吳小邦

（常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164）

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)屬非標(biāo)設(shè)計(jì)，一些復(fù)雜夾具的設(shè)計(jì)和制造類似新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，具有應(yīng)用定位和夾緊原則進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。本文應(yīng)用一些簡(jiǎn)單實(shí)用圖例，結(jié)合企業(yè)長(zhǎng)期工作實(shí)踐積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，由以下多個(gè)方面說(shuō)明夾具零部件設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及方案構(gòu)思要點(diǎn)，供技術(shù)人員在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)參考。

1 用活動(dòng)模塊解決零件多基準(zhǔn)問(wèn)題

零件定位方案的確定要盡量體現(xiàn)基準(zhǔn)重合原則，即盡量選用工件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，以避免引起基準(zhǔn)不重合誤差。如圖1a所示折邊零件，尺寸A、B分別從2個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)出，設(shè)計(jì)的鉆模要求保證各孔位置。則工件按尺寸B定位后，可再增加一活動(dòng)鉆模塊從左邊定位（靠住折邊內(nèi)檔如圖1b），再分別對(duì)工件和活動(dòng)鉆模板壓緊。雖然保證的是內(nèi)檔尺寸C，但誤差很小，僅是板材厚度誤差，用一套鉆具解決了零件多基準(zhǔn)定位問(wèn)題。這樣的零件在儀器電氣箱組件中較為常見(jiàn)。這時(shí)如果采用同一基準(zhǔn)定位，因?yàn)殁k金零件尺寸公差較大，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

又如圖2a所示零件，工件外形及槽和大孔已加工好，現(xiàn)要設(shè)計(jì)一套鉆模完成4小孔的加工。很明顯其中2個(gè)小孔和大孔中心對(duì)稱，另外2個(gè)小孔中心在槽的中心線上，按照基準(zhǔn)重合原則，要保證4小孔的位置精度，就應(yīng)采用活動(dòng)模塊定位。該工序的定位設(shè)計(jì)方案如圖2b:采用底面和菱形銷(xiāo)組合，工件后面再靠2定位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)完全定位，這樣可保證2個(gè)小孔和大孔的對(duì)稱，即保證了尺寸b;為保證另2個(gè)孔和槽中心的位置及尺寸c、d，在槽中放入活動(dòng)鉆模塊定位，活動(dòng)鉆模塊和工件上的槽采用精密滑動(dòng)配合，夾緊時(shí)連工件和活動(dòng)模塊一起壓向定位底面（圖中夾緊裝置未畫(huà)）。

有時(shí)采用基準(zhǔn)重合原則時(shí)會(huì)使夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜而不得不使用其他基準(zhǔn)定位，只要由此產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差不超過(guò)零件該工序精度要求，就可以采用，只是要進(jìn)行尺寸鏈的換算。對(duì)圖2a工件，如孔和槽的中心距L精度較高，小孔對(duì)槽的位置精度要求不很高，也可采用固定模塊結(jié)構(gòu)（如圖3）。所以定位方案要根據(jù)零件精度和要求靈活應(yīng)用。

對(duì)于圖4零件中上、下面鉆孔的問(wèn)題，可采用活動(dòng)模塊定位加壓緊的方式，在一套鉆夾具上完成7個(gè)孔的加工，如圖5。圖中活動(dòng)模塊和工件上面孔定位，為保證上下相對(duì)鉆孔位置，還采用了定向銷(xiāo);為工件裝卸方便提高效率，采用開(kāi)口墊圈。對(duì)于工件而言，對(duì)上下2個(gè)定位孔要有尺寸精度及同軸度要求。

2 定位加壓緊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

在鉆模設(shè)計(jì)中，常碰到類似如圖6a工件，大孔已加工完畢，本工序要加工2個(gè)小孔，保證尺寸A及D。從尺寸標(biāo)注看，要以大孔為基準(zhǔn)，保證2個(gè)小孔至大孔中心距及和大孔中心的左右對(duì)稱。

如果工件以一面（M面）和一菱形銷(xiāo)，再加上后面2個(gè)點(diǎn)（圖中未畫(huà)）完全定位，如圖6b所示，只能保證2個(gè)小孔和大孔中心的左右對(duì)稱，不能直接保證尺寸A，而只能保證尺寸E。當(dāng)工件大孔至底面M尺寸C精度不高時(shí)，這樣的定位會(huì)影響尺寸A的精度，并且由于C尺寸的誤差，菱形銷(xiāo)的直徑要減小（經(jīng)過(guò)計(jì)算）才能保證工件安裝，由于和孔的配合間隙有時(shí)會(huì)較大，也會(huì)間接影響到2個(gè)小孔和大孔中心的左右對(duì)稱。

