數(shù)控加工機(jī)械零件中的專用夾具設(shè)計(jì)

劉華華

摘 要： 科技快速發(fā)展背景下，數(shù)控技術(shù)以其諸多優(yōu)勢和特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件生產(chǎn)中。不僅優(yōu)化了傳統(tǒng)機(jī)械零件設(shè)計(jì)精度和加工質(zhì)量，也進(jìn)一步推動(dòng)了機(jī)械零件數(shù)控加工作業(yè)發(fā)展進(jìn)程。專用夾具作為數(shù)控加工機(jī)械零件中的重要組成部分，合理設(shè)計(jì)專用夾具是實(shí)現(xiàn)精細(xì)加工的關(guān)鍵所在。主要圍繞數(shù)控加工機(jī)械零件中專用夾具的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了一系列討論。先后概述了數(shù)控加工的概念、特點(diǎn)、基本流程以及基本原則，分析了數(shù)控加工機(jī)械零件中專用夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)和選擇要點(diǎn)，進(jìn)而以鎖芯零件專用夾具設(shè)計(jì)為例進(jìn)行了具體案例分析。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控加工 機(jī)械零件 專用夾具 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TG75文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）03-0023-03

Design of Special Fixtures in CNC Machining Machine Parts

LIU Huahua

Hubei Three Gorges Polytechnic， Yichang， Hubei Province， 443199 China

Abstract： Under the background of the rapid development of science and technology， CNC technology is widely used in the production of mechanical parts with its many advantages and features， which not only optimizes the de‐sign accuracy and processing quality of traditional mechanical parts， but also further promotes the development pro‐cess of the CNC machining operations of mechanical parts. Special fixtures are the important parts of CNC ma‐chining machine parts， and the reasonable design of special fixtures is the key to realizing fine machining. This paper mainly makes a series of discussions on the design of special fixtures in CNC machining machine parts. It succes‐sively outlines the concept， characteristics， basic processes and basic principles of CNC machining， analyzes the de‐sign and selection points of special fixtures in CNC machining machine parts， and takes the design of special fixtures for lock cylinder parts as an example to analyze specific cases.

Key Words： CNC machining； Mechanical parts； Special fixture； Design

為更好地保障數(shù)控加工質(zhì)量與效率，發(fā)揮專用夾具的作用，設(shè)計(jì)人員前期要做好專用夾具設(shè)計(jì)工作，不斷調(diào)整專用夾具設(shè)計(jì)質(zhì)量，使之能夠有效輔助數(shù)控加工。相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)提高對(duì)數(shù)控加工機(jī)械零件專用夾具設(shè)計(jì)的認(rèn)知，把握好數(shù)控加工的基本概念、特點(diǎn)、加工工藝流程和原則，明確專用夾具設(shè)計(jì)和選擇要點(diǎn)，進(jìn)而根據(jù)具體設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

1 數(shù)控加工概述

1.1 概念與特點(diǎn)

數(shù)控加工是一種通過計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化加工方式，利用數(shù)控機(jī)床對(duì)工件進(jìn)行精確、高效的加工處理。數(shù)控加工機(jī)械零件特點(diǎn)眾多，包括高精度、高效率、穩(wěn)定性、靈活性等方面[1]。其中，高精度主要體現(xiàn)在微米或更高精度范圍內(nèi)進(jìn)行加工；高效率體現(xiàn)在與傳統(tǒng)手工加工效率對(duì)比上，數(shù)控加工的速度與效率整體較高；穩(wěn)定性體現(xiàn)在數(shù)控加工由計(jì)算機(jī)程序控制，能夠在一定程度上避免人為因素造成的加工誤差，從而保障加工質(zhì)量的穩(wěn)定效果；靈活性體現(xiàn)在數(shù)控加工能夠根據(jù)不同工件加工需求靈活調(diào)整加工路徑和參數(shù)，保證了加工零件的精度和質(zhì)量[1]。

1.2 基本流程

數(shù)控加工流程主要涉及六個(gè)步驟，即設(shè)計(jì)加工圖紙、編寫加工程序、設(shè)置機(jī)床參數(shù)、調(diào)試測試、加工操作和檢驗(yàn)修正。編寫加工程序環(huán)節(jié)，指根據(jù)加工圖紙，使用特定的數(shù)控編程語言編寫加工程序。設(shè)置機(jī)床參數(shù)環(huán)節(jié)，指根據(jù)加工程序，設(shè)置數(shù)控機(jī)床的相關(guān)參數(shù)。調(diào)試測試環(huán)節(jié)，即對(duì)加工程序進(jìn)行調(diào)試和測試，確保程序的正確性和可行性。加工操作環(huán)節(jié)，指將加工程序輸入數(shù)控機(jī)床，啟動(dòng)加工過程。檢驗(yàn)修正環(huán)節(jié)，主要是對(duì)加工后的工件進(jìn)行檢驗(yàn)和修整，確保加工精度和質(zhì)量的要求。數(shù)控夾具結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 數(shù)控加工機(jī)械零件中專用夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 精準(zhǔn)定位

