加工中心夾具的設計方法及原則

摘要：在加工中心的加工領域中，加工零件種類繁多，所對應的夾具種類也是多種多樣的。但是，這些夾具的設計基本原則是相同的，比如對夾具的基本要求及其設計要點等都存在共同點，本文將介紹加工中心夾具的設計方法及原則。

關鍵詞：加工中心 夾具 原則

加工中心的夾具均安裝在加工中心的工作臺上，隨機床工作臺作進給運動，主要由定位裝置、夾緊裝置、夾具、連接元件、對刀元件組成。加工時切削力較大，又是斷續切削，振動較大，因此加工中心夾具的夾緊力要求較大，夾具剛度、強度要求比較高。

一、對夾具的基本要求

實際上加工中心加工時一般不用很復雜的夾具，只要求有簡單的定位、夾緊機構就可以了，其設計原理也與通用銑床夾具相同。結合加工中心加工的特點，這里只提出幾點基本要求：第一，為保持零件安裝方位與機床坐標系及編程坐標系方向的一致性，夾具應保證在機床上實現定向安裝，還要求能協調零件定位面與機床之間保持一定的坐標尺寸聯系。第二，為保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夾具要做得盡可能開敞。因此，夾緊機構元件與加工面應保持一定的安全距離，同時要求夾緊機構元件能低則低，防止夾具與銑床主軸套筒或刀套、刃具在加工過程中發生碰撞。第三，夾具的剛性與穩定性要好。盡量不采用在加工過程中更換夾緊點的設計。加工過程中更換加緊點會破壞夾具或工件的定位精度。

二、常用夾具種類

1.萬能組合夾具

適用于小批量生產或研制時的中、小型工件在加工中心上進行加工。

2.專業加工中心夾具

該工件夾具是為某一項或類似的幾項工件特別設計制造的夾具，一般在批量生產或研制時非用不可時采用。

3.多工位夾具

可以同時裝夾多個工件，可減少換刀次數，也便于一邊加工一邊裝卸工件，能夠縮短準備時間，提高生產率，較適宜中批量生產。

4.氣動或液壓夾具

適用于生產批量較大，采用其他夾具又特別費工、費力的工件，能減輕勞動強度和提高生產率。但此類夾具結構復雜，造價往往較高，而且制造周期較長。

5.真空夾具

適用于有較大定位平面或具有較大可密封面積的工件。有的加工中心自身帶有通用真空平臺，在安裝工件時，對形狀規則的矩形毛坯可直接用特制的橡膠條嵌入夾具的密封槽內，再將毛坯放上，開動真空泵，就可以將毛坯夾緊。對形狀不規則的毛坯，用橡膠條不太適合，需在其周圍抹上膩子密封，這樣做不但很麻煩，而且占機時間長，效率低。為了克服這個問題，可以將其疊加在通用真空平臺上使用。

除上述幾種夾具外，加工中心中也經常采用虎鉗、分度頭和三爪卡盤等通用夾具。

三、加工中心夾具的選用原則

在選用夾具時，通常需要考慮產品的生產批量、生產效率、質量保證及經濟性等。選用時可參照以下原則：第一，在生產量小或研制時，應廣泛采用萬能組合夾具，只有在組合夾具無法解決工件裝夾時才可放棄。第二，小批量或成批生產時可考慮采用專用夾具，但應盡量簡單。第三，在生產批量較大時可考慮采用多工位夾具和氣動、液壓夾具。

四、加工中心夾具的設計要點

由于加工中心切削用量及切削力較大，又是多刃斷續切削，加工時容易傳聲振動，因此設計加工中心夾具時應注意：夾緊力要足夠且反行程自鎖；夾具的安裝要準確可靠，即安裝及加工時要正確使用定向鍵、對刀裝置；夾具要有足夠的剛度和穩定性，結構要合理。

1.定向鍵

定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般用兩個，安裝在一條直線上，其距離越遠，導向精度越高，用螺釘緊固在夾具體上。定向鍵通過與加工中心工作臺上的形槽配合確定夾具在機床上的正確位置；還能承受部分切削扭矩，減輕夾緊螺栓的負荷，增加夾具的穩定性，因此平面夾具及有些專用鉆鏜床夾具也常使用。定向鍵有矩形和圓形兩種。定向精度要求高或重型夾具不宜采用定向鍵，而是在夾具體上加工出一窄長面作為找正基面來校正夾具的安裝位置。

2.對刀裝置

對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定夾具和刀具的相對位置，對刀裝置的結構形式取決于加工表面的形狀。對刀塊常用銷釘和螺釘緊固在夾具體上，其位置應便于使用塞尺對刀，不妨礙工件裝卸。對刀時，在刀具與對刀塊上加一塞尺，避免刀具與對刀塊直接接觸而損害刀刃或造成刀塊的過早磨損。塞尺有平塞尺和圓柱形塞尺兩種，其厚度和直徑為3～5mm，對刀塊和塞尺均已標準化。使用時，夾具總圖上應標明塞尺尺寸及對刀塊工作表面與定位元件之間的位置，對刀裝置的設置應便于對刀，而且在工件切入的一端。

3.夾具體設計

為提高加工中心夾具在機床上安裝的穩固性，減小斷續切削可能引起的振動，夾具體不僅要有足夠的剛度和強度，高度和寬度比也應恰當，一般有H/B≤1～1.25，以降低夾具重心，使工件加工表面盡量靠近工作臺面。此外，還要合理地設置加強筋和耳座。若夾具體較寬，可在同一側設置兩個與加工中心T形槽間等距的耳座；對重型加工中心夾具，夾具體兩端還應設置吊裝孔或吊環以便搬運。

夾具體為鑄造，主要工作面為與機床工作面垂直的面板，該面板主要用來固定定位銷、擋銷及六角頭壓緊螺釘，底平面用來與加工中心工作臺進行連接，同時固定對刀塊。比如，X62W臥式銑床工作臺相對于操作者來說為左右方向水平放置，走刀方向與工作臺方向一致，因此，兩定位銷為左右布置，距離盡量加大，兩個耳座因為要承受較大的力所以也要左右布置。

4.人性化設計

夾具設計要求除能完成既定的定位夾具任務以外，還要考慮操作者的操作是否方便，因此夾具也要求人性化設計。

（1）考慮到多數操作者都習慣右手用力，因此，將擋銷安裝在工件左側，六角頭壓緊螺釘則安裝在工件右側，方便操作者直接夾緊。

（2）該工序要求腳的兩側同時加工，考慮到兩面同時加工的情況下，夾具體可能會妨礙走刀，所以工件安裝一定要高出夾具體，把被加工部位完全固定在夾具體上，便于走刀。為了能夠承受較大力矩，六角頭壓緊螺釘的位置應盡量靠近工件上方尺寸較大的位置，這就要求夾具高度不能太大也不能太小。

（3）根據該工序的要求，對刀塊放置在加工面左側或右側稍低于加工面的位置最為理想。但考慮到夾具體的高度及安裝問題，對刀塊只能安裝在夾具體工件的一側，對好刀之后再將刀具移到與被加工面等高的位置。

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（作者單位：邯鄲工程高級技工學校）