計算機輔助設計CAD已廣泛應用在工程設計領域。圖形庫的開發是工裝CAD中的關鍵技術。

它的優劣将直接關系到CAD系統工作效率的高低，而開發圖形庫所遇到的一個難題就是非标件的模塊化設計。

筆者根據機床夾具設計的特點，成功地對夾具非标件進行了模塊化設計，開發出機床夾具CAD系統。

一、模塊化設計的概念

1、模塊的劃分

所謂的模塊是指一組同一功能和結構要素（連接部分形狀、尺寸配合等）且有不同用途（或性能）和結構但不能互換的各個單元（零件、組件、部件）

為實現非标設計過程的自動化，必須采用組技術和相似性原理分析歸納它們，以實現組合化、典型化、規格化和标準化。劃分的方法有：

（1）按部件劃分

按部件劃分強調結構的完整性。

（2）按所完成的功能劃分

按功能劃分強調了功能的獨立性，要盡量分解得細一些，模塊化盡可能獨立化，使按照功能劃分的模塊能夠組合成多種多樣的結構。

如圖1示，夾具本體通過分析、歸納，可初步定為長方體、圓形體、箱型體、T型體、氣缸體和回轉體（單臂和雙臂）七大類。

2、基本參數的确定

确定基型的基本參數，要抓住兩個方面：參數具有代表性和參數的完整性：

每一個零件的參數有許多，在參數化以前，要把所有的參數進行優化，不能随便的給予尺寸标注，要用最簡單的标注方法反應零件的尺寸的各方變化，但不可漏标尺寸或者重複标注如圖2所示。

3、确定基型的尺寸和級差

确定基型的尺寸也就是把參數系列化，确定極差也即把參數化的參數尺寸分檔變化，使這些尺寸與極差能夠盡可能地反映基型的變化。例如：确定本體的尺寸時。

本體的長、寬等外形尺寸，要根據機床工作台的外形來确定。連接槽的尺寸要根據機床的T型槽尺寸來确定，本體的高度（箱型體）要根據機床刀具主軸距工作台的距離來确定，鑄造圓角要按照鑄造工藝要求來确定。

極差要根據所收集的資料來優選，盡量使極差能夠代表基型的變化，極差變化要有一定的規律，如按等差數列等。使零件參數化、系統化和規範化。

4、确定非标件的結構

非标件模塊化設計之後，就類似于一個标準件，以後要進行批量生産。因此，要優化這些非标件的結構，就要對這些非标件中一些關鍵部位進行可靠性設計和有限元分析。

解除後顧之憂。同時，還要考慮到工藝方面的各種需要，以便于加工和維修。最後，對尺寸進行處理，使之符合圓整要求，符合标準化、系統化的要求。

至此，非标件的模塊化設計已全部完成，建立圖庫時，我們可以象建立标準件圖庫一樣建立非标件庫，延伸CAD的實用領域，為更進一步提高設計效率，打下良好的基礎。

三、模塊化設計的要求

夾具的非标件模塊化設計使一想比較複雜的工作，從資料收集到分析歸納，再到提煉總結，都要考慮所涉及的方方面面，既要考慮結構，又要考慮工藝，既要考慮設計習慣，更要重視歸納後的結果，任何考慮欠缺都會影響模塊化的結果。

夾具非标件的模塊化設計是一個設計——修改——再設計的循環過程，一個理想的設計要經過上述循環的多次反複，一次性模塊化成功的想法是不現實的。

夾具非标件的模塊化設計是一項實踐性比較強的工作。因此，設計時要深入現場，傾聽技術人員和操作人員的意見，從現場獲取資料和信息。

進行夾具設計時，非标件的數量雖然不太多，但設計員工作量卻不少。而且，若想利用計算機來完成輔助繪圖，就必須做好這些非标件的模塊化設計工作，模塊化的成功與否。

将直接影響CAD的工作效率。因此，非标件的模塊化設計時CAD中的一項重要技術。

筆者根據自己從事工裝夾具設計和CAD的經驗，成功地完成了夾具非标件的模塊化設計，開發出“機床夾具CAD系統“，并已應用于夾具圖形庫的建庫工作，在一拖公司的工裝設計應用中取得令人滿意的效果。

