牟永凱

“工欲善其事，必先利其器”，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，產品需求轉變成多樣性，夾具成為產品加工過程中的利器。如何優(yōu)化夾具設計，保證對產品加工進行有效的控制，提升產品加工效率，成為工藝工程師亟待解決的問題。本文作者選取公司加工的典型產品，介紹了產品在珩磨加工過程中裝夾方法，通過對夾具優(yōu)化、相似性夾具應用，有效減少了產品加工過程中夾具的數量，并通過合理夾具設計提升了產品加工效率和加工精度，使產品的工藝性、經濟性得到了顯著提高。

1 夾具智能設計原理

關于夾具智能化的設計原理其實很簡單的，大概的流程就是需要有各種數據參數的輸入、設計決策、智能化夾具數據的校準和夾具的各種數據輸出。數據輸入最重要的就是各種需要加工的零部件的數據和加工的方法；設計的決策主要包括各種工件的定位、裝載夾具的方法和各種布局的規(guī)劃。在整個進行試驗的中，就要對定位的準確的和夾具的夾緊力進行記錄，再進行數據的分析，看是否能夠滿足設計的要求，最后再針對有問題的地方進行調整，直至滿足設計要求。

2 機床夾具庫開發(fā)

模塊化設計。

2.1 模塊的劃分

設計分為整體設計和模塊化的設計，其中模塊化設計的主要內容就是依照從上到下的順序對整個的夾具庫進行一個劃分，通過這樣的方法一方面能夠體現出這些模塊之間的關系，另外一方面也能表現出各個模塊的不同，采用這種方式可以根據自己的需求進行精準的選擇。

2.2 模塊的創(chuàng)建

關于模塊的創(chuàng)建過程沒有一個明確的規(guī)定，只是利用各個不同模塊的功能進行類型的劃分，尤其是每一種不同的模塊它的創(chuàng)建過程都是不一樣的，包括主要的內容和供給方面。這種模塊創(chuàng)建的主要目的就是進行設計不同的功能，用于不用的設備。以下就是幾種創(chuàng)建的規(guī)則：

（1）典型夾具案例模塊。對于這種案例就可以通過數據庫找到，這種案例表示國內和國外都有使用過這種夾具，尤其對于構造方面就比較復雜，其中就有車床夾具和銑床夾具，再利用層次進行劃分，這樣做的目的就是建立更多的參數數據庫，供以后參考。

（2）標準件模塊。和典型模塊相比，標準件模塊的內容更加豐富，其中就有各個元素的結構、規(guī)模和繪畫等，這種分類大多都是根據夾具和每個組件的功能不同，也都是按照統(tǒng)一的標準。每一步的劃分都是在不斷的細化，到最后大概就是類別、系、組和標準件這樣的排序。利用這種方法我們就可以很清楚，通過設計就要將模塊分類，這樣可以方便用戶和設計師們。關于標準件模塊需要創(chuàng)建一個比較完整的圖形庫，在這個創(chuàng)建的過程中主要用到的就是參數化的設計技術。通過參數設計來實現圖形的控制，從而實現精準化的設計，在一定程度上提高夾具的設計效率。

（3）非標準件模塊。由于各種因素的不同影響不同，所以夾具的類型也就有了標準件和非標準件，就好比夾具的支架和鉆孔模板就需要在設計時候收集各種參數數據，然后再將這些數據進行匯總，用圖片和文字的形式建立夾具非標準數據庫。利用數據庫中的數據進行機床的設計，根據自己的需求來確定具體的參數，然后再根據用戶的需求進行修改，最后完成一個能夠滿足要求的設計。

（4）分析計算模塊。關于機床夾具的設計主要包括定位和裝夾兩部分，在機械加工的過程中程序比較多，復雜性也高，在這個過程中就會有很多的因素的干擾，為了不讓這些因素影響到加工產品的質量，就要想辦法在一定程度上降低這些因素的影響程度，并且也要分析這些因素造成的誤差范圍，一般都是會由于加工發(fā)熱引起變形產生誤差的。機床里比較容易出現夾具定位的誤差，會因為慣性發(fā)生改變和移動，這樣也會使工件的參考面和定位元件的接觸面之間摩擦出現變形，在一定程度上會發(fā)生位移，最后導致誤差的發(fā)生。關于定位和夾緊部件在一定情況下，要主要關注安裝的地方，使用適當的方法進行操作，只要誤差在這個范圍內，就可以滿足設計的要求。往往使用的就是科學的加工方法，但是也要保證在加工設計的過程中產生的一些誤差要在規(guī)定誤差的范圍內，不能超出這個范圍，否則就是不滿足要求，也會判定加工設計的產品不合格。不僅如此，也要在這個過程中進行各項數據的記錄，通過數據的計算分析，檢查設計是否滿足要求，所以關于誤差和數據的計算非常重要，直接關系到這種類型機床的使用，通過這種方法進行分析，來確保該設計是否滿足要求。

