自動化設備專用夾具的設計

張強　金曉磊　楊傳勇

摘 要：在我國的機械加工行業中，加工設備的夾具應用一直非常的廣泛，隨著近些年自動化技術的普及，自動化設備在機械行業的生產加工過程中，應用的非常普遍。相較于傳統形式上的機械加工設備，自動化加工設備在效率上以及質量上都有非常大的提升。隨著自動化設備不斷的擴大應用，自動化設備的專用夾具設計就顯得非常關鍵。文章主要針對自動化設備的專用夾具設計進行詳細的介紹。

關鍵詞：自動化設備；專用夾具；數控加工；設計要點

中圖分類號：TK406 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0089-02

Abstract： In China's mechanical processing industry， the fixture application of processing equipment has been very extensive， with the popularization of automation technology in recent years， automatic equipment in the production and processing of the mechanical industry， the application is very common. Compared with the traditional form of mechanical processing equipment， automatic processing equipment in the efficiency and quality have been greatly improved. With the continuous expansion of the application of automation equipment， the design of special fixture for automation equipment is very important. This paper introduces the design of special fixture for automation equipment in detail.

Keywords： automatic equipment； special fixture； CNC machining； main points of design

引言

在我國自動化設備不斷應用的今天，數控加工專業設備也有了非常大的發展，在數控設備發展的過程中，專業化的設計以及專業的生產對于專業夾具來講非常關鍵和重要。設計的合理化以及生產的批量化，不僅僅能夠有效的保障專用夾具的穩定性，同時還能夠在很大程度上保障專用夾具的質量精度，保障專用夾具的使用壽命。專用夾具的有效應用，能夠有效的降低零件生產過程中的工作強度，提升零部件生產的工作效率，還能夠實現零部件生產的智能化以及自動化，正是有了上述三個優點，才能夠有效的保障專用夾具在設計的過程中，保障夾具質量的前提下，降低生產成本。在機械加工的過程中，零件的加工位置固定非常的重要，因此在零件加工的過程中夾具的作用就非常的明顯。一旦在零件加工的過程中出現定位不準確或者是加工過程有振動現象，都會對零件的加工精度和加工質量造成非常大的影響。非常容易造成不合格加工產品的出現。因此我們在專用夾具設計加工的過程中，保障科學合理的設計，批量的生產，只有這樣才能夠有效的保障專用夾具的加工質量穩定，保障專用夾具的使用壽命。針對自動化設備中專用夾具的設計內容，本文主要從五個方面進行分析，首先是專用夾具設計中的定位設計，其次是專用夾具設計中的剛度設計，第三是專用夾具設計中的結構設計和夾緊力設計，再次是專用夾具設計中的安裝設計，最后是專用夾具設計中的發展趨勢，只有在專用夾具設計過程中考慮到上述五個方面的設計內容，才能夠有效的實現專用夾具的設計價值，有效的保障自動化設計專用夾具的使用效果和使用壽命。

1 在自動化設備專用夾具設計中的夾具定位設計

專用夾具的定位設計，主要的定位我們稱之為完全定位設計。通常加工零部件有六個方向的自由度，只有將自由度完全的限制，才能夠讓零部件在加工的過程中實現唯一定位。這就是設計過程中的完全定位。需要注意的一點是，我們在實際的專用夾具設計過程中，并不是全部的加工零件都需要完全定位，因此還需要根據實際的零件加工要求，進行夾具的定位設計。在零件加工的過程中，不完全限制六個定位自自由度是可以設計的。因此目前我國在夾具定位設計的過程中要對定位設計的內容進行不斷的簡化，不斷的適應夾具的生產應用。例如，有的零件在加工的過程中固定在電磁吸盤夾具上進行磨削加工，這樣的情況下，我們在夾具定位設計的過程中只需要對其中的三個自由度進行設計限制即可。在夾具定位設計的過程中，要盡量避免出現過定位的現象，一旦出現了夾具過定位，就會導致零件在加工的過程中出現精度問題，影響零件的加工精度。同時在夾具定位設計的過程中，也不允許出現不確定定位的問題，夾具定位不確定會導致零部件在加工的過程中出現加工變形，影響零件的加工質量。在夾具定位設計的過程中，我們還要注意一個問題就是，有時候我們需要采取合理的過定位設計來進行夾具的定位，這樣的設計要根據實際的夾具加工情況進行考量。合理的夾具定位設計在我國的航空零部件以及儀器儀表零部件加工過程中具有非常廣泛的應用，尤其是對剛性較弱但是精度要求較高的零部件加工中應用更是廣泛。

2 在自動化設備專用夾具設計中的夾具剛度設計

在專用夾具設計的過程中，我們不僅僅要從機械設計以及應用效果上進行考量，我們還需要從加工工藝角度進行分析，夾具產品在生產的過程中，對工藝性能的要求較高，尤其是夾具的剛度要求。夾具的剛度在零件加工的過程中非常關鍵，決定著零件加工運行過程中的穩定程度，一旦夾具存在剛度不足問題，就會對零件的加工精度誤差和形位誤差造成影響。我們在夾具剛度設計的過程中，如果出現了剛度要求遠遠大于夾具的企業設計要求，就會導致零部件在加工的過程中出現動態加工誤差。很大程度上零部件的加工動態誤差由兩個方面影響，首先是夾具的生產制造精度，其次是夾具的安裝精度。正是由于這一原因，我們在夾具剛度設計的過程中，要對夾具的剛度尤其是整體性剛度有非常高的重視。如果我們在零件加工的過程中發現夾具的剛性沒有達到加工要求，我們可以采取適當的措施來進行彌補和強化，通常我們會使用修正夾具元件的方法進行夾具剛度的強化和補償。在零部件加工的過程中，我們可能會遇到切削力大的問題，同時還可能伴隨著振動大的問題，這時候我們就要改變夾具的重心來對零部件的加工表面進行運動補償，這樣能夠有效的保障零部件加工過程中的穩定性。通常情況下，夾具剛度設計中的外形長寬比要選在H/B≤1到1.25的范圍內。

