浅析细长件铣削夹具的设计

摘 要：本文阐述了数控铣床夹具的作用和要求，通过对一批细长工件――玻璃架上的架条的加工任务，设计制造一套“细长件多件铣削夹具”，并通过实际使用，解决了选用通用夹具存在的不足和加工效率低的问题，大大提高了生产效率，保证了产品质量。

关键词：细长件 铣削加工 夹具 装夹定位

一、设计实用数控铣床专用夹具的必要性

数控设备发展日新月异，数控加工技术越来越先进，加工的精度也越来越高，因此数控加工中工件的装夹定位就显得尤为重要。在数控铣加工过程中，工件装夹定位需要花费一定的时间来调校。假如工件装夹定位不合理，就会出现加工困难，甚至会出现工件报废，在批量加工时这个问题更加突出。在机械制造工业中，为了达到保证产品质量、改善劳动条件、提高劳动生产率及降低劳动成本的目的，在工艺过程中，除机床等设备外，还需要大量使用各种工艺装备，它包括：夹具、模具、刀具、辅助工具及测量工具等，因此就需要设计相应的数控机床加工夹具。

在生产实践中，我们灵活使用专用夹具能轻松解决生产中的各种难题，在保证零件的工艺要求和质量的同时能大大提高工作效率，减少生产时间。而数控铣削加工一般不要求有很复杂的夹具，只需要具有简单的定位和夹紧机构即可。图1所示为玻璃架上的四列式支架的图样，材料为铝合金，生产数量为3000件。本工序的加工任务是在数控铣床上钻φ6 mm通孔和铣12mm的方槽及φ14 mm的沉孔。该工件结构虽然简单，但是因为工件较长，长度尺寸为1330mm，宽为33mm，厚为14mm，如果用通用夹具装夹，在加工时容易造成x轴方向的超程，而且由于批量较大，使用通用夹具装夹一次只能加工一条，效率极低，所以应采用一套专用夹具用于此次生产。

图1 工件零件图

根据以上工件的要求，我们需要使用一个专用夹具。在选用夹具时，通常需要考虑产品的批量、效率、质量保证及经济性等。在设计时要根据小批或成批生产时采用的专用夹具应尽量简单的原则，对此工件所需的专用夹具只需要能迅速定位夹紧，解决工件太长而超程的难题即可，同时还要满足提高生产率、减少操作时间的要求。根据夹紧机构元件与加工面之间必须保持一定安全距离的要求，为防止夹具与铣床主轴套筒、刀套和刃具发生碰撞，夹紧机构元件的设计要掌握能低则低的原则。为此，我们构思设计制作了一套以槽和定位销定位，用压板夹紧的“细长件铣削夹具”。经过验证，该夹具可以满足工件夹紧定位、提高效率的要求，解决了工件太长超程的问题。并且在设计中，我们还考虑到若不可避免地在加工过程中更换夹紧点时，也不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件的定位精度。因此，我们在专用夹具中设计了销孔，用销孔定位避免了在更换夹紧点时影响工件的定位精度。

二、细长件铣削夹具结构组成和定位原理

1.夹具组成

细长件铣削夹具的夹具体、压板、六角螺栓，如图2所示。

图2 细长件铣削夹具

夹具体每次可同时装夹4个工件。夹具体的制作工艺简单，周期短，成本低，只需要铣出四个方槽、三个螺栓槽，并在两端各加工四个销孔。夹具体的材料选用45号钢。

2.工件定位原理

夹具体有四条方槽，槽的两端分别有四个销孔。工件的两端和中间已经有加工好的销孔。在装夹时，把工件安装在夹具体的槽中，利用槽的侧面限制工件的y轴自由度，再用销孔定位工件的x轴自由度，通过紧固螺栓把夹具体、压板与长条形工件压紧，以防止z轴方向的移动。夹具与工件定位如图3所示。

图3 夹具与工件定位

三、细长工件铣削夹具的夹紧方式

工件夹紧方式是依靠夹具体上长槽的侧面以及利用压板和螺栓将每个工件压在夹具体的长槽内进行定位的。装夹时只需把工件放置到长槽内，使得装夹操作方便快捷。这种装夹方式可以使夹紧力着力点靠近切削力，增加了工件的刚性，有效地减小了工件在加工过程中受铣削力影响而产生的变形。由于需要在工件上加工方槽和沉孔，因此上述压紧和定位方式可以满足定位要求，使装夹工作变得轻松可靠。对于加工过程中工件的超程问题，我们可以采用分段加工的形式，先用夹具装夹一段，加工完成后，退出定位销，松开螺栓，把未加工的一段移过来，再装上定位销，拧紧螺栓，继续进行加工，这样，就解决了因工件太长，而加工超程的问题。

四、加工工件安装操作步骤

第一，将工件安装在夹具的长槽中，安装定位销，用压板压好，拧紧螺栓；

第二，操作数控机床执行已经编制好的数控程序，逐个挖槽，然后钻孔；

第三，松开螺栓，退出定位销，把工件未加工一端移到安装位置，装上定位销，拧紧螺栓，重新执行上述加工过程。

采用该夹具加工工件，经过加工实践，效果很好，其加工效率高，槽和沉孔的精度都能达到技术要求，钻孔的误差小，加工工件的质量得到了客户的好评。

五、效果总结

在实际生产中应用此夹具，在加工精度得到保证的同时，还极大地提高了装夹速度及生产效率。现在将改进前与改进后的情况做如下对比（一批零件3000个）。

1.使用以前装夹方法的加工情况

（1）一次装夹只加工一件，一天生产七八件。

（2）由于工件太长，加工过程中因出现超程而导致重新拆装一两次后才能完成一个工件。

（3）加工3000件工件需要10个月时间，效率极低。

2.使用改进夹具的加工情况

（1）一次可以装夹工件4件，一天可以生产40件。

（2）分段加工时，工件被快速推进，快速定位，解决了超长工件加工中的机床超程问题。

（3）加工工件3000个需要75天左右，效率提高约4倍。

六、结束语

在生产中，我们会遇到一些批量生产的零件，由于零件的形状不同常常会造成装夹定位的困难。因此要根据零件的形状设计专用的机床夹具。通过设计得当、合理的夹具满足零件的质量和技术要求，降低生产成本，提高生产效率，减少废品的发生。

参考文献：

[1]杨叔子主编.机械加工工艺师手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2011.