3 橋殼中段兩端加工工藝分析

3.1 橋殼中段的結構特點

關于橋殼中間部分的特點就要根據其具體的組成成分和部件來確定，它是用各種厚度不等鋼板進行特殊處理，再經過焊接的方式焊接在一起，變成了一種薄壁異形件。如果對臥式雙面數控鏜床的兩邊進行同時進行工作，那負荷作用就會很大。所以在進行夾具設計的過程中，一定要考慮好合理的定位夾緊方法，還要對夾緊剛度和變形更加關注，最主要的就是要在一定程度上實現加工不同類別就會進行自動的轉換，這是非常重要的。

3.2 被加工零件情況

在進行加工產品之前，一定要先了解清楚該產品的性能和屬性，能不能用這種方法加工，或者這種方法加工會產生什么樣的誤差，這些都是在加工之前進行。對于后橋殼中斷這個加工，它的一個最基本的就是琵琶孔及面已粗加工，兩端尖頭的加工余量要小于等于3mm，不能超過這個范圍。關于定位的標準就是橋殼的兩端、琵琶孔和琵琶面。工件的主要材料就是Q460C、16Mn、16MnL。加工的內容方面主要是平端面、倒坡口、鏜內孔和車外圓這四個方面。加工的速度就是每一件大于3min。采用的加工方法就是利用每端兩把車刀，數控系統(tǒng)控制徑向和軸向走刀。采用的加工設備就是橋殼中段臥式雙面數控鏜床專機。

3.3 夾具裝夾工藝分析

（1）機床對夾具工藝要求。由于加工機床的特殊性，所以就對夾具有了更高的要求，尤其在工藝方面要求更是嚴格。加上橋殼的特殊性，兩端呈現為毛坯，直徑的尺寸各不相同，大致的直徑范圍一般是150mm ～170mm 之間。如果在保證每次裝夾位置不發(fā)生改變，就會采用液壓自定心夾具。所以橋殼中琵琶孔的直徑是可以調節(jié)的尺寸，不同類別的直徑尺寸就不一樣，大概的范圍就是391mm ～456mm 之間。如果想要在一定程度上要滿足兩爪內脹的距離比較大，就應該采用行程比較大的機構，橋殼的琵琶面和夾緊中心的大約距離范圍是90mm ～98.5mm 之間。在一定程度上為了使琴的表面處于一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)，這時候就需要利用具有彈性的浮動調平機構。橋殼的型號不同它的總長度的大概范圍就是1200mm ～1500mm 之間，這樣就能保證一個自動調節(jié)的過程。

（2）定位基準。一般情況下定心是由橋殼兩端的液壓來確定的，而中心高就是依靠夾具來確定，中間的部分就是根據夾具確定軸向和角向。

（3）夾緊方式。通常情況下采用的夾緊方式就是利用橋殼兩端的液壓進行自動夾緊。

（4）加工方式。加工的方式采用的是干式粗略加工的方法來進行。

（5）工件切換。要對不同類型的產品加工，其對應的各種加工程序和夾具的位置都是不一樣的，這時候就要選用更多的產品類別，進行不同的切換加工。

（6）夾具在一定程度上已經實現了自動化，可以進行自動的調節(jié)，這個過程不需要人工的操作，這樣既節(jié)省時間又可以提高效率。

（7）在進行加工的時候，一定要特別注意整個夾具的堅硬程度，避免各種產生振動，在一定程度上保證加工的精確度。

（8）在設計的同時，也要考慮各種操作是否便利。

（9）也要考慮后期的維修情況。

4 工裝夾具設計

4.1 工裝夾具整體方案

本夾具是根據工藝要求設計的，使橋殼兩端同時加工。這個夾具是專門用于臥式雙面鏜數控專用機床的，它的主要組成部分就是2 個自定心夾具和雙夾緊的橋殼定位。直徑在規(guī)定范圍內變化，無需更換v 型塊定位墊；該夾具用于將指定直徑的琵琶孔與指定直徑高中心的琵琶面分開；采用兩端數控電動油缸調整滑塊左數控電動缸調整滑臺、右數控電動缸調整滑臺，調整自定心夾具的正確定位和裝夾位置，使橋殼總長度在規(guī)定范圍內。其工作原理為：使用攤鋪機將琵琶置于橋殼中間并面朝下的彈性平面上，并隨橋殼落在一起的兩端合起自扶正器預先設定的V形，在伸縮的爪孔中配點，由液壓馬達驅動自定心夾具自動夾緊橋殼兩端圓柱，實現對橋殼的定位夾緊。

4.2 液壓自定心夾具設計

液壓自定心夾具的運行方式就是根據液壓缸內的活塞桿的驅動，再加上各個齒輪之間的摩擦帶動，從而實現v 形塊左右的聯動，最后直接到橋殼的外圓。其主要的作用就是氣缸活塞帶動上齒條將右v 形塊移到中心，上齒條通過齒輪換向帶動下齒條向相反方向移動。安裝在下齒條機架上的左側v 型塊與右v 型塊同步向中心移動，實現工件橋殼外圓的自動定心。自定心夾具有一組左右兩側，分別夾緊橋架殼體兩端的外圓，以確定工件的中心高度。由于是v 型自定心結構，可適應外圈直徑150mm ～170mm，無需更換任何部件。

