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       摘要:夾具裝置在數控銑床加工過程中起著非常的作用,能夠把機床、工件、刀具固定在正確的位置上,使銑床加工過程中更加的精確。隨著數控機床技術不斷向高效、精密、智能方向發展,工裝夾具作為數控銑床的重要機械部件也需要在技術上不斷的予以改進和完善,以適應數控機床技術革新的需要。

   
 
 
      隨著先進制造業的迅猛發展,作為集高精密、高速度和復合化等特點于一身的數控銑床在生產中被廣泛的推廣和應用,并大大提高了產品的精度,降低了工作強度。在數控銑床操作加工的過程中,材料的準備、程序的編制調試、工裝夾具的準備以及工件檢測等步驟占用了很多生產時間,影響了數控機床加工的效率。因此,本文對數控銑床工裝夾具內容的設計進行深入的分析,以便提高工作效率。

      1 、數控銑床工裝夾具設計的要求

      夾具作為數控銑床生產的重要組成要素,要求并不是很高,只要做到能牢固加緊即可,夾具的設計原理與銑床基本相同。這里根據數控銑削加工特點,對銑床工裝夾具的設計進行分析。

     首先,為了使加工的部件截面在加工中盡可能的顯露在能夠加工的空間里,夾具要最大限度的開敞。也就是部件加工面與夾具應該保持足夠的寬度,不影響加工,夾具要盡可能的減少與部件的接觸面積,以避免在機械操作中,銑床主軸套筒或者刀具與夾具發生碰撞;其次,為了確保銑床部件安裝方位與機床的編程坐標系方向一致,工裝夾具在機床上采取定向安裝,使夾具與數控機床之間保持坐標一致;再次,夾具應該有較好的剛性、穩定性和精確性,避免在部件加工中對夾具重新進行設計與操作,如果在生產加工中,因夾緊的問題更換夾具時,要對夾具進行設計,不要因為夾具更換而導致加工部件的精確性出現問題。此外,對工裝夾具進行設計時,除了要考慮夾具的定位和精確度之外,還要考慮在數控銑床的加工過程中,應使加工過程更加的靈活、方便,減少加工的勞動強度,提高加工部件的質量。

      2 、數控銑床工裝夾具設計的重點

      在進行工裝夾具設計時,設計人員首先應熟悉工序坐標圖。工序坐標圖反映了設計的結果,包括工件結構形狀和具體的加工部位,包括程序的原點、起刀點以及走刀路線。圖中還應該標注出加工部位、起刀點和走刀路線與程序原點的坐標位置。繪制工序坐標修正圖的目的是將工件坐標系統和機床坐標系統聯系起來,進一步繪制機床夾具工件的安裝情況示意圖,才能準確標注程序原點及相對定位基準的位置尺寸,防止各加工面位置與機械原點發生重合。

      其次,工裝夾具設計要確保工件加工的精度。工裝夾具設計要確保工件加工中的精確度和穩定性。為了保證機床與夾具表面的耐磨性與精確性,可以通過安裝在夾具下面的檢測儀器來準確的測定。同時,通過工作臺的移位、轉位和采用剛性的刀具保證夾具敞開性、加工孔的垂直度、同軸度良好。

      再次,應注重數控銑床工裝夾具的加工效率設計。在銑床工裝夾具設計中,應該采用程度化、標準化和模塊化的工裝夾具。對于組合夾具,盡可能最大限度的提高夾具組裝與調整的效率,縮短加工準備周期。為了提高機床加工生產的效率,可以使用氣動、液動或者氣液聯合的夾緊設備。

      最后,設計數控銑床工裝夾具要進行防碰撞的校核。數控銑床加工過程中的改進增加了刀具的數量,通常使用的刀具達數十把,刀具數量的增多很容易發生刀具與夾具之間碰撞的現象。因此,在刀具的裝置設計中,要認真研究工序坐標圖中的起刀點與起刀路線,以避免夾具與機床或刀具發生摩擦或者碰撞。在對工裝夾具結構進行研究時,編程設計人員應制造一個仿真的塑料夾具模型,對機床、刀具和夾具之間是否發生碰撞進行觀察,如果有必要的話,可以對三者之間發生碰撞的幾率進行計算,并將計算結果輸入程序中分析。

      3 、數控銑床工裝夾具設計的內容和步驟

      制訂相對合理的加工工藝和加工路線。首先對加工的部件進行分析,弄清楚部件的材質和結構特點,以及通過加工所達到的精度以及熱處理等方面的技術要求。并分析加工部件的定位基準、加工余量和前后工序聯系等具體情況。工裝夾具的設計要與機床和刀具的參數想結合,來確定在加工中走刀的次數。同時,加工路線要做到裝夾一次可實現多方位加工或一次加工成形。這樣可以減少工件安裝次數,縮短加工工件的裝夾和搬運時間。此外,在規模化加工中,可以采用多件、多位夾具縮短回刀次數,提高加工效率。

