范遠波

摘要：隨著我國制造行業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控技術的實際應用規(guī)模也得到較快提升。數(shù)控銑床的高精度、高速度、復合化等特點，使得其廣泛應用于制造加工領域。在數(shù)控銑床應用過程中，數(shù)控銑床工裝夾具設計是數(shù)控機床加工效率的重要影響因素之一，因此做好數(shù)控銑床工裝夾具設計和改進工作意義重大。本文主要闡述了數(shù)控銑床工裝夾具設計要點，并對數(shù)控銑床工裝夾具設計相關問題、設計步驟與內容以及設計改進方法進行具體分析。

關鍵詞：數(shù)控銑床；工裝夾具設計；改進

中圖分類號：TG751 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）009-000-02

數(shù)控銑床應用較為廣泛，其可以用于平面、斜面和成型面加工。工裝夾具主要是根據(jù)工件加工過程的某道工序要求以及相關生產(chǎn)需要等進行具體設計的[1]。而夾具設計質量對工件質量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等影響較大。夾具設計應簡單實用，可制造性好，便于裝配維修。但實際生產(chǎn)過程中，工裝夾具的質量和效率限制著數(shù)控銑床的大量應用，如何采用合理改進方法解決機床夾具設計中存在的問題意義重大。

一、數(shù)控銑床工裝夾具設計的要點

數(shù)控銑床實際加工過程對工裝夾具的要求相對簡單，一般只需要工裝夾具做到有效定位和夾緊作用。根據(jù)數(shù)控銑削加工工藝要求，對數(shù)控銑床工裝夾具進行相關設計，其設計過程應遵循以下4個要點：首先是夾具開敞程度，通常工件實際加工過程中，應確保工件待加工面完全暴露，需盡可能增加夾具開敞程度。這使得工件加工面與夾緊機構的元件保持合適的安全距離以及夾緊機構的元件位置相對較低，以防止銑床主軸套筒和刀具與夾具發(fā)生相互干涉。其次是保證機床零件安裝方位與使用的數(shù)控機床和編程坐標系保持一致，工裝夾具應采用不定向安裝設計，保證零件定位面與數(shù)控機床間坐標可以相互轉換。最后是夾具設計時，應重點考慮夾具的剛性和穩(wěn)定性問題，保證夾具的剛性和穩(wěn)定性符合數(shù)控銑床加工要求。同時也需明確是否進行更換夾緊點以及更換方式的問題，實際加工過程中夾緊點更換以及更換方式都有可能對工件或夾具定位精度造成嚴重影響，因此實際設計過程中，應對夾緊點更換方式進行重點設計，從而確保工件或夾具定位精度。除上述的數(shù)控銑床工裝夾具設計的要點外，還需考慮數(shù)控銑床的加工效率和操作性的問題，應采用合理化設計保證加工過程簡單實用、操作靈活方便，可有效降低人工勞動強度和生產(chǎn)安全。

二、數(shù)控銑床工裝夾具設計的相關問題研究

數(shù)控銑床工裝夾具設計的要點可以歸納為以下4點：首先是保證夾具的夾緊力適當，不會損傷工件，如夾緊力過大可能導致工件變形，而夾緊力過小則會夾不穩(wěn)工件。同時也需要考慮夾具材料材質問題，如夾具材料過硬可能劃傷工件。工件夾緊過程中，確保工件受力點間的受力均衡，避免工件傾斜。同時夾緊力應盡量在接近切削部位及剛性好的主支承點位置上。所以調整夾緊力方向與切削力、工件重力方向基本一致，可有效降低夾緊力，夾緊力方向也應垂直于工件剛度最大的方向，保證工件不會變形。其次是根據(jù)工序坐標圖，明確程序原點、起刀點和走刀路線等位置。工裝夾具設計過程中，工作人員應在工藝圖中注明程序原點、起刀點和走刀路線等坐標位置，進而建立工件與機床坐標系統(tǒng)兩者之間的轉換關系，確保下一步夾具安裝情況示意圖的繪制工作。接下來是確保夾具制造效率的提高。夾具制造過程應大量使用組合夾具、模塊化夾具和成組夾具，從而有效提高夾具制造效率，縮短工件生產(chǎn)周期以及降低生產(chǎn)成本[2]。同時為保證機動和輔助時間重合，可使用氣動、液壓和組合夾緊裝置，同時也可使用聯(lián)動夾緊機構或者可調換夾具。最后夾具設計應進行夾具防碰撞檢驗，工裝夾具設計過程中，應根據(jù)各個加工要求設置夾具以防止刀具與夾具碰撞。同時合理設計加工的起刀點與走刀路線，避免夾具與刀具或機床干涉，設計人員可通過設計模擬仿真軟件檢驗刀具和夾具間的干涉情況，可進行有效的防碰撞計算，將計算結果編入加工程序。

