淺談數控銑加工的裝夾方式

摘要：簡要探討了數控銑加工時常見的虎鉗、卡盤和壓板等裝夾方式及特性，并提出了使用工藝補塊和組合加工等工藝設計的裝夾方式，舉例闡述了其在數控加工工藝設計時的重要性性。

關鍵詞：數控銑、裝夾方式、工藝補塊、組合加工

引言

隨著數控機床的廣泛普及，現代數控加工對加工精度和加工效率都提出了越來越高的要求，而數控加工時工件的裝夾方式不但影響產品的尺寸和形位精度以及加工效率，同時決定了工序中的零件幾何形狀，對產品質量、生產效益都有很大的影響。選擇合適的裝夾方式，既可以保證加工質量穩定性，又能提高加工效率，縮短生產周期，所以裝夾方式是我們數控加工時優先考慮的工藝問題。

1. 數控銑加工對工件裝夾的要求

工件的裝夾方式是制定數控加工方案首要考慮的問題，在確定裝夾方案時應根據已選定的加工表面和定位基準確定工件的定位裝夾方式，一般考慮以下幾點：

1.1.夾緊裝置不得影響刀具的進給，工件的加工部位要敞開。

1.2.必須保證最小的夾緊變形，保證零件的精度。在機械加工中，如果切削力大，需要的夾緊力也大，要防止工件夾壓變形而影響加工精度。應使夾緊力作用點通過或靠近支承點，避免把夾緊力作用在工件的中空區域。

1.3.對小型零件且單個工序時間不長的零件的加工，應盡可能考慮成組下料或工作臺上一次同時裝夾幾件、幾十件進行加工，可有效縮短單件的裝夾輔助時間，提高效率。

1.4.要求夾具裝卸工件方便。裝夾工件的輔助時間對加工效率影響較大，所以要求配套夾具裝卸工件時間短而且定位可靠。批量較大時應盡可能使用氣動、液壓和電動等自動夾緊裝置實現快速夾緊。

2.常用的幾種裝夾方式

2.1.虎鉗裝夾

這種裝夾方式是數控銑中最簡單、最方便、最經濟的裝夾方式之一。夾持深度最低要求鋁件一般為1.5～2mm，鋼件一般為2.5～3mm。若夾持深度太小，本道工序零件加工時，零件會因為夾持力不夠而在加工過程中產生零件移動，輕者零件報廢，重者發生安全事故。對于易變形的零件，粗加工時夾緊力可適當大些；精加工前為防止零件裝夾變形，需要調整虎鉗夾持力量。為了使定位基準和設計基準、工藝基準重合，達到快速裝夾定位的目的，可安裝軟鉗口，加工前一般將軟鉗口粗銑、精銑一刀，以保證加工過的鉗口夾持部分對機床的一個軸的平行度和對機床另外兩個軸的垂直度。

虎鉗裝夾具有快捷性的優點，但夾持范圍局限于虎鉗的開口大小。由于虎鉗成本低，通用性強，故使用廣泛，尤其是在小批量多品種的生產模式中較為常見。

2.2.三爪定心卡盤裝夾

三爪定心卡盤裝夾也是比較常見的裝夾方式，這種裝夾方式一般出現在零件的毛坯是棒料，卡盤夾持棒料底部，加工上部。采用卡盤直接裝夾時要求裝夾深度至少超過硬爪一個缺口（約5-8mm），最好是兩個（約10-15mm），需要控制夾持深度、夾緊力等與操作安全性和變形大小等一系列因素。為保證零件的加工精度，可采用軟爪裝夾，同時能起到避免夾傷零件的作用。

卡盤裝夾同樣具有快捷性的優點，特別是精度要求不是太高時，只需要首件找正工件原點，接下來零件的加工只需按照上次找正的原點既可以直接加工，減少了輔助對刀的時間。其使用范圍不受批量大小的限制，但由于卡盤的開口大小局限決定了其夾持范圍不大。

2.3.壓板裝夾

壓板裝夾可也說是加工中心上最常見的裝夾方式之一，一些尺寸比較大的零件由于虎鉗裝夾尺寸范圍受限，而多采用壓板裝夾，同時壓板裝夾也可以避免采用虎鉗等裝夾產生的變形現象，如薄壁、薄板等零件較適合壓板裝夾。壓板裝夾需要一定的技巧，當精加工時需先加工出基準面，同時注意壓板（或螺釘）安裝位置的選擇，編程時注意刀具避讓，防止碰撞夾具。視情況需要采用增加銅箔等材料防止壓傷零件已加工部位，同時還注意壓板的交替搭接，并防止此過程中出現工件位置跑動。

這種裝夾方式的夾具制造成本低，周期短，結構簡單，適用范圍廣，加工中最常見。但這種裝夾方法裝夾時間較長，零件加工完一個面通常需要兩次裝夾才能完成，技巧性較高，夾緊力要適當以防止零件變形。

