数控铣床加工中薄板类零件的夹具设计
2018-11-20 来源： 广州市机电技师学院 作者：赖关保
摘 要：主要针对数控铣床加工中薄板类零件的夹具设计展开了探讨，对专用夹具作了详细介绍，并通过结合具体的夹具设计案例，对夹具的设计作了深入论述，以期为有关单位的需要提供参考和借鉴。
关键词：数控铣床；薄板；夹具；机械加工
在实际的机械加工中，尤其是在大批量生产中，为了提高产品质量、生产效率和降低生产成本，都会进行一些夹具的设计。而在数控铣床加工，因为薄板类零件要有准确的定位，所以，必须要有相应的夹具进行配合，因此，进行夹具的设计尤为重要。基于此，本文就数控铣床加工中薄板类零件的夹具设计进行了探讨，相信对有关单位的需要能有一定的帮助。
1 、专用夹具的介绍
专用夹具是在相对固定的中、大批量生产中使用，它是根据加工工艺要求专门设计的工艺设备，以实现零件的快速准确定位、夹紧、刀具的对刀等，从而保证零件的加工质量，提高生产效率和降低生产成本，减轻操作人员的劳动强度，提升机床工艺性能。
1.1 专用夹具的优势
机床夹具之所以能够在生产中得到广泛应用，与在生产中所起的重要作用密不可分。机床夹具的主要作用可以归纳为以下 4 个方面：①零件定位准确、可靠。利用夹具中定位元件及装置，对零件起到很好的定位作用，使每次的零件装夹时的位置都一样，这样大批量的零件在装夹时定位准确、可靠，保证了零件的加工稳定性。②提高生产率。保证零件的加工精度的前提是零件的找正和对刀，而这部分时间比机床的实际切削时间长很多。通过夹具的使用，利用夹具中的定位元件及装置定位，省去了找正和对刀的时间，只要进行简单的夹紧工作即可。③减少操作的失误率。在零件加工过程中，操作的事项越多，出现错误的概率越大，比如要进行找正、装夹、对刀、输入刀补值、修改长度补偿等等，易误操作，尤其对于操作不是很熟练的工人，如果采用设计好的夹具，只需要完成零件的夹紧工作，则出现错误的概率较低。④对操作工人的技术水平要求降低。在生产过程中，对操作工人的装夹零件工作和零件的找正工作都有一定的技术要求，如果使用设计好的夹具，对操作工人的零件找正要求降低，只需要进行简单的夹紧工作就能保证零件的精度。
1.2 夹具的主要组成元件在夹具中作用
定位与元件及装置，对零件进行定位，使其每次装夹的位置一致，避免了重复进行对刀，浪费时间的现象；辅助支撑元件及装置，对零件进行辅助支撑，确保装夹的稳定性；对刀与引导元件及装置，确定刀具与零件之间的位置；夹紧元件及装置，对零件进行装夹；夹具的主体。
1.3 夹具在设计中应注意的内容
在铣削加工过程中，由于零件的轮廓等原因切削加工不是连续的，在加工的过程中有振动的现象，且铣削时的加工量比较大，加工的方向也是变化的，铣削力较大，所以，在设计夹具时，重点应注意以下 4 个方面：①夹具本身的刚度和强度要满足；②压板与零件接触面积要足够；③夹具的夹紧力要足够；④为了避免在零件的加工过程中因振动出现夹紧松脱的现象，夹紧装置应该具有较强的自锁功能。
2 、夹具设计案例
对于薄板类零件的装夹不能使用平口钳这样的通用夹具装夹，使用平口钳装夹时夹持的量很有限，影响装夹的稳定性，因为是薄板，所以，在装夹过程中零件易产生变形，我们只能根据零件的特征和加工要求进行专用夹具的设计，使用专用夹具进行装夹。
2.1 零件图纸分析
零件图纸分析如图 1 所示。
该零件为批量件，零件外轮廓采用激光切割机已经加工好，还需要完成 2 个孔和 4 个螺纹的加工，孔的精度和中心距的精度相对较高，所以，选用数控铣床加工。
2.2 加工方案
方案一：零件外轮廓已经加工完成，只需要进行孔和螺纹的加工，可以采用平口钳进行装夹，平口钳一侧安装定位装置，底下采用平行垫铁进行支撑，在加工过程中发现，有了定位装置省去了对刀的时间，因为采用的是平行垫铁，所以，还需要采用零件与平行垫铁之间压实操作，浪费一定的时间，薄板类零件夹紧力大小也影响了加工的稳定性，加工效率始终不高。方案二：改用压板压紧零件进行装夹，避免了使用平行垫铁进行压实的操作，加工的稳定性高，零件下面是完全压实的支撑，采用零件的轮廓进行定位。两种方案比较：对于方案一，采用平口钳装夹对 5 mm 板进行装夹，夹紧力大，易产生变形，夹紧力小装夹不可靠，此外，使用平行垫铁进行支撑，要进行压实，操作效率低；方案二在零件定位方面依靠零件轮廓进行定位，定位可靠，支撑采用夹具体下面的平面进行支撑，支撑可靠，零件采用压板进行压紧。
2.3 夹具制作步骤
2.3.1 安转夹具体
找到厚度和宽度尺寸适合的板材，下料至合适的尺寸，先将与机床压紧的面铣一刀，铣平即可，加工一键槽，并将键装到键槽中，键与机床 T 形槽对应起来，将板材装到数控铣床工作台上，找正并压紧。
2.3.2 加工找正基准和夹具凹槽部分
加工一长直边，便于夹具被拆下来安装找正，加工夹具的凹槽作为夹具的定位基准；零件的直角区域先进行钻孔加工，因为加工凹槽时加工不出直角，都带有圆弧，如果零件直角区域的凹槽有圆弧，则零件不能放入，所以，采用事先加工一个孔来解决这个问题；加工凹槽深度比零件的厚度小 2 mm，零件高出夹具部分便于零件的压板对零件进行压紧操作。
2.3.3 加工夹具上的孔和螺纹
夹具上面压板的螺纹根据尺寸加工出来，压板压紧零件的主要依据；对零件上面孔的位置加工出一些比零件上孔稍大的孔，避免在零件加工过程中出现干涉等情况。针对该零件设计出的最终夹具如图 2 所示，这个夹具每次加工一个零件，比方案一效率提升了很多（与一次装夹一个零件进行比较）。此外，还可以对夹具体进行扩大，加工 2 个凹
槽，这样生产效率又能提高。该夹具以零件凹轮廓为定位基准，定位可靠，每次装夹位置一致，无需重复进行对刀找正等操作；利用凹槽的底平面作为支撑，安全可靠；对刀根据加工的凹槽进行对刀，凹槽与零件尺寸一致，保证了对刀的准确性；用 2 块压板对零件进行压紧，压板对零件的压紧面积足够，夹紧力得到保证。
3 、结束语
综上所述，在实际的数控铣床加工，为了提高生产效率，确保零件的加工质量，进行夹具的设计尤为重要。因此，我们必须要掌握专用夹具的类型属性，并以此为基础，制订科学、合理的设计方案，以设计出适合的夹具，从而推动零件加工工作的发展。
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