摘要：夾具裝置在數(shù)控銑床制造加工中具有十分重要的作用，可以提高加工精度與勞動(dòng)生產(chǎn)率，滿足工作需求。數(shù)控銑床工裝夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)要求合理選擇對(duì)刀點(diǎn)，篩選刀具和切削用量，重視原始工藝文件，注重防碰撞校核。在數(shù)控銑床制造加工過程中應(yīng)優(yōu)化工裝夾具的設(shè)計(jì)，改進(jìn)夾緊動(dòng)力裝置，改進(jìn)多工件一次加裝，改進(jìn)多件裝工裝夾具，并結(jié)合工件特性改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床夾具設(shè)計(jì)夾緊動(dòng)力裝置工件特性

中圖分類號(hào)：TG54

DesignoftheWorkFixtureforNumericalControlMillingMachines

LUOBingjunSIChanghongWEIJiangbo

LiuzhouVocationalandTechnicalCollege，Liuzhou，GuangxiZhuangAutonomousRegion，545000China

Abstract：Afixturedeviceplaysaveryimportantroleinthemanufacturingandprocessingofnumericalcontrolmillingmachines，whichcanimprovemachiningaccuracyandlaborproductivity，soastomeetworkrequirements.Thedesignoftheworkfixturesofnumericalcontrolmillingmachinesshouldreasonablyselectadjustedcutterpoints，screentoolsandcuttingamounts，attachimportancetooriginalprocessdocumentsandpayattentiontoanti-collisioncheckaccordingtorequirements.Inthemanufacturing?;andprocessingprocessofnumericalcontrolmillingmachines，itisnecessarytooptimizethedesignofworkfixtures，improvetheclampingpowerplant，improvetheone-timeclampingofmultipleworkpieces，improvetheworkfixtureofmultipleworkpieces，andcombinethecharacteristicsofworkpiecesforimprovement.

KeyWords：Numericalcontrolmillingmachine;Fixturedesign;Clampingpowerplant;Characteristicsofworkpieces

我國(guó)制造業(yè)迅速發(fā)展，數(shù)控銑床充分發(fā)揮其高精密、高速度和復(fù)合化的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)品精度，減少工作量，獲得了理想的生產(chǎn)效果。數(shù)控銑床工裝加工制造的過程工序較多，容易受到多種因素的影響，在工裝夾具準(zhǔn)備時(shí)浪費(fèi)較多的時(shí)間，影響加工質(zhì)量，因此，應(yīng)不斷創(chuàng)新夾具技術(shù)，提高工裝夾具設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1數(shù)控銑床工裝夾具的功能

1.1提高加工精度

在各類零件的制造加工中，應(yīng)用工裝夾具準(zhǔn)確定位，可提高加工精度，提高加工質(zhì)量和效率，降低工作強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間。

1.2提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

工裝夾具的結(jié)構(gòu)包括定位元件、對(duì)刀引導(dǎo)元件、連接元件、夾具體、夾緊裝置及分度裝置等，應(yīng)能做到精準(zhǔn)定位，迅速夾緊。同時(shí)，工裝夾具在外形復(fù)雜、定位和安裝難度大的部件加工中具有良好的適用性，可高質(zhì)高效完成裝配，便于工作人員輕松組合裝夾多個(gè)復(fù)雜部件。

1.3滿足工作需求

工裝夾具的應(yīng)用可有效改善工作環(huán)境，對(duì)人員的綜合能力要求不高。特殊工裝夾具的應(yīng)用能更加快速、精準(zhǔn)地進(jìn)行裝配和夾持，減輕人員操作負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化裝夾和定位流程，更加符合工作要求。

