数控铣床工装夹具的设计

摘要：夹具装置在数控铣床制造加工中具有十分重要的作用，可以提高加工精度与劳动生产率，满足工作需求。数控铣床工装夹具的设计应根据要求合理选择对刀点，筛选刀具和切削用量，重视原始工艺文件，注重防碰撞校核。在数控铣床制造加工过程中应优化工装夹具的设计，改进夹紧动力装置，改进多工件一次加装，改进多件装工装夹具，并结合工件特性改进。

关键词：数控铣床夹具设计夹紧动力装置工件特性

中图分类号：TG54

DesignoftheWorkFixtureforNumericalControlMillingMachines

LUOBingjunSIChanghongWEIJiangbo

LiuzhouVocationalandTechnicalCollege，Liuzhou，GuangxiZhuangAutonomousRegion，545000China

Abstract：Afixturedeviceplaysaveryimportantroleinthemanufacturingandprocessingofnumericalcontrolmillingmachines，whichcanimprovemachiningaccuracyandlaborproductivity，soastomeetworkrequirements.Thedesignoftheworkfixturesofnumericalcontrolmillingmachinesshouldreasonablyselectadjustedcutterpoints，screentoolsandcuttingamounts，attachimportancetooriginalprocessdocumentsandpayattentiontoanti-collisioncheckaccordingtorequirements.Inthemanufacturing ;andprocessingprocessofnumericalcontrolmillingmachines，itisnecessarytooptimizethedesignofworkfixtures，improvetheclampingpowerplant，improvetheone-timeclampingofmultipleworkpieces，improvetheworkfixtureofmultipleworkpieces，andcombinethecharacteristicsofworkpiecesforimprovement.

KeyWords：Numericalcontrolmillingmachine;Fixturedesign;Clampingpowerplant;Characteristicsofworkpieces

我国制造业迅速发展，数控铣床充分发挥其高精密、高速度和复合化的应用优势，提高产品精度，减少工作量，获得了理想的生产效果。数控铣床工装加工制造的过程工序较多，容易受到多种因素的影响，在工装夹具准备时浪费较多的时间，影响加工质量，因此，应不断创新夹具技术，提高工装夹具设计质量。

1数控铣床工装夹具的功能

1.1提高加工精度

在各类零件的制造加工中，应用工装夹具准确定位，可提高加工精度，提高加工质量和效率，降低工作强度，节约时间。

1.2提高劳动生产率

工装夹具的结构包括定位元件、对刀引导元件、连接元件、夹具体、夹紧装置及分度装置等，应能做到精准定位，迅速夹紧。同时，工装夹具在外形复杂、定位和安装难度大的部件加工中具有良好的适用性，可高质高效完成装配，便于工作人员轻松组合装夹多个复杂部件。

1.3满足工作需求

工装夹具的应用可有效改善工作环境，对人员的综合能力要求不高。特殊工装夹具的应用能更加快速、精准地进行装配和夹持，减轻人员操作负担，简化装夹和定位流程，更加符合工作要求。

2数控铣床工装夹具的设计要求

夹具在数控铣床生产中的应用十分关键，能够实现一个或多个工件的支撑、定位和夹持，有利于切削、装配、检测等顺利进行。在部分产品批量生产过程中，合理应用夹具，可有效减少操作时间，优化操作流程，提高生产效率，保证产品质量。工装夹具能够在相应位置固定工件，有效承受切割力量，结合工件尺寸、工作性质，其结构会有一定变化。产品加工受到设备、工艺、成本等各项因素的影响，因而产品工装夹具的设计有所不同[1]。数控铣床属于多刀片工具，在零件制造加工过程中，切削力较大，在工装夹具的设计中，对夹紧、强度的要求较高，须有效承受铣削力。

对于数控铣床工装夹具的设计，应使其尽可能开敞，以便工件的待加工面能充分暴露，要合理控制加工面与夹具之间的操作距离，避免加工过程中因两者互相影响而出现碰撞、磨损等问题，从而损坏构件。

为了使零件安装方位、编程和数控铣床坐标系方向相同，在工装夹具设计中，应保持零件定位面与数控铣床之间具有良好的坐标联系。此外，要保证夹具有良好的刚性及稳定性，防止加工制造中更换夹紧点，同时避免对工件、夹具定位精度产生不良影响。

在工装夹具设计中，设计人员还应简化数控铣床加工流程，增强加工制造的灵活性，使操作简单，降低劳动强度，更多关注生产安全，发挥工装夹具在数控铣床加工中的最大应用价值。

3数控铣床工装夹具的设计要点

3.1合理选择对刀点

数控技术不断创新发展，数控铣床制造加工中也不断增加刀具，这就容易出现刀具和夹具互相干涉，从而降低产品加工质量，甚至引发一系列安全问题。因此，在工装夹具设计中，设计人员应详细分析设计要求，明确设计要点，了解工序坐标图内容，确保工装夹具符合标准，刀具数量和种类等能满足数控铣床的加工要求。工装夹具结构相对复杂，在设计过程中应综合考虑多种因素，并且要与操作技术人员加强沟通，提高设计方案的合理性[2]。同时，设计人员须通过信息技术，建立仿真的塑料夹具模型，详细观察工件侧壁凸起位置是否与夹具存在互相干涉问题，在必要的情况下，合理进行防碰撞计算，并将计算结果编入加工程序。

