数控铣床夹具的选用与设计

练冬兰

[摘 要] 以在数控铣床上加工中国象棋的夹具设计为例，探讨了如何选择最合理的夹具设计方案，保证被加工零件的精度以及工件在加工过程中定位的可靠和准确，使工件在夹紧力的作用下变形最小，真正发挥夹具在数控铣床加工中的作用。

[关 键 词] 数控铣床；夹具；设计

[中图分类号] G718.3 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）05-0037-01

本人从2010年开始讲授《数控铣削编程与加工技术》课程，所任教的班级是数控、模具专业的学生，他们是第三学期学习本课程的，此前已经学习了《数控车削编程与加工技术》课程，掌握了数控车床的操作技能。在多年的教学中，我觉得兴趣是最好的老师，为了提高学生的学习兴趣，我会在教学过程中让学生通过加工工艺品来学习相关专业知识技能，其中一个内容就是讓学生加工中国象棋。

在加工实训过程中，我们设计的中国象棋正面是象棋中的“将”“帅”“马”等文字，背面则是加工者自己的名字或者名字中有代表性的一个字，这样加工出来的工艺品，学生有成就感，学习有动力。

在我校的数控加工实训设备中，有数控车床CJK6140A（配备四爪卡盘）和数控铣床XK714（配备QH-160机用平口钳），实训材料为50×800 mm的铝棒。为此，制订中国象棋的加工方案如下：

首先在数控车床上加工出象棋的成型毛坯，切断时留下0.3 mm余量。然后在数控铣床上加工象棋中的字：先用面铣刀去除余量，再用合适刀具在工件上加工出象棋正、背面的文字。

中国象棋的数控加工，在数控车床上的加工内容不成问题，但在数控铣床上的加工内容，工件的装夹则是一个值得探讨的问题。

中国象棋的外形为圆弧形，如果直接用机用平口钳装夹数控车床加工出来的成型毛坯，或用三爪卡盘装夹加工成型毛坯，必定会夹伤工件，因接触的面积只是圆弧的最高点，所有的夹紧力都集中在那里，装夹刚性达不到加工要求，受力过大，工件容易滑动，影响加工质量。为此，必须解决工件的装夹问题。

1.考虑到装夹刚性要求，必须利用夹具与工件采用面接触夹紧的方法来保证。因为中国象棋的外形为圆弧形，夹具与工件接触部分的形状也应该设计成圆弧形。

2.为实现装夹目的，夹具应该分成两部分，一部分固定，另一部分可以移动。为此，具有圆弧形接触面的夹具应该分成前、后两部分，但两部分夹具的圆弧形接触面应该同心且尺寸一致，这就要求这两部分夹具要在同一加工中完成后再分割开来。可以分割成前、后夹板。

3.考虑到加工过程中便于对刀操作，加上数控铣床配套有QH-160机用平口钳，所以夹具外形设计成矩形，便于装夹和对刀。

4.考虑到夹具分成前、后夹板，前夹板可以移动，后夹板需要固定，所以设计一块底板，具有导向槽，便于前夹板移动。同时，后夹板通过沉头螺栓与底板连接固定。另外，为了便于清理加工出来的废料，底板底部要开有半圆槽，同时，为了定位和装夹的方便，半圆槽尺寸应该比中国象棋的最大外形尺寸略小（直径小10 mm）。

5.考虑到工件装夹后，需要先去除数控车削切断时留下的余量，前、后夹板的高度应该略小于中国象棋的高度（高度小2 mm）。

6.为了保证装夹到位，前、后夹板装夹工件后，应该直接与机用平口钳接触，为此，装夹后前、后夹板的尺寸应该大于底板尺寸10mm左右。

7.考虑到QH-160机用平口钳的钳口宽度为160 mm，中国象棋的最大外形尺寸为52 mm，同时，学校的数控铣床实训设备数量有限，为提高加工效率，本夹具设计成一次可装夹两件工件。

前、后夹板中圆弧形部分一块加工，在数控车床上采用四爪卡盘装夹加工，加工完毕再切割成前、后两部分，中间切割宽度为10 mm。后夹板采用3颗沉头螺栓M8与底板连接。

本夹具因为内孔尺寸及形状与中国象棋的圆弧形外形及尺寸是一致的，充分保证了中心基准的定位问题，同时，由于夹具的定位是靠两块与象棋圆弧外形及尺寸一致的钢板来锁紧象棋成型毛坯的，整体配合性、刚性好，对工件加工质量有保证。

当然，本夹具必须通过机用平口钳来装夹在数控铣床上才能加工工件，同时，夹具的设计只是针对象棋唯一外形及尺寸的，应用范围有限，而且，夹具每次装夹加工时，均需要重新对刀，二次装夹中心基准定位难以保证一致。但因为是用于学生实训操作的，而对刀也是学生实训的内容，所以，本夹具足以满足教学需要。

总之，数控加工中夹具的选用和设计是工件的夹装和定位加工工艺中不可缺少的环节，选择正确的夹具会给自己的加工减少很多不必要的问题，比如说减少误差、减少加工变形和刀具上的组件发生碰撞等等。其实在加工过程中也碰到很多问题，该夹具设计中的疏忽和缺陷在所难免，依然存在许多漏洞和不足之处，因此，在以后还需对该夹具进行必要的修补和完善工作。

参考文献

[1]刘守勇.机械制造工艺与机床夹具[M].北京：机械工艺出版社，2001.

[2]杨伟群.数控铣工[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2012.