数控铣床工装夹具设计与改进探索

李兴迪

（昆明铁道职业技术学院，云南昆明 650208）

0 引言

随着我国经济社会和科技的不断进步和发展，装备制造业也在飞速前进。其中，数控铣床因其具有高精度、生产速度快等优点，被广泛应用于各个行业的产品加工制造中。在实际生产加工过程中，操作者选用工件、刀具等，并对加工进行调试，对生产的零件进行检测，均会花费大量的时间，影响生产效率，所以考虑提高数控铣床加工技术的应用势在必行，而合理使用数控铣床工装夹具能有效提高产品的精度、降低操作者劳动强度。

在数控铣床中，装夹工艺具有十分重要作用，它能将工件进行定位和夹紧后，保证工件在加工过程中能够有条不紊地进行。特别是大批量的生产中，夹具的应用可以有效减少各种资源的浪费，提高工作效率。虽然夹具本身不具有切削加工的作用，但在实际的生产过程中能够将产品固定于某一确定的位置上而使产品的加工误差减小，所以提高数控铣床工装夹具的设计及改进显得尤为重要。

1 数控铣床工装夹具设计流程与优化

数控铣床的工装夹具设计流程主要有3 个步骤：首先，需要认真分析产品图样，全面把握产品的尺寸、定位及产品在生产过程中需要注意的细节，同时需要仔细了解该产品的结构特征、生产工艺、材料性能等技术要求；其次，需要对加工产品的精度、加工余量以及表面情况进行分析和预估，仔细斟酌加工工艺对夹具整体性能的影响；最后，准确分析前后加工工序对产品精度的影响。经过以上产品的设计流程后，制定出适宜的数控铣床工装夹具加工工艺。

在数控铣床加工过程中，也可对现有的工装夹具进行优化和改进，原有的工装夹具是单个夹具，可以优化设计成多件夹装的工装夹具。多件夹装工具进行加工时需要对工件进行合理布置，根据加工产品以及机床的外形尺寸等外部因素进行合理的规划。各工件之间需要保持适当的间距，这样方便工件的装卸以及切屑的清除。另外，各定位元件之间的距离一定要精准（图1）。工装夹具有的是一面两销定位，需要根据加工工件的不同，调整圆柱销和菱形销之间的间距。在实际进行加工时，需要确保各定位元件之间的精准定位从而确保加工工件按照加工步骤和数控程序运行，这样保障各加工工件具有较高的质量精度。

在加工时需要特别注意的是，夹具的夹紧方式设计必须合理，所采用的夹紧元件应该尽量简单化，以保障刀具在切削过程中具有充余的空间。例如，在立式铣床上加工时需要注意能够方便进行排屑，因为在此种机床在进行切削加工时切屑更容易落在夹具表面上，对机床进行合理排屑除还可以使机床能够正常工作，保证工件的加工误差最小。

2 数控铣床工装夹具设计特点及原则

在数控铣床加工生产过程中，夹具的主要作用是夹紧和定位。工装夹具的设计应该遵循数控铣削的工艺要求，在设计时需要考虑以下3 个方面的问题。

（1）设计时注意夹具的开敞程度，注意避开铣床主轴套筒以及刀具以免产生干涉。在实际加工时需要最大程度地增大夹具的开敞程度，同时需要保证加工工件的整个工作面可以完全暴露出来，保证各工件之间、加工面和各夹紧元件之间的距离足够安全，实际加工时需要夹紧元件处在最低位置，保证刀具和夹具之间不会产生相互干扰。

（2）在机床进行工件装夹时需要注意安装方位和数控机床的加工坐标系保持一致，这就要求夹具有不定向安装的设计，从而使加工机床和加工零件之间具有相互协调性。

（3）在进行机床夹具的设计时，注意满足机床夹具的使用稳定性，同时需要满足强度要求。特别需要注意的是对夹具的夹紧点的设计，要满足可以方便简单的更换、调整夹具，以避免在实际的生产过程中对产品加工精度产生影响的要求，除此之外，在进行数控铣床工装夹具设计时，需要注意夹具安装过程简单、操作过程要便于调整，灵活好用，从而降低操作者的施工难度。

