張文明，吳國(guó)君，張守明，劉冬青，李敬

航天科工第四研究院紅陽(yáng)機(jī)電公司 湖北孝感 432000

1 序言

有過(guò)機(jī)械加工經(jīng)歷的人，一定會(huì)知道工件的定位與裝夾對(duì)于加工的重要性。毫不夸張地說(shuō)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床、高智能化CAM軟件及高品質(zhì)刀具不斷涌現(xiàn)，各種形狀、結(jié)構(gòu)及精度的工件特征很容易被加工出來(lái)，反而是加工過(guò)程中的一些輔助工作，解決起來(lái)，往往會(huì)讓工藝人員與設(shè)備操作人員感覺(jué)十分頭痛棘手。

安排加工一款工件，如何解決好對(duì)工件的定位與裝夾，是工藝人員與操作人員動(dòng)刀前首先需要考慮的兩大技術(shù)問(wèn)題，加工一款工件，工件的定位與裝夾的選擇和安排是否合理，對(duì)于產(chǎn)品的加工質(zhì)量與加工效率以及對(duì)操作人員的可操作性，都具有很大的影響。對(duì)于一些規(guī)則結(jié)構(gòu)的工件，加工過(guò)程中的定位與裝夾很容易選擇，但對(duì)于一些不規(guī)則復(fù)雜結(jié)構(gòu)、鑄件及薄壁等工件，要想合理解決好工件的定位與裝夾，還是需要費(fèi)一番周折、動(dòng)一番腦筋的。筆者就職于一家航天加工制造企業(yè)，在生產(chǎn)一線從事工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控編程工作，已有近30年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)工件的加工，司空見(jiàn)慣，對(duì)于解決工件加工定位與裝夾積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)將怎樣解決工件定位與裝夾的共性經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下，希望對(duì)同行們解決此類(lèi)問(wèn)題有所啟示與幫助。

2 工件的定位

選擇好工件的定位基準(zhǔn)，是動(dòng)刀加工前的關(guān)鍵一環(huán)，工件定位基準(zhǔn)選擇的合理與否，對(duì)于確保加工工件的尺寸，有著十分重要的影響。由于一般的工件，都會(huì)有長(zhǎng)、寬、高3個(gè)方向的尺寸，所以標(biāo)注尺寸的基準(zhǔn)就會(huì)有3個(gè)方向的基準(zhǔn)。選擇定位基準(zhǔn)，在通常情況下，會(huì)優(yōu)先選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，如果設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不便作為加工的定位基準(zhǔn)，那就應(yīng)選擇其他的點(diǎn)、線或面進(jìn)行基準(zhǔn)的合適轉(zhuǎn)化。加工的定位基準(zhǔn)，用得比較多的方式有：相互垂直的相鄰垂直角三面定位、兩銷(xiāo)一面定位。

對(duì)于規(guī)則形狀的工件來(lái)說(shuō)，定位基準(zhǔn)很容易選擇；而對(duì)于不規(guī)則形狀的工件，工件本體上幾乎沒(méi)有用得著的作為定位用的基準(zhǔn)的定位平面或孔，這就要求工藝設(shè)計(jì)人員，在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留出工件加工的定位基準(zhǔn)，以方便工件定位。至于怎樣預(yù)留定位，下面會(huì)選擇幾種典型零件加以說(shuō)明，在此不再贅述。

3 工件的裝夾

同工件定位一樣，加工一款工件，合適的裝夾工件，也是加工動(dòng)刀前重要的一環(huán)，選擇工件裝夾方式的合適與否，對(duì)于操作人員的操作方便性、加工過(guò)程的安全性及工件的變形等均有著極大的影響。

工件裝夾需要注重以下幾點(diǎn)：首先是一定要確保工件裝夾牢靠，絕對(duì)不允許工件在加工過(guò)程中有松動(dòng)，這是確保加工質(zhì)量的前提，也是確保加工安全的需要；其次是要注重裝夾的方便，這樣可以減輕操作人員的工作量；再次是盡可能保證工件裝夾的快捷，這樣可以縮減加工的輔助時(shí)間，提高加工的效率；最后就是考慮在確保裝夾牢靠、安全的前提下，盡可能減輕裝夾的變形，這對(duì)確保工件加工質(zhì)量意義重大。

