數控銑床工裝夾具設計與改進探索

李興迪

（昆明鐵道職業技術學院，云南昆明 650208）

0 引言

隨著我國經濟社會和科技的不斷進步和發展，裝備制造業也在飛速前進。其中，數控銑床因其具有高精度、生產速度快等優點，被廣泛應用于各個行業的產品加工制造中。在實際生產加工過程中，操作者選用工件、刀具等，并對加工進行調試，對生產的零件進行檢測，均會花費大量的時間，影響生產效率，所以考慮提高數控銑床加工技術的應用勢在必行，而合理使用數控銑床工裝夾具能有效提高產品的精度、降低操作者勞動強度。

在數控銑床中，裝夾工藝具有十分重要作用，它能將工件進行定位和夾緊后，保證工件在加工過程中能夠有條不紊地進行。特別是大批量的生產中，夾具的應用可以有效減少各種資源的浪費，提高工作效率。雖然夾具本身不具有切削加工的作用，但在實際的生產過程中能夠將產品固定于某一確定的位置上而使產品的加工誤差減小，所以提高數控銑床工裝夾具的設計及改進顯得尤為重要。

1 數控銑床工裝夾具設計流程與優化

數控銑床的工裝夾具設計流程主要有3 個步驟：首先，需要認真分析產品圖樣，全面把握產品的尺寸、定位及產品在生產過程中需要注意的細節，同時需要仔細了解該產品的結構特征、生產工藝、材料性能等技術要求；其次，需要對加工產品的精度、加工余量以及表面情況進行分析和預估，仔細斟酌加工工藝對夾具整體性能的影響；最后，準確分析前后加工工序對產品精度的影響。經過以上產品的設計流程后，制定出適宜的數控銑床工裝夾具加工工藝。

在數控銑床加工過程中，也可對現有的工裝夾具進行優化和改進，原有的工裝夾具是單個夾具，可以優化設計成多件夾裝的工裝夾具。多件夾裝工具進行加工時需要對工件進行合理布置，根據加工產品以及機床的外形尺寸等外部因素進行合理的規劃。各工件之間需要保持適當的間距，這樣方便工件的裝卸以及切屑的清除。另外，各定位元件之間的距離一定要精準（圖1）。工裝夾具有的是一面兩銷定位，需要根據加工工件的不同，調整圓柱銷和菱形銷之間的間距。在實際進行加工時，需要確保各定位元件之間的精準定位從而確保加工工件按照加工步驟和數控程序運行，這樣保障各加工工件具有較高的質量精度。

在加工時需要特別注意的是，夾具的夾緊方式設計必須合理，所采用的夾緊元件應該盡量簡單化，以保障刀具在切削過程中具有充余的空間。例如，在立式銑床上加工時需要注意能夠方便進行排屑，因為在此種機床在進行切削加工時切屑更容易落在夾具表面上，對機床進行合理排屑除還可以使機床能夠正常工作，保證工件的加工誤差最小。

2 數控銑床工裝夾具設計特點及原則

在數控銑床加工生產過程中，夾具的主要作用是夾緊和定位。工裝夾具的設計應該遵循數控銑削的工藝要求，在設計時需要考慮以下3 個方面的問題。

（1）設計時注意夾具的開敞程度，注意避開銑床主軸套筒以及刀具以免產生干涉。在實際加工時需要最大程度地增大夾具的開敞程度，同時需要保證加工工件的整個工作面可以完全暴露出來，保證各工件之間、加工面和各夾緊元件之間的距離足夠安全，實際加工時需要夾緊元件處在最低位置，保證刀具和夾具之間不會產生相互干擾。

（2）在機床進行工件裝夾時需要注意安裝方位和數控機床的加工坐標系保持一致，這就要求夾具有不定向安裝的設計，從而使加工機床和加工零件之間具有相互協調性。

（3）在進行機床夾具的設計時，注意滿足機床夾具的使用穩定性，同時需要滿足強度要求。特別需要注意的是對夾具的夾緊點的設計，要滿足可以方便簡單的更換、調整夾具，以避免在實際的生產過程中對產品加工精度產生影響的要求，除此之外，在進行數控銑床工裝夾具設計時，需要注意夾具安裝過程簡單、操作過程要便于調整，靈活好用，從而降低操作者的施工難度。