三、數(shù)控銑床工裝夾具的設計步驟與內容

首先進行工件分析，確定加工工藝與工序。這工作需要了解工件的特點、材料性質以及相應的技術要求。同時對加工余量、精度、定位和表面情況進行分析，也需要考慮定位基準和前后工序連接情況，綜合分析后確定出合理的加工路線。設計夾具過程中走刀次數(shù)的確定至關重要，其次數(shù)確定可參考刀具、機床的參數(shù)。加工過程應盡可能一次裝夾和加工成形，有效縮短加工生產(chǎn)實際，提高生產(chǎn)效率和加工精度。其次盡量加快裝夾速度，可在數(shù)控銑床加工工件過程中，使用多位、多件夾具，加快裝夾速度以及縮短加工時間。再次是對刀點的選擇，通常為了簡化程序計算，對刀點選擇應根據(jù)零件的定位基準，以便進行機床找正檢測，盡可能的減小加工誤差。一般加工人員將對刀點選擇在工件的基準上。接下來刀具和切削用量進行合理化選擇，保證刀具的形狀和尺寸符合夾具設計要求，避免機床超程、撞刀情況。同時機床的切削用量的選擇應根據(jù)加工方式，如機床進行粗加工時，生產(chǎn)效率的有效提高是基礎條件，通常其切削量和切削力相對較大，因此應重點考慮工件裝夾穩(wěn)定性和夾具負荷。若機床進行半精加工和精加工時，工件裝夾的精度是切削用量選擇的重要參數(shù)。最后是夾具設計的標準化與通用化，夾具設計的標準化可保證各零部件采用統(tǒng)一標準，可提高夾具制造的精度與生產(chǎn)效率。夾具設計的通用化，其具體指夾具設計不再以單一產(chǎn)品為設計對象，而是可進行類似產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)。因此夾具設計階段，應根據(jù)零件的結構特征、尺寸、用途和加工精度進行具體分類，以便于夾具的通用性的有效提高。

四、數(shù)控銑床工裝夾具的設計改進方法

1.多個工件實現(xiàn)一次裝夾

工裝夾具設計采用壓縮空氣作為動力源，對夾具進行松開以及夾緊操作，這極大方便工作人員的手工換刀作用，而加裝自動控制裝置則可進行自動換刀，這種換刀可進行多種表面的次序加工。但這種換刀過程耗時較長，如自動換刀出現(xiàn)故障概率較大，這個加工過程中的較大比例的故障都出現(xiàn)在自動換刀裝置。因此基于加工要求的基礎上，對換刀次數(shù)進行適當?shù)脑O計改進，縮短加工時間，降低故障頻次以及提高數(shù)控機床的安全穩(wěn)定性。針對這種情況進行的設計優(yōu)化為多個工件一次裝夾設計，實現(xiàn)對加工工藝的優(yōu)化調整，盡可能的減少換刀次數(shù)。根據(jù)工件加工尺寸要求和數(shù)控機床設計行程，工裝夾具設計成每次裝夾10個工件，工件數(shù)可根據(jù)實際需求進行調整，對其進行A、B兩孔擴鉸作業(yè)。首先將10個工件排列成兩行，每行5個工件，具體如圖1所示，使用A孔擴孔刀依次對10個工件的A孔進行擴孔[3]。A孔擴孔刀換為B孔擴孔刀后，依次對10個工件的B孔進行擴孔。擴孔作業(yè)完成后將B孔擴孔刀換為A孔鉸刀，依次對10個工件的A孔進行鉸孔。作業(yè)完成后將A孔鉸刀換為B孔鉸刀，依次對10個工件的A孔進行鉸孔。從換刀次數(shù)來看，10個工件進行擴鉸作業(yè)只需進行4次換刀操作，這最大限度的節(jié)約加工時間。

