数控铣床工装夹具设计与改进建议

数控铣床工装夹具设计与改进建议

李庆添

广东南方职业学院，广东  江门  529000

摘要：随着世界贸易的不断往来，带领了各行各业的进步与发展。作为其中之一的制造行业，起技术水平也在日益提高，数控技术作为制造业的重心，其广泛的技术应用遍布了整个行业并且不断在扩大。数控铣床在日常制造的过程中起到了至关重要的作用，其拥有高精度、高效率、适应性强、灵活性好的优点，得到了整个行业的称赞，将整个制造行业变成了一个由智能机械引领的时代。其良好的使用效果受到了工装夹具的限制。为了保证数控铣床拥有良好的制造性能，必须对夹具的设计做好充分的准备，后期的改进也要结合实际制造将铣床的性能提高。本文主要对数控铣床工装夹具的设计与改进进行探讨。

关键词：数控铣床 工装夹具 设计方法 改进方法

一、数控铣床工装夹具

夹具是由一件及以上的的部件组成的，起到了良好的定位和固定效果。夹具在日常制造的过程中，能给予数控铣床良好的工作质量和工作效率，降低了残次产品的生成率。虽然夹具不具有铣床的工作能力，但需要其将工件牢固的固定在某一加工位置，以保证良好的产品质量。夹具也需要根据工作环境、工作状况等方面进行考量，工件的精密程度越高，对工装夹具的要求也就越高。铣床因其工作性质（一般为切削加工）需要夹具有足够的固定强度，铣床是通过刀具进行加工的，产生的切削力相对较大，对夹具的要求也就更高。

传统意义上用于铣床的夹具，一般都包含螺旋夹持件、压板、凸轮夹持件。螺旋构件分为大和小，大的需要借助工具旋紧90°（90°为工作规范），小的同样也需要同样的角度。压板是夹具中最常见的工件，压板必须经过表面处理，工作时必须在表面安装防护材料，防止损害工件表面。工作过程中需要注意夹持方法，保证夹具拥有足够的夹持力，还要注意是否适合某种工作强度，长时间的工作可能引起夹具内损，导致工作物未能达到质量标准。凸轮件的局限性相对来说比较多，因其不稳定性，只能在一定程度上起到自锁功能，在某些工作情况下不建议使用。这些都是常见的工装夹具，是制造行业多年累积下来的果实，对制造行业的大部分需求都能够满足。

三、数控铣床工装夹具设计

1.设计重点

实际制造过程中，需要夹具将工件准确的定位和固定，根据工作状况选取相应的夹具。总的来说，在满足紧密配合铣床的基础上，还要注意以下几点：

能够准确的实现定位和固定作用

能够和铣床精确配合

能够保持被加工物在加工的过程中保持稳固

应有保护措施，防止对被加工物造成表面损伤

夹具应该具有足够的工作强度和工作条件

要考虑是否易于后期维护和更换夹具

在考虑工装夹具性价比

对高强度工况下的夹具应该选用高强度材料或者经过处理

尽量减小本身的公差，工作时还要考虑加工件的精度。

2、设计路线和工艺

对于夹具如何加工，对于工艺的选定，首先需要对铣床所需要的零件进行综合分析，确定采用某种材料，是否适合该铣床的工作强度和工作环境。除此之外，在加工的过程中需要对零部件所需要的精度进行监控，某些高精度工件需要夹具的精度非常高，并且工件的热处理方式和实际尺寸需要在加工前确定。在具体的加工过程中，操作人员也需要详细的了解加工方式、加工顺序，定位标准等，在设计过程中，铣床的刀具参数也是夹具的设计的重要参考指标，参数设定之后，如何走刀必须要明确指出，还有就是夹具是否能一步将工件固定，这也是影响夹具设计的一大因素，直接影响工作效率。

3）夹具对刀的工艺设计分析

第一，操作人员应当尽可能的将工艺的的合理性最大化，利用高效的计算方式计算对刀点（零件加工是需要的定位的标准位置），主要为了在加工过程中偏离标准位置的找正更加简易化，同时也利于后期的质量检查，可以准确方便的检查，将误差最小化。

第二，尽量降低制造难度，需要通过计算和换算某些数据来实现。

第三，对刀具的选择必须明确指出。在数控铣床工装夹具的设计过程中，选取刀具类型，必须要结合刀自身和工作效果，然后根据零件所处铣床位置，夹具进行考量，将其安装在铣床工作的最佳位置，目的是为了解决撞刀的问题，撞刀会损坏零件，提高了生产成本，降低了工作效率，该问题是设计环节必须要考虑的因素。

第四，操作人员应该严格按照设计的加工方式和加工顺序进行加工，防止降低精准度。

第五，在考虑加工阶段的粗细程度水平上，应当切削工艺的是实际需要来加工，必须加以重视。在粗加工的过程中，如果需要保证生产效率和降低成本，那么可以增大切削量。若是精加工，应当分析夹具的精度是否满足加工的需要，选取更适合的夹具，进而提高实际的应用效果。

