林奕滔

（廣州市公用事業(yè)技師學院，廣州 510100）

0 引言

機械加工中夾具裝夾是靠夾具將工件定位、夾緊，以保證工件相對于刀具、機床的正確位置。這種方法精度較高，生產(chǎn)率高，能保證機械加工質(zhì)量，減輕勞動強度，但需要設計專門的裝備。在機床上加工工件時所用的夾具稱為機床夾具。無論是傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造，機床夾具都是十分重要的。它對加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有直接影響，因此，無論是改進現(xiàn)有產(chǎn)品或是開發(fā)新產(chǎn)品，企業(yè)花費在夾具設計和制造上的時間在生產(chǎn)周期中都占有較大的比重[1]。目前在市面上能用于線切割機床加工的輔助夾具較少，這在一定程度上降低了生產(chǎn)效率，增加了工人的勞動強度，提高了企業(yè)的加工成本。

1 新型線切割機床夾具的創(chuàng)新設計及研發(fā)背景

目前，機械加工車間中廣泛使用的電火花加工線切割機床，可以加工用傳統(tǒng)切削加工方法難以加工或無法加工的形狀復雜的工件。因此，電火花線切割技術不受材料性能的限制，可以加工任何硬度、強度、脆性的金屬材料，很適合于小批量形狀復雜零件、單件和試制品的加工，加工周期短，在機械加工中占有很重要的地位。

在開始加工前，首先必須使工件在機床上或夾具中占有某一正確的位置，這個過程稱為定位。為了確保已經(jīng)定位好的工件在加工過程中不會發(fā)生位移，使其在加工過程始終保持正確的位置，還需將工件壓緊夾牢，這個過程稱為夾緊。定位和夾緊的整個過程合起來稱為裝夾[2]。

完成裝夾工件后，還必須配合找正進行調(diào)整，方能使工件的定位基準面分別與機床的工作臺面和工作臺的x、y進給方向保持平行，以保證所切割的表面與基準面之間的相對位置精度[3]。

使用線切割機床加工工件，其裝夾的方法選擇是否恰當，直接影響線切割加工精度和效率。

線切割機床加工常用的（工件）裝夾方法有以下5種：1）懸臂式裝夾；2）兩端支承式；3）橋式裝夾；4）平板式裝夾；5）復式裝夾[4]。

目前在線切割機床加工工件常用的上述裝夾方法存在以下缺點：1）只適用于一些外形規(guī)則的工件，如板料、棒料、圓柱體、長方體等，而對一些外形不規(guī)則的工件，如圓錐體、球狀體、曲面形體、凹凸多面體等，難以進行裝夾定位；2）對一些外形較為復雜的工件進行裝夾固定時，耗時較長，一般需15～30 min左右，工作效率低下；3）在工件裝夾好后，用百分表進行找正調(diào)整并精確定位時，耗時更長，且不易操作。

2 該新型夾具的研發(fā)過程與功能特點

為了解決目前在線切割機床上裝夾工件存在的耗費時間長、找正定位不易操作且定位精度不高的缺點，本文設計了一種快速裝夾、精確定位的線切割機床專用夾具。該新型線切割機床專用夾具能夠快速地將待加工工件裝夾在線切割機床上確定的空間位置上，并且能夠快速地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進行線切割加工。實驗證明，該新型夾具能大幅縮短機床加工中所消耗的輔助時間，降低生產(chǎn)成本，同時減輕操作者的勞動強度，明顯提高勞動生產(chǎn)率。

本新型夾具的技術方案：創(chuàng)新設計一種新型線切割機床快速裝夾定位萬能專用夾具，主要應用于機械加工領域中的電火花線切割機床。如圖1、圖2所示，該新型夾具主要包括一個夾具主體4、磁吸表座15、x軸旋轉(zhuǎn)心軸8（含x 軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭14、x軸角度刻度盤13）、y 軸旋轉(zhuǎn)心軸9（含y軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭11、y軸角度刻度盤21）、彈簧夾子20。夾具主體4左邊開有倒置的凹槽（用于與橋板5相配安放），磁吸表座15 安裝鑲嵌在夾具主體4 中間凹槽的上方。

圖1 新型線切割夾具圖-1

圖2 新型線切割夾具圖-2

在使用本夾具時，將本夾具主體4的凹槽對應并卡置在線切割機床工作臺的橋板5上面，然后用手轉(zhuǎn)動磁吸表座15上的旋鈕，使磁吸表座15產(chǎn)生磁吸力，可快速地將夾具主體4固定在橋板5上所需的任意位置上。

用于夾持工件的彈簧夾子20用內(nèi)六角螺栓固定連接在y軸旋轉(zhuǎn)心軸9上，通過用手轉(zhuǎn)動x軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭14和y軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭11，可帶動夾持工件3的彈簧夾20在x軸和y軸方向作任意角度的旋轉(zhuǎn)調(diào)整，從而快速地將待加工工件3裝夾固定在線切割機床上確定的空間位置上，并且能夠快速精確地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進行線切割加工。

其結構特征在于，采用了分體組合式彈簧夾子的結構形式，分體組合式彈簧夾20包括：整體式下夾板18（1件）、分體式上夾板19（共3件）、彈簧28（共3個）、彈簧芯軸25、彈簧芯軸固定螺母24、定位基準板27、定位基準板固定螺釘26。整個彈簧夾子20用緊固螺釘17連接并固定在y軸旋轉(zhuǎn)心軸9上，故彈簧夾20可隨y軸旋轉(zhuǎn)心軸9一起轉(zhuǎn)動（如圖3）。

圖3 分體組合式彈簧夾子

該分體組合式彈簧夾20可快速夾持住外形規(guī)則與不規(guī)則的工件（說明：針對各種大小尺寸不同的工件，本新型夾具配備有大、中、小3種規(guī)格的分體組合式彈簧夾各1個）。

