数字化玉雕夹具的重要性

第三节　数字化玉雕的夹具

一、正确选择夹具和工装的重要性

在数字化玉雕加工中，玉雕件在数字化玉雕机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，主要是依靠夹具和工装来保证的，因此，选用合适的夹具和工装，并制订合理的夹紧方案，能保证玉雕件在数字化玉雕机床坐标系中的正确方向，使其达到一致。

玉雕件的定位和夹紧是玉雕件装夹的两个要素，定位是为了让玉雕件相对于刀具或数字化玉雕机床有一个正确的加工位置，夹紧是保证玉雕件在切削力作用下保持既定位置不变。

数字化玉雕加工过程中，定位方案和定位装置作用比较重要。对于需要数次重新装卡后加工的玉雕件来说，应当选择统一的基准进行定位加工，因为当玉雕件重新安装后，如果定位基准不一致，二次装卡后可能会出现定位误差，导致加工后的同一个加工面上的轮廓和尺寸不协调。因此，为了保证二次装卡后相对位置的准确性，应当选择统一的基准定位。

对于同一批玉雕件来说，如果定位装置不能起到准确定位的作用，就需要每次加工前重新测量玉雕件零点，即使这样，还常常会由于测量误差，导致加工后的一批玉雕件的轮廓或尺寸的一致性较差。

一般情况下，如果玉雕件通过一次装夹就能完成所有加工内容，尽量选用一次装夹方案，这样可以排除二次装夹产生的误差。但是对于一些玉雕件，其应力变形和夹紧变形情况严重，这时需要粗、精加工分开进行，以减少玉雕件变形。此外，一些玉雕件加工前后还需要安排热处理工序，也涉及到二次装夹加工。

在数字化玉雕加工中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，首先要将玉雕件固定，使玉雕件处在确定的位置，这种保证一批玉雕件占有确定位置的装置，统称为夹具。例如检验中用的检验夹具，装配中用的装配夹具，数字化玉雕加工中用的数字化玉雕机床夹具等，这些都属于泛指的夹具范畴。

在行业内最基本的夹具有水滴形、正圆形、方形、椭圆形等几种常见的形状。常见数字化玉雕机床的夹具大多是由金属制作，金属和玉石之间夹紧固定加工时需要一定的力度，这是为了保护玉石不损伤就需要在玉石和金属之间添加一种物质来分解金属施加给玉石的力。常见的做法是在金属上粘贴一层皮质来缓冲夹具与玉石之间的力。还有另外一种做法是把玉石粘贴在一个大的矩形板子上，再用夹具夹紧矩形板子。

二、数字化玉雕夹具选用基本原则

（一）选用工装和夹具的要求

在数字化玉雕机床上对玉雕件定位安装的基本方法与在普通机床上一致，但是要特别注意选择合理的定位基准，使其具有较高的定位精度，利于采取数字化玉雕加工；还应选择合理的装夹方案，既能牢固的固定玉雕件，又不会导致许可范围之外的变形量。

在有些情况下，玉雕件本身没有合适的定位基准，则可以设置工艺孔或工艺凸台作为定位基准，完成定位及其相关加工工序后再去除。

一般情况下，在选用夹具和工装时，应力求使选用的夹具和工装能达到以下效果。

（1）尽量使图纸、工艺和编程的基准统一。

（2）尽可能在一次装夹后就能加工出最多的待加工面，从而减少装夹次数，提高生产效率，减少多次重复装夹带来的定位误差。

（3）装夹方案尽量使玉雕件承受较小的夹紧力，尤其是精加工时的玉雕件，由装夹引起的变形量应控制在许可范围内，因此必须慎重选择夹具的支撑点、定位点和夹紧点。夹紧点应尽量接近支撑点，避免把夹紧力加在玉雕件的中空区域。

（4）夹具、工装应当有足够的刚度和强度，能承受加工时的受力和振动，并能对玉雕件产生足够的夹紧力。夹紧装置自锁性要好。

（5）要求装夹方案在满足要求的基础上尽可能简单，装夹和拆卸玉雕件不会耗费太多时间。定位装置稳固可靠，能保证加工精度。

（二）选用工装和夹具遵循的原则

工装和夹具种类很多，根据具体情况制定的装夹方案也是千变万化，这时要根据具体情况采取相应措施，保证数字化玉雕加工的质量。在选择具体的夹具和工装时，可参考以下原则。

（1）当加工单个玉雕件或者玉雕件批量较少时，尽量选用现有的组合夹具、可调式夹具等通用型夹具，以节省夹具费用和准备时间。

（2）当加工玉雕件批量较大时，现有的夹具又无法满足精确定位的要求时，可以考虑根据其特点设计专用夹具或工装，但应当考虑到专用夹具和工装的加工工艺性，力求结构简单，便于加工。