要想保障專用夾具的設(shè)計(jì)質(zhì)量，滿足加工過程中的位置精度要求，則需確保夾具能夠精準(zhǔn)定位。通過合理設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)和加工定位元件，確保工件能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地定位在加工位置上，防止在加工過程中發(fā)生位置偏移。設(shè)計(jì)和操作人員應(yīng)在全面熟悉圖紙的基礎(chǔ)上，將專用夾具安裝到數(shù)控機(jī)床并進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，盡可能降低夾具偏差值。

2.2 可適應(yīng)性

專用夾具的設(shè)計(jì)對(duì)其作用有很大影響，不同專用夾具所產(chǎn)生的作用也各不相同。因此，在數(shù)控加工機(jī)械零件中設(shè)計(jì)專用夾具時(shí)，應(yīng)從可適應(yīng)性角度考慮，包括不同形狀、尺寸的工件的加工需求，以滿足實(shí)際需求。這就要求相關(guān)人員在設(shè)計(jì)過程中能夠靈活調(diào)整夾具結(jié)構(gòu)，科學(xué)把握夾具設(shè)計(jì)方案，以適應(yīng)不同工件的夾持要求，使專用夾具作用得到充分發(fā)揮[2]。

2.3 剛性需求

數(shù)控加工機(jī)械零件中專用夾具的剛性對(duì)于加工零件的穩(wěn)定性和精度至關(guān)重要。加工期間，夾持部位的應(yīng)力相對(duì)較為集中，只有保持足夠的剛性，才能夠防止夾具在加工過程中發(fā)生變形或振動(dòng)，避免出現(xiàn)崩邊等危險(xiǎn)情況。

3 數(shù)控加工機(jī)械零件中專用夾具選擇要點(diǎn)

（1）夾持方式：根據(jù)機(jī)械零件的形狀、尺寸和加工要求選擇合適的夾持方式，如機(jī)械固定夾持、氣動(dòng)夾持、液壓夾持等，確保夾具能夠牢固地夾持住工件。（2）夾緊力和穩(wěn)定性：選擇夾具時(shí)需要考慮到夾具的夾緊力，確保工件能夠在加工過程中穩(wěn)定夾持。夾具需要具有足夠的剛性和穩(wěn)定性，避免因夾持力不足或夾具變形而導(dǎo)致工件位移或變形。（3）加工精度要求：根據(jù)加工零件的精度要求，選擇適當(dāng)?shù)膴A具[3]。對(duì)于精密加工的零件，夾具的剛性、穩(wěn)定性和精度需求較高，可以選擇精密夾具或自動(dòng)對(duì)中夾具，確保加工精度。（4）安全性和可靠性：夾具的選擇應(yīng)考慮到安全性和可靠性，確保夾具的牢固性和穩(wěn)定性，避免因夾具松動(dòng)或脫落導(dǎo)致的意外事故。特別是在高速加工和重負(fù)載加工中，需要選擇具備足夠強(qiáng)度和剛性的夾具。（5）夾具的調(diào)整和操作便利性：選擇具有方便調(diào)整和操作的夾具，能夠使操作人員快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行夾具的調(diào)整和工件的裝夾。（6）維護(hù)和保養(yǎng)便利性：選擇夾具時(shí)要考慮其維護(hù)和保養(yǎng)的便利性。夾具應(yīng)設(shè)計(jì)成易于清潔和潤滑的結(jié)構(gòu)，合理選擇耐磨和耐腐蝕的材料，延長夾具的使用壽命。

4 數(shù)控加工機(jī)械零件中專用夾具的作用分析

數(shù)控加工機(jī)械零件中專用夾具不僅能夠保障工件的準(zhǔn)確定位、提供穩(wěn)定的夾持力，還能夠保護(hù)工件表面、提高加工效率和質(zhì)量。專用夾具能夠?qū)⒐ぜ潭ㄔ诩庸づ_(tái)上或夾具上，確保工件能夠準(zhǔn)確定位和固定，以保證加工的精度和穩(wěn)定性。同時(shí)提供足夠的夾持力，將工件夾緊并保持穩(wěn)定的姿態(tài)，即使在高速加工或重負(fù)載加工中也能保持工件的穩(wěn)定性，使工件在加工過程中不會(huì)發(fā)生位移或變形。在保護(hù)工件表面方面，專用夾具能夠根據(jù)工件的形狀和表面特征設(shè)計(jì)夾爪或墊片，保護(hù)工件的精密表面免受加工過程中的沖擊或摩擦[4]。

5 案例分析：以鎖芯零件專用夾具設(shè)計(jì)為例

5.1 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)

