三轴数控铣床快速加工双面零件的夹具设计
2023-2-15 来源：- 作者：周列 叶健锋
摘要：夹具是三轴数控铣床的机械加工过程中非常重要的工装设备，作用在于能够明确工件和刀具相互之间的对应位置，对工件夹紧使其处于牢固状态，通过夹具的应用能够增强工件的生产量，拓宽机床的应用范围。近年来在数控技术快速进步的过程中，数控加工技术开始被广泛运用，三轴数控铣床的应用范围也不断扩大，合理设计快速加工双面零件的夹具势在必行。基于此，文章对三轴数控铣床快速加工双面零件的夹具设计进行研究，提出几点设计的建议，旨在为增强夹具应用效果提供基础性的帮助。
关键词：三轴数控铣床；快速加工双面零件；夹具设计
三轴数控铣床快速加工双面零件的过程中，应结合加工的内容、特点等合理设计夹具的装备，尽可能缩短工件装夹操作时间、对刀的处理时间周期，加快工作速度的同时提升工作效率和精确度，使其向着大批量生产的方向进步，从而提高夹具的应用效果和经济效益。
1、三轴数控铣床快速加工双面零件的夹具设计必要性
1.1 保证加工效果和效益
如果在三轴数控铣床的机械加工环节使用常规的普通夹具，那么在每个工件生产期间都需要执行 2 次装夹处理和对刀处理工作，导致工作的时间周期延长，质量很难得到有效控制，甚至还会增加成本、降低企业的效益水平，并且无法满足批量性生产的基本需求，严重制约加工的效果和效益。通过合理设计三轴数控铣床快速加工双面零件的夹具装置，可实现对工件的底座位置的循环、反复定位，在每个工件的加工过程中都可以自动化进行对刀和装夹处理，无需人工再次操作，不仅能够缩短工作的时间，还能提高作业的精确度和准确性。
1.2 预防加工问题
如果在三轴数控铣床的机械加工环节使用传统类型的直接性夹具操作，例如：虎钳夹具，在操作期间会出现正面、反面加工的过程中重新装夹处理的问题，在重新装夹操作之后还需反复对刀和校正，以此保证工件位置的准确性，在此情况下每个工件加工的过程中都需要执行 2 次的装夹工作、对刀工作和校正工作，浪费的时间很长，也可能会出现误差问题，不能确保生产质量，也无法提升效益水平，甚至无法按照工期的标准要求完成加工工作。在合理设计相关的夹具装置之后，就能有效地应对和解决问题，提升装由此可见，在三轴数控铣床的机械加工环节合理设计快速加工双面零件的夹具，不仅可以提升生产工作效果和效率，还能避免出现不必要的成本消耗问题，保证整体的
生产效率和效益。因此，在具体的加工环节中需按照双面零件的毛坯材料成型尺寸的规格指标，针对性地设计相应的夹具结构，以保证企业能够高质量、精准性地进行双面零件的生产加工。
2、 三轴数控铣床快速加工双面零件的夹具设计措施
双面零件的生产和传统类型单面零件存在一定的差异性，虽然使用三轴数控铣床中的常规夹具，也可以起到加工作用，但是很容易出现浪费时间的问题，不能保证生产周期符合标准，会严重影响效益水平，因此企业应按照三轴数控铣床的加工特点与双面零件的情况合理设计相应的夹具，保证结构形式的完善性，使夹紧度的程度符合标准要求。主要的设计建议如下。
2.1 完善结构形式
首先应重点分析零件毛坯料的成型尺寸指标，反复进行定位处理，设计相应的夹具结构，例如：若所需要加工的双面零件毛坯成型的尺寸为 25mm×25mm 的方形底座，那么在定位之后就应将夹具的尺寸控制为 55mm×20mm× 40mm，凹槽部分的尺寸设计22.5mm×15mm×25mm，凹槽内部设计成 R5mm 的圆角结构，使得毛坯方形底座能够快速、便利地设置在凹槽的内部区域，形成一定的导向结构形式。但是需要注意，所设计的圆角结构尺寸需要小于毛坯方形底座的圆角部分尺寸指标，以此增强工件定位操作的便利性。为增强工件的夹紧效果，可以在左端面的位置设计螺孔，右侧的位置上方设计 R5mm 的凸缘结构，在工件加工期间起到限制性作用。在夹具的结构设计环节中，应在现场区域检查分析不同夹具结构形式的应用效果，通过设计不同的凹槽尺寸、凹槽内部圆角尺寸，分析不同形式的生产精确度、夹紧度、定位合理性，最终探索研究出符合生产标准的夹具结构设计方案，这样不仅能够确保夹具应用的质量和性能，还能避免出现双面零件加工的不足、问题、缺陷。
