制作夹具和固定装置的主要注意事项
夹具是在执行重复性任务（例如钻孔或攻丝）时将制造工具固定到位的工具。另一方面，夹具不引导制造工具，而是将工件稳定地保持在固定的位置、方向或位置。标准虎钳是常见的家用夹具示例。
除了差异之外，夹具和固定装置都是产生重大影响的工具。它们提高了生产力，提高了零件的可重复性，使零件组装和拆卸更容易，甚至有助于创造安全的工作环境。几乎所有自动化工业制造过程都依赖夹具和固定装置来始终如一地制造功能正常的零件。工程师可以牢记这些关键因素，确保他们的夹具和固定装置坚固且设计精良。
治具设计基础知识
制造夹具和固定装置的关键从了解自由度的工作原理开始。空间中的任何物体都有六个自由度——上/下、左/右、前/后，以及围绕 3 个轴（X、Y 和 Z）旋转的能力。一个设计合理的夹具需要尽可能地限制这些自由度，以保持零件锁定在适当的位置，但又不能过多地限制零件。
当多余的力量试图做同样的工作并最终适得其反时，就会发生过度约束。四腿椅子就是一个很好的例子——第四条腿在机械上是不必要的，如果椅子在不平坦的表面上会引起摇摆。最好的情况是，过度约束的力不会对夹具产生影响，但在最坏的情况下，它会导致零件质量下降并增加操作员的风险。
在谈到自由时，工程师必须精确。较少约束的夹具设计最适合具有更多变化的铸件等零件，而较受约束的夹具设计最适合具有更精确表面的 CNC 加工或注塑成型零件。
成功的夹具和固定装置设计会考虑工具的操作方式以及操作工具的感觉。每个应用程序都会有所不同，但工程师应始终将以人为本的设计纳入他们的计划。从这些固定夹具和夹具设计计算开始：
- 尽可能设计适合单手操作的夹具和固定装置。这样，操作员可以用一只手握住夹具，另一只手用于零件定位或稳定。
- 设计一种夹具或固定装置，在二次操作期间无需人工协助即可固定零件。
- 选择会使错位错误明显的几何形状。这可以减少工伤。
- 考虑夹具或固定装置如何适应整个生产工作流程。
- 尝试创建使用最少步骤的设计。这样可以缩短循环时间，并将疲劳的重复动作降至最低。
夹具和固定装置可以使用 CNC 加工和 3D 打印制造，但总的来说，3D 打印具有许多优势。在这种情况下，增材制造比 CNC 加工更便宜、更快。此外，只有 3D 打印为工程师提供了频繁重新优化设计的灵活性。
制造夹具和固定装置的最佳实践
夹具和固定装置可以使用金属或塑料材料制造，但塑料往往更实惠，并且通常可以满足所有性能要求。工业熔融沉积建模 (FDM)、HP Multi Jet Fusion 和碳数字光合成 (DLS) 可提供出色的结果，但立体光刻 (SLA) 和选择性激光烧结 (SLS) 也是不错的选择。对于快速注塑成型，工程级热塑性塑料可以轻松地大批量生产各向同性部件。
对于高性能、耐用的夹具和固定装置，请牢记以下制造最佳实践：
- 3D 打印夹具和固定装置使产品团队能够在不增加零件成本的情况下增加设计复杂性，因此设计师应该在设计阶段利用这一原则。考虑可以构建哪些附加功能来提高部件的性能。
- 使用计量工具验证夹具的尺寸精度，并将基准特征构建到设计中，以便更轻松地进行检查和验证。
- 使用加强筋和圆角来增加刚度。
- 使用金属螺纹嵌件提高耐用性。
- 通过在二次操作完成后松开所有螺栓并释放夹紧力来避免 SLA 树脂引起的翘曲。
- 使用弹簧来缓解弹射。
- 如果通过 CNC 加工制造，请在设计计划中考虑碎片。例如，工程师可以在夹具中留出空隙，以便在不干扰工具的情况下形成毛刺。尽量减少碎屑可能扩展成楔形的任何小间隙、凹槽或凹槽。
夹具或固定装置制造后，必须对其形式和功能进行验证。工程师应将完成的工具与原始 CAD 模型进行比较，以确保其尺寸合理。设计良好的夹具将支撑零件并将其固定到位，一旦施加夹紧，就不会发生任何倾斜、弯曲或移位。
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夹具和固定装置是任何制造项目的重要组成部分。它们提高了生产力，加快了生产时间表，并能够生产更好的零件。因此，工程师尽一切可能使他们的夹具和固定装置尽可能地发挥作用，这一点至关重要。经验丰富的制造合作伙伴可以提供帮助。
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