新型线切割机床快速装夹定位万能夹具的创新设计与研发

林奕滔

（广州市公用事业技师学院，广州 510100）

0 引言

机械加工中夹具装夹是靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置。这种方法精度较高，生产率高，能保证机械加工质量，减轻劳动强度，但需要设计专门的装备。在机床上加工工件时所用的夹具称为机床夹具。无论是传统制造还是现代制造，机床夹具都是十分重要的。它对加工质量、生产率和产品成本都有直接影响，因此，无论是改进现有产品或是开发新产品，企业花费在夹具设计和制造上的时间在生产周期中都占有较大的比重[1]。目前在市面上能用于线切割机床加工的辅助夹具较少，这在一定程度上降低了生产效率，增加了工人的劳动强度，提高了企业的加工成本。

1 新型线切割机床夹具的创新设计及研发背景

目前，机械加工车间中广泛使用的电火花加工线切割机床，可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。因此，电火花线切割技术不受材料性能的限制，可以加工任何硬度、强度、脆性的金属材料，很适合于小批量形状复杂零件、单件和试制品的加工，加工周期短，在机械加工中占有很重要的地位。

在开始加工前，首先必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置，这个过程称为定位。为了确保已经定位好的工件在加工过程中不会发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，还需将工件压紧夹牢，这个过程称为夹紧。定位和夹紧的整个过程合起来称为装夹[2]。

完成装夹工件后，还必须配合找正进行调整，方能使工件的定位基准面分别与机床的工作台面和工作台的x、y进给方向保持平行，以保证所切割的表面与基准面之间的相对位置精度[3]。

使用线切割机床加工工件，其装夹的方法选择是否恰当，直接影响线切割加工精度和效率。

线切割机床加工常用的（工件）装夹方法有以下5种：1）悬臂式装夹；2）两端支承式；3）桥式装夹；4）平板式装夹；5）复式装夹[4]。

目前在线切割机床加工工件常用的上述装夹方法存在以下缺点：1）只适用于一些外形规则的工件，如板料、棒料、圆柱体、长方体等，而对一些外形不规则的工件，如圆锥体、球状体、曲面形体、凹凸多面体等，难以进行装夹定位；2）对一些外形较为复杂的工件进行装夹固定时，耗时较长，一般需15～30 min左右，工作效率低下；3）在工件装夹好后，用百分表进行找正调整并精确定位时，耗时更长，且不易操作。

2 该新型夹具的研发过程与功能特点

为了解决目前在线切割机床上装夹工件存在的耗费时间长、找正定位不易操作且定位精度不高的缺点，本文设计了一种快速装夹、精确定位的线切割机床专用夹具。该新型线切割机床专用夹具能够快速地将待加工工件装夹在线切割机床上确定的空间位置上，并且能够快速地将其找正调整至正确的加工位置上进行线切割加工。实验证明，该新型夹具能大幅缩短机床加工中所消耗的辅助时间，降低生产成本，同时减轻操作者的劳动强度，明显提高劳动生产率。

本新型夹具的技术方案：创新设计一种新型线切割机床快速装夹定位万能专用夹具，主要应用于机械加工领域中的电火花线切割机床。如图1、图2所示，该新型夹具主要包括一个夹具主体4、磁吸表座15、x轴旋转心轴8（含x 轴转角调整把头14、x轴角度刻度盘13）、y 轴旋转心轴9（含y轴转角调整把头11、y轴角度刻度盘21）、弹簧夹子20。夹具主体4左边开有倒置的凹槽（用于与桥板5相配安放），磁吸表座15 安装镶嵌在夹具主体4 中间凹槽的上方。

图1 新型线切割夹具图-1

图2 新型线切割夹具图-2

在使用本夹具时，将本夹具主体4的凹槽对应并卡置在线切割机床工作台的桥板5上面，然后用手转动磁吸表座15上的旋钮，使磁吸表座15产生磁吸力，可快速地将夹具主体4固定在桥板5上所需的任意位置上。

用于夹持工件的弹簧夹子20用内六角螺栓固定连接在y轴旋转心轴9上，通过用手转动x轴转角调整把头14和y轴转角调整把头11，可带动夹持工件3的弹簧夹20在x轴和y轴方向作任意角度的旋转调整，从而快速地将待加工工件3装夹固定在线切割机床上确定的空间位置上，并且能够快速精确地将其找正调整至正确的加工位置上进行线切割加工。

其结构特征在于，采用了分体组合式弹簧夹子的结构形式，分体组合式弹簧夹20包括：整体式下夹板18（1件）、分体式上夹板19（共3件）、弹簧28（共3个）、弹簧芯轴25、弹簧芯轴固定螺母24、定位基准板27、定位基准板固定螺钉26。整个弹簧夹子20用紧固螺钉17连接并固定在y轴旋转心轴9上，故弹簧夹20可随y轴旋转心轴9一起转动（如图3）。