工装夹具的设计应有利于简化加工程序，选择零件的定位基准换算简单的位置作为对刀点，便于计算，在数控铣床上容易找正，有利于加工制造中进行检查，以最大程度减少加工误差。设计实践中，普遍将对刀点选择在工件的基准点位置。

3.2筛选刀具和切削用量

设计人员应分析工装夹具的设计内容、特点和原则，明确其在实际操作台上的具体位置，做好准确定位。同时，设计人员要详细分析数控铣床在实际加工中的行程，选择适宜的刀具，保证其种类和长度等各项参数符合标准，并精准定位刀具放置的最优位置，提高刀具的应用效果，最大程度降低刀具运行安全问题的发生概率。设计人员选择切削用量的过程中，需要结合数控铣床加工模式，明确切削用量和切削力，高度重视其生产的安全可靠性，在粗加工、精加工、半精加工等生产模式中具有良好的适用性，全面提高产品的生产加工质效[3]。另外，在夹具设计过程中应当综合分析其标准化、通用化，尽可能保持标准统一，便于后续夹具零件互相更换，保障生产精度，提高生产效率。

3.3重视原始工艺文件

设计人员应详细分析不同工序的坐标图，掌握程序原点、起刀点、走刀路径等，并结合工件结构形式、具体架构位置明确定位，在图纸上明确标注零件加工和起刀位置等，使后期的各项工作能更加顺利进行。工艺坐标校正图主要结合数控铣床和工件坐标系之间的关系进行设计，保证设计图纸的科学合理性，明确定位固定位置，便于操作人员详细掌握安装流程，精准确定基点位置、程序原点、定位基准尺等，提高设计和装配效率。

3.4注重防碰撞校核

新时期刀具类型和数量不断增长，各类刀具的使用性能存在一定的差异性，在多种因素的影响下，在数控铣床加工中刀具和夹具之间经常会出现互相碰撞、摩擦的现象。因此，工作人员应明确数控铣床加工制造中起刀点和路线、具体坐标点等，避免两者之间互相干扰。夹具结构较为复杂时，设计人员要根据具体要求，制造仿真塑料夹具，详细分析设计中可能发生的问题，进行精确设计，提高工装夹具设计效果。

4数控铣床工装夹具设计的优化策略

4.1改进夹紧动力装置

工装夹具设计的改进，需要符合加工夹紧精度要求，提高加工质量和效率，同时提高工件装夹的自动化水平，保证夹紧的安全可靠性和灵活性，有效缩短操作时间。设计人员要合理应用气动夹紧动力装置，使压缩空气不会对加工操作环境带来较大污染，并便于操作人员灵活调节其输出力和运行速度，防止工装夹具在零件加工中装夹较紧，损坏工件夹紧表面。液动夹紧控制装置在实践应用中，具有噪音小、质量轻、效果好等较多显著优势，有利于实现工作动力循环，提高加工操作速度、安全稳定性和自动化水平，进而实现远程控制产品加工[4]。另外，气液式混合自动夹紧控制装置融合了以上两种装置的优点，在实际应用中，将空气压力有效转变为液动装置的压力，为夹紧元件的动力机构供应压力，保持安全稳定的运行状态。

为了提高数控铣床加工效率，设计人员可合理选择自动控制设备，减少刀具更换对数控铣床的限制，实现自动换刀，减轻人工压力，避免人工更换刀具产生的不良影响。同时，应用自动转动和控制的工装夹具，自动化效果较佳，在零件加工中，可提高数控铣床使用性能，节约成本，获得良好的加工效果。

4.2改进多工件一次加装

数控铣削时，夹具动力借助压缩空气完成动作，自动夹紧、松脱，便于人员操作，同时以自动控制机构自动化更换刀具，按照顺序依次加工零件表面。设计人员在多工件一次加装优化设计过程中，要综合分析加工要求，合理设计刀具更换数量，在保证加工质量的基础上减少加工时间，降低故障发生频率。多件一次装夹，能够简化加工流程，减少刀具更换频次，要根据数控铣床设计、工件大小优化工装夹具，一次装夹不同工件，并针对性调整，提高加工精度。

4.3改进多件装工装夹具

设计人员要根据实际和加工需求，结合工件外形、大小、加工设备尺寸等，合理控制工件之间的间隔，提高工装夹具的开放度，实现集中加工，便于工件处理和排屑，提高加工生产效率。设计人员应明确关键定位要素，选择一面二销的方式精准定位零件，详细分析零件大小和用途，明确零件中菱形销、圆柱销的间隔距离，并且在实际应用中准确定位零件，使数控铣床在不同零件加工过程中能精准移到对应位置，提高精度。

