图1  作为夹具设计师的Joseph Szpak先生，其工作的部分内容是创建一个客户能够使用的实体模型，以便于模拟整个机加工的过程。他使用KeyCreator软件，以不同的数据格式输入和输出模型

从专用夹具的图片中可以看到非标准工装夹具在各类应用领域中的实际使用情况。

Joseph Szpak, Jr.先生创建了他自己的加工车间——Szpak制造公司，专门从事专用夹具的设计和制造。通过20世纪90年代的不断努力，其生产加工业务迅速发展，并成为该车间的支柱产业。这种变化，直接关系到Szpak先生公司的发展前途，他知道该类型零件的生产可以很容易地转移到成本较低的国家进行。为了不让Szpak公司受到国际竞争的影响，他决定将其重点集中到专用夹具的生产上。这是他可以做出的最好决定。

图2  这一夹具上的零件（其中一部分被夹持），具有在不同的角度上互相关联的精密加工特点

今天，这家位于俄亥俄州哥伦比亚的加工车间，再也不需要去寻找加工项目。由于其稳定的业务和良好的口碑，该公司的生产始终处于满负荷的工作状态。除了生产用于加工中心的夹具之外，还开发了用于打毛刺和精加工系统的专用夹具和夹紧装置。Szpak先生说，国际外包业务实际上也促进了对专用工装夹具的需求，因为这里的工作具有较高的附加值。也就是说，这项工作往往需要较为复杂或高度自动化的加工，需要使用Szpak公司提供的夹具。

图3  此夹具上同时夹持着10个简单的零件，并作为一个单独的加工单元

该公司的其余合同加工项目，也能够支持这一论点。为了一种该公司每年只生产几百个的元件，Szpak先生专门自费发明了一种夹具，允许几个零件一次性装卡并进行快速调试，使它们能够以各种不同的角度加工。该零件在不同角度条件下的不同特性和相互之间的定位关系，使多角度加工变得尤为重要。长久以来，通过节约成本以提高生产效率，Szpak先生已经收回了在夹具方面所作的投资，并考虑外包这种零件的生产。为了防止发生这种情况，新的供应商将不得不做出类似的夹具投资。

图4  此夹具允许通过铣削加工，将工件锯切成多个零件，并使它们保持夹紧状态，从而减少了锯切加工时间

这一用途说明了专用夹具的特定意义。Szpak先生说，这也就是为什么客户找他开发这种夹具的真正原因。在反映专用夹具所具有的各种优势时，至少面临着五大类型的挑战，要求有一些新的东西能够超越现有的台钳和其他工装夹具系统。这些挑战包括以下内容：

1. 不同角度上的相关特点

图2所示为上述车间内部使用的夹具。该零件具有与其他角度特性相关的定位加工特点。与一个旋转分度器一起使用，并以这种方式夹紧零件：即在一个单一的周期内，使其能够接触各加工面。Szpak先生通过将夹具设计成能够同时夹持几个零件的形式，提高夹具的工作效率。

图5  使用一种限制器，使零件在台钳中保持垂直的状态

2.一个生产周期完成多个零件的加工

图3所示的简单零件不需采用专用夹具，在原先的加工操作中，也没有使用夹具。唯一的加工是对螺丝头上的扳手设计部分进行铣削加工。事实证明，装卡这个零件要比加工这个零件花费更多的时间。创建一种可一次性夹持多个零件的专用夹具，就可解决这个问题，从而削减每个零件的装卡调试时间。现在，一个夹具上可同时装卡10个零件，同时，其他的10个零件可以在另一套同样的夹具上进行加工。只有当夹具作为一个独立的单元互相交换时，才会出现加工周期之间的延迟情况。

图6  有专用夹具是难以夹紧这个零件的

3. 避免操作

图4所示的夹具中，其零件的夹紧过程涉及到每个工件的独立毛坯件的锯切加工。锯切加工不必花费很长的时间。图中所示的夹具可减少每个零件的锯切加工量，因为单一的长条工件，是通过四个夹紧点装卡的。NC数控加工周期内的铣削加工，可使这一长条工件被加工成四个部分，然后在夹持状态下进一步加工。

4. 加工精度

图5所示的零件被装卡在台钳之中，但易于滑动，足以打破精密的垂直度公差。最合适的解决方案是保持使用台钳，但需配置一种专用的限制器，使零件保持就位状态。

图7  另一种不带垂直边缘的零件，需要采用专用夹具来夹紧

5. 无法夹持的零件

最后，还有一些流线型的零件，如果不采用某种专用夹具，就无法将它们夹紧。图6所示零件中，唯一需要加工的是两个角度上的钻孔，但夹紧这个零件，需要一种带有分度器的专用夹具。铸件和锻件的加工，经常需要类似的专用夹具。另一个加工实例如图7所示。

Szpak先生说，专用夹具的另一个优点是具有一种防错功能。一套精心设计的夹具应能防止不正确的装卡。其所面临的挑战并不是落实这一预防措施——这样做就像在正确的地方增加一个定位销那么容易。相反，防错所面临的挑战是预计到所有可能出现的错误加载。凡是设计零件的人，或者像他那样设计其夹具的人，往往不能预判出许多工件的错误加载方式。实践经验为Szpak先生打开了想象空间，搜索某种特定的夹具设计，需要避免各种可能的错误加载。