数控加工机械零件中的专用夹具设计

刘华华

摘 要： 科技快速发展背景下，数控技术以其诸多优势和特点，被广泛应用于机械零件生产中。不仅优化了传统机械零件设计精度和加工质量，也进一步推动了机械零件数控加工作业发展进程。专用夹具作为数控加工机械零件中的重要组成部分，合理设计专用夹具是实现精细加工的关键所在。主要围绕数控加工机械零件中专用夹具的设计问题进行了一系列讨论。先后概述了数控加工的概念、特点、基本流程以及基本原则，分析了数控加工机械零件中专用夹具设计要点和选择要点，进而以锁芯零件专用夹具设计为例进行了具体案例分析。

关键词： 数控加工 机械零件 专用夹具 设计

中图分类号： TG75文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）03-0023-03

Design of Special Fixtures in CNC Machining Machine Parts

LIU Huahua

Hubei Three Gorges Polytechnic， Yichang， Hubei Province， 443199 China

Abstract： Under the background of the rapid development of science and technology， CNC technology is widely used in the production of mechanical parts with its many advantages and features， which not only optimizes the de‐sign accuracy and processing quality of traditional mechanical parts， but also further promotes the development pro‐cess of the CNC machining operations of mechanical parts. Special fixtures are the important parts of CNC ma‐chining machine parts， and the reasonable design of special fixtures is the key to realizing fine machining. This paper mainly makes a series of discussions on the design of special fixtures in CNC machining machine parts. It succes‐sively outlines the concept， characteristics， basic processes and basic principles of CNC machining， analyzes the de‐sign and selection points of special fixtures in CNC machining machine parts， and takes the design of special fixtures for lock cylinder parts as an example to analyze specific cases.

Key Words： CNC machining； Mechanical parts； Special fixture； Design

为更好地保障数控加工质量与效率，发挥专用夹具的作用，设计人员前期要做好专用夹具设计工作，不断调整专用夹具设计质量，使之能够有效辅助数控加工。相关人员应当提高对数控加工机械零件专用夹具设计的认知，把握好数控加工的基本概念、特点、加工工艺流程和原则，明确专用夹具设计和选择要点，进而根据具体设计目标进行方案设计。

1 数控加工概述

1.1 概念与特点

数控加工是一种通过计算机控制的自动化加工方式，利用数控机床对工件进行精确、高效的加工处理。数控加工机械零件特点众多，包括高精度、高效率、稳定性、灵活性等方面[1]。其中，高精度主要体现在微米或更高精度范围内进行加工；高效率体现在与传统手工加工效率对比上，数控加工的速度与效率整体较高；稳定性体现在数控加工由计算机程序控制，能够在一定程度上避免人为因素造成的加工误差，从而保障加工质量的稳定效果；灵活性体现在数控加工能够根据不同工件加工需求灵活调整加工路径和参数，保证了加工零件的精度和质量[1]。

1.2 基本流程

数控加工流程主要涉及六个步骤，即设计加工图纸、编写加工程序、设置机床参数、调试测试、加工操作和检验修正。编写加工程序环节，指根据加工图纸，使用特定的数控编程语言编写加工程序。设置机床参数环节，指根据加工程序，设置数控机床的相关参数。调试测试环节，即对加工程序进行调试和测试，确保程序的正确性和可行性。加工操作环节，指将加工程序输入数控机床，启动加工过程。检验修正环节，主要是对加工后的工件进行检验和修整，确保加工精度和质量的要求。数控夹具结构如图1所示。

2 数控加工机械零件中专用夹具设计要点

2.1 精准定位

要想保障专用夹具的设计质量，满足加工过程中的位置精度要求，则需确保夹具能够精准定位。通过合理设计夹具结构和加工定位元件，确保工件能够准确、稳定地定位在加工位置上，防止在加工过程中发生位置偏移。设计和操作人员应在全面熟悉图纸的基础上，将专用夹具安装到数控机床并进行位置调节，尽可能降低夹具偏差值。

2.2 可适应性

专用夹具的设计对其作用有很大影响，不同专用夹具所产生的作用也各不相同。因此，在数控加工机械零件中设计专用夹具时，应从可适应性角度考虑，包括不同形状、尺寸的工件的加工需求，以满足实际需求。这就要求相关人员在设计过程中能够灵活调整夹具结构，科学把握夹具设计方案，以适应不同工件的夹持要求，使专用夹具作用得到充分发挥[2]。

2.3 刚性需求

数控加工机械零件中专用夹具的刚性对于加工零件的稳定性和精度至关重要。加工期间，夹持部位的应力相对较为集中，只有保持足够的刚性，才能够防止夹具在加工过程中发生变形或振动，避免出现崩边等危险情况。

3 数控加工机械零件中专用夹具选择要点

（1）夹持方式：根据机械零件的形状、尺寸和加工要求选择合适的夹持方式，如机械固定夹持、气动夹持、液压夹持等，确保夹具能够牢固地夹持住工件。（2）夹紧力和稳定性：选择夹具时需要考虑到夹具的夹紧力，确保工件能够在加工过程中稳定夹持。夹具需要具有足够的刚性和稳定性，避免因夹持力不足或夹具变形而导致工件位移或变形。（3）加工精度要求：根据加工零件的精度要求，选择适当的夹具[3]。对于精密加工的零件，夹具的刚性、稳定性和精度需求较高，可以选择精密夹具或自动对中夹具，确保加工精度。（4）安全性和可靠性：夹具的选择应考虑到安全性和可靠性，确保夹具的牢固性和稳定性，避免因夹具松动或脱落导致的意外事故。特别是在高速加工和重负载加工中，需要选择具备足够强度和刚性的夹具。（5）夹具的调整和操作便利性：选择具有方便调整和操作的夹具，能够使操作人员快速、准确地进行夹具的调整和工件的装夹。（6）维护和保养便利性：选择夹具时要考虑其维护和保养的便利性。夹具应设计成易于清洁和润滑的结构，合理选择耐磨和耐腐蚀的材料，延长夹具的使用寿命。

