数控铣床工装夹具设计与改进探索
2016-11-17 来源：驻马店技师学院 作者：张永超
摘要:随着现代高技术的日益先进，数控铣床设备不断得到更新换代。数控铣床的应用较为广泛，其可以用于平面、斜面和成型面加工。工装夹具主要是根据工件加工过程的某道工序要求以及相关生产需要等进行具体设计的。而夹具设计质量对工件质量、生产效率以及生产成本等影响较大。夹具设计应简单实用，可制造性好，便于装配维修。但实际生产过程中，工装夹具的质量和效率限制着数控铣床的大量应用，如何采用合理改进方法解决机床夹具设计中存在的问题意义重大。
关键词:数控铣床；工装夹具设计；改进
引言：
数控铣床是以普通铣床器械为基石成长出来的自动加工设备，它与其他的铣床在加工工艺方面并没有太大的差异，彼此的结构也存在类似之处。数控铣床主要可以分成两个大的类型，即不带刀库和带刀库两种。对于带刀库的数控铣床来说，它担任着加工中心的作用。就具体的XK5040A 型数控立式升降台铣床而言，它包含有FANUC0— MC 数控系统，驱动方式主要是全数字交流。其中的机床可以划分为床身、铣头、工作台、横进给、升降台以及冷却、润滑部分。床身内部的结构科学，并且它的刚性很强，底座包括4 个调节螺栓，它们起着可以任意在水平方向对机床开展调控的作用。
1.数控铣床工装夹具设计的重点
数控铣床实际加工过程对工装夹具的要求相对简单，一般只需要工装夹具做到有效定位和夹紧作用。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。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。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。最后，设计数控铣床工装夹具要进行防碰撞的校核。夹具设计时，应重点考虑夹具的刚性和稳定性问题，保证夹具的刚性和稳定性符合数控铣床加工要求。同时也需明确是否进行更换夹紧点以及更换方式的问题，实际加工过程中夹紧点更换以及更换方式都有可能对工件或夹具定位精度造成严重影响，因此实际设计过程中，应对夹紧点更换方式进行重点设计，从而确保工件或夹具定位精度。还应采用合理化设计保证加工过程简单实用、操作灵活方便，可有效降低人工劳动强度和生产安全。
2.数控铣床工装夹具的设计步骤与内容
首先进行工件分析，确定加工工艺与工序。这工作需要了解工件的特点、材料性质以及相应的技术要求。同时对加工余量、精度、定位和表面情况进行分析，也需要考虑定位基准和前后工序连接情况，综合分析后确定出合理的加工路线。设计夹具过程中走刀次数的确定至关重要，其次数确定可参考刀具、机床的参数。加工过程应尽可能一次装夹和加工成形，有效缩短加工生产实际，提高生产效率和加工精度。其次尽量加快装夹速度，可在数控铣床加工工件过程中，使用多位、多件夹具，加快装夹速度以及缩短加工时间。再次是对刀点的选择，通
常为了简化程序计算，对刀点选择应根据零件的定位基准，以便进行机床找正检测，尽可能的减小加工误差。一般加工人员将对刀点选择在工件的基准上。接下来刀具和切削用量进行合理化选择，保证刀具的形状和尺寸符合夹具设计要求，
避免机床超程、撞刀情况。同时机床的切削用量的选择应根据加工方式，如机床进行粗加工时，生产效率的有效提高是基础条件，通常其切削量和切削力相对较大，因此应重点考虑工件装夹稳定性和夹具负荷。若机床进行半精加工和精加工时，工件装夹的精度是切削用量选择的重要参数。最后是夹具设计的标准化与通用化，夹具设计的标准化可保证各零部件采用统一标准，可提高夹具制造的精度与生产效率。夹具设计的通用化，其具体指夹具设计不再以单一产品为设计对象，而是可进行类似产品的设计和生产。因此夹具设计阶段，应根据零件的结构特征、尺寸、用途和加工精度进行具体分类，以便于夹具的通用性的有效提高。
3.数控铣床工装夹具的设计改进方法
工装夹具设计采用压缩空气作为动力源，对夹具进行松开以及夹紧操作，这极大方便工作人员的手工换刀作用，而加装自动控制装置则可进行自动换刀，这种换刀可进行多种表面的次序加工。但这种换刀过程耗时较长，如自动换刀出现故障概率较大，这个加工过程中的较大比例的故障都出现在自动换刀装置。因此基于加工要求的基础上，对换刀次数进行适当的设计改进，缩短加工时间，降低故障频次以及提高数控机床的安全稳定性。针对这种情况进行的设计优化为多个工件一次装夹设计，实现对加工工艺的优化调整，尽可能的减少换刀次数。根据工件加工尺寸要求和数控机床设计行程，工装夹具设计成每次装夹10 个工件，工件数可根据实际需求进行调整，对其进行A、B 两孔扩铰作业。首先将10 个工件排列成两行，每行5 个工件，使用A 孔扩孔刀依次对10 个工件的A 孔进行扩孔[3]。A 孔扩孔刀换为B 孔扩孔刀后，依次对10 个工件的B孔进行扩孔。扩孔作业完成后将B孔扩孔刀换为A 孔铰刀，依次对10 个工件的A 孔进行铰孔。作业完成后将A 孔铰刀换为B 孔铰刀，依次对10 个工件的A 孔进行铰孔。从换刀次数来看，10 个工件进行扩铰作业只需进行4 次换刀操作。
4.结束语
通过本文对数控铣床工装夹具设计要点的阐述，对数控铣床工装夹具设计相关问题、设计步骤与内容以及设计改进方法进行具体分析。工装夹具设计对于数控铣床加工生产至关重要，在数控铣床工装夹具设计应对可能的影响因素进行全面分析，并从实际生产细节出发，对工装夹具设计进行适当的优化改进，才能使得工装夹具设计更符合实际生产要求，从而有效推动数控机床技术的大规模应用。在进行夹具设计时要考虑夹具的标准化与通用化。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。
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