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[摘 要]一般来说，生产任何机电产品，都离不开机床夹具，尤其是专用机床夹具，它主要根据工件工件规程的某道工序要求进行设计，有时也会根据生产批量等内容进行设计，其设计质量在一定程度上决定着工件的质量，同时会影响到工件的生产率和生产成本。对于机电产品的制造行业而言，需要充分意识到机床夹具设计的重要性，夹具尽量要简单，并容易制造、装配、检验、维修等，同时还要考虑到操作方便、使用安全等因素。鉴于此，本文主要分析了机床夹具设计相关问题。
[关键词]机床夹具；分类；机构；设计流程；设计方法
中图分类号：TG751 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0012-01
引言
机床夹具作为机电产品制造中一项必不可少的工具，它主要是用来装夹工件，令工件固定在机床上，从而方便标准件的加工生产。传统的机床夹具已经越来越跟不上机电产品制造行业的发展规模，设计更加高效的机床夹具非常有必要。以下笔者就来简单谈一谈机床夹具的设计方法。
一、夹具的分类及典型机构
依据不同的使用工况等因素，夹具可分为：（1）按夹具的通用程度和特点：通用夹具；一次性使用夹具；多次重复使用夹具；独立的传动装置等等。（2）按夹具的结构特点：专用夹具；组合夹具；可调整夹具等等。（3）按夹紧装置的动力源：手动夹具；气动夹具；液压夹具；电磁夹具；真空夹具等等。
夹具是工艺装备并非在流通环节的产品，因此为了有效降低夹具制造装配成本，设计时考虑最多的是经济因素。当今社会产品的研发设计日新月异，产品的通用性不断加强，促使夹具在专用性的基础上同时兼顾组合和可调整。
可调夹具通常又称通用可调夹具。它是根据一些结构相似、尺寸不同的工件的相似工序，由企业设计、制造，具有一定适用范围的通用夹具。换句话就是：由相似工件的相似工序而设计制造的通用夹具。相似工件是指一类形状、结构、材料、尺寸等工艺属性相同或相近的被加工零件。相似工序是指相似工件的同名工序，其加工设备，安装方式相同，加工表面形状相同或相近而其尺寸、位置有差异。由于调整构件较多，因此适用范围也较广。
比较常见的可调整的夹具有：弹性夹头
弹性夹头在底部液压油缸的带动下，可上下活动。由于夹头内锥面与固定的定位锥座有一定的动配合关系，因此夹头上下的行程范围很小，从而保证夹头外圆面的变化尺寸范围很小，在定位工件时的精度得到保证。
由于夹头通过径向切槽，在不同的油缸行程带动下产生允许范围内的弹性变形，消除了工件在上序中对内孔加工时所产生的形状公差而引起的定位误差。牢牢地将工件内孔和轴向定位面固定在夹具定位点上，保证最终的产品精度。
由于工件定位尺寸变化，对单一夹头而言已无法满足使用要求，因此按客户要求同时切制了不同型号的夹头并作标记，方便加工者依据被加工件更换正确的夹头。同时夹头存在一定的弹性，自身塑性变形不大，极大的提高了换型后的准确性，减小了工人的劳动强度。
二、机床夹具的设计流程
第一步，设计人员要确定好夹具的类型，按照第一部分的分类特點，只有先确定好夹具的类型，才能够进行下一步的设计；
第二步，设计人员要确定好各工序的定位及夹紧方式，一般应在首序加工时加工出后面各工序的精基准，并尽量使其达到统一，需要注意粗加工基准只能够使用一次，再就是还要选择能够令夹紧力与切削力趋于平衡的夹紧装置，同时应尽量缩短其辅助时间；
第三步，设计人员要确定好对刀基准、夹具调校基准、工件测量基准等夹具基准，其中对刀基准的作用是用来在工件加工时确定刀具相对工件的位置，夹具调校基准的作用是在夹具安装时调校自身相对机床的位置，工件测量基准则是在加工后期对工件进行在线检测的检测基准，只有确保了以上各项夹具基准的统一，才能够保证加工精度；