工件裝夾的方式多種多樣，加工過(guò)程中，原則是針對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，采用合適的方式，因勢(shì)利導(dǎo)。主要的方式有：夾緊式、壓緊式和吸附式3種；實(shí)現(xiàn)的方式有：人工操作緊固、氣動(dòng)夾緊和液壓夾緊等。

夾緊工件的主要裝置有：虎鉗、卡盤(pán)、真空吸盤(pán)和專(zhuān)用夾具等；主要用于緊固的緊固件有：螺栓、螺母、墊圈與壓板等。

4 專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)

用于裝夾工件的夾具，分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是通用夾具，如上面提到的虎鉗（見(jiàn)圖1）、卡盤(pán)（見(jiàn)圖2）與真空吸盤(pán)（見(jiàn)圖3）等都屬于通用夾具的范疇，這每一大類(lèi)通用夾具，又有若干的種類(lèi)與不同的規(guī)格，如虎鉗就分平口虎甜、度鉗、組合虎鉗等；卡盤(pán)又分自定心卡盤(pán)、單動(dòng)卡盤(pán)與六爪卡盤(pán)等。通用夾具主要用于一些規(guī)則工件的裝夾，主要的特點(diǎn)是裝夾方便、快捷。在加工過(guò)程中，工件的裝夾，除了通用夾具用得多，常見(jiàn)外，另一類(lèi)就是專(zhuān)用夾具，其使用也是必不可少的，對(duì)于一些不規(guī)則工件的加工，為了方便工件的定位與裝夾，必須制作專(zhuān)用夾具方可實(shí)現(xiàn)。

圖1 幾種通用虎鉗

圖2 幾種通用卡盤(pán)

圖3 幾種通用真空吸盤(pán)夾具

專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工藝技術(shù)工作，要求設(shè)計(jì)者具有較強(qiáng)的加工工藝知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具，應(yīng)遵循以下原則：首先是設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具也應(yīng)兼顧設(shè)計(jì)的通用性，即一夾多用，這種設(shè)計(jì)理念，在結(jié)構(gòu)相同或相似，只是尺寸大小有差異的同類(lèi)型產(chǎn)品的加工中更應(yīng)堅(jiān)持，也很容易實(shí)現(xiàn)；其次是要堅(jiān)持化繁為簡(jiǎn)的設(shè)計(jì)原則，盡可能讓夾具變得簡(jiǎn)易，這樣可以方便制作，以便減少加工制造成本；最后是一定要確保專(zhuān)用夾具的牢靠性，方可保證加工過(guò)程與操作人員的人身安全。

5 幾類(lèi)典型工件毛坯預(yù)留工藝基準(zhǔn)與裝夾位置的方法

（1）典型工件一：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體（見(jiàn)圖4）的毛坯制作一般采用鑄造成型，分布在缸體上的所有安裝面與安裝孔，均需采用機(jī)械加工的工藝方法加工成形。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體毛坯由于采用鑄造成型，所以后續(xù)加工的留量不均勻，首序加工余量協(xié)調(diào)的合適與否對(duì)后續(xù)加工的影響甚大。擁有機(jī)械加工經(jīng)驗(yàn)的人都知道，一般的鑄件加工，在動(dòng)刀加工之前都需安排劃線人員，對(duì)毛坯進(jìn)行尺寸協(xié)調(diào)，將線劃在毛坯表面，操作人員需要參考劃線來(lái)進(jìn)行加工。由于一款發(fā)動(dòng)機(jī)缸體要?jiǎng)澋木€往往成千上萬(wàn)，加上缸體需要協(xié)調(diào)的尺寸成百上千個(gè)，選擇人工劃線協(xié)調(diào)進(jìn)行加工首序，顯然是不現(xiàn)實(shí)的，所以，必須在毛坯上留出工藝基準(zhǔn)孔或工藝基準(zhǔn)面來(lái)作為首序的定位基準(zhǔn)，制作專(zhuān)用工裝來(lái)進(jìn)行加工。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的預(yù)留工藝基準(zhǔn)，一般是在適當(dāng)位置選擇預(yù)鑄兩個(gè)扁形錐銷(xiāo)孔或圓形孔及幾處小平臺(tái)面來(lái)作為首序的定位基準(zhǔn)，這樣方可保證首序加工的準(zhǔn)確與高效。

