工裝夾具設計也要“以人為本”

董天毅

（山東時風集團中央研究院機械工藝研究所，山東高唐縣 252800）

工裝夾具設計也要“以人為本”

董天毅

（山東時風集團中央研究院機械工藝研究所，山東高唐縣 252800）

設計工裝夾具時除要考慮影響產品精度的定位、夾緊等要素外，還要在制造簡單、操作方便、使用靈活、降低勞動強度，保證生產安全等方面給以高度關注。

1 夾緊、支撐元件的統一性

在一套較為復雜的工裝夾具中，往往設有多處壓緊、輔助支撐、調節支撐等元件，像常用的靠螺旋壓緊的螺母、螺旋調節的螺栓等部件。由于受空間位置、夾緊力大小等原因的影響，不同部位所用的螺紋大小會不盡相同，如果按理論設計這些元件的外形操作部位也會不盡相同，不同的外形尺寸（或結構）需要操作者用多種工具才能完成夾緊、調節等內容，加工極不方便，效率大大降低。如對不同的螺紋采用相同的外形尺寸（或結構），如圖1a、b、c所示，M20 螺母，M12 螺母，M16螺栓等操作部位外形皆設計為寬度為k的外六方，使用時同一種工具就能完成所有的夾緊、調節等工序，從而減少了輔助時間，提高了生產效率。

2 夾緊元件的安全性

比較常見的開口壓板，由于其螺母外徑小于工件孔徑，只要稍松螺母，取下開口壓板，工件即可方便地穿過螺母而取出，是一種比較實用的快速夾緊結構，但這種結構在回轉體壓緊裝置中存在著一定的弊端。當螺母因意外原因松動時，開口壓板極易在離心力的作用下從夾具中飛出，存在很大安全隱患。如設計為圖2a這種結構的壓緊裝置可有效改變這一狀況。開口壓板（圖2b）上車削盲孔φD+1，深度t（以1～2 mm為宜，便于裝卸）。壓緊用帶肩螺母（圖2c）肩徑加工為φD。當工作時，旋緊的帶肩螺母其肩部進入開口壓板的盲孔內，一旦帶肩螺母稍有松動，由于其肩部已嵌在盲孔內，所以壓板不會立即飛出，而此時操作者能明顯地感知工件的松動，停車再次旋緊即可，從而保證了壓緊的安全性。卸下工件時，只需將帶肩螺母的肩部旋出開口壓板盲孔深度，就能輕而易舉地卸下工件。

3 夾緊元件的耐用性

同樣一件壓緊部件，由于設計結構不同，其使用壽命也不同（當然與材料、熱處理關系亦非常重要）。如圖3所示，側面開口壓板圖3a與中間開口壓板圖3b雖然在工作時受力的大小和方向是相同的，但由于結構不同其受力的作用點是不同的，圖3a壓板受力處在開口的右側，屬單邊受力；圖3b壓板受力處在開口的兩側，屬兩側受力；很明顯圖3b壓板的剛性勝過圖3a壓板，所以從耐用性上看圖3b壓板的結構要優于圖3a壓板，即圖3b壓板的使用壽命長，從而能夠有效減少工裝費用，降低制造成本。

為了操作方便及壓緊可靠，工裝夾具設計時，圖3b壓板中k=L－Rb－5為宜。

4 定位元件的靈活性

定位基準在最初的工序中是鑄造、鍛造或軋制等得到的表面，因為表面未經加工可能存有大小不一的情況，我們稱為粗基準。所以在利用其外形定位時需將定位元件設計為可調式以應對毛坯外形的變化。

根據具體使用場合一般采用以下三種結構形式即可得到解決。圖4a調整塊使用于工件較大，操作空間較大，需要調整范圍較大的場合；圖4b偏心螺栓與六角螺母配合使用，用于工件外形極不規范，需要隨時人工調整的場合；圖4c偏心銷與內六角圓柱頭螺釘配合使用，用于不同批次毛坯外形不同需要調整的場合。

5 操作元件的實用性

圖5為生產中常見的用一面兩銷定位的蓋板式鉆模結構，其操作部件手把的設置體現了設計者在工裝夾具設計過程中“以人為本”理念的充分運用。在實際生產中對于大型工件及孔系位置度要求較嚴的工件，當鉆模板上兩定位銷置于工件孔內定位加工完成后，由于定位銷設計公差、孔系位置度公差和孔系尺寸的影響，鉆模板在工件上是很不容易折卸的。這時通過均勻旋轉事先置于頂絲螺母內的兩側手把即可輕易地將鉆模板頂起，起到事半功倍的作用。如間隙得當，直接用手把將鉆模板提起也很方便，從而避免了無拆卸裝置人工敲打鉆模板的現象。所以設計科學合理的操作元件會在生產一線起到非常方便實效的作用，對于減輕職工勞動強度、優化文明生產也有很大好處。

6 對刀、對定元件的必要性

在涉及工件、夾具、刀具有相對位置要求的工裝夾具設計時，一定要注意有：對刀裝置，如對刀塊；定向裝置，如定向鍵；同時設置必要的找正基面，找正基孔等，明確工件在夾具定位后與刀具的相對位置。這一點雖然在許多夾具設計手冊上都有詳細的說明，但工藝工程師真正在設計工裝夾具時往往被忽略，由此給生產現場帶來極大不便，故在此再贅述一下。

上述只是在工裝夾具設計過程中的幾點切身體會，愿以上這些設計小節能起到拋磚引玉的作用。惠普公司的創始人戴維·帕卡德說：“小事成就大事，細節成就完美”。在今后的工裝夾具設計過程中，愿我們所有從事機械加工工藝的同仁能從細節做起，使我們設計的工裝夾具更具人性化、更貼近生產現場、更實用、更完美。

作者：董天毅，男，機械工藝工程師，研究方向：機床夾具設計及機械加工工藝規程制訂。發表論文20余篇。

（編輯 周富榮）

（收稿日期：2009－12－14）

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

Keep Humanistic for the Design of Technology Equipment and Jigs

DONG Tianyi
（Machinery Technology Institute of Research&Development Institute Centre，Shandong Shifeng Group Co.，Ltd.，Gaotang 252800，CHN）

10723