數(shù)控加工中的工藝與夾具設(shè)計(jì)若干問題探討

韓玉娟 何峰

摘要：隨著數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)步和不斷改進(jìn)，智能化的數(shù)控加工技術(shù)明顯的提高了企業(yè)生產(chǎn)加工效率和質(zhì)量。但是在數(shù)控加工中使用傳統(tǒng)夾具時(shí)，會(huì)使得整個(gè)過程的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率降低。為了解決這個(gè)問題，相關(guān)的研究人員一直在不斷改進(jìn)加工的工藝和夾具的設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)出合理的輔助工具，以此來滿足企業(yè)生產(chǎn)加工的需求，縮短裝夾、定位時(shí)間，由此提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。通過之前的經(jīng)驗(yàn)可以得知加工工藝和夾具的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。文章主要討論了數(shù)控加工的工藝流程和夾具設(shè)計(jì)中的若干問題。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工;工藝;夾具設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）08-0077-02

0? 引言

數(shù)控加工工藝有著傳統(tǒng)機(jī)械加工方法無法比擬的高精度、高穩(wěn)定性、高自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足現(xiàn)如今社會(huì)對(duì)于這類產(chǎn)品的高需求，因此數(shù)控加工工藝在整個(gè)制造業(yè)中所占比例越來越大。在數(shù)控零部件的生產(chǎn)加工過程中，工件產(chǎn)品的精確性完全是由加工中心的夾具設(shè)計(jì)所確定的，因此，對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說，除了要明確設(shè)計(jì)的基本工藝、對(duì)刀點(diǎn)和具體尺寸參數(shù)以外，也要提高數(shù)控機(jī)械設(shè)備的工作質(zhì)量。將輔助加工夾具運(yùn)用到各類的加工中心去，進(jìn)而促進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)制造行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

1? 數(shù)控加工工藝

1.1 加工原則? 在數(shù)控加工的時(shí)候，不能只是憑空想象，一定要結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)工作進(jìn)行相關(guān)方案的確定，在確定方案的過程中一般會(huì)圍繞以下加工的幾個(gè)原則展開。第一個(gè)原則就是由遠(yuǎn)及近的加工方式，在數(shù)控加工過程中進(jìn)行走刀操作的時(shí)候應(yīng)該先開始進(jìn)行遠(yuǎn)處的操作，在由遠(yuǎn)及近的進(jìn)行加工，這樣可以縮短刀具的加工頻率和空刀次數(shù)。第二個(gè)原則就是要確保加工的穩(wěn)定性，數(shù)控加工一般會(huì)采用自動(dòng)化的設(shè)備，穩(wěn)定性一般來說都是可以控制得很好，但是在加工的過程中也可能會(huì)因?yàn)榛鶞?zhǔn)出現(xiàn)誤差而使加工的產(chǎn)品出現(xiàn)一些問題，因此需要在加工過程中確定好夾具的穩(wěn)定性，這樣可以大大的提高加工的穩(wěn)定性，降低誤差出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 加工特點(diǎn)? 數(shù)控加工在機(jī)械加工的過程中有很多的特點(diǎn)，它相比較于其它普通的加工過程，可以很好的降低加工產(chǎn)品的次品率，提高加工生產(chǎn)效率，同時(shí)還能夠提高加工零件的質(zhì)量以及精度，便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)。數(shù)控加工主要就是通過控制刀具的數(shù)量和它的相關(guān)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)零部件的加工生產(chǎn)。再加工過程中，一般會(huì)采用計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)（CAM）來進(jìn)行加工零件相關(guān)刀具軌跡的生成，主要就是將需要加工的產(chǎn)品采用數(shù)字化的方式來進(jìn)行表達(dá)，通過這個(gè)系統(tǒng)生成相關(guān)的加工代碼，再去控制整個(gè)數(shù)控機(jī)床，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制，以此來完成對(duì)零部件的加工過程。

1.3 加工工藝流程? 數(shù)控加工工藝流程的設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)加工工藝的設(shè)計(jì)基本上是一致的，都有著以下幾個(gè)步驟：零件的分析、毛坯的確定、工藝工序過程的設(shè)計(jì)以及工藝文件的填寫。而數(shù)控加工不同的點(diǎn)就在于數(shù)控工藝更加復(fù)雜，設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮更多的東西，它更加有針對(duì)性和特殊性、在數(shù)控機(jī)床加工工藝的流程一般是首先分析需要加工零部件的圖紙，選擇一個(gè)合適的加工方案，再通過計(jì)算確定好走刀路線、 裝夾的方法和切削用量等數(shù)據(jù)。數(shù)控加工的過程中需要進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，通過編制程序單，將設(shè)計(jì)好的走刀路線編成程序代碼，再輸送給機(jī)床，進(jìn)行零部件的自動(dòng)加工生產(chǎn)。