第四步，设计人员要设计好夹具体，通常情况下，夹具体的结构形式是根据机床的相关参数及其相应的加工方式来确定的，比较常见的夹具体结构形式有旋转型和固定型，设计人员应正确选择夹具体的结构形式，同时要使其具有足够的强度和刚度，而对于一些比较精密的夹具，应当时效处理其夹具主体，从而释放其残余应力，避免夹具发生后期变形，再就是要注意令工件装夹受力点避开工件的薄弱部位；
第五步，设计人员要设计好定位元件，设计之时应当要考虑到工件的具体结构、尺寸、形状、精度等要求，使其各项精度达标，并要注意其危险断面的强度，尽量避免使用中途发生损坏，以及还要使其结构符合一般的标准化要求；
第六步，设计人员要设计好夹紧机构，使其具有合适的夹紧力和增力比，以保证其在夹紧工件原始力消失之后仍旧能够在摩擦力的作用下保持应有夹紧性能。
三、机床夹具的设计方法
1、工件以平面定位
平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：
1）固定支承。固定支承有支承钉和支承板两种形式。
2）可调支承。支承点位置可以调整的支承称为可调支承。当工件定位表面不规整以及工件批于批之间毛坯尺寸变化较大时，设计中使用可调支承。有时，可调支承也可用作成组夹具的调整元件。
3）自位支承。自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位准面的变化而自动调整并与之相适应。自位支承一般只起一个自由度的定位作用，即一点定位，毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位以及有角度误差的平面定位，设计中多采用自位支承。
4）辅助支承。辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，它不起定位作用，设计中可选择相对廉价的材料。
夹具设计中，选择不同支承定位，要根据不同的设计课题入手，从怎样限制零件的自由度；怎样夹紧；设计的夹具怎样排削；怎样使夹具使用合理，便于装卸等几方面综合考虑。
在加工回转体类工件时，要考虑夹具的可靠及通用性，使用可调支承加工不同尺寸的相似工件，这样可以使夹具最大范围地发挥其使用和通用性。而在选择定位支承时，可以根据不同工件定位面来选取。
2、工件以心轴定位
心轴的结构形式很多，工件安装时轻轻敲入或压入，通过孔和心轴接触表面的弹性变形来夹紧工件。设计中使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。除了刚性心轴以外，在生产中为安装夹紧方便可采用弹性心轴，液塑心轴，自动定心心轴等。这些心轴在工件定位的同时将工件夹紧，使用起来很方便。
3、工件以外圆表面定位
工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定位，一种是支承定位。工件以外圆表面定位的情况与工件与圆柱孔定位的情况相仿，只是用套筒或卡盘代替心轴或柱销，以锥套代替了锥销。
工件以外圆表面支承定位设计中优先选择V形块。因为V形块对中性好，是可用于非完整外圆表面的定位。V形块两斜面之间的夹角一般取60°，90°和120°，设计中以90°为主，90°夹角V形块结构已标准化。
结语
总之，为了生产出高质量的机电产品，机床夹具设计人员必须了解机床夹具设计中的注理事项，努力做到及时发现不足，及时改进，这样才能设计出符合现代机电制造业需要的优质产品。作为械制造专业课程，也要紧跟机械制造行业的发展，重视技术教育，面向市场需求，不断培养出具有良好综合素质的应用型专业人才。同时，对于机电夹具设计人员来说，一定要充分发挥他们的创新性思维，这样才能从根本上促进机电产品的规模化生产。
参考文献
[1] 王玲，殷国富，徐雷.机床夹具可重构模块化设计方法研究[J].四川大学学报（工程科学版），2010，03：246-252.
[2] 任慕华.机床夹具设计研究[J].机电信息，2010，12：199.
[3] 何培英.环境下组合机床总体设计CAD系统开发[J].设计与研究，2010（7）.