2數(shù)控銑床工裝夾具的設(shè)計(jì)要求

夾具在數(shù)控銑床生產(chǎn)中的應(yīng)用十分關(guān)鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)或多個(gè)工件的支撐、定位和夾持，有利于切削、裝配、檢測(cè)等順利進(jìn)行。在部分產(chǎn)品批量生產(chǎn)過程中，合理應(yīng)用夾具，可有效減少操作時(shí)間，優(yōu)化操作流程，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。工裝夾具能夠在相應(yīng)位置固定工件，有效承受切割力量，結(jié)合工件尺寸、工作性質(zhì)，其結(jié)構(gòu)會(huì)有一定變化。產(chǎn)品加工受到設(shè)備、工藝、成本等各項(xiàng)因素的影響，因而產(chǎn)品工裝夾具的設(shè)計(jì)有所不同[1]。數(shù)控銑床屬于多刀片工具，在零件制造加工過程中，切削力較大，在工裝夾具的設(shè)計(jì)中，對(duì)夾緊、強(qiáng)度的要求較高，須有效承受銑削力。

對(duì)于數(shù)控銑床工裝夾具的設(shè)計(jì)，應(yīng)使其盡可能開敞，以便工件的待加工面能充分暴露，要合理控制加工面與夾具之間的操作距離，避免加工過程中因兩者互相影響而出現(xiàn)碰撞、磨損等問題，從而損壞構(gòu)件。

為了使零件安裝方位、編程和數(shù)控銑床坐標(biāo)系方向相同，在工裝夾具設(shè)計(jì)中，應(yīng)保持零件定位面與數(shù)控銑床之間具有良好的坐標(biāo)聯(lián)系。此外，要保證夾具有良好的剛性及穩(wěn)定性，防止加工制造中更換夾緊點(diǎn)，同時(shí)避免對(duì)工件、夾具定位精度產(chǎn)生不良影響。

在工裝夾具設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)簡(jiǎn)化數(shù)控銑床加工流程，增強(qiáng)加工制造的靈活性，使操作簡(jiǎn)單，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，更多關(guān)注生產(chǎn)安全，發(fā)揮工裝夾具在數(shù)控銑床加工中的最大應(yīng)用價(jià)值。

3數(shù)控銑床工裝夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1合理選擇對(duì)刀點(diǎn)

數(shù)控技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，數(shù)控銑床制造加工中也不斷增加刀具，這就容易出現(xiàn)刀具和夾具互相干涉，從而降低產(chǎn)品加工質(zhì)量，甚至引發(fā)一系列安全問題。因此，在工裝夾具設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)詳細(xì)分析設(shè)計(jì)要求，明確設(shè)計(jì)要點(diǎn)，了解工序坐標(biāo)圖內(nèi)容，確保工裝夾具符合標(biāo)準(zhǔn)，刀具數(shù)量和種類等能滿足數(shù)控銑床的加工要求。工裝夾具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)綜合考慮多種因素，并且要與操作技術(shù)人員加強(qiáng)溝通，提高設(shè)計(jì)方案的合理性[2]。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員須通過信息技術(shù)，建立仿真的塑料夾具模型，詳細(xì)觀察工件側(cè)壁凸起位置是否與夾具存在互相干涉問題，在必要的情況下，合理進(jìn)行防碰撞計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果編入加工程序。

工裝夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于簡(jiǎn)化加工程序，選擇零件的定位基準(zhǔn)換算簡(jiǎn)單的位置作為對(duì)刀點(diǎn)，便于計(jì)算，在數(shù)控銑床上容易找正，有利于加工制造中進(jìn)行檢查，以最大程度減少加工誤差。設(shè)計(jì)實(shí)踐中，普遍將對(duì)刀點(diǎn)選擇在工件的基準(zhǔn)點(diǎn)位置。

3.2篩選刀具和切削用量

設(shè)計(jì)人員應(yīng)分析工裝夾具的設(shè)計(jì)內(nèi)容、特點(diǎn)和原則，明確其在實(shí)際操作臺(tái)上的具體位置，做好準(zhǔn)確定位。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要詳細(xì)分析數(shù)控銑床在實(shí)際加工中的行程，選擇適宜的刀具，保證其種類和長(zhǎng)度等各項(xiàng)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，并精準(zhǔn)定位刀具放置的最優(yōu)位置，提高刀具的應(yīng)用效果，最大程度降低刀具運(yùn)行安全問題的發(fā)生概率。設(shè)計(jì)人員選擇切削用量的過程中，需要結(jié)合數(shù)控銑床加工模式，明確切削用量和切削力，高度重視其生產(chǎn)的安全可靠性，在粗加工、精加工、半精加工等生產(chǎn)模式中具有良好的適用性，全面提高產(chǎn)品的生產(chǎn)加工質(zhì)效[3]。另外，在夾具設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)綜合分析其標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，盡可能保持標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，便于后續(xù)夾具零件互相更換，保障生產(chǎn)精度，提高生產(chǎn)效率。