1.4 加工工藝中的安全問題? 數(shù)控加工過程中一般都是采用的自動(dòng)化程序，一旦程序啟動(dòng)以后，數(shù)控加工就會(huì)開始進(jìn)行工作，而且數(shù)控運(yùn)行速度很快，人工很難進(jìn)行干預(yù)。因此在進(jìn)行數(shù)控加工過程中，一定要注意工作人員和運(yùn)行設(shè)備的安全，數(shù)控機(jī)床在加工的時(shí)候運(yùn)行速度很快，任何運(yùn)動(dòng)部件的碰撞，都會(huì)對(duì)機(jī)床的精度和穩(wěn)定性都會(huì)造成一些損傷，所以在操作數(shù)控機(jī)床的時(shí)候一定要注意以下安全問題。

大多數(shù)人在數(shù)控加工過程中經(jīng)常會(huì)有一個(gè)誤區(qū)就是數(shù)控加工的切削用量要比使用普通方法加工的時(shí)候更大，但是在實(shí)際的加工過程中，數(shù)控機(jī)床切削用量的選擇要看工藝系統(tǒng)的剛度和加工的精度以及加工的材料等各種因素，想要達(dá)到更高的加工效率，首先就要選擇一個(gè)合理的編程路線，然后在不影響加工精度的前提下，提高加工時(shí)的切削用量。但是在粗加工或者切螺紋等難加工材料的時(shí)候，就不能盲目的采用大的切削量，否則可能會(huì)導(dǎo)致崩刀或工件被打出等意外事故。而一旦刀具出現(xiàn)損壞就會(huì)進(jìn)行刀具的重新安裝，這樣就會(huì)大大的影響加工效率并且會(huì)提高加工的生產(chǎn)成本。

數(shù)控加工中心一般具有自動(dòng)換刀的功能，但是換刀的過程中也會(huì)產(chǎn)生很多的問題，使用一定要盡量減少換刀的次數(shù)。當(dāng)數(shù)控機(jī)床采用笠式刀庫的時(shí)，換刀的時(shí)候需要通過刀庫與主軸的相對(duì)靠近來進(jìn)行換刀操作，這個(gè)時(shí)候就一定要注意主軸和靠近主軸的位置上不能有刀，否則就會(huì)發(fā)生撞刀事故，這對(duì)于工作人員和設(shè)備都有著很大的損壞。用鏈?zhǔn)降稁?、?dān)式機(jī)械手換刀的時(shí)候，因?yàn)殡p臂的回轉(zhuǎn)速度很快，手爪沒有固定好刀具的時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)刀具甩出和掉下等事故，因此在換刀的時(shí)候，一定要關(guān)上安全門。在刀具使用后，不一定會(huì)被裝進(jìn)原有的刀套里面，這就會(huì)導(dǎo)致直徑較大的刀具在使用過后，可能裝進(jìn)一些小號(hào)的刀套里面，這樣就會(huì)與旁邊的刀具產(chǎn)生干涉，從而影響數(shù)控機(jī)床的正常生產(chǎn)過程。因此如果在數(shù)控加工過程中要使用較大的刀具的話，一定要設(shè)置防止大刀干涉。

2? 夾具設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題

2.1 夾具的選擇? 跟傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法不同，數(shù)控機(jī)床很多的設(shè)備都是自動(dòng)化的，就需要設(shè)計(jì)的零部件能夠很好的跟機(jī)械自動(dòng)化匹配才可以，這樣可以減少人工的干預(yù)和操作，使得生產(chǎn)出來的零部件質(zhì)量更高更精準(zhǔn)。夾具的選擇是一個(gè)很重要也是比較困難的選擇，一般來說選擇高質(zhì)量的數(shù)控夾具可以提高工作效率，減少不必要的時(shí)間浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)于輔助操作的作用力也會(huì)加大，選擇高質(zhì)量的數(shù)控夾具對(duì)于提高數(shù)控加工產(chǎn)品的質(zhì)量以及數(shù)控加工的精度也是至關(guān)重要的一環(huán)。當(dāng)然工作人員在選擇夾具的時(shí)候，不能只是光看夾具的質(zhì)量，也要注意夾具于機(jī)床的匹配程度、大小這些是否可以適應(yīng)，以此來確保數(shù)控加工過程中的安全性。同時(shí)在選取夾具的時(shí)候也要考慮好夾具在數(shù)控機(jī)床上的緊實(shí)程度，防止因?yàn)閵A具太緊或者太松而影響產(chǎn)品的質(zhì)量，給數(shù)控機(jī)床造成損壞，提高企業(yè)的生產(chǎn)成本，因此在夾具的選擇的時(shí)候，一定要注意以上的問題，不能只看重一個(gè)方面去進(jìn)行選擇，要經(jīng)過很多方面的考慮才能選擇出合適的夾具。

