楊小紅

(南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，廣西 南寧 530008)

在機械制造業(yè)大批量生產(chǎn)中，工藝裝備要適應(yīng)各種產(chǎn)品零件的制造需求，除了對機床設(shè)備改造之外，最主要的就是對原有的機床夾具進行改造設(shè)計，這是大批量產(chǎn)中工藝裝備改造最常用、最具經(jīng)濟性及高效便捷的方式之一。

機床夾具的改造設(shè)計，要從保證工件的加工精度及產(chǎn)品品質(zhì)，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，降低生產(chǎn)成本，充分發(fā)揮和擴大機床的加工范圍及工藝性能等方面入手。因此，機床夾具的改造設(shè)計如何適應(yīng)產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的需求，一直是制造加工過程中反復(fù)實踐和探討的課題。本文將通過如下幾個生產(chǎn)實例對該問題進行淺析。

1 遵循工序分散原則以滿足大批量產(chǎn)需求

流水線作業(yè)是大批量生產(chǎn)最常用的組織方式，其特點是：將工藝過程分為許多簡單的工序，在不同的機床設(shè)備上進行加工，并用連續(xù)的傳輸流水線，將零件生產(chǎn)的整個過程連接起來。一般常采用多工位及專用夾具予以實現(xiàn)，以提高生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)節(jié)拍能夠較為平衡。此類生產(chǎn)線的夾具改造應(yīng)遵循工序分散原則，針對工件的每一道工序加工特點配備機床夾具。

圖1 為某產(chǎn)品傳動箱體零件加工簡圖，此零件在該道（面）工序上需加工的要素有：3-Φ10、3-Φ8、4-M8 螺紋底孔、Φ14 和Φ19 階梯孔、鉆鉸Φ14+0.043、倒角2.5×45°。作業(yè)方案是：在同一鉆模上完成所有孔的加工，即在同一工位一次加工大小不同的13個孔及一個倒角，前后換裝7 次大小不同的鉆頭。該類夾具在生產(chǎn)過程中工序過于集中，一道工位要加工多個孔，零件在工位停留時間長，流水作業(yè)節(jié)拍大，直接影響流水作業(yè)的生產(chǎn)效率。同時，操作復(fù)雜，頻繁更換鉆頭，易出現(xiàn)工序漏加工現(xiàn)象，并影響零件的加工精度及品質(zhì)。這類工序一般只適用于小批量生產(chǎn)，若在大批量生產(chǎn)中沿用勢必成為生產(chǎn)加工過程中的瓶頸。

圖1 產(chǎn)品傳動箱體零件加工簡圖一

基于上述問題，在大批量生產(chǎn)中，該方案的設(shè)計思路是：按工序分散原則，合理分解加工工序進行夾具改造。

從產(chǎn)品圖樣分析，4-M8 螺孔是一組軸承蓋的裝配尺寸，而3-Φ10 孔是零件安裝固定在機箱上的尺寸，就產(chǎn)品裝配而言，這兩組尺寸是相對獨立的；階梯孔Φ14+0.043與3-Φ8 組孔為裝配關(guān)聯(lián)尺寸，關(guān)系密切。因此按零件裝配關(guān)系，夾具改造可在定位面與定位基準不變的情況下，將原工位的工序內(nèi)容分解在三個工位完成，即4-M8、3-Φ10 兩組孔的加工分別在兩個工位進行，另一工位加工3-Φ8、鉆鉸Φ14+0.043及Φ19 孔，并倒角2.5×45°。在分解后，每工位操作者作業(yè)動作簡單，換鉆頭次數(shù)相應(yīng)減少，流水加工速度成倍增長。加工節(jié)拍相對合理協(xié)調(diào)，不會出現(xiàn)在某一工位零件堆積現(xiàn)象。同時還能充分利用原有的設(shè)備及工藝裝備，提高工效，提高制造品質(zhì)，降低成本。

2 按零件特點優(yōu)化整合加工工序提高量產(chǎn)能力及設(shè)備利用率

圖2 為一箱蓋零件加工簡圖，在圖中S 面、Q 面兩側(cè)各有一組3-Φ8.1 的底孔需要加工。由于兩側(cè)孔的尺寸大小一樣，鉆頭不用更換。在批量生產(chǎn)中如何更好地實現(xiàn)S 面、Q 面兩側(cè)組孔的加工，給出兩種比較方案如下。

圖2 箱蓋零件加工簡圖一

方案一：在同一臺設(shè)備上先加工零件一側(cè)面的3個孔，再重新裝夾換面加工零件另一側(cè)面的3個孔。此方案在加工中需通過二次裝夾，來完成零件兩側(cè)面六個相同尺寸孔的加工，費工費時且質(zhì)量還不穩(wěn)定，在大批量生產(chǎn)中不能適應(yīng)量產(chǎn)的需求。

方案二：在上述方案設(shè)備不變的情況進行改造設(shè)計。將加工該零件兩側(cè)面孔的夾具設(shè)計成旋轉(zhuǎn)360°的專用旋轉(zhuǎn)夾具（如圖3 所示）。其工作原理：用2-Φ8（圖2）兩銷孔定位，將零件放入夾具定位銷3內(nèi)，以加工好的A 面為定位基準面，緊貼在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5 的平面上，用兩對稱夾緊塊7 將零件壓緊在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，取零件設(shè)計中心為旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸中心，以保證機構(gòu)的回轉(zhuǎn)精度及加工的穩(wěn)定性。鉆頭通過鉆模板2 上的導(dǎo)向鉆套1 加工零件各孔，當(dāng)加工完一側(cè)的三個孔后，用手柄8 松開螺母，通過轉(zhuǎn)軸4 將旋轉(zhuǎn)機構(gòu)5 松開，撥出插銷9，將旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)180°，把零件的另一側(cè)面旋轉(zhuǎn)向上，插銷9 插入機構(gòu)的另一銷孔，用手柄8 將螺母上緊。此時旋轉(zhuǎn)機構(gòu)再次被鎖緊，完成零件另一側(cè)面三個孔的加工。

