數(shù)控機(jī)床夾具的合理選擇及應(yīng)用

目前，機(jī)械加工按生產(chǎn)批量可分為兩大類：一類是單件、多品種、小批量（簡稱小批量生產(chǎn)）；另一類是少品種、大批量（簡稱大批量生產(chǎn)）。其中前者大約占到機(jī)械加工總產(chǎn)值的70～80%，是機(jī)械加工的主體。

同樣一款機(jī)床，為何生產(chǎn)效率卻相差好幾倍？得出的結(jié)論是：數(shù)控機(jī)床選用的夾具不合適，從而使數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率大幅降低。下面介紹數(shù)控機(jī)床夾具的合理選擇及應(yīng)用。

如何提高數(shù)控機(jī)床利用率？通過技術(shù)分析，夾具的使用有很大的關(guān)系。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)企業(yè)數(shù)控機(jī)床選用夾具不合理的比例高達(dá)50%以上。至2010年底，中國數(shù)控機(jī)床保有量近一百萬臺，也就是說有50萬臺以上的數(shù)控機(jī)床由于夾具選擇不合理或應(yīng)用不當(dāng)，而出現(xiàn)了“窩工”現(xiàn)象；從另外一個(gè)角度來講，在數(shù)控機(jī)床夾具的選擇與應(yīng)用上大有文章可做，因?yàn)槠渲刑N(yùn)含枱可觀的潛在經(jīng)濟(jì)效益。

小批量生產(chǎn)周期﹦生產(chǎn)（準(zhǔn)備/等待）時(shí)間+工件加工時(shí)間由于小批量生產(chǎn)“工件加工時(shí)間”很短，因此“生產(chǎn)（準(zhǔn)備/等待）時(shí)間”的長短對于加工周期有枱至關(guān)重要的影響。要想提高生產(chǎn)效率，就必須想辦法縮短生產(chǎn)（準(zhǔn)備/等待）時(shí)間。

1、下面推薦三類小批量生產(chǎn)可優(yōu)先考慮的數(shù)控機(jī)床夾具：

組合夾具

組合夾具又稱為“積木式夾具”，它由一系列經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、功能各異、規(guī)格尺寸不同的機(jī)床夾具元件組成，客戶可以根據(jù)加工要求，象“搭積木”一樣，快速拼裝出各種類型的機(jī)床夾具。由于組合夾具省去了設(shè)計(jì)和制造專用夾具時(shí)間，極大地縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，因而有效地縮短了小批量生產(chǎn)周期，即提高了生產(chǎn)效率。另外，組合夾具還具有定位精度高、裝夾柔性大、循環(huán)重復(fù)使用、制造節(jié)能節(jié)材、使用成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。故小批量加工，特別是產(chǎn)品形狀較為復(fù)雜時(shí)可優(yōu)先考慮使用組合夾具。

精密組合平口鉗

精密組合平口鉗實(shí)際上屬于組合夾具中的“合件”，與其它組合夾具元件相比其通用性更強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)化程度更高、使用更簡便、裝夾更可靠，因此在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。精密組合平口鉗具有快速安裝（拆卸）、快速裝夾等優(yōu)點(diǎn)，因此可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高小批量生產(chǎn)效率。目前國際上常用的精密組合平口鉗裝夾范圍一般在1000mm以內(nèi)的，夾緊力一般在5000Kgf以內(nèi)。

光面夾具基座

光面夾具基座在國內(nèi)應(yīng)用還不是很多，但在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家應(yīng)用很廣泛。它實(shí)際上就是經(jīng)過精加工的夾具基體精毛坯，元件與機(jī)床定位連接部分和零件在夾具上的定位面已經(jīng)精加工完畢。用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需要，自行加工制作專用夾具。

需要注意的是，這里所說的精密組合平口鉗并不是老式機(jī)加虎鉗，老式機(jī)加虎鉗功能單一、制造精度低、無法成組使用、使用壽命短，不適宜在數(shù)控機(jī)床、加工中心上使用。這里所說的精密組合平口鉗是起源于歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，專門針對數(shù)控機(jī)床、加工中心特點(diǎn)所設(shè)計(jì)的一系列新型平口鉗，此類產(chǎn)品具有裝夾柔性大、定位精度高、夾緊快速、可成組使用等特點(diǎn)，特別適合數(shù)控機(jī)床、加工中心使用。

電永磁夾具

電永磁夾具是以釹鐵硼等新型永磁材料為磁力源，運(yùn)用現(xiàn)代磁路原理而設(shè)計(jì)出來的一種新型夾具。大量的機(jī)加工實(shí)踐表明，電永磁夾具可以大幅提高數(shù)控機(jī)床、加工中心的綜合加工效能。

