數(shù)控機床夾具的合理選擇及應用
同樣一款機床，為何生產(chǎn)效率卻相差好幾倍?得出的結論是：數(shù)控機床選用的夾具不合適，從而使數(shù)控機床的生產(chǎn)效率大幅降低。本文詳細介紹了數(shù)控機床夾具的合理選擇及應用。
如何提高數(shù)控機床利用率?通過技術分析，夾具的使用有很大的關系。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內企業(yè)數(shù)控機床選用夾具不合理的比例高達50%以上。至2010年底，中國數(shù)控機床保有量近一百萬臺，也就是說有50萬臺以上的數(shù)控機床由于夾具選擇不合理或應用不當，而出現(xiàn)了“窩工”現(xiàn)象;從另外一個角度來講，在數(shù)控機床夾具的選擇與應用上大有文章可做，因為其中蘊含可觀的潛在經(jīng)濟效益。
正確選擇夾具類型是高效加工的基礎
目前，機械加工按生產(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械加工總產(chǎn)值的70~80%，是機械加工的主體。
適宜小批量生產(chǎn)的數(shù)控機床夾具
小批量生產(chǎn)周期﹦生產(chǎn)(準備/等待)時間+工件加工時間由于小批量生產(chǎn)“工件加工時間”很短，因此“生產(chǎn)(準備/等待)時間”的長短對于加工周期有至關重要的影響。要想提高生產(chǎn)效率，就必須想辦法縮短生產(chǎn)(準備/等待)時間。
下面推薦三類小批量生產(chǎn)可優(yōu)先考慮的數(shù)控機床夾具：
組合夾具
組合夾具又稱為“積木式夾具”，它由一系列經(jīng)過標準化設計、功能各異、規(guī)格尺寸不同的機床夾具元件組成，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床夾具。由于組合夾具省去了設計和制造專用夾具時間，極大地縮短了生產(chǎn)準備時間，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)重復使用、制造節(jié)能節(jié)材、使用成本低廉等優(yōu)點。故小批量加工，特別是產(chǎn)品形狀較為復雜時可優(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、標準化程度更高、使用更簡便、裝夾更可靠，因此在全球范圍內得到了廣泛的應用。精密組合平口鉗具有快速安裝(拆卸)、快速裝夾等優(yōu)點，因此可以縮短生產(chǎn)準備時間，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以內的，夾緊力一般在5000Kgf以內。
需要注意的是，這里所說的精密組合平口鉗并不是老式機加虎鉗，老式機加虎鉗功能單一、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)達國家，專門針對數(shù)控機床、加工中心特點所設計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，特別適合數(shù)控機床、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，運用現(xiàn)代磁路原理而設計出來的一種新型夾具。大量的機加工實踐表明，電永磁夾具可以大幅提高數(shù)控機床、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間;常規(guī)機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)控機床的工作和加工行程，有利于提高數(shù)控機床的綜合加工效能。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，吸附面積不應小于30cm2，即夾緊力不小于450Kgf。
適宜大批量加工的數(shù)控機床夾具
大批量加工周期=加工等待時間+工件加工時間+生產(chǎn)準備時間“加工等待時間”主要包括工件裝夾和更換刀具的時間。傳統(tǒng)的手動機床夾具“工件裝夾時間”可達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)效率的關鍵性因素，也是機床夾具“挖潛”的重點對象。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)先考慮以下三類機床夾具：
液壓/氣動夾具
液壓/氣動夾具是以油壓或氣壓作為動力源，通過液壓元件或氣動元件來實現(xiàn)對工件的定位、支承與壓緊的專用夾具。
液壓/氣動夾具可以準確快速地確定工件與機床、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間;同時具有結構緊湊、可多工位裝夾、可進行高速重切削，可實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點。
液壓/氣動夾具的上述優(yōu)點，使之特別適宜在數(shù)控機床、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、可實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點。與常規(guī)機床夾具相比，電永磁夾具可以大幅縮短裝夾時間，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
光面夾具基座在國內應用還不是很多，但在歐美等工業(yè)發(fā)達國家應用很廣泛。它實際上就是經(jīng)過精加工的夾具基體精毛坯，元件與機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)自己的實際需要，自行加工制作專用夾具。
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)準備時間，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，挖掘設備潛能
經(jīng)驗表明，為了提高數(shù)控機床加工效能，僅僅“選對”數(shù)控機床夾具還是不夠的，還必須在“用好”數(shù)控機床夾具上下功夫。下面介紹三種常用的方法：
多工位法
多工位法的基本原理：通過一次裝夾多個工件，達到縮短單位裝夾時間，延長刀具有效切削時間的目的。多工位夾具即擁有多個定位夾緊位置的夾具。
隨數(shù)控機床的發(fā)展和用戶提高生產(chǎn)效率的需要，現(xiàn)在多工位夾具的應用越來越多。在液壓/氣動夾具、組合夾具、電永磁夾具和精密組合平口鉗的結構設計中多工位設計越來越普遍。
成組使用法
將相同的幾個夾具放在同一工作使用，同樣可以實現(xiàn)“多工位”裝夾的目的。這種方法所涉及的夾具一般應經(jīng)過“標準化設計、高精度制造”，否則難以達到數(shù)控機床工序加工的要求。
成組使用法可以充分利用數(shù)控機床行程，利于機床傳動部件的均衡磨損;同時相關夾具可獨立使用，實現(xiàn)多件裝夾，又可聯(lián)合使用，實現(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)控機床夾具的局部(定位元件、夾緊元件、對刀元件和引導元件)進行快速更換，達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現(xiàn)裝夾功能的改變，比如由裝夾方料轉變成裝夾棒料;也可以通過快速更換夾緊元件實現(xiàn)夾緊方式的改變，比如由手動夾緊轉變成液壓夾緊。局部快換法大幅縮短了更換及調整夾具的時間，在小批量生產(chǎn)中優(yōu)勢較為明顯。
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