数控加工机械零件中的专用夹具设计研究

石 涛

数控加工与传统加工方式之间存在一定相似之处，具有相同的加工原理，而加工过程则可以充分体现二者的差异。通常情况下，数控加工工艺将自动生成数码标识程序输入到数控程序中，使刀具、工件可以在数字化、自动化控制下进行各项工作，以实现机械加工的智能化发展。这样可以有效提高加工质量，降低工人的工作压力，然而这种方式会在一定程度上增加生产成本，这就需要生产厂家在实际生产过程中借助与生产需要相符的专用夹具进行调整，以降低经营成本。本文将结合实际情况对数控加工机械零件中的专用夹具设计进行分析，以期为今后的相关工作提供宝贵经验。

1 数控加工概述

数控加工主要是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也有明显的不同。数控加工采用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法，它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。数控技术最先是为了满足航空工业的需求，是一家美国直升机公司在20世纪40年代提出的技术，主要是通过数控编程来实现对机械生产的控制，而数控编程又被分为手工编程与自动编程[1]。其中，手工编程是指借助人工完成，将数控系统所规程的指令格式作为参考，进行数控编程；自动编程是指利用计算机结合生产的实际情况进行自动编程。在进行数控编程的过程中，需要配备完善、成套的硬件与软件作为技术支持，以保证数控加工的顺利进行。

2 锁芯零件专用夹具设计方案

机械零件设计是一个较为复杂的过程，需要相关工作人员对零件本工序的加工要求进行详细分析，充分掌握其夹具特性，然后确认夹具类型和数量，以保证设计的科学合理。本文以锁芯零件专用夹具设计为例进行分析。

首先，相关工作人员应充分掌握加工锁芯零件的工序，这一环节工序需要将原直径为11mm的圆柱外圆车削的表面进行粗加工。由于本次需加工的锁芯工件尺寸不大，并不需要较强的切削力，因此设计人员可以在设计过程中充分结合加工工艺要求及相关特征进行切削，以保证铣削工序的顺利进行，其间可以选择削孔配合夹具、螺栓加紧等方式来进行辅助操作。

其次，在数控加工过程中，设计人员应充分考虑数控机床加工的经济、效率等因素，明确夹具一次加工零件数量的最佳范围，有效提高数控加工质量和效率[2]。根据本次零件加工的实际情况，数控机床加工的时间应被设置为：

式中，T表示数控机床需要加工的总时间，s；m为加工次数，n表示单次加工零件数量，其中m×n=300，m、n均大于1；t1、t2、t3分别表示加工同一个零件所需要的时间、数控机床停机时间、装夹具时间，s。

相关设计人员在充分掌握各变量后，应利用数学模型进行建模，然后结合本次加工的实际情况进行编程。其间，设计人员要将y=minF（n）作为数学模型，然后利用LINGO软件编程进行求解，最终得出结论。当n为113.9时，数控机床的工作效率可以达到最佳状态，在确认好零件加工数量后，应结合数控铣床的实际情况进行最终确认。本次锁芯零件加工所采用的数控铣床工作台行程为600mm，所使用的夹具总长度小于400mm，装夹尺寸为50mm，为了充分保证加工质量，应预留出20mm间距。根据上述情况，设计人员应将单排零件数量设置为13，采用双排夹具，因此当n=26时，数控机床的加工质量及效率可以达到最佳状态。

3 锁芯加工数控机床专用夹具设计

在实际生产过程中，数控机床专用夹具设计将会直接关系到锁芯零件加工质量及工作效率。因此，相关设计人员应根据锁芯加工工艺的基本需求合理设计机床夹具，这样才可以充分保证数控机床锁芯加工的顺利进行，进而为今后开展的各项加工工作奠定良好基础[3]。

首先，机床夹具设计应遵循以下基本要求：第一，充分保证锁芯零件的加工精度，需要专业技术人员结合当前实际加工状况进行精度分析，以保证机床夹具设计精准度；第二，应选择具有一定复杂度且适合锁芯零件机械生产的专用夹具，有效缩短机床生产所用时间，从而有效提高当前数控机床生产加工效率；第三，需要选择工艺性较强的专用夹具，以保证加工精度；第四，具有较高使用性能，且操作简便，以简化当前数控机床加工环节，为相关工作人员的实际操作提供便利；第五，专用夹具设计应具有较强的经济性，且结构简单，同时具有标准化、成本较低等特征，尽可能降低生产加工成本。

其次，在设计专门夹具的过程中，设计者应充分掌握专用夹具设计任务书、工艺文件中的相关要求，在此基础上对夹具结构方案进行设计，如夹具类型、工件地位方案、工件加紧方式等的确认，并且对道具导向方式、装置等进行合理设计，充分保证夹具刚度、精度、尺寸稳定性等达到最佳标准。在设计人员充分掌握专用夹具结构方案后，应对夹具进行总体设计，绘制夹具草图、总装图，并且充分考虑专用夹具设计相关规定与设计习惯，保证设计的科学合理性。

在实际设计过程中，设计人员应严格按照以下要求进行操作：第一，采用1:1比例的设计图纸进行相关设计，以防止出现直观错觉现象；第二，在绘制锁芯零件时，应通过双点画线来表示，进行透明处理，以保证锁芯零件绘制不会影响夹具元件投影；第三，设计者应将主视图设置为操作者面对视角，并且严格控制视图的清晰度、准确度，可以将设计图纸中专用夹具的各个环节、构件充分体现出来；第四，将工件处于夹具中的状态设置为夹紧状态；第五，在设计过程中，若是元件位置需要大幅度变动或可能因某种因素产生较大变化时，需要使用双点画线在局部范围内标出其能到达的极限位置，为后期检验设计工作提供有力的参考依据；第六，应将刀具与刀杆双点画线在局部范围内进行表示，用于检测设计的相互干涉性。此外，相关工作人员可以结合销与夹具的配合尺寸及公差对锁芯零件进行设计，同时结合自身多年经验来判定设计尺寸，以保证锁芯零件设计更加符合数控机床零件加工的实际需求[4]。

4 结语

当前，我国改革开放不断深化，社会经济水平明显提高，而社会对于各个机械零件质量、精度的要求也随之提高。因此，生产厂家在实际生产过程中应积极引入数控加工技术，同时将专用夹具作为辅助工具，以有效降低生产成本。采用专业夹具可以有效提高机械零件数控加工质量，同时减轻工人工作压力，这是一种较为有效的生产方式，可以为企业的长期、稳定发展奠定良好基础。

[1]陈艳芬.数控加工机械零件中的专用夹具设计研究[J].中国高新技术企业，2016，（11）：25-26.

[2]陈文强.数控加工机械零件中的专用夹具设计[J].新教育时代电子杂志（教师版），2017，（26）：274.

[3]王东辉.连杆零件的机械加工工艺规程和专用夹具设计[J].科技展望，2014，（23）：22.

[4]白李平.数控铣床加工轮轴零件的专用夹具设计[J].模具制造，2017，17（8）：72-76.