本新型夾具采用了在夾具主體4上設計安裝了兩條互相垂直的轉(zhuǎn)軸（即x軸旋轉(zhuǎn)心軸8和y軸旋轉(zhuǎn)心軸9），夾持工件的彈簧夾20用螺釘固定連接在y軸旋轉(zhuǎn)心軸9上。通過用手轉(zhuǎn)動x軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭14，帶動y軸旋轉(zhuǎn)心軸9（即帶動彈簧夾上的工件）沿x軸方向作任意角度的旋轉(zhuǎn)調(diào)整，然后再用手轉(zhuǎn)動y軸轉(zhuǎn)角調(diào)整把頭11，帶動夾持工件3的彈簧夾20沿y軸方向作任意角度的旋轉(zhuǎn)調(diào)整。通過轉(zhuǎn)動x軸、y軸的調(diào)整把頭，從而能夠快速地將工件3的待切割面調(diào)整至確定的空間位置上，并且能夠快速精確地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進行線切割加工。夾具的可調(diào)角度功能可以用于裝夾需要轉(zhuǎn)動調(diào)整角度加工的零件或一些多面體零件的加工。

本新型夾具的優(yōu)點在于：由于采用了分體組合式彈簧夾子的結構形式，可快速夾持住外形規(guī)則與不規(guī)則的工件，并通過轉(zhuǎn)動x、y軸旋轉(zhuǎn)心軸，對工件進行角度位置綜合調(diào)整，將工件調(diào)整至確定的（x、y軸方向）空間位置上，快速地完成“裝夾定位”操作。且能夠快速精確地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進行線切割加工。

本新型夾具設計新穎、使用方便可靠，可廣泛應用于機械加工領域中的各種電火花線切割機床，能夠高效、快捷、精確地完成各種外形規(guī)則及不規(guī)則待加工工件在線切割機床上的裝夾定位操作。經(jīng)實踐證明，完成裝夾定位操作時間只需20～50 s，工作效率提高了50倍以上，大幅縮短機床加工中所消耗的輔助時間，降低生產(chǎn)成本，同時減輕操作者的勞動強度，明顯提高勞動生產(chǎn)率。本新型夾具的實物如圖4所示。

圖4 新型夾具實物圖

3 該新型夾具的創(chuàng)新設計亮點

1）能夠快速地將待加工工件裝夾固定在線切割機床上確定的空間位置上并將其找正，然后進行線切割加工。

2）可廣泛應用于機械加工領域中的各種電火花線切割機床，能夠高效、快捷、精確地完成各種外形規(guī)則及不規(guī)則待加工工件的裝夾定位操作。

3）經(jīng)實踐使用驗證，完成裝夾定位操作時間只需20～50 s，大幅縮短機床加工中所消耗的輔助時間，降低生產(chǎn)成本，同時減輕操作者的勞動強度，工作效率提高了50倍以上，經(jīng)濟效益顯著。

4 推廣價值及成果轉(zhuǎn)化

1）通用性廣，具有萬能通用性，可在各種不同型號的電火花線切割機床上安裝使用。

2）能夠高效、快捷、精確地完成各種外形規(guī)則及不規(guī)則待加工工件在線切割機床上的裝夾定位操作，省時省力。

3）設計新穎、使用安全可靠，經(jīng)實踐證明，完成裝夾定位操作時間只需20～50 s，工作效率提高了50倍以上，經(jīng)濟效益顯著。

4）成果轉(zhuǎn)化價值大，可推廣至技工院校機電專業(yè)《零件線切割加工》實訓課堂、生產(chǎn)企業(yè)線切割加工車間使用，有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。

目前該新型線切割機床萬能夾具已在廣州市公用事業(yè)技師學院的零件線切割加工實訓車間投入使用。有效解決了目前在線切割機床上裝夾工件存在的耗費時間長、找正定位不易操作、定位精度不高且耗時費力等問題，大幅縮短機床加工中所消耗的輔助時間，提高了實訓課堂教學質(zhì)量和教學效果。本創(chuàng)新設計《新型線切割機床快速裝夾定位萬能夾具》已向國家知識產(chǎn)權局申請“實用新型專利”（專利號：202121885404.5）。

另外，在當前技工教育的《機械零件的普車加工》課堂上，由于目前的教學改革，普車實習的實習時間相對減少，為了讓同學們能學習到更多的機械加工知識與更好地提高實操能力，只能從怎樣去提高教學效率上去努力。普車實習課堂上學生的一項必不可少的實操項目就是要磨削各種類型的車刀，由于磨削車刀會浪費很多的時間。這時，可以使用本新型夾具在線切割機床上將學生要磨削的車刀先切割掉即將要磨削掉的大量多余刀具材料，或者切割出一定的車刀角度。這樣的提前準備，可以大大減少學生磨削刀具的時間，提高學習效率。

5 結語

作為專業(yè)技術人員，在生產(chǎn)工作中要不斷學習新技術和新工藝，并且學以致用、勇于創(chuàng)新。在多年的線切割加工工作中，總結經(jīng)驗，提高效率，通過技改，創(chuàng)新設計了新型線切割機床快速裝夾定位萬能夾具，該夾具能夠快速地將待加工工件裝夾在線切割機床上確定的空間位置上，并且能夠快速地將其找正調(diào)整至正確的加工位置上進行線切割加工。經(jīng)實踐證明，該夾具在線切割加工中起著十分重要的作用：大幅縮短輔助時間、提高勞動生產(chǎn)效率、降低加工成本、保證加工精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量；降低對工人的技術要求，減輕工人的勞動強度[5]，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。