3.3重視原始工藝文件

設(shè)計(jì)人員應(yīng)詳細(xì)分析不同工序的坐標(biāo)圖，掌握程序原點(diǎn)、起刀點(diǎn)、走刀路徑等，并結(jié)合工件結(jié)構(gòu)形式、具體架構(gòu)位置明確定位，在圖紙上明確標(biāo)注零件加工和起刀位置等，使后期的各項(xiàng)工作能更加順利進(jìn)行。工藝坐標(biāo)校正圖主要結(jié)合數(shù)控銑床和工件坐標(biāo)系之間的關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)圖紙的科學(xué)合理性，明確定位固定位置，便于操作人員詳細(xì)掌握安裝流程，精準(zhǔn)確定基點(diǎn)位置、程序原點(diǎn)、定位基準(zhǔn)尺等，提高設(shè)計(jì)和裝配效率。

3.4注重防碰撞校核

新時(shí)期刀具類型和數(shù)量不斷增長(zhǎng)，各類刀具的使用性能存在一定的差異性，在多種因素的影響下，在數(shù)控銑床加工中刀具和夾具之間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)互相碰撞、摩擦的現(xiàn)象。因此，工作人員應(yīng)明確數(shù)控銑床加工制造中起刀點(diǎn)和路線、具體坐標(biāo)點(diǎn)等，避免兩者之間互相干擾。夾具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時(shí)，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)具體要求，制造仿真塑料夾具，詳細(xì)分析設(shè)計(jì)中可能發(fā)生的問題，進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，提高工裝夾具設(shè)計(jì)效果。

4數(shù)控銑床工裝夾具設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

4.1改進(jìn)夾緊動(dòng)力裝置

工裝夾具設(shè)計(jì)的改進(jìn)，需要符合加工夾緊精度要求，提高加工質(zhì)量和效率，同時(shí)提高工件裝夾的自動(dòng)化水平，保證夾緊的安全可靠性和靈活性，有效縮短操作時(shí)間。設(shè)計(jì)人員要合理應(yīng)用氣動(dòng)夾緊動(dòng)力裝置，使壓縮空氣不會(huì)對(duì)加工操作環(huán)境帶來較大污染，并便于操作人員靈活調(diào)節(jié)其輸出力和運(yùn)行速度，防止工裝夾具在零件加工中裝夾較緊，損壞工件夾緊表面。液動(dòng)夾緊控制裝置在實(shí)踐應(yīng)用中，具有噪音小、質(zhì)量輕、效果好等較多顯著優(yōu)勢(shì)，有利于實(shí)現(xiàn)工作動(dòng)力循環(huán)，提高加工操作速度、安全穩(wěn)定性和自動(dòng)化水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制產(chǎn)品加工[4]。另外，氣液式混合自動(dòng)夾緊控制裝置融合了以上兩種裝置的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，將空氣壓力有效轉(zhuǎn)變?yōu)橐簞?dòng)裝置的壓力，為夾緊元件的動(dòng)力機(jī)構(gòu)供應(yīng)壓力，保持安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

為了提高數(shù)控銑床加工效率，設(shè)計(jì)人員可合理選擇自動(dòng)控制設(shè)備，減少刀具更換對(duì)數(shù)控銑床的限制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，減輕人工壓力，避免人工更換刀具產(chǎn)生的不良影響。同時(shí)，應(yīng)用自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)和控制的工裝夾具，自動(dòng)化效果較佳，在零件加工中，可提高數(shù)控銑床使用性能，節(jié)約成本，獲得良好的加工效果。

