机械加工中工装夹具的设计及其价值研究

摘 要：“中国制造”已经遍布全球各地，我国作为制造大国，近些年制造业发展势头迅猛，机械加工技术的发展前景也是一片大好。工装夹具是机械加工中不可或缺的部分，加工时通过工装夹具将零件和机床有效的连接起来，使加工过程顺利完成。在加工前明确零件所需的夹持方式，选择合适的工装夹具，可以有效提高零件的加工效率，保障加工精度，减少材料浪费，进而降低生产成本，给机械加工技术的发展带来积极的影响。

关键词：机械加工;工装夹具;定位设计;价值研究

1.引言

机械加工过程中，工装夹具是必不可少的部分，对于零件加工具有重要的作用。首先，工装夹具能够保证工件在正确的、利于加工的位置上，通过工装夹具的使用可以降低零件的不合格率，有利于控制生产成本。现阶段的机械加工趋势正朝着高效率和高精度的方向快速发展，这不但要求操作工人有丰富的加工经验，机床设备有更高的加工精度，而且还需要可靠的工装夹具。因此，机械加工中工装夹具的设计及其价值研究是非常有必要的。

2.现代化工装夹具的发展方向

2.1标准化

工装夹具的设计并不是随心所欲的，现阶段的工装夹具设计需要参照国家相关标准中的要求执行，使相同种类的工装夹具具有互换性，达到产品加工時互换使用的目的。工装夹具的标准化有利于工装成本的控制，提高操作工人的工作效率，缩短产品生产周期。

2.2精密化

随着社会的发展，人们对产品精度的需求也在不断提高。要想提高产品的精度，提升工装夹具的精度是其中的重要部分，只有工装夹具的使用误差远小于零件要求的公差，才能顺利生产出满足高精度要求的产品。

2.3高效化

随着精益化生产理念的推出，工装夹具的发展方向也不再局限于零件和机床的连接固定，而是转向提高产品生产效率、降低工装夹具的使用难度、降低产品加工难度等方面。因此这些年自动化夹具、快速夹具和专用生产工装的需求量迅猛上升[1]。例如车床使用的快速自定心卡盘和铣床使用的快换底板，能够快速定位零件中心，有效地提升了零件的装夹速度，提高产品加工效率，实现工装夹具的高效化。

2.4柔性化

所谓柔性化就是使用稳定的调整及组合的办法确保工装夹具能够满足不同的加工过程要求。机械加工过程中有许多不确定性，在加工过程中出现的意外状况也比较多，为了更加适应当前机械加工模式和机械加工发展，需要考虑将工装夹具向着柔性化的方向发展，将原本整体结构改为分体式结构，使夹具的结构具有一定的可调整性。

3.机械加工中工装夹具设计要求

在机械加工过程中，需要不断地提高加工精度和加工效率，工装夹具的作用也是很明显的，必须使工装夹具与产品匹配协调，这样可以有效保证产品加工过程的可靠性和产品批量的稳定性，尽最大可能保证产品的质量，完成产品交付的进度要求。工装夹具的设计需要科学的方法，一切以产品为重。首先，在设计工装夹具过程中需要考虑被加工部位是否能够完整的展现。机械加工过程中工装夹具不能与刀具的走刀路线产生干涉，避免刀具与工装夹具碰撞给两者带来损坏，同时也避免了加工过程中的二次装夹，保证零件的加工精度。其次，保证零件的安装方位与机械加工设备的坐标标准方向一致。也就是说工装夹具的安装方向尽量灵活，可调整性要强，能够灵活的根据机床设备的需求调整方向。再次，机械加工时会产生不同强度的振动，这是无法避免的，但是零件加工又必须达到精度要求，这就要求工装夹具具有良好的机械性能，例如：强度、刚度，有效保证产品在加工过程中的稳定性，保证产品质量，同时避免工装夹具的过快损耗，影响产品生产的正常进行。最后，工装夹具属于机械加工中的辅助用具，因此在使用过程中应该注意符合使用要求，它的作用就是使机械加工简便化，使产品的加工精度得到有效保证。工装夹具的设计应当遵循这一理念，简约而又方便使用，便于产品加工成型，提高产品的生产质量，节省加工时间和生产成本。

