摘要：工装夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计工装夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。工装夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。
关键词：机床；夹具；设计
引言
在机械加工的过程中，为了能够保证工件的加工精度，使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。夹具设计中主要要基于夹具的特点，从夹具体、定位元件、夹紧装置、联接元件、对刀或导向元件、其他装置或元件以及标准化了的其他联接元件中设计。
一、工装夹具设计的基本原则
1、满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性；
2、有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的加工过程；
3、满足装夹过程中简单与快速操作；
4、易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行；
5、满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性；
6、尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；
7、尽可能选用标准件作为组成零件；
8、形成公司内部产品的系统化和标准化。
二、工装夹具设计基本知识
一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求：
1、保证工件的加工精度保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。
2、提高生产效率专用夹具的复杂程度应与产能情况相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。
3、工艺性能好专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。
4、使用性能好工装夹具应具备足够的强度和刚度，操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。工装夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。
5、经济性好专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据订单及产能情况对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。
三、工装夹具设计规范化概述
3.1 工装夹具设计的基本方法与步骤
设计前的准备工装夹具设计的原始资料包括以下内容：
a）设计通知单，零件成品图，毛坯图和工艺路线等技术资料，了解各工序的加工技术要求，定位和夹紧方案，前工序的加工内容，毛坯情况，加工中所使用的机床、刀具、检验量具，加工余量和切削用量等；
b）了解生产批量和对夹具的需用情况；
c）了解所使用机床的主要技术参数、性能、规格、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸等；
d）夹具的标准料库存情况。
3.2 工装夹具设计考虑的问题
夹具设计一般结构单一，给人的感觉结构不是很复杂，尤其现在液压夹具的大行其道，使其原有的机械结构大大简化，但是如果设计过程中不加以详细考虑必然会出现不必要的麻烦：
a）被加工件的毛坯余量。造成毛坯尺寸过大，产生干涉。所以在设计之前一定要准备毛坯图。留出足够的空间。
b）夹具的排屑畅通性。设计时由于机床的加工空间的有限性，夹具往往被设计的空间比较紧凑，这时往往就会忽略在加工过程产生的铁屑在夹具死角处存积，包括切屑液的流出不畅，给以后加工带来很多麻烦。所以在实际之初就应考虑加工过程中出现的问题，毕竟夹具是以提高效率，方便操作为本的。
c）夹具的整体敞开性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆忽略敞开性，造成操作者装卡困难，费时费力，设计大忌。
d）夹具设计的基本理论原则。每套夹具都要经历无数次的夹紧，松开动作，所以可能在开始都能达到用户要求，但是加具应该有它的精度保持性，所以不要设计一些有悖原理的东西。即使侥幸当下可以，也不会有长久的持续性。一个好的设计应该经的起时间的锤炼的。
e）定位元件的可更换性。定位元件磨损严重，所以应考虑更换快捷和方便。最好不要设计成较大的零件。