对数控铣床工装夹具设计时需要注意的原则有如下3点：一是设计夹具时需要保证被固定工件不会产生工作面的变形以及工件的形状大小的变化；二是对工件进行夹紧时需要注意夹紧装置不能影响工件的正常定位，夹紧作用力大小要合适；三是夹具需要同时具备良好的实用性和稳定性，同时夹具的材质需要满足强度以及刚度的要求，注意在操作夹具时需要满足夹具的易操作性，最重要的是需要保证操作人员的安全。

3 数控铣床工装夹具设计应注意的问题

3.1 需要原始工艺文件的支持

零件最终加工工艺是经过多次修订而得到的加工方案，对工装夹具的设计具有十分重要的作用。根据图纸中工件的主要结构形状以及具体需要加工的部位进行分析，确定加工原点，起刀点以及刀具的行走路径，并且根据行走路径计算出各走线的节点位置坐标。根据工艺和坐标系之间的联系确定机床上夹具的安装位置，同时为准确地标注定位坐标原点尺寸提供相应的依据，避免加工面位置和机械原点位置重合。

3.2 确保工件加工的精度

在操作数控铣床加工时，要保证工件加工精度以及工件在加工过程中的稳定性，以保证工件加工的质量要求。首先需要在相应位置，通过检验仪表来保证夹具与工作台表面之间的精度，通过工作台对工件进行精准定位使夹具具有很好的敞开性，保证加工产品具有较好的加工孔垂直度等，在保证工装夹具有很好的准确性同时使产品具有很好的加工精度。

3.3 设计时提高加工效率

在进行数控铣床工装夹具的设计时，需要保证其加工的效率很高。实际生产中一般有两种方式可以提高夹具的生产效率：一是使工装夹具标准化，采用标准化、模块化程度较高的装夹元件使夹具尽可能的标准化，避免在生产过程中花费很多时间去测量尺寸，浪费加工时间；二是采用液动、气动或者气液联动的方式对夹具进行夹紧设置，同时也可以采取多工位夹层和可调位夹具的联合使用来提高产品的生产效率。

为了提高加工效率，在实际生产过程中需要注意以下3 个问题：尽可能通过一次装夹来实现工件的加工成型，这样可以缩短加工调整和转换的时间，保证加工的工作效率；可以采取增加装夹的速度来提高夹具的生产效率；可以通过合理选择刀具及切削参数来提升其工作效率。

3.4 加强防碰撞的校核工作

在现代的加工制造中数控机床的应用越来越广泛，但是随着技术的发展、要求的提高，对刀具的协同工作也提出了更高的要求。在实际生产过程中，刀具和工件之间的碰撞和干涉是数控铣床工作过程中经常遇到的问题，为了能够避免刀具和工件之间产生相互碰撞和干涉，需要设计和操作者认真研究加工程序中编定的起刀点和走刀路线。同时，由于加工过程中操作的结构比较复杂，设计人员需要对加工工件的各个侧壁是否与夹具之间发生碰撞及摩擦做合理的验证，以保证产品的加工精度。

4 数控铣床工装夹具的设计改进方法

4.1 工装夹具设计过程中采用一次装夹多个工件

数控铣床主要是依靠压缩空气来松开或夹紧刀具，以便于进行换刀操作，而加工中心由于采用了刀库，在对产品进行加工时可以对多道工序自动换用不同的刀具，但是换刀导致损耗时间较多，而且数控系统容易出现故障。因此在满足加工条件下，需要考虑减少换刀次数，以达到提高加工产品的工作效率。通过合理设计工装夹具，可以最大限度地减少换刀次数。根据产品的工艺流程以及外形尺寸，将产品工装夹具设计成每次装夹多个工件（图2）。

图2 一次装夹多个工件

4.2 多件装夹工装夹具设计的优化

首先需要合理布置工件的位置。根据工件的外形尺寸、机床的工作台大小、机床的运行过程以及生产效率确定每次夹装的工件数量以及布置方式。其次，各个工件之间的距离应该设计合理。图2 是实际的装夹工作图。最后，对加工产品进行安装时需要确保加工工件的敞开性，以便实现工序的集中加工。

5 结束语

通过对数控铣床工装夹具设计与优化过程可以看出，应该根据铣床工装夹具本身的特点，设计出适合的加工方案。只有采取有效的措施，才能使铣床工装夹具加工越来越人性化，使生产效率越来越高。