各個模塊彼此獨立實現各自的目标同時以數據共享為基礎，進行查詢，加工輸出。

四、結束語

組合機床報價示近幾年市場經濟發展迫切需要解決的問題，過去長期企業沿用的成本核算已完全不能滿足企業的發展。

本文從理論上對報價所采用的計價方法進行分析探讨，并指出利用計算機實現組合機床報價的總體設想。

工裝夾具數控機床夾具的選擇和使用小知識

同樣一款機床，為何生産效率卻相差好幾倍？得出的結論是：數控機床選用的夾具不合适，從而使數控機床的生産效率大幅降低。

　　如何提高數控機床利用率？通過技術分析，夾具的使用有很大的關系。據金粉反應，工作中經常有數控機床由于夾具選擇不合理或應用不當，而出現了“窩工”現象；從另外一個角度來講，在數控機床夾具的選擇與應用上大有文章可做，因為其中蘊含可觀的潛在經濟效益。

　　正确選擇夾具類型是高效加工的基礎

　　目前，機械加工按生産批量可分為兩大類：一類是單件、多品種、小批量（簡稱小批量生産）；另一類是少品種、大批量（簡稱大批量生産）。其中前者大約占到機械加工總産值的70~80%，是機械加工的主體。

　　适宜小批量生産的數控機床夾具

　　小批量生産周期﹦生産（準備/等待）時間 工件加工時間由于小批量生産“工件加工時間”很短，因此“生産（準備/等待）時間”的長短對于加工周期有枱至關重要的影響。要想提高生産效率，就必須想辦法縮短生産（準備/等待）時間。

　　下面推薦三類小批量生産可優先考慮的數控機床夾具：

　　組合夾具

　　組合夾具又稱為“積木式夾具”，它由一系列經過标準化設計、功能各異、規格尺寸不同的機床夾具元件組成，客戶可以根據加工要求，象“搭積木”一樣，快速拼裝出各種類型的機床夾具。由于組合夾具省去了設計和制造專用夾具時間，極大地縮短了生産準備時間，因而有效地縮短了小批量生産周期，即提高了生産效率。另外，組合夾具還具有定位精度高、裝夾柔性大、循環重複使用、制造節能節材、使用成本低廉等優點。故小批量加工，特别是産品形狀較為複雜時可優先考慮使用組合夾具。

　　精密組合平口鉗

　　精密組合平口鉗實際上屬于組合夾具中的“合件”，與其它組合夾具元件相比其通用性更強、标準化程度更高、使用更簡便、裝夾更可靠，因此在全球範圍内得到了廣泛的應用。精密組合平口鉗具有快速安裝（拆卸）、快速裝夾等優點，因此可以縮短生産準備時間，提高小批量生産效率。目前國際上常用的精密組合平口鉗裝夾範圍一般在1000mm以内的，夾緊力一般在5000Kgf以内。

　　需要注意的是，這裡所說的精密組合平口鉗并不是老式機加虎鉗，老式機加虎鉗功能單一、制造精度低、無法成組使用、使用壽命短，不适宜在數控機床、加工中心上使用。

　　這裡所說的精密組合平口鉗是起源于歐美等工業發達國家，專門針對數控機床、加工中心特點所設計的一系列新型平口鉗，此類産品具有裝夾柔性大、定位精度高、夾緊快速、可成組使用等特點，特别适合數控機床、加工中心使用。

　　電永磁夾具

　　電永磁夾具是以钕鐵硼等新型永磁材料為磁力源，運用現代磁路原理而設計出來的一種新型夾具。大量的機加工實踐表明，電永磁夾具可以大幅提高數控機床、加工中心的綜合加工效能。

　　電永磁夾具的夾緊與松開過程隻需1秒左右，因此大幅縮短了裝夾時間；常規機床夾具的定位元件和夾緊元件占用空間較大，而電永磁夾具沒有這些占用空間的元件，因此與常規機床夾具相比，電永磁夾具的裝夾範圍更大，這有利于充分利用數控機床的工作枱和加工行程，有利于提高數控機床的綜合加工效能。電永磁夾具的吸力一般在15~18Kgf/cm2，因此一定要保證吸力（夾緊力）足夠抵抗切削力，一般情況下，吸附面積不應小于30cm²，即夾緊力不小于450Kgf。

