数控机床工装夹具的合理选择及应用

机械加工按生产批量可分为（wéi）两大（dà）类：一类是单（dān）件、多品种、小批量（简（jiǎn）称小批量（liàng）生产）；另一类是少品（pǐn）种、大批（pī）量（简称（chēng）大批（pī）量生产）。其中前者大约占到机械加工总（zǒng）产值的（de）70~80%，是（shì）机械（xiè）加工的主（zhǔ）体。
    同（tóng）样一（yī）款（kuǎn）机床，为（wéi）何生产效率却相差好几（jǐ）倍（bèi）？得出的结论是：数控机床选用的夹具不合适，从而使数控机床（chuáng）的（de）生（shēng）产效（xiào）率大（dà）幅（fú）降低。 为（wéi）大家详细介绍数控机床夹具的合理选择及应（yīng）用。 SHAPE \* MERGEFORMAT
   如（rú）何提高数控机床（chuáng）利用率？通过技术（shù）分析，夹（jiá）具的使用有很大的（de）关（guān）系。据不完全（quán）统（tǒng）计，国内（nèi）企业数控（kòng）机床选（xuǎn）用夹具不合理的比例高（gāo）达50%以上。至2010年底，中国数控机床保有量（liàng）近一百（bǎi）万台（tái），也就是说有50万（wàn）台（tái）以上（shàng）的数控（kòng）机床由于夹具选择不合理（lǐ）或应（yīng）用（yòng）不（bú）当，而出现（xiàn）了“窝工”现（xiàn）象；从另外一个（gè）角度来（lái）讲，在数（shù）控机床夹具的选择与应（yīng）用上（shàng）大有文章可做，因为（wéi）其中蕴含着可（kě）观的潜（qián）在经济效（xiào）益。
   小批（pī）量生产周期﹦生产（准备/等待）时间+工件加（jiā）工时间。由于小批量生（shēng）产“工件（jiàn）加工时间”很短，因（yīn）此“生产（准备/等待）时间”的长短（duǎn）对于加工周（zhōu）期有着至关重要（yào）的影响。要想提高生产效率，就必须（xū）想办法缩短生产（chǎn）（准备（bèi）/等（děng）待）时间。

一、小（xiǎo）批量生产可优先考虑的数（shù）控机（jī）床夹具：

【组合夹具】

组合（hé）夹具又称为（wéi）“积木式夹（jiá）具”，它由一系列经过标准（zhǔn）化设（shè）计、功（gōng）能各异、规格（gé）尺（chǐ）寸不同的机床夹具元件（jiàn）组成，客户可（kě）以根（gēn）据加工要求，象“搭积木”一样，快速（sù）拼装出各种类型的机床夹具。由于组合（hé）夹具省去（qù）了设计和制造（zào）专用夹具时（shí）间，极大地缩短了生（shēng）产准备时间（jiān），因而有（yǒu）效地缩短了小批量生产周期，即提高了生产效率。另外，组合（hé）夹具还具（jù）有（yǒu）定位精度高、装夹柔性大、循环重复使用（yòng）、制造节能节材、使用成本低廉（lián）等优点。故小批量加工，特别（bié）是（shì）产品形状较为复杂时可优先考虑使（shǐ）用组（zǔ）合夹具。

【精（jīng）密组合平口钳】

精密组合平口钳实际上属于组合夹具中（zhōng）的（de）“合件”，与（yǔ）其它（tā）组合夹具元（yuán）件相比其通用性更强、标准化程度更高、使（shǐ）用更简便、装夹（jiá）更可靠，因此在 范围内得到了广（guǎng）泛的应用（yòng）。

精密（mì）组（zǔ）合平口钳具有快速安装（拆卸）、快速装夹等优点，因（yīn）此可（kě）以缩短生产（chǎn）准备时间，提高小批量（liàng）生（shēng）产效率。