四、数控铣床工装夹具的设计改进

1.工装夹具设计采用一次装夹多个工件

数控铣床一般通过空气压缩机将标准空气压缩成一定压强的压缩空气，将其作为动力，可以实现自动换刀，也可以手动换刀。加工过程中，换刀可以实现对多种表面的顺序加工，不过自动换刀工作形式相对来说容易出现故障，加工中心的绝大多数故障都出现在自动换刀上，每次换刀的时间比较长。为了减少在换刀过程中的花费的时间，可以通过减少换刀次数，但前提是满足工件的所需要的要求。如图，通过设计选择采用一次装夹多个工件的工作形式，在保证工作质量的前提下，尽量减少换刀次数。根据工件所需要的加工尺寸和外形，结合机床行程，设计成每次装夹8个工件。如图所示：

工作过程为：安装孔 a 的扩孔刀，依次对工件 1~工件 8 的孔a进行扩张， 换孔 a 的铰刀，按照相同的顺序进行铰削；b孔重复孔a的过程，在安装的过程中，注意安装的要求和位置是否合理。从上述工作行程来看，每次工作只需要更换4次铰刀，即可完成对8个零件的加工，极大的提高了工作效率。

2.多件装夹工装夹具的设计要点

一是按照工件所需要的精度要求和外形尺寸等，结合铣床的工作行程、工作台的尺寸大小以及生产的数量来确定如何合理的布置工件，更工件的距离应该适中，确定工件数量，在一定程度上保证工作效率。上图中，m和n为设计时，设计的适当的工件距离，保证每个工件的工作不会相互影响，同时还有利于工件的装卸和零件碎屑的清除。同时开敞程度要适当，可以实现集中加工，在保证不影响加工的同时尽量减少和工作部件接触，以防出现故障。

二是各个定位的工件之间的距离应该尽量减小误差，提高精确度。 定位元件之间的距离如图所示：

工装夹具采用一个圆柱销和一个菱形销固定一面的方式，根据工件的加工尺寸，确定每组定位部件中的圆柱销与菱形销之间的距离 x1 和 y1 。各组定位部件之间的距离，如两圆柱销之间的距离 x2 和 y2 应保持精确，为了保证铣床工作的部件按照工作顺序工作时工件能够保持在精准的位置。

三是夹紧方式的选取是否适当。夹紧部件的安装与拆卸应当尽可能简单，方便后期部件的维护和更换，同时还可以为铣床上工作的刀具留有更多的空间，防止引起撞刀问题。上图中每个压板都保持夹紧两个工件，应用了多个夹紧部件同时作用的方式，在保证夹紧程度的前提下，减少了夹紧部件的使用。实际制造过程中，数控铣床为了提高工作效率和生产成本，一般采用工序集中的方式，精细加工分界不明显，为了保证能够正常加工，一般将夹紧力度设置偏大，这样带来的后果就是损伤工件表面，所以，在进行加工之前，对压板进行处理，加装软质防护材料。

五、是对立式数控铣床工装夹具的改进

立式数控铣床加工时，影响铣床工作的性能的就是工件的碎屑，由于是立式铣床，碎屑极易落在工件和工装夹具上。因此，为了保证铣床加工中心的工序集中和连续加工正常进行，在设计工装夹具时，尽量避免废屑和工装夹具的接触面积，排屑对于立式铣床必须加以重视。排屑过程应当保证不能影响加工过程，而且尽量使排屑废物不会影响工装夹具的定位精度。处理切屑的方式可以通过切削液冲洗，或者使用压缩空气等方式将废屑除掉。

六、小结：

数控铣床在对工件进行加工时，为了保证工作质量和工作效率，必须有工装夹具加以协助，工装夹具的设计是否合理，改进是否有效，直接从数控铣床的工作过程中表现出来，

高效合理的工装夹具，能够将数控铣床的性能发挥最大化，在设计工装夹具过程中，主要包括设计工艺，固定方式和对刀，同时需要注意夹具的开敞程度，开敞程度可以保持加工能够正常持续进行。本文讨论的工装夹具采用一次装夹多个工件的设计，结合实际制造，用多件工装夹具的方式，解决了实际制造过程中带来的工作效率低生产成本高的问题。在实际制造的过程中，设计人员和操作人员应该结合实际研究，设计出适合满足实际制造的需要，同时更加简易，实用的工装夹具，降低操作人员的工作强度和安全风险，为人们的发展做出突出贡献。

参考文献：

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[2]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

[3]王光斗,王春福.机床夹具设计手册[M].上海科学技术出版社,2000

[4]蒋信芳.数控铣床工装夹具设计内容与改进分析[J].科技视界，2014