图3 分体组合式弹簧夹子

该分体组合式弹簧夹20可快速夹持住外形规则与不规则的工件（说明：针对各种大小尺寸不同的工件，本新型夹具配备有大、中、小3种规格的分体组合式弹簧夹各1个）。

本新型夹具采用了在夹具主体4上设计安装了两条互相垂直的转轴（即x轴旋转心轴8和y轴旋转心轴9），夹持工件的弹簧夹20用螺钉固定连接在y轴旋转心轴9上。通过用手转动x轴转角调整把头14，带动y轴旋转心轴9（即带动弹簧夹上的工件）沿x轴方向作任意角度的旋转调整，然后再用手转动y轴转角调整把头11，带动夹持工件3的弹簧夹20沿y轴方向作任意角度的旋转调整。通过转动x轴、y轴的调整把头，从而能够快速地将工件3的待切割面调整至确定的空间位置上，并且能够快速精确地将其找正调整至正确的加工位置上进行线切割加工。夹具的可调角度功能可以用于装夹需要转动调整角度加工的零件或一些多面体零件的加工。

本新型夹具的优点在于：由于采用了分体组合式弹簧夹子的结构形式，可快速夹持住外形规则与不规则的工件，并通过转动x、y轴旋转心轴，对工件进行角度位置综合调整，将工件调整至确定的（x、y轴方向）空间位置上，快速地完成“装夹定位”操作。且能够快速精确地将其找正调整至正确的加工位置上进行线切割加工。

本新型夹具设计新颖、使用方便可靠，可广泛应用于机械加工领域中的各种电火花线切割机床，能够高效、快捷、精确地完成各种外形规则及不规则待加工工件在线切割机床上的装夹定位操作。经实践证明，完成装夹定位操作时间只需20～50 s，工作效率提高了50倍以上，大幅缩短机床加工中所消耗的辅助时间，降低生产成本，同时减轻操作者的劳动强度，明显提高劳动生产率。本新型夹具的实物如图4所示。

图4 新型夹具实物图

3 该新型夹具的创新设计亮点

1）能够快速地将待加工工件装夹固定在线切割机床上确定的空间位置上并将其找正，然后进行线切割加工。

2）可广泛应用于机械加工领域中的各种电火花线切割机床，能够高效、快捷、精确地完成各种外形规则及不规则待加工工件的装夹定位操作。

3）经实践使用验证，完成装夹定位操作时间只需20～50 s，大幅缩短机床加工中所消耗的辅助时间，降低生产成本，同时减轻操作者的劳动强度，工作效率提高了50倍以上，经济效益显著。

4 推广价值及成果转化

1）通用性广，具有万能通用性，可在各种不同型号的电火花线切割机床上安装使用。

2）能够高效、快捷、精确地完成各种外形规则及不规则待加工工件在线切割机床上的装夹定位操作，省时省力。

3）设计新颖、使用安全可靠，经实践证明，完成装夹定位操作时间只需20～50 s，工作效率提高了50倍以上，经济效益显著。

4）成果转化价值大，可推广至技工院校机电专业《零件线切割加工》实训课堂、生产企业线切割加工车间使用，有很好的社会效益和经济效益。

目前该新型线切割机床万能夹具已在广州市公用事业技师学院的零件线切割加工实训车间投入使用。有效解决了目前在线切割机床上装夹工件存在的耗费时间长、找正定位不易操作、定位精度不高且耗时费力等问题，大幅缩短机床加工中所消耗的辅助时间，提高了实训课堂教学质量和教学效果。本创新设计《新型线切割机床快速装夹定位万能夹具》已向国家知识产权局申请“实用新型专利”（专利号：202121885404.5）。

另外，在当前技工教育的《机械零件的普车加工》课堂上，由于目前的教学改革，普车实习的实习时间相对减少，为了让同学们能学习到更多的机械加工知识与更好地提高实操能力，只能从怎样去提高教学效率上去努力。普车实习课堂上学生的一项必不可少的实操项目就是要磨削各种类型的车刀，由于磨削车刀会浪费很多的时间。这时，可以使用本新型夹具在线切割机床上将学生要磨削的车刀先切割掉即将要磨削掉的大量多余刀具材料，或者切割出一定的车刀角度。这样的提前准备，可以大大减少学生磨削刀具的时间，提高学习效率。

5 结语

作为专业技术人员，在生产工作中要不断学习新技术和新工艺，并且学以致用、勇于创新。在多年的线切割加工工作中，总结经验，提高效率，通过技改，创新设计了新型线切割机床快速装夹定位万能夹具，该夹具能够快速地将待加工工件装夹在线切割机床上确定的空间位置上，并且能够快速地将其找正调整至正确的加工位置上进行线切割加工。经实践证明，该夹具在线切割加工中起着十分重要的作用：大幅缩短辅助时间、提高劳动生产效率、降低加工成本、保证加工精度，稳定加工质量；降低对工人的技术要求，减轻工人的劳动强度[5]，取得了良好的社会效益和经济效益。