工件定位與裝夾方案

張文明，吳國君，張守明，劉冬青，李敬

航天科工第四研究院紅陽機電公司 湖北孝感 432000

1 序言

有過機械加工經歷的人，一定會知道工件的定位與裝夾對于加工的重要性。毫不夸張地說，隨著現代科學技術的不斷進步，各種先進的數控機床、高智能化CAM軟件及高品質刀具不斷涌現，各種形狀、結構及精度的工件特征很容易被加工出來，反而是加工過程中的一些輔助工作，解決起來，往往會讓工藝人員與設備操作人員感覺十分頭痛棘手。

安排加工一款工件，如何解決好對工件的定位與裝夾，是工藝人員與操作人員動刀前首先需要考慮的兩大技術問題，加工一款工件，工件的定位與裝夾的選擇和安排是否合理，對于產品的加工質量與加工效率以及對操作人員的可操作性，都具有很大的影響。對于一些規則結構的工件，加工過程中的定位與裝夾很容易選擇，但對于一些不規則復雜結構、鑄件及薄壁等工件，要想合理解決好工件的定位與裝夾，還是需要費一番周折、動一番腦筋的。筆者就職于一家航天加工制造企業，在生產一線從事工藝設計與數控編程工作，已有近30年的經驗，對于不同結構工件的加工，司空見慣，對于解決工件加工定位與裝夾積累了相當多的經驗。現將怎樣解決工件定位與裝夾的共性經驗總結如下，希望對同行們解決此類問題有所啟示與幫助。

2 工件的定位

選擇好工件的定位基準，是動刀加工前的關鍵一環，工件定位基準選擇的合理與否，對于確保加工工件的尺寸，有著十分重要的影響。由于一般的工件，都會有長、寬、高3個方向的尺寸，所以標注尺寸的基準就會有3個方向的基準。選擇定位基準，在通常情況下，會優先選擇設計基準作為定位基準，如果設計基準不便作為加工的定位基準，那就應選擇其他的點、線或面進行基準的合適轉化。加工的定位基準，用得比較多的方式有：相互垂直的相鄰垂直角三面定位、兩銷一面定位。

對于規則形狀的工件來說，定位基準很容易選擇；而對于不規則形狀的工件，工件本體上幾乎沒有用得著的作為定位用的基準的定位平面或孔，這就要求工藝設計人員，在進行工藝設計時預留出工件加工的定位基準，以方便工件定位。至于怎樣預留定位，下面會選擇幾種典型零件加以說明，在此不再贅述。

3 工件的裝夾

同工件定位一樣，加工一款工件，合適的裝夾工件，也是加工動刀前重要的一環，選擇工件裝夾方式的合適與否，對于操作人員的操作方便性、加工過程的安全性及工件的變形等均有著極大的影響。

工件裝夾需要注重以下幾點：首先是一定要確保工件裝夾牢靠，絕對不允許工件在加工過程中有松動，這是確保加工質量的前提，也是確保加工安全的需要；其次是要注重裝夾的方便，這樣可以減輕操作人員的工作量；再次是盡可能保證工件裝夾的快捷，這樣可以縮減加工的輔助時間，提高加工的效率；最后就是考慮在確保裝夾牢靠、安全的前提下，盡可能減輕裝夾的變形，這對確保工件加工質量意義重大。

工件裝夾的方式多種多樣，加工過程中，原則是針對產品的結構形式，采用合適的方式，因勢利導。主要的方式有：夾緊式、壓緊式和吸附式3種；實現的方式有：人工操作緊固、氣動夾緊和液壓夾緊等。

夾緊工件的主要裝置有：虎鉗、卡盤、真空吸盤和專用夾具等；主要用于緊固的緊固件有：螺栓、螺母、墊圈與壓板等。

4 專用夾具的設計

用于裝夾工件的夾具，分為兩大類，一類是通用夾具，如上面提到的虎鉗（見圖1）、卡盤（見圖2）與真空吸盤（見圖3）等都屬于通用夾具的范疇，這每一大類通用夾具，又有若干的種類與不同的規格，如虎鉗就分平口虎甜、度鉗、組合虎鉗等；卡盤又分自定心卡盤、單動卡盤與六爪卡盤等。通用夾具主要用于一些規則工件的裝夾，主要的特點是裝夾方便、快捷。在加工過程中，工件的裝夾，除了通用夾具用得多，常見外，另一類就是專用夾具，其使用也是必不可少的，對于一些不規則工件的加工，為了方便工件的定位與裝夾，必須制作專用夾具方可實現。

