數控銑床工裝夾具的設計

摘要：夾具裝置在數控銑床制造加工中具有十分重要的作用，可以提高加工精度與勞動生產率，滿足工作需求。數控銑床工裝夾具的設計應根據要求合理選擇對刀點，篩選刀具和切削用量，重視原始工藝文件，注重防碰撞校核。在數控銑床制造加工過程中應優化工裝夾具的設計，改進夾緊動力裝置，改進多工件一次加裝，改進多件裝工裝夾具，并結合工件特性改進。

關鍵詞：數控銑床夾具設計夾緊動力裝置工件特性

中圖分類號：TG54

DesignoftheWorkFixtureforNumericalControlMillingMachines

LUOBingjunSIChanghongWEIJiangbo

LiuzhouVocationalandTechnicalCollege，Liuzhou，GuangxiZhuangAutonomousRegion，545000China

Abstract：Afixturedeviceplaysaveryimportantroleinthemanufacturingandprocessingofnumericalcontrolmillingmachines，whichcanimprovemachiningaccuracyandlaborproductivity，soastomeetworkrequirements.Thedesignoftheworkfixturesofnumericalcontrolmillingmachinesshouldreasonablyselectadjustedcutterpoints，screentoolsandcuttingamounts，attachimportancetooriginalprocessdocumentsandpayattentiontoanti-collisioncheckaccordingtorequirements.Inthemanufacturing?;andprocessingprocessofnumericalcontrolmillingmachines，itisnecessarytooptimizethedesignofworkfixtures，improvetheclampingpowerplant，improvetheone-timeclampingofmultipleworkpieces，improvetheworkfixtureofmultipleworkpieces，andcombinethecharacteristicsofworkpiecesforimprovement.

KeyWords：Numericalcontrolmillingmachine;Fixturedesign;Clampingpowerplant;Characteristicsofworkpieces

我國制造業迅速發展，數控銑床充分發揮其高精密、高速度和復合化的應用優勢，提高產品精度，減少工作量，獲得了理想的生產效果。數控銑床工裝加工制造的過程工序較多，容易受到多種因素的影響，在工裝夾具準備時浪費較多的時間，影響加工質量，因此，應不斷創新夾具技術，提高工裝夾具設計質量。

1數控銑床工裝夾具的功能

1.1提高加工精度

在各類零件的制造加工中，應用工裝夾具準確定位，可提高加工精度，提高加工質量和效率，降低工作強度，節約時間。

1.2提高勞動生產率

工裝夾具的結構包括定位元件、對刀引導元件、連接元件、夾具體、夾緊裝置及分度裝置等，應能做到精準定位，迅速夾緊。同時，工裝夾具在外形復雜、定位和安裝難度大的部件加工中具有良好的適用性，可高質高效完成裝配，便于工作人員輕松組合裝夾多個復雜部件。

1.3滿足工作需求

工裝夾具的應用可有效改善工作環境，對人員的綜合能力要求不高。特殊工裝夾具的應用能更加快速、精準地進行裝配和夾持，減輕人員操作負擔，簡化裝夾和定位流程，更加符合工作要求。

2數控銑床工裝夾具的設計要求

夾具在數控銑床生產中的應用十分關鍵，能夠實現一個或多個工件的支撐、定位和夾持，有利于切削、裝配、檢測等順利進行。在部分產品批量生產過程中，合理應用夾具，可有效減少操作時間，優化操作流程，提高生產效率，保證產品質量。工裝夾具能夠在相應位置固定工件，有效承受切割力量，結合工件尺寸、工作性質，其結構會有一定變化。產品加工受到設備、工藝、成本等各項因素的影響，因而產品工裝夾具的設計有所不同[1]。數控銑床屬于多刀片工具，在零件制造加工過程中，切削力較大，在工裝夾具的設計中，對夾緊、強度的要求較高，須有效承受銑削力。