有時(shí)設(shè)計(jì)人員會(huì)采用圖6c所示的定位方法，即以圓柱銷(xiāo)代替菱形銷(xiāo)定位，在底面加一止轉(zhuǎn)定位。這樣雖能保證尺寸A，但在中心高C誤差較大情況下，工件定位時(shí)會(huì)傾斜，從而影響到2個(gè)小孔和外形的位置關(guān)系。這里最好的辦法是大孔采用圓柱銷(xiāo)定位，由導(dǎo)向的活動(dòng)支塊對(duì)M面進(jìn)行定位并支緊。定位簡(jiǎn)圖如圖6d所示。這里活動(dòng)支塊應(yīng)由導(dǎo)向塊導(dǎo)向，并有一定的導(dǎo)向配合長(zhǎng)度，它只起一點(diǎn)的定位作用，即限制工件的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，這樣的定位方法對(duì)尺寸C沒(méi)有要求，可降低對(duì)工件大孔中心高的精度要求。當(dāng)尺寸C精度較高，或是加工大孔的工藝較穩(wěn)定（如由夾具保證，公差波動(dòng)范圍較小）時(shí)，也可采用圖6b或圖6c定位方式，夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。

3 注意采用分體結(jié)構(gòu)形式

在夾具設(shè)計(jì)中，很多零件的設(shè)計(jì)采用的是分體形式，主要是考慮到夾具中零件要采用不同的材料和熱處理、成型和加工方便，以節(jié)約成本。如圖7a所示心軸在定位部分直徑d較大，相對(duì)螺紋部分直徑較小，如設(shè)計(jì)成一體，則加工時(shí)浪費(fèi)材料，且螺紋部分磨損后不利更換，應(yīng)改成圖7b分體結(jié)構(gòu)形式。圖8a所示定位面，一般都要考慮淬火處理及磨損后更換，應(yīng)改成圖8b所示支承板聯(lián)接的分體形式。當(dāng)工件定位是圓柱及中間要加工孔時(shí)，可采用圖8c所示帶肩軸套，為保證定位面的等高，可在裝配后同磨削。有些夾具在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮廠內(nèi)設(shè)備和制造周期，如圖9a鑄件可設(shè)計(jì)成圖9b結(jié)構(gòu)用螺釘、銷(xiāo)子聯(lián)接結(jié)構(gòu)，可縮短制造周期;對(duì)夾具上用的大型鑄件，因是單件生產(chǎn)，要考慮鑄造成本，可采用精加工件聯(lián)接結(jié)構(gòu)或鋼板焊接形式，如圖9c。采用焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)重要構(gòu)件，加工前或粗加工之后要注意對(duì)其進(jìn)行去應(yīng)力回火處理。

4 注意壓緊程序的先后會(huì)影響定位

在有些場(chǎng)合工件壓緊的先后順序會(huì)影響定位。如圖10所示角鐵工件在夾具中定位后鏜孔，工件是以底面及側(cè)面定位。如工件壓緊時(shí)先朝向A面則根據(jù)定位原理，工件右側(cè)面應(yīng)看作為平面三點(diǎn)定位，底面只能看作二點(diǎn)定位;同理如先壓向B面，則工件底面就作為平面三點(diǎn)定位，側(cè)面只能看作二點(diǎn)定位，即工件被限制的自由度和壓緊順序有關(guān)。如圖11所示，要保證鏜出的孔和A面垂直，則應(yīng)以A面作為主定位基準(zhǔn)，壓緊力應(yīng)先壓向A面，底面如需壓緊，也只能作為輔助;或者底面改成二點(diǎn)定位后再壓緊，以免工件由于過(guò)定位而產(chǎn)生變形。圖12是為保證鏜出的孔和B面平行的定位和夾緊方案，這時(shí)的主壓緊力應(yīng)先將工件壓向B面，同時(shí)將工件的側(cè)面改成二點(diǎn)定位。