圖1 幾種通用虎鉗

圖2 幾種通用卡盤

圖3 幾種通用真空吸盤夾具

專用夾具的設計是一項技術性很強的工藝技術工作，要求設計者具有較強的加工工藝知識與經驗。設計專用夾具，應遵循以下原則：首先是設計專用夾具也應兼顧設計的通用性，即一夾多用，這種設計理念，在結構相同或相似，只是尺寸大小有差異的同類型產品的加工中更應堅持，也很容易實現；其次是要堅持化繁為簡的設計原則，盡可能讓夾具變得簡易，這樣可以方便制作，以便減少加工制造成本；最后是一定要確保專用夾具的牢靠性，方可保證加工過程與操作人員的人身安全。

5 幾類典型工件毛坯預留工藝基準與裝夾位置的方法

（1）典型工件一：汽車發動機缸體 汽車發動機缸體（見圖4）的毛坯制作一般采用鑄造成型，分布在缸體上的所有安裝面與安裝孔，均需采用機械加工的工藝方法加工成形。發動機缸體毛坯由于采用鑄造成型，所以后續加工的留量不均勻，首序加工余量協調的合適與否對后續加工的影響甚大。擁有機械加工經驗的人都知道，一般的鑄件加工，在動刀加工之前都需安排劃線人員，對毛坯進行尺寸協調，將線劃在毛坯表面，操作人員需要參考劃線來進行加工。由于一款發動機缸體要劃的線往往成千上萬，加上缸體需要協調的尺寸成百上千個，選擇人工劃線協調進行加工首序，顯然是不現實的，所以，必須在毛坯上留出工藝基準孔或工藝基準面來作為首序的定位基準，制作專用工裝來進行加工。發動機缸體的預留工藝基準，一般是在適當位置選擇預鑄兩個扁形錐銷孔或圓形孔及幾處小平臺面來作為首序的定位基準，這樣方可保證首序加工的準確與高效。

圖4 某款汽車發動機缸體毛坯

（2）典型工件二：飛行器之翼 飛行器之翼（見圖5）俗稱飛行器之“肢膀”，為減小飛行器在飛行過程中的阻力，其表面結構形式一般會選擇設計成復合角度的流線結構。根據產品批量大小，翼的毛坯一般會選擇兩種供坯方式，一種是采用鑄件的方式，另一種是采用板材直接加工的方式。無論采用何種毛坯方式，在加工過程中直接選用翼的表面直接定位進行加工，都是不可取的，只有在翼的邊緣預留出合適的工藝凸臺用于定位與裝夾，才是最好的工藝選擇方式。

圖5 某飛行器之翼

（3）典型工件三：口框類工件 口框類工件（見圖6）在飛行器艙段上的種類與結構形式眾多，但都有一個共性，就是結構壁薄，外表面或內表面呈圓柱狀或圓錐狀，跟上面提到的飛行器之翼一樣，毛坯的供坯方式也會根據產品的批量，選擇鑄造或直接選用板材加工。定位與裝夾，亦需在工件上預先設計去工藝凸臺，以方便口框的正常加工。口框的結構形式多種多樣，選擇設計工藝凸臺的位置，也應針對口框的結構，具體工件，具體布局。設計工藝凸臺，主要是基于兩個考慮，其一是方便定位與裝夾；其二是增強加工工藝系統的剛性，防止工件在加工過程中產生變形。

圖6 某飛行器上的一款口框零件

6 工件定位與裝夾的禁忌

1）在使用虎鉗裝夾工件時，忌將活動鉗口面作為數控加工X、Y、Z三個方向的基準，基準一定要選擇在固定鉗口面，因為工件毛坯有公差，選擇活動鉗口面做基準，會影響尺寸加工精度。

2）工件裝夾的受力點，忌安排在結構懸空的位置，避免工件裝夾不實與防止工件受力變形。

3）薄壁工件的裝夾忌夾緊力過大、夾緊過程用力過猛或直接在薄壁上搭壓板壓緊工件，會造成工件變形。

4）定位忌選擇過定位，會使得定位尺寸的精度過嚴，人為增加制造難度，提高加工成本。

5）定位忌不將夾具與工件的定位表面，包括定位的平臺、定位銷與定位孔表面清理干凈。由于直接將工件定位夾緊，會造成定位不準確，所以裝夾工件之前，一定要將工裝與工件表面吹、擦、沖拭干凈，表面若有銹，需用砂布去除。

6）夾具用完后，一定要保管好，在定位表面涂上防銹油，進行封存保管。

7 結束語

工件的定位與裝夾，雖然定義為機械加工的輔助工作，但確實是動刀加工前兩個重要的工作環節。定位與裝夾方案選擇的合適與否，對工件的加工質量、加工效率及加工的可靠性與安全性有著直接的影響，草率不得、馬虎不得，要想做到選擇定位與裝夾合理、科學，需要在實踐加工過程中多摸索、多總結，方可做到熟能生巧。