數(shù)控銑床工裝夾具設(shè)計(jì)與改進(jìn)探索

李興迪

（昆明鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650208）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)和科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，裝備制造業(yè)也在飛速前進(jìn)。其中，數(shù)控銑床因其具有高精度、生產(chǎn)速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品加工制造中。在實(shí)際生產(chǎn)加工過程中，操作者選用工件、刀具等，并對(duì)加工進(jìn)行調(diào)試，對(duì)生產(chǎn)的零件進(jìn)行檢測，均會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間，影響生產(chǎn)效率，所以考慮提高數(shù)控銑床加工技術(shù)的應(yīng)用勢在必行，而合理使用數(shù)控銑床工裝夾具能有效提高產(chǎn)品的精度、降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。

在數(shù)控銑床中，裝夾工藝具有十分重要作用，它能將工件進(jìn)行定位和夾緊后，保證工件在加工過程中能夠有條不紊地進(jìn)行。特別是大批量的生產(chǎn)中，夾具的應(yīng)用可以有效減少各種資源的浪費(fèi)，提高工作效率。雖然夾具本身不具有切削加工的作用，但在實(shí)際的生產(chǎn)過程中能夠?qū)a(chǎn)品固定于某一確定的位置上而使產(chǎn)品的加工誤差減小，所以提高數(shù)控銑床工裝夾具的設(shè)計(jì)及改進(jìn)顯得尤為重要。

1 數(shù)控銑床工裝夾具設(shè)計(jì)流程與優(yōu)化

數(shù)控銑床的工裝夾具設(shè)計(jì)流程主要有3 個(gè)步驟：首先，需要認(rèn)真分析產(chǎn)品圖樣，全面把握產(chǎn)品的尺寸、定位及產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需要注意的細(xì)節(jié)，同時(shí)需要仔細(xì)了解該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、生產(chǎn)工藝、材料性能等技術(shù)要求；其次，需要對(duì)加工產(chǎn)品的精度、加工余量以及表面情況進(jìn)行分析和預(yù)估，仔細(xì)斟酌加工工藝對(duì)夾具整體性能的影響；最后，準(zhǔn)確分析前后加工工序?qū)Ξa(chǎn)品精度的影響。經(jīng)過以上產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程后，制定出適宜的數(shù)控銑床工裝夾具加工工藝。

在數(shù)控銑床加工過程中，也可對(duì)現(xiàn)有的工裝夾具進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，原有的工裝夾具是單個(gè)夾具，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)成多件夾裝的工裝夾具。多件夾裝工具進(jìn)行加工時(shí)需要對(duì)工件進(jìn)行合理布置，根據(jù)加工產(chǎn)品以及機(jī)床的外形尺寸等外部因素進(jìn)行合理的規(guī)劃。各工件之間需要保持適當(dāng)?shù)拈g距，這樣方便工件的裝卸以及切屑的清除。另外，各定位元件之間的距離一定要精準(zhǔn)（圖1）。工裝夾具有的是一面兩銷定位，需要根據(jù)加工工件的不同，調(diào)整圓柱銷和菱形銷之間的間距。在實(shí)際進(jìn)行加工時(shí)，需要確保各定位元件之間的精準(zhǔn)定位從而確保加工工件按照加工步驟和數(shù)控程序運(yùn)行，這樣保障各加工工件具有較高的質(zhì)量精度。

在加工時(shí)需要特別注意的是，夾具的夾緊方式設(shè)計(jì)必須合理，所采用的夾緊元件應(yīng)該盡量簡單化，以保障刀具在切削過程中具有充余的空間。例如，在立式銑床上加工時(shí)需要注意能夠方便進(jìn)行排屑，因?yàn)樵诖朔N機(jī)床在進(jìn)行切削加工時(shí)切屑更容易落在夾具表面上，對(duì)機(jī)床進(jìn)行合理排屑除還可以使機(jī)床能夠正常工作，保證工件的加工誤差最小。

