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(jí)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(jí)技工學(xué)校，廣東 廣州 510000）

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)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(lái)越高，各種數(shù)控設(shè)備越來(lái)越普及。夾具是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)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(duì)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(duì)實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的柔性自動(dòng)化、提高產(chǎn)品制造水平、適應(yīng)多變的市場(chǎng)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(gè)生產(chǎn)時(shí)間段中還占有相當(dāng)大的比例，隨著我國(guó)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(lái)固定加工對(duì)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(duì)刀元件以及夾具底座等組成。通過(guò)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(cè)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(dòng)力與剛性來(lái)引導(dǎo)刀具方向，完成數(shù)個(gè)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(guò)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(dòng)夾緊與手動(dòng)夾緊裝置，使用前對(duì)限位尺寸檢查，確定是否保持正確位置，自動(dòng)夾緊裝置在不破壞工件定位、不對(duì)工件造成變形的前提下，需要夾緊動(dòng)作迅速且有足夠的夾緊力。手動(dòng)夾緊裝置要求工藝性優(yōu)良、帶自鎖性能、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)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(cè)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(shí)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(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。通過(guò)夾具來(lái)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(shì)，工件質(zhì)量更有保障，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，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(shí)必要考慮的重要因素。所以，夾具設(shè)計(jì)過(guò)程一定意義上涵蓋了所有零件工序的具體加工信息。通過(guò)工件質(zhì)量要求來(lái)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(duì)加工精度進(jìn)行分析，通過(guò)夾緊力校驗(yàn)使工藝裝備專業(yè)性知識(shí)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(guò)程中，需注意以下幾點(diǎn)：①確保定位鍵對(duì)夾具的準(zhǔn)確定位，提高夾具的自適應(yīng)性與驅(qū)動(dòng)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(lái)的質(zhì)量平衡問(wèn)題和操作安全問(wèn)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(gè)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(zhǎng)、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(shí)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(huì)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(méi)有專用夾具的情況下，可用組合夾具來(lái)代替。

6 數(shù)控夾具的設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)夾具來(lái)間接實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)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?；A(chǔ)，創(chuàng)建好夾具元件庫(kù)，建模時(shí)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(guò)三維軟件對(duì)定位裝置建模，模擬時(shí)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(guò)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(shí)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(duì)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(duì)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(guò)觀察夾具裝配加工仿真模擬與分析，以此來(lái)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(shí)，可通過(guò)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(guò)對(duì)固件元件的修磨來(lái)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(yǔ)

目前，多工序數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為未來(lái)機(jī)械制造加工的主要發(fā)展趨勢(shì)，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(gè)方面上加大夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用的研發(fā)力度，通過(guò)對(duì)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(jìng)爭(zhēng)力。

［1］歐陽(yáng)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(wèn)題與改進(jìn)策略［J］.中國(guó)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〕