大板材類制件銑面加工裝夾方法的研究

張?zhí)飿s，曹宏偉

（甘肅機電職業(yè)技術學院，甘肅天水 741001）

0 引言

機械加工中工裝夾具是用來迅速緊固制件，使機床、刀具、工件三者保持正確相對位置的工藝裝置，是機械加工中不可缺少的部件。隨著經濟全球化的深入，制造行業(yè)的競爭日益激烈，產品的設計周期縮短，更新?lián)Q代加速，傳統(tǒng)大批量生產被單件、中小批量生產模式取代，為適應這種變化，機械制造裝備必須具備較高的柔性，夾具的快速設計和制造，是機械制造裝備柔性化的重點。在金屬切削加工中，夾具的設計取決于被加工件，它直接影響著工件的加工精度、生產率和產品的制造成本等[1]。

1 傳統(tǒng)裝夾方法

在機械加工行業(yè)的日常生產中，難免會遇到較大或超大尺寸的板材類制件的加工（圖1）。大板類材料的加工，為保證產品的質量，大多數都選擇在行程較大的數控機床或龍門加工中心上進行，若對板材的表面進行加工或對板材厚度有嚴格的尺寸公差、形位公差要求時，必須要對來料的表面進行銑削加工，此時會遇到裝夾困難。通過對企業(yè)生產的調研發(fā)現，如大尺寸的鋁板、鋼板、不銹鋼板及鑄鐵板等的加工，傳統(tǒng)裝夾采用壓板將大板材料壓緊在工作臺上實施加工（圖2）。

傳統(tǒng)裝夾方法下的銑削加工，采用先繞開圖2 第1 次裝夾壓板，對制件的表面進行加工，然后倒換壓板到圖2 第2 次裝夾的位置，再來加工第1 次裝夾壓板壓過的部分。采用這樣的裝夾方法加工，存在一定的弊端：①編程人員編制刀具路徑時得繞開壓板位置，刀具路徑非常復雜，由于不確定壓板壓緊位置，必須給操作人員提供工藝文件；②如果一款大板材類制件同時有厚度尺寸和形位公差（平面度、直線度）的要求，這種倒換壓板的多次裝夾方法下，工件容易產生變形，并會出現兩次加工的接刀痕跡，難以同時保證尺寸和形位公差要求；③無論是操作者還是編程人員，兩次倒換壓板壓緊位置，增加了停機時間和勞動強度，延長了工件的加工周期，會影響生產效率。

圖1 大板材零件

圖2 傳統(tǒng)壓緊式裝夾

2 新型特制夾具

特制夾具是在機床夾具元件通用化、標準化、系列化的基礎上發(fā)展起來的新型夾具。它是由預先制造好的標準化夾具元件，根據被加工件的工序要求組合而成的，具有元件使用通用性和夾具功能專用性的雙重性質。近年來，隨著組合夾具組裝設計技術的快速發(fā)展，組合夾具元件系統(tǒng)的不斷完善，新型組合夾具的出現及組合夾具生產和管理模式的改變，組合夾具的結構、精度、剛性等質量性能和實踐使用性能均達到了專用夾具的功能標準（圖3）[2]。

2.1 定位塊

根據被加工板材類制件的需要用鋁合金材料制作，一般做成邊長為50～60 mm 的立方體塊，中心做可固定定位塊的沉頭孔。鋁合金材料的優(yōu)點是當定位塊表面有碰傷或在安裝過程中左右兩塊不在同一個平面時，可以用立銑刀將兩個定位塊的表面用走直線的方法進行銑削，能夠保證兩個定位塊在同一個平面上的直線度和平面度要求，避免用百分表或千分表打表找正的繁瑣過程，提高了夾具的安裝效率。

2.2 斜楔擠塊

用45#鋼材制作成如圖模型，大、小斜楔擠塊2 個銳角為60°和30°，制作完成后進行淬火處理，再對大、小斜楔擠塊相接觸的斜面進行磨削，保證表面光滑平整，有利于斜楔擠塊擠壓力有效傳遞給工件。

圖3 新型特制夾具

2.3 標準沉頭螺釘

根據需要的長度和工作臺螺紋孔的大小購買適合的M12或M16 標準沉頭螺釘。

2.4 30～50 mm 厚的多孔工作臺

常用材料為7075 航空鋁，對其上下表面進行精加工。上表面加工出等距的M12 或M16 螺紋孔并攻絲，在四角和中心做沉頭孔，用于固定在原始的機床工作臺上。其優(yōu)點如下：

