数控机床夹具设计的分析与应用

在金属切削加工中,夹具是装夹工件的工艺装备,它直接影响着工件的加工精度、劳动生产率和产品的制造成本等。数控机床加工零件时,首先编制加工零件的程序,再将程序输入到数控装置以控制机床的运动,保证刀具与工件严格的按照程序规定的顺序、路程和参数工作。加工时刀具的进刀点、退刀点等所有刀具的位置都是以工件坐标系来确定,所以编程时先要设定工件坐标系。只有夹具在机床上找正并固定,夹具上的定位元件及压紧机构将工件固定后才能通过对刀确定工件坐标系的原点,然后将确定好的所有刀具位置点都编入程序,控制刀具从一个位置点到另一个位置点的运动过程中完成工件的加工。在加工下一个工件时就不需要再进行对刀,只需和第一个工件一样在夹具上定位压紧后就可以启动程序加工。因此,只有夹具夹紧工件并通过对刀确定其在加工中心中正确位置后,才能编制加工程序。

设计夹具前,需要确定加工时使用的定位基准。通过图纸分析出设计基准,明确产品需要加工的部位,这些加工部位相对于设计基准都有尺寸和形位关系,如位置度、垂直度或平行度等。设计基准可能不止一个,只有先加工出确定某一部位位置的设计基准才能以该设计基准作为定位基准加工这个部位,这样才能满足图纸上要求的各加工部位与设计基准间的形位和尺寸关系,加工出质量合格的产品。由此分析知,工件定位基准与工件设计基准其实是一个部位,即基准重合的原则。加工设计基准往往是工艺的最先工序,选择毛坯的外形或毛坯孔作为定位基准先加工,然后将设计基准变为夹具定位基准进行各部位的加工即基准统一原则。也可以先加工与设计基准有尺寸及形位关系的某一部位,然后以该部位作为定位基准加工设计基准,最后再以加工好的设计基准作为定位基准加工其余部位,即互为基准原则。

分析出工件加工时采用的定位基准,就可以开始确定夹具的结构方案。通常夹具是由定位元件、夹紧装置、对刀引导装置及夹具体组成。定位元件如支承钉、支承板、V形块、定位销等用以确定工件在夹具中的位置,使工件在加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确的位置。工件加工时会受到切削力等外力作用而产生移动无法加工,同时为防止工件振动,工件在夹具上定位后还需要通过夹紧装置将工件固定。无论是定位元件还是夹紧装置都是通过连接件如螺栓、键及定位件如定位销等将其固定在夹具体上,而夹具体一般是设计成一块平板或T形板的样式。对刀引导装置是确定夹具相对于刀具的位置或引导刀具进行加工,如对刀块、钻套、镗套等,由于数控机床中一般配有接触式测头、刀具预调仪及对刀部件等设备,同时由程序控制的准确的定位精度,因此数控机床中的夹具不需要对刀引导装置,只要求有定位和夹紧的功能,如加工一组孔,孔的位置已经在程序中确定,加工时刀具直接按程序要求的各参数运行,因此数控机床夹具比普通机床夹具的结构要简单,制造费用减少了,节约了成本。

与普通机床相比数控机床的夹具有很多优点,其中最主要的是提高了加工效率,数控机床如加工中心因为自带有自动换刀系统,刀具库中可以存放各种不同类型的刀具如钻头、铣刀,加工时若工件某一部位需要先铣后钻的可以将在普通机床如钻床、铣床上加工部位合并到一台数控机床上用同一个夹具上加工,这样只需一套夹具,节省了成本。如下图1所示夹具,在这道工序中即有铣面又有钻孔。因为加工中心用程序控制不同刀具,夹具结构可以不用对刀装置结构相对简单,根据需要还可以将不同工序的夹具放在一起同时加工,前道工序的工件加工完后装到下道工序的夹具中,同时向前道工件的夹具装入下一个工件,这可以通过编程实现。一般在普通机床上如钻床,夹具一次加工一个工件,而在加工中心中可以设计成能加工多个工件的夹具。如图2所示,一个夹具同时固定两个相同的工件;还可以在工作台上放置一个工件两道工序的夹具同时加工。

通过以上概述,数控机床夹具能适应数控机床的高精度、高效率、多方向同时加工及单小批生产的特点。

参考文献

[1] 王启平.机械制造工艺学[M].哈尔滨工业大学出版社.

[2] 朱鹏超.数控加工技术[M].高等教育出版社.