2.2 夾具在機(jī)床中的定位? 在使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零部件的加工生產(chǎn)過程中，夾具的定位是十分重要的。數(shù)控編程的時(shí)候一般是以工件坐標(biāo)系原點(diǎn)為基準(zhǔn)，然后將工件定位，夾緊在夾具上面。夾具在機(jī)床上安裝以后，工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床的坐標(biāo)系中便有了一個(gè)確定的位置，這個(gè)位置與原點(diǎn)存在一定的偏差，這個(gè)偏差值可以自行進(jìn)行對(duì)刀確立，這樣就可以建立起工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系的聯(lián)系，然后這樣程序就可以正確的進(jìn)行運(yùn)行。但是這樣也出現(xiàn)了一個(gè)問題，就是夾具在重新安裝以后，它的位置就發(fā)生了改變，那么之前設(shè)定的偏差值就會(huì)發(fā)生其它的變化，又要使用G54-G59指令設(shè)定偏置值，這樣就會(huì)影響加工的效率和產(chǎn)品的精準(zhǔn)度。

在數(shù)控加工的前期，一定要零部件的加工圖十分了解和熟悉，了解加工零件的基本原點(diǎn)。在把夾具按照要求安裝在機(jī)床上面以后，通過對(duì)零部件的基本原點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)來降低偏差值，然后在進(jìn)行對(duì)刀操作確定好兩個(gè)坐標(biāo)系之間的對(duì)立關(guān)系，由此來確定好數(shù)控加工的精度范圍，這樣可以大大的提高加工的精準(zhǔn)度，使得加工生產(chǎn)出來的零部件可以更好的投入市場(chǎng)，也可以保證企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 可適應(yīng)性問題? 夾具在數(shù)控加工生產(chǎn)過程中有著舉足輕重的重要性，在它的設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)椴煌墓ぜ枰褂貌煌膴A具進(jìn)行加工，但是頻繁的換夾具不僅會(huì)使工作效率降低還有可能會(huì)影響加工的精度和質(zhì)量。因此工作人員在設(shè)計(jì)生產(chǎn)夾具的時(shí)候，不能只是專注于一個(gè)問題，更需要綜合的考慮工件的特征和形狀，要充分的考慮夾具和工件之間的協(xié)調(diào)性，要讓一個(gè)夾具可以適應(yīng)更多的工件，從而降低更換夾具的頻率，減少更換的時(shí)間和次數(shù)，這樣可以明顯的減少企業(yè)不必要的損耗，同時(shí)提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 剛性需求問題? 在日常的數(shù)控加工過程中，不同的工件對(duì)于剛性的需求是不一樣的，而且在加工過程中一般會(huì)選擇不同的材料進(jìn)行加工生產(chǎn)，因此設(shè)計(jì)出來的夾具一定要具有適用性，也就是要適應(yīng)不同剛性的工件。這是因?yàn)樵诩庸み^程中由于夾具夾持的部位力度比較集中，如果夾具的剛性不夠強(qiáng)，在長(zhǎng)期的使用過程中就會(huì)出現(xiàn)崩邊的危險(xiǎn)，這樣不但會(huì)影響零件正常的加工生產(chǎn)，嚴(yán)重的化還可能會(huì)出現(xiàn)安全事故，影響工作人員的人身安全，給企業(yè)造成不可估量的損失，因此，在夾具的設(shè)計(jì)過程中，一定要首先保證剛性需求的問題，這樣才能使企業(yè)的生產(chǎn)效率更高，工作環(huán)境更加安全可靠。

2.5 夾具的更換問題? 夾具的更換時(shí)夾具的前期設(shè)計(jì)中必須思考的一個(gè)環(huán)節(jié)，在數(shù)控加工過程中，往往會(huì)有一些十分復(fù)雜的工件需要進(jìn)行生產(chǎn)加工，這類復(fù)雜的零部件的加工難度一般很高，需要一些配套的夾具進(jìn)行加工。但是這類專用的夾具利用率不高，更換這類夾具消耗的時(shí)間很多，十分影響企業(yè)生產(chǎn)的效率。因此目前我國(guó)還是使用的最常用的那一套方法。其原理是在數(shù)控加工過程中使用的夾具并不是一體的，它是通過很多的零部件拼裝而成的，可以使夾具反復(fù)的進(jìn)行使用，這樣可以減少很多不必要的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。

3? 結(jié)語

相比較于我國(guó)傳統(tǒng)的機(jī)械化加工，數(shù)控機(jī)床加工具有更高的商業(yè)前途，它加工產(chǎn)品的精確度更高、效率更高以及更加具有穩(wěn)定性，目前數(shù)控加工技術(shù)也在逐漸成為我國(guó)在工藝加工過程中使用的主要技術(shù)。作為新型技術(shù)數(shù)控加工的核心器具，夾具的使用和設(shè)計(jì)，在一定的程度上提高了產(chǎn)品加工的質(zhì)量和精確度。本文主要分析了數(shù)控加工工藝的相關(guān)概述和一些問題，在結(jié)合夾具的設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些問題上的討論和思考。目前我國(guó)的數(shù)控加工工藝和夾具的設(shè)計(jì)還是存在一些問題，需要注意的地方也還有很多，在以后的加工工藝和夾具的設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際和更多的問題，使數(shù)控機(jī)床加工可以更加完善成熟，提高我國(guó)的數(shù)控加工技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量。

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