2.2 合理设计工件的定位形式
要想确保整体生产加工的精确度水平，在数控铣床进行双面零件加工的过程中，应保证工件在铣床上的位置准确性，进行精准的定位操作，在定位期间可以利用夹具中的定位元件和工件定位基准面之间的配合或者是互相的接触完成定位操作。为保证二者之间配合的精准度，需要结合工件定位基准面的形状特点，合理选择相应的定位元件，使得夹具具有精确定位的功能。与此同时，需严格分析毛坯的情况，设定平面定位模式，借助三面定位的方式，将方形底座的右侧区域与夹具凹槽的右侧区域之间相互接触，将方形底座的底部分和夹具凹槽的下部分相互接触，将方形底座的底部区域和夹具凹槽的底部区域相互接触，这样可以实现工件自由度的限制性处理，提高其定位工作的准
确性、精确度。
2.3 合理设计工件的夹紧部分
完成定位工作之后就要进行夹紧操作，只有保证夹紧的合理性才能增强装夹的准确度，主要是因为夹紧属于装夹期间非常核心的部分。一般在定位之后需要利用相应的结构形成夹紧力，将工件紧紧地压在定位元件中，使其一直维持在准确的位置，不会受到切削力作用、重力作用、离心力作用或是惯性力作用的影响出现位置的改变或是振动的问题，这样不仅能够增强生产的准确性，还能提升操作的安全性。
如果所需要生产的双面零件毛坯尺寸很小，使用的是玻璃纤维材料或是其他轻质型的材料，那么在夹具设计期间就可以设置螺旋夹紧机构，起到一定的加紧作用。此类机构的结构非常简单、夹紧力度很大，具有一定的自锁性能，制造应用的便利性高，因此可以设计在双面零件的夹具结构中，在夹具左侧区域设计 M8mm 螺栓，使其和右侧 R5mm 圆角之间相互配合增强夹紧的效果。简而言之，就是将毛坯材料方形底座设置在夹具凹槽中，完成精确定位操作之后，可以利用夹具左侧的 M8mm 螺栓达到夹紧的目的，通过右侧上部分的 R5mm 圆角在工作的方向进行限制，提升加紧的可靠度。需要注意的是，夹紧部分设计的环节中应分析和研究不同夹紧设计形式、设计方式的应用效果，统一其中的夹紧度控制标准，保证夹紧的尺寸、规格、体系等都与设计的标准相符，不会发生夹紧不合理、不良的现象，切实提高整体操作的规范性水平。
2.4 合理设计夹具的加工流程
三轴数控铣床快速加工双面零件的过程中，所设计的夹具应保证操作流程的可靠性、可靠度，避免因为操作流程不合理而影响应用的效果和性能。
（1）应先使用常规的虎钳装置进行夹具的装夹处理，然后在夹具的凹槽位置中设置毛坯材料，精准定位之后利用螺栓进行夹紧，然后做校正处理、对刀处理。
（2）根据程序系统中预先所编程的加工模式，对零件的正面进行加工处理，将其修正成设计的形状、外形，在此期间应该注意使用夹具的刀端对正面轮廓部分做粗加工处理，然后进行周围轮廓的半精加工，通过大直径球刀对曲面进行精加工，然后利用小直径球刀再次对表面区域进行精加工，或者做抛光处理。
（3）完成所有的正面加工操作任务之后将螺栓松开，去除工件之后反面装夹，根据预先设定的程序要求完成反面的加工工作，在操作过程中先进行反面轮廓的粗加工，然后进行周围轮廓的半精加工处置，之后使用大直径的球刀对曲面做精加工处理，通过小直径的球刀进行表面区域的精加工处理，并且执行抛光操作。实际操作的环节中应该注意根据预先设定的程序标准和流程要求完善整体的加工工作体系，统一其中的生产标准，避免因为不合理操作、不合理加工而出现准确性问题或其他不足。
3、结束语
目前在数控铣床的双面零件生产过程中，由于生产的批量规格不同、大小不同，各个形状的工件装夹方面、定位方面都存在一定的难度。只有合理设计不同型号的夹具和辅具，才能提升定位和装夹的精确度，保证生产效率，有效预防出现废品的问题，增加生产工作的效益。上述所提出的数控铣床双面零件加工过程中夹具的设计措施，不仅可以简化结构形式，还能提升操作的便利性与灵活性，保证生产工作的效果，在规定的周期时间范围之内高质量、高标准化地完成生产任务。
来源：佛山市南海区第一职业技术学校 ，鹤山市粤宁数控机床有限公司
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