中国象棋上字加工的专用夹具设计

广东省佛山市顺德区均安职业技术学校 林玉新

一、引言

在数控机床高速发展的时代，这是追求自动化高效生产的产物，随着雕刻行业的发展，操作人性化、简洁化是CNC雕刻机的一大发展趋势。在批量的生产中，专用夹具是不可或缺的机床夹紧装置。中国象棋每个棋子的形状相同，一副象棋总共32个棋子，利用专用夹具可以有效提高效率。

二、常用机床夹具的分类

第一，通用夹具。是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同类型工件的夹具。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。

第二，专用夹具。是指专为某一工件的其中一道工序而专门设计的夹具。其特点是针对性很强，没有通用性。只适用于产品固定且批量较大的生产中。

第三，通用可调夹具和成组夹具。其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。

第四，组合夹具组合夹具。是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具,特别适用于新产品的试制和单件小批生产。

三、象棋加工的工艺分析及夹具设计

中国象棋有着悠久的历史，从古至今都一直为人们所喜欢，它自诞生到现在的发展经历了很多次创新和改良。我们今天所看到的象棋是前人智慧的结晶。

第一，零件图的分析如下：在市场上的材质多种多样，从传统的木质材料演变成现在的塑料、金属、玉石等材质。形态变化不大，通常都为圆鼓形的形状，如下图所示，零件的最大直径为30mm，厚度为10mm。

图1 棋子CAD图

第二，象棋的加工步骤：一是在数控车床上加工象棋的成型毛胚。如下图所示：（切槽时留大于0.3mm的余量。

图2 毛胚加工

二是将切断的毛胚料安装在雕刻机的夹具上刻字，压平后铣去留量再换刀刻字或是图案，刀具利用圆弧半面在高速的切削中形成曲面，结构简单。

图5 CAXA编程加工

第三，象棋上字加工中存在的问题。

中国象棋的外形为圆鼓形，如上图所示，圆弧的半径设计为R11，由于棋子的外形为圆弧形，用普通夹具例如机用虎钳、三爪自定心卡盘等装夹零件，往往会夹伤零件，因接触位置是圆弧面，受力必定集中在圆弧的最高点，在冷却油的环境中一旦受力不好就会打滑，刚性不好加工时又可能出现松动，影响零件的表面质量。当要提高生产效率的时候就会影响产品的加工质量，不能生产出合格的产品。装夹时只能加工一个零件，无疑增加了操作时间，更不能满足大批量生产的需要。

第四，解决问题的方案。

经过研究，针对在实际加工中出现的问题，提出了设计专用夹具的方案。结构如图9所示，此夹具采用了一版8孔的形式定位加工，孔位的大小与加工的象棋棋子外直径一样大，之间的配合为间隙配合，孔的深度分为两层，小圆的直径为，第二层主要承受棋子的重力，使其定位好，四个孔位的中间有通孔，且与相邻的孔位互通，此处用来放置图6梯形块，在钻孔攻丝好的圆板固定在梯形块的中间，当图7中间螺栓向下运动时，四个梯形块在力的作用下会自动往前运动，从而夹紧周边的四个相邻的零件，起到了夹紧的作用，如图9。

图6 梯形块及实体

图7 螺栓及实体

图8 夹具设计图

图9 装夹状态

图10 夹具实体图

图11 夹具工作图

第五，夹具的优势。

一是中心定位更加准确。

二是夹紧力的改善。

三是装卸方便。

四、专用夹具的进一步改进及延伸

本装置的缺点是适用的加工范围比较单一，只能适合同种规格棋子的加工，对不同大小的只能重新设计夹具，造成不必要的浪费。能够实现随着直径不同而自动定心以及夹紧的结构，弹簧夹头可以作为首选的零件，在力的作用下可以使其自动定位以及夹紧零件，这种夹紧方式就跟铣床使用的刀套原理一样，我们可以将八个弹簧夹头安放在八个锥形孔位上，弹簧套的内侧可以整成半圆弧面，在不同的圆弧棋子毛胚中，根据夹紧力的大小来调节控制，这样适应性更强。

五、结语

中国象棋专用加工夹具是根据象棋棋子的形状而设计的，紧紧围绕如何定位和夹紧来解决存在的问题，符合加工工艺要求，在实际的生产加工中，对比以往的单件生产，节省了每个零件的装夹以及对刀的时间，效率明显提高，定位精度更为准确，加工质量得到保证。该夹具的设计过程是通过实践一步步改善，最终设计出一套较为合理的专用夹具，适合进行大批量的生产加工。