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摘要：工业化发展速度不断提升，使得数控铣床的应用范围越来越广泛。明确工装夹具设计方案对于提升数控铣床运行效率和精准度有着不可忽视的作用。但是目前进行数控铣床工装夹具设计时还存在一些不完善的地方，影响工装夹具设计的合理性。本文主要针对数控铣床工装夹具综合分析，明确设计内容和弊端，并制定行之有效的改进措施。
关键词：数控铣床；工装夹具；设计内容；改进
引言
数控铣床作为物品成型加工重要设备，其能够对物品各个角度进行加工处理。而工装夹具作为数控铣床重要组成部分，按照相关规定进行数控铣床工装夹具设计能够保证工装夹具在数控铣床运行时将自身功能特点完全发挥出来。现阶段，在进行数控铣床工装夹具设计时，经常受到外界因素的影响，影响工装夹具设计内容的合理性。如果不对工装夹具设计内容进行有效改进，势必影响数控铣床正常使用。因此，有效改进工装夹具设计内容对数控铣床正常使用具有一定现实意义。
一、数控铣床工装夹具设计的要求
工装夹具顾名思义就是一种类似于夹子的设施，在数控铣床上的作用主要表现在对加工物品进行夹紧固定处理。一般来说，数控铣床工装夹具设计要求与数控铣床其他设备设计要求相比较为简单，在进行工装夹具设计时只需要保证其自身定位效果和夹紧作用。但是由于数控铣床在我国工业物品加工中的应用范围愈加广泛，各个行业对数控铣床工装夹具的要求越来越高，按照传统设计方法进行工装夹具设计逐渐被市场淘汰，因此在这个过程中必须根据需求设计工装夹具，有效提升工装夹具设计质量。对于工装夹具设计来说，其在设计时应遵循四方面要求：
1、夹具开敞程度
目前利用数控铣床加工的工业物品规模比较大，传统工装夹具开敞程度较小，并不能全面夹紧加工物品。针对于这种现象必须采取适当的手段增加工装夹具开敞程度，在实现物品夹紧目的的同时，保障工件加工面与夹紧设备之间有一定安全距离，避免在工件加工时，加工面因为外界因素影响而出现损坏现象。在设计夹具开敞程度时，还应该对数控铣床运行效率等方面综合分析，明确铣床轴套筒与道具之间的干扰因素，并据此设计数控铣床工装夹具开敞程度。
2、零件安装方位
由于数控铣床涉及的安装零件比较多，导致在数控铣床安装时经常出现问题。为此，必须严格控制数控铣床零件安装方位，保证零件安装方位与数控铣床水平坐标方位相互一致。另外，数控铣床工装夹具本身属于灵活性设备，为此，在进行工装夹具设计时，需要保证夹具方位与铣床坐标方位能够实现转化的目的，确保数控铣床工装夹具设计的合理性。
3、夹具刚性与稳定性
重点考虑夹具的刚性和稳定性问题，保证夹具的刚性和稳定性符合数控铣床加工要求。同时也需明确是否进行更换夹紧点以及更换方式的问题，实际加工过程中夹紧点更换以及更换方式都有可能对工件或夹具定位精度造成严重影响，因此实际设计过程中，应对夹紧点更换方式进行重点设计，从而确保工件或夹具定位精度。除上述的数控铣床工装夹具设计的要点外，还需考虑数控铣床的加工效率和操作性的问题，应采用合理化设计保证加工过程简单实用、操作灵活方便，可有效降低人工劳动强度和生产安全。
二、数控铣床工装夹具的应用现状
夹具是将一件或一件以上的工件精确的支撑、定位及夹紧后，以方便工作物的加工、切削工作，或者作为机件的装配、检验、焊接等工作的一种装置。虽然工装夹具本身不具有切削作用，但能将工件很正确的定位于某一位置，并很牢固夹持于该位置上，以承受刀具切削时所施之力。工装夹具会因工作性质、加工机器、工件尺寸数量的不同，而有不同的设计。更因工厂设备，技术水平及制造费用的考虑，使得同一产品的工装夹具设计可能有很大的差异。数控铣床是属于多刀刃刀具，加工时所产生切削力也较大，所以数控铣床用的工装夹具必须有较大的夹持力与强度，以抵抗较大的铣削力量。数控铣床所用的工装夹具常加以标准化，并由专业厂家制造。其主要目的是节省工具型架的制造时间。传统用于数控铣床的工装夹具，较为常用的包含如下构件：
