【摘要】數控銑床工裝夾具的設計對於其工作的效率與精確度而言都具有十分重要的影響，而隨著科技的不斷進步發展，也有必要（yào）對於傳統的工裝夾具（jù）設計內（nèi）容加以改進。在這種背景下（xià），本文首先探討了數（shù）控銑床工裝夾具的應用現狀（zhuàng），進而分析了數控銑床工裝夾具的（de）設計內（nèi）容，最後給出了數控銑床工裝夾具的設計改進方向。
  
 
      1 、數控銑床工裝夾具的（de）應用現狀

       夾具（fixture）是將一件或一件以上的工件精確的（de）支撐（chēng）、定位及夾緊後，以方便工作物的加工（gōng）、切（qiē）削工作（zuò），或者作（zuò）為機件的裝配、檢驗、焊接等工作的一種裝置。夾具可以在大量生產的過程中，減少工時的浪費，提高生產效能，維持產品的品質，降低不良率。雖然工裝夾具（jù）本身不具有切（qiē）削作用（yòng），但能將工件很正確的定位於某（mǒu）一位置，並很牢固夾
持於該位置上，以承受刀具切削時所施之力。工裝夾具會因工（gōng）作性質、加工機器、工件尺寸數量的不同，而有不同的設計。更因工廠設備，技術水平及製造費用的考慮，使得同一產品的工裝（zhuāng）夾具設計可能有很大的差異。數控銑床是屬於多刀（dāo）刃刀（dāo）具，加工時所產生切（qiē）削力也較大，所以數控銑（xǐ）床用的工裝夾具必須有較大的夾持力與強度，以抵抗較大的銑削力量。數控銑（xǐ）床（chuáng）所用的工裝夾具常加以標（biāo）準（zhǔn）化，並由專業廠家製造。其主要目的是（shì）節省工具型架的（de）製造時間。

       傳統用於數控銑床的工裝夾具，較為常（cháng）用（yòng）的包含（hán）如下構（gòu）件：一是螺栓夾持構件。螺栓是夾（jiá）持（chí）構件的最基本元（yuán）件。小（xiǎo）的夾持力可以用手旋緊螺栓，大的夾持力則用扳手（shǒu）或手柄旋緊螺栓。螺栓在夾持或放鬆工件時必須以旋緊1/4 周為（wéi）工作規範，方能符（fú）合迅速夾緊的原則。二是壓板夾（jiá）持法。壓板是工裝（zhuāng）夾具中既（jì）簡單且實用的基本元件，其加壓（yā）麵（miàn）必須加以研磨並墊以（yǐ）軟質（zhì）材料，以防止（zhǐ）傷害工作物（wù）表麵，為使有良好的（de）夾（jiá）持力，根據杠杆原理應離工作物較近（jìn），可得較大夾持力；使用時應注意正確夾持方法，才不會使工作物產生傾倒（dǎo），並可應用彈簧以方便工作物的拆卸。三是（shì）凸輪夾持法。凸輪夾持構件（jiàn）是利用（yòng）凸輪或偏（piān）心軸（zhóu）的徑向距離（凸（tū）出量）的改變，以（yǐ）杠杆原理產生徑向夾持力及摩擦力以夾緊工件。凸輪雖可提供有效而迅速的夾緊方法，但被限定在一定的（de）角度範圍內才能產生自鎖作用。其缺點為容易受震動而鬆（sōng）開，故其不是（shì）一個確定的夾持工具。凸輪在夾持時有（yǒu）移（yí）動工（gōng）件的趨勢，故需先將工件抵住定位件或至於承窩內在予夾緊。工件尺（chǐ）寸誤差較大或需要較大的夾持力時不宜使用凸（tū）輪夾持工件。凸輪麵的曲線有渦旋線及偏心圓（yuán），偏心圓容易製造，但鎖緊力不（bú）如渦旋凸輪。這些工裝夾具都是經由專業製造（zào）人員，經多年的試驗改良，其（qí）通用性很高，但對於特定需求卻很難滿足。本文試圖改進先用的（de）數控機（jī）床工裝（zhuāng）夾具，使其不僅適用於各（gè）種夾持方式，更能滿足特定條件的施（shī）力要求，確保零件不受損傷。

  
       2、 數（shù）控銑床工裝（zhuāng）夾具（jù）的設計內容

       2.1 數控銑床工裝夾具的設計原則

       數（shù）控銑床工裝夾具常（cháng）與型架工具配合。其設計時必須考慮以下原則：工裝夾具本身能正確的定位於型架上；工裝夾具能正確的將工件定位，並夾（jiá）緊於加工位置；工（gōng）裝夾具夾定工件（jiàn）時不可過度施力，以免損傷零件；工裝夾具與（yǔ）零（líng）件的接觸麵需有（yǒu）保護裝置，以（yǐ）免損傷零件；工裝（zhuāng）夾具本身需具有足夠的結構強度， 以承受工（gōng）件加工時所（suǒ）產生的作用力；工裝夾具最好具有防護裝（zhuāng）置，防止工件被（bèi）錯誤的組裝或加工；工裝夾（jiá）具最好具有令工作者檢驗加工位（wèi）置正確與否的功能；工裝夾具最好容易更換已磨（mó）損、腐蝕（shí）或損壞的零件；易受磨耗的工裝夾具零件，應使用高硬度材料，或加以適當的熱處理；工裝夾具本身的公差，需配合工件的精度訂（dìng）定；工裝夾具的造價應低廉。