3 在自動化設備專用夾具設計中的夾具結構設計和夾緊力設計

在專用夾具結構設計的過程中，我們要對四個問題進行重點分析，首先是我們在設計的過程中要對加工零件的定位位置進行正確的結構設計，保障零件的定位準確，其次是我們要通過結構設計保障加工零部件在整個加工過程不出現穩定性問題，要保障加工過程中的穩定性和減震性，同時我們還要通過結構設計來保障零部件加工過程不出現夾具夾緊變形問題；再次是我們要對夾具的結構復雜性進行控制，通常情況下，只有批量生產加工的夾具才能夠允許有結構較為復雜的夾具設計。夾具的結構越復雜，越能夠保障夾具的夾緊性能；最后是我們在進行夾具結構設計的過程中要保障夾具結構的工藝性達到要求。在保障夾具工藝性和應用性的前提下，夾具的結構設計盡可能的簡單，這樣能夠讓夾具在應用過程中便于操作和維護。同時在夾具結構設計的過程中，還要對夾具結構的標準化程度進行分析，保障夾具的應用互換性。

在傳統形式上的夾具設計過程中，設計人員在夾緊力設計過程中要考量的問題很多，夾具的定位元件夾緊力，夾緊裝置的夾緊力以及夾緊裝置的設計尺寸等都需要充分的考量。在夾具夾緊力設計的過程中，我們要充分的利用幾何學，運動學以及優化設計等方面的知識進行夾緊元件的有效布置和優化設計。在專用夾具夾緊力設計的過程中，我們要對三個問題進行重點分析。首先我們在夾具夾緊力設計的過程中要對工件的自由度模型方案以及運動學定位方案進行確定和分析，其次是我們要在夾緊力按設計的過程中要對定位誤差由充分的計算和分析，最后是我們要通過接觸變形知識來對加工零部件的穩定性進行模型建立，通過模型來進行夾緊力的合理性判斷。

4 在自動化設備專用夾具設計中的夾具安裝設計

專用夾具在自動化設備上的安裝位置直接影響到零件加工表面的加工精度和位置精度，因此要求相關的設計人員在夾具設計的過程中，要對夾具的安裝設計進行充分的考慮。通常情況下我們在夾具的底座位置會設計兩個起到定位作用的定位鍵。目前定位鍵的尺寸和材料已經實現了標準化，因此我們在設計的過程中需要從標準中進行T型塊的選擇即可。通常情況下，我們要求T型塊的安裝配合公差為H8/h8或者是H7/h6，這樣能夠實現夾具的合理安裝。在夾具安裝設計的過程中，我們要求兩個T型塊的設計位置盡可能的大，這樣能夠充分的保障夾具的安裝精度。作為定位鍵的安裝是夾具過兩個定位鍵嵌入到工作臺的同一條T形槽中，再用T形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺上，所以在夾具上還需要提供兩個穿T形螺栓的耳座。如果夾具寬度較大時，可在同側設置兩個耳座，兩耳座的距離要和工作臺兩個T形槽間的距離一致。

5 自動化設備專用夾具的設計發展走勢

首先專用夾具設計標準化：夾具在實現通用性的前提下，為降低夾具本身的成本，朝著標準化的方向發展，在通用夾具、組合夾具的基礎上，制造的夾具應盡量與標準化機床配套，有利于促進機床夾具本身的商品化和規模化生產，降低夾具自身成本。

其次專用夾具設計精密化：隨著社會各行業對機械加工產品的精度要求越來越高，現代機床夾具已向著高精密化的方向發展，夾具的精密化主要體現在夾具結構的設計上，在對夾具進行結構設計時要充分發揮主觀能動性，以實現機械加工向著更高精度的方向發展。

再次專用夾具設計高效化：因加工行業競爭日益激烈，要求機械加工企業要最大限度提高工作效率，因此對機床夾具也提出了更高的要求，首先能適應高速加工的要求，并最大程度降低夾具的輔助時間，提高勞動生產率，保持加工的連續性和安全生產，降低了工人的勞動負荷。

6 結束語

通過上文的闡述我們可以從中了解到自動化設備專用夾具在設計方面的相關問題，專用夾具在設計方面雖然已經取得了一定的成績，但是隨著科學技術的不斷進步和發展，我國在專用夾具的設計方面還有很多的問題需要處理和鉆研。同時我們需要注意的是，在專用夾具設計過程中還是存在一定的問題，這些問題也需要我們在以后的設計工作中給予處理。隨著我國自動化設備的不斷更新，我國在專用夾具的設計工作中也要與時俱進，從專用夾具的標準化，高效化，精密化，柔性化等方面進行創新，只有這樣才能夠讓我國的專用夾具在設計的過程中跟上我國科學技術的發展，才能夠在專用夾具應用的過程中實現性能的提升，使用壽命的延長。

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