4 数控加工机械零件中专用夹具的作用分析

数控加工机械零件中专用夹具不仅能够保障工件的准确定位、提供稳定的夹持力，还能够保护工件表面、提高加工效率和质量。专用夹具能够将工件固定在加工台上或夹具上，确保工件能够准确定位和固定，以保证加工的精度和稳定性。同时提供足够的夹持力，将工件夹紧并保持稳定的姿态，即使在高速加工或重负载加工中也能保持工件的稳定性，使工件在加工过程中不会发生位移或变形。在保护工件表面方面，专用夹具能够根据工件的形状和表面特征设计夹爪或垫片，保护工件的精密表面免受加工过程中的冲击或摩擦[4]。

5 案例分析：以锁芯零件专用夹具设计为例

5.1 工艺规程设计

工艺规程设计师在制订生产工艺方案的基础上，确定实施该工艺方案所涉及的相关要素，包括如相关文件支持、零件加工方式方法、材料选择等。就锁芯零件专用夹具设计的工艺规程设计而言，首先要根据图样技术要求、产品使用要求、零件具体作用等内容，制定工艺过程相关文件，确保文件具备较高的技术水平和经济效益支持，满足基本加工要求。其次，选择适宜的加工方式方法，并能够依据零件材料特征、技术条件、零件尺寸需求等因素进行加工方式方法确定。例如：零件表面加工需从其几何特点出发，确定加工方法范围，包括获取外圆表面、齿面、内孔表面的加工方法等。最后，选择毛坯时，应结合材料特征、力学性能差异，根据零件加工需求、形状及大小特征灵活选择材料。例如：针对零件外形较小且复杂的情况，可以采取精密铸造法进行加工；当材料较薄时，则需避免采取砂型铸造法进行加工。

5.2 设计方案

式中：T为加工总时间；m为加工次数；n为单次加工零件数量。

5.3 设计要求

锁芯零件专用夹具的设计要求包括夹持力要求、定位精度要求、夹具材料选择、表面保护要求、操作方便性等方面。（1）夹持力要求。锁芯零件在加工过程中需要被牢固夹持，以防止位移或变形。设计夹具时需要保证夹持部件能够提供足够的夹持力，以适应加工过程中的切削力和震动力。（2）定位精度要求。锁芯零件的加工过程中需要保持一定的定位精度，以确保加工的准确性和一致性。夹具的设计应考虑定位元件的位置和形状，以实现工件的精确定位。还应注意定位元件的刚性和稳定性，以免在加工过程中产生位移。（3）夹具材料选择。夹具的材料选择要考虑其强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性等要求。鉴于锁芯零件的加工要求通常较高，所选材料应具备较高的耐用性和抗变形能力，确保夹具长时间使用而不失去性能。（4）表面保护要求。锁芯零件的外表需要保持完好，以免在夹具的夹持过程中被刮擦或损坏[6]。在夹具设计中，应考虑采用软垫片、切割涂层或其他保护措施，以保护工件表面。（5）操作方便性。夹具的设计应考虑到操作人员的实际需求，使夹具的安装、调试和更换等工作尽可能简便易行。此外，夹持部件的设置应具备一定的调整空间，以适应不同工件的特殊尺寸和形状。

5.4 设计图纸

图纸设计十分关键，是指引实际加工操作的重要依据。在设计过程当中，应综合考虑各环节图纸的合理设计，包括如夹具总图、夹持部件图、定位元件图、过程尺寸图、组装图等。通过设计图纸的详细标注和规范，夹具制造人员可以准确理解设计意图，并按照要求进行制造和装配。同时，设计图纸也是夹具使用和维护的指南，为操作人员提供正确的使用方法和维护规范，以确保夹具能够正常工作并长时间使用。

6 结语

为进一步提升机械零件精度与生产质量，满足时代背景下社会提出的新要求，加强数控加工技术研究十分必要。专用夹具设计对提高加工精度和效率的影响很大。相关设计人员应当具备专业知识，充分了解并把握数控加工机械零件中专用夹具设计要点和选择要点，根据实际加工需求科学设计专用夹具，以辅助数控加工机械零件，提高数控加工机械零件加工过程中的可靠性和实用性。此外，在科技不断发展的时代背景下，还需继续探索和改进专用夹具设计，不断完善专用夹具设计，以推动相关行业的良好发展。

参考文献

[1]李创奇.数控加工夹具巧用两例[J].金属加工（冷加工），2020（S1）：67-70.

[2]王振洲.铝合金薄壁零件数控加工夹具及相关问题研究[J].世界有色金属，2019（11）：20-21.

[3]范一，刘成艺.Z MA120型转向架构架加工的专用夹具设计[J].科学技术创新，2019（15）：191-192.

[4]刘涛，温卫东，闫博，等.多工位数控增效专用夹具的设计[J].新技术新工艺，2019（4）：19-21.

[5]平艳玲.数控加工中的工艺与夹具设计若干问题研究[J].设备管理与维修，2019（6）：158-159.

[6]石涛.数控加工机械零件中的专用夹具设计研究[J].现代制造技术与装备，2018（2）：30，32.