摘要:夹具装置在数控铣床加工过程中起着非常的作用,能够把机床、工件、刀具固定在正确的位置上,使铣床加工过程中更加的精确。随着数控机床技术不断向高效、精密、智能方向发展,工装夹具作为数控铣床的重要机械部件也需要在技术上不断的予以改进和完善,以适应数控机床技术革新的需要。

   
 
 
      随着先进制造业的迅猛发展,作为集高精密、高速度和复合化等特点于一身的数控铣床在生产中被广泛的推广和应用,并大大提高了产品的精度,降低了工作强度。在数控铣床操作加工的过程中,材料的准备、程序的编制调试、工装夹具的准备以及工件检测等步骤占用了很多生产时间,影响了数控机床加工的效率。因此,本文对数控铣床工装夹具内容的设计进行深入的分析,以便提高工作效率。

      1 、数控铣床工装夹具设计的要求

      夹具作为数控铣床生产的重要组成要素,要求并不是很高,只要做到能牢固加紧即可,夹具的设计原理与铣床基本相同。这里根据数控铣削加工特点,对铣床工装夹具的设计进行分析。

     首先,为了使加工的部件截面在加工中尽可能的显露在能够加工的空间里,夹具要最大限度的开敞。也就是部件加工面与夹具应该保持足够的宽度,不影响加工,夹具要尽可能的减少与部件的接触面积,以避免在机械操作中,铣床主轴套筒或者刀具与夹具发生碰撞;其次,为了确保铣床部件安装方位与机床的编程坐标系方向一致,工装夹具在机床上采取定向安装,使夹具与数控机床之间保持坐标一致;再次,夹具应该有较好的刚性、稳定性和精确性,避免在部件加工中对夹具重新进行设计与操作,如果在生产加工中,因夹紧的问题更换夹具时,要对夹具进行设计,不要因为夹具更换而导致加工部件的精确性出现问题。此外,对工装夹具进行设计时,除了要考虑夹具的定位和精确度之外,还要考虑在数控铣床的加工过程中,应使加工过程更加的灵活、方便,减少加工的劳动强度,提高加工部件的质量。

      2 、数控铣床工装夹具设计的重点

      在进行工装夹具设计时,设计人员首先应熟悉工序坐标图。工序坐标图反映了设计的结果,包括工件结构形状和具体的加工部位,包括程序的原点、起刀点以及走刀路线。图中还应该标注出加工部位、起刀点和走刀路线与程序原点的坐标位置。绘制工序坐标修正图的目的是将工件坐标系统和机床坐标系统联系起来,进一步绘制机床夹具工件的安装情况示意图,才能准确标注程序原点及相对定位基准的位置尺寸,防止各加工面位置与机械原点发生重合。

      其次,工装夹具设计要确保工件加工的精度。工装夹具设计要确保工件加工中的精确度和稳定性。为了保证机床与夹具表面的耐磨性与精确性,可以通过安装在夹具下面的检测仪器来准确的测定。同时,通过工作台的移位、转位和采用刚性的刀具保证夹具敞开性、加工孔的垂直度、同轴度良好。

      再次,应注重数控铣床工装夹具的加工效率设计。在铣床工装夹具设计中,应该采用程度化、标准化和模块化的工装夹具。对于组合夹具,尽可能最大限度的提高夹具组装与调整的效率,缩短加工准备周期。为了提高机床加工生产的效率,可以使用气动、液动或者气液联合的夹紧设备。

      最后,设计数控铣床工装夹具要进行防碰撞的校核。数控铣床加工过程中的改进增加了刀具的数量,通常使用的刀具达数十把,刀具数量的增多很容易发生刀具与夹具之间碰撞的现象。因此,在刀具的装置设计中,要认真研究工序坐标图中的起刀点与起刀路线,以避免夹具与机床或刀具发生摩擦或者碰撞。在对工装夹具结构进行研究时,编程设计人员应制造一个仿真的塑料夹具模型,对机床、刀具和夹具之间是否发生碰撞进行观察,如果有必要的话,可以对三者之间发生碰撞的几率进行计算,并将计算结果输入程序中分析。

      3 、数控铣床工装夹具设计的内容和步骤

      制订相对合理的加工工艺和加工路线。首先对加工的部件进行分析,弄清楚部件的材质和结构特点,以及通过加工所达到的精度以及热处理等方面的技术要求。并分析加工部件的定位基准、加工余量和前后工序联系等具体情况。工装夹具的设计要与机床和刀具的参数想结合,来确定在加工中走刀的次数。同时,加工路线要做到装夹一次可实现多方位加工或一次加工成形。这样可以减少工件安装次数,缩短加工工件的装夹和搬运时间。此外,在规模化加工中,可以采用多件、多位夹具缩短回刀次数,提高加工效率。