4.2改進(jìn)多工件一次加裝

數(shù)控銑削時(shí)，夾具動(dòng)力借助壓縮空氣完成動(dòng)作，自動(dòng)夾緊、松脫，便于人員操作，同時(shí)以自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)化更換刀具，按照順序依次加工零件表面。設(shè)計(jì)人員在多工件一次加裝優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，要綜合分析加工要求，合理設(shè)計(jì)刀具更換數(shù)量，在保證加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上減少加工時(shí)間，降低故障發(fā)生頻率。多件一次裝夾，能夠簡(jiǎn)化加工流程，減少刀具更換頻次，要根據(jù)數(shù)控銑床設(shè)計(jì)、工件大小優(yōu)化工裝夾具，一次裝夾不同工件，并針對(duì)性調(diào)整，提高加工精度。

4.3改進(jìn)多件裝工裝夾具

設(shè)計(jì)人員要根據(jù)實(shí)際和加工需求，結(jié)合工件外形、大小、加工設(shè)備尺寸等，合理控制工件之間的間隔，提高工裝夾具的開放度，實(shí)現(xiàn)集中加工，便于工件處理和排屑，提高加工生產(chǎn)效率。設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確關(guān)鍵定位要素，選擇一面二銷的方式精準(zhǔn)定位零件，詳細(xì)分析零件大小和用途，明確零件中菱形銷、圓柱銷的間隔距離，并且在實(shí)際應(yīng)用中準(zhǔn)確定位零件，使數(shù)控銑床在不同零件加工過程中能精準(zhǔn)移到對(duì)應(yīng)位置，提高精度。

設(shè)計(jì)人員使用連桿夾持法同步夾持多個(gè)工件，要優(yōu)化內(nèi)部夾具設(shè)計(jì)，增大刀具移動(dòng)空間。數(shù)控銑床加工方法通常較為集中，夾持力過大，容易損壞工件表面，這就需要設(shè)計(jì)人員更多關(guān)注壓板、工件的焊接操作，保持兩者接觸位置焊接質(zhì)量符合要求[5]。同時(shí)，對(duì)于多件裝模具，要實(shí)現(xiàn)立體式數(shù)控銑床工裝夾具設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)詳細(xì)分析三維數(shù)控銑床切削過程，發(fā)現(xiàn)切屑通常會(huì)落到工裝夾具上，因此，在改進(jìn)時(shí)，需注重排屑量處理，防止對(duì)刀具自動(dòng)運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，以實(shí)現(xiàn)工裝夾具的精準(zhǔn)定位，提高多件裝工裝夾具設(shè)計(jì)效果。

4.4結(jié)合工件特性改進(jìn)

設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)以工件為主，詳細(xì)分析其特性，掌握產(chǎn)品加工要求。不同零件的規(guī)格大小、型號(hào)、性能等各項(xiàng)參數(shù)差異較大，這就需要設(shè)計(jì)人員詳細(xì)檢查產(chǎn)品，準(zhǔn)確、完整地掌握零件、材料信息數(shù)據(jù)，并在完成產(chǎn)品檢查工作后，做好數(shù)據(jù)記錄和存檔工作，同時(shí)借助互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等，有效采集、處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，便于后續(xù)隨時(shí)查詢和利用。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)掌握不同的工藝，明確工藝和設(shè)計(jì)流程，在不同工裝夾具設(shè)計(jì)中，選擇適宜的加工工藝，借助采集、存儲(chǔ)的信息數(shù)據(jù)，優(yōu)化繪制數(shù)控銑床基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，完善設(shè)計(jì)圖，保證加工精度。另外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)關(guān)注不同工件的間距，當(dāng)間距過小，容易在工件加工中出現(xiàn)互相碰撞和磨損的現(xiàn)象，增加拆裝工作難度，并且在產(chǎn)品加工制造中產(chǎn)生較多碎片，無法徹底清除，影響工件加工精度；當(dāng)間距過大時(shí)，影響工件安裝速度，降低加工效率，減少經(jīng)濟(jì)效益[6]。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮工裝夾具設(shè)計(jì)、安裝等各項(xiàng)問題，要實(shí)施合理的預(yù)防對(duì)策，提高設(shè)計(jì)方案的規(guī)范性，提高加工水平，創(chuàng)造更多綜合效益。