一是螺栓夹持构件。螺栓是夹持构件的最基本元件。小的夹持力可以用手旋紧螺栓，大的夹持力则用扳手或手柄旋紧螺栓。螺栓在夹持或放松工件时必须以旋紧1/4周为工作规范，方能符合迅速夹紧的原则。
二是压板夹持法。压板是工装夹具中既简单且实用的基本元件，其加压面必须加以研磨并垫以软质材料，以防止伤害工作物表面，为使有良好的夹持力，根据杠杆原理应离工作物较近，可得较大夹持力；使用时应注意正确夹持方法，才不会使工作物产生倾倒，并可应用弹簧以方便工作物的拆卸。
三是凸轮夹持法。凸轮夹持构件是利用凸轮或偏心轴的径向距离（凸出量）的改变，以杠杆原理产生径向夹持力及摩擦力以夹紧工件。凸轮虽可提供有效而迅速的夹紧方法，但被限定在一定的角度范围内才能产生自锁作用。其缺点为容易受震动而松开，故其不是一个确定的夹持工具。凸轮在夹持时有移动工件的趋势，故需先将工件抵住定位件或至于承窝内在予夹紧。
三、数控铣床工装夹具的设计改进方法
1、多个工件实现一次装夹
工装夹具设计采用压缩空气作为动力源，对夹具进行松开以及夹紧操作，这极大方便工作人员的手工换刀作用，而加装自动控制装置则可进行自动换刀，这种换刀可进行多种表面的次序加工但这种换刀过程耗时较长，如自动换刀出现故障概率较大，这个加工过程中的较大比例的故障都出现在自动换刀装置因此基于加工要求的基础上，对换刀次数进行适当的设计改进，缩短加工时间，降低故障频次以及提高数控机床的安全稳定性针对这种情况进行的设计优化为多个工件一次装夹设计，实现对加工工艺的优化调整，尽可能的减少换刀次数根据工件加工尺寸要求和数控机床设计行程，工装夹具设计成每次装夹10个工件，工件数可根据实际需求进行调整，对其进行A，B两孔扩铰作业首先将10个工件排列成两行，每行5个工件，具体如图1所示，使用A孔扩孔刀依次对10个工件的A孔进行扩孔，A孔扩孔刀换为B孔扩孔刀后，依次对10个工件的B孔进行扩孔。扩孔作业完成后将B孔扩孔刀换为A孔铰刀，依次对10个工件的A孔进行铰孔。作业完成后将A孔铰刀换为B孔铰刀，依次对10个工件的A孔进行铰孔。从换刀次数来看，10个工件进行扩铰作业只需进行4次换刀操作，这最大限度的节约加工时间。
2、多件装夹工装夹具设计要点
一是合理布置工件。根据工件外形尺寸、机床工作台尺寸、机床行程及生产批量来确定每次装夹的工件数量和布置方式。另外，安装后工件敞开性要好，以便实现工序集中加工。二是各定位元件组之间距离应精确。定位元件之间的距离如图2所示。图2中，工装夹具采用一面两销定位，每组定位元件中的圆柱销与菱形销之间的距离x1和y1根据工件尺寸确定。各组定位元件之间的距离，如两圆柱销之间的距离x2和y2应精确，以保证机床运动部件（如刀具）按程序移动后，相对各工件有精确的位置。
结语
通过本文对数控铣床工装夹具设计要点的阐述，对数控铣床工装夹具设计相关问题、设计步骤与内容以及设计改进方法进行具体分析。不难看出，工装夹具设计对于数控铣床加工生产至关重要，在数控铣床工装夹具设计应对可能的影响因素进行全面分析，并从实际生产细节出发，对工装夹具设计进行适当的优化改进，才能使得工装夹具设计更符合实际生产要求，从而有效推动数控机床技术的大规模应用。
参考文献
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[2]王谷平，王东.浅谈数控铣床及加工中心一体化教学改革[J].网友世界.2013(23).
论文作者:张春营
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/29
标签：夹具论文; 工装论文; 工件论文; 数控铣床论文; 加工论文; 凸轮论文; 螺栓论文; 《基层建设》2017年第15期论文;