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自動化設備專用夾具的設計
自動化設備專用夾具的設計
[摘 要]隨著現代數控加工設備的高速的發展，設計合理、適合批量生產的專用夾具不僅能保證加工的穩定和產品質量，而且能降低勞動強度、提高生產效率、實現生產過程自動化，從而降低生產成本，本文從夾具的定位設計、整體剛度設計、結構和夾緊力的設計、安裝設計以及夾具設計的發展趨勢等五方面論述了專用夾具的設計要點。
[關鍵詞]數控加工 專用夾具 五方面 設計要點
零件在加工的過程中夾具的定位固定是非常重要的，當定位不準確或加工中出現振動，都會影響零件在加工中各段的精度，達不到設計的要求。
設計合理、適合批量生產的專用夾具不僅能保證加工的穩定和產品質量。
并且能降低勞動強度，提高生產效率、降低對工人技術的過高要求、實現生產過程自動化，從而降低生產成本。
一、夾具的定位設計
工件的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。
當然工件定位時，并非所有情況下都必須使工件完全定位。
在滿足加工要求的條件下，少于六個支撐點的定位也是允許的。
采用此類部分定位可簡化定位裝置，在生產中應用很多。
如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。
過定位一般情況下，應該避免使用過定位，通常，過定位的結果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件(或定位件)產生變形，所以在一般情況下，過定位是應該避免的。
但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。
這對剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。
二、夾具的整體剛度設計
夾具不同于其他環節，他在工藝系統中有著特殊地位，夾具的整體剛度對工件加工的動態誤差產生著非常特殊的影響。
當夾具的整體剛度遠大于其他環節，工件加工的動態誤差基本上只取決于夾具的制造精度和安裝精度。
因此設計夾具時，對夾具的整體剛度應給予足夠重視。
如因工藝系統其他環節的剛度不足而引起較大的系統動態誤差時，也可以采取修正夾具定位元件的方法進行補償。
對一些切削力較大，振動也大的夾具，還應盡可能降低夾具的重心，工件的加工表面應盡可能靠近工作臺，以提高夾具的穩定性，通常夾具體的高寬比H/B≤1～1.25為宜。
三、夾具結構和夾緊力的設計
1、夾具結構設計要點：
(1)能保證工件定位后占據正確位置。
(2)要保證工件在整個加工過程中的位置穩定不變，振動小，又要使工件不產生過大的夾緊變形。
(3)夾緊裝置的復雜程度與生產類型相適應。
工件的生產批量越大，允許設計越復雜、效率越高的夾緊裝置。
(4)工藝性好，使用性好。
其結構應盡量簡單，便于制造和維修;盡可能使用標準夾具零部件。
2、夾具夾緊力的設計
在傳統夾具設計中，定位元件、夾緊裝置結構的選擇、尺寸的確定，夾緊力的求解都需要設計人員完成;一般運用運動學原理、幾何學原理和優化設計技術對夾緊元件的布局和夾緊力進行優化設計，并對以下三個方面進行研究分析：
(1)構建工件自由度模型和運動學的定位方案模型，對自由度的限制數目和接觸點數進行分析;
(2)對基準的定位誤差進行分析計算;
(3)可利用接觸變形理論構建工件穩定性模型，對夾緊方案合理性進行分析。
當然，工件的大小、加工部位、刀具、材料特性等多方面元素，一般計算的同時也結合經驗去考慮，采用較大的夾緊方式，比如M16螺釘可以壓緊的，為了提高安全系數，一般選M18的螺釘。
四、夾具的安裝設計
夾具在機床工作臺上的安裝位置，直接影響被加工表面的位置精度，因而在設計時必須考慮其安裝方法，一般是在夾具底座下面裝兩個定位鍵。
定位鍵的結構尺寸已標準化，應按工作臺的T形槽尺寸選定(以T形槽為例)，它和夾具底座以及工作臺T形槽的配合為H7/h6、H8/h8。
兩定位鍵的距離應力求最大，以利提高安裝精度。
作為定位鍵的安裝是夾具過兩個定位鍵嵌入到工作臺的同一條T 形槽中，再用T 形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺上，所以在夾具上還需要提供兩個穿T形螺栓的耳座。
如果夾具寬度較大時，可在同側設置兩個耳座，兩耳座的距離要和工作臺兩個T形槽間的距離一致。
五、夾具設計的發展趨勢
(1)標準化：夾具在實現通用性的前提下，為降低夾具本身的成本，朝著標準化的方向發展，在通用夾具、組合夾具的基礎上，制造的夾具應盡量與標準化機床配套，有利于促進機床夾具本身的商品化和規�；a，降低夾具自身成本。
(2)精密化：隨著社會各行業對機械加工產品的精度要求越來越高，現代機床夾具已向著高精密化的方向發展，夾具的精密化主要體現在夾具結構的設計上，在對夾具進行結構設計時要充分發揮主觀能動性，以實現機械加工向著更高精度的方向發展。
(3)高效化：因加工行業競爭日益激烈，要求機械加工企業要最大限度提高工作效率，因此對機床夾具也提出了更高的要求，首先能適應高速加工的要求，并最大程度降低夾具的輔助時間，提高勞動生產率，保持加工的連續性和安全生產，降低了工人的勞動負荷。
(4)柔性化：通過對夾具的結構進行科學設計，將不可拆卸機構改造成可拆卸機構，使之可以通過自身的組合、調整來滿足各種工藝的需求，設計出結構更加合理、精度更高、并且可自動拆卸、更換的柔性化夾具，提高夾具的工作效率，從而為現代加工提供更好的支持。
參考文獻
[1] 《機械制造技術基礎》，黃健求，機械工業出版社，2005.11
[2] 《工程力學》張春梅，劉靜香，北京理工大學出版社，2008
[3] 《機床夾具的分類與構成》，張亞明，科技資訊，2008(4)
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