       2.2 數控銑床工裝夾具的固（gù）定方式

       就固定方式而言，為了避免工件在加工過程中發生移動，必須沿作用力的方（fāng）向（xiàng）將工件固定，該（gāi）裝置稱為夾持構件。定位構件為在於工裝夾具夾持工作物時（shí），能使工作物均能在相同的（de）位置，使每一工（gōng）件加工（gōng）完成後都能在加工公差範圍之內。夾緊與定位雖然是不相同的構件，但（dàn）常見合二為一的設計。夾持構件設置的（de）位置影響工件的加工品質、工作（zuò）效率及安（ān）全。夾持構件利（lì）用（yòng）力學（xué）的機械利益，能以很小的施力產生很大的（de）夾持力。一般夾持構件均不單獨使用一個元件，而以數個元件合並組合應用。在加工過程中，工（gōng）作物必須安裝或拆卸。所以工裝夾具（jù）的夾持機構的操作也必須能迅速、省時、易維修。為了達成這一（yī）目的（de）， 鑒於當前（qián）工裝夾具夾持（chí）機構已有若幹種已成為（wéi）標準化的零部件，設計者可直（zhí）接使用（yòng）成品，從而大幅節省（shěng）製造時間。

       2.3 數控銑床工裝夾具設計的（de）路線與工藝

       對於加（jiā）工路線與工藝的確定，首先需要（yào）做好的是對數控銑床所需要進行加工的零部件加以（yǐ）完備的分析，從而確保（bǎo）能夠清晰的了（le）解各種零部件所使（shǐ）用的材料特性及結構方麵所展現出的特征。除此之外，還要關（guān）注（zhù）所要加工的零部件（jiàn）需要（yào）達到的精度水平以及熱處理等方麵的技術（shù）的應（yīng）用。加工過程（chéng）中的定位的標準及前後工序之間的相關（guān）性也需進行明確。在工裝（zhuāng）夾具的設計過程中，機床以及所使用的刀具兩大（dà）方麵的技術參數也是設計的基礎所在，參數的確定也（yě）最終決（jué）定了走刀的（de）方式。是否進行一次裝夾確保（bǎo）一次成型能夠直接影響對工件進行安裝的工作頻數，這也影響著（zhe）作業的（de）時間。

       2.4 數控銑床工裝夾（jiá）具設（shè）計的對刀

       一是對於工裝（zhuāng）夾具設計中的（de）對刀點確定。在一般化的設計過程中，計算方式的簡單化是當前較為倡導的，而這就要求對刀點的確定必須（xū）能（néng）夠較為便捷的與零件定位標準加（jiā）以換算，從而一方麵使得找正工作簡單易行（háng）， 另一方麵也有（yǒu）利於（yú）在後期加工過程中加以準確檢查，最終帶來誤差的減少。因此，對刀點一般來說就是零件的（de）定位標準點。二是對（duì）於刀具的選擇加以明確。在數控機床工裝夾具的設計過程中，必須確保能夠根據夾具、零件所處的銑床台麵位置來考慮刀具方麵的配置（zhì），並進（jìn）而結合刀具自身的長度及（jí）加工特色來（lái）確定刀具的具體類型，並將其安置於銑床工作台麵的合適位置處。這種設（shè）計的目的是在於防止在加工過程中出現撞刀等問題。另外（wài），針對銑床（chuáng）的切削量的大小也需要加以重視， 這應當根據（jù）加工的粗細程（chéng）度來進行具體的確定（dìng）。如果是屬於粗加（jiā）工，則（zé）應當增加切削量，從而（ér）確保生產效率的提升，如果屬於精（jīng）加工，則應當以工裝夾具所具有的精度方麵（miàn）的問題為設計過程的主要考慮因素。

