數控銑床加工特殊零件的夾具分析
2021-11-23 來源：江蘇省徐州技師學院 作者：孫奇
摘要：我國工業領域的發展，使各種特殊零件被大量應用于各種機械設備中，這些特殊零件能否得到精確的加工，將直接關乎整個機械設備的運行性能。數控銑床作為加工特殊零件的關鍵工具，在對特殊零件進行加工時更要合理地使用夾具，因此，需對夾具的設計及制造問題進行深入研究，了解夾具的基礎構造，掌握其不足之處并進行優化，對于特殊零件加工具有巨大助益。本文就此展開論述，僅供參考。
關鍵詞：數控銑床；零件加工；特殊零件；夾具
數控銑床在零件加工方面要比普通銑床有優勢，能夠利用數控程序來對零部件實時精密化、自動化的加工。在應用數控銑床進行實際加工時，往往需要將其作為加工特殊零件的重要設備，并且在用數控銑床來加工特殊零件過程中，還要應用到相應的夾具，以確保特殊零件在經過加工以后，精度能夠達到使用標準，且有助于提高數控銑床對特殊零件的加工效率[1-4]。本文對數控銑床在加工特殊零件過程中采用的夾具進行分析，其目的在于縮短特殊零件的裝夾時間與定位時間，以確保特殊零件的加工效率得到有效提升。
1、數控銑床加工特殊零件過程中改造夾具的重要性
本文以某吊耳零件作為實例，在對該吊耳零件進行加工時，需要采用數控銑床來完成。該吊耳零件的厚度為40mm，加工公差為 1.6mm，吊耳零件的兩大面需要進行直倒角加工，直倒角為 45°，且沿尺寸軸向寬度為 2mm，在吊耳零件中，其兩孔直徑均為 64mm，外孔至大圓輪廓的距離為 100mm，而內孔至小圓輪廓的距離則為 60mm，外孔與內孔的最近邊緣距離為 116mm，整個吊耳零件的長度可達到276mm。在對該吊耳零件進行加工以后，其兩大面均已加工完畢，而對外孔與內孔則采取鏜銷加工，并對外圓弧保留加工余量控制在 2mm至 3mm，在應用數控銑床進行加工時，需要對吊耳零件的倒角及圓弧進行加工，其中圓弧邊的加工可進行一次裝夾。對于倒角加工來說，則需采取正、反兩次裝夾方可完成。在對吊耳零件的外圓弧進行加工過程中，所采用的銑刀直徑為 40mm，且需要對其實施全厚度加工，這是因為采取全厚度加工能夠使加工效率提高，而且不需要進行分層。
在應用數控銑床進行吊耳零件加工時，其具體加工流程如下：1）對工件進行找正；2）對其外圓弧進行加工；3）對倒角進行加工；4）將工件翻轉后用夾具進行裝夾，并對反面倒角進行加工。需要注意的是，在進行倒角加工時，必須要確保其正反面倒角能夠均勻一致?！?/span>
這種加工方法可以實現對吊耳零件的有效加工，不過其弊端卻也比較明顯，主要體現在夾具方面，并容易引發以下加工問題。
1）考慮到類似于吊耳零件的特殊零件往往需要進行大批量的生產，因此必須要保證數控銑床能夠利用夾具來對工件進行快速找正，但夾件在定位工件時只能根據工件的中心孔來完成裝夾，對兩孔中心連線找平時則要耗費很多時間和精力，對工件進行批量生產更是無從談起。
2）即使對吊耳零件這種特殊零件進行了找正，在利用數控銑床加工吊耳零件時也易產生各種問題，對于外圓弧加工來說還能夠順利完成，但在加工兩邊倒角時便會存在很多困難，即使對吊耳零件的正面倒角進行了高標準的加工，在后續加工吊耳零件反面倒角時也易出現反面圓弧無法全部切到。
3）對于吊耳零件來說，往往需要定期加工，加工數量也比較多，但由于該零件的加工難度較大，并且需要耗時耗力，造成加工企業往往很難滿足該類特殊零件的加工需求，從而延誤了生產周期。所以，在對特殊零件進行加工時，為了確保企業能夠利用數控銑床來實現對特殊零件的順利加工，就必須要對加工過程中采用的夾具進行改進與優化設計，以使工件能夠在數控銑床中進行快速、便捷、準確的定位裝夾，從而使特殊零件的倒角及圓弧加工精度得到可靠保證。并且，在設計夾具過程中，必須要確保夾具有著較為簡單的構造，人們可以方便地制造夾具，且夾具還要具備一定的通用性，能夠在特殊零件加工過程中得到長期使用。
2、特殊零件加工過程中的夾具設計
2.1 基礎構造
企業在應用數控銑床加工一些比較特殊的零件過程中，其關鍵在于對特殊零件進行找正，而找正則需保證其定位裝夾的準確性與快速性。根據本文中提到的吊耳零件，其兩孔裝夾需要采取一銷一柱方法，在應用上述裝夾方法過程中，可不用縮小定位銷的原始直徑，不過卻需要擴大連心線的間隙距離，這樣便會在一定程度上起到縮小定位銷原始直徑的作用，從而使中心距誤差得到有效補償。在對上述影響因素進行全面、綜合考慮以后，需要通過特殊夾具來完成定位裝夾與零件加工，以此確保特殊零件的加工精度達標。在對特殊零件進行定位裝夾時，裝夾后的特殊零件中包括墊板、定位銷、開口壓板、T 型塊與螺母，其中墊板能夠有效支撐特殊零件，以此保證特殊零件在加工過程中保持穩定，而且在加工外圓弧過程中，還能給走刀預留出充足的空間。對于吊耳零件的兩孔加工工作，則需利用數控銑床來完成，以使兩孔孔距達到設計標準。對于定位銷來說，其關鍵作用體現在定位零件方面，同時，為了使特殊零件的裝卸更加方便，還需要應用到開口壓板，夾具則通過 T形板來對特殊零件進行固定。