目前 上常用的精密组合平口钳的装夹范围一般在1000mm以内，夹紧力一般在5000Kgf以内。

需要（yào）注意的是，这里所（suǒ）说的精密组（zǔ）合平（píng）口钳并不是（shì）老式机加虎钳，老式机加虎钳功能单一、制造精度低、无法成组使用、使用寿命短，不适（shì）宜在（zài）数控机（jī）床、加（jiā）工中心上使用。这里所说的精密组合平口（kǒu）钳（qián）是（shì）起源于欧美等工业发达国（guó）家，专门针对数控（kòng）机床、加工（gōng）中心特点所设（shè）计的一系列新型平口钳，此类产品具有装夹柔性大、定位精（jīng）度高、夹紧（jǐn）快速、可成组（zǔ）使用等特点，特别适合数控机床、加工中（zhōng）心使用。

【电永磁夹具】

电永磁夹具是以（yǐ）钕（nǚ）铁硼等新（xīn）型永磁材料为磁力源，运用现代磁路原理而设计出来的一种新型夹具。大量的机加工实践表明，电永磁夹具可以大幅（fú）提高（gāo）数控（kòng）机床（chuáng）、加工中心的综（zōng）合加工（gōng）效（xiào）能（néng）。电永（yǒng）磁（cí）夹具的夹（jiá）紧与松开过程只需（xū）1秒左右，因此大幅缩短了装（zhuāng）夹时间；常规（guī）机床夹具的定位元件和夹紧元件占用空间较大，而电（diàn）永（yǒng）磁夹具（jù）没有这些占用空间的元件，因此与（yǔ）常规机床夹（jiá）具（jù）相比（bǐ），电永磁夹具的装（zhuāng）夹范围（wéi）更大，这有（yǒu）利于充分利用数控机床（chuáng）的工作台和加工行程，有利于（yú）提高数控机床（chuáng）的综合加工效（xiào）能。电永磁夹（jiá）具（jù）的吸（xī）力一般在15~18Kgf/c㎡，因此一（yī）定要 吸力（夹紧力）足够抵抗切削力，一般（bān）情（qíng）况（kuàng）下，吸附面积不应小于（yú）30 c㎡，即夹（jiá）紧力不小于450Kgf。

二（èr）、大批量加工宜选用的数控机床夹具

大批量加工周期＝加工/等待时间＋工件（jiàn）加工时间＋生产准备时间。“加工/等（děng）待时间”主要（yào）包（bāo）括工件装夹和更换刀（dāo）具的时间（jiān）。

传（chuán）统的手动机床夹（jiá）具“工件装夹时间”可达（dá）到大批量加工（gōng）周（zhōu）期的（de）10~30%，这（zhè）样“工件装夹”就成（chéng）为了影响生产效率的关（guān）键性因（yīn）素，也（yě）是机床夹具“挖潜”的重点（diǎn）对象。故此大批量加工宜（yí）采用快速定位、快（kuài）速（sù）夹紧（松开）的（de）专用夹具，可优先考虑以下三类机床夹具。

【液压/气动夹具】

液压/气动夹具是以油压或气（qì）压（yā）作为动（dòng）力源，通过液压元件或气（qì）动元件来实现对工件的定位、支（zhī）承与压紧的专用（yòng）夹具（jù）。液压/气动夹具可以准确快速地确定工（gōng）件（jiàn）与（yǔ）机（jī）床、刀具（jù）之间（jiān）的（de）相（xiàng）互位置，工件的位置精度（dù）由夹具 ，加工精度高；定位及（jí）夹紧过程迅速，极大的节省了夹紧和（hé）释（shì）放（fàng）工件（jiàn）的时（shí）间；同时（shí）具有结构紧凑（còu）、可多工（gōng）位装夹（jiá）、可进行高速（sù）重切（qiē）削，可实现自动化控制等优点（diǎn）。液压/气动夹具的上述优点，使之特别适宜在数控机床、加工中心、柔性（xìng）生产线使用，特别适合大批量加工。   

【电永磁夹具】

电永磁夹具所具有的快（kuài）速夹紧、易实现（xiàn）多工位（wèi）装夹、一次装（zhuāng）夹可多面加工（gōng）、装夹平稳可靠、节能环（huán）保（bǎo）、可实现自（zì）动化控制等优点。与常规（guī）机床夹具相比，电永磁夹具可（kě）以大幅缩短（duǎn）装夹时（shí）间，减少装夹次数，提高装夹效率，因此不仅适用于小批（pī）量生产，亦（yì）适用于大批量生产。 