       3 、數控銑床工裝夾具的設計改（gǎi）進（jìn）

       3.1 工（gōng）裝（zhuāng）夾具設計采用一次裝夾多個工件
 

       數控銑床以壓縮空氣為動力，鬆開、夾緊刀具，方便手動換刀（dāo），而加工中（zhōng）心則能實現自動換刀。加工時換刀能實現依次加工多種表麵，但每次換刀耗時較多，特別是自動換刀有時會出現故障（加工中心的故障大部分出在自動換刀係統）。因此，在滿足加（jiā）工要求的前提（tí）下，減少換刀次數能節省輔助時間，可提高數（shù）控機床的工作可靠性。本文通（tōng）過合理的工裝夾具設計（如采（cǎi）用一（yī）次（cì）裝夾多個工（gōng）件），適當地調（diào）整工（gōng）藝能最大限（xiàn）度地減少換刀次數（shù）。現根據工件外（wài）形尺寸和機床行程，工裝夾具設（shè）計成每次裝夾（jiá）8 個工件，如圖1 所示，其工藝過程為：換孔a 擴孔刀，依次擴工件1~工件8 的孔a軆 換孔b 擴孔刀，依（yī）次擴工件1~工件8 的孔b軋（zhá） 換孔a 鉸刀，依（yī）次鉸工件1~工件8 的孔a軆 換孔（kǒng）b 鉸刀，依次鉸工件1~工件（jiàn）8 的（de）孔b。由加工（gōng）工藝看出，加工8 個工件，隻要換刀4次，可大大節省輔助時間（機床工作台移動時間相對換（huàn）刀時間極（jí）少）。

                       圖1 每次裝夾8 個工（gōng）件
 

       一是合理布置（zhì）工件。根據工件外形尺寸、機（jī）床工作台（tái）尺寸、機床行程及生產批量來確定每次裝夾的工件數量（liàng）和布置方式。各工件（jiàn）之間距離應合適（shì），如圖1 中取合適的工件距離m 和（hé）n，以（yǐ）便裝（zhuāng）卸（xiè）工件和（hé）清除切屑。另（lìng）外，安裝後（hòu）工（gōng）件（jiàn）敞（chǎng）開（kāi）性要好（hǎo），以便實現工序集中加工。二是各定位（wèi）元件組之間距離應精確。定位元件之間的距離（lí）如圖2所示.圖2 中，工裝夾具采用（yòng）一（yī）麵兩銷定位，每組定位元件中的圓（yuán）柱銷與（yǔ）菱形（xíng）銷之間的距離x1和y1根據工件尺寸確定。各組定（dìng）位元件之間的距離，如兩圓柱（zhù）銷（xiāo）之間的距離x2和y2應精確，以保（bǎo）證機床運動部件（如刀具）按程序移動後，相對各工件有精確的位置。
   

                        圖2 定位元件（jiàn）之間的距離
 

       三是合理的夾緊方（fāng）式。夾緊元件盡可能簡單，以便刀具運動有（yǒu）更多的安全空間。盡量考慮（lǜ）聯動夾緊（jǐn），實現同時夾緊多個工件（jiàn），以便減少夾緊元件。如圖2 所示，每個壓板同時夾緊2 個（gè）工件。由（yóu）於（yú）數控銑床多采用工序（xù）集中的加工方式，粗、精加工有時難以明顯分開，故夾緊力偏大。這樣易在工（gōng）件表麵留下壓板的壓痕。簡單有效的解決方法是在壓板（bǎn）上與工件接觸的部位焊上一層銅（tóng）。

       四是立式數控銑床所用工裝夾具設計。立式數控（kòng）銑床（chuáng）加工時，切屑易落在工件與工裝夾（jiá）具上。設計工裝夾具時，要特別考慮排屑，這對於工序集中、連續加工的加工中心尤為重要（yào）。合理的排屑應使切屑不影響刀具切削的自動（dòng）進行； 使切屑不易落在工裝夾具的定位元件上，以保證定位精度；使切削液便於衝（chōng）刷、帶走切（qiē）屑；使壓縮空氣便於吹除切屑。

       4 、小（xiǎo）結

       數控銑床進行機械性加工時，以外力的作用使材料產生永久性的塑性變（biàn）形（彎曲、成行及（jí）抽拉）或是產生破壞性的變形（衝切），因此其外力的作用均必（bì）須足夠達到材料的塑性範圍（降伏點之剪應力），才足以使零件成形（衝（chōng）切）。夾緊結構必須沿作用力的方向來固定工作，也即須將工件穩固的夾持於定位麵或（huò）支持麵上（shàng）。因此，為改進設計數（shù）控銑床件工裝夾具，還需注意的幾個原則：夾定點應位於（yú）工件的強固部（bù）位，避免工件扭曲變形；夾緊的力量（liàng）應通過（guò）工件到達一個固定的（de）支持點；有適當且均勻的夾緊力，不可使工（gōng）作物變形，或（huò）留有（yǒu）傷（shāng）痕。數控銑床件為光製表麵時更是如此；估計工裝（zhuāng）夾（jiá）具所需夾持力時，應考量數控銑床（chuáng）件塑性變形後的回彈； 實際的夾持力可能會大於估計的夾持力，在設計時最好將夾具所施最大應力一並考量（liàng）；夾具要容易操作、定位（wèi）及鬆開，且（qiě）避免妨礙到（dào）工件的定位和拆卸；夾具要能鬆（sōng）開到（dào）足以（yǐ）清理工件的（de）程度； 盡可能使操作（zuò）部位位於工裝夾（jiá）具前方或操作者的旁邊。