對于數控銑床工裝夾具的設計，應使其盡可能開敞，以便工件的待加工面能充分暴露，要合理控制加工面與夾具之間的操作距離，避免加工過程中因兩者互相影響而出現碰撞、磨損等問題，從而損壞構件。

為了使零件安裝方位、編程和數控銑床坐標系方向相同，在工裝夾具設計中，應保持零件定位面與數控銑床之間具有良好的坐標聯系。此外，要保證夾具有良好的剛性及穩定性，防止加工制造中更換夾緊點，同時避免對工件、夾具定位精度產生不良影響。

在工裝夾具設計中，設計人員還應簡化數控銑床加工流程，增強加工制造的靈活性，使操作簡單，降低勞動強度，更多關注生產安全，發揮工裝夾具在數控銑床加工中的最大應用價值。

3數控銑床工裝夾具的設計要點

3.1合理選擇對刀點

數控技術不斷創新發展，數控銑床制造加工中也不斷增加刀具，這就容易出現刀具和夾具互相干涉，從而降低產品加工質量，甚至引發一系列安全問題。因此，在工裝夾具設計中，設計人員應詳細分析設計要求，明確設計要點，了解工序坐標圖內容，確保工裝夾具符合標準，刀具數量和種類等能滿足數控銑床的加工要求。工裝夾具結構相對復雜，在設計過程中應綜合考慮多種因素，并且要與操作技術人員加強溝通，提高設計方案的合理性[2]。同時，設計人員須通過信息技術，建立仿真的塑料夾具模型，詳細觀察工件側壁凸起位置是否與夾具存在互相干涉問題，在必要的情況下，合理進行防碰撞計算，并將計算結果編入加工程序。

工裝夾具的設計應有利于簡化加工程序，選擇零件的定位基準換算簡單的位置作為對刀點，便于計算，在數控銑床上容易找正，有利于加工制造中進行檢查，以最大程度減少加工誤差。設計實踐中，普遍將對刀點選擇在工件的基準點位置。

3.2篩選刀具和切削用量

設計人員應分析工裝夾具的設計內容、特點和原則，明確其在實際操作臺上的具體位置，做好準確定位。同時，設計人員要詳細分析數控銑床在實際加工中的行程，選擇適宜的刀具，保證其種類和長度等各項參數符合標準，并精準定位刀具放置的最優位置，提高刀具的應用效果，最大程度降低刀具運行安全問題的發生概率。設計人員選擇切削用量的過程中，需要結合數控銑床加工模式，明確切削用量和切削力，高度重視其生產的安全可靠性，在粗加工、精加工、半精加工等生產模式中具有良好的適用性，全面提高產品的生產加工質效[3]。另外，在夾具設計過程中應當綜合分析其標準化、通用化，盡可能保持標準統一，便于后續夾具零件互相更換，保障生產精度，提高生產效率。

3.3重視原始工藝文件

設計人員應詳細分析不同工序的坐標圖，掌握程序原點、起刀點、走刀路徑等，并結合工件結構形式、具體架構位置明確定位，在圖紙上明確標注零件加工和起刀位置等，使后期的各項工作能更加順利進行。工藝坐標校正圖主要結合數控銑床和工件坐標系之間的關系進行設計，保證設計圖紙的科學合理性，明確定位固定位置，便于操作人員詳細掌握安裝流程，精準確定基點位置、程序原點、定位基準尺等，提高設計和裝配效率。

3.4注重防碰撞校核

新時期刀具類型和數量不斷增長，各類刀具的使用性能存在一定的差異性，在多種因素的影響下，在數控銑床加工中刀具和夾具之間經常會出現互相碰撞、摩擦的現象。因此，工作人員應明確數控銑床加工制造中起刀點和路線、具體坐標點等，避免兩者之間互相干擾。夾具結構較為復雜時，設計人員要根據具體要求，制造仿真塑料夾具，詳細分析設計中可能發生的問題，進行精確設計，提高工裝夾具設計效果。

