數控機床夾具設計的分析與應用

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、勞動生產率和產品的制造成本等。數控機床加工零件時,首先編制加工零件的程序,再將程序輸入到數控裝置以控制機床的運動,保證刀具與工件嚴格的按照程序規定的順序、路程和參數工作。加工時刀具的進刀點、退刀點等所有刀具的位置都是以工件坐標系來確定,所以編程時先要設定工件坐標系。只有夾具在機床上找正并固定,夾具上的定位元件及壓緊機構將工件固定后才能通過對刀確定工件坐標系的原點,然后將確定好的所有刀具位置點都編入程序,控制刀具從一個位置點到另一個位置點的運動過程中完成工件的加工。在加工下一個工件時就不需要再進行對刀,只需和第一個工件一樣在夾具上定位壓緊后就可以啟動程序加工。因此,只有夾具夾緊工件并通過對刀確定其在加工中心中正確位置后,才能編制加工程序。

設計夾具前,需要確定加工時使用的定位基準。通過圖紙分析出設計基準,明確產品需要加工的部位,這些加工部位相對于設計基準都有尺寸和形位關系,如位置度、垂直度或平行度等。設計基準可能不止一個,只有先加工出確定某一部位位置的設計基準才能以該設計基準作為定位基準加工這個部位,這樣才能滿足圖紙上要求的各加工部位與設計基準間的形位和尺寸關系,加工出質量合格的產品。由此分析知,工件定位基準與工件設計基準其實是一個部位,即基準重合的原則。加工設計基準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先加工,然后將設計基準變為夾具定位基準進行各部位的加工即基準統一原則。也可以先加工與設計基準有尺寸及形位關系的某一部位,然后以該部位作為定位基準加工設計基準,最后再以加工好的設計基準作為定位基準加工其余部位,即互為基準原則。

分析出工件加工時采用的定位基準,就可以開始確定夾具的結構方案。通常夾具是由定位元件、夾緊裝置、對刀引導裝置及夾具體組成。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,使工件在加工時相對于刀具及切削成形運動處于正確的位置。工件加工時會受到切削力等外力作用而產生移動無法加工,同時為防止工件振動,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,而夾具體一般是設計成一塊平板或T形板的樣式。對刀引導裝置是確定夾具相對于刀具的位置或引導刀具進行加工,如對刀塊、鉆套、鏜套等,由于數控機床中一般配有接觸式測頭、刀具預調儀及對刀部件等設備,同時由程序控制的準確的定位精度,因此數控機床中的夾具不需要對刀引導裝置,只要求有定位和夾緊的功能,如加工一組孔,孔的位置已經在程序中確定,加工時刀具直接按程序要求的各參數運行,因此數控機床夾具比普通機床夾具的結構要簡單,制造費用減少了,節約了成本。

與普通機床相比數控機床的夾具有很多優點,其中最主要的是提高了加工效率,數控機床如加工中心因為自帶有自動換刀系統,刀具庫中可以存放各種不同類型的刀具如鉆頭、銑刀,加工時若工件某一部位需要先銑后鉆的可以將在普通機床如鉆床、銑床上加工部位合并到一臺數控機床上用同一個夾具上加工,這樣只需一套夾具,節省了成本。如下圖1所示夾具,在這道工序中即有銑面又有鉆孔。因為加工中心用程序控制不同刀具,夾具結構可以不用對刀裝置結構相對簡單,根據需要還可以將不同工序的夾具放在一起同時加工,前道工序的工件加工完后裝到下道工序的夾具中,同時向前道工件的夾具裝入下一個工件,這可以通過編程實現。一般在普通機床上如鉆床,夾具一次加工一個工件,而在加工中心中可以設計成能加工多個工件的夾具。如圖2所示,一個夾具同時固定兩個相同的工件;還可以在工作臺上放置一個工件兩道工序的夾具同時加工。

通過以上概述,數控機床夾具能適應數控機床的高精度、高效率、多方向同時加工及單小批生產的特點。

參考文獻

[1] 王啟平.機械制造工藝學[M].哈爾濱工業大學出版社.

[2] 朱鵬超.數控加工技術[M].高等教育出版社.