设计人员使用连杆夹持法同步夹持多个工件，要优化内部夹具设计，增大刀具移动空间。数控铣床加工方法通常较为集中，夹持力过大，容易损坏工件表面，这就需要设计人员更多关注压板、工件的焊接操作，保持两者接触位置焊接质量符合要求[5]。同时，对于多件装模具，要实现立体式数控铣床工装夹具设计，设计人员应详细分析三维数控铣床切削过程，发现切屑通常会落到工装夹具上，因此，在改进时，需注重排屑量处理，防止对刀具自动运行产生不良影响，以实现工装夹具的精准定位，提高多件装工装夹具设计效果。

4.4结合工件特性改进

设计人员应当以工件为主，详细分析其特性，掌握产品加工要求。不同零件的规格大小、型号、性能等各项参数差异较大，这就需要设计人员详细检查产品，准确、完整地掌握零件、材料信息数据，并在完成产品检查工作后，做好数据记录和存档工作，同时借助互联网、大数据和云计算等，有效采集、处理数据，进行数据备份，便于后续随时查询和利用。设计人员还应掌握不同的工艺，明确工艺和设计流程，在不同工装夹具设计中，选择适宜的加工工艺，借助采集、存储的信息数据，优化绘制数控铣床基础结构，完善设计图，保证加工精度。另外，设计人员应关注不同工件的间距，当间距过小，容易在工件加工中出现互相碰撞和磨损的现象，增加拆装工作难度，并且在产品加工制造中产生较多碎片，无法彻底清除，影响工件加工精度；当间距过大时，影响工件安装速度，降低加工效率，减少经济效益[6]。因此，设计人员应综合考虑工装夹具设计、安装等各项问题，要实施合理的预防对策，提高设计方案的规范性，提高加工水平，创造更多综合效益。

5实例分析

以数控铣床加工电子秤产品时优化设计工装夹具为例。

5.1加工特点分析

在产品加工制造过程中，需要保证各项部件设计和安装的科学合理性，并要求工作人员结合产品加工标准，做好电子秤周边圆弧和倒角的加工。运用数控铣床加工时，合理设计工装夹具，一次性完成圆弧边制造任务，同时在倒角加工时进行正、反两次装夹，完成加工任务。另外，设计人员详细分析电子秤产品的结构特点，规范设计加工技术，明确其加工流程和内容，确保倒角两面加工的均匀性。夹具设计中，简化其结构，考虑其操作的便捷性，提高装夹操作的精准性和有效性，确保产品零件加工质量合格。

5.2工装夹具结构方案设计

设计人员详细分析电子秤生产标准，保证装夹定位的精准性，合理应用一柱一销方法进行定位，并在实践过程中，紧固销边定位销，给予相应的预紧力，保持圆柱定位销紧固适宜。设计人员采用百分表找正，在数控铣床中录入销的中心轴线。同时，在工件安装之后，压紧压板，在产品加工中执行编制的数控程序，提高工件圆弧和倒角正反面加工效果。

5.3改进设计

当工装夹具松动时，需要重新找正，否则影响加工效率。发生这些问题的主要成因在于工装夹具，这就需要设计人员优化工装夹具设计，完善设计方案，提高生产效率。

要优化设计工装夹具的功能，整合设计多个夹具零件，使定位误差在可控范围之内，增加夹具的刚性，同时转变夹持力的受力点，提高加工安全稳定性，并借助百分表找直线，实现工装夹具在数控铣床上找正。在工装夹具改进设计的过程中，找正夹具直边，在数控铣床执行编制的程序时，依次加工外圆弧、倒角，卸装工件，加工反面倒角。通过零件加工实践分析，产品加工制造效果良好，对刀找正简单，刚性较好，同时能够保持倒角更加均匀，保障产品外观和质量符合要求。

对工装夹具设计进行改进，加工质量和效率得到了明显的提升，主要体现在：批量零件加工制造中不需要重新找正；提高工装夹具整体刚性，不需要分层加工，操作更加简单；倒角加工质量高，更加对称均匀，外观加工效果好；工装夹具在相类似的各类工件加工制造中具有良好的应用效果，更加高效便捷、安全可靠。

6结语

工装夹具是数控铣床加工中非常重要的部件，直接关系到产品的加工质量和效率。因此，设计人员应优化设计工装夹具，合理应用自动化控制系统，提高其在数控铣床上的应用效果。

参考文献：

[1]陈玲玲，鞠园.数控铣床与加工中心夹具优化设计探究[J].现代制造技术与装备，2021，57（2）：27-28.

[2]王琛.关于数控铣床工装夹具设计的探讨[J].南方农机，2021，52（3）：36-37.

[3]韩宇，张金球，李磊.铣床用多工位夹具的设计[J].机械制造，2021，59

（3）：83-86.

[4]徐圣凯，方承凯，王炬达，等.数控铣床加工多面零件的加工工艺编程及夹具改进[J].机电产品开发与创新，2023，36（1）：118-121.

[5]卜耀先.数控铣床工装夹具设计与改进策略[J].内燃机与配件，2021（6）：68-69.

[6]苏家兵.数控铣床工装夹具设计及改进策略分析[J].中国金属通报，2023（6）：162-164.