除了上述三種常見的裝夾方式外還有許多其它裝夾方式，比如方箱裝夾，分度頭（第四軸）裝夾，專用工裝裝夾等，這類裝夾方式比較特殊，需要具體情況具體分析，不再一一論述。

3.工件裝夾的新發展方向

隨著先進數控裝備的不斷普及，特別是昂貴的高檔數控裝備的大量使用，生產成本投入加大，對數控加工效率愈發重視，許多新的工藝方法尤其是裝夾技術正不斷被應用，裝夾時借助工藝補塊以及成組加工方法在實際生產中正越來越多的被應用。

3.1.工藝補塊的運用

工藝補塊是在工件加工過程中起著裝夾、定位和對刀時試切等作用，而在零件加工完之前的相應工序中被保留著的工件部位以外材料。工藝補塊與工件之間靠筋條等方式連接，從而保證加工過程中工件的固定，這樣就可以變復雜工件的裝夾為形狀較為規則的工藝補塊部位的裝夾，省去了設計專用工裝的必要性，將工件裝夾簡化為虎鉗裝夾、壓板或螺栓等常用方式裝夾，大大降低了工件的裝夾、定位、找正、對刀等難度，減少了輔助工作時間，提高了加工效率。采用這種方式裝夾的零件加工精度會更好，這因為夾緊力未直接作用到工件上，同時工件在加工過程中處于最大程度的放松狀態下，應力釋放較為完全，故加工后的零件變形很小，這樣就省去了去應力時效的工序，縮短了工藝路線。需要指出的是這種裝夾方式的材料利用率會降低，但是采用組合加工方法，即在一個毛坯上將多個工件進行排列優化，一次加工出多個零件會使單個零件的材料利用率得到提高，相應抵消這種劣勢。另一方面需要注意的是控制精加工時的切屑量，以減少切削力對零件造成的變形。

工藝補塊的使用更多出現在鋁合金、鎂合金等材料的輕切削加工中，尤其適合高速銑的加工，但是隨著技術的進步在如鈦合金這樣難加工材料的加工中也顯現了用工藝補塊裝夾的優勢。

圖1“側蓋”零件三維示意圖

圖2“側蓋”零件數銑工序工藝附圖

圖1所示為某“側蓋”，其壁薄，外形不規則，虎鉗無法直接裝夾，而采用壓板裝夾比較繁瑣，這是因為工件外形決定了其找正有難度，而且完成一個面的加工需要壓板多次裝夾。而采用工藝補塊后的效果可參看圖2所示的工序工藝附圖，工件采用虎鉗裝夾，裝夾找正非常方便，一次裝夾可完成該面上所有尺寸的加工。接下來線切割工序沿輪廓一周即可完成零件的加工。該方法在實際生產中取得了很好的效果。

3.2.組合加工工藝設計

如果說成組工藝是把結構、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族（組），按零件族制定工藝進行加工，那么我們暫且將一種零件，按照多個數量組合起來下料并進行加工的工藝方法稱作組合工藝（或組合加工）。實際生產中經常遇到一些零件尺寸較小，單個工序加工時間較短的工件，實際生產時會出現多次裝夾找正、換刀等造成零件加工的輔助工時占整個生產工時的比重很高，這樣就會使數控機床的實際利用率提高不上去，生產效率較低；同時對于精度要求較高的零件多次裝夾找正，造成的誤差疊加會最終影響零件的加工精度且同一批次加工出來的零件尺寸一致性也不好控制。編制工藝時考慮組合加工工藝設計可以很好解決上述問題。

圖3所示“殼體”非常小，零件每個方向的最大輪廓尺寸都在10mm以下，但是零件的公差要求又較高，對于這樣的零件裝夾找正都很困難，單件加工的效率很低，尺寸精度及一致性也不好保證。但如果考慮選用棒料做毛坯，分度頭（第四軸）卡盤裝夾，尾座頂錐頂緊，這樣一次裝夾完成了四個面的加工，且可以一次加工多個零件（參見圖4），后續用線切割將工件切割成單個零件。很顯然采用組合加工工藝后減少了裝夾找正和換刀等輔助工時，使生產效率得以提高，另一方面零件的加工精度和尺寸一致性都得到了很好的保證，同時提高了材料利用率。

圖3某“殼體”零件外形圖 圖4“殼體”組合加工工藝設計圖

4. 結束語

隨著數控加工技術的快速發展，單件零件的加工工時和生產成本競爭的日趨激烈，對數控加工的質量和效率也愈發重視，而數控加工中裝夾方式的選擇尤為重要，好的裝夾方式可以提高產品加工的品質和縮短加工周期，大大提高產品質量和加工效率，能達到事半功倍的效果，作為數控加工的工藝人員一定要重視對裝夾方式的選擇，這是進行工藝設計時要優先考慮的問題。

參考文獻

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