夹具设计经验的积累很重要，有时设计是一回事，在实际应用中又是一回事，所以好的设计是一个不断积累和总结的过程。
四、工装夹具设计的准备与注意事项
4.1 做好设计前的准备工作
保证工件加工质量是机床夹具设计的基本要求，也是夹具设计的首要任务。为此必须正确地设计与选择定位方法、定位件及夹紧装置。当接到工艺人员提出的夹具设计任务书之后，首先要对任务书进行仔细阅读与深入研究，认真了解工件的作用、特点、材料、生产规模及技术要求，详细分析加工工艺过程及本工序的加工要求，如加工余量、加工精度、加工表面、定位基准及前后工序的联系等等。这些设计前的准备工作不仅要做，还要做好、做细，只有这样才能使我们的设计顺畅、稳妥，少出麻烦和错误。
其次，要根据工件的特点多动脑筋，换个思维方向，多提出几个设计方案以留备用，因为在实际的设计过程中，根据同一工件，每一个设计人员的设计思想及考虑重点都不相同，因而会给出不同的设计方案，由此设计出的工装夹具的结构自然也就不同，应用到实际生产中产生的效果也会有所不同。通过对多个方案的分析比较确定一个更合理、更符合要求的结构方案，在设计时还要注意多听取和吸收其他好的意见和建议。
4.2 工装夹具设计的注意事项
4.2.1 夹紧元件的统一性
一套比较复杂的工装夹具中通常具备多出压紧、辅助支撑、调节支撑等元件，常用的靠螺旋压紧的螺母、螺旋调节的螺栓等部件因空间位置、夹紧力大小等因素的影响，不同部位所用的螺纹大小会不尽相同。若按理论设计这些元件的外形操作部位也会不尽相同，不同的外形尺寸需要操作人员用多种工具才能完成夹紧、调节等工序，加工极不方便，效率大大降低。使用时同一种工具就能完成所有的夹紧、调节等工序，减少了辅助时间，提高了生产效率。可见在工装夹具设计过程中注意夹紧元件统一性对于提高生产效率、降低劳动强度具有重要作用。
4.2.2 夹紧元件的安全性
工装夹具中比较常见的开口压板由于其螺母大径小于工件孔径，只要稍松螺母，取下开口压板，工件即可方便地穿过螺母被取出，是一种比较实用的快速夹紧结构。但这种结构在回转体压紧装置中存在一定弊端，因为当螺母意外松动时，开口压板极易在离心力的作用下由开口处从夹具中飞出，安全隐患令人堪忧。当工作时，旋紧的带肩螺母其肩部进入开口压板的盲孔内，一旦带肩螺母稍有松动，因其肩部嵌在盲孔内，所以压板不会立即飞出，而此时操作人员能明显感到工件的松动，停车再次旋紧即可，然后将带肩螺母的肩部旋出开口压板盲孔深度，这样既然保证了压紧的安全性，又可轻而易举地卸下工件，可谓一举两得。
4.2.3 设计人员深入现场
工装夹具的设计人员一定要深入工作现场，了解现场和熟悉现场。要对夹具使用的机床规格、主要参数及在机床上安装夹具部位的结构和配合尺寸和本工序使用的刀具、量具等情况了解清楚。不深入现场就会对这些情况一无所知，设计制造出来的夹具极有可能安装不上，不能用于机床的正常生产，造成返修或废掉，不仅损失了经济和时间成本还耽误了生产运行，得不偿失。另外，工装夹具的设计人员多下现场可与操作人员进行面对面的交流与沟通，有利于掌握第一手的一线资料。因为操作人员不仅可以提供一些好的意见和建议，还会告知设计人员同类夹具存在的问题、需要改进之处及操作习惯和干活方式等，这些都有利于工装夹具的优化设计。否则设计出的夹具虽符合机床且加工合格，但不符合操作人员的工作习惯，造成加工不便，则极有可能被束之高阁。此外，设计人员在夹具制造完成投入到实际生产中后还要多次进行回访，了解其使用情况。
结束语
综上所述，机床夹具的设计是机床整体设计的一个非常重要的环节，机床夹具具体的设计品质对机械零件加工的精度、生产效率以及后期机械零件在使用中的稳定性都这着至关重要的作用。因此，企业和设计者必须重视夹具的设计工作，根据夹具具体设计、生产以及使用中的问题以及新的要求，对夹具的设计工作作出相应的优化。机床夹具设计的过程中，除了传统设计中要照顾到的问题以外，还要进一步完善和发展机床夹具设计的优化改良工作，以提高机床夹具生产的品质，冲破制约国内机床制造企业进步的瓶颈。通过不断地优化创新机床夹具设计的设计流程，机床夹具的科学性稳定性必定大幅提升，只有这样才能满足现代化机电产品生产对机床夹具设计层出不穷的新要求。
参考文献：
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[2]董天毅.工装夹具设计也要“以人为本”[J].制造技术与机床，2010.07
[3]李晔维.工装夹具设计中材料及热处理问题的处理[J].机械工程师，2013.04
论文作者:陈文豪
论文发表刊物:《河南电力》2018年13期
论文发表时间:2018/12/27
标签：夹具论文; 工装论文; 工件论文; 机床论文; 加工论文; 元件论文; 结构论文; 《河南电力》2018年13期论文;