直播回顾 | 汽车夹具设计理念

jiajuchaoren666

今天我们主要说的是汽车夹具设计理念，最主要针对的汽车零部件机加工中的一些设计。开场前先来看一些夹具方案。

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图1

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这些图片有一些共同的热点：机床、机床附件、夹紧机构和产品组成一整个夹具系统。这些方案做一个预热，大家可以自我理解或者围观一下。

我们正式的课程将从三个理念：油缸的使用、机床上的快换系统、夹具的防错三个方面来意义给大家介绍汽车夹具的设计理念。

一、油缸的使用

这些案例里组成全是液压的油缸，自动化夹具。常用的油缸有转角缸、支撑缸、杠杆缸等。常见的加工工件有铸件和锻件，从毛坯的制造工艺上来说，铸件一般余量比较少，比较轻薄。锻件的余量一般比较大，对机床的要求比较高，切削力很大。对于夹具，夹具分为定位和夹紧，定位即是工装，保持工件“定”住，包含在夹具里面。机加工中产生力的作用，使用油缸或其他装置可以使产品固定在一个位置，避免发生缸体移动。所以零件的毛坯余量，油缸的选型，对系统设计都特别重要。案例中油缸使用得十分广泛，因为这是一个很常用的标准件。

图4 液压工装案例

油缸选型方面，我个人用的最多是薄型油缸。可以发挥的余地比较大，没有其他油缸的压板、附件、连接这些组件，可以自己发挥设计能力。薄型缸的油路很好设计，可以朝各个方向随便去转，不受压板的影响。而且价格便宜，油程也是最全的，有20、30、40，甚至50、60的都有。

图5 薄型油缸

同规格的薄型缸的力比杠杆的小。

薄型缸的力比杠杆的小是对的，尽量采用扩力机构，将夹紧力尽量做到最大。因为机加工之间的话刀具之间产生力作用，要保证产品的稳定性需要给与一个很大的力，这样的话从产品的加工效率和质量上都会有明显的提升。

老师选择油缸大小是按哪个方法来选择的？

选型根据机床的刚性及切削力的大小，机床功能上这几个主要指标进行油缸选型。

我们产品大多是锻铝，锻后的余量特别大，为了提升工作效率，在机床的最大承受范围内选用最大的进给，保持夹紧力，油缸满足不了，就要采用扩力机构。

取切削力余量的话有一个公式和经验值。原则上取最大，最大即是机床所能承受的刚性、刀具、夹具所能承受的最大范围。这里指的夹紧力最大指的是在刚性能够支撑的条件下可以取最大夹紧力。如果产品容易变形的话需要另当别论，可以选择辅助支撑或者小油缸。切削力的计算只是对前期有一个大致范围的估算，可以计算切削力根据钻削、铣削算出机床电机功率、主轴功率有多大。

油缸选择的范围很多，满足需求就可以，但是尽量采用扩力机构。如果油缸力大的话可以通过其他方式来控制，就怕力不够，所以取大一点还是有好处的。

油缸也有几个致命的缺陷，靠液压油来驱动的，不像普通的机械结构，它没有自锁。所以可以设计一些自锁机构，通过油缸密封圈来驱动，这样的话在加工过程中它就不会动。油缸本身活塞之间就是弹性连接，通过O型环、密封圈等来实现，这样的话纵切削的时候是会动的。

图6 液压油缸密封圈

至于品牌的选择，我们国内外的都有使用过，像我们加工重切削锻件，主要的问题就是力不够，不得不采用扩力机构或者自锁机构。比如我设计过一个薄型缸，在这之前使用过转角缸、杠杆缸都不太理想，尤其是转角缸，压紧之后加工中产品会发生移动。所以最后采用薄型缸，自行利用杠杆原理设计自锁机构和扩力机构，实现很大的夹紧力。关于油缸的使用总结一下，油缸的选型主要用作夹紧工件，保持足够的夹紧力使工件不动是第一要务。

二、快换系统的应用

工装与机床结合，工件换装就是必须的。如何快速的将工装换装到机床上去，准确无误的实现定位？这就是我们今天要讲的第二个部分，快换线。其实就是一个零点定位系统，将工件放到上面实现定位与夹紧。

