工装夹具设计过程中的注意事项

摘 要：根据工件工艺规程的某道工序要求及生产批量等设计出的工装夹具质量会直接影响到弓箭的质量、生产率及生产成本,因此工装夹具的设计至关重要.进行工装夹具设计时,应尽量简单且易于制造、装配、检验、维修等,要求操作要方便、使用要安全,除了要满足夹具元件的精度要求之外,还要注意如何降低劳动成本、提高生产效率、减小设计误差等.

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1.引言

工装夹具的出现可以有效防止和减轻焊接变形；通过准确可靠的定位与夹紧可以减轻或取消下料和划线工作,减小制品的尺寸偏差,提高零件的加工精度；保证夹具元件的施焊部位处于最优状态且焊缝成型性良好,不存在明显的工艺缺陷；工装夹具作为机械装置的一种代替了传统的手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等人力活,改善了劳动环境、降低了劳动强度；工装夹具不仅扩大了先进的工艺方法的使用范围,而且还促进了焊接结构的生产机械自动化的进一步发展.

2.工装夹具设计的基本原则与要求

2.1.基本原则

尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；满足装夹过程中的简单与快速操作；满足夹具使用国家或地区的安全法令法规；满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性；满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性；尽可能选用市场上质量可靠的标准品作组成零件；设计方案遵循手动、气动、液压、伺服的依次优选原则；有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程；易损零件必须是可以快速更换的结构,条件充分时最好不需要使用其它工具进行.

2.2.基本要求

夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用,所以工装夹具应具备足够的强度和刚度；操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出,还要保证制品在翻转或吊运时不会被损害,所以工装夹具的焊接操作必须易于装卸；使用夹具生产应保证足够的装焊空间,使操作人员有良好的视野和操作环境,使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态,所以工装夹具的焊接操作必须具有灵活性；夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求,既不能允许工件松动滑移,又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力,所以工装夹具应具有夹紧的可靠性；所设计的夹具应便于制造、安装和操作,便于检验、维修和更换易损零件.设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素,降低夹具制造成本,所以工装夹具应具有良好的工艺性.

3.工装夹具设计的准备与注意事项

3.1.做好设计前的准备工作

保证工件加工质量是机床夹具设计的基本要求,也是夹具设计的首要任务.为此必须正确地设计与选择定位方法、定位件及夹紧装置.当接到工艺人员提出的夹具设计任务书之后,首先要对任务书进行仔细阅读与深入研究,认真了解工件的作用、特点、材料、生产规模及技术要求,详细分析加工工艺过程及本工序的加工要求,如加工余量、加工精度、加工表面、定位基准及前后工序的联系等等.这些设计前的准备工作不仅要做,还要做好、做细,只有这样才能使我们的设计顺畅、稳妥,少出麻烦和错误.

其次,要根据工件的特点多动脑筋,换个思维方向,多提出几个设计方案以留备用,因为在实际的设计过程中,根据同一工件,每一个设计人员的设计思想及考虑重点都不相同,因而会给出不同的设计方案,由此设计出的工装夹具的结构自然也就不同,应用到实际生产中产生的效果也会有所不同.通过对多个方案的分析比较确定一个更合理、更符合要求的结构方案,在设计时还要注意多听取和吸收其他好的意见和建议.

3.2.工装夹具设计的注意事项

3.2.1.夹紧元件的统一性

一套比较复杂的工装夹具中通常具备多出压紧、辅助支撑、调节支撑等元件,常用的靠螺旋压紧的螺母、螺旋调节的螺栓等部件因空间位置、夹紧力大小等因素的影响,不同部位所用的螺纹大小会不尽相同.若按理论设计这些元件的外形操作部位也会不尽相同,不同的外形尺寸需要操作人员用多种工具才能完成夹紧、调节等工序,加工极不方便,效率大大降低.如对不同的螺纹采用相同的外形尺寸（见图1）,M20螺母、M12螺母、M16螺栓等操作部位外形皆设计为宽度为k的外六方,使用时同一种工具就能完成所有的夹紧、调节等工序,减少了辅助时间,提高了生产效率.可见在工装夹具设计过程中注意夹紧元件统一性对于提高生产效率、降低劳动强度具有重要作用.

3.2.2.夹紧元件的安全性

工装夹具中比较常见的开口压板由于其螺母大径小于工件孔径,只要稍松螺母,取下开口压板,工件即可方便地穿过螺母被取出,是一种比较实用的快速夹紧结构.但这种结构在回转体压紧装置中存在一定弊端,因为当螺母意外松动时,开口压板极易在离心力的作用下由开口处从夹具中飞出,安全隐患令人堪忧.而图2a中设计结构的压紧装置可有效改变这一状况；图2b开口压板上车削盲孔D+1,深度t等于1～2mm为宜；压紧用带肩螺母（见图2c）肩径加工为D.当工作时,旋紧的带肩螺母其肩部进入开口压板的盲孔内,一旦带肩螺母稍有松动,因其肩部嵌在盲孔内,所以压板不会立即飞出,而此时操作人员能明显感到工件的松动,停车再次旋紧即可,然后将带肩螺母的肩部旋出开口压板盲孔深度,这样既然保证了压紧的安全性,又可轻而易举地卸下工件,可谓一举两得.

3.2.3.设计人员深入现场

工装夹具的设计人员一定要深入工作现场,了解现场和熟悉现场.要对夹具使用的机床规格、主要参数及在机床上安装夹具部位的结构和配合尺寸和本工序使用的刀具、量具等情况了解清楚.不深入现场就会对这些情况一无所知,设计制造出来的夹具极有可能安装不上,不能用于机床的正常生产,造成返修或废掉,不仅损失了经济和时间成本还耽误了生产运行,得不偿失.另外,工装夹具的设计人员多下现场可与操作人员进行面对面的交流与沟通,有利于掌握第一手的一线资料.因为操作人员不仅可以提供一些好的意见和建议,还会告知设计人员同类夹具存在的问题、需要改进之处及操作习惯和干活方式等,这些都有利于工装夹具的优化设计.否则设计出的夹具虽符合机床且加工合格,但不符合操作人员的工作习惯,造成加工不便,则极有可能被束之高阁.此外,设计人员在夹具制造完成投入到实际生产中后还要多次进行回访,了解其使用情况.