工艺工装夹具体的设计_都垚.pdf

Products&Technology产品与技术2023年 第3期WMEM 工艺工装夹具体的设计科德数控股份有限公司 都 垚 李国学 倪长圣 陈 霖【摘要】工装夹具体是机械加工过程中用来紧固工件，使机床、刀具、工件间保持正确位置的工艺装备。针对滑鞍异型等特点，结合实际情况总结工装夹具体在设计过程中的注意事项，保证了加工工件的几何精度和尺寸要求。1.工装夹具体的作用和适用范围（1）工装夹具体的作用机床工装夹具体是制造业中机床工艺的重要组成部分。在大部分零部件的机械加工过程中，无论是用普通机床还是用数控机床加工，工装夹具体如同桥梁般将机床和工件紧密联系起来，因此机床工装夹具体如同切削刀具一样，是机械加工中必不可少的辅助加工装置。其辅助作用主要体现在如下几个方面：保证工件的加工精度，稳定产品的质量；提高劳动生产率，降低制造成本；扩大机床的工艺范围；减轻工人的劳动强度。（2）工装夹具体适用范围不同的产品有其不同的加工方式、方法。对于批量定型的产品，最好采用工装夹具体来加工完成。而对于小型、批量零部件产品，在生产加工过程中，工装夹具体的设计应全面考虑把多个工件安装在工装夹具体上，并采用一次性安装的方式、方法来加工解决。对大型工件应根据机床加工范围而定。工装夹具体如同桥梁般将机床和加工工件联系在一起，是机械加工工艺中必不可少的加工装置，只要工件在工装夹具体上稍加调整便可使机床、刀具、工件间保持精准的位置。2.滑鞍工装夹具体的设计（1）滑鞍在机床中的作用及重要性如图1图3所示，滑鞍（十字滑台）（以下简称滑鞍）是一个可以上、下、左、右、平行、垂直、往复移动的机床应用部件，它直接影响到整个机床坐标移动的位置精度，起到承上启下的作用。图1Products&Technology产品与技术WMEM2023年 第3期 图2 图3高精密机床重要工件在机床上必须确定其准确的坐标位置。滑鞍就具备了其几何精度的要求，这也充分说明滑鞍在机床上的重要性。要保证滑鞍各项平行、垂直的精度，在加工时必须保证滑块接触面的平面度，正、反两面相互平行及滑块接触的侧靠肩面的直线性，正、反两面相互垂直度。轴向孔、电机孔和丝杠支座、丝杠螺母支座等所对应滑块接触面和滑块侧接触面的靠肩面之间的等距性及其相互位置的精度。（2）滑鞍工装夹具体的设计要点滑鞍属于异型件，它对各项技术精度要求特别高。为保证产品的各项几何精度能达到设计要求，在设计工装夹具体时就得根据工件的实际情况进行逐项考虑。首先要选好准确的定位基准面，再考虑夹紧位置是否正确。如果基准面选择不正确，所加工的滑鞍便达不到设计的各项几何精度，并且夹紧不正确最终会导致工件变形，影响加工精度。滑鞍上的轴向孔、电机座及两端丝杠座和丝杠螺母座的各项精度，在机床实际工作中是保证滑鞍沿着滑台移动，滑枕又在滑鞍上移动。若想达到滑鞍上的滑块对轴向孔，电机座及两端丝杠座和丝杠螺母座的等距性，丝杠及丝杠螺母的上母线和侧母线相对滑鞍正、反两面的滑块靠肩面的等高和平行及垂直精度，就得在加工时保证上述各项技术要求。只有这样，才能真正达到和满足滑鞍各项几何精度要求。综上所述，为了满足和达到设计的各项几何精度要求，必须要用工装夹具体来实现，以保证各项加工的几何尺寸。图4 五轴数控机床上的滑鞍结构图3滑鞍定位基准（1）滑鞍定位基准面的选择对于任何一个被加工的零部件而言，选择正确的工件基准作为加工基准面，是保证工件精确加工的重要因素。