加工中心夾具的設(shè)計(jì)方法及原則

摘要：在加工中心的加工領(lǐng)域中，加工零件種類繁多，所對(duì)應(yīng)的夾具種類也是多種多樣的。但是，這些夾具的設(shè)計(jì)基本原則是相同的，比如對(duì)夾具的基本要求及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)等都存在共同點(diǎn)，本文將介紹加工中心夾具的設(shè)計(jì)方法及原則。

關(guān)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(tái)上，隨機(jī)床工作臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主要由定位裝置、夾緊裝置、夾具、連接元件、對(duì)刀元件組成。加工時(shí)切削力較大，又是斷續(xù)切削，振動(dòng)較大，因此加工中心夾具的夾緊力要求較大，夾具剛度、強(qiáng)度要求比較高。

一、對(duì)夾具的基本要求

實(shí)際上加工中心加工時(shí)一般不用很復(fù)雜的夾具，只要求有簡(jiǎn)單的定位、夾緊機(jī)構(gòu)就可以了，其設(shè)計(jì)原理也與通用銑床夾具相同。結(jié)合加工中心加工的特點(diǎn)，這里只提出幾點(diǎn)基本要求：第一，為保持零件安裝方位與機(jī)床坐標(biāo)系及編程坐標(biāo)系方向的一致性，夾具應(yīng)保證在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)定向安裝，還要求能協(xié)調(diào)零件定位面與機(jī)床之間保持一定的坐標(biāo)尺寸聯(lián)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(kāi)敞。因此，夾緊機(jī)構(gòu)元件與加工面應(yīng)保持一定的安全距離，同時(shí)要求夾緊機(jī)構(gòu)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(guò)程中發(fā)生碰撞。第三，夾具的剛性與穩(wěn)定性要好。盡量不采用在加工過(guò)程中更換夾緊點(diǎn)的設(shè)計(jì)。加工過(guò)程中更換加緊點(diǎn)會(huì)破壞夾具或工件的定位精度。

二、常用夾具種類

1.萬(wàn)能組合夾具

適用于小批量生產(chǎn)或研制時(shí)的中、小型工件在加工中心上進(jìn)行加工。

2.專業(yè)加工中心夾具

該工件夾具是為某一項(xiàng)或類似的幾項(xiàng)工件特別設(shè)計(jì)制造的夾具，一般在批量生產(chǎn)或研制時(shí)非用不可時(shí)采用。

3.多工位夾具

可以同時(shí)裝夾多個(gè)工件，可減少換刀次數(shù)，也便于一邊加工一邊裝卸工件，能夠縮短準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)率，較適宜中批量生產(chǎn)。

4.氣動(dòng)或液壓夾具

適用于生產(chǎn)批量較大，采用其他夾具又特別費(fèi)工、費(fèi)力的工件，能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)率。但此類夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)往往較高，而且制造周期較長(zhǎng)。

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(tái)，在安裝工件時(shí)，對(duì)形狀規(guī)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(nèi)，再將毛坯放上，開(kāi)動(dòng)真空泵，就可以將毛坯夾緊。對(duì)形狀不規(guī)則的毛坯，用橡膠條不太適合，需在其周圍抹上膩?zhàn)用芊猓@樣做不但很麻煩，而且占機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，效率低。為了克服這個(gè)問(wèn)題，可以將其疊加在通用真空平臺(tái)上使用。

除上述幾種夾具外，加工中心中也經(jīng)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(shí)，通常需要考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)批量、生產(chǎn)效率、質(zhì)量保證及經(jīng)濟(jì)性等。選用時(shí)可參照以下原則：第一，在生產(chǎn)量小或研制時(shí)，應(yīng)廣泛采用萬(wàn)能組合夾具，只有在組合夾具無(wú)法解決工件裝夾時(shí)才可放棄。第二，小批量或成批生產(chǎn)時(shí)可考慮采用專用夾具，但應(yīng)盡量簡(jiǎn)單。第三，在生產(chǎn)批量較大時(shí)可考慮采用多工位夾具和氣動(dòng)、液壓夾具。

四、加工中心夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于加工中心切削用量及切削力較大，又是多刃斷續(xù)切削，加工時(shí)容易傳聲振動(dòng)，因此設(shè)計(jì)加工中心夾具時(shí)應(yīng)注意：夾緊力要足夠且反行程自鎖；夾具的安裝要準(zhǔn)確可靠，即安裝及加工時(shí)要正確使用定向鍵、對(duì)刀裝置；夾具要有足夠的剛度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)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(gè)，安裝在一條直線上，其距離越遠(yuǎn)，導(dǎo)向精度越高，用螺釘緊固在夾具體上。定向鍵通過(guò)與加工中心工作臺(tái)上的形槽配合確定夾具在機(jī)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(fù)荷，增加夾具的穩(wěn)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(zhǎng)面作為找正基面來(lái)校正夾具的安裝位置。

2.對(duì)刀裝置

對(duì)刀裝置由對(duì)刀塊和塞尺組成，用來(lái)確定夾具和刀具的相對(duì)位置，對(duì)刀裝置的結(jié)構(gòu)形式取決于加工表面的形狀。對(duì)刀塊常用銷釘和螺釘緊固在夾具體上，其位置應(yīng)便于使用塞尺對(duì)刀，不妨礙工件裝卸。對(duì)刀時(shí)，在刀具與對(duì)刀塊上加一塞尺，避免刀具與對(duì)刀塊直接接觸而損害刀刃或造成刀塊的過(guò)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(duì)刀塊和塞尺均已標(biāo)準(zhǔn)化。使用時(shí)，夾具總圖上應(yīng)標(biāo)明塞尺尺寸及對(duì)刀塊工作表面與定位元件之間的位置，對(duì)刀裝置的設(shè)置應(yīng)便于對(duì)刀，而且在工件切入的一端。

3.夾具體設(shè)計(jì)

為提高加工中心夾具在機(jī)床上安裝的穩(wěn)固性，減小斷續(xù)切削可能引起的振動(dòng)，夾具體不僅要有足夠的剛度和強(qiáng)度，高度和寬度比也應(yīng)恰當(dāng)，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(tái)面。此外，還要合理地設(shè)置加強(qiáng)筋和耳座。若夾具體較寬，可在同一側(cè)設(shè)置兩個(gè)與加工中心T形槽間等距的耳座；對(duì)重型加工中心夾具，夾具體兩端還應(yīng)設(shè)置吊裝孔或吊環(huán)以便搬運(yùn)。

夾具體為鑄造，主要工作面為與機(jī)床工作面垂直的面板，該面板主要用來(lái)固定定位銷、擋銷及六角頭壓緊螺釘，底平面用來(lái)與加工中心工作臺(tái)進(jìn)行連接，同時(shí)固定對(duì)刀塊。比如，X62W臥式銑床工作臺(tái)相對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)為左右方向水平放置，走刀方向與工作臺(tái)方向一致，因此，兩定位銷為左右布置，距離盡量加大，兩個(gè)耳座因?yàn)橐惺茌^大的力所以也要左右布置。

4.人性化設(shè)計(jì)

夾具設(shè)計(jì)要求除能完成既定的定位夾具任務(wù)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(shè)計(jì)。

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

（2）該工序要求腳的兩側(cè)同時(shí)加工，考慮到兩面同時(shí)加工的情況下，夾具體可能會(huì)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?shù)奈恢脩?yīng)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(jù)該工序的要求，對(duì)刀塊放置在加工面左側(cè)或右側(cè)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(wèn)題，對(duì)刀塊只能安裝在夾具體工件的一側(cè)，對(duì)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(jí)技工學(xué)校）