图7 快换球锁装配系统

目前能看到的已经在使用的装置结构如图所示，用球锁销，锥面或者钢珠实现夹紧定位，我自己也尝试使用过，实际的使用效果不是很理想。使用的过程中需要注意些问题，贯彻快换的理念，解决好问题的话能很好的利用。

我们都是自己做的，主要用于夹紧，定位还是用销钉用的多

自己加工的话精度和工艺要求很高，做好的话很好用。

现在汽车行业订单量减少，交货周期变短，大部分的公司都在考虑提高产能和效率，所以这是一个主要的趋势。之前我们换装时间大概需要三十分钟，现在是在五分钟左右，所以零点定位系统对于提高产能是一个很好的方式。

图8 零点快换系统

我们公司一直在推广在CNC加工中心上使用快换夹具，也曾经做到在机台上挖四个坑，然后买四个定位销，但使用起来效果不是很好，重复定位后精度不是很高，所以一直在寻找有没有其他的快换模式。

这是一个很普遍的现象，精度没有保证，中心距这些也不明确，这样即使做的很好也会有使用的问题。

车床磨床离线安装系统

单个定位器

像视频上的案例，可以放在三轴机床上，放在板上定位夹紧，卧式加工中心轴上可以使用，立式加工中心需要回转一定角度，使用起来很危险。我们使用的是在立式加工中心四轴机床的快换线。传统的定位方式就是定位销，一个定位定住，然后拉直，靠螺栓、承孔固定住。快换线的一个重要理念就是消除螺丝，把螺丝消除掉的同时还能解决问题，省去更换螺丝的时间，这就是我的个人理解。

我现在就是，左右各做一个φ10mm定位销，两点定一线，然后四角各一个M16螺丝锁紧的，就多了一个松紧螺丝的时间，定位靠两个定位销足够了。

图9

对于快速换装产品的使用，可以根据公司的产品类型决定。现在大家都不愿意做库存，按单生产，这样的话不管是快换线，快换模式，快换的组装线，都还有很大的潜力去挖掘。希望大家把快换的理念引入到夹具中去。

我设计的一款快换线上面的，两边都是圆孔，铰链的，一个缸带两个压头，一压二。

图10

这里两组的油缸是装在下面，上面做铰链架，省了一个油缸，也是扩力机构。

图11

航空零件的快换系统应该怎么做？

航空或者汽车零件，使用机床加工的话都需要与机床进行配合。所以还是机床上的快换系统的应用，这是一个道理。

三、工装的防错

这个部分的话，比较传统简单的是加一些硬的限位进行防错。之前的案例里，如果发生零件装反或者装不到位的现象，会产生刀具干涉，对机床工作造成影响，为了避免这样的情况发生，我们一般使用一种方法叫——气密性检测，比硬限位的传统方法要好。当没有贴到位或者贴的缝隙太大时，通过气密性的大小去检测并报警，当你要循环启动加工的时候，它就不会执行。

图12 带气密性检测的液压工装

气密性的话油缸旋转里面带一个气头接到感应器上面，夹具在需要进行防错或者很关注的点上做一些气密孔，检测产品有没有放到位，这是一个很好的方法。希望大家后期制作夹具的时候应用这个气密性检测装置。现在有个比较热点的视觉系统，可以有效的防错，它利用类似人眼的功能，识别工件是否拿取正确、放置正确等，还可以进行3D测量。

结  语

夹具可靠的定位，产品的装卸，与机床的连接，包括控制精度，防错，冷却等等都是夹具设计中必不可少的需要关注的点，决定着一个夹具的好坏。这次我与大家就夹具的一些比较新的理念进行了讨论和经验分享。课程中我发现大家对于夹具的定位，六点定位原理的应用，机床跟刀具、夹具、工艺之间的关系等几个点比较关注，下次有机会的话再和大家一起开课探讨一下。

最后要说的是，夹具做到最后就是六个点：3+2+1，机床做到最后的话就是两个字：变形，如果能把变形问题解决，你就是这个行业的大神。

猪一只不自游

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