数控铣床工装夹具设计与改进探索

材料材质问题，如夹具材料过硬可能划伤工件。工件夹紧过程中，确保工件受力点间的受力均衡，避免工件倾斜。同时夹紧力应尽量在接近切削部位及刚性好的主支承点位置上。所以调整夹紧力方向与切削力、工件重力方向基本一致，可有效降低夹紧力，夹紧力方向也应垂直于工件刚度最大的方向，保证工件不会变形。其次是根据工序坐标图，明确程序原点、起刀点和走刀路线等位置。工装夹具设计过程中，工作人员应在工艺图中注明程序原点、起刀点和走刀路线等坐标位置，进而建立工件与机床坐标系统两者之间的转换关系，确保下一步夹具安装情况示意图的绘制工作。接下来是确保夹具制造效率的提高。夹具制造过程应大量使用组合夹具、模块化夹具和成组夹具，从而有效提高夹具制造效率，缩短工件生产周期以及降低生产成本[2]。同时为保证机动和辅助时间重合，可使用气动、液压和组合夹紧装置，同时也可使用联动夹紧机构或者可调换夹具。最后夹具设计应进行夹具防碰撞检验，工装夹具设计过程中，应根据各个加工要求设置夹具以防止刀具与夹具碰撞。同时合理设计加工的起刀点与走刀路线，避免夹具与刀具或机床干涉，设计人员可通过设计模拟仿真软件检验刀具和夹具间的干涉情况，可进行有效的防碰撞计算，将计算结果编入加工程序。

三、数控铣床工装夹具的设计步骤与内容

首先进行工件分析，确定加工工艺与工序。这工作需要了解工件的特点、材料性质以及相应的技术要求。同时对加工余量、精度、定位和表面情况进行分析，也需要考虑定位基准和前后工序连接情况，综合分析后确定出合理的加工路线。设计夹具过程中走刀次数的确定至关重要，其次数确定可参考刀具、机床的参数。加工过程应尽可能一次装夹和加工成形，有效缩短加工生产实际，提高生产效率和加工精度。其次尽量加快装夹速度，可在数控铣床加工工件过程中，使用多位、多件夹具，加快装夹速度以及缩短加工时间。再次是对刀点的选择，通常为了简化程序计算，对刀点选择应根据零件的定位基准，以便进行机床找正检测，尽可能的减小加工误差。一般加工人员将对刀点选择在工件的基准上。接下来刀具和切削用量进行合理化选择，保证刀具的形状和尺寸符合夹具设计要求，避免机床超程、撞刀情况。同时机床的切削用量的选择应根据加工方式，如机床进行粗加工时，生产效率的有效提高是基础条件，通常其切削量和切削力相对较大，因此应重点考虑工件装夹稳定性和夹具负荷。若机床进行半精加工和精加工时，工件装夹的精度是切削用量选择的重要参数。最后是夹具设计的标准化与通用化，夹具设计的标准化可保证各零部件采用统一标准，可提高夹具制造的精度与生产效率。夹具设计的通用化，其具体指夹具设计不再以单一产品为设计对象，而是可进行类似产品的设计和生产。因此夹具设计阶段，应根据零件的结构特征、尺寸、用途和加工精度进行具体分类，以便于夹具的通用性的有效提高。

四、数控铣床工装夹具的设计改进方法

1.多个工件实现一次装夹

工装夹具设计采用压缩空气作为动力源，对夹具进行松开以及夹紧操作，这极大方便工作人员的手工换刀作用，而加装自动控制装置则可进行自动换刀，这种换刀可进行多种表面的次序加工。但这种换刀过程耗时较长，如自动换刀出现故障概率较大，这个加工过程中的较大比例的故障都出现在自动换刀装置。因此基于加工要求的基础上，对换刀次数进行适当的设计改进，缩短加工时间，降低故障频次以及提高数控机床的安全稳定性。针对这种情况进行的设计优化为多个工件一次装夹设计，实现对加工工艺的优化调整，尽可能的减少换刀次数。根据工件加工尺寸要求和数控机床设计行程，工装夹具设计成每次装夹10个工件，工件数可根据实际需求进行调整，对其进行A、B两孔扩铰作业。首先将10个工件排列成两行，每行5个工件，具体如图1所示，使用A孔扩孔刀依次对10个工件的A孔进行扩孔[3]。A孔扩孔刀换为B孔扩孔刀后，依次对10个工件的B孔进行扩孔。扩孔作业完成后将B孔扩孔刀换为A孔铰刀，依次对10个工件的A孔进行铰孔。作业完成后将A孔铰刀换为B孔铰刀，依次对10个工件的A孔进行铰孔。从换刀次数来看，10个工件进行扩铰作业只需进行4次换刀操作，这最大限度的节约加工时间。

2.多件装夹工装夹具设计要求

多件装夹工装夹具设计要求具体可包括以下四点：首先是确定工件数量和相应布置方式，这需实际参考工件形状尺寸、数控机床尺寸、机床行程以及生产批量等相关技术参数。同时也应对工件距离进行合理设计，确保该距离方便进行工件装卸和清除作业。同时多个工件一次装夹后，需要保证工件的敞开性以便进行工件的集中加工作业。其次应保证各定位元件间距离相对精确，如图2所示，工装夹具每组定位元件圆柱销与菱形销距离为a1和b1，该距离参数可由工件尺寸进行具体确定。不同定位元件间距离，如两圆柱销距离a2和b2，该距离数值的精确度应相对较高，保证机床移动元件完成相应程序移动后，各工件仍保持原来的精确位置。接下来是有效的夹紧方式，夹紧元件结构相对简单以保证刀具运动过程的安全性，同时也可采用联动夹紧方式，该方式同时夹紧多个工件，缩短工件加工时间。通常一个压板可同时夹紧2个工件，但目前数控铣床使用的是工序集中加工方式，实际区分粗、精加工工件较为困难，因此其夹紧力较大，这会在工件表面留下压板的压痕。该问题的有效解决方案是压板与工件接触部位间焊上一定厚度铜层。最后是立式数控铣床使用工装夹具的问题。立式数控铣床实际使用过程中，加工切屑容易大量积累在工件和夹具表面。设计工装夹具时，应重点考虑加工切屑问题，其对工序集中以及连续加工的自动控制装置的稳定运行至关重要。通过相应设计使得切屑及时清除和收集，保证自动刀具切削以及定位元件精度。通常有效的解决方式是使用切削液冲刷或者压缩空气吹扫加工切屑。

五、结语

通过本文对数控铣床工装夹具设计要点的阐述，对数控铣床工装夹具设计相关问题、设计步骤与内容以及设计改进方法进行具体分析。不难看出，工装夹具设计对于数控铣床加工生产至关重要，在数控铣床工装夹具设计应对可能的影响因素进行全面分析，并从实际生产细节出发，对工装夹具设计进行适当的优化改进，才能使得工装夹具设计更符合实际生产要求，从而有效推动数控机床技术的大规模应用。

参考文献：

[1]栾琪，唐永亮，赵长祜.浅谈工装夹具设计过程中的注意事项[J].中国机械，2013，（13）.

[2]张滢滢，刘春雨.关于机床夹具的发展前景的探讨[J].科技创新导报，2011，（26）.

[3]周太平，康志成，夏翔.数控铣床与加工中心夹具设计[J].现代制造工程，2011，（2）.

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