【光面夹具基座】

光面夹具（jù）基座在国内应用还不是很多，但（dàn）在（zài）欧美等（děng）工业发达（dá）国家应用很广泛。它实（shí）际上（shàng）就是经（jīng）过精加工（gōng）的夹具基体精毛坯，元件与机床定（dìng）位连接部分和零件在夹具上的（de）定位面已经精加（jiā）工（gōng）完毕。用户（hù）可以根据自己的实（shí）际需要，自行加工制作专用夹具。

光（guāng）面夹具基座可（kě）以有效缩短制造专用夹具的（de）周期，减少生（shēng）产准备时间，因而可（kě）以从总体上缩短大批量生产的周期，提高生产效率（lǜ）；同时可以降低专用夹具（jù）的（de）制造成本。因此光面夹具基座特别适合周（zhōu）期较紧（jǐn）的大批量生产。

三、数控机（jī）床夹（jiá）具的使（shǐ）用

  合理使用夹具，挖掘设备潜（qián）能经验表明，为了提高数控机床加工效（xiào）能，仅仅“选对”数控机床夹具（jù）还是不够的，还（hái）必须在“用好”数（shù）控机床夹（jiá）具（jù）上下功夫。

下（xià）面介绍三（sān）种（zhǒng）常（cháng）用的方法：

【多工位（wèi）法】

多（duō）工位法（fǎ）的基本原理：通过一（yī）次装夹多个工件（jiàn），达到缩短单位（wèi）装夹时间，延长刀具有效切削时间的目（mù）的（de）。

多工位夹具即拥有（yǒu）多个（gè）定位夹紧位置的（de）夹（jiá）具（jù）。随着数控机床（chuáng）的发展（zhǎn）和（hé）用户提高生（shēng）产效率（lǜ）的需要，现在多工（gōng）位夹具的应用越来（lái）越多。在（zài）液压/气动夹具、组合夹具、电（diàn）永磁夹具和精密组合平（píng）口钳（qián）的（de）结（jié）构（gòu）设计（jì）中（zhōng）多工位（wèi）设计越来越普遍（biàn）。

【成组使用法】

将相同的（de）几个夹具放在同（tóng）一工作台使（shǐ）用，同样可以实现“多工位”装夹（jiá）的目（mù）的（de）。

这种方法所涉及的（de）夹具一般应经过“标准化设计、高精度（dù）制造”，否（fǒu）则难（nán）以达（dá）到数控机床工序加工的（de）要求。

成（chéng）组使用法可以充分利用数（shù）控机（jī）床行程，利于机（jī）床传动部件的均衡磨损；同时相关夹具（jù）可独（dú）立（lì）使（shǐ）用，实现多件（jiàn）装夹（jiá），又可联（lián）合使用，实现大规格工件装（zhuāng）夹。

【局部快换法】

局（jú）部快（kuài）换法是通过对数控机床（chuáng）夹具的局部（定（dìng）位元件、夹紧元件、对刀元件（jiàn）和引导元件）进行（háng）快（kuài）速更换，达到迅速改变夹（jiá）具（jù）功（gōng）能或使（shǐ）用方式的目的。

例如：快换组合平（píng）口钳，可（kě）以通过快速更（gèng）换钳口（kǒu）实现装夹功（gōng）能的改变，比（bǐ）如由装夹方料转（zhuǎn）变成装夹（jiá）棒（bàng）料（liào）；也可以通过快速更（gèng）换夹紧元（yuán）件实现夹（jiá）紧方式（shì）的改（gǎi）变，比如由手动夹紧转变成液（yè）压（yā）夹紧（jǐn）。局部快换法大幅缩（suō）短了更换及（jí）调整（zhěng）夹具的时间，在小（xiǎo）批（pī）量生产中优势（shì）较为（wéi）明显。