（3）在选择或设计夹具、工装时，应当便于玉雕件的装夹和拆卸，同时夹具和工装本身及其定位装置必须为各工序所用刀具的运动预留出足够的加工空间，不能干涉到加工过程的进行，以免发生碰撞损坏。有的情况下，一次装夹需要完成较多内容时，可能会出现夹具的压板等位置与刀具运动轨迹相互干涉的情况，这时需要考虑完成部分加工内容后，更换压板位置，再加工其余部分。如果这样还不能消除干涉的话，就只能减少本次装夹所要加工的工序内容，以保证夹紧元件的空间。

（4）在装夹玉雕件时，要尽量选择靠近支撑点的部位或能承受压力的部位作为夹紧部位。夹紧面应当平整并尽可能大，这样能使受力均匀，不易变形。如果在装夹时选用了不能受力的部位，例如中间为空的玉雕件，装夹受力时玉雕件极易损坏。

（5）对于加工量较大而可装夹部位有限的玉雕件和韧性较低的玉雕件（或薄壁玉雕件），装夹时若受力太大易发生变形，可以采取粗精加工变换夹紧力的方式加工，即粗加工去除大料时，玉雕件所受切削力大，选用较大的夹紧力度，当剩少量余量进行精加工时，玉雕件所受切削力小，可以重新装夹玉雕件，减小夹紧力。

（6）对于平板形玉雕件，用虎钳类夹具夹紧进行加工，加工前后玉雕件极易发生崩边等，使完整性达不到要求。如果玉雕件条件适合，例如中心有孔可以用螺钉固定压板，可以选择将玉雕件用压板压在台面上进行加工，这样平板四周受力很小，不易发生崩边等影响完整性的现象。

（7）有的玉雕件外形不规则，没有合适的装夹部位，无法直接装夹在工作台或通用夹具上，就应当针对其特点制作工装，用压板等将其固定在上面，再通过装夹工装固定玉雕件位置。对专用工装，要求工装本身的刚性较好，不发生变形，能被稳定地固定在工作台或通用夹具上，同时能稳定地固定玉雕件，并且不会影响刀具加工待加工部位。

（8）对于个别种类玉雕件，定位要求很高，但是批量很少，如果玉雕件能直接固定在数字化玉雕机床工作台上，可以对每个玉雕件都直接用相关测量仪器找正其坐标系位置进行加工，这样虽然费时，但是节省了夹具费用。

（9）对于一些小型的或是窄长形、工序不多的玉雕件，可以考虑在工作台上同时装夹几个进行加工，既能提高效率，又有利于粗加工和精加工之间的玉雕件冷却处理。

（10）定位基准对于数字化玉雕加工来说比较关键，关系到加工出的玉雕件的尺寸精度和一致性，所以要选用合理的定位装置。尽量选择已加工面、刮研面或玉雕件基准面作为基准进行定位，并要求定位装置与基准面接触较多，能起到牢固定位的作用。

例如选取圆弧作为基准，再采用压板定位，两者成点线接触，定位准确性就不太好。如果选取毛坯面，一般只能起到粗定位的作用，在数字化玉雕加工时还需要每件单独找正原点，否则容易产生误差，影响后续加工。

对于一些形状不规则或测定玉雕件原点不方便的玉雕件，可以在夹具上设置找正定位面，再通过位置换算，获取玉雕件原点的位置。对于定位基准或者定位后首次加工的玉雕件的原点，一定要细心进行找正，因为这关系到后续加工产品的精度。一般情况下，可以通过试切加工验证所测原点位置的正确性，如果存在偏差，应当及时纠正。

三、数字化玉雕夹具的功用与组成

（一）专用夹具的功用

专用夹具的主要功用有以下几个方面。

1.保证加工的质量

数字化玉雕机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工玉雕件的加工面与定位面之间，以及被加工表面相互之间的尺寸精度和位置精度。也就是说，夹具所能保证的主要是位置尺寸和表面的相互位置精度。

2.提高劳动生产率

使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间，而且易于实现多件、多工位加工。在现代夹具中，广泛采用气动、液压等机动夹紧装置，还可使辅助时间进一步减小。

3.扩大工艺的范围

在数字化玉雕机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大数字化玉雕机床的工艺范围。

4.改善工作的条件(https://www.daowen.com)