2 數(shù)控銑床工裝夾具設(shè)計(jì)特點(diǎn)及原則

在數(shù)控銑床加工生產(chǎn)過程中，夾具的主要作用是夾緊和定位。工裝夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循數(shù)控銑削的工藝要求，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下3 個(gè)方面的問題。

（1）設(shè)計(jì)時(shí)注意夾具的開敞程度，注意避開銑床主軸套筒以及刀具以免產(chǎn)生干涉。在實(shí)際加工時(shí)需要最大程度地增大夾具的開敞程度，同時(shí)需要保證加工工件的整個(gè)工作面可以完全暴露出來，保證各工件之間、加工面和各夾緊元件之間的距離足夠安全，實(shí)際加工時(shí)需要夾緊元件處在最低位置，保證刀具和夾具之間不會(huì)產(chǎn)生相互干擾。

（2）在機(jī)床進(jìn)行工件裝夾時(shí)需要注意安裝方位和數(shù)控機(jī)床的加工坐標(biāo)系保持一致，這就要求夾具有不定向安裝的設(shè)計(jì)，從而使加工機(jī)床和加工零件之間具有相互協(xié)調(diào)性。

（3）在進(jìn)行機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)時(shí)，注意滿足機(jī)床夾具的使用穩(wěn)定性，同時(shí)需要滿足強(qiáng)度要求。特別需要注意的是對(duì)夾具的夾緊點(diǎn)的設(shè)計(jì)，要滿足可以方便簡單的更換、調(diào)整夾具，以避免在實(shí)際的生產(chǎn)過程中對(duì)產(chǎn)品加工精度產(chǎn)生影響的要求，除此之外，在進(jìn)行數(shù)控銑床工裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意夾具安裝過程簡單、操作過程要便于調(diào)整，靈活好用，從而降低操作者的施工難度。

對(duì)數(shù)控銑床工裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的原則有如下3點(diǎn)：一是設(shè)計(jì)夾具時(shí)需要保證被固定工件不會(huì)產(chǎn)生工作面的變形以及工件的形狀大小的變化；二是對(duì)工件進(jìn)行夾緊時(shí)需要注意夾緊裝置不能影響工件的正常定位，夾緊作用力大小要合適；三是夾具需要同時(shí)具備良好的實(shí)用性和穩(wěn)定性，同時(shí)夾具的材質(zhì)需要滿足強(qiáng)度以及剛度的要求，注意在操作夾具時(shí)需要滿足夾具的易操作性，最重要的是需要保證操作人員的安全。

3 數(shù)控銑床工裝夾具設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

3.1 需要原始工藝文件的支持

零件最終加工工藝是經(jīng)過多次修訂而得到的加工方案，對(duì)工裝夾具的設(shè)計(jì)具有十分重要的作用。根據(jù)圖紙中工件的主要結(jié)構(gòu)形狀以及具體需要加工的部位進(jìn)行分析，確定加工原點(diǎn)，起刀點(diǎn)以及刀具的行走路徑，并且根據(jù)行走路徑計(jì)算出各走線的節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)。根據(jù)工藝和坐標(biāo)系之間的聯(lián)系確定機(jī)床上夾具的安裝位置，同時(shí)為準(zhǔn)確地標(biāo)注定位坐標(biāo)原點(diǎn)尺寸提供相應(yīng)的依據(jù)，避免加工面位置和機(jī)械原點(diǎn)位置重合。

3.2 確保工件加工的精度

在操作數(shù)控銑床加工時(shí)，要保證工件加工精度以及工件在加工過程中的穩(wěn)定性，以保證工件加工的質(zhì)量要求。首先需要在相應(yīng)位置，通過檢驗(yàn)儀表來保證夾具與工作臺(tái)表面之間的精度，通過工作臺(tái)對(duì)工件進(jìn)行精準(zhǔn)定位使夾具具有很好的敞開性，保證加工產(chǎn)品具有較好的加工孔垂直度等，在保證工裝夾具有很好的準(zhǔn)確性同時(shí)使產(chǎn)品具有很好的加工精度。