4數控銑床工裝夾具設計的優化策略

4.1改進夾緊動力裝置

工裝夾具設計的改進，需要符合加工夾緊精度要求，提高加工質量和效率，同時提高工件裝夾的自動化水平，保證夾緊的安全可靠性和靈活性，有效縮短操作時間。設計人員要合理應用氣動夾緊動力裝置，使壓縮空氣不會對加工操作環境帶來較大污染，并便于操作人員靈活調節其輸出力和運行速度，防止工裝夾具在零件加工中裝夾較緊，損壞工件夾緊表面。液動夾緊控制裝置在實踐應用中，具有噪音小、質量輕、效果好等較多顯著優勢，有利于實現工作動力循環，提高加工操作速度、安全穩定性和自動化水平，進而實現遠程控制產品加工[4]。另外，氣液式混合自動夾緊控制裝置融合了以上兩種裝置的優點，在實際應用中，將空氣壓力有效轉變為液動裝置的壓力，為夾緊元件的動力機構供應壓力，保持安全穩定的運行狀態。

為了提高數控銑床加工效率，設計人員可合理選擇自動控制設備，減少刀具更換對數控銑床的限制，實現自動換刀，減輕人工壓力，避免人工更換刀具產生的不良影響。同時，應用自動轉動和控制的工裝夾具，自動化效果較佳，在零件加工中，可提高數控銑床使用性能，節約成本，獲得良好的加工效果。

4.2改進多工件一次加裝

數控銑削時，夾具動力借助壓縮空氣完成動作，自動夾緊、松脫，便于人員操作，同時以自動控制機構自動化更換刀具，按照順序依次加工零件表面。設計人員在多工件一次加裝優化設計過程中，要綜合分析加工要求，合理設計刀具更換數量，在保證加工質量的基礎上減少加工時間，降低故障發生頻率。多件一次裝夾，能夠簡化加工流程，減少刀具更換頻次，要根據數控銑床設計、工件大小優化工裝夾具，一次裝夾不同工件，并針對性調整，提高加工精度。

4.3改進多件裝工裝夾具

設計人員要根據實際和加工需求，結合工件外形、大小、加工設備尺寸等，合理控制工件之間的間隔，提高工裝夾具的開放度，實現集中加工，便于工件處理和排屑，提高加工生產效率。設計人員應明確關鍵定位要素，選擇一面二銷的方式精準定位零件，詳細分析零件大小和用途，明確零件中菱形銷、圓柱銷的間隔距離，并且在實際應用中準確定位零件，使數控銑床在不同零件加工過程中能精準移到對應位置，提高精度。

設計人員使用連桿夾持法同步夾持多個工件，要優化內部夾具設計，增大刀具移動空間。數控銑床加工方法通常較為集中，夾持力過大，容易損壞工件表面，這就需要設計人員更多關注壓板、工件的焊接操作，保持兩者接觸位置焊接質量符合要求[5]。同時，對于多件裝模具，要實現立體式數控銑床工裝夾具設計，設計人員應詳細分析三維數控銑床切削過程，發現切屑通常會落到工裝夾具上，因此，在改進時，需注重排屑量處理，防止對刀具自動運行產生不良影響，以實現工裝夾具的精準定位，提高多件裝工裝夾具設計效果。

4.4結合工件特性改進

設計人員應當以工件為主，詳細分析其特性，掌握產品加工要求。不同零件的規格大小、型號、性能等各項參數差異較大，這就需要設計人員詳細檢查產品，準確、完整地掌握零件、材料信息數據，并在完成產品檢查工作后，做好數據記錄和存檔工作，同時借助互聯網、大數據和云計算等，有效采集、處理數據，進行數據備份，便于后續隨時查詢和利用。設計人員還應掌握不同的工藝，明確工藝和設計流程，在不同工裝夾具設計中，選擇適宜的加工工藝，借助采集、存儲的信息數據，優化繪制數控銑床基礎結構，完善設計圖，保證加工精度。另外，設計人員應關注不同工件的間距，當間距過小，容易在工件加工中出現互相碰撞和磨損的現象，增加拆裝工作難度，并且在產品加工制造中產生較多碎片，無法徹底清除，影響工件加工精度；當間距過大時，影響工件安裝速度，降低加工效率，減少經濟效益[6]。因此，設計人員應綜合考慮工裝夾具設計、安裝等各項問題，要實施合理的預防對策，提高設計方案的規范性，提高加工水平，創造更多綜合效益。

