如何提高學生機床夾具的設計能力

單忠生

機床夾具設計是機械類專業的一門重要專業課程，具有較強的實踐應用性。在實踐教學中，筆者發現學生面對夾具設計任務書往往不知從何著手，毫無頭緒，因此，首先讓學生掌握機床夾具設計方法和步驟顯得尤為重要。

一般情況下，夾具設計大致可分為4個步驟，即收集和研究有關資料，確定夾具的結構方案，繪制夾具總圖和確定并標注有關尺寸、配合及夾具技術條件等。

收集和研究有關資料

特別應提醒學生一定要認真研究夾具設計任務書，因為其中有對定位基準、夾緊方案及有關要求的說明。學生應根據夾具設計任務書進行夾具的結構設計。為了使所設計的夾具能夠滿足上述基本要求，設計前要認真收集和研究如下有關資料。

生產批量夾具結構的合理性及經濟性與生產批量有著密切的關系。大批、大量生產多采用氣動、液壓或其他機動夾具，其自動化程度高，同時夾緊的工件數量多，結構也比較復雜。中、小批量生產，宜采用結構簡單、成本低廉的手動夾具以及萬能通用夾具或組合夾具。

零件圖及工序圖零件圖是夾具設計的重要資料之一，它給出工件在尺寸、位置等方面精度的總要求。工序圖則給出所用夾具加工工件的工序尺寸、工序基準、已加工表面、待加工表面、工序加工精度要求等，它是設計夾具的主要依據。

零件工藝規程零件的工藝規程標明該工序所用的機床、刀具、加工余量、切削用量、工步安排、工時定額及同時加工的工件數目等，這些都是確定夾具的結構尺寸、形式、夾緊裝置以及夾具與機床連接部分的結構尺寸的主要依據。

夾具典型結構及有關標準教師平時要多收集典型夾具結構圖冊和有關夾具零部件標準等資料。授課時要多舉典型夾具實例來說明，使學生了解工廠制造、使用夾具情況以及國內外同類型夾具的資料，還要培養學生學會查閱相關資料和工具書的能力，以便使學生所設計的夾具能夠適合生產實際，吸收先進經驗，并盡量采用國際標準。

確定夾具的結構方案

在廣泛收集和研究有關資料的基礎上，引導學生利用所學夾具設計的基本理論知識來指導實踐，著手擬定夾具的結構方案，主要包括：根據工件定位原理，確定工件的定位方式、選擇定位元件；確定工件的夾緊方式，選擇適宜的夾緊裝置；確定刀具的對準及引導方式，選擇刀具的對準及引導元件；確定其他元件或裝置的結構型式，如定位元件、分度裝置等；協調各元件、裝置的布局，確定夾具具體結構尺寸和總體結構。

學生在確定夾具結構方案的過程中，工件定位、夾緊、對刀和夾具在機床上定位等各部分的結構以及總體布局可能會有幾種不同的方案，要求他們都應畫出草圖，最后可通過必要的計算（如定位誤差及夾緊力的計算）和分析比較，從中選取較為合理的方案。

繪制夾具總圖

繪制夾具總圖除了應遵循國家制圖標準外，還應使學生注意夾具設計中的一些習慣和規定，如繪制比例應盡量取1∶1，以便使圖形有良好的直觀性。夾具總圖中在能清楚表達夾具內部結構和各元件、裝置位置關系的情況下，視圖的數目應盡量少。

總圖的主視圖應取操作者實際工作時的位置，以便于夾具裝配及使用時參考。被加工工件在夾具中被看作為“透明體”，所畫的工件輪廓線與夾具上的任何線彼此獨立，不相干涉，其外輪廓以黑色雙點劃線表示。

繪制總圖的順序是先用雙點劃線繪出工件輪廓外形和主要表面的幾個視圖，并用網紋線表示出加工余量。圍繞工件的幾個視圖依次繪出定位元件、夾緊機構、對刀及夾具定位元件以及其他元件、裝置，最后繪制出夾具體及連接元件，把夾具的各組成元件和裝置連成一體。

夾具總圖上，還應畫出零件明細表和標題欄，寫明夾具名稱及零件明細表上所規定的內容。

確定并標注有關尺寸、配合及夾具技術條件

這是夾具設計中比較重要和困難的一步，由于學生經驗少，往往這方面處理不好，致使制造出來的夾具不能保證工件的加工質量，所以教師應提醒學生注意多參考成功的案例，學會查閱相關的技術手冊。在標注有關尺寸、技術要求時應從以下幾個方面入手。

應標注的尺寸及配合在夾具總圖上應標注的尺寸及配合有5類。1）工件與定位元件的聯系尺寸。常指工件以孔在心軸或定位銷上（或工件以外圓在內孔中）定位時，工件定位表面與夾具上定位元件間的配合尺寸及公差等級。2）夾具與刀具的聯系尺寸。用來確定夾具上對刀、導引元件位置的尺寸。對于銑、刨床夾具，是指對刀元件與定位元件的位置尺寸；對于鉆、鏜床夾具，則是指鉆（鏜）套與定位元件間的位置尺寸，鉆（鏜）套之間的位置尺寸，以及鉆（鏜）套與刀具導向部分的配合尺寸等。3）夾具與機床的聯系尺寸。用于確定夾具在機床上正確位置的尺寸。對于車、磨床夾具，主要是指夾具與主軸端的連接尺寸；對于銑、刨床夾具，則是指夾具上的定向鍵與機床上的T型槽的配合尺寸。4）夾具內部的配合尺寸。它們與工件、機床、刀具無關，主要是為了保證夾具裝配后能滿足規定的使用要求。5）夾具的外輪廓尺寸。一般指夾具最大外形輪廓尺寸。若夾具上有可動部分，應包括可動部分處于極限位置所占的空間尺寸。

上述諸尺寸公差的確定可分為2種情況處理：一是夾具上定位元件之間，對刀、導引元件之間的尺寸公差，直接對工件上相應的加工尺寸發生影響，因此可根據工件的加工尺寸公差確定，一般可取工件加工尺寸公差的1/3～1/5；二是定位元件與夾具體的配合尺寸公差，夾緊裝置各組成零件間的配合尺寸公差等，則應根據其功能和裝配要求，按一般公差與配合原則決定。

應標注的技術要求在夾具總圖上應標注的技術要求（位置精度要求）有以下幾個方面：1）定位元件之間或定位元件與夾具體底面間的位置要求，其作用是保證工件加工面與工件定位基準面間的位置精度；2）定位元件與連接元件（或找正基面）間的位置要求；3）對刀元件與連接元件（或找正基面）間的位置要求；4）定位元件與導引元件的位置要求。上述技術條件是保證工件相應的加工要求所必需的，其數值應取工件相應技術要求所規定數值的1/3～1/5。

（作者單位：河北省玉田縣職業技術教育中心）