      正确选择对刀点。夹具设计是为了使程序简单化和计算简便,对刀点应选择在与零件定位基准换算容易的地点,这样便于发现问题,也便于加工检查,使加工中误差尽可能的减少。在设计实践中,通常可将对刀点选择在工件的基准点上。

     选择适宜的刀具与切削用量。在工装夹具设计时,应该仔细考虑铣床工作台上夹具和工件的准确位置,即以数控铣床行程、刀具的长度以及工件加工轨迹等条件为依据,科学合理的选择刀具及其长度,并将刀具安置在机床加工部位的最佳位置上,这是避免铣床超程、撞刀等问题的有效措施。在选择数控铣床切削用量时,在进行粗加工时,为了加大切削量与切削力,需要考虑工装夹具的稳定性,在进行精细化加工时,应该在设计中关注工装夹具的精度问题。此外,在进行夹具设计时要考虑夹具的通用化与标准化。即尽量使用统一标准,这样既方便了夹具各零部件间的互换,也提高了数控铣床的生产精度与生产效率。

     4、 数控铣床工装夹具设计的实例研究
 

     为加深对夹具设计优化的认识,这里以电子秤加工时夹具的设计为例予以分析。

     4.1 分析被加工零件的结构特点

     工件加工时要求倒角2x45°,工件其他工序已经完成,两大面已经加工好,两个孔已经膛削加工完毕,外圆弧余量2-3mm。在数控铣床上要求加工周边圆弧和倒角,圆弧边一次装夹可以加工完成,但是倒角需要正、反两次装夹才可以完成。在加工时外圆弧采用直径40mm的铣刀全厚度加工,以便提高效率不分层。结合零件特点,我们设计的具体加工工艺过程为:工件找正→加工外圆弧→倒角→翻面装夹→进行反面倒角。这个零件加工的关键就在于正、反两面要求倒角均匀一致,在实际加工过程中有必要设计和制作一个简单的夹具,能使工件进行简便、快速、准确的定位装夹,以保证加工时的圆弧精度和倒角精度,而且夹具力求结构简单,制作方便,有一定的通用性,可供长期使用。

     4.2 初定夹具结构方案

     对于这种加工要求的工件,首先是如何能准确地进行定位装夹,找正是关键。工件以两个孔来进行定位装夹,一般都采用一柱一销的方法。所以我们首先采用了夹具来进行工件的装夹、加工。方法步骤如下:(1)先将削边定位销紧固在工作台上。(2)再将垫板、圆柱定位销装上,但是圆柱定位销不可紧固死,而是稍微给一定的预紧力即可。(3)利用百分表找正两个销的中心轴线,使其水平,录入数控机床。(4)装上工件,压紧压板。(5)数控机床执行已经编制好的数控程序,首先加外圆弧,然后倒角。(6)卸下工件,翻转过来再次装夹,加工反面倒角。

     4.3 制定审查方案与改进设计

     制定的审查方案为:首先,工件找正、刀具对刀还是比较麻烦。

     其次,由于整个工件在加工过程中是靠两个T形块、螺栓、螺母、压板进行压紧定位,紧固程度显得有些不够,加工过程中在切削力的作用下会发生微小位移,致使反面轮廓倒角经常出现一边有、一边无的情况。再有,一旦出现夹具松动,又要进行重新找正。对于这类问题,笔者觉得关键在于夹具上,夹具不解决,效率、精度将无从谈起。所以对这个夹具做了进一步改进。

   
     制定的改进设计方案为:如何解决此类问题,以便在加工过程中能够尽可能地提高效率、增大夹具刚性?笔者构思设计了一个夹具,能实现以下功能:

     (1)夹具在机床上找正不再通过圆弧而是变为利用百分表找直线,这就简化了很多。
     (2 )将几个夹具零件合为一个,减少了定位误差,也增加了刚性。
     (3)改变了夹持力的受力点,提高了加工过程中的稳定性。

     改进设计步骤如下:

     (1)找正夹具直边。
     (2)数控机床执行已经编制好的数控程序,首先加工外圆弧,然后倒角。
     (3)卸下工件,翻转过来再次装夹,加工反面倒角。经过几批零件的加工实践,效果很好,对刀找正方便、夹具整体刚性好、倒角对称均匀,零件外观质量得到了提高。

     通过以上夹具改进,加工效果明显凸显。具体表现在:

     (1)一批零件加工过程中不用重新找正。
     (2)刚性提高不用分层加工。
     (3)倒角均匀,外观漂亮。
     (4)加工一批零件50个一天半左右,效率提高一倍。
     (5)此夹具还可以用在其他的类似工件加工上,方便、高效、可靠。

     5、 结语

     总之,通过多年数控铣床工装夹具设计的实践表明,从具体生产实际和细节入手,要不断深入的研究分析影响工装夹具设计因素,采取有效措施,才能使数控铣床工装夹具设计越来越人性化,也才能使工装设计更贴近数控铣床的生产实际,从而推动数控机床技术的发展更加实用、更加完美。