淺談夾具的設計、加工和裝配

賓利文

摘要：本文主要圍繞夾具的設計、加工、裝配展開探討，其中，基于半導體產品可靠性測試的案例，針對夾具設計進行了分析，也針對機床夾具的設計實施了詳細討論，以期為相關研究提供參考。

關鍵詞：夾具;設計;加工;裝配

0? 引言

在整個工業發展過程中，各個產品的檢測、加工以及運輸都離不開夾具的使用，如加工行業的機床夾具、半導體行業的可靠性測試夾具以及非標設備的各類專用夾具等等，一個好的夾具不僅僅可以大大提高工作效率節約時間成本、人工成本，更可以大大提高產品質量以及可靠性，因此，設計優良的夾具不管是對生產還是對檢測或者是運輸都很是重要。

1? 用于半導體產品在做可靠性測試時的專用夾具設計案例

半導體產品在生產過程中會用到多功能推拉測試機檢測產品金線或者鋁線以及焊球的可靠性，線和球的大小都很小，幾微米到幾十微米，拿SOP系列、SOT系列來舉例，這類產品比較長，尺寸是長250mm、寬70mm、厚0.2mm，測試方式為局部（30mm左右）測試完后移動產品測試下一個區域，目前大多數夾具的設計都比較長，整個托板有300毫米長厚8mm左右，為了上下兩塊板要壓緊中間30mm左右的測試區域，所以平面度要求很高，其它長度區域只是用于托住產品防止下垂而導致損壞產品，對于這種長度的板不僅僅增加加工難度，而且很難保證加工要求，所以設計時需要結合加工的實際情況給出合理的設計方案，對于300mm厚8mm的板在加工時肯定會有變形，并且板越長越容易變形，這種方案不僅加工那邊叫苦連天，且加工出來后還不一定合格，重量也重，因此設計時要避開薄長板和細長板，一定要保證測試區域的平面度，其它區域用其它方法托住產品即可，如板的長度設計成150mm，其它長度用兩根桿代替，這樣不僅保證了精度，還大大降低加工難度，節省了大量的加工時間和成本。

2? 夾具設計

夾具設計不管是簡單還是復雜都為實現一定的功能與應用，設計時更要考慮后續的加工和裝配，對于量大的和量少的要用合理的加工工藝和選用適當的裝配方法，降低生產成本，在設計過程中要考慮受力狀態、結構強度、定位以及使用壽命。

2.1 設計內容分析

①受力狀態。設計前首先要分析夾具的受力狀態，不同的受力會影響到整個夾具形狀，特別是有空間限制的設備，因此要分析整個受力狀態，合理的布置夾具的形態。

②結構設計。它是保證夾具的性能和安全的關鍵，包括材料的選擇、零部件的形狀、強度和尺寸等各種計算、人機協調等等，在尺寸受限的情況更要考慮每個零部件的受力情況和形狀，并優先采用標準件原則。

③定位。定位是整個夾具的核心，采用六點定位準則合理限制自由度，在實際設計中，限制的自由度只要能夠滿足條件即可，這樣可以簡化夾具，節省裝夾時間，這叫不完全定位，特別要區分的是加緊和定位是兩個概念，夾緊是讓工件或者產品不移動，定位是每一個產品或工件是在同一個定位基準上。

④使用壽命。根據使用的環境和工作狀況，夾具的磨損在所難免，因此易磨損的部位一定要設計成容易更換和檢查，結構設計時合理的選著摩擦副，或者滑動摩擦設計成滾動摩擦，甚至熱處理增加硬度等等，以便提高夾具的使用壽命。

2.2 機床夾具

①設計準備。實際開展機床夾具設計操作的過程中，需要確保各環節設計準備工作發揮出較高的實效性，準備工作的內容包括：原始資料收集和整理、了解設計目的，隨后，需要對上述內容開展細化分類操作，簡單來講，即為設計人員對機電產品的零件設計及裝配圖紙開展詳細的研究分析操作，然后，仔細觀察各零件重要特征，包括剛度、形狀、重量以及結構等。此外，針對一些特殊的機床夾具還應該對其零件毛坯種類和加工工藝流程、規定等進行有效分析和記錄。