在通過夾具來對特殊零件進行定位裝夾時，具體加工方法如下：1）先對定位銷進行固定，再對墊板進行安裝，并對特殊零件的中心軸線進行找正；2）將特殊零件的找平信息錄入到數控銑床系統中，在平臺中裝上特殊零件，利用開口壓板來壓緊特殊零件；3）利用數控銑床來對特殊零件的外圓弧進行加工，待圓弧加工完畢后進行倒角加工；4）將特殊零件進行翻轉，然后重新裝夾和倒角加工。
2.2 夾具使用
在應用上文中提到的夾具來對特殊零件進行定位裝夾以后，并通過數控銑床來進行加工，仍有以下不足：1）對刀和找正的難度較大；2）加工人員在應用數控銑床來對特殊零件進行加工時，應對螺栓、T形塊、螺母及開口壓板進行壓緊，其緊固程度是否達到標準難以保證，如果實際緊固程度不足，會造成特殊零件在加工過程中的原有位置發生變動，而這勢必會導致數控銑床在加工特殊零件的反面倒角時出現一邊無、一邊有的問題；3）當夾具出現松動時，要對特殊零件進行重新找正，這樣反而會耗費更多時間，同時也會對特殊零件的加工效率及精度造成不利影響。如果上述不足存在，需要對夾具的基本構造予以相應改進與優化，使其能夠以百分表為依據來進行找正，以使找正流程得到相應簡化。并且，若要確保夾具具備更大的剛度、降低定位過程中產生的誤差，還需要對夾具零件進行合成，同時針對特殊零件裝夾穩固性問題要改變原有的受力點。
2.3 夾具改造及使用效果
對于數控銑床夾具改造設計而言，由上述內容可知，在進行數控銑床夾具改造過程中，需要有計劃、有步驟地來進行夾具設計，將不同設計步驟轉化成不同的幾項，并確保各個設計程序能夠獨立、分開的完成，確保每名設計人員都能發揮其長處，通過彼此之間的密切交流，采取求同存異的設計理念，以使不同設計人員的想法得以整合起來，并落實責任制度，由專業人員來進行錯誤改正，這樣才能使夾具在改造后具備更高的精準度。同時，對于不同部件的零件需要予以特別對待，在以往的夾具設計中，需要吸取夾具設計的經驗與教訓，轉變以往的單一化生產方式。許多特殊零件都有著不同的加工要求，需要盡可能減少換刀次數，由于某些特殊零件的剛度較差，因此需要采取相應的技術手段來保證加工精度，而這要對專用的夾具進行設計，可通過一次對多個零件進行裝夾，以達到降低換刀次數的目的，也可采取多個裝夾的夾具來保證加工精度，在此過程中需要利用計算機輔助技術來對夾具進行三維立體圖像設計，模擬析夾具金屬變形和受力狀況，并對夾具應用過程中可能出現的起皺、破裂等問題進行預測，方可使夾具的設計變得更加精密、合理。
根據以上設計改造思路，在對夾具進行改造過程中，具體流程如下：首先在夾具底部安裝大面積墊板，以確保墊板、定位銷能夠形成一個完整的整體，定位元件則采用邊銷和圓柱，以使平臺中的特殊零件在定位過程中得以牢固支撐。數控銑床對特殊零件加工時，以中心點為依據可提高加工精度。夾具中心線需要和大面積墊板相互平行，即使產生平行誤差，也應控制誤差值在 0.017mm以內，由此使得找正流程得到有效簡化。
對于夾具圓柱和大面積墊板來說，兩者之間的垂直度應保持良好，垂直誤差需要小于 0.018mm，在應用上述方法來優化夾具的原有基本構造以后，加工人員在使用數控銑床來加工特殊零件時，具體的流程步驟便精簡為以下：首先是找正夾具直邊，然后通過數控銑床進行加工，待特殊零件的外圓弧得以被加工完畢后，再對其倒角進行數控加工，當倒角也加工完畢時，便可將裝夾于工作臺中的特殊零件進行卸下，然后翻轉到特殊零件的另一面，以便于進行二次裝夾與二次倒角加工。經改造以后，實際加工結果表明，夾具基本構造的優化，使得找正次數得以有效降低，具體降低幅度可達到 54% 左右，而且夾具剛性也得到了有效改善，不需要再進行分層加工，特殊零件在加工完畢后，其倒角均勻一致，零件外觀美觀性更好。更為重要的是，通過夾具改造，還使得原有的裝夾與定位步驟得到了有效簡化，進而使企業能夠實現對特殊零件的大批量加工生產。
3、結語
綜上所述，加工人員在利用數控銑床來對特殊零件進行加工時，夾具在其中起到非常重要的作用，因此有必要對現在夾具進行深入研究與改造。通過不斷完善特殊零件的加工技術，以使數控銑床在加工特殊零件時取得更高的生產加工效率，進而使現代工業的發展逐漸具備更加深厚的技術基礎與底蘊。
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