4.3 內脹分中扶平夾具

內膨脹在平夾具上的工作原理：液壓馬達為動力，通過齒輪驅動螺桿旋轉，螺桿驅動螺母驅動內膨脹爪反向運動，實現魯特孔內的定位；在彈簧力的作用下，一個平面沿導桿垂直上下運動，始終接觸琵琶面，實現富平琵琶面的角定位。具體行動：通過齒輪液壓馬達推動積極的和消極的螺釘旋轉，積極和消極的左絲杠螺母和右絲杠螺母擴張驅動左、右爪幻燈片走向對方，左右脹爪安裝在擴張幻燈片朝著對方的同時，實現琵琶洞。伸縮爪的結構行程大，可滿足不同琵琶孔直徑的需要。支撐板在彈簧的作用下，沿導向桿垂直移動支撐橋殼的琵琶面，實現工件的角度定位。

4.4 數控電動缸調整裝置

數控電動油缸調整裝置它的工作原理就是通過伺服電機通過滾柱絲杠將旋轉運動更改為電動氣缸推桿的直線運動，從而實現滑板的數控的自動調節(jié)。左調節(jié)滑塊由左伺服電動缸驅動，右調節(jié)滑塊由右伺服電動缸驅動。調整左右滑板安裝在同一個導軌體上，共用一個燕尾導軌，以保證調整后的位置精度。

5 夾具的設計發(fā)展方向及思路推廣應用

5.1 夾具的設計發(fā)展方向

柔性制造技術作為現代化制造技術，對工裝夾具設計也提出了柔性化要求。為體現柔性化特點，設計的工裝夾具需要采取組合、調整等方式適應工藝可變因素，如工序特性、工件尺寸等，能夠滿足多品種、小批量產品加工需求。目前，常見的柔性化夾具包含通用可調夾具、模塊化夾具等，帶有專業(yè)性特點的同時，能夠通過拆卸結構調整夾具?？梢酝ㄟ^調整夾爪手指圓周分布擴大適用范圍，用于抓取球狀、圓柱體等各種形狀的工件。在柔性化發(fā)展背景下，自動化夾具應用范圍日漸廣泛。該類夾具是基于組合夾具系統(tǒng)所設計的，能夠通過幾何驗算確定夾具構形中力的鎖合情況，實現夾緊點和順序優(yōu)化。根據工裝夾具產生的接觸變形和切割力引發(fā)的工件彎曲變形，能夠重新進行支撐和夾緊位置排布，做到牢固、精確夾緊工件。通過搭建產品模型知識庫，能夠生成自動夾具的各主要模塊，獲得夾具最終構形。根據自動化程度，組合夾具設計系統(tǒng)可以劃分成半自動化和交互式兩類，輔助設計者合理選擇適合夾具元件的模塊。根據工件形狀、加工要求等進行夾具元件選擇，可以依靠系統(tǒng)智能算法進行分析，有效提高夾具設計效率和質量。而在交互式系統(tǒng)中，完成夾具元件選擇后可以利用加工干涉檢測子模塊，確認切割工具和夾具等是否會發(fā)生干涉。將夾具部件模型簡化成二維輪廓模型，實現信息高度集成，能夠有效完成夾具設計合理性驗證 。

5.2 設計思路推廣應用

將此夾具設計思路廣泛推廣應用公司多項產品的珩磨及其他工序夾具設計中，以公司產品3972-4 的兩道珩磨工序為例，3972-4 也是筒體類產品，45 工序是粗珩磨，110 工序是精珩磨。與上例不同的是此產品較長，達到了706mm，所以在45 工序珩磨時現有的珩磨夾具都不能借用（若借用現有夾具，就無法使用機床附帶的氣動壓板），需要重新設計。100 工序和45 工序產品結構外形從外圓加工為異形，按照新的設計思路，盡量使用已有的夾具，通過產品結構變化的比較，重新設計了一個過渡襯套，在110 工序時配合45 工序夾具一起使用。通過此思路來優(yōu)化設計夾具，對公司多項產品夾具設計進行普及、推廣應用，同時對新訂單中產品的尺寸形狀進行分析，結合同類型產品已有夾具，可快速高效的加工更多的產品，提升了產品的加工效率，滿足了產品交付節(jié)點，獲得了客戶的好評。

6 結語

本文主要通過對夾具的使用原理、開發(fā)利用、加工工藝、設計方式以及使用做了具體的分析，根據這些方面的了解，再加上主機對于工藝的特殊要求，該設備主要用于自動化的生產方面，未來的發(fā)展可能就是由機器人來進行操作，沒有更多人為操作。其中如果要進行類別的更換就只需要用掃碼槍進行識別就可以了，不用再進行手動操作。這種數控系統(tǒng)會自動的進行識別然后操作，在一定程度上實現了自動化的加工。這種夾具的設計已經被開始試用，如果后期效果好，就會被廣泛的使用，如果有些指標不符合要求，就要進行優(yōu)化，直到達到標準。這就在一定程度上提高了工作的效率。