专用夹具设计及应用
黄旭东
摘要：数控加工作为目前全国机械制造产业应用最为广泛的加工方式之一，其具有精度高，效率高以及针对于复杂零部件加工方便等特点。本文主要是采用锁芯作为加工零部件，设计出了一套可行性加工方案，本文不仅对加工的全部过程进行了细致的分析同时还通过对比分析使用专用夹具进行批量生产与使用传统夹具进行单件生产的优势。
关键词：数控 夹具 设计
1. 引言
就目前国际形式来看，全球的经济都在不断的发生变化，在此同时制造技术也在飞速的发展，各个企业之间的竞争已经发展为全球化，在这种情况下，很多企业为了能够尽早的研发出新型产品并将其面向市场，要求企业的制造也不断更新，要及时的更新换代，淘汰旧的产品。所以目前所拥有的传统意义上的夹具已经不能够完全买足人们的需要，目前在行业制造中数控机床得到了大量是运用，大部分机械制造行业以及批量生产的中小企业都已经使用了机床专用夹具，机床专用夹具的产生首要目的是为了对某一零件或者某一道工序进行专门研制的[1]。所以针对于数控机床专用家具的设计进行研究显着很有必要，能够进一步的提供机械生产以及制造的速率能够更好为机械行业所服务。
2. 专用夹具分类
2.1专用夹具
所谓的专用夹具，我们通过字面的含义就能够基本有所了解，通常情况下所说的专用夹具，主要指的是针对于某一个零部件或者某一个工序专门设计研制的一种夹具，主要目的是为了在某种特定的零件中能够满足人们制造的要求，其最大的特点就是具有很强的针对性，无法进行通用[2]。
2.2可调夹具
可调夹具主要是在专用夹具所存在的缺点之上进一步研制而成，属于一种相对来说比较新型的夹具，它可以在不同类型以及不同尺寸的零部件中进行应用，在针对每一类的零部件进行应用的时候我们需要将可调夹具上面的定位元器件以及夹紧件进行相应的调整以及更换即可[3]。
2.3组合夹具
组合夹具算得上是一种模块化的夹具范畴，同时在目前的情况下已经成为了商品化。传统意义上的标准化模块拥有该精度以及强耐磨性的特点，能够将其组合成各种各样的夹具，在夹具使用完成之后又可以将其进行拆解，方便日后使用。正是由于组合夹具的以上特点，在机械制造中使用组合夹具能够在很大程度上较少生产准备时间，与此同时零部件也可以再次的进行使用，除此之外，针对于组合夹具的应用还能够在很大程度上减少专用夹具的数量，节省了存储夹具的空间[5]。
3机床夹具设计
3.1机床夹具设计基本要求
我们在对机床夹具进行设计的时候首先要明确其基本的要求，针对于机床夹具设计所遵循的原则大体可以分为五大类，首先我们要确保零部件的加工精度，其次还需要针对制造的速率有所保障，在其次还要保持很好的工艺性以及使用性能。最后需要对其成本进行严格的控制尽可能是成本降到 。
3.2 机床夹具设计流程
在企业接到相应的机床夹具设计说明书的时候首先要根据所提供的资料进行仔细阅读，通过熟悉以及了解加工任务书进而制定相应的方案。其中方案包括夹具类型以及定位方案等等，其次还需要针对于对刀装置实行进一步的确认，最后在其他一些相关的机构以及夹具的结构类型进行必要的确认。
3.3设计夹具总图
完成以上机构步骤之后我们开始针对于夹具的总体图进行设计，其中包括比例的使用，以及针对于外形或者轮廓的设计，在对夹具总图设计的最后一步还需要对公差进行相应的确定。
3.4锁芯零件夹具设计方案
本论文所研究的锁芯零部件如图1所示
图1 锁芯零部件图
本次设计所需要的零部件加工要求为尺寸8mm的四个平面统削，我们在对锁芯零部件进行设计之前还需要针对于其夹具类型进行确认，同时还需要明确该夹具可以一次性加工零部件的数量。我们在对其加工数量进行确认的时候，首先要明确在数字控制自动编程的系统中我们要尽可能的要求机床加工时间足够大，因为加工的时间越长则效果越好，然而我针对于零部件的装夹以及拆卸的时间要做到进不能的减少，只有这样才能够很好的提高工作速率，同时也能够在很大程度上降低工人的工作强度。
T=M*n*T1+3000/n*T2+T3 (1)
其中T表示所需要加工的时间
M表示所需要加工的次数
n表示一次性能够加工的零件个数
t1表示加工一个零部件的时间
t2表示机床停止时间
t3表示装夹时间
建立数学模型y=minF(n)
约束条件为：m*n=300，n>1,m>1
采用MATLAB对其进行编程
min=m*n*tl+(3000/n)*t2+t3;
m*n=3000;
m>l;
n>l;
end
得出结果为：
Local optimal solution found.
Obj ective value: 0.000000
Extended solver steps: 5
Total solver iterations: 8
Variable Value Reduced Cost
M 26.33330 0.000000
N 113.9242 0.000000
T1 0.000000 3000.000
T2 0.000000 26.33329
T3 0.000000 1.000000
Row Slack or Surplus Dual Price
1 0.000000 -1.000000
2 -0.4905587E-03 0.000000
3 25.33330 0.000000
4 112.9242 0.000000
通过所算出的结果我们可以发现最优的结果的为n=113.9但是由于在是境况下，夹具的尺寸将会被数控机床所制约，根据我们对尺寸的分析以及工作台行程的研究，单位零件数智能选取13，如果在对装夹不会有任何不利因素的前提下我们可以令n=26即设计双排夹具。
4总结
数控加工作为目前全国机械制造产业应用最为广泛的加工方式之一，其具有精度高，效率高以及针对于复杂零部件加工方便等特点。然而在现实的生产过程中，存在很多的零部件不可以直接使用数控加工，比如说圆柱形状的胚料，若想对其进行加工那么则需要专用的夹具设计方可以在数控技术中得到应用，随着我过机械制造行业呈现零部件品种多样化以及小批量生产的趋势，怎么才能够将制造效率进行提高同时在成本方便还便于人们接受，以及成为了诸多学者所关注的主要目标。本次课题以加工一批锁心作为实例，设计出了一套专用夹具，能够在很大程度上缩短加工时间进而提高速度。针对于专用夹具进行必要的设计使得统削工序可以变得更加完善，同时还针对于加工时间以及加工成本进行了进一步的考虑，采用数学模型的分析方法来明确夹具的次加工。
