机械加工中的工装夹具定位设计方法

摘要：工装夹具定位设计对机械加工具有重要意义。基于此，本文首先阐述了工装夹具的作用，分析了机械加工定位基准及其分类，并详细探讨了工装夹具的定位设计。

关键词：机械加工；工装夹具；定位设计

机械工件在加工过程中，需精准的测量、精确的定位，才能被加工组装成合格、耐用的工件。在加工中，应用科学的夹具设计可提高产品质量及生产效率。工装夹具具有精准的定位功能，能限制工件的自由度，从而保证工件加工面与工装夹具原件的紧密接触，以此加工出更好的机械工件。机械在加工时，仅依靠人力手工及简单的小工具辅助已不能满足工件的精度要求，而夹装工具能做到此点，其能大幅度提高机械加工精度。

一、工装夹具的作用

1、提高制造效率，降低生产成本。一方面能使工装夹具标准化，即采用通用化、标准化、模块化程度较高的工装夹具，以尽可能缩短加工的准备时间，提高操作效率。另一方面，可采用液动、气动或气液联合夹紧等装置，提高工作效率。多工位夹具和可调换夹具等的使用，能较大程度提高工作的效率。为了提高工作效率，在进行数控铣床工装夹具设计时应注意以下问题。首先，要尽可能通过一次装夹来实现加工成型，以缩短加工时间，提升工作效率，也有利于提升加工精度。其次，可通过提高装夹速度来提高工作效率。通过使用多位、多件夹具加快装夹速度，以缩短加工时间。最后，通过合理选择刀具尺寸、形状及切削量，提升工作效率。

2、确保质量。夹具能极大地提高工件的加工精确度，从而保证工件的质量达到更加高水平的标准。使用夹具固定工件时，能确保工件与刀具、机床间的位置，也能避免因人为因素产生的影响，从而保证同批次工件的加工精度。受局部热变形和应力的影响，零件会产生较大的变形。在夹具设计过程中，通过计算提前预留余量，使应力、变形和变形方向得到可靠控制，从而保证零件质量。

二、机械加工定位基准

定位基准控制对机械加工影响较大，会影响到各类零件加工进度与大小等，对生产加工技术工艺与夹具结构也会产生较大影响。所以对定位基准合理选择具有重要作用，在机械制造过程中，通过生产阶段不同几何图形元素分析线表面间存在的各项关系。定位基准在判定过程中需分析零件设计基准，在具体定位过程中需确定以下基本原则，首先要保障设计基准与定位基准间能相互重合，防止产生制造误差。其次在不同加工项目中需对相同基准要求进行判定，将加工项目当做是定位基准，对机械项目加工中的不同基准为基础，项目之间相互协作参照，对项目重复加工。通过确立基准能使各类工件定位精确性更高，在生产加工过程中便捷性更强。定位基准能划分为精基准与粗基准，粗基准主要是将各类产品毛坯面作为定位基准，精基准是对已加工制造过的表面作为定位基准。粗基准选取过程中要对加工面与不加工面连接的空间进行分析，结合设计图判定加工面和不加工面精确位置。在定位基准选取过程中，要对各类工件生产加工要求进行分析，避免不合理选取定位基准对后续生产加工质量产生较大影响。在工件自由度控制过程中，选取最佳的定位基准进行工件加工。

三、机械加工定位基准的分类

定位基准的选择对机械加工有很大的影响，它直接影响零件表面位置的大小和精度，同时还对加工工艺和夹具的结构有很大的联系。所以，加强对定位基准选择的重视程度是很有必要的。在机械制造中，参考是指生产几何元素来确定线表面间的关系。划分标准的作用和应用，在定位基准的选择过程中，一定要充分考虑工件加工的要求，避免由于定位基准选择不合理而影响后期加工的过程，尤其是工件自由度的控制，所以选择一个合理的定位基准对工件加工十分重要。

