优化夹具设计及助推效率提升探析

摘要：中国制造2025指出：制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。随着工业的不断发展，产品需求转变成多样性，夹具在产品加工过程中的作用日益凸显。如何优化夹具设计，提升产品加工效率，成为工艺工程师亟待解决的问题。本文通过作者所在单位产品加工过程中夹具的优化设计，满足产品加工需求，提出了一种夹具设计的新思路。

关键词：夹具设计；相似夹具；推广应用

0引言

“工欲善其事，必先利其器”，随着工业的不断发展，产品需求转变成多样性，夹具成为产品加工过程中的利器。如何优化夹具设计，保证对产品加工进行有效的控制，提升产品加工效率，成为工艺工程师亟待解决的问题。本文作者选取公司加工的典型产品，介绍了产品在珩磨加工过程中装夹方法，通过对夹具优化、相似性夹具应用，有效减少了产品加工过程中夹具的数量，并通过合理夹具设计提升了产品加工效率和加工精度，使产品的工艺性、经济型得到了显著提高。

1产品改进前状态

珩磨作为内孔表面精磨加工的一种工艺方法，在筒体类产品加工过程中广泛使用，它能有效地提高尺寸精度、形状精度及减小Ra值。我公司目前使用的是善能SV-490立式珩磨机。在机床验收时，作为验收标准中的一项，厂家提供了产品3360-2以及687完整的夹具图纸。以产品3360-2为例，厂家分别提供了65工序粗珩以及92工序精珩夹具，如表1。表1中可以看出：两道珩磨工序仅仅是定位形状的改变，就重新设计与产品定位形状相适应的定位法兰，有几道工序就会有几种不同的定位法兰；为了和机床附带的基座相配合，定位法兰的尺寸都比较大，最大包络直径为囟197，长度则因产品不同而不同。随着珩磨产品的不断增多，所有的珩磨夹具设计都沿袭了机床厂家提供的这种设计思路，如图1。这就造成了改进前存在诸多问题，主要体现在以下三个方面：淤相似夹具越来越多。从图1中可以看出，几乎所有的珩磨夹具结构都是相似的，并且大小尺寸也都很接近；于每种夹具使用频次不一。由于产品订单的原因，部分夹具甚至只使用了一次，就闲置下来，造成了极大地浪费；盂产品材料和机加时间的浪费。由于夹具结构相似，均为直径囟197，长度根据具体产品而定，而备料尺寸基本为囟200以上，所需的加工时间较长。

2产品改进措施

通过前面的分析，珩磨夹具设计思路调整应着重注意以下三个方面因素：尽量减少大尺寸夹具的设计；充分利用已有夹具；尽量做到装夹方便。以公司生产的产品7001珩磨夹具设计过程为例，如图2。此产品为典型的外筒类产品，45工序为粗珩磨工序，70工序为精珩磨工序。45工序的产品剖面示意图及三维视图如图3。在设计夹具初期，通过寻找相似产品，发现3360-2产品结构及长度与该产品接近，所以查阅3360-2珩磨夹具，如图4。工作原理分析：图4中囟73尺寸与3360-2外圆配合，确定产品中心；25尺寸与产品扁平面配合，防止产品在珩磨过程中转动。本次设计夹具时，充分利用这两个尺寸，再重新设计新的过渡衬套。需要注意的是，在设计时要注意保证装配完后，珩磨机床附带的气动压板能压住产品，以确保产品在珩磨过程中不能轴向窜动。为了解决定位可靠，装夹方便，特别在过渡衬套设计了两个凹槽，在配合使用定位销，使产品定位可靠，装夹方便。产品装夹剖面示意图、三维视图及制造夹具如图5。为增强夹具通用性，保证相似产品加工，通过分析产品结构，此产品70工序和45工序产品外形结构基本相似，只是与销子配合的孔尺寸变大了，那么70工序夹具只需在45工序夹具的基础上将销子更换为大直径的销子即可，无需再重新制作新夹具。此举充分体现了当初的设计思路，即减少大尺寸的夹具、充分利用现有夹具和装夹牢靠方便。

3设计思路推广应用

将此夹具设计思路广泛推广应用公司多项产品的珩磨及其他工序夹具设计中，以公司产品3972-4的两道珩磨工序为例，3972-4也是筒体类产品，45工序是粗珩磨，110工序是精珩磨。产品剖面示意如图6。与上例不同的是此产品较长，达到了706mm，所以在45工序珩磨时现有的珩磨夹具都不能借用（若借用现有夹具，就无法使用机床附带的气动压板），需要重新设计。设计过程不再赘述，夹具示意图、三维视图及制造夹具如图7。100工序和45工序产品结构外形从外圆加工为异形，按照新的设计思路，尽量使用已有的夹具，通过产品结构变化的比较，重新设计了一个过渡衬套，在110工序时配合45工序夹具一起使用。过渡衬套三维结构及夹具完整装配图如图8。通过此思路来优化设计夹具，对公司多项产品夹具设计进行普及、推广应用，同时对新订单中产品的尺寸形状进行分析，结合同类型产品已有夹具，可快速高效的加工更多的产品，提升了产品的加工效率，满足了产品交付节点，获得了客户的好评。

4结束语

在原夹具的设计过程中，每个产品每道工序对应一套夹具，虽然坚持了专项专用的原则，但通过实践检验，很大程度上浪费了加工时间，周期不足以满足产品交付需求。通过新的夹具设计，确保产品质量的同时，提高了效率，同时夹具制作更加容易。目前按这种方式设计的夹具广泛应用在产品的批量生产中。优化夹具设计，助推效率提升，是企业发展的需要。坚持问题导向，转换工作思路，通过夹具的优化设计，快速高效的加工产品，是我们工艺工程师的不懈追求。夹具设计上的这些宝贵的改进经验可以合理地输入到新项目的设计中，具有很好的参考价值。

参考文献：

[1]刘玉蓉.NAGEL珩磨机步进涨刀系统问题分析[J].十堰职业技术学：学报，2012，25（4）：108-110.

[2]唐澄文，刘明月，谢继强，张勇.某类小钢制件磁粉检测夹具优化设计[J].无损探伤，2020，44（05）：35-37.

[3]崔英伟，闫旭东，路梓照.尺寸优化技术在大型夹具设计中的应用[J].环境技术，2021，39（04）：20-24.

作者:高云龙 单位:西安庆安航空机械制造有限公司