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摘要：通常情况下，在进行机械产品设计的过程中，离不开机床夹具，其主要是用来装夹，令工件固定在机床上，能够迅速可靠地加紧工作，这样能有效保证工件的加工精度。机床夹具设计时加工过程的活跃因素，因此要充分意识到机床夹具设计的的重要性，在设计过程中做好设计准备，并掌握一系列设计流程，进而切实提高机械产品的生产效率。
关键词：机床；夹具；设计要点
1.机床夹具设计概述
1.1夹具的基本结构和组成
机床夹具分别由夹具体、定位件、夹紧件、导向件等等组成，其基本结构形式如图1所示。
图1 机床夹具基本结构
1.2设计夹具的基本要求
设计夹具时最基本的要求即使工件在本序加工后尺寸达到设计和工艺的要求。过去仅仅考虑了零件的二维精度，随着零件设计形状的日益多样，需对三维尺寸和位置精度也应考虑在内。在满足精度需要的情况下，再考虑提高生产率和降低成本等一系列实际情况。
1.3夹具设计的必要性
机床夹具是在机床上用以定位装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，保证加工精度、提高劳动生产率、扩大机床的使用范围和保证生产安全，因此，机床夹具在机械制造中占有很重要的地位。随着现代机械加工的日趋完善和各种高精加工机床的出现，这要求与之配套的机床附件更加精确和可靠，而机床夹具的性能直接影响加工工件的安装、定位及制造精度。因此，良好的机床夹具设计是保证高精度机床加工的前提条件。
2.现代机床夹具的设计要点
2.1设计准备
在进行机床夹具设计之前，必须要先做好充足的准备工作。机床夹具设计的准备工作主要是收集原始资料及明确设计任务。具体来说，设计人员首先应当要对机电产品的零件图、装配图等进行仔细分析，详细了解各个零件的形状、结构、重量、刚度、作用、材料硬度以及工业特性等；再者，还要详细了解各零件的毛坯种类及加工工艺规程等，尤其是要明确各工序半成品的的尺寸、形状、切削用量、加工余量以及所使用的定位基准等；另外，还应当要明确各工序的定位及夹紧方式。只有做好了充足的准备工作，才能够为后面的夹具设计打好坚实的基础。
2.2设计流程
机床夹具的设计主要有以下几个步骤：
2.2.1设计人员要确定好夹具的类型，按照特性的不同，机床夹具主要可以分为专用夹具、通用夹具、组合夹具、可调夹具以及拼装夹具等类型，而按照使用机床的不同，其又可以分为车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、键床夹具、数控机床夹具、齿轮机床夹具、自动机床夹具以及自动线随行夹具等类型，只有先确定好夹具的类型，才能够进行下一步的设计；
2.2.2设计人员要确定好各工序的定位及夹紧方式，一般应在首序加工时加工出后面各工序的精基准，并尽量使其达到统一，需要注意粗加工基准只能够使用一次，再就是还要选择能够令夹紧力与切削力趋于平衡的夹紧装置，同时应尽量缩短其辅助时间；
2.2.3设计人员要确定好对刀基准、夹具调校基准、工件测量基准等夹具基准，其中对刀基准的作用是用来在工件加工时确定刀具相对工件的位置，夹具调校基准的作用是在夹具安装时调校自身相对机床的位置，工件测量基准则是在加工后期对工件进行在线检测的检测基准，只有确保了以上各项夹具基准的统一，才能够保证加工精度；
2.2.4设计人员要设计好夹具体，通常情况下，夹具体的结构形式是根据机床的相关参数及其相应的加工方式来确定的，比较常见的夹具体结构形式有旋转型和固定型，设计人员应正确选择夹具体的结构形式，同时要使其具有足够的强度和刚度，而对于一些比较精密的夹具，应当时效处理其夹具主体，从而释放其残余应力，避免夹具发生后期变形，再就是要注意令工件装夹受力点避开工件的薄弱部位；
2.2.5设计人员要设计好定位元件，设计之时应当要考虑到工件的具体结构、尺寸、形状、精度等要求，使其各项精度达标，并要注意其危险断面的强度，尽量避免使用中途发生损坏，以及还要使其结构符合一般的标准化要求；第六步，设计人员要设计好夹紧机构，使其具有合适的夹紧力和增力比，以保证其在夹紧工件原始力消失之后仍旧能够在摩擦力的作用下保持应有夹紧性能。
2.3注意事项
由于当机床切削力与机床载荷的受力方向相同时，其切削力也会成为载荷的一部分，因此在进行机床夹具设计之时，应当根据切削力大小的不同而为其钻孔总重量留有一定的安全系数。再者，虽然夹具体、夹具零件等允许超出机床行程，但是这必须要在其对运动过程没有干涉的前提下才可以，否则可能会引起夹具与机床的碰撞，从而造成双方损坏。另外，在布置工件之时，也应当尽量使加工部位避开机床的行程极限。
3.现代机床夹具的发展方向
3.1标准化
机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148~T2259-91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
3.2精密化
随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。
3.3高效化
高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。
3.4柔性化
机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。
结束语：机床夹具设计中采用高精、高效、模块、组合、通用经济方向发展的思路，在组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，充分利用现代信息和网络媒体，引进技术，争取合资与合作，与时俱进地创新和发展夹具技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径。
参考文献：
[1]任慕华.机床夹具设计研究[J].机电信息.2010.
[2]张滢滢，刘春雨.关于机床夹具的发展前景的探讨[J].科技创新导报.2011.
[3]牛文志.机床夹具设计的几点注意事项[J].金属加工.2010.
论文作者:何明桓
论文发表刊物:《基层建设》2017年第31期
论文发表时间:2018/2/3
标签：夹具论文; 机床论文; 工件论文; 基准论文; 精度论文; 加工论文; 结构论文; 《基层建设》2017年第31期论文;