2.多件裝夾工裝夾具設計要求

多件裝夾工裝夾具設計要求具體可包括以下四點：首先是確定工件數(shù)量和相應布置方式，這需實際參考工件形狀尺寸、數(shù)控機床尺寸、機床行程以及生產(chǎn)批量等相關技術參數(shù)。同時也應對工件距離進行合理設計，確保該距離方便進行工件裝卸和清除作業(yè)。同時多個工件一次裝夾后，需要保證工件的敞開性以便進行工件的集中加工作業(yè)。其次應保證各定位元件間距離相對精確，如圖2所示，工裝夾具每組定位元件圓柱銷與菱形銷距離為a1和b1，該距離參數(shù)可由工件尺寸進行具體確定。不同定位元件間距離，如兩圓柱銷距離a2和b2，該距離數(shù)值的精確度應相對較高，保證機床移動元件完成相應程序移動后，各工件仍保持原來的精確位置。接下來是有效的夾緊方式，夾緊元件結構相對簡單以保證刀具運動過程的安全性，同時也可采用聯(lián)動夾緊方式，該方式同時夾緊多個工件，縮短工件加工時間。通常一個壓板可同時夾緊2個工件，但目前數(shù)控銑床使用的是工序集中加工方式，實際區(qū)分粗、精加工工件較為困難，因此其夾緊力較大，這會在工件表面留下壓板的壓痕。該問題的有效解決方案是壓板與工件接觸部位間焊上一定厚度銅層。最后是立式數(shù)控銑床使用工裝夾具的問題。立式數(shù)控銑床實際使用過程中，加工切屑容易大量積累在工件和夾具表面。設計工裝夾具時，應重點考慮加工切屑問題，其對工序集中以及連續(xù)加工的自動控制裝置的穩(wěn)定運行至關重要。通過相應設計使得切屑及時清除和收集，保證自動刀具切削以及定位元件精度。通常有效的解決方式是使用切削液沖刷或者壓縮空氣吹掃加工切屑。

五、結語

通過本文對數(shù)控銑床工裝夾具設計要點的闡述，對數(shù)控銑床工裝夾具設計相關問題、設計步驟與內容以及設計改進方法進行具體分析。不難看出，工裝夾具設計對于數(shù)控銑床加工生產(chǎn)至關重要，在數(shù)控銑床工裝夾具設計應對可能的影響因素進行全面分析，并從實際生產(chǎn)細節(jié)出發(fā)，對工裝夾具設計進行適當?shù)膬?yōu)化改進，才能使得工裝夾具設計更符合實際生產(chǎn)要求，從而有效推動數(shù)控機床技術的大規(guī)模應用。

參考文獻：

[1]欒琪，唐永亮，趙長祜.淺談工裝夾具設計過程中的注意事項[J].中國機械，2013，（13）.

[2]張瀅瀅，劉春雨.關于機床夾具的發(fā)展前景的探討[J].科技創(chuàng)新導報，2011，（26）.

[3]周太平，康志成，夏翔.數(shù)控銑床與加工中心夾具設計[J].現(xiàn)代制造工程，2011，（2）.