工藝規(guī)程設(shè)計(jì)師在制訂生產(chǎn)工藝方案的基礎(chǔ)上，確定實(shí)施該工藝方案所涉及的相關(guān)要素，包括如相關(guān)文件支持、零件加工方式方法、材料選擇等。就鎖芯零件專用夾具設(shè)計(jì)的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)而言，首先要根據(jù)圖樣技術(shù)要求、產(chǎn)品使用要求、零件具體作用等內(nèi)容，制定工藝過程相關(guān)文件，確保文件具備較高的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益支持，滿足基本加工要求。其次，選擇適宜的加工方式方法，并能夠依據(jù)零件材料特征、技術(shù)條件、零件尺寸需求等因素進(jìn)行加工方式方法確定。例如：零件表面加工需從其幾何特點(diǎn)出發(fā)，確定加工方法范圍，包括獲取外圓表面、齒面、內(nèi)孔表面的加工方法等。最后，選擇毛坯時(shí)，應(yīng)結(jié)合材料特征、力學(xué)性能差異，根據(jù)零件加工需求、形狀及大小特征靈活選擇材料。例如：針對(duì)零件外形較小且復(fù)雜的情況，可以采取精密鑄造法進(jìn)行加工；當(dāng)材料較薄時(shí)，則需避免采取砂型鑄造法進(jìn)行加工。

5.2 設(shè)計(jì)方案

式中：T為加工總時(shí)間；m為加工次數(shù)；n為單次加工零件數(shù)量。

5.3 設(shè)計(jì)要求

鎖芯零件專用夾具的設(shè)計(jì)要求包括夾持力要求、定位精度要求、夾具材料選擇、表面保護(hù)要求、操作方便性等方面。（1）夾持力要求。鎖芯零件在加工過程中需要被牢固夾持，以防止位移或變形。設(shè)計(jì)夾具時(shí)需要保證夾持部件能夠提供足夠的夾持力，以適應(yīng)加工過程中的切削力和震動(dòng)力。（2）定位精度要求。鎖芯零件的加工過程中需要保持一定的定位精度，以確保加工的準(zhǔn)確性和一致性。夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮定位元件的位置和形狀，以實(shí)現(xiàn)工件的精確定位。還應(yīng)注意定位元件的剛性和穩(wěn)定性，以免在加工過程中產(chǎn)生位移。（3）夾具材料選擇。夾具的材料選擇要考慮其強(qiáng)度、剛度、耐磨性和耐腐蝕性等要求。鑒于鎖芯零件的加工要求通常較高，所選材料應(yīng)具備較高的耐用性和抗變形能力，確保夾具長時(shí)間使用而不失去性能。（4）表面保護(hù)要求。鎖芯零件的外表需要保持完好，以免在夾具的夾持過程中被刮擦或損壞[6]。在夾具設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮采用軟墊片、切割涂層或其他保護(hù)措施，以保護(hù)工件表面。（5）操作方便性。夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到操作人員的實(shí)際需求，使夾具的安裝、調(diào)試和更換等工作盡可能簡便易行。此外，夾持部件的設(shè)置應(yīng)具備一定的調(diào)整空間，以適應(yīng)不同工件的特殊尺寸和形狀。

5.4 設(shè)計(jì)圖紙

圖紙?jiān)O(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，是指引實(shí)際加工操作的重要依據(jù)。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，應(yīng)綜合考慮各環(huán)節(jié)圖紙的合理設(shè)計(jì)，包括如夾具總圖、夾持部件圖、定位元件圖、過程尺寸圖、組裝圖等。通過設(shè)計(jì)圖紙的詳細(xì)標(biāo)注和規(guī)范，夾具制造人員可以準(zhǔn)確理解設(shè)計(jì)意圖，并按照要求進(jìn)行制造和裝配。同時(shí)，設(shè)計(jì)圖紙也是夾具使用和維護(hù)的指南，為操作人員提供正確的使用方法和維護(hù)規(guī)范，以確保夾具能夠正常工作并長時(shí)間使用。

6 結(jié)語

為進(jìn)一步提升機(jī)械零件精度與生產(chǎn)質(zhì)量，滿足時(shí)代背景下社會(huì)提出的新要求，加強(qiáng)數(shù)控加工技術(shù)研究十分必要。專用夾具設(shè)計(jì)對(duì)提高加工精度和效率的影響很大。相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)具備專業(yè)知識(shí)，充分了解并把握數(shù)控加工機(jī)械零件中專用夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)和選擇要點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際加工需求科學(xué)設(shè)計(jì)專用夾具，以輔助數(shù)控加工機(jī)械零件，提高數(shù)控加工機(jī)械零件加工過程中的可靠性和實(shí)用性。此外，在科技不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，還需繼續(xù)探索和改進(jìn)專用夾具設(shè)計(jì)，不斷完善專用夾具設(shè)計(jì)，以推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]李創(chuàng)奇.數(shù)控加工夾具巧用兩例[J].金屬加工（冷加工），2020（S1）：67-70.

[2]王振洲.鋁合金薄壁零件數(shù)控加工夾具及相關(guān)問題研究[J].世界有色金屬，2019（11）：20-21.

[3]范一，劉成藝.Z MA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架加工的專用夾具設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（15）：191-192.

[4]劉濤，溫衛(wèi)東，閆博，等.多工位數(shù)控增效專用夾具的設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝，2019（4）：19-21.

[5]平艷玲.數(shù)控加工中的工藝與夾具設(shè)計(jì)若干問題研究[J].設(shè)備管理與維修，2019（6）：158-159.

[6]石濤.數(shù)控加工機(jī)械零件中的專用夾具設(shè)計(jì)研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（2）：30，32.