[4] 殷国富，杨随先.计算机辅助设计与制造技术原理及应用[M].四川大学出版社，2011.
[5] 张滢滢，刘春雨.关于机床夹具的发展前景的探讨[J].科技创新导报，2011（26）.
[关键词]机床夹具；分类；机构；设计流程；设计方法
中图分类号：TG751 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0012-01
引言
机床夹具作为机电产品制造中一项必不可少的工具，它主要是用来装夹工件，令工件固定在机床上，从而方便标准件的加工生产。传统的机床夹具已经越来越跟不上机电产品制造行业的发展规模，设计更加高效的机床夹具非常有必要。以下笔者就来简单谈一谈机床夹具的设计方法。
一、夹具的分类及典型机构
依据不同的使用工况等因素，夹具可分为：（1）按夹具的通用程度和特点：通用夹具；一次性使用夹具；多次重复使用夹具；独立的传动装置等等。（2）按夹具的结构特点：专用夹具；组合夹具；可调整夹具等等。（3）按夹紧装置的动力源：手动夹具；气动夹具；液压夹具；电磁夹具；真空夹具等等。
夹具是工艺装备并非在流通环节的产品，因此为了有效降低夹具制造装配成本，设计时考虑最多的是经济因素。当今社会产品的研发设计日新月异，产品的通用性不断加强，促使夹具在专用性的基础上同时兼顾组合和可调整。
可调夹具通常又称通用可调夹具。它是根据一些结构相似、尺寸不同的工件的相似工序，由企业设计、制造，具有一定适用范围的通用夹具。换句话就是：由相似工件的相似工序而设计制造的通用夹具。相似工件是指一类形状、结构、材料、尺寸等工艺属性相同或相近的被加工零件。相似工序是指相似工件的同名工序，其加工设备，安装方式相同，加工表面形状相同或相近而其尺寸、位置有差异。由于调整构件较多，因此适用范围也较广。
比较常见的可调整的夹具有：弹性夹头
弹性夹头在底部液压油缸的带动下，可上下活动。由于夹头内锥面与固定的定位锥座有一定的动配合关系，因此夹头上下的行程范围很小，从而保证夹头外圆面的变化尺寸范围很小，在定位工件时的精度得到保证。
由于夹头通过径向切槽，在不同的油缸行程带动下产生允许范围内的弹性变形，消除了工件在上序中对内孔加工时所产生的形状公差而引起的定位误差。牢牢地将工件内孔和轴向定位面固定在夹具定位点上，保证最终的产品精度。
由于工件定位尺寸变化，对单一夹头而言已无法满足使用要求，因此按客户要求同时切制了不同型号的夹头并作标记，方便加工者依据被加工件更换正确的夹头。同时夹头存在一定的弹性，自身塑性变形不大，极大的提高了换型后的准确性，减小了工人的劳动强度。
二、机床夹具的设计流程
第一步，设计人员要确定好夹具的类型，按照第一部分的分类特點，只有先确定好夹具的类型，才能够进行下一步的设计；
第二步，设计人员要确定好各工序的定位及夹紧方式，一般应在首序加工时加工出后面各工序的精基准，并尽量使其达到统一，需要注意粗加工基准只能够使用一次，再就是还要选择能够令夹紧力与切削力趋于平衡的夹紧装置，同时应尽量缩短其辅助时间；
第三步，设计人员要确定好对刀基准、夹具调校基准、工件测量基准等夹具基准，其中对刀基准的作用是用来在工件加工时确定刀具相对工件的位置，夹具调校基准的作用是在夹具安装时调校自身相对机床的位置，工件测量基准则是在加工后期对工件进行在线检测的检测基准，只有确保了以上各项夹具基准的统一，才能够保证加工精度；
第四步，设计人员要设计好夹具体，通常情况下，夹具体的结构形式是根据机床的相关参数及其相应的加工方式来确定的，比较常见的夹具体结构形式有旋转型和固定型，设计人员应正确选择夹具体的结构形式，同时要使其具有足够的强度和刚度，而对于一些比较精密的夹具，应当时效处理其夹具主体，从而释放其残余应力，避免夹具发生后期变形，再就是要注意令工件装夹受力点避开工件的薄弱部位；