使用夹具后，装卸玉雕件方便、省力、安全。如采用气动、液压等机动夹紧装置，可以大大地减轻工人的劳动强度。

（二）专用夹具的组成

组成专用夹具的各基本元件，在夹具中所起的作用各不相同。下面分析专用夹具的各组成部分。

1.定位件

它包括定位件或元件的组合，其作用是确定玉雕件在夹具中的位置。

2.夹紧件

它包括夹紧元件或其组合以及动力源，其作用是将玉雕件压紧夹牢，保证玉雕件在定位时所占据的位置在加工过程中不会因受力而产生位移，同时防止或减少振动。

3.导向、对刀元件

这类元件用于引导刀具或确定刀具与被加工面之间的正确位置，如数字化玉雕床夹具上的对刀块等。

4.连接元件

这类元件用于确定夹具本体在数字化玉雕机机床的工作台或主轴上的位置，例如数字化玉雕机床夹具与工作台连接的定向键，或与机床主轴（车床、磨床）连接的锥柄等。

5.夹具体

它是夹具的基座和骨架，用来连接或固定夹具上各元件，使之成为一个整体。

6.其他装置和元件

这类装置或元件主要有分度装置、靠模装置、顶出器等。

在上述组成部分中，定位件、夹紧件和夹具体是必需的，其他元件不是所有夹具都需要的。

（三）专用夹具的种类

夹具按其应用范围可分为下面几类。

1.通用夹具

它是指已经标准化的夹具。在通用数字化玉雕机床上一般都附有通用夹具，数字化玉雕车床上的三爪卡盘或四爪卡盘、顶尖、平口钳、分度头和回转工作台等。它们有较大的适用范围，无须调整或稍加调整就可以用来装夹不同的玉雕件。这类夹具一般已标准化，由专业工厂生产，作为数字化玉雕机床附件供给用户。通用夹具主要用于单件小批量生产，缺点是定位精度不高。

2.专用夹具

专用夹具是针对某一种玉雕件的某道工序而专门设计的，无须考虑它的通用性，但是需要专门设计制造，生产周期长，夹具成本高。当产品变更时，就不能再使用。专用夹具适用于产品固定的大批量生产中。

3.可调夹具

可调整夹具是通过少量的玉雕件更换或调节之后，使一套夹具可适用于多个工序并可多次重复使用的夹具。可调整夹具与专用夹具相比，可缩短生产准备周期，降低产品成本的30%～50%。目前，可调整夹具大致分为两大类:通用可调整夹具和成组可调整夹具。可调整夹具由通用件和成组可调整件两部分组成，通用部分包括夹具件、动力装置、传动机构和操纵部件等，这部分长期安装在数字化玉雕机床上（使用期内）；可调整部分包括定位件、夹紧件、导向件等。

4.组合夹具

组合夹具是由一套预先准备好的各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件与合件（规格化部件）所组成的，可根据玉雕件形状和工序要求装配成各种数字化玉雕机床夹具。夹具用完后，将夹具拆开，经过清洗、油封后存放起来，待需要时再重新组装成其他夹具。这些标准元件不会因夹具取消而报废，而标准元件的多次使用则带来了明显的经济效益。专用夹具是针对某个具体玉雕件的某一工序而专门设计的。在实际生产中应用的专用夹具很多，分类方法也有多种，通常可以根据不同的工序特征进行分类，以便于研究和考虑夹具的构造形式。

四、设计专用夹具依据和基本原则

1.设计专用夹具的依据

夹具设计人员在接受夹具设计任务书之后，应做好下面几项工作。

（1）研究被加工玉雕件的工序图与工艺规程，着重了解本工序的工序尺寸、精度要求、玉雕件的材料和生产批量。

（2）研究本工序的定位基准（工艺人员已确定）以及该基准与工序基准的关系，以便确定定位方法。

（3）了解掌握使用该夹具的数字化玉雕机床规格与状况。

（4）了解掌握夹具制造车间的技术水平。

（5）检索类似夹具的有关资料。

2.设计夹具时应遵循的主要原则

夹具设计人员在设计夹具时应遵循的主要原则如下。

（1）结构简单。结构复杂的夹具往往并非是最好的夹具，相反只能增加夹具的制造成本，应在保证加工精度和生产效率的条件下，使夹具的结构尽可能简单。

（2）采用标准夹具元件。采用标准夹具元件可有效地缩短夹具制造周期和减少夹具的制造成本，并能保证夹具质量，设计时尽可能选择标准元件。

（3）减少夹具元件的热处理与精加工工序。夹具元件除配合面、耐磨面需要进行热处理与精加工外，其他非配合面以及与保证夹具精度无关的元件与表面，都不应提出这类要求，以减少制造成本和缩短制造周期。

（4）合理选取夹具的公差。夹具上的公差通常取玉雕件公差的1/5～1/3，玉雕件公差大者取下限，玉雕件公差小者取上限。

（5）简化设计图纸。绘图工作量的大小直接影响夹具的设计费用，夹具图纸上应省略不必要的投影与说明，以符号（形位公差）代替文字说明。