探究多工序加工系統(tǒng)的數(shù)控夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用

李錦棠

（廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校，廣東 廣州 510000）

探究多工序加工系統(tǒng)的數(shù)控夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用

李錦棠

（廣州市機(jī)電高級技工學(xué)校，廣東 廣州 510000）

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著我國宏觀經(jīng)濟(jì)政策的成功實(shí)施和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上日漸趨向智能化方向發(fā)展，現(xiàn)代化的工業(yè)制造設(shè)備被大量引進(jìn)采用，加工精度相比以往越來越高，各種數(shù)控設(shè)備越來越普及。夾具是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中的重要組成部分，對提高零件的加工效率與質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和提高經(jīng)濟(jì)效益都有著直接的影響。機(jī)床夾具對于單件批量少、精度要求高的產(chǎn)品作業(yè)，具有相當(dāng)有效的輔助作用，是數(shù)控加工系統(tǒng)中不可或缺的重要裝置。

多工序加工系統(tǒng)；數(shù)控夾具；設(shè)計(jì)應(yīng)用；工藝裝置

夾具作為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)器制造的常用和關(guān)鍵的工藝裝置，對實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的柔性自動化、提高產(chǎn)品制造水平、適應(yīng)多變的市場需求起著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)階段，關(guān)于夾具的設(shè)計(jì)和制造的周期在整個生產(chǎn)時間段中還占有相當(dāng)大的比例，隨著我國工業(yè)制造在柔性加工單元制造系統(tǒng)上的大范圍應(yīng)用，如何增加夾具柔韌性、縮短夾具設(shè)計(jì)周期以及提高夾具設(shè)計(jì)的實(shí)用性，是現(xiàn)代制造業(yè)的主要研究課題。

1 數(shù)控加工夾具的特點(diǎn)

夾具又稱卡具，是一種用來固定加工對象的高度柔性的輔助裝備，由各種形狀的連接元件、分度裝置、定位裝置、夾緊器具、對刀元件以及夾具底座等組成。通過夾具產(chǎn)生的夾緊力把工件始終固定在正確位置，從而保障產(chǎn)品迅速、安全、順利地被機(jī)床檢測和加工。為了滿足加工面與表面之間的尺寸位置精度要求，夾具定位件的接觸面與刀具和工件的定位基準(zhǔn)面要保證處于一致位置，這樣工件在夾具中也始終處于一致的位置，促使機(jī)床實(shí)現(xiàn)最佳的動力與剛性來引導(dǎo)刀具方向，完成數(shù)個或不同工位的加工，更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工質(zhì)量與精度。

2 數(shù)控加工夾具的要求

夾具的基本要求為：高效率、高適應(yīng)性、高精度。從夾緊力度、裝夾方向、力作用點(diǎn)大小等方面著手，在機(jī)械加工過程中，根據(jù)工件的位置形態(tài)和需要達(dá)到的加工效果選擇自動夾緊與手動夾緊裝置，使用前對限位尺寸檢查，確定是否保持正確位置，自動夾緊裝置在不破壞工件定位、不對工件造成變形的前提下，需要夾緊動作迅速且有足夠的夾緊力。手動夾緊裝置要求工藝性優(yōu)良、帶自鎖性能、結(jié)構(gòu)相對簡單。夾具的制造公差根據(jù)夾具元件的功用及裝配要求的不同而不同。整體夾具的工藝結(jié)構(gòu)組成盡量采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，為了方便夾具的維護(hù)與管理，需要最大限度地減少制造專用件的比例，盡可能選擇便于測量和制造的專用件。

3 數(shù)控加工夾具的作用

傳統(tǒng)的機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械操作模式在當(dāng)今時代逐漸顯現(xiàn)出不足和局限性，而現(xiàn)代化機(jī)床夾具拓寬了設(shè)計(jì)工裝夾具的思路，具體體現(xiàn)在：最大限度地?cái)U(kuò)大了機(jī)床的工藝范圍，減輕勞動強(qiáng)度的同時，提高了生產(chǎn)效率。通過夾具來定位工件，能不受人工操作水平的影響，可保證加工精度的穩(wěn)定性，使不同批次的零件達(dá)到相同的質(zhì)量。機(jī)床夾具定位工件夾緊速度快，夾具批量裝夾相比人工裝夾具有更便捷、更安全、更省力的優(yōu)勢，工件質(zhì)量更有保障，在提高生產(chǎn)效率的同時，又降低了生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