4.工装夹具设计基本原理

4.1工装夹具的分类

夹具一般可以分为通用夹具、专用夹具、组合夹具三种。通用夹具适合于一般的机械加工，通用性比较高。通用夹具能够满足多种产品的机械加工，例如常见的车床卡盘、钻床分度盘，这些通用夹具可用范围广，适合于单件加工及小批量产品生产。专用夹具一般是针对一种或某一系列产品而设计的，这种夹具与产品的贴合度高，使用目的明确，对完成产品生产和提高生产效率起到十分重要的作用，适用于同种产品的大批量生产。但是专用夹具的设计和制造成本比较高，在选择使用专用夹具时需要考虑成本问题[2]。组合夹具相比于前两种夹具更加灵活的特点，它可以根据产品的形状和加工类型进行组合使用，组合夹具中使用的夹具大多数可以重复使用，适用于多种零件加工使用，在现代机械加工中使用比较广泛，也得到了一致的认可。

4.2工装夹具设计基本原理

工装夹具的设计是源于产品的需求，在设计时需要了解产品的定位精度、机床的惯性、加工过程中的切削力等进而确定夹具的定位精度。不同产品使用的加工方式、加工部位各不相同，在加工前需要一一确定。工装夹具的设计目的在于固定产品、便于加工。在设计工装夹具时，需要确定产品的加工部位和加工余量，保证产品能够顺利装夹。在工装夹具的使用、发展历程中，它的重要性一点点被关注：能够切实影响到产品的加工精度，影响到产品的质量。夹具定位涉及到产品和机械设备，产品相对于机床的定位主要靠夹具来实现，工装夹具在将零件定位后，应该保证有足够的夹紧力，能够将产品固定在应有的位置上，使其能够对抗机床的振动、切削力等，保证零件加工过程平稳进行，确保加工后的产品符合质量标准要求。

5.工装夹具设计的其他要求

5.1采用科学的夹具夹紧形式

工装夹具的作用有定位、夹紧等，产品在被工装固定后会承受来自刀具的切削力，因此在设计过程必须保证夹具具有足够的夹紧力，确保产品能够被固定牢靠，不会发生脱落或者偏移等情况。在产品加工中需要给定合理的进给速度和切削深度，减少因切削力过大引起的工装夹持不稳定。工装夹具夹紧过程不能仅考虑夹紧，不能用力过猛，否则会对产品造成不可修复的损伤，违背了工装夹具的使用初衷[3]。另外，可以选择联动夹紧的方式进行产品夹紧，这样可以同步固定多个产品零件，提升产品加工效率。

5.2辅助标准的使用

在产品机械加工中一般采用设计基准或者装配基准作为加工基准，这样可以提高被加工表面的加工精度，使产品容易达到设计标准要求，这种加工定位一般都是约定俗成的。但是部分产品在加工时无法使用设计基准和装配基准，为了完成产品加工，就必须选用新的定位标准完成产品生产，这一类的基准一般可以称之为辅助基准。

6.结束语

机械加工发展伴随着社会的进步和科学技术的发展不断进步，为了满足不同场景的需求，需要不断提高产品的加工精度，这对工装夹具的要求也就日益提高。因此必须使用可靠的工装夹具。首先，分析产品的加工过程，了解产品的加工精度和定位精度，进而确定工装夹具的定位精度，其次，可以选择不同的定位方式控制产品的自由度，确保产品在夹具的固定下能够稳定、牢靠，能够全方位的提高产品的加工质量，使我国的制造水平得到进一步的提升。

参考文献：

[1]敬恒星.机械加工中工装夹具的定位设计研究[J]. 基层建设.2018（20）.

[2]张险峰，鲁卓.机械加工中的工装夹具定位设计方法分析[J]. 基层建设2018（21）.

[3]卢立强.试论机械加工中的工装夹具定位设计[J].中国西部科技.2019（21）.

作者简介：

王敬博（1992.07）男、满族、辽宁省锦州市北镇市、本科学历、助理工程师、机械制造方向.