它也是确保装配基准与加工基准一致性的唯一标准。针对滑鞍这个特珠部件所具备的特点可以做如下的剖析，考虑它自身的结构和在机床上与其他部件之间相关联的尺寸精度所起的作用，就必须选择好定位基准面，还要选择好用来加工滑鞍机床设备的物理参数等。只有这样才能选择出最佳工装夹具体的设计方案。如图5所示即为该工件滑鞍的定位基准面。图5 三维图 图6 滑鞍工装夹具体视图Products&Technology产品与技术2023年 第3期WMEM 图7 安装在夹具体上的滑鞍（2）滑鞍精加工面做定位基准加工滑鞍的正面时，应考虑已加工好滑块接触面、滑块侧靠肩面、孔等与背面相关的几何关系。充分发挥本夹具体的应用和作用。因此在同一个夹具体上加工滑鞍背面选择基准面和定位面（如图8所示）。图8滑鞍已加工好的背面，在工装夹具内的固定位置：设计工装夹具体时应考虑在工件翻转时的定位基准和工件相关联的几何关系，滑鞍(十字滑台)正、反两面滑块接触面的平面度、平行度，正、反两面滑块靠肩面的直线性和垂直度。并且滑块接触面、靠肩面对轴向孔和电机座必然是加工滑鞍的各项几何精度的关键。要加工出满足各项几何精度的滑鞍，就必须保证装配出的机床上、下、左、右往复移动和正、反两面垂直方向的移动的稳定性。将已加工成品的滑块接触面和滑块接触面侧靠肩面作为对应工装夹具体的基准面，定位面对应定位点等。再将工件装在工装夹具体内，用推力螺栓将两点定位面推靠在两点定位的侧靠肩面的位置上，再用压板将工件锁紧。就可以将对应面上的滑块接触面、滑块限位面、丝杠螺母座等，在五面体（龙门机床）加工完成（蓝色部分：滑块接触面及靠肩面、丝杠螺母和端面）。对待不同的工件选择基准是极其重要的，不同的工件选择基准不同，还应从夹紧能否使工件变形，加工时能否产生干涉等诸方面进行考虑。利用同一台工装夹具体就可以完成滑鞍正、反两面的加工。（3）如何解决重复定位问题工艺工装夹具设计时应着重考虑被加工工件的结构特点，防止工件夹具体在安装时会产生重复定位。对待不同的被加工工件需要采用不同的方式方法，这样才能使工件较好的约束在工装夹具体内。本夹具体在设计时，考虑到定位基准面会产生重复定位（重复定位：就是被加工件的自由度被重复的限制，造成加工件成品后达不到合格的几何精度），解决的办法将重复定位基准变成辅助支撑定位。滑鞍在工装夹具体内被约束位置如图7所示。基准面对应工装夹具的基准，点定位面靠在点定位处，两点定位，靠推力螺栓将滑鞍推靠在工装夹具体的两点定位处。再用压板将滑鞍锁紧在工装夹具体上，最后将辅助支撑调整到滑鞍下端辅助支撑面接触面上。滑鞍安装就绪后即可一次性在五面体（龙门机床）上加工轴向孔、端面、滑块接触面和滑块接触面的侧靠肩面（即红色显示面所显示的轴向孔、端面、滑块接触面、滑块接触面侧面的靠肩面）。保证了设计基准、加工基准、装配基准的一致性。4.结语基于以上工作所建立机床夹具的设计，可以给机床夹具设计人员在对夹具进行设计时作为参考，避开繁琐的建模工作，从而大大提高设计人员的工作效率，减少其工作量和劳动强度，缩短夹具的设计和开发周期，减少夹具设计中的成本费用，加快产品的更新速度。同时应用人机交互方法可以避免不必要的疏忽和错误，能在短时间寻求最优设计结果，从而加快了设计速度，提高到了设计质量。由于设计时间有限，该设计中的疏忽和缺陷在所难免，夹具设计中依然存在许多漏洞和不足之处，因此，在以后还需对该设计进行必要的修补和完善工作，望广行多多批评、指正。