可实现多种加工需求的变轨通用夹具设计*

苍施龙，丘俊元，佟 川，姜雪松，王子楚

（东北林业大学工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150006）

夹具是指机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置，又称卡具。夹具在安装之前，必须要考虑好它的装卸问题，要保证装卸过程的简化[1]。

1 现代工业制造业中夹具的设计现状

在现代工业发展中，夹具已经划分为专用、通用、组合和随行多种，通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的夹具，例如三爪卡盘、四爪卡盘、弹簧卡套和通用心轴等。专用夹具是指为零件的某一道工序加工而设计制造的器材，在产品相对稳定的情况下适合大批量生产，但容易因产品变化而报废，成本较高。组合夹具也称柔性组合夹具，由可反复使用的标准夹具零部件组装成易于连接和拆卸的夹具，这些零件拥有各种不同形状、尺寸和规格，并且有较好的互换性、耐磨性和较高的精度，回收效率高，随行夹具是各工位间被自动运送转移的机床夹具。机械设计工装夹具需要尽可能避免复杂结构，在能够满足夹持工件质量的前提下使夹具构型简单，工艺性好，成本低，做到工装夹具能够对工件进行精准定位，掌握定位方式的原理，清晰地知道工件在夹具中的位置，确保工件被夹紧。伴随着现代工业的发展，机械的效率和加工精度得到了较大的提高，同时也对工装夹具设计提出了降低生产成本、精密加工等要求，进一步推动了工装夹具的发展[2]。

2 可实现多种加工需求的变轨通用夹具设计意义

机床夹具是制造业加工过程中的重要组成部分，也是机械制造加工系统中的重要工艺设备。随着现代技术不断发展，人们对各种不规则的零件需求量越来越大。在加工过程中，会造成工件受力不均，进而导致加工误差较大，严重的还会导致工件变形，对于尺寸要求高的零件来说这是不允许出现的[3]。在铣削加工过程中，规则的零件使用通用夹具就能够满足要求，但有时会遇到一些不规则的零件，常用的通用夹具装夹效率低，装夹加工往往需要设计专用夹具，对于单件小批量零件是不划算的[4]。对于简单轴类、盘类、套筒类零件，同样使用通用夹具就能满足要求，但不规则零件的加工，需要设计专用夹具以提高加工效率，保证加工过程的顺利进行[5]。

为了实现对复杂的不规则零件进行批量加工，提高生产效率和产品质量，必须对不规则零件的加工工艺与夹具设计进行研究[6]。但现有技术中，现有的夹具对于一些体积特征不规则物体进行夹持时，需要设计相关专门的夹具，不仅耗费了较多的资金和资源，而且不便于实现对多种体积不规则物体进行快速加工的需求。至此，本文提出一种可实现多种加工需求的变轨通用夹具。

3 可实现多种加工需求的变轨通用夹具结构设计

3.1 总体结构

可实现多种加工需求的变轨通用夹具的正面剖视结构示意图和俯视结构示意图，见第94页图1、图2。

图1 可实现多种加工需求的变轨通用夹具的正面剖视结构示意图

图2 可实现多种加工需求的变轨通用夹具的俯视结构示意图

该夹具包括安装板1，安装板1的上侧壁开设有多个第一移动轨道槽10，多个第一移动轨道槽10呈两列对称设置，每个第一移动轨道槽10呈长条状设置，每个第一移动轨道槽10的底侧壁上开设有第二移动轨道槽9，每个第二移动轨道槽9均位于安装板1内，每个第二移动轨道槽9的横截面大于第一移动轨道槽10的横截面，每个第二移动轨道槽9的内部滑动连接有移动块8，每个移动块8与第二移动轨道槽9的侧壁之间固定连接有挤压弹簧4，每个移动块8的上侧壁固定连接有第一连接杆5，每个第一连接杆5贯穿并滑动连接在每个对应的第一移动轨道槽10内，每个第一连接杆5的上端侧壁上固定连接有第二连接杆6，每个第二连接杆6的一端固定连接有夹持板7，多个夹持板7呈两列对称设置。本夹具设计合理，构思巧妙，可以适用各种不规则物体进行夹持，不仅大大节省了设计多个夹具的资金和资源，而且可实现对多种体积不规则物体进行快速加工的需求。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”“水平的”“左”“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

3.2 细节处设计

每个夹持板7的侧壁呈弧形设置，可使得被夹持的不规则物体不容易滑出夹持板7；每个夹持板7侧壁上固定连接有橡胶垫2，橡胶垫2可避免夹持板7对被夹持物体造成损伤；每个橡胶垫2的侧壁上设有防滑纹；安装板1中央侧壁上固定连接有硅胶垫3；挤压弹簧4采用不锈钢材质；安装板1的侧壁上设有防氧化涂层。

4 可实现多种加工需求的变轨通用夹具设计工作原理

进行夹持不规则物体时，只需要将两列多个夹持板分别相互背离移动，夹持板在移动过程中，可通过第二连接杆和第一连接杆将移动块在第二移动轨道槽中进行滑动，移动块进行滑动时，可压缩挤压弹簧，之后再将不规则物体放置于两列多个夹持板之间，此时在多个挤压弹簧的挤压作用下，多个夹持板可分别依次夹持在不规则物体的各个侧壁上，进而将不规则物体进行夹持固定。

5 可实现多种加工需求的变轨通用夹具设计优点

该装置设计合理，构思巧妙，为解决不规则物体难夹持的问题，设计出有多个夹持板的装置，将不规则物体紧固在装置上，不仅大大节省了设计多个夹具的资金和资源，而且可实现对多种体积不规则物体进行快速加工的需求。该装置有提高生产效率、保证加工质量、降低劳动强度、保障加工生产安全等重要作用，且该装置设计巧妙、简便，可用于大批量生产。

6 结束语

随着《中国制造2025》这一行动纲领的提出，提高国家制造业创新能力，强化工业基础能力，提高制造业国际化发展水平，促进制造业创新发展，提质增效的任务紧迫而艰巨。实现制造强国的战略目标，加快制造业转型升级，必须全面提高发展质量和核心竞争力。

本文基于工业工程“以人为本”“不断优化”“精益生产”的思想，对夹具进行优化创新。该变轨通用夹具在柔性化生产过程的使用中，便于实现对多种体积不规则物体进行快速加工的需求，为解决不规则物体难夹持的问题，设计出有多个夹持板的装置，将不规则物体紧固在装置上。其减少了制造专用夹具所消耗的人力和物料，节省了设计夹具所需要的时间，避免了频繁装卸夹具而对工人产生不必要的体力损耗并降低了操作时的安全风险和学习成本，能够提高企业的生产效率，降低成本，提高质量。其适用范围广，结构简单，具有广阔的市场前景。