②設計流程：

1）了解夾具種類。夾具種類較為豐富，需要結合夾具的使用方法和使用目的對其進行設計。機床夾具的種類包括：組合夾具、通用夾具以及專用夾具等，基于機床差異化特點還可以分為銑床夾具、車床夾具等。基于此，實際開展機床夾具設計操作的過程中，有效了解夾具種類的重要性較高，如此一來，才可以確保相關設計操作的針對性，對于優化設計質量，節省設計時間均存在積極影響。

2）明確工序定位及夾緊方式。針對機床夾具開展具體設計的過程中，便需要仔細考量后期工作過程中可能出現的問題，以為后期各環節設計工作均可以發揮較高的有效性和精準性，設計時需要確保前后工序的統一，其中應重點注意的是，每次只能開展一次粗加工基準操作。同時，應用夾緊和和切削力平衡夾緊裝置開展相關工作的過程中，應重視減少輔助的時間。

3）準確把握夾具基準。夾具的基準具體有：工件測量基準、刀基準等，實際開展工件加工操作時，開展基準操作的主要目的為對道具對應位置進行精準定位操作，經由合理調整及校對夾具的方式，可以促使夾具在具體應用時基于自身對應機床位置開展相應的調整和校對操作，如此一來，才可以確保夾具的基準統一，進而保證加工結果的準確性。

4）確保夾具體設計質量。一般來講，夾具體的結構需要單獨結合相關數據，利用專屬的加工工藝手段開展具體設計。針對一些精密度要求較高的夾具還需要開展特殊處理，有助于防止后期操作過程中出現夾具變形問題。

3? 夾具設計注意事項與加工工藝選擇

一個夾具的設計流程：需求、出方案、確認方案、出圖、安排加工、裝配、測試、交貨，整個項目中的配件需結合自身加工條件和設備合理的安排加工工藝和公差，加工一定會存在公差，設計時公差要合理，關鍵部位要求高的，加工很難達到的要通過結構設計規避，不能天馬行空隨意設計，如一個零件的臺階內側要求不能有圓角，但加工一定會存在圓角，所以設計時可以通過工藝槽去掉加工圓角，不能靠加工設備保證零圓角，在比如砂輪的越程槽、螺紋的退刀槽，因此要避免高難度配件的加工，零部件要設計成簡單易加工，并且盡量采用常規機加工設備加工，避免采用高尖設備加工，從而大大降低生產成本。

在安排加工工藝時，對每個零部件的要求要選著適當的加工工藝和加工方法，加工工藝如滲氮工藝、熱處理工藝、去應力工藝等等，加工方法如磨削加工、CNC加工、銑床加工、車床加工甚至電火花和線切割加工等等，合理的加工方法和工藝可以大大提高產品的質量，保證加工精度，提高生產效率，更為后續夾具的裝配節約大量的時間和成本。

4? 夾具裝配工藝

裝配工藝分互換裝配法、選配裝配法、修配裝配法，互換裝配分完全互換法和不完全互換法，選配裝配法分直接選配法、分組選配法、復合選配法，修配裝配法又有單件修配、合并加工修配和自身加工修配。

4.1 通用夾具裝配

通用夾具的裝配工藝建議采用可互換法裝配，一般通用夾具的量比較大，在成本允許的的前提下用完全互換法裝配可大大提高生產效率，節約人工成本和時間成本，特別是在人工成本比較大的環境下，這點尤為重要。

4.2 專用夾具裝配

專用夾具一般屬于單套，加工成本比較高，因此建議采用修配裝配法，降低加工成本，修配法可以達到很高的裝配精度，不僅大大滿足使用要求，雖然生產效率低，但是在量上基本上屬于單套，所以在設計上就能想到用調整裝配法，降低加工精度，節約加工成本。

5? 結語

夾具的設計、零部件的加工和夾具裝配三者不可分割，在設計時不僅要達到具體功能，還要考慮加工環節、裝配環節，要能做到使每個零部件的加工方便，整套夾具的裝配簡單，容易達到預期的裝配精度、運行精度、定位精度，在設計每個零部件時更要考慮到自身的加工條件，制定合理的加工工藝，避免大量定制，多用標準件。

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