论工装夹具自动化设计与改进

论工装夹具自动化设计与改进

龙盛

1、工装夹具自动化设计分析

1.1夹具的定位设计。工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。当然工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位也是允许的。采用此类部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。过定位一般情况下，应该避免使用过定位，通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。但是在某些条件下，合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。

1.2夹具的整体刚度设计。夹具不同于其他环节，他在工艺系统中有着特殊地位，夹具的整体刚度对工件加工的动态误差产生着非常特殊的影响。当夹具的整体刚度远大于其他环节，工件加工的动态误差基本上只取决于夹具的制造精度和安装精度。因此设计夹具时，对夹具的整体刚度应给予足够重视。如因工艺系统其他环节的刚度不足而引起较大的系统动态误差时，也可以采取修正夹具定位元件的方法进行补偿。对一些切削力较大，振动也大的夹具，还应尽可能降低夹具的重心，工件的加工表面应尽可能靠近工作台，以提高夹具的稳定性，通常夹具体的高宽比H/B≤1～1.25为宜。

1.3夹具的安装设计。夹具在机床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定位键。定位键的结构尺寸已标准化，应按工作台的T形槽尺寸选定（以T形槽为例），它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6、H8/h8。两定位键的距离应力求最大，以利提高安装精度。作为定位键的安装是夹具过两个定位键嵌入到工作台的同一条T形槽中，再用T形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和工作台两个T形槽间的距离一致。

2、数控铣床工装夹具的设计内容

2.1数控铣床工装夹具的设计原则。数控铣床工装夹具常与型架工具配合。其设计时必须考虑以下原则：工装夹具本身能正确的定位于型架上；工装夹具能正确的将工件定位，并夹紧于加工位置；工装夹具夹定工件时不可过度施力，以免损伤零件；工装夹具与零件的接触面需有保护装置，以免损伤零件；工装夹具本身需具有足够的结构强度，以承受工件加工时所产生的作用力；工装夹具最好具有防护装置，防止工件被错误的组装或加工；工装夹具最好具有令工作者检验加工位置正确与否的功能；工装夹具最好容易更换已磨损、腐蚀或损坏的零件；易受磨耗的工装夹具零件，应使用高硬度材料，或加以适当的热处理；工装夹具本身的公差，需配合工件的精度订定；工装夹具的造价应低廉。

2.2数控铣床工装夹具的固定方式

就固定方式而言，为了避免工件在加工过程中发生移动，必须沿作用力的方向将工件固定，该装置称为夹持构件。定位构件为在于工装夹具夹持工作物时，能使工作物均能在相同的位置，使每一工件加工完成后都能在加工公差范围之内。夹紧与定位虽然是不相同的构件，但常见合二为一的设计。夹持构件设置的位置影响工件的加工品质、工作效率及安全。夹持构件利用力学的机械利益，能以很小的施力产生很大的夹持力。一般夹持构件均不单独使用一个元件，而以数个元件合并组合应用。在加工过程中，工作物必须安装或拆卸。所以工装夹具的夹持机构的操作也必须能迅速、省时、易维修。为了达成这一目的，鉴于当前工装夹具夹持机构已有若干种已成为标准化的零部件，设计者可直接使用成品，从而大幅节省制造时间。

2.3数控铣床工装夹具设计的路线与工艺。对于加工路线与工艺的确定，首先需要做好的是对数控铣床所需要进行加工的零部件加以完备的分析，从而确保能够清晰的了解各种零部件所使用的材料特性及结构方面所展现出的特征。除此之外，还要关注所要加工的零部件需要达到的精度水平以及热处理等方面的技术的应用。加工过程中的定位的标准及前后工序之间的相关性也需进行明确。在工装夹具的设计过程中，机床以及所使用的刀具两大方面的技术参数也是设计的基础所在，参数的确定也最终决定了走刀的方式。是否进行一次装夹确保一次成型能够直接影响对工件进行安装的工作频数，这也影响着作业的时间。

2.4数控铣床工装夹具设计的对刀。一是对于工装夹具设计中的对刀点确定。在一般化的设计过程中，计算方式的简单化是当前较为倡导的，而这就要求对刀点的确定必须能够较为便捷的与零件定位标准加以换算，从而一方面使得找正工作简单易行，另一方面也有利于在后期加工过程中加以准确检查，最终带来误差的减少。因此，对刀点一般来说就是零件的定位标准点。二是对于刀具的选择加以明确。在数控机床工装夹具的设计过程中，必须确保能够根据夹具、零件所处的铣床台面位置来考虑刀具方面的配置，并进而结合刀具自身的长度及加工特色来确定刀具的具体类型，并将其安置于铣床工作台面的合适位置处。这种设计的目的是在于防止在加工过程中出现撞刀等问题。另外，针对铣床的切削量的大小也需要加以重视，这应当根据加工的粗细程度来进行具体的确定。如果是属于粗加工，则应当增加切削量，从而确保生产效率的提升，如果属于精加工，则应当以工装夹具所具有的精度方面的问题作为设计过程的主要考虑因素。

3、工装夹具的应用

工装夹具的设计根据产品批量和加工复杂程度的大小来定。例如工件的钻孔。对于小批量，自由装夹就可以了，中批量可以钻模工装定位钻孔，大批量就可以设计专机，永久性夹具，特大批量可设计专机流水线。考虑定位基准的统一性，装夹的一致性。但对于一些复杂的加工件。虽然量小但还没有工装夹具无法保证其加工的准确性，这时也需要设计制作工装夹具，例如需要多次焊接的工件。这时就需要尽可能使用便于装拆的，由标准件或通用件组成的组合夹具。现在有许多由模块组成的夹具，模块化的夹具大大减少了中小批量多类型的产品制作时间和成本。

再次工装夹具的结构要符合工人加工操作习惯。装拆时要有足够的操作空间。便于日后的维修和装拆。在生产过程中要正确使用夹具.安装要到位，夹紧的螺栓螺母要锁紧。对于使用较为复杂的工装夹具要编制使用说明书，并要求操作时严格按此执行。

结语：工装夹具的现场设计加工最大的特点就是要保证夹具的实用性，必须要符合机械设备安装的使用要求。而夹具设计质量对工件质量、生产效率以及生产成本等影响较大。夹具自动化设计应简单实用，可制造性好，便于装配维修。

参考文献：

[1]章嘉浩,魏晓晨,马丹,严诚斌.一种新型工业机器人工装夹具检测系统设计[J].电气自动化,2017,39(03):116-118.

[2]曲双,鲍洪阳.动车组大部件加工夹具的模块化与自动化设计[J].铁道技术监督,2016,44(09):36-39.

[3]王浩.铝合金工件机器人自动化焊接工作站研究与开发[D].南京航空航天大学,2013.

[4]李双跃.制造工艺资源建模技术及其在夹具设计支持系统中的应用[D].四川大学,2006.