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机床夹具设计改进的思路探究

机床夹具在机械制造业中应用很广。由机床夹具和机床、刀具、工件组成的加工工艺系统，

能够根据工艺要求，迅速实现工件的定位和夹紧，并在加工过程中保持它们之间相对位置的

正确。毫无疑问，使用夹具，可提高劳动生产率和加工精度。随着生产规模的不断扩大，近

年各家齿轮制造公司从国内外引进了大量的数控加工设备，并推行精益生产方式。新技术、

新设备、新的管理方法的应用，使机械加工的现场条件发生了很大变化。面对这些变化，如

何与时俱进地进行机床夹具的设计，成为工艺设计人员不可回避的问题。
一
.双工位倒档齿压铜套夹具

在汽车变速器齿轮的中，常有在内孔中镶铜套的齿轮。这些齿轮的加工工艺过程一般有：制

齿→硬化处理→压铜套→车（磨）内孔。设计安全高效的压铜套夹具，离不开对其工艺过程

的仔细分析。

1.问题的提出

压铜套工序的设备放置在热前加工区域，为与热前压其它齿轮的同步器接合齿环共用的设

备，由同一人操作。根据精益生产布线需要，为减少不必要的搬运浪费，并平衡工作量，需

将压铜套工序调整到热后加工区域，由其下一工序（车内孔）的操作者完成。

2.问题的分析

通过对原来的压铜套工序过程进行分析，认为有以下几点不能满足调整后的要求：

1）动作过于复杂，致使工序节拍过长，不能满足一人多机的要求。
原来的压铜套工序使用的工装，其工序过程的内容为：右手取工件→将工件放工作台上→左

手取铜套→将铜套对准齿轮孔口→右手取压具→将压具装入铜套孔中→左手持压具→右手

操作压床手把→压入→检查（是否压到位或存在切边）→拿走工件。由此可见，一次成功的

压铜套操作需要11个动作才能完成，动作复杂，操作者劳动强度大，熟练的操作需要15

秒。

2）不能可靠地保证工序质量。

3）在压入的过程中，一手持压具，一手操作设备，存在安全隐患。

3.新设计方案

对以上动作过于复杂的原因进行分析，主要是由于原来的夹具在工序进行的过程中不具备定

位、导向的功能，完全靠操作者保证工件在加工过程中的相对位置的正确性。铜套和工件的

硬度相差较大，在压入的整个过程中，如果铜套与工件的相对位置不能保证，很容易产生切

边甚至报废现象。必须解决铜套和工件两者的定位问题，才能避免发生切边或报废现象。

双工位倒档齿压铜套夹具主要设计思路是：

1）采用带顶尖孔的轴向浮动的台阶式定位芯轴。

一方面解决在整个压入过程中铜套和工件的集中定位问题，另一方面解决在压入行程结束时

两这定位关系的顺利交接。

2）采用带顶尖的上压头。
由于压入行程较长且工件的孔较小，因而芯轴也细长，采用这样的上压头可以起到导向的作

用，使芯轴不至于倾斜。同时，顶尖在夹具的安装调试时兼起自动找正中心的作用。

3）采用两件同时压入（即双工位）。

在底座上及上压头上设计两个（或4个）压入加工位置，一方面实现多件同时加工，提高生

产效率。另一方面在整个过程均采用双手操作，避免产生压床操作安全事故。

使用多工位倒档齿压铜套夹具，其工序过程的内容为：双手取工件→将工件套芯轴上→双手

取铜套→将铜套套芯轴上→双手按按扭→压入→双手按按扭→双手拿走工件。同时完成两个

工件的加工，只需8个动作，动作简化，无人为检查内容，熟练的操作只需10秒（2件）。
二
.数控复合磨夹具

进口高效的数控设备的应用，在提高了机床夹具设计水平的同时，也改变了高精度夹具的加

工制造能力。只有充分考虑现场设备条件，才可以使夹具的设计制造成为可能。

1.问题的提出

进口的数控端面内控外圆复合磨床，由于受其使用的夹具国内无法制造，只能委托原夹具制

造商制造，所以一直只能用随机附带的两个夹具加工2种产品，设备利用率不高。为了降低

夹具成本，提高机床利用率，进行其夹具的国产化设计具有现实意义。

2.问题的分析

通过分析，随机附带夹具与其它内圆磨床的相同之处是夹具体均为弹性膜片，不同之处是工

件的夹紧元件。进口机床加工时工件主轴转速高，在加工工件后端面时对工件有向前的拉力，
在夹紧元件设计时采用整体焊接形式，并将夹紧用的卡爪设计成安装在座体的孔内，卡爪的

头部采用三角形楔块形式。

该夹具的设计难点是：整体焊接结构，现有条件无法加工制造；卡爪（3个）头部三角形楔

块角度的确定及在加工时的一致性和对称度难以保证。

3.新设计方案

在机械设计中，对加工难以控制的尺寸和精度，经常在总成装配时通过调整法获得相应的精

度。因此，可以通过对原夹具进行解体设计，用螺栓连接组装，通过调整法获得所需要的精

度。在进行解体设计时，要注意以下几点：

1）在零件设计时，设计必要的基准作为整个夹具装配调整的基准。

2）考虑进