宋玉梅

（長春大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,吉林 長春130022）

1 組合夾具拆裝實(shí)驗(yàn)開設(shè)的目的和意義

機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的核心，是制造機(jī)械產(chǎn)品的工業(yè)部門，也是為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供裝備的部門。機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和發(fā)展標(biāo)志著一個(gè)國家或地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的程度。而機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于機(jī)械制造裝備的先進(jìn)程度。裝備制造業(yè)是一個(gè)國家綜合制造能力的集中體現(xiàn)，重大裝備研制能力是衡量一個(gè)國家工業(yè)化水平和綜合國力的重要標(biāo)志[1]。而裝備制造過程中的一項(xiàng)最基本的活動(dòng)就是零件的加工。零件在工藝規(guī)程指定以后，就要按工藝規(guī)程順序進(jìn)行加工。加工中除了需要機(jī)床、刀具、量具之外，成批生產(chǎn)時(shí)還要用機(jī)床夾具。夾具被喻為機(jī)床的手，機(jī)床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是裝備設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要的工作。因此，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)成為《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

機(jī)床夾具的有多種分類方法，按夾具的使用范圍來分有下面的五種類型：通用夾具、專用夾具、組合夾具、成組夾具和可調(diào)整夾具、隨行夾具。組合夾具根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的原理，在夾具元件和組件完全標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，利用一套標(biāo)準(zhǔn)化的夾具元件進(jìn)行組合而成。標(biāo)準(zhǔn)元件有不同的形狀，尺寸和功能，其配合部分有良好的互換性和耐磨性。使用時(shí)，可根據(jù)被加工工件的結(jié)構(gòu)和工序要求，選用適當(dāng)元件進(jìn)行組合聯(lián)接，形成一專用夾具，也可組裝成具有一定柔性的可調(diào)整夾具。用完后可將元件拆卸、清洗、涂油、入庫，以備后用。由于這種夾具靈活多變，萬能性強(qiáng)，大大減少了夾具的設(shè)計(jì)和制造工作量，所以它特別適合單件、小批量生產(chǎn)以及新產(chǎn)品的試制。由此可見，組合夾具不僅具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、組合化等當(dāng)代先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，又符合節(jié)約資源的原則，更適合綠色制造的環(huán)境保護(hù)原理。所以是今后夾具技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。我國國內(nèi)的組合夾具始于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)建立了面向機(jī)械行業(yè)的天津組合夾具廠，面向航空工業(yè)的保定向陽機(jī)械廠，以后又建立了數(shù)個(gè)生產(chǎn)組合夾具元件的工廠。當(dāng)時(shí)產(chǎn)品均為引進(jìn)前蘇聯(lián)烏斯貝槽系組合夾具系統(tǒng)。推廣應(yīng)用遍及機(jī)械、航空、電子輕工、造船、紡織等各類制造業(yè)，取得豐碩的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。在使用過程中改進(jìn)并修改了原系統(tǒng)，建立了適合我國國情、有我國特色的槽系組合夾具系統(tǒng)。在當(dāng)時(shí)曾達(dá)到全國年產(chǎn)組合夾具元件800萬件的水平。至今天津、保定二廠仍是我國組合夾具的主要生產(chǎn)基地。20世紀(jì)80年代以后，兩廠又各自獨(dú)立開發(fā)了適合NC機(jī)床、加工中心的孔系組合夾具系統(tǒng)，不僅滿足了我國國內(nèi)的需求，還出口到美國等國家[2]。

隨著數(shù)控機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，組合夾具在機(jī)械制造專業(yè)起著越來越大的作用。為此，長春大學(xué)從2008年起對(duì)機(jī)械專業(yè)大三的學(xué)生開設(shè)了組合夾具拆裝實(shí)驗(yàn)。通過學(xué)生對(duì)于典型件的從零件分析、夾具設(shè)計(jì)、實(shí)際組裝整個(gè)過程的參與，不但可以提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力而且也是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、集體協(xié)作精神的一種有效手段。

2 組合夾具拆裝實(shí)驗(yàn)操作中存在的問題

從08年開設(shè)組合夾具拆裝實(shí)驗(yàn)至今，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在設(shè)計(jì)和組裝組合夾具的過程中存在很多問題，現(xiàn)歸納如下：

2.1 由于學(xué)校購置的組合夾具臺(tái)套數(shù)有限，指導(dǎo)教師只能對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)元件進(jìn)行介紹，使學(xué)生對(duì)組合夾具的認(rèn)識(shí)比較籠統(tǒng)，有一定的片面性。

2.2 學(xué)生由于缺乏生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于組合夾具各標(biāo)準(zhǔn)元件的的作用理解的一知半解，以至于在設(shè)計(jì)時(shí)不能準(zhǔn)確選擇正確元件進(jìn)行合理的組裝；