圖4 某款汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體毛坯

（2）典型工件二：飛行器之翼 飛行器之翼（見(jiàn)圖5）俗稱(chēng)飛行器之“肢膀”，為減小飛行器在飛行過(guò)程中的阻力，其表面結(jié)構(gòu)形式一般會(huì)選擇設(shè)計(jì)成復(fù)合角度的流線結(jié)構(gòu)。根據(jù)產(chǎn)品批量大小，翼的毛坯一般會(huì)選擇兩種供坯方式，一種是采用鑄件的方式，另一種是采用板材直接加工的方式。無(wú)論采用何種毛坯方式，在加工過(guò)程中直接選用翼的表面直接定位進(jìn)行加工，都是不可取的，只有在翼的邊緣預(yù)留出合適的工藝凸臺(tái)用于定位與裝夾，才是最好的工藝選擇方式。

圖5 某飛行器之翼

（3）典型工件三：口框類(lèi)工件 口框類(lèi)工件（見(jiàn)圖6）在飛行器艙段上的種類(lèi)與結(jié)構(gòu)形式眾多，但都有一個(gè)共性，就是結(jié)構(gòu)壁薄，外表面或內(nèi)表面呈圓柱狀或圓錐狀，跟上面提到的飛行器之翼一樣，毛坯的供坯方式也會(huì)根據(jù)產(chǎn)品的批量，選擇鑄造或直接選用板材加工。定位與裝夾，亦需在工件上預(yù)先設(shè)計(jì)去工藝凸臺(tái)，以方便口框的正常加工?？诳虻慕Y(jié)構(gòu)形式多種多樣，選擇設(shè)計(jì)工藝凸臺(tái)的位置，也應(yīng)針對(duì)口框的結(jié)構(gòu)，具體工件，具體布局。設(shè)計(jì)工藝凸臺(tái)，主要是基于兩個(gè)考慮，其一是方便定位與裝夾；其二是增強(qiáng)加工工藝系統(tǒng)的剛性，防止工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生變形。

圖6 某飛行器上的一款口框零件

6 工件定位與裝夾的禁忌

1）在使用虎鉗裝夾工件時(shí)，忌將活動(dòng)鉗口面作為數(shù)控加工X、Y、Z三個(gè)方向的基準(zhǔn)，基準(zhǔn)一定要選擇在固定鉗口面，因?yàn)楣ぜ饔泄睿x擇活動(dòng)鉗口面做基準(zhǔn)，會(huì)影響尺寸加工精度。

2）工件裝夾的受力點(diǎn)，忌安排在結(jié)構(gòu)懸空的位置，避免工件裝夾不實(shí)與防止工件受力變形。

3）薄壁工件的裝夾忌夾緊力過(guò)大、夾緊過(guò)程用力過(guò)猛或直接在薄壁上搭壓板壓緊工件，會(huì)造成工件變形。

4）定位忌選擇過(guò)定位，會(huì)使得定位尺寸的精度過(guò)嚴(yán)，人為增加制造難度，提高加工成本。

5）定位忌不將夾具與工件的定位表面，包括定位的平臺(tái)、定位銷(xiāo)與定位孔表面清理干凈。由于直接將工件定位夾緊，會(huì)造成定位不準(zhǔn)確，所以裝夾工件之前，一定要將工裝與工件表面吹、擦、沖拭干凈，表面若有銹，需用砂布去除。

6）夾具用完后，一定要保管好，在定位表面涂上防銹油，進(jìn)行封存保管。

7 結(jié)束語(yǔ)

工件的定位與裝夾，雖然定義為機(jī)械加工的輔助工作，但確實(shí)是動(dòng)刀加工前兩個(gè)重要的工作環(huán)節(jié)。定位與裝夾方案選擇的合適與否，對(duì)工件的加工質(zhì)量、加工效率及加工的可靠性與安全性有著直接的影響，草率不得、馬虎不得，要想做到選擇定位與裝夾合理、科學(xué)，需要在實(shí)踐加工過(guò)程中多摸索、多總結(jié)，方可做到熟能生巧。