5實(shí)例分析

以數(shù)控銑床加工電子秤產(chǎn)品時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)工裝夾具為例。

5.1加工特點(diǎn)分析

在產(chǎn)品加工制造過程中，需要保證各項(xiàng)部件設(shè)計(jì)和安裝的科學(xué)合理性，并要求工作人員結(jié)合產(chǎn)品加工標(biāo)準(zhǔn)，做好電子秤周邊圓弧和倒角的加工。運(yùn)用數(shù)控銑床加工時(shí)，合理設(shè)計(jì)工裝夾具，一次性完成圓弧邊制造任務(wù)，同時(shí)在倒角加工時(shí)進(jìn)行正、反兩次裝夾，完成加工任務(wù)。另外，設(shè)計(jì)人員詳細(xì)分析電子秤產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，規(guī)范設(shè)計(jì)加工技術(shù)，明確其加工流程和內(nèi)容，確保倒角兩面加工的均勻性。夾具設(shè)計(jì)中，簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，考慮其操作的便捷性，提高裝夾操作的精準(zhǔn)性和有效性，確保產(chǎn)品零件加工質(zhì)量合格。

5.2工裝夾具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員詳細(xì)分析電子秤生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，保證裝夾定位的精準(zhǔn)性，合理應(yīng)用一柱一銷方法進(jìn)行定位，并在實(shí)踐過程中，緊固銷邊定位銷，給予相應(yīng)的預(yù)緊力，保持圓柱定位銷緊固適宜。設(shè)計(jì)人員采用百分表找正，在數(shù)控銑床中錄入銷的中心軸線。同時(shí)，在工件安裝之后，壓緊壓板，在產(chǎn)品加工中執(zhí)行編制的數(shù)控程序，提高工件圓弧和倒角正反面加工效果。

5.3改進(jìn)設(shè)計(jì)

當(dāng)工裝夾具松動(dòng)時(shí)，需要重新找正，否則影響加工效率。發(fā)生這些問題的主要成因在于工裝夾具，這就需要設(shè)計(jì)人員優(yōu)化工裝夾具設(shè)計(jì)，完善設(shè)計(jì)方案，提高生產(chǎn)效率。

要優(yōu)化設(shè)計(jì)工裝夾具的功能，整合設(shè)計(jì)多個(gè)夾具零件，使定位誤差在可控范圍之內(nèi)，增加夾具的剛性，同時(shí)轉(zhuǎn)變夾持力的受力點(diǎn)，提高加工安全穩(wěn)定性，并借助百分表找直線，實(shí)現(xiàn)工裝夾具在數(shù)控銑床上找正。在工裝夾具改進(jìn)設(shè)計(jì)的過程中，找正夾具直邊，在數(shù)控銑床執(zhí)行編制的程序時(shí)，依次加工外圓弧、倒角，卸裝工件，加工反面倒角。通過零件加工實(shí)踐分析，產(chǎn)品加工制造效果良好，對(duì)刀找正簡(jiǎn)單，剛性較好，同時(shí)能夠保持倒角更加均勻，保障產(chǎn)品外觀和質(zhì)量符合要求。

對(duì)工裝夾具設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，加工質(zhì)量和效率得到了明顯的提升，主要體現(xiàn)在：批量零件加工制造中不需要重新找正；提高工裝夾具整體剛性，不需要分層加工，操作更加簡(jiǎn)單；倒角加工質(zhì)量高，更加對(duì)稱均勻，外觀加工效果好；工裝夾具在相類似的各類工件加工制造中具有良好的應(yīng)用效果，更加高效便捷、安全可靠。

6結(jié)語

工裝夾具是數(shù)控銑床加工中非常重要的部件，直接關(guān)系到產(chǎn)品的加工質(zhì)量和效率。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)工裝夾具，合理應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，提高其在數(shù)控銑床上的應(yīng)用效果。

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