，保证工件加工顺利进行，因此在设计时应该遵循设计图数据，应用预先绘图法，利用数字几何原理，展现出设计基准模式，联合六点空间定位法控制全局，建设标准化工艺基准，细化机械元件的使用，通过工装夹具精细化设计法，防止毛坯件偏移，能以夹具作为基准点，使得机床定位更加准确，避免元件受到机床震动、切削力和惯性力的影响，最终达到准确的位置，保证支撑点不会出现问题。

二、工装夹具的设计方案

要想保障机械加工的精准度，在机械加工中必须对工装夹具进行精准定位，提升机械加工质量，按照工装夹具类型和相关零配件对加工方案进行优化设计，保证毛坯件位于被加工位置上。主要体现在以下几个工序：

1.合理限制自由度，采用六点限制方式，结合元件加工难度，保证毛坯件位于被加工位置上，限制 3～6 个面（前、后、左、右、上、下）[2]。保证工件在加工过程中不会出现位移等问题，但是遵循经济发展原则，一般不会对6个面同时固定，而是只固定3-4个面，不会造成定位元件的浪费，同时也可以确保达到元件施工要求;

2.定位后固定元件，应用夹紧力紧固机械元件（利用标准化设计夹具），辅助操作人员定位加工机械元件，其中夹具可以扩大应用范围，如果是施工数量少、对技术要求低的元件，为了降低成本支出可以使用组合夹具，如果人员数量不足并对技术要求高的元件，应该采用高标专用夹具，获得较高经济效益的同时缩短工作时间;

3.辅助加工机制，为了确保夹具加工时可以获得精准定位，可以利用辅助机制，选择辅助机制的设计基准和装配基准，遵循工艺标准化需求，可以使用辅助机械加工办法，比如在车床应用过程中，高速定心卡实验对转速要求为9000r/min，为了保证工装夹具的柔性化和精细化，可以在夹紧过程中，通过夹剪和定位给予工件足够的外力，确保其在机床中获取精确位置，器具适应性强，生产效率高。如果是小批量机械产品加工，可以借助定位设计，使用空间直角坐标系自由度，根据工件基本定位方法，固定6个接触点，正确计算出定位误差，最终提升机械加工质量。

4.设计实例分析

工装夹具定位在机械加工设计中具有重要作用，可以提升生产效率和工艺性能，笔者以“长方体毛坯件切削圆柱体”为例，设计操作人员必须掌握工装夹具定位的原理和过程，灵活寻找定位方法，比如利用六点定位限制法，设计人员将加工机械单元作为原始坐标点，并从6个维度（前后左右上下）进行延伸，正、负两条射线组成 3 条轴线，对元件自由度进行控制，通过夹具加工设备，保障机械加工的精确性。如果长方体毛坯件型号为长：宽：高=40cm：20cm：10cm，并想要将其加工为半径为10cm，高为8cm的柱体，可以对XOY 面进行切削。切割毛坯件XOY 面任意处，限制X 、Y 、Z 轴移动自由度[3]。又因为圆柱体直径与长方体的宽参数相等，因此在后續施工中对圆柱体进行二次加工，再次限制X 、Y 、Z 轴移动自由度，最终对零件进行切割（切割高度为圆柱体上方2 cm左右）。以上是利用六点定位限制法进行切割，除了该种方法，还可以利用两点以上定位限制法，定位被加工毛坯件，不用设置 6 个基准点，但是也应该注意到施工中的欠定位、过定位问题，因此该种定位方法会影响到定位准确性。

三、注意事项

在进行工件定位时，设计人员必须认识到六点定位并非单指工件与机械的接触点，可以根据具体毛坯件的型号、特殊性灵活调整工件与工作台之间的接触点，依照相应设计标准，对夹具进行有效组合，提升机械化水平利用率，从而满足不同产品加工需求。其次应该深入掌握夹紧和定位之间的含义。其中“夹紧”是在“固定”这一状态的基础上进行的，加工自由度与力学自由度与“定位”有很大区别，毛坯件不能进行位置变动，确保工件定位不受外力影响，对加工工件完成定位后，再利用工装夹具进行定位，使用虎钳来夹持工件，不得借助其他工具加力，夹紧工件时要松紧适当，如果是强力作业，只能用手板紧手柄，避免因为惯性或者切削力问题而导致位移，进而提升工件加工精准度。

结束语：

综上所述，建设标准化工艺基准，细化机械元件的使用，可以使得机床定位更加准确，因此工艺设计人员应该利用六点定位限制法，将加工机械单元作为原始坐标点，对自由度进行限制，应该深入掌握夹紧和定位之间的含义，根据特殊情况灵活调整工件与工作台之间的接触点，避免因为欠定位、过定位问题，出现位移情况，最终提升定位准确性，提高加工精度。

参考文献：

[1]尤世杰. 试论机械加工中的工装夹具定位设计[J]. 山东工业技术， 2019， 293（015）：45-45.

[2]李娜， 王国冰. 先进焊接工装夹具在机械装备制造业中的应用[J]. 装备制造技术， 2019，000（003）：3-3.

[3]康保印， 吕原君， 范植坚. 闭式整体涡轮电解加工工装夹具设计与实验[J]. 制造技术与机床， 2021，000（003）：5-5.

作者简介：

包亚军： 1972.06.男; 汉族 ;江苏泰州; 高级技师 技校; 研究方向：机械制造。

刘培坤：1994.01.男;汉族;江苏常州; 技师;  大专;  研究方向：机械制造。

焦国： 1965.06. 男 ;汉族; 江苏常州 ;高级技师 ;技校;研究方向：机械设备与维修。