5實例分析

以數控銑床加工電子秤產品時優化設計工裝夾具為例。

5.1加工特點分析

在產品加工制造過程中，需要保證各項部件設計和安裝的科學合理性，并要求工作人員結合產品加工標準，做好電子秤周邊圓弧和倒角的加工。運用數控銑床加工時，合理設計工裝夾具，一次性完成圓弧邊制造任務，同時在倒角加工時進行正、反兩次裝夾，完成加工任務。另外，設計人員詳細分析電子秤產品的結構特點，規范設計加工技術，明確其加工流程和內容，確保倒角兩面加工的均勻性。夾具設計中，簡化其結構，考慮其操作的便捷性，提高裝夾操作的精準性和有效性，確保產品零件加工質量合格。

5.2工裝夾具結構方案設計

設計人員詳細分析電子秤生產標準，保證裝夾定位的精準性，合理應用一柱一銷方法進行定位，并在實踐過程中，緊固銷邊定位銷，給予相應的預緊力，保持圓柱定位銷緊固適宜。設計人員采用百分表找正，在數控銑床中錄入銷的中心軸線。同時，在工件安裝之后，壓緊壓板，在產品加工中執行編制的數控程序，提高工件圓弧和倒角正反面加工效果。

5.3改進設計

當工裝夾具松動時，需要重新找正，否則影響加工效率。發生這些問題的主要成因在于工裝夾具，這就需要設計人員優化工裝夾具設計，完善設計方案，提高生產效率。

要優化設計工裝夾具的功能，整合設計多個夾具零件，使定位誤差在可控范圍之內，增加夾具的剛性，同時轉變夾持力的受力點，提高加工安全穩定性，并借助百分表找直線，實現工裝夾具在數控銑床上找正。在工裝夾具改進設計的過程中，找正夾具直邊，在數控銑床執行編制的程序時，依次加工外圓弧、倒角，卸裝工件，加工反面倒角。通過零件加工實踐分析，產品加工制造效果良好，對刀找正簡單，剛性較好，同時能夠保持倒角更加均勻，保障產品外觀和質量符合要求。

對工裝夾具設計進行改進，加工質量和效率得到了明顯的提升，主要體現在：批量零件加工制造中不需要重新找正；提高工裝夾具整體剛性，不需要分層加工，操作更加簡單；倒角加工質量高，更加對稱均勻，外觀加工效果好；工裝夾具在相類似的各類工件加工制造中具有良好的應用效果，更加高效便捷、安全可靠。

6結語

工裝夾具是數控銑床加工中非常重要的部件，直接關系到產品的加工質量和效率。因此，設計人員應優化設計工裝夾具，合理應用自動化控制系統，提高其在數控銑床上的應用效果。

參考文獻：

[1]陳玲玲，鞠園.數控銑床與加工中心夾具優化設計探究[J].現代制造技術與裝備，2021，57（2）：27-28.

[2]王琛.關于數控銑床工裝夾具設計的探討[J].南方農機，2021，52（3）：36-37.

[3]韓宇，張金球，李磊.銑床用多工位夾具的設計[J].機械制造，2021，59

（3）：83-86.

[4]徐圣凱，方承凱，王炬達，等.數控銑床加工多面零件的加工工藝編程及夾具改進[J].機電產品開發與創新，2023，36（1）：118-121.

[5]卜耀先.數控銑床工裝夾具設計與改進策略[J].內燃機與配件，2021（6）：68-69.

[6]蘇家兵.數控銑床工裝夾具設計及改進策略分析[J].中國金屬通報，2023（6）：162-164.