電永磁夾具的夾緊與松開過程只需1秒左右，因此大幅縮短了裝夾時(shí)間；常規(guī)機(jī)床夾具的定位元件和夾緊元件占用空間較大，而電永磁夾具沒有這些占用空間的元件，因此與常規(guī)機(jī)床夾具相比，電永磁夾具的裝夾范圍更大，這有利于充分利用數(shù)控機(jī)床的工作枱和加工行程，有利于提高數(shù)控機(jī)床的綜合加工效能。電永磁夾具的吸力一般在15～18Kgf/cm2，因此一定要保證吸力（夾緊力）足夠抵抗切削力，一般情況下，吸附面積不應(yīng)小于30cm2，即夾緊力不小于450Kgf。

2、宜大批量加工的數(shù)控機(jī)床夾具

大批量加工周期＝加工等待時(shí)間＋工件加工時(shí)間＋生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間“加工等待時(shí)間”主要包括工件裝夾和更換刀具的時(shí)間。傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)床夾具“工件裝夾時(shí)間”可達(dá)到大批量加工周期的10～30%，這樣“工件裝夾”就成為了影響生產(chǎn)效率的關(guān)鍵性因素，也是機(jī)床夾具“挖潛”的重點(diǎn)對象。

故此大批量加工宜采用快速定位、快速夾緊（松開）的專用夾具，可優(yōu)先考慮以下三類機(jī)床夾具：

液壓/氣動(dòng)夾具

液壓/氣動(dòng)夾具是以油壓或氣壓作為動(dòng)力源，通過液壓元件或氣動(dòng)元件來實(shí)現(xiàn)對工件的定位、支承與壓緊的專用夾具。液壓/氣動(dòng)夾具可以準(zhǔn)確快速地確定工件與機(jī)床、刀具之間的相互位置，工件的位置精度由夾具保證，加工精度高；定位及夾緊過程迅速，極大的節(jié)省了夾緊和釋放工件的時(shí)間；同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可多工位裝夾、可進(jìn)行高速重切削，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。

液壓/氣動(dòng)夾具的上述優(yōu)點(diǎn)，使之特別適宜在數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性生產(chǎn)線使用，特別適合大批量加工。

電永磁夾具

電永磁夾具所具有的快速夾緊、易實(shí)現(xiàn)多工位裝夾、一次裝夾可多面加工、裝夾平穩(wěn)可靠、節(jié)能環(huán)保、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。與常規(guī)機(jī)床夾具相比，電永磁夾具可以大幅縮短裝夾時(shí)間，減少裝夾次數(shù)，提高裝夾效率，因此不僅適用于小批量生產(chǎn)，亦適用于大批量生產(chǎn)。

光面夾具基座

光面夾具基座可以有效縮短制造專用夾具的周期，減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，因而可以從總體上縮短大批量生產(chǎn)的周期，提高生產(chǎn)效率；同時(shí)可以降低專用夾具的制造成本。因此光面夾具基座特別適合周期較緊的大批量生產(chǎn)。

合理使用夾具，挖掘設(shè)備潛能

經(jīng)驗(yàn)表明，為了提高數(shù)控機(jī)床加工效能，僅僅“選對”數(shù)控機(jī)床夾具還是不夠的，還必須在“用好”數(shù)控機(jī)床夾具上下功夫。

3、下面介紹三種常用的方法：

多工位法

多工位法的基本原理：通過一次裝夾多個(gè)工件，達(dá)到縮短單位裝夾時(shí)間，延長刀具有效切削時(shí)間的目的。多工位夾具即擁有多個(gè)定位夾緊位置的夾具。

隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展和用戶提高生產(chǎn)效率的需要，現(xiàn)在多工位夾具的應(yīng)用越來越多。在液壓/氣動(dòng)夾具、組合夾具、電永磁夾具和精密組合平口鉗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多工位設(shè)計(jì)越來越普遍。

成組使用法

將相同的幾個(gè)夾具放在同一工作枱使用，同樣可以實(shí)現(xiàn)“多工位”裝夾的目的。這種方法所涉及的夾具一般應(yīng)經(jīng)過“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、高精度制造”，否則難以達(dá)到數(shù)控機(jī)床工序加工的要求。

成組使用法可以充分利用數(shù)控機(jī)床行程，利于機(jī)床傳動(dòng)部件的均衡磨損；同時(shí)相關(guān)夾具可獨(dú)立使用，實(shí)現(xiàn)多件裝夾，又可聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)大規(guī)格工件裝夾。

局部快換法

局部快換法是通過對數(shù)控機(jī)床夾具的局部（定位元件、夾緊元件、對刀元件和引導(dǎo)元件）進(jìn)行快速更換，達(dá)到迅速改變夾具功能或使用方式的目的。例如：快換組合平口鉗，可以通過快速更換鉗口實(shí)現(xiàn)裝夾功能的改變，比如由裝夾方料轉(zhuǎn)變成裝夾棒料；也可以通過快速更換夾緊元件實(shí)現(xiàn)夾緊方式的改變，比如由手動(dòng)夾緊轉(zhuǎn)變成液壓夾緊。局部快換法大幅縮短了更換及調(diào)整夾具的時(shí)間，在小批量生產(chǎn)中優(yōu)勢較為明顯。