如何避開大批量生產用夾具的設計誤區

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前 言

上周末，夾具俠與風華工作室的楊風華老師聯合舉辦了第一次線上直播活動，為大家講解設計大批量生產用夾具的思路。課程預熱信息發布後，直播群內氣氛熱烈的技術討論一直持續到現在，但可能還是有不少的小夥伴沒能趕上直播，難道就這樣錯過？別急，夾具俠這就為你帶來課程直播的內容回顧。已經觀看過直播的朋友們也快來複習一下吧。

一

夾具設計需要考慮的因素

基本條件：

1.定位精準可靠

2.重複定位精度高

3.夾緊可靠

4.具備足夠的強度

5.零部件的加工工藝

6.防呆

7.合理選用材質

8.加工效率

9.零件的加工工藝和品質要求

10.現有資源配置

11.裝夾與機床加工時間匹配

輔助條件：

1.安裝順暢，便於裝夾，有裝拆手柄或結構，便於作業

2.排水，排屑順暢，無因切屑導致卡死夾具

3.無利邊尖角，防止意外傷人

4.便於維修和維護

5.體積結構重量合理，降低操作強度

6.標準件的使用和統一

7.加工成本合理，無精度過剩

8.部分配件和機構共用節約成本

9.適用大部分加工設備

10. 無操作安全風險（電氣，機械）

11.方便加工後零件的取出

二

具體設計中的細則

2.1 定位

定位銷是夾具定位的核心零件之一，常用的有直銷和台階銷等幾種。根據不同的場合合理選擇不同的定位銷釘可以更好地發揮定位作用和防止銷釘下沉。

圖1

2.2定位銷的固定

定位銷釘在設計過程中必須考慮銷釘的更換方便和固定穩定性。

圖2

圖2中的銷釘在經過使用一段時間後往下沉導致定位失效，在設計時候需要考慮銷釘的固定穩定，可以使用台階銷釘或者在側面加緊定螺釘來進行固定。或者可以選用圖3中的台階銷釘，這樣可以防止銷釘下沉。

圖3

2.3 夾緊可靠

夾具的一個重要功能就是固定零件。固定的穩定性直接導致零件的加工效率和品質穩定性。

2.4 具備足夠的強度

圖4

立板的高度太高時需要注意夾具固定時的剛性，連接部分盡量用整體結構，避免用螺紋連接，螺紋連接會導致剛性下降。（圖4右為整體式，強度較左圖高）

2.5合理選用材質

材質對夾具的重要性幾乎是第一位，材質影響著夾具的製造難度，製造精度，穩定性，功能，重量等關鍵因素。

例如：定位板可以選擇熱處理後硬度比較高的材料，對於非功能的零件，比如支撐板則可以選擇A3或者45#鋼。對於一些輔助的結構可以選擇鋁合金來減輕夾具的重量和降低加工難度提高夾具的加工效率。

對於一些外觀要求高的零件夾具則可以採用電木或者FR4等相對穩定的材料加工。ABS或者PMMA還有賽鋼由於加工後變形比較大不適宜用於做夾具的定位和夾具本體。對於強度有需要的可以使用鋼材+塑料的方式進行強度的增加。一些用於壓平零件的壓板則可以選用U力膠或者賽鋼和黃銅。

圖5

需要利用到材料的彈性來進行複位動作時，需選用彈簧鋼之類彈性比較好的材料。比如：65Mn 55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2MnA 等彈簧鋼。

圖6

對於定位面或者定位銷釘需要選擇SKD11、SUJ2等熱處理後可以獲得比較高硬度的材料。

圖7

後工序加工則選擇比較軟的夾具材料。比如：ABS、PC、電木、鋁、銅等材料，防止夾具刮花夾零件。夾具需要比較高的精度，確保夾具在使用過程中不變形或者微小的變形，可以使用花崗岩或者鑄鐵材質（鑄鐵需要做時效處理） 。

2.6 加工效率

批量生產夾具主要目的就是為了提高零件的加工效率，在保證品質的條件下加工效率是最優先考慮的。影響夾具加工效率的因素有很多。比如：零件安裝的數量、零件安裝的時間、夾具上下機床的時間等。

2.7 零件的加工工藝和品質要求

夾具的設計通常在零件加工工藝確定之後。或者經過小批量生產確定加工工藝沒有問題之後。根據加工工藝確定夾具的定位和固定方式。在一些特殊情況下需要考慮零件的品質要求。例如有些零件對導磁率有特殊要求，在設計夾具時就不能使用可能產生磁性的裝置或者結構。

2.8 排水，排屑順暢

圖8

如圖8，封閉槽對於排屑和清理都不是很方便，可以考慮將兩邊切除，這樣易於排屑和清理夾具。

圖9

如圖9，對於一些螺絲孔或者避空孔需要進行處理，以減少在清理夾具時切屑和冷卻液到處亂飛。

2.9 壓板的操作效率

壓板固定零件時需要考慮壓板的剛性、厚度、材質、清理、操作效率、定位、防呆，對於一些定位比較淺的還需要考慮壓板操作時會不會將零件吸附出定位面,。對於多塊單獨的壓板在操作上會造成重複動作的浪費，可以用一塊板進行柔性連接。即可以快速地將壓板一次全部放上，防止壓板遺失。

2.10 零件取出的效率

增加退料機構可以快速地將加工完成的零件取出，可以提高裝夾的效率。

圖10

圖11 多工位取出機構

圖12 取料夾具

2.11方便維護和維修

由於夾具在使用過程中可能出現意外損壞的情況，在設計時需要考慮夾具的維修和維護的便捷性。可以使用一些可拆式結構件進行組合，比如定位組件，夾緊組件等可以進行分體式設計來為以後維修做準備。

圖13

2.12現有資源配置

夾具設計需要考慮到公司資源的配置。例如使用真空方案時是否有真空機，沒有時是否使用真空發生器，使用真空發生器要考慮空壓機的輸出功率能否達到要求。會不會導致氣壓不足而影響機床的正常運行。使用電磁夾具則需要考慮電源的配置和操作的安全性。另外一些電控部分機床是否要進行電路改造。

2.13考慮加工時間

設計夾具時需要考慮加工時間。例如某零件的一件的加工時間為5秒，設計夾具時候就需要考慮裝夾的效率，加工數量。加工零件的數量可以用來緩解機床和機外裝夾時間上的匹配，保證機床加工完成之前機外裝夾的夾具能將零件全部安裝到夾具上。這樣才能達到料等機床，如果是機床停機待料那就浪費了很多時間。

2.14預留後續修改的空間

圖14

如圖14，避空槽的方向需要考慮後續修改夾具的餘地（例如增加零件數量）。

結 語

（以上為正文）

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