四、工装夹具的定位设计

1、工件定位分析。在机械加工中，工件定位的精准度直接决定机床加工工件的精准度。在工件定位中主要存在三方面的影响因素，分别是工件相对机床的位置、工件相对夹具的位置、夹具相对机床的位置。其中，工件与机床相对位置的确定，需要夹具来辅助完成。因此要保证工装夹具定位设计的科学性，以此提高机械加工的精准度。

2、工件定位夹具的作用。对加工工件完成定位后，需要对其进行位置固定，此时就需要采用合理的装置确保工装夹具发挥出对工件位置的固定作用。比如：台虎钳，又称虎钳，用以夹稳加工工件，是用来夹持工件的通用夹具。它被装置在工作台上，尤其当出现压板不稳定且压不住的情况时，就需要用到虎钳。但在使用虎钳时需要注意在夹紧工件时要松紧适当，而且只能用手板紧手柄，不得借助其他工具加力，特别是在强力作业时，应尽量使力朝向固定钳身。不许在活动钳身和光滑平面上敲击作业，一定要定期对丝杠、螺母等活动表面经常清洗、润滑，以防生锈，这样才能保证虎钳发挥其最大作用。夹具的固定作用是在工件加工过程中，保障其在准确的定位位置。因一旦工件位置存在误差，势必会因惯性或切削力等情况致使工件在加工过程中出现位移等问题，这样就会造成工件定位精准度的大幅降低，进而对工件加工精准度造成不良影响。

3、具体设计方法。工件夹具定位方式在实际的加工过程中有着重要作用，定位是为了保障工件定位的准确和加工的精准性，因此在工件加工中属于重要的一环。在定位前必须对定位原理有深入、全面的掌握，尤其是几种普遍采用的定位方式更要烂熟于心，以确保面对定位有偏差的情况时可在最快时间内根据定位误差展开计算并将其调整解决。

（1）六点定位法。工件在尚未定位的阶段，往往是空间的直角坐标系呈现出六个方向自由度的形态，而对工件实行定位的目的便是借助于一定的手段来限制工件的自由度。工件的六点定位原理，是运用六个支撑点来分别限制自身的六个自由度，使用此方法有利于高效率地确定工件空间的所在位置。

（2）机械加工自由度和力学自由度。机械加工自由度和力学自由度间存在较大差异，其中，机械加工自由度主要是对三维空间中的不确定性进行全面控制，而且该种定位过程需要做好夹紧和定位操作的有效区分。倘若能保持工件的稳定性，工件的三维位置将会展示出不变的特点，但这并不能表示空间的实际空间位置已被确定出来，这主要是由于工件的定位与夹具息息相关，在工件夹紧过程中，应确保定位位置不会受到其他外力影响。六点定位法中的点主要指工件自由度，并不是工件和夹具的接触点位。因此，在实际工装夹具应用时，可将其作为工件的其中一个支撑点，以此来提升定位工作的准确性。总的来说，定位工件中可有很多个支撑点，在实施工件定位时，人们可实现对工件自由度的全面控制，之后对工件支撑点数进行合理确定。

4、机械加工的辅助基准。在定位工件的过程中，为了提高加工面位置的精度，通常选择设计或装配基准作为重要基准。以上基准位于零件的主表面上，但在处理某些部分时，为便于安装作为目标，它将创建一个基于人的基准。这不属于基准工作面的一部分，主要是为了更好地满足工艺要求，所以称之为辅助基准。另外，受过程影响的次表面的一些部分适合作为定位参考，可有效地提高参考水平的处理，并且表面质量也可用于定位过程，因此也被认为是辅助基准。

综上所述，机械加工时，在选用高质量工装夹具的基础上，必须做好工装夹具的设计，对六点定位原则进行熟练掌握，根据加工需要科学地调控工件的自由度，精准定位工件的位置，从而最大程度上保障工件加工的质量和效率。

参考文献：

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