如何提高学生机床夹具的设计能力

单忠生

机床夹具设计是机械类专业的一门重要专业课程，具有较强的实践应用性。在实践教学中，笔者发现学生面对夹具设计任务书往往不知从何着手，毫无头绪，因此，首先让学生掌握机床夹具设计方法和步骤显得尤为重要。

一般情况下，夹具设计大致可分为4个步骤，即收集和研究有关资料，确定夹具的结构方案，绘制夹具总图和确定并标注有关尺寸、配合及夹具技术条件等。

收集和研究有关资料

特别应提醒学生一定要认真研究夹具设计任务书，因为其中有对定位基准、夹紧方案及有关要求的说明。学生应根据夹具设计任务书进行夹具的结构设计。为了使所设计的夹具能够满足上述基本要求，设计前要认真收集和研究如下有关资料。

生产批量夹具结构的合理性及经济性与生产批量有着密切的关系。大批、大量生产多采用气动、液压或其他机动夹具，其自动化程度高，同时夹紧的工件数量多，结构也比较复杂。中、小批量生产，宜采用结构简单、成本低廉的手动夹具以及万能通用夹具或组合夹具。

零件图及工序图零件图是夹具设计的重要资料之一，它给出工件在尺寸、位置等方面精度的总要求。工序图则给出所用夹具加工工件的工序尺寸、工序基准、已加工表面、待加工表面、工序加工精度要求等，它是设计夹具的主要依据。

零件工艺规程零件的工艺规程标明该工序所用的机床、刀具、加工余量、切削用量、工步安排、工时定额及同时加工的工件数目等，这些都是确定夹具的结构尺寸、形式、夹紧装置以及夹具与机床连接部分的结构尺寸的主要依据。

夹具典型结构及有关标准教师平时要多收集典型夹具结构图册和有关夹具零部件标准等资料。授课时要多举典型夹具实例来说明，使学生了解工厂制造、使用夹具情况以及国内外同类型夹具的资料，还要培养学生学会查阅相关资料和工具书的能力，以便使学生所设计的夹具能够适合生产实际，吸收先进经验，并尽量采用国际标准。

确定夹具的结构方案

在广泛收集和研究有关资料的基础上，引导学生利用所学夹具设计的基本理论知识来指导实践，着手拟定夹具的结构方案，主要包括：根据工件定位原理，确定工件的定位方式、选择定位元件；确定工件的夹紧方式，选择适宜的夹紧装置；确定刀具的对准及引导方式，选择刀具的对准及引导元件；确定其他元件或装置的结构型式，如定位元件、分度装置等；协调各元件、装置的布局，确定夹具具体结构尺寸和总体结构。

学生在确定夹具结构方案的过程中，工件定位、夹紧、对刀和夹具在机床上定位等各部分的结构以及总体布局可能会有几种不同的方案，要求他们都应画出草图，最后可通过必要的计算（如定位误差及夹紧力的计算）和分析比较，从中选取较为合理的方案。

绘制夹具总图

绘制夹具总图除了应遵循国家制图标准外，还应使学生注意夹具设计中的一些习惯和规定，如绘制比例应尽量取1∶1，以便使图形有良好的直观性。夹具总图中在能清楚表达夹具内部结构和各元件、装置位置关系的情况下，视图的数目应尽量少。

总图的主视图应取操作者实际工作时的位置，以便于夹具装配及使用时参考。被加工工件在夹具中被看作为“透明体”，所画的工件轮廓线与夹具上的任何线彼此独立，不相干涉，其外轮廓以黑色双点划线表示。

绘制总图的顺序是先用双点划线绘出工件轮廓外形和主要表面的几个视图，并用网纹线表示出加工余量。围绕工件的几个视图依次绘出定位元件、夹紧机构、对刀及夹具定位元件以及其他元件、装置，最后绘制出夹具体及连接元件，把夹具的各组成元件和装置连成一体。

夹具总图上，还应画出零件明细表和标题栏，写明夹具名称及零件明细表上所规定的内容。

确定并标注有关尺寸、配合及夹具技术条件

这是夹具设计中比较重要和困难的一步，由于学生经验少，往往这方面处理不好，致使制造出来的夹具不能保证工件的加工质量，所以教师应提醒学生注意多参考成功的案例，学会查阅相关的技术手册。在标注有关尺寸、技术要求时应从以下几个方面入手。

应标注的尺寸及配合在夹具总图上应标注的尺寸及配合有5类。1）工件与定位元件的联系尺寸。常指工件以孔在心轴或定位销上（或工件以外圆在内孔中）定位时，工件定位表面与夹具上定位元件间的配合尺寸及公差等级。2）夹具与刀具的联系尺寸。用来确定夹具上对刀、导引元件位置的尺寸。对于铣、刨床夹具，是指对刀元件与定位元件的位置尺寸；对于钻、镗床夹具，则是指钻（镗）套与定位元件间的位置尺寸，钻（镗）套之间的位置尺寸，以及钻（镗）套与刀具导向部分的配合尺寸等。3）夹具与机床的联系尺寸。用于确定夹具在机床上正确位置的尺寸。对于车、磨床夹具，主要是指夹具与主轴端的连接尺寸；对于铣、刨床夹具，则是指夹具上的定向键与机床上的T型槽的配合尺寸。4）夹具内部的配合尺寸。它们与工件、机床、刀具无关，主要是为了保证夹具装配后能满足规定的使用要求。5）夹具的外轮廓尺寸。一般指夹具最大外形轮廓尺寸。若夹具上有可动部分，应包括可动部分处于极限位置所占的空间尺寸。

上述诸尺寸公差的确定可分为2种情况处理：一是夹具上定位元件之间，对刀、导引元件之间的尺寸公差，直接对工件上相应的加工尺寸发生影响，因此可根据工件的加工尺寸公差确定，一般可取工件加工尺寸公差的1/3～1/5；二是定位元件与夹具体的配合尺寸公差，夹紧装置各组成零件间的配合尺寸公差等，则应根据其功能和装配要求，按一般公差与配合原则决定。

应标注的技术要求在夹具总图上应标注的技术要求（位置精度要求）有以下几个方面：1）定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求，其作用是保证工件加工面与工件定位基准面间的位置精度；2）定位元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求；3）对刀元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求；4）定位元件与导引元件的位置要求。上述技术条件是保证工件相应的加工要求所必需的，其数值应取工件相应技术要求所规定数值的1/3～1/5。

（作者单位：河北省玉田县职业技术教育中心）