组合夹具拆装实验操作过程技巧的研究

宋玉梅

（长春大学 机械工程学院,吉林 长春130022）

1 组合夹具拆装实验开设的目的和意义

机械制造业是制造业的核心，是制造机械产品的工业部门，也是为国民经济各部门提供装备的部门。机械制造业的生产能力和发展标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度。而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标志[1]。而装备制造过程中的一项最基本的活动就是零件的加工。零件在工艺规程指定以后，就要按工艺规程顺序进行加工。加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。夹具被喻为机床的手，机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中的一项重要的工作。因此，机床夹具设计成为《机械制造技术基础》课程的一项重要内容。

机床夹具的有多种分类方法，按夹具的使用范围来分有下面的五种类型：通用夹具、专用夹具、组合夹具、成组夹具和可调整夹具、随行夹具。组合夹具根据标准化、模块化的原理，在夹具元件和组件完全标准化的基础上，利用一套标准化的夹具元件进行组合而成。标准元件有不同的形状，尺寸和功能，其配合部分有良好的互换性和耐磨性。使用时，可根据被加工工件的结构和工序要求，选用适当元件进行组合联接，形成一专用夹具，也可组装成具有一定柔性的可调整夹具。用完后可将元件拆卸、清洗、涂油、入库，以备后用。由于这种夹具灵活多变，万能性强，大大减少了夹具的设计和制造工作量，所以它特别适合单件、小批量生产以及新产品的试制。由此可见，组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想，又符合节约资源的原则，更适合绿色制造的环境保护原理。所以是今后夹具技术的一个重要发展方向。我国国内的组合夹具始于20世纪60年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。当时产品均为引进前苏联乌斯贝槽系组合夹具系统。推广应用遍及机械、航空、电子轻工、造船、纺织等各类制造业，取得丰硕的社会、经济效益。在使用过程中改进并修改了原系统，建立了适合我国国情、有我国特色的槽系组合夹具系统。在当时曾达到全国年产组合夹具元件800万件的水平。至今天津、保定二厂仍是我国组合夹具的主要生产基地。20世纪80年代以后，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家[2]。

随着数控机床、柔性制造系统的迅猛发展，组合夹具在机械制造专业起着越来越大的作用。为此，长春大学从2008年起对机械专业大三的学生开设了组合夹具拆装实验。通过学生对于典型件的从零件分析、夹具设计、实际组装整个过程的参与，不但可以提高学生的实际动手能力而且也是培养学生的科学态度、创新精神、集体协作精神的一种有效手段。

2 组合夹具拆装实验操作中存在的问题

从08年开设组合夹具拆装实验至今，发现学生在设计和组装组合夹具的过程中存在很多问题，现归纳如下：

2.1 由于学校购置的组合夹具台套数有限，指导教师只能对现有标准元件进行介绍，使学生对组合夹具的认识比较笼统，有一定的片面性。

2.2 学生由于缺乏生产实际经验，对于组合夹具各标准元件的的作用理解的一知半解，以至于在设计时不能准确选择正确元件进行合理的组装；

2.3 虽然知道典型定位方式，但用这些方式进行定位时各定位元件究竟限制哪些自由度不是很清楚；

2.4 不知道应如何进行合理的夹紧；

2.5 进行组合夹具设计时组装顺序不合理。

3 从实验操作过程技巧入手进行解决

3.1 认清组合夹具各元件的种类及其用途是前提，组合夹具按组装时元件间连接基面的形状，可分为槽系和孔系两种基本类型。

槽系组合夹具以槽（T形槽、键槽）和键相配合的方式来实现元件间的定位，由T形槽螺钉来固定的。因元件的位置可沿槽的纵向作无级调节，故组装十分灵活，适用范围广，是最早发展起来的组合夹具系统。

孔系组合夹具主要元件表面为圆柱孔和螺纹孔组成的坐标孔系，通过定位销和螺钉来实现元件之间的组装和紧固。

在进行组合夹具设计、组装前，应运用实物、图片、视频等多种方式首先让同学们熟悉组合夹具标准元件的结构、用途，这样才能为后续的工作打下一个良好的基础。

3.2 让学生加深对典型定位方式及各种定位方式所限制自由度的认识

本次实验用到的典型定位方式有平面定位、孔定位、外圆定位。

首先让学生了解各种典型定位方式的特点、所限制的自由度。在定位时应符合六点定位原理，让学生加深对于欠定位和过定位的概念的理解，并在具体的设计中指导学生去处理欠定位和过定位的情况。

鉴于实际操作时常出现的一面两孔定位时两销所实际限制自由度的含混情况应特别给予强调说明，并用实物演示的方法讲解两销的放置注意事项及其所限制的自由度情况。

3.3 明确夹紧机构的设计原则

在实际操作时学生往往不知道应该如何去夹紧，夹紧在工件的什么位置上。这就要配合实际的演示强调夹紧机构的设计原则：

3.3.1 保证工件定位的正确，以及工件在整个加工过程中位置不发生变化。

3.3.2 夹紧力应尽可能分配在工件较大的面积上，以减少单位面积压力。

3.3.3 夹紧力应作用在工件刚性最好的部位，以防止工件变形，而因夹紧力产生的工件变形不应超出工件允许的公差范围。

3.3.4 夹紧力的方向应与切削力的方向相适应，夹紧力距离切削力要近，使得所需要的夹紧力相应减少。

3.3.5 夹紧结构必须能补偿毛坯或半成品的制造误差。

3.3.6 尽量采用"自身夹紧"结构。

3.3.7 夹紧结构须简单、紧凑、装卸工件方便、安全可靠[3]。

3.4 让学生对要进行设计夹具的工件有个总体把握

结合一具体零件讲解，让学生清楚工件的外形结构和待加工表面的形状，对照工序图，了解该加工表面的工序基准和加工以后要达到的精度要求。以提问加讨论的方式让学生回忆书本中对此加工部位可能用到的加工方法，加工阶段的划分应遵循的原则，然后开始制定工艺规程，回忆粗、精基准选择的原则，如何选择合适的定位基准。然后确定此工件的最终定位部位和定位方式。

3.5 组装过程要清晰、正确

零件图和工序图的分析 →定位面和定位方式的方案构思 →选择元件 →搭出大致的夹具形状，试装→分析其合理性→修改不当之处对各定位元件进行紧固连接 →对工件正确的夹紧。

结语

通过组合夹具拆装实验操作过程技巧的研究和实践，使学生对组合夹具的设计有个总体的把握。在实验过程中学生亲自动手、主动参与，培养了学生分析问题、解决问题和实际动手能力，并能把零散的知识通过这一实验融合在一起，提高了学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，充分做到了学以致用。

[1]冯辛安,黄玉美,关慧贞等.机械制造装备设计[M].机械工业出版社2007.

[2]朱耀祥.组合夹具技术的现状与发展[J].机电国际市场2002年第5期

[3]徐志刚.基于广义映射原理的组合夹具结构设计自动化[J].工程设计 2000 ，1：31-36