实际生产中机床工装夹具的设计

林怡辉 郭春梅

摘要：机床是工业企业生产活动中的基础工具，在工业企业的生产活动中有着极为广泛的应用。随着我国工业水平的不断提升，机床技术也在不断进步。工装夹具是很多机床设备中的重要部件，对于机床的工作效率以及质量有着十分显著的影响。本文从工装夹具的定位功能设计、夹取部件设计以及整体结构设计着手，提升机床工装夹具设计的准确性，希望能够为机床工装夹具的发展提供有益探索，使其在工业生产活动中贡献更大的力量。

关键词：机床；生产；工装夹具

机床被称为制造机器的机器，功能分类十分多样，是工业生产活动中的重要基础性机械设备。工装夹具是机床设备中的重要部件，能够固定加工工件，使其能够保持在正确的位置。作为固定加工工件的单元，高精度的工装夹具能够有效的提升机床加工的生产效率以及生产质量。因此，对于机床工装夹具的设计探究有着十分重要的意义。

1. 工装夹具的定位单元设计

机床工装夹具在机床工作中的重要作用是对加工工件进行准确的定位，以保证机床的操作步骤能够满足工件的相关精度指标要求。传统机床加工过程主要通过划线找正的方式实现工件定位，而工装夹具的方式能够实现更加快速便捷的找正效果。卡盘是机床夹具中较为常见的种类，通过卡盘卡爪实现对于工件的定位功能。卡盘除了能够实现对于工件的准确定位，还可以与其他分度装置配合，实现多样性的加工效果。针对工装夹具定位单元的设计，要重视影响夹具定位效果的相关因素。工装夹具在工作过程中涉及到的指标主要包含工件定位、基准定位等方面，通过把握这些具体指标要求，能够将机床工件加工的误差保持在合理区间内，实现良好的加工效果。除了基础的定位指标以外，工装夹具也会受到使用过程的影响，长期的使用可能会导致工装夹具受到一定程度的磨损，例如虎钳装夹在重复装夹的过程中可能会造成工作台的损伤，损伤后的夹具夹取动作的操作精度、夹取重量等都会受到影响，这样也会影响夹具的准确性，导致工装夹具定位的准确性降低^[1]。

针对工装夹具的定位设计首先要重视对于工件定位的设计。工件定位设计需要参照工件结构以及加工要求，按照加工要求规划起刀点以及加工线路。工艺坐标修正的方式能够使得机床坐标系统和工件坐标系统协同，从而对于机床夹具以及工件位置进行准确定位，同时坐标修正技术还辅助起刀原点和基准的定位。定位单元的设计要求工装夹具能够在多次加工过程中使得加工工件保持固定的位置，一旦工件位置发生偏移，就可能使得工件的具体加工指标受到影响而导致工件报废，同时还可能会对机床的刀头等部件造成伤害。其次，针对工装夹具的定位设计需要重视对于基准的选择。定位基准是工装夹具定位功能的基础，能够为夹具的定位提供指引。因此要按照工件的设计需求以及机床的具体数据，合理的选取定位基准，使得工装夹具能够按照基准的定位准确的将加工工件的位置进行定位。通过结合工件的加工要求以及机床的基准，合理的设计夹具夹取的角度等，使得工件能够按照基准线进行准确定位。最后，要按照机床加工的6个精度控制点进行工装夹具的设计，根据六点定位原则针对旋转等位置变换的几何精度控制、夹具运动过程中的精度控制以及充分运动的精度控制等多方面进行科学设计，使得夹具在加工过程中能够对于运动量进行约束，提升工装夹具的准确性。针对工装夹具的定位单元设计主要通过基准线的确定以及主要精度控制指标来完成。随着信息技术的不断发展，计算机在工装夹具设计过程中起到了重要的辅助效果。结合计算机辅助技术，一方面可以对于工装夹具定位设计方案进行验证优化，通过三维CAD软件对于夹具定位功能进行模拟检验；另一方面计算机辅助技术能够实现对于工装定位的自主操作，通过对于装夹等操作的自动化控制，有效的提升装夹操作的精确程度，提升定位精度。

2. 工装夹具的夹取单元设计

夹取单元是工装夹具功能实现的基础，对于加工效果有着直接影响。夹取功能设计需要保证工件在机床的加工过程中能够保持稳定，提升机床加工的效果。如果工装夹具无法实现准确有力的夹取控制，那么就可能导致工件在加工过程中出现位置变动，影响加工效果。针对工装夹具夹取单元的设计，需要重视以下方面的要求，一是要确保加工过程中工件不会出现位置的变动，以免影响机床的加工操作。夹取动作完成以后，需要确保在夹具位置变化的过程中夹取工件角度等不会发生变化，一旦夹具夹取的物品位置发生变动，那么机床对于物品的加工精度等都会受到影响。严重情况下，工件在加工过程中可能会发生脱落，影响机床整体的安全运行，造成更大的损失。二是需要保证夹取力度适当，避免造成工件发生变形。不同加工工件由于其自身材质以及工件外形等因素影响，可以承受的夹取力度范围也有很大差别。夹取单元的设计对于不同工件的材料强度进行考量，涉及多级可调整的夹取操作力度，确保能够适应不同工件材质，避免夹取单元在夹紧过程中对于工件的性能造成影响。三是涉及到机动夹具的设计过程中要对加工工件的数据进行考察，确保夹具的动力能够满足工件加工的需求，避免加工过程中因为夹具无法承受工件重量造成机床事故。夹具设计过程中需要明确可加工的工件重量范围，超出标准范围的工件应当选取其他规格的机床进行加工操作。超过夹具夹取规格的工件，一方面可能会对夹具功能造成损伤，破坏夹具的夹取精度。另一方面也会对机床加工效果带来影响。通过明确夹取单元的设计要求，能够使夹取单元的设计更加科学完善，更好的完成对于工件的夹取操作。工装夹具一般分为两种，一种是标准化夹具，这类型夹具适用范围较为广泛，但是无法满足一些操作难度要求较高的加工任务。另一种是按照加工要求以及工件规格设计的专业化夹具，能够准确的执行夹取操作功能，保障机床加工精度的同时能够实现批量加工的效果