2.3 雖然知道典型定位方式，但用這些方式進(jìn)行定位時(shí)各定位元件究竟限制哪些自由度不是很清楚；

2.4 不知道應(yīng)如何進(jìn)行合理的夾緊；

2.5 進(jìn)行組合夾具設(shè)計(jì)時(shí)組裝順序不合理。

3 從實(shí)驗(yàn)操作過程技巧入手進(jìn)行解決

3.1 認(rèn)清組合夾具各元件的種類及其用途是前提，組合夾具按組裝時(shí)元件間連接基面的形狀，可分為槽系和孔系兩種基本類型。

槽系組合夾具以槽（T形槽、鍵槽）和鍵相配合的方式來實(shí)現(xiàn)元件間的定位，由T形槽螺釘來固定的。因元件的位置可沿槽的縱向作無級(jí)調(diào)節(jié)，故組裝十分靈活，適用范圍廣，是最早發(fā)展起來的組合夾具系統(tǒng)。

孔系組合夾具主要元件表面為圓柱孔和螺紋孔組成的坐標(biāo)孔系，通過定位銷和螺釘來實(shí)現(xiàn)元件之間的組裝和緊固。

在進(jìn)行組合夾具設(shè)計(jì)、組裝前，應(yīng)運(yùn)用實(shí)物、圖片、視頻等多種方式首先讓同學(xué)們熟悉組合夾具標(biāo)準(zhǔn)元件的結(jié)構(gòu)、用途，這樣才能為后續(xù)的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

3.2 讓學(xué)生加深對(duì)典型定位方式及各種定位方式所限制自由度的認(rèn)識(shí)

本次實(shí)驗(yàn)用到的典型定位方式有平面定位、孔定位、外圓定位。

首先讓學(xué)生了解各種典型定位方式的特點(diǎn)、所限制的自由度。在定位時(shí)應(yīng)符合六點(diǎn)定位原理，讓學(xué)生加深對(duì)于欠定位和過定位的概念的理解，并在具體的設(shè)計(jì)中指導(dǎo)學(xué)生去處理欠定位和過定位的情況。

鑒于實(shí)際操作時(shí)常出現(xiàn)的一面兩孔定位時(shí)兩銷所實(shí)際限制自由度的含混情況應(yīng)特別給予強(qiáng)調(diào)說明，并用實(shí)物演示的方法講解兩銷的放置注意事項(xiàng)及其所限制的自由度情況。

3.3 明確夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

在實(shí)際操作時(shí)學(xué)生往往不知道應(yīng)該如何去夾緊，夾緊在工件的什么位置上。這就要配合實(shí)際的演示強(qiáng)調(diào)夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：

3.3.1 保證工件定位的正確，以及工件在整個(gè)加工過程中位置不發(fā)生變化。

3.3.2 夾緊力應(yīng)盡可能分配在工件較大的面積上，以減少單位面積壓力。

3.3.3 夾緊力應(yīng)作用在工件剛性最好的部位，以防止工件變形，而因夾緊力產(chǎn)生的工件變形不應(yīng)超出工件允許的公差范圍。

3.3.4 夾緊力的方向應(yīng)與切削力的方向相適應(yīng)，夾緊力距離切削力要近，使得所需要的夾緊力相應(yīng)減少。

3.3.5 夾緊結(jié)構(gòu)必須能補(bǔ)償毛坯或半成品的制造誤差。

3.3.6 盡量采用"自身夾緊"結(jié)構(gòu)。

3.3.7 夾緊結(jié)構(gòu)須簡單、緊湊、裝卸工件方便、安全可靠[3]。

3.4 讓學(xué)生對(duì)要進(jìn)行設(shè)計(jì)夾具的工件有個(gè)總體把握

結(jié)合一具體零件講解，讓學(xué)生清楚工件的外形結(jié)構(gòu)和待加工表面的形狀，對(duì)照工序圖，了解該加工表面的工序基準(zhǔn)和加工以后要達(dá)到的精度要求。以提問加討論的方式讓學(xué)生回憶書本中對(duì)此加工部位可能用到的加工方法，加工階段的劃分應(yīng)遵循的原則，然后開始制定工藝規(guī)程，回憶粗、精基準(zhǔn)選擇的原則，如何選擇合適的定位基準(zhǔn)。然后確定此工件的最終定位部位和定位方式。

3.5 組裝過程要清晰、正確

零件圖和工序圖的分析 →定位面和定位方式的方案構(gòu)思 →選擇元件 →搭出大致的夾具形狀，試裝→分析其合理性→修改不當(dāng)之處對(duì)各定位元件進(jìn)行緊固連接 →對(duì)工件正確的夾緊。

結(jié)語

通過組合夾具拆裝實(shí)驗(yàn)操作過程技巧的研究和實(shí)踐，使學(xué)生對(duì)組合夾具的設(shè)計(jì)有個(gè)總體的把握。在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生親自動(dòng)手、主動(dòng)參與，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題和實(shí)際動(dòng)手能力，并能把零散的知識(shí)通過這一實(shí)驗(yàn)融合在一起，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，充分做到了學(xué)以致用。

[1]馮辛安,黃玉美,關(guān)慧貞等.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社2007.

[2]朱耀祥.組合夾具技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)電國際市場(chǎng)2002年第5期

[3]徐志剛.基于廣義映射原理的組合夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)化[J].工程設(shè)計(jì) 2000 ，1：31-36