（1）保護原始工作臺。原始工作臺是機床制造廠家生產的精密裝夾平臺，在生產中難免會受到夾具、工件的碰撞和刀具誤銑削致使工作臺受損。若多孔軟工作臺在生產中受損，可以用Φ125～Φ160 的面銑刀對表面精加工，易切削且有較大的加工余量。

（2）等距的螺紋孔。在任意位置都可以安裝夾具和工件，可長期使用。原始工作臺只有固定的T 形槽，有時在需要裝夾夾具的位置找不到定位螺紋孔。多孔軟工作臺彌補了原始工作臺只能局限于數量有限、位置固定的T 形槽固定螺栓的缺陷，便于工件裝夾，提高了裝夾效率。

（3）多工位加工。使用多孔軟工作臺，對在同一塊大板材料上加工若干個形狀相同或對稱的造型時，可實現多工位加工，有效提高生產效率，降低生產成本。

3 精密定位裝夾方法

組合夾具是工藝裝備的一部分，是由一系列標準化、模塊化的元件，根據產品加工要求組裝而成的夾具，可以理解成高度標準化的專用夾具[3]。其元件可以循環(huán)應用，夾具能夠實現快速組裝、更換調整，能夠縮短60%以上的生產周期，節(jié)省大約80%以上的原材料[4]。因此，在原有組合夾具技術系統(tǒng)的基礎上，進一步開發(fā)、創(chuàng)新，深入挖掘柔性組合夾具高效、快捷的潛在功效。

機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力[5]。大板材類零件，絕大部分材料來料為型材或鑄件，存在較大的加工余量和表面待加工要求，為了避免在同一個平面上多次裝夾造成零件質量缺陷和減少不必要的勞動強度，同時滿足尺寸要求和形位公差要求，使機床利用率最大化，提高生產效率，將通用夾具和特制夾具有效的結合組裝，形成特制的夾具組合體。在行程較大的數控銑床或龍門加工中心機床上用面銑刀對板材類零件進行加工，可采用新型特制夾具組合精密定位裝夾的方法。高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高生產率，減輕工人的勞動強度，從而使切削速度大幅提升，尤其在加工中心上出現的各種新型特制夾具，充分發(fā)揮了數控機床的優(yōu)勢（圖4）。

圖4 精密定位裝夾方法

對大板材類制件表面加工，用新型特制夾具組合精密定位裝夾方法，選用Φ125～Φ160 的面銑刀分層、反復翻面進行加工，最后要留精加工余量，對上下表面分別實現精銑加工，精加工余量可根據零件的變形量和形位公差要求決定。在工件進行面銑精加工時，由于銑削量不大，工件受到的銑削力很小，因此斜楔擠塊的夾緊力不宜太大，避免工件受擠壓力而變形，影響加工精度。

這種裝夾方法不但可用于大板材類零件的面加工，還可加工板材內部的其他要素輪廓加工。如果要加工其他輪廓，可在此裝夾方法的基礎上，在左側裝夾定位塊，右側裝夾斜楔擠塊，限制坯料左右方向的自由度，防止工件在加工工程中受銑削力而左右移動。只有夾具在機床上找正并固定，夾具上的定位元件及壓緊機構將工件固定后，才能通過對刀確定工件坐標系的原點，然后將確定好的所有刀具位置點編入程序，控制刀具從一個位置點到另一個位置點的運動過程中完成工件的加工[6]。在加工下一個工件時就不需要再進行對刀，只需和第一個工件一樣在夾具上定位壓緊后，就可啟動程序進行加工。因此，只有夾具夾緊工件并通過對刀確定其在加工中心的正確位置后，才能編制加工程序。此外，如果是厚度尺寸小于定位塊和斜楔擠塊高度的板材材料，可在定位塊和斜楔擠塊夾緊力方向，添加安裝小于板材材料厚度的平行墊鐵，避免加工中刀具與夾具的干涉。

4 結語

在制件加工過程中，通過合理的夾具設計能降低加工難度，提高加工精度和操作安全系數，同時使機床生產范圍得到有效擴展。此新型特制組合夾具精密定位裝夾方法，實現了對機床標準夾具及特制夾具的有效組合，突出性優(yōu)勢在于能按照制件加工需要，選擇不同功能模塊進行組裝，有效提高了加工精度和生產效率，其應用范圍更廣，具有一定的實際應用性和參考價值。