      正確選擇對刀點。夾具設計是為了使程序簡單化和計算簡便,對刀點應選擇在與零件定位基準換算容易的地點,這樣便于發現問題,也便于加工檢查,使加工中誤差盡可能的減少。在設計實踐中,通常可將對刀點選擇在工件的基準點上。

     選擇適宜的刀具與切削用量。在工裝夾具設計時,應該仔細考慮銑床工作臺上夾具和工件的準確位置,即以數控銑床行程、刀具的長度以及工件加工軌跡等條件為依據,科學合理的選擇刀具及其長度,并將刀具安置在機床加工部位的最佳位置上,這是避免銑床超程、撞刀等問題的有效措施。在選擇數控銑床切削用量時,在進行粗加工時,為了加大切削量與切削力,需要考慮工裝夾具的穩定性,在進行精細化加工時,應該在設計中關注工裝夾具的精度問題。此外,在進行夾具設計時要考慮夾具的通用化與標準化。即盡量使用統一標準,這樣既方便了夾具各零部件間的互換,也提高了數控銑床的生產精度與生產效率。

     4、 數控銑床工裝夾具設計的實例研究
 

     為加深對夾具設計優化的認識,這里以電子秤加工時夾具的設計為例予以分析。

     4.1 分析被加工零件的結構特點

     工件加工時要求倒角2x45°,工件其他工序已經完成,兩大面已經加工好,兩個孔已經膛削加工完畢,外圓弧余量2-3mm。在數控銑床上要求加工周邊圓弧和倒角,圓弧邊一次裝夾可以加工完成,但是倒角需要正、反兩次裝夾才可以完成。在加工時外圓弧采用直徑40mm的銑刀全厚度加工,以便提高效率不分層。結合零件特點,我們設計的具體加工工藝過程為:工件找正→加工外圓弧→倒角→翻面裝夾→進行反面倒角。這個零件加工的關鍵就在于正、反兩面要求倒角均勻一致,在實際加工過程中有必要設計和制作一個簡單的夾具,能使工件進行簡便、快速、準確的定位裝夾,以保證加工時的圓弧精度和倒角精度,而且夾具力求結構簡單,制作方便,有一定的通用性,可供長期使用。

     4.2 初定夾具結構方案

     對于這種加工要求的工件,首先是如何能準確地進行定位裝夾,找正是關鍵。工件以兩個孔來進行定位裝夾,一般都采用一柱一銷的方法。所以我們首先采用了夾具來進行工件的裝夾、加工。方法步驟如下:(1)先將削邊定位銷緊固在工作臺上。(2)再將墊板、圓柱定位銷裝上,但是圓柱定位銷不可緊固死,而是稍微給一定的預緊力即可。(3)利用百分表找正兩個銷的中心軸線,使其水平,錄入數控機床。(4)裝上工件,壓緊壓板。(5)數控機床執行已經編制好的數控程序,首先加外圓弧,然后倒角。(6)卸下工件,翻轉過來再次裝夾,加工反面倒角。

     4.3 制定審查方案與改進設計

     制定的審查方案為:首先,工件找正、刀具對刀還是比較麻煩。

     其次,由于整個工件在加工過程中是靠兩個T形塊、螺栓、螺母、壓板進行壓緊定位,緊固程度顯得有些不夠,加工過程中在切削力的作用下會發生微小位移,致使反面輪廓倒角經常出現一邊有、一邊無的情況。再有,一旦出現夾具松動,又要進行重新找正。對于這類問題,筆者覺得關鍵在于夾具上,夾具不解決,效率、精度將無從談起。所以對這個夾具做了進一步改進。

   
     制定的改進設計方案為:如何解決此類問題,以便在加工過程中能夠盡可能地提高效率、增大夾具剛性?筆者構思設計了一個夾具,能實現以下功能:

     (1)夾具在機床上找正不再通過圓弧而是變為利用百分表找直線,這就簡化了很多。
     (2 )將幾個夾具零件合為一個,減少了定位誤差,也增加了剛性。
     (3)改變了夾持力的受力點,提高了加工過程中的穩定性。

     改進設計步驟如下:

     (1)找正夾具直邊。
     (2)數控機床執行已經編制好的數控程序,首先加工外圓弧,然后倒角。
     (3)卸下工件,翻轉過來再次裝夾,加工反面倒角。經過幾批零件的加工實踐,效果很好,對刀找正方便、夾具整體剛性好、倒角對稱均勻,零件外觀質量得到了提高。

     通過以上夾具改進,加工效果明顯凸顯。具體表現在:

     (1)一批零件加工過程中不用重新找正。
     (2)剛性提高不用分層加工。
     (3)倒角均勻,外觀漂亮。
     (4)加工一批零件50個一天半左右,效率提高一倍。
     (5)此夾具還可以用在其他的類似工件加工上,方便、高效、可靠。

     5、 結語

     總之,通過多年數控銑床工裝夾具設計的實踐表明,從具體生產實際和細節入手,要不斷深入的研究分析影響工裝夾具設計因素,采取有效措施,才能使數控銑床工裝夾具設計越來越人性化,也才能使工裝設計更貼近數控銑床的生產實際,從而推動數控機床技術的發展更加實用、更加完美。