1.鉆套 2.鉆模板 3.定位銷 4.轉(zhuǎn)軸 5.旋轉(zhuǎn)機構(gòu)6.主支架 7.夾緊塊 8.手柄 9.插銷

方案二按零件特點優(yōu)化整合夾具加工工序，使夾具設(shè)計方案結(jié)構(gòu)緊湊、操作安全方便，減少零件二次裝夾，減輕操作者勞動強度，確保較高的加工精度和生產(chǎn)效率，提高了的量產(chǎn)能力及設(shè)備利用率。

3 按相近產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點分類以實現(xiàn)一機多產(chǎn)品加工

為適應(yīng)市場變化，產(chǎn)品開發(fā)多元化、系列化已是制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的必然。因此對原有產(chǎn)品工藝裝備進行改造設(shè)計，實現(xiàn)新機型、多機型的大批量產(chǎn)，是制造加工中常需解決的問題。

圖1、圖4 分別為不同型號系列產(chǎn)品的兩傳動箱體加工簡圖，圖中心距均為的兩孔，一般要通過粗、精鏜兩道工序進行加工。如果分別為兩不同型號產(chǎn)品設(shè)計專用雙孔鏜床，勢必成本高，且投產(chǎn)準備期長。因此，對于結(jié)構(gòu)相近的產(chǎn)品零件可根據(jù)其特點，在原有產(chǎn)品加工裝備的基礎(chǔ)上，選擇一機多用的夾具改造設(shè)計方案。

圖4 產(chǎn)品傳動箱體零件加工簡圖二

4 合理選擇定位及夾緊方案以適應(yīng)產(chǎn)品量產(chǎn)系列化

圖2 與圖5 是兩不同型號產(chǎn)品的箱體蓋零件簡圖。其中圖2 箱蓋定位銷孔與圖5 箱蓋的定位銷孔其孔徑一樣（2-Φ8）位置相反。如要形成兩種零件批量生產(chǎn)的流水工藝裝備，至少要銑、鉆、鏜各種工模夾具各自約十多套，因此，投入大，轉(zhuǎn)型難是大批量生產(chǎn)流水作業(yè)的弊端。如何實現(xiàn)工藝裝備系列化應(yīng)用，在產(chǎn)品轉(zhuǎn)型量產(chǎn)中顯得尤為重要。

分析兩零件簡圖，夾具通用性的難點在于兩零件定位孔的差異。定位與夾緊是夾具中最為基本的功能，其它的功能只是定位與夾緊功能的延伸。因此，定位方案與夾緊方案是整個夾具設(shè)計的根本。夾具設(shè)計就是在一定精度范圍內(nèi)將工件定位，合理約束工件自由度，使工件獲得相對于刀具的正確加工位置，保證工件準確定位于夾具中，且所產(chǎn)生的定位誤差盡可能小。

圖5 箱蓋零件加工簡圖二

從圖2 與圖5 看出：S、Q 面上兩組3-Φ8.1 的底孔尺寸是一致的，因此可以利用圖3 的翻轉(zhuǎn)鉆模進行兩種型號產(chǎn)品的箱蓋加工。

改造設(shè)計分析：考慮通用性，此前的兩定位銷孔（2-Φ8）用不上了，兩零件Φ9 孔的孔距L 也不一致。故而，選擇兩零件中心距均為190 mm 的孔1 和孔4作為定位的基準孔。9-Φ9 孔對底平面A（圖3）及2-Φ8 孔都有形位公差要求，定位精度能夠保障，且兩孔中心距190 mm 相對于零件總長240 mm 而言，已能有效地限制零件左右轉(zhuǎn)動的自由度，用此一面（A）兩孔定位的方法（即原A 面和孔1、孔4）是可行的，能有效地限制了零件的六個自由度，符合夾具設(shè)計的定位原則。由此可見，在總的定位精度滿足加工要求的條件下，不必過高地提高工件在夾具中的定位精度。在兩零件的銑、鉆、鏜孔加工工序中，都可用此一面兩孔的定位方案進行改造，實現(xiàn)一套夾具完成兩種或多種系列產(chǎn)品的加工。

工件正確定位后，夾緊方案便顯得尤為重要。夾緊牢靠合理否，直接影響到工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，以及加工過程的安全性。由圖3 可見，兩夾緊塊7 夾緊在零件兩端，且在零件對稱的中心線上，夾緊力的方向垂直于主要定位基準面A。A 面與夾具定位元件接觸面積較大，夾緊變形小且牢靠。對于箱蓋外形結(jié)構(gòu)大些的產(chǎn)品零件，可將壓緊塊7 加大，使結(jié)構(gòu)大小的產(chǎn)品零件均能用。

5 結(jié)束語

綜上所述，機床夾具按產(chǎn)品需求進行系列化改造設(shè)計，可大大節(jié)約設(shè)計與制造的成本，有助于產(chǎn)品系列化轉(zhuǎn)型及大批量生產(chǎn)的形成。

[1]鐘俊文，姚曉東.多工位零件定位的夾具設(shè)計[J].廣西輕工業(yè)，2011，(11):50-51.

[2]田佩林. 車床夾具的對定誤差分析計算[J]. 機床與液壓，2003，(05):312-314.