^[2]。因此在加工操作过程中，可以选择两类工装夹具搭配使用，实现更好的加工效果。对于工件的简单加工需求由标准化夹具完成，针对复杂的加工需求则选用专业化夹具。通过分类加工的方式避免工装夹具加工工件超出夹取操作的允许范围。既能够实现对于加工效率的提升，也可以有效的保护夹取结构，提升工装夹具的使用寿命。

3. 工装夹具的整体结构设计

工装夹具的整体结构设计主要针对工装夹取部件的使用寿命以及标准化这两个方面进行。通过对于这两个关键因素的设计，能够保证工装夹具更加满足机床生产要求。

首先是针对工装夹具部件的使用寿命设计。针对工装夹具设计的耐用性因素的考量能够有效的提升夹具的使用次数，降低机床的工作成本。工装夹具不同结构夹取定位过程中承受的力学指标等有着很大的不同，因此需要按照进行针对性的设计，提升工装夹具的整体使用寿命。例如夹取操作中，主要的受力点是两侧，因此针对工装夹具两侧的夹板设计要选取强度更好的材料，以保证在长期的使用过程中压板不会变形，降低压板形变对于夹取操作定位的准确性造成影响。针对工装夹具中主要受力点进行分析，然后在设计过程中针对主要受力点进行针对性的加强，可以有效的提升工装夹具的整体寿命，降低机床的后续维护成本。

其次要针对部件进行标准化设计。工装夹具功能定位十分复杂，同时在机床加工过程中工装夹具的损失率较高，因此针对工装夹具部件的标准化设计十分必要。通过标准化设计，一方面能够降低工装夹具设计成本，另一方面也能够有效的降低工装夹具的后期维护成本。不同加工机床对于工装夹具的要求有着很大的差别，通过标准化设计的方式能够有效的提升工装夹具的使用效率。例如工装夹具为了满足加工的要求，需要设计众多的固定结构，因此也会需要众多螺栓结构进行固定。不同部件结构中使用到的螺栓规格不一，给相应的维护工作等带来影响。可以在设计过程中对于螺栓等连接件的结构进行统一设计^[3]。使得螺栓等基础部件能够在工装夹具中得到统一应用，这也会给后续的维护工作的带来极大的便利，只需要使用同规格工具就可以实现针对工装夹具不同部件的调节以及维护，从而有效的降低机床生产过程突发情况的应急处理时间，提升机床加工的整体工作效率。

信息技术的不断发展使得计算机在工装夹具设计过程中起到的作用更加凸显,先进计算机辅助工装夹具设计系统在制造行业中也发挥着至关重要的作用^[4]。通过CAD等三维软件能够显著提升工装夹具的设计水平，并且能够通过实时模拟的方式对于设计结果进行不断的优化。应当更加重视信息技术与工装夹具设计工作中的深度融合，将人工智能以及5G高速网络等新兴技术应用于设计过程中，提升工装夹具设计水平。

结束语

随着工业技术的不断发展，工业产品对于零件的精度要求不断提升，机床加工的重要性愈加明显。工装夹具作为机床定位夹取功能的实现部件，对其进行合理设计能够有效的提升加床加工的精度和效率。通过对于基准线定位以及主要精度标准实现对于工装夹具的定位部件的科学设计，通过科学设定夹取力度提升工装夹取的准确性。除此以外，针对工装夹取部件的结构设计能够通过加强薄弱环节的材料强度以及进行部件标准化设计，有效提升工装夹具运行的安全性，降低进行维护操作的概率，从而提升机床加工的生产效率。通过对于关键部件的科学设计，能够有效的提升工装夹具的性能，从而促进机床在工业生产活动中的进一步发展。

参考文献

1. 刘曙光. 一种简单可靠的数控加工工装夹具设计[J]. 科技创新导报,2014(16):219-219. DOI:10.3969/j.issn.1674-098X.2014.16.174.

2. 李云鹏. 机械加工中工装夹具定位方法设计研究[J]. 科技资讯,2020,18(4):55-56. DOI:10.16661/j.cnki.1672-3791.2020.04.055.

3. 曹罡,熊亭超. 实际生产中机床工装夹具的设计[J]. 现代制造技术与装备,2016(9):76,78. DOI:10.3969/j.issn.1673-5587.2016.09.040.

4. 张鹏. 工装夹具机械加工关键问题[J]. 建筑工程技术与设计,2018(8):4832.