數(shù)控機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的分析與應(yīng)用

張英

在金屬切削加工中,夾具是裝夾工件的工藝裝備,它直接影響著工件的加工精度、勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等。數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí),首先編制加工零件的程序,再將程序輸入到數(shù)控裝置以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng),保證刀具與工件嚴(yán)格的按照程序規(guī)定的順序、路程和參數(shù)工作。加工時(shí)刀具的進(jìn)刀點(diǎn)、退刀點(diǎn)等所有刀具的位置都是以工件坐標(biāo)系來確定,所以編程時(shí)先要設(shè)定工件坐標(biāo)系。只有夾具在機(jī)床上找正并固定,夾具上的定位元件及壓緊機(jī)構(gòu)將工件固定后才能通過對(duì)刀確定工件坐標(biāo)系的原點(diǎn),然后將確定好的所有刀具位置點(diǎn)都編入程序,控制刀具從一個(gè)位置點(diǎn)到另一個(gè)位置點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程中完成工件的加工。在加工下一個(gè)工件時(shí)就不需要再進(jìn)行對(duì)刀,只需和第一個(gè)工件一樣在夾具上定位壓緊后就可以啟動(dòng)程序加工。因此,只有夾具夾緊工件并通過對(duì)刀確定其在加工中心中正確位置后,才能編制加工程序。

設(shè)計(jì)夾具前,需要確定加工時(shí)使用的定位基準(zhǔn)。通過圖紙分析出設(shè)計(jì)基準(zhǔn),明確產(chǎn)品需要加工的部位,這些加工部位相對(duì)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都有尺寸和形位關(guān)系,如位置度、垂直度或平行度等。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)可能不止一個(gè),只有先加工出確定某一部位位置的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)才能以該設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)加工這個(gè)部位,這樣才能滿足圖紙上要求的各加工部位與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)間的形位和尺寸關(guān)系,加工出質(zhì)量合格的產(chǎn)品。由此分析知,工件定位基準(zhǔn)與工件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)其實(shí)是一個(gè)部位,即基準(zhǔn)重合的原則。加工設(shè)計(jì)基準(zhǔn)往往是工藝的最先工序,選擇毛坯的外形或毛坯孔作為定位基準(zhǔn)先加工,然后將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)變?yōu)閵A具定位基準(zhǔn)進(jìn)行各部位的加工即基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。也可以先加工與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)有尺寸及形位關(guān)系的某一部位,然后以該部位作為定位基準(zhǔn)加工設(shè)計(jì)基準(zhǔn),最后再以加工好的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)加工其余部位,即互為基準(zhǔn)原則。

分析出工件加工時(shí)采用的定位基準(zhǔn),就可以開始確定夾具的結(jié)構(gòu)方案。通常夾具是由定位元件、夾緊裝置、對(duì)刀引導(dǎo)裝置及夾具體組成。定位元件如支承釘、支承板、V形塊、定位銷等用以確定工件在夾具中的位置,使工件在加工時(shí)相對(duì)于刀具及切削成形運(yùn)動(dòng)處于正確的位置。工件加工時(shí)會(huì)受到切削力等外力作用而產(chǎn)生移動(dòng)無法加工,同時(shí)為防止工件振動(dòng),工件在夾具上定位后還需要通過夾緊裝置將工件固定。無論是定位元件還是夾緊裝置都是通過連接件如螺栓、鍵及定位件如定位銷等將其固定在夾具體上,而夾具體一般是設(shè)計(jì)成一塊平板或T形板的樣式。對(duì)刀引導(dǎo)裝置是確定夾具相對(duì)于刀具的位置或引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工,如對(duì)刀塊、鉆套、鏜套等,由于數(shù)控機(jī)床中一般配有接觸式測(cè)頭、刀具預(yù)調(diào)儀及對(duì)刀部件等設(shè)備,同時(shí)由程序控制的準(zhǔn)確的定位精度,因此數(shù)控機(jī)床中的夾具不需要對(duì)刀引導(dǎo)裝置,只要求有定位和夾緊的功能,如加工一組孔,孔的位置已經(jīng)在程序中確定,加工時(shí)刀具直接按程序要求的各參數(shù)運(yùn)行,因此數(shù)控機(jī)床夾具比普通機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單,制造費(fèi)用減少了,節(jié)約了成本。

與普通機(jī)床相比數(shù)控機(jī)床的夾具有很多優(yōu)點(diǎn),其中最主要的是提高了加工效率,數(shù)控機(jī)床如加工中心因?yàn)樽詭в凶詣?dòng)換刀系統(tǒng),刀具庫(kù)中可以存放各種不同類型的刀具如鉆頭、銑刀,加工時(shí)若工件某一部位需要先銑后鉆的可以將在普通機(jī)床如鉆床、銑床上加工部位合并到一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上用同一個(gè)夾具上加工,這樣只需一套夾具,節(jié)省了成本。如下圖1所示夾具,在這道工序中即有銑面又有鉆孔。因?yàn)榧庸ぶ行挠贸绦蚩刂撇煌毒?夾具結(jié)構(gòu)可以不用對(duì)刀裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,根據(jù)需要還可以將不同工序的夾具放在一起同時(shí)加工,前道工序的工件加工完后裝到下道工序的夾具中,同時(shí)向前道工件的夾具裝入下一個(gè)工件,這可以通過編程實(shí)現(xiàn)。一般在普通機(jī)床上如鉆床,夾具一次加工一個(gè)工件,而在加工中心中可以設(shè)計(jì)成能加工多個(gè)工件的夾具。如圖2所示,一個(gè)夾具同時(shí)固定兩個(gè)相同的工件;還可以在工作臺(tái)上放置一個(gè)工件兩道工序的夾具同時(shí)加工。

通過以上概述,數(shù)控機(jī)床夾具能適應(yīng)數(shù)控機(jī)床的高精度、高效率、多方向同時(shí)加工及單小批生產(chǎn)的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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