　适宜大批量加工的數控機床夾具

　　大批量加工周期＝加工等待時間＋工件加工時間＋生産準備時間“加工等待時間”主要包括工件裝夾和更換刀具的時間。傳統的手動機床夾具“工件裝夾時間”可達到大批量加工周期的10~30%，這樣“工件裝夾”就成為了影響生産效率的關鍵性因素，也是機床夾具“挖潛”的重點對象。故此大批量加工宜采用快速定位、快速夾緊（松開）的專用夾具，可優先考慮以下三類機床夾具：

　　液壓/氣動夾具

　　液壓/氣動夾具是以油壓或氣壓作為動力源，通過液壓元件或氣動元件來實現對工件的定位、支承與壓緊的專用夾具。

　　液壓/氣動夾具可以準确快速地确定工件與機床、刀具之間的相互位置，工件的位置精度由夾具保證，加工精度高；定位及夾緊過程迅速，極大的節省了夾緊和釋放工件的時間；同時具有結構緊湊、可多工位裝夾、可進行高速重切削，可實現自動化控制等優點。

　　液壓/氣動夾具的上述優點，使之特别适宜在數控機床、加工中心、柔性生産線使用，特别适合大批量加工。

　　電永磁夾具

　　電永磁夾具所具有的快速夾緊、易實現多工位裝夾、一次裝夾可多面加工、裝夾平穩可靠、節能環保、可實現自動化控制等優點。與常規機床夾具相比，電永磁夾具可以大幅縮短裝夾時間，減少裝夾次數，提高裝夾效率，因此不僅适用于小批量生産，亦适用于大批量生産。

　　光面夾具基座

　　光面夾具基座在國内應用還不是很多，但在歐美等工業發達國家應用很廣泛。它實際上就是經過精加工的夾具基體精毛坯，元件與機床定位連接部分和零件在夾具上的定位面已經精加工完畢。用戶可以根據自己的實際需要，自行加工制作專用夾具。

　　光面夾具基座可以有效縮短制造專用夾具的周期，減少生産準備時間，因而可以從總體上縮短大批量生産的周期，提高生産效率；同時可以降低專用夾具的制造成本。因此光面夾具基座特别适合周期較緊的大批量生産。

　　合理使用夾具，挖掘設備潛能

　　經驗表明，為了提高數控機床加工效能，僅僅“選對”數控機床夾具還是不夠的，還必須在“用好”數控機床夾具上下功夫。

　　下面介紹三種常用的方法：

　　多工位法

　　多工位法的基本原理：通過一次裝夾多個工件，達到縮短單位裝夾時間，延長刀具有效切削時間的目的。多工位夾具即擁有多個定位夾緊位置的夾具。

　　随枱數控機床的發展和用戶提高生産效率的需要，現在多工位夾具的應用越來越多。在液壓/氣動夾具、組合夾具、電永磁夾具和精密組合平口鉗的結構設計中多工位設計越來越普遍。

　　成組使用法

　　将相同的幾個夾具放在同一工作枱使用，同樣可以實現“多工位”裝夾的目的。這種方法所涉及的夾具一般應經過“标準化設計、高精度制造”，否則難以達到數控機床工序加工的要求。

　　成組使用法可以充分利用數控機床行程，利于機床傳動部件的均衡磨損；同時相關夾具可獨立使用，實現多件裝夾，又可聯合使用，實現大規格工件裝夾。

　　局部快換法

　　局部快換法是通過對數控機床夾具的局部（定位元件、夾緊元件、對刀元件和引導元件）進行快速更換，達到迅速改變夾具功能或使用方式的目的。例如：快換組合平口鉗，可以通過快速更換鉗口實現裝夾功能的改變，比如由裝夾方料轉變成裝夾棒料；也可以通過快速更換夾緊元件實現夾緊方式的改變，比如由手動夾緊轉變成液壓夾緊。局部快換法大幅縮短了更換及調整夾具的時間，在小批量生産中優勢較為明顯。

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