對數控銑床工裝夾具設計時需要注意的原則有如下3點：一是設計夾具時需要保證被固定工件不會產生工作面的變形以及工件的形狀大小的變化；二是對工件進行夾緊時需要注意夾緊裝置不能影響工件的正常定位，夾緊作用力大小要合適；三是夾具需要同時具備良好的實用性和穩定性，同時夾具的材質需要滿足強度以及剛度的要求，注意在操作夾具時需要滿足夾具的易操作性，最重要的是需要保證操作人員的安全。

3 數控銑床工裝夾具設計應注意的問題

3.1 需要原始工藝文件的支持

零件最終加工工藝是經過多次修訂而得到的加工方案，對工裝夾具的設計具有十分重要的作用。根據圖紙中工件的主要結構形狀以及具體需要加工的部位進行分析，確定加工原點，起刀點以及刀具的行走路徑，并且根據行走路徑計算出各走線的節點位置坐標。根據工藝和坐標系之間的聯系確定機床上夾具的安裝位置，同時為準確地標注定位坐標原點尺寸提供相應的依據，避免加工面位置和機械原點位置重合。

3.2 確保工件加工的精度

在操作數控銑床加工時，要保證工件加工精度以及工件在加工過程中的穩定性，以保證工件加工的質量要求。首先需要在相應位置，通過檢驗儀表來保證夾具與工作臺表面之間的精度，通過工作臺對工件進行精準定位使夾具具有很好的敞開性，保證加工產品具有較好的加工孔垂直度等，在保證工裝夾具有很好的準確性同時使產品具有很好的加工精度。

3.3 設計時提高加工效率

在進行數控銑床工裝夾具的設計時，需要保證其加工的效率很高。實際生產中一般有兩種方式可以提高夾具的生產效率：一是使工裝夾具標準化，采用標準化、模塊化程度較高的裝夾元件使夾具盡可能的標準化，避免在生產過程中花費很多時間去測量尺寸，浪費加工時間；二是采用液動、氣動或者氣液聯動的方式對夾具進行夾緊設置，同時也可以采取多工位夾層和可調位夾具的聯合使用來提高產品的生產效率。

為了提高加工效率，在實際生產過程中需要注意以下3 個問題：盡可能通過一次裝夾來實現工件的加工成型，這樣可以縮短加工調整和轉換的時間，保證加工的工作效率；可以采取增加裝夾的速度來提高夾具的生產效率；可以通過合理選擇刀具及切削參數來提升其工作效率。

3.4 加強防碰撞的校核工作

在現代的加工制造中數控機床的應用越來越廣泛，但是隨著技術的發展、要求的提高，對刀具的協同工作也提出了更高的要求。在實際生產過程中，刀具和工件之間的碰撞和干涉是數控銑床工作過程中經常遇到的問題，為了能夠避免刀具和工件之間產生相互碰撞和干涉，需要設計和操作者認真研究加工程序中編定的起刀點和走刀路線。同時，由于加工過程中操作的結構比較復雜，設計人員需要對加工工件的各個側壁是否與夾具之間發生碰撞及摩擦做合理的驗證，以保證產品的加工精度。

4 數控銑床工裝夾具的設計改進方法

4.1 工裝夾具設計過程中采用一次裝夾多個工件

數控銑床主要是依靠壓縮空氣來松開或夾緊刀具，以便于進行換刀操作，而加工中心由于采用了刀庫，在對產品進行加工時可以對多道工序自動換用不同的刀具，但是換刀導致損耗時間較多，而且數控系統容易出現故障。因此在滿足加工條件下，需要考慮減少換刀次數，以達到提高加工產品的工作效率。通過合理設計工裝夾具，可以最大限度地減少換刀次數。根據產品的工藝流程以及外形尺寸，將產品工裝夾具設計成每次裝夾多個工件（圖2）。

圖2 一次裝夾多個工件

4.2 多件裝夾工裝夾具設計的優化

首先需要合理布置工件的位置。根據工件的外形尺寸、機床的工作臺大小、機床的運行過程以及生產效率確定每次夾裝的工件數量以及布置方式。其次，各個工件之間的距離應該設計合理。圖2 是實際的裝夾工作圖。最后，對加工產品進行安裝時需要確保加工工件的敞開性，以便實現工序的集中加工。

5 結束語

通過對數控銑床工裝夾具設計與優化過程可以看出，應該根據銑床工裝夾具本身的特點，設計出適合的加工方案。只有采取有效的措施，才能使銑床工裝夾具加工越來越人性化，使生產效率越來越高。