3.3 設(shè)計(jì)時(shí)提高加工效率

在進(jìn)行數(shù)控銑床工裝夾具的設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證其加工的效率很高。實(shí)際生產(chǎn)中一般有兩種方式可以提高夾具的生產(chǎn)效率：一是使工裝夾具標(biāo)準(zhǔn)化，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化程度較高的裝夾元件使夾具盡可能的標(biāo)準(zhǔn)化，避免在生產(chǎn)過程中花費(fèi)很多時(shí)間去測量尺寸，浪費(fèi)加工時(shí)間；二是采用液動(dòng)、氣動(dòng)或者氣液聯(lián)動(dòng)的方式對(duì)夾具進(jìn)行夾緊設(shè)置，同時(shí)也可以采取多工位夾層和可調(diào)位夾具的聯(lián)合使用來提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

為了提高加工效率，在實(shí)際生產(chǎn)過程中需要注意以下3 個(gè)問題：盡可能通過一次裝夾來實(shí)現(xiàn)工件的加工成型，這樣可以縮短加工調(diào)整和轉(zhuǎn)換的時(shí)間，保證加工的工作效率；可以采取增加裝夾的速度來提高夾具的生產(chǎn)效率；可以通過合理選擇刀具及切削參數(shù)來提升其工作效率。

3.4 加強(qiáng)防碰撞的校核工作

在現(xiàn)代的加工制造中數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來越廣泛，但是隨著技術(shù)的發(fā)展、要求的提高，對(duì)刀具的協(xié)同工作也提出了更高的要求。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，刀具和工件之間的碰撞和干涉是數(shù)控銑床工作過程中經(jīng)常遇到的問題，為了能夠避免刀具和工件之間產(chǎn)生相互碰撞和干涉，需要設(shè)計(jì)和操作者認(rèn)真研究加工程序中編定的起刀點(diǎn)和走刀路線。同時(shí)，由于加工過程中操作的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)加工工件的各個(gè)側(cè)壁是否與夾具之間發(fā)生碰撞及摩擦做合理的驗(yàn)證，以保證產(chǎn)品的加工精度。

4 數(shù)控銑床工裝夾具的設(shè)計(jì)改進(jìn)方法

4.1 工裝夾具設(shè)計(jì)過程中采用一次裝夾多個(gè)工件

數(shù)控銑床主要是依靠壓縮空氣來松開或夾緊刀具，以便于進(jìn)行換刀操作，而加工中心由于采用了刀庫，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工時(shí)可以對(duì)多道工序自動(dòng)換用不同的刀具，但是換刀導(dǎo)致?lián)p耗時(shí)間較多，而且數(shù)控系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障。因此在滿足加工條件下，需要考慮減少換刀次數(shù)，以達(dá)到提高加工產(chǎn)品的工作效率。通過合理設(shè)計(jì)工裝夾具，可以最大限度地減少換刀次數(shù)。根據(jù)產(chǎn)品的工藝流程以及外形尺寸，將產(chǎn)品工裝夾具設(shè)計(jì)成每次裝夾多個(gè)工件（圖2）。

圖2 一次裝夾多個(gè)工件

4.2 多件裝夾工裝夾具設(shè)計(jì)的優(yōu)化

首先需要合理布置工件的位置。根據(jù)工件的外形尺寸、機(jī)床的工作臺(tái)大小、機(jī)床的運(yùn)行過程以及生產(chǎn)效率確定每次夾裝的工件數(shù)量以及布置方式。其次，各個(gè)工件之間的距離應(yīng)該設(shè)計(jì)合理。圖2 是實(shí)際的裝夾工作圖。最后，對(duì)加工產(chǎn)品進(jìn)行安裝時(shí)需要確保加工工件的敞開性，以便實(shí)現(xiàn)工序的集中加工。

5 結(jié)束語

通過對(duì)數(shù)控銑床工裝夾具設(shè)計(jì)與優(yōu)化過程可以看出，應(yīng)該根據(jù)銑床工裝夾具本身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合的加工方案。只有采取有效的措施，才能使銑床工裝夾具加工越來越人性化，使生產(chǎn)效率越來越高。