基于机床夹具设计的探讨

高主义

摘 要：严格来说，生产任何机电产品都离不开机床夹具，尤其是专用机床夹具，其依据工件工艺规程的某道工序要求而设计，另外还根据生产批量等内容进行设计，其设计质量在一定程度上决定着工件的质量，同时会影响到工件的生产率和生产成本。对于机电产品的制造行业而言，需要充分意识到机床夹具设计的重要性，夹具尽量要简单，并容易制造、装配、检验、维修等，同时还要考虑到操作方便、使用安全等因素。鉴于此，本文主要分析了机床夹具设计相关问题。

关键词：机床夹具；分类；机构；设计流程；设计方法

机床夹具作为机电产品制造中一项必不可少的工具，它主要是用来装夹工件，令工件固定在机床上，从而方便标准件的加工生产。传统的机床夹具已经越来越跟不上机电产品制造行业的发展规模，设计更加高效的机床夹具非常有必要。

一、夹具的分类及典型机构

夹具根据不同的使用工况等因素可分为：

①按夹具的通用程度和特点：通用夹具、一次性使用夹具、多次重复使用夹具、独立的传动装置等等。

②按夹具的结构特点：专用夹具、组合夹具、可调整夹具等等。

③按夹紧装置的动力源：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电磁夹具、真空夹具等等。

可调夹具通常又称通用可调夹具。它是根据一些结构相似、尺寸不同的工件的相似工序，由企业设计、制造，具有一定适用范围的通用夹具，其由相似工件的相似工序而设计制造的通用夹具。比较常见的可调整的夹具有：弹性夹头。

二、机床夹具的设计流程

第一步，设计人员要确定好夹具的类型，按照第一部分的分类特点，只有先确定好夹具的类型，才能够进行下一步的设计；

第二步，设计人员要确定好各工序的定位及夹紧方式，一般应在首序加工时加工出后面各工序的精基准，并尽量使其达到统一，需要注意粗加工基准只能够使用一次，再就是还要选择能够令夹紧力与切削力趋于平衡的夹紧装置，同时应尽量缩短其辅助时间；

第三步，设计人员要确定好对刀基准、夹具调校基准、工件测量基准等夹具基准，其中对刀基准的作用是用来在工件加工时确定刀具相对工件的位置，夹具调校基准的作用是在夹具安装时调校自身相对机床的位置，工件测量基准则是在加工后期对工件进行在线检测的检测基准，只有确保了以上各项夹具基準的统一，才能够保证加工精度；

第四步，设计人员要设计好夹具体，通常情况下，夹具体的结构形式是根据机床的相关参数及其相应的加工方式来确定的，比较常见的夹具体结构形式有旋转型和固定型，设计人员应正确选择夹具体的结构形式，同时要使其具有足够的强度和刚度，而对于一些比较精密的夹具，应当时效处理其夹具主体，从而释放其残余应力，避免夹具发生后期变形，再就是要注意令工件装夹受力点避开工件的薄弱部位；

第五步，设计人员要设计好定位元件，设计之时应当要考虑到工件的具体结构、尺寸、形状、精度等要求，使其各项精度达标，并要注意其危险断面的强度，尽量避免使用中途发生损坏，以及还要使其结构符合一般的标准化要求；

第六步，设计人员要设计好夹紧机构，使其具有合适的夹紧力和增力比，以保证其在夹紧工件原始力消失之后仍旧能够在摩擦力的作用下保持应有夹紧性能。

三、机床夹具的设计方法

（一）工件以平面定位

支承定位是工件以平面定位的主要形式，在机床夹具设计中，平面定位的夹具支承元件常见的有：

①固定支承，其可分为支承钉以及支承板形式；

②可调支承，可调支承是支承点的位置能够调整，可调支承适宜应用在工件定位表面不规整，另外工件毛坯尺寸变化范围较大也可尽量采用可调支承。实际上，可调支承有时候也用作成组夹具的调整元件；

③自位支承，自位支承能自动调整适应工件定位准面变化，自位支承通常是一点定位，设计上，当毛坯、断续、阶梯等表面的定位以及有角度差的平面定位适宜应用自位支承；

④辅助支承，辅助支承不起定位作用，它是工件定位后参与支承的元件。

在机床的夹具设计中，应从夹具的合理使用、装卸、夹紧、零件自由度、排削等角度考虑支承的定位。在回转体类的工件加工中，通常可采用可调支承对不同尺寸的相似工件进行加工，一方面是保证夹具的可靠性、通用性，另外也能充分发挥夹具的作用。另外定位支承可依据不同工件定位面选择。

（二）工件以心轴定位

心轴机构形式多样化，其主要是通过孔或心轴接触表面的弹性变形固定工件，固定时需要压入或敲进。在设计上如果要取得精准的定位通常可采用小锥度心轴定位，在一般生产的过程中，除了可采用刚性心轴还能选择自动定位心轴、弹性心轴、液塑心轴等，它们既能在工件定位同时也能夹紧工件，方便使用。

（三）工件以外圆表面定位

工件以外圆表面定位分为定心定位以及支承定位，其定位与圆柱孔定位的情况相似，其中套筒或卡盘与圆柱孔定位的心轴或柱销类似，锥套与锥销相类似。

在设计上，由于V形块对中性好，对非完整外圆表面的定位也适用，工件以此种方式定位时应优先考虑V形块。另外V形块两斜面间的夹角通常为60°、90°、120°，实际上较多地采用标准化生产，因此，设计中也往往采用90°。

四、结语

总之，为了生产出高质量的机电产品，机床夹具设计人员必须了解机床夹具设计中的注理事项，努力做到及时发现不足，及时改进，这样才能设计出符合现代机电制造业需要的优质产品。另外，机电夹具设计人员一定要充分发挥他们的创造性思维，这样才能从根本上促进机电产品的规模化生产。机床夹具在实际上具有自身的局限性，虽然它在机械制造业中占有十分重要的地位，但是其设计制造周期较长、对毛坯的质量要求较高，如果产品改型，专用夹具便不符合生产要求，因此其适宜在生产批量大、品种稳定的生产企业使用，设计人员应辩证地设计及使用机床夹具。

参考文献：

[1] 王丹.机械加工夹具及选用[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2] 吴拓.现代机床夹具设计[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3] 何庆，李郁.机床夹具设计教程[M].北京：电子工业出版社，2012.