第五步，设计人员要设计好定位元件，设计之时应当要考虑到工件的具体结构、尺寸、形状、精度等要求，使其各项精度达标，并要注意其危险断面的强度，尽量避免使用中途发生损坏，以及还要使其结构符合一般的标准化要求；
第六步，设计人员要设计好夹紧机构，使其具有合适的夹紧力和增力比，以保证其在夹紧工件原始力消失之后仍旧能够在摩擦力的作用下保持应有夹紧性能。
三、机床夹具的设计方法
1、工件以平面定位
平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：
1）固定支承。固定支承有支承钉和支承板两种形式。
2）可调支承。支承点位置可以调整的支承称为可调支承。当工件定位表面不规整以及工件批于批之间毛坯尺寸变化较大时，设计中使用可调支承。有时，可调支承也可用作成组夹具的调整元件。
3）自位支承。自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位准面的变化而自动调整并与之相适应。自位支承一般只起一个自由度的定位作用，即一点定位，毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位以及有角度误差的平面定位，设计中多采用自位支承。
4）辅助支承。辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，它不起定位作用，设计中可选择相对廉价的材料。
夹具设计中，选择不同支承定位，要根据不同的设计课题入手，从怎样限制零件的自由度；怎样夹紧；设计的夹具怎样排削；怎样使夹具使用合理，便于装卸等几方面综合考虑。
在加工回转体类工件时，要考虑夹具的可靠及通用性，使用可调支承加工不同尺寸的相似工件，这样可以使夹具最大范围地发挥其使用和通用性。而在选择定位支承时，可以根据不同工件定位面来选取。
2、工件以心轴定位
心轴的结构形式很多，工件安装时轻轻敲入或压入，通过孔和心轴接触表面的弹性变形来夹紧工件。设计中使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。除了刚性心轴以外，在生产中为安装夹紧方便可采用弹性心轴，液塑心轴，自动定心心轴等。这些心轴在工件定位的同时将工件夹紧，使用起来很方便。
3、工件以外圆表面定位
工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定位，一种是支承定位。工件以外圆表面定位的情况与工件与圆柱孔定位的情况相仿，只是用套筒或卡盘代替心轴或柱销，以锥套代替了锥销。
工件以外圆表面支承定位设计中优先选择V形块。因为V形块对中性好，是可用于非完整外圆表面的定位。V形块两斜面之间的夹角一般取60°，90°和120°，设计中以90°为主，90°夹角V形块结构已标准化。
结语
总之，为了生产出高质量的机电产品，机床夹具设计人员必须了解机床夹具设计中的注理事项，努力做到及时发现不足，及时改进，这样才能设计出符合现代机电制造业需要的优质产品。作为械制造专业课程，也要紧跟机械制造行业的发展，重视技术教育，面向市场需求，不断培养出具有良好综合素质的应用型专业人才。同时，对于机电夹具设计人员来说，一定要充分发挥他们的创新性思维，这样才能从根本上促进机电产品的规模化生产。
参考文献
[1] 王玲，殷国富，徐雷.机床夹具可重构模块化设计方法研究[J].四川大学学报（工程科学版），2010，03：246-252.
[2] 任慕华.机床夹具设计研究[J].机电信息，2010，12：199.
[3] 何培英.环境下组合机床总体设计CAD系统开发[J].设计与研究，2010（7）.
[4] 殷国富，杨随先.计算机辅助设计与制造技术原理及应用[M].四川大学出版社，2011.
[5] 张滢滢，刘春雨.关于机床夹具的发展前景的探讨[J].科技创新导报，2011（26）.