5 以工件大平面定位時(shí)，工裝上應(yīng)設(shè)置支承釘

如平板型工件正面和側(cè)面都需鉆孔，以大平面定位時(shí)，工件平面上的切屑會(huì)影響到側(cè)面孔的尺寸精度。為消除定位誤差，工件的定位平面應(yīng)采用4個(gè)等高的支承釘（可在壓入后同磨削），如圖13。

6 夾具結(jié)構(gòu)形式與其加工和裝配工藝有關(guān)

夾具屬單件制造，其上精度高的地方常常在裝配后加工。如定位元件的中心或表面到鉆套孔中心距，用調(diào)整的方法很難保證精度要求，有時(shí)檢測(cè)也不便。如圖14所示鉆具（夾緊裝置未畫(huà)），在工件（雙點(diǎn)劃線所示）的正面和側(cè)面鉆孔，要保證尺寸a、b、c和h。在加工二鉆套孔時(shí)，工藝上是先用螺釘和銷(xiāo)子把定位釘?shù)闹ё敖氰F與上鉆模板固定好，再把三側(cè)定位釘敲入其支座后再加工鉆套孔。

利用坐標(biāo)鏜床加工鉆套孔時(shí)，因其加工孔的中心距精度很高，可以采用這樣的工藝:上鉆模板和角鐵上鉆套孔、定位銷(xiāo)孔可分別打好，二件裝配后自然形成尺寸c和h。加工角鐵上鉆套孔時(shí)，要實(shí)測(cè)上鉆模板厚度H，以保證裝配后的尺寸h的精度。這時(shí)的工裝上的側(cè)面鉆孔結(jié)構(gòu)，就要采用角鐵從上聯(lián)結(jié)的形式，而不宜用如圖15的側(cè)面聯(lián)結(jié)形式。該工藝對(duì)大尺寸、多側(cè)孔的鉆具加工有很大優(yōu)勢(shì)。所以?shī)A具的結(jié)構(gòu)形式與其加工和裝配工藝有關(guān)。類似圖14的鉆具上孔間距的精度檢測(cè)是較難的，尤其是尺寸c，常常只能檢測(cè)到公稱尺寸，所以要靠機(jī)床精度來(lái)保證。

7 注意排屑、防屑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員往往花很多精力在定位方案的確定和壓緊裝置的設(shè)計(jì)上，而對(duì)排屑、防屑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠重視，而后者涉及到夾具的使用性能，甚至?xí)绊懙缴a(chǎn)效率。一套好夾具往往體現(xiàn)在一些細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)上。

在圖16a中采用燕尾配合，其結(jié)構(gòu)要注意能防止切屑、塵埃的侵入，以免增大運(yùn)動(dòng)阻力，加速配合件磨損。這里采用圖16b的結(jié)構(gòu)較合理。

如圖17所示，在夾具體上要有一定容積的空腔以便容屑，當(dāng)切屑到一定數(shù)量后再加以清除，空腔形成也常采用在定位板上安裝支腳的形式。對(duì)圖17b中定位結(jié)構(gòu)形式就只能在夾具體上開(kāi)出斜面和斜溝槽，使切屑流出夾具體，而不致影響定位精度。

在銑削加工中切屑量較多，可在夾具體周?chē)龀雠c工作臺(tái)T形槽相適應(yīng)的排屑槽，引導(dǎo)切屑流入槽內(nèi)，然后再清掃。

8 注意提高構(gòu)件的承載能力

構(gòu)件承載能力的提高，也相應(yīng)延長(zhǎng)了夾具壽命，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員會(huì)合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量避免夾具薄弱環(huán)節(jié)受較大的力。

在圖18中，把由軸銷(xiāo)傳力改為圖18b中由壓板傳力，可提高結(jié)構(gòu)的承載能力。圖19的情況也一樣，是用軸肩推動(dòng)壓板壓緊工件。

在圖20的壓板設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)其受力情況，適當(dāng)提高銷(xiāo)軸孔的位置或者設(shè)計(jì)成變截面壓板，可改善受力情況，提高壓板承載能力。圖20a的壓板在受較大力時(shí)，中間孔截面處的彎曲應(yīng)力較大而影響壓板壽命。

圖21中，為了避免螺紋部分承受橫向剪切力，改由螺紋上方的圓柱段或改成圖21b所示由套承受橫向力，可提高螺桿的承載能力。

［1］陳旭東.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2010.

［2］楊黎明.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1996.

［3］劉守勇.機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.