多工位快装夹具设计

1.序 言
在一些简单而批量非常大的零件生产加工中，如果每次只能装夹一个零件，造成频繁的换装零件和起停设备，不仅严重影响加工效率，还会增大操作人员的劳动强度，这时就要考虑通过设计专用夹具来实现一次装夹多个工件和快速换装，减少装卸工件的次数和时间。本文针对具体实例设计了一种多工位快装夹具，能同时装夹多件零件且能够实现快速装夹定位，不仅提高加工效率，同时还大大减轻了操作人员的劳动强度。

2.零件分析
某产品零件（见图1）毛坯为铸件，每个零件外形尺寸略有差异，最初加工零件上小孔时存在以下问题：①每次只能装夹一件工件进行加工（见图2），装卸工件占用了大量时间，加工效率低，操作人员不停的装卸，劳动强度大。②由于该产品批量大，加工周期长，占用设备成本高，同时严重影响生产进度。为了解决以上问题设计了专用多工位快装夹具（见图3）。

图1 产品零件

图2　装夹加工

1—压板　2—螺母　3—垫块　

4—工件　5—夹具　6—机床工作台

图3　专用多工位快装夹具
1—螺杆螺母　2—顶板　3—弹簧　4—导向柱　

3.夹具设计
设计多工位快装夹具，一次装夹20件工件同时加工，装卸工件只需要拧一个螺母就能全部夹紧或松开，同时做两套夹具交替使用，装卸工件不占用机床加工时间，而且夹具与机床工作台的联接也设计了快装机构，装卸夹具也仅需要拧一个螺母，夹具上加装钻套，引导钻头快速高效加工而不发生偏摆。

3.1　设计思路
（1）设计底板（见图4）　在底板上加工20个形状与工件最大外轮廓一样，尺寸比最大外轮廓大0.2mm、深度为1mm的定位槽，解决多工件定位问题；底板左右两侧安装导向柱，中间安装螺杆。

图4 底板

（2）设计顶板（见图5）　顶板上加工有两排共20个安装压柱机构的盲孔孔位，另外还加工有两排20个安装钻套的通孔位，两侧加工圆孔与导向柱小间隙配合，能够实现上下滑动，中间开孔穿过螺杆。

图5　顶板

（3）设计压柱机构（见图6）　由于工件毛坯是铸件，外形尺寸会有0.1～0.3mm的差别，采用刚性压紧无法把所有工件都压紧，因此应用了弹性结构，由支柱、导套、弹簧和销钉4部分组成，压紧时由弹簧来调节高低差。

图6 压柱机构

1—支柱　2—销钉　3—导套　4—弹簧

（4）设计钻套（见图7）　钻套经过淬火处理，硬度达50HRC，在使用中起导向和定心作用，引导钻头进入正确的加工位置而不发生偏摆，实现准确高效加工。

图7　钻套

（5）安装弹簧　安装工件时需要顶板抬起一定高度，压紧工件时也需要一个缓冲，所以在两侧导向柱上安装了弹簧。

（6）设计定位夹紧方案　为了实现夹具与机床工作台的快速定位联接，底板上其中两侧面设计了角度定位面，与两侧定位面相对的角上有1个U形槽（见图4），机床工作台上装有与定位面配合的定位块，使用时，夹具底板嵌入定位块且与定位面靠紧，然后只用1个螺钉、螺母通过底板U形槽压紧，实现快速定位夹紧。
3.2　使用过程
1）组装夹具（见图3），把20个压柱机构分别安装在顶板20个盲孔位上，把20个钻套分别安装在顶板的20个通孔位里，底板两侧立柱装弹簧，把安装好压柱机构和钻套的顶板穿过中间螺杆装入导向柱并拧上螺母。

2）机床工作台上沿X轴（长边）方向安装两个定位块，Y轴（短边）方向安装一个定位块，并用表拉平分别与X轴和Y轴平行。

3）组装好的夹具放在工作台上，底板两个定位面分别与对应方向的定位块靠紧，然后用螺钉、螺母通过U形槽压紧。

4）安装20个工件到底板定位槽里，然后拧紧夹具中间的螺母，力度适中，确保所有工件都压紧，安装好工件的样子如图8所示。

图8　工件安装

5）开始加工，加工时的状态如图9所示。

图9　加工状态

1—压紧螺母　2—机床工作台　3—定位块　4—工件

6）如果是两个夹具交替使用的话，在加工其中一个的同时把另一个夹具安装好工件，等加工完后直接把夹具拿下来换上另一个夹具接着加工，在机床运行时间装卸工件，确保高效不停机加工。

4.结束语
该夹具经过现场加工使用验证，操作简单快捷，综合了多工件快速装夹、夹具与机床工作台快速联接、钻头快速高效加工而不发生偏摆等功能，不仅大幅缩短了辅助时间、减轻了操作人员的劳动强度，而且提高了加工效率。同时该加工方案也为类似零件的加工提供了很好的借鉴思路，有很大的应用推广价值。