4 數(shù)控加工夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

數(shù)控加工夾具主要由定位裝置（固定式鉆模板）、夾緊裝置（定位鍵）、夾具體三部分組成。經(jīng)濟(jì)適用性強(qiáng)，開放性與智能化兼?zhèn)涫窃O(shè)計(jì)夾具時必要考慮的重要因素。所以，夾具設(shè)計(jì)過程一定意義上涵蓋了所有零件工序的具體加工信息。通過工件質(zhì)量要求來合理確定零件的尺寸和形位公差，根據(jù)夾具的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)初步確定夾緊方案，并利用三維建模裝配圖等綜合確定設(shè)計(jì)方案。應(yīng)對加工精度進(jìn)行分析，通過夾緊力校驗(yàn)使工藝裝備專業(yè)性知識系統(tǒng)化，最后輸出夾具裝配圖以及相關(guān)工藝文件，以形成最終的設(shè)計(jì)方案。在夾具設(shè)計(jì)過程中，需注意以下幾點(diǎn)：①確保定位鍵對夾具的準(zhǔn)確定位，提高夾具的自適應(yīng)性與驅(qū)動性能，保證數(shù)控加工程序的順利進(jìn)行；②考慮夾具的基本需求以及受力部件要有足夠的強(qiáng)度和剛度滿足數(shù)控加工的需要；③要考慮夾具設(shè)計(jì)的通用性，并解決由夾具旋轉(zhuǎn)帶來的質(zhì)量平衡問題和操作安全問題，以提高夾具的利用率；④要避免機(jī)床與夾具之間的影響，確保夾具尺寸高度精確。

5 數(shù)控夾具的主要分類

夾具主要分為：①銑床夾具。②通用夾具。不需要調(diào)整就可以加工很多不同的工件，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)成熟，具有很強(qiáng)的靈活性。③專用夾具。根據(jù)工件特征，為滿足客戶大批量訂單生產(chǎn)需求而專門為某個產(chǎn)品的某道工序設(shè)計(jì)的夾具，具有操作便捷的優(yōu)點(diǎn)，但缺乏柔性，且一旦修改產(chǎn)品形狀和尺寸，夾具就不能繼續(xù)使用。④鉆床夾具。⑤組合夾具。具有設(shè)計(jì)和組裝周期短、使用壽命長、能加快工件加工的周期、投入成本低、重復(fù)多次使用等優(yōu)點(diǎn)，使用范圍廣，組合夾具包括可調(diào)部分和基本部分，適合于在形狀與尺寸上有所變化的多種工件，使用時可以進(jìn)行更換和調(diào)整，但元件之間不能實(shí)現(xiàn)互換，所以，在一定程度上會影響工件的加工精度；組合夾具是目前機(jī)床夾具中通用化標(biāo)準(zhǔn)化程度最高的一種夾具，在數(shù)控加工沒有專用夾具的情況下，可用組合夾具來代替。

6 數(shù)控夾具的設(shè)計(jì)過程

6.1 定位裝置的設(shè)計(jì)

定位裝置是夾具的重要組成部分，工件相比于機(jī)床，定位是通過夾具來間接實(shí)現(xiàn)的，通過對零件所需限制自由度的具體分析，以工件幾何要素間的關(guān)系，依據(jù)點(diǎn)、面、中心線或?qū)ΨQ中心面為基準(zhǔn)減少定位誤差，并事先以泵體零件為裝配件作為建模基礎(chǔ)，創(chuàng)建好夾具元件庫，建模時可直接調(diào)用。選擇矩形截面結(jié)構(gòu)的定位鍵或采用一面兩銷的定位夾具，再通過三維軟件對定位裝置建模，模擬時定位鍵的距離要盡可能大，初步形成定位裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

6.2 夾緊裝置的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)裝置的過程中，為了保證夾具質(zhì)量，需要根據(jù)零件的誤差分析合理計(jì)算加工時的切削力，再選擇相應(yīng)的夾緊元件應(yīng)用到三維軟件的裝配圖中，根據(jù)夾緊元件的尺寸及位置需求決定是否對夾具的定位夾緊方案及夾具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，這樣能更加直觀、明了地呈現(xiàn)夾緊裝置的設(shè)計(jì)圖，如圖1所示。

圖1 夾緊裝置設(shè)計(jì)圖

6.3 干涉檢查、裝配基準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)可調(diào)性

夾具總體設(shè)計(jì)完成后，需要根據(jù)所選定不同零件，甚至不同工序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行干涉檢查，夾具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是刀具組件與夾具組件之間不干涉，夾具的功能是實(shí)現(xiàn)對零件的準(zhǔn)確定位與夾緊功能。根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，通過觀察夾具裝配加工仿真模擬與分析，以此來判斷夾具元器件之間是否存在干涉的可能；夾具通常采用銷釘、定位芯軸、芯軸襯套、螺旋夾緊器、螺栓加固定位，調(diào)整和裝配夾具時，可通過調(diào)整零部間的調(diào)整墊圈使工件保持在準(zhǔn)確定位的位置上，或通過對固件元件的修磨來補(bǔ)償其他元器件的誤差，從而更好地提高夾具精度。

7 結(jié)束語

目前，多工序數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為未來機(jī)械制造加工的主要發(fā)展趨勢，加工企業(yè)應(yīng)該從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，從夾具的安裝、裝夾、構(gòu)形設(shè)計(jì)以及性能這四個方面上加大夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用的研發(fā)力度，通過對夾具有效利用，提高工件的質(zhì)量和企業(yè)工藝裝備系數(shù)，全面提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與綜合競爭力。

［1］歐陽坤源.基于多工序加工系統(tǒng)中數(shù)控夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用問題與改進(jìn)策略［J］.中國設(shè)備工程，2017（06）.

［2］吳嘯天.典型薄壁零件的數(shù)控車削加工工藝分析與夾具設(shè)計(jì)［J］.木工機(jī)床，2017（01）.

TG75

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.02.153

2095－6835（2018）02－0153－02

張思楠〕