浅谈机床夹具的应用及发展趋势

机械制造装备设计课程论文—任宏昌-1-浅谈机床夹具的应用及发展趋势成批的零件加工生产过程中，除了需要机床、刀具、量具之外，机床夹具是机床与工件之间必不可少的连接装置。在机械制造过程中，机床夹具用来固定加工对象，使得工件相对于机床或刀具获得正确位置，以便接受施工或检测。它的好坏对工件加工表面的位置精度有着直接影响。因此，机床夹具的设计是装备设计中最活跃的因素之一。夹具最早出现在18世纪后期，但随着科学技术的不断进步，数控加工设备的已经飞速发展起来，与之相适应的机床夹具也在不断发展，夹具已经从一种辅助工具发展为门类齐全的工艺装备。一、机床夹具的类型按机床夹具的使用范围可分为通用夹具、专用夹具、可整夹具和成组夹具、组合夹具以及随行夹具五种类型。1.通用夹具通用夹具定义为已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，其结构尺寸已经规格化。例如车床上的卡盘，铣床上的分度头等，因为这些夹具通用性强，一般不需要调整就可适应多种工件的安装加工，是机床必不可少的辅助工具，因此广泛应用于单件小批生产中，缺点是精度不高生产率也较低。2.专用夹具用于某一特定工件特定工序的夹具称为专用夹具。专用夹具具有针对性强、结构紧凑以及操作方便迅速的优点，因此广泛应用于产品相对稳定的大批量生产中，但由于通用性差、成本较高，所以除了批量较大的生产中，一般较少单独采用专用夹具生产。3.可整夹具和成组夹具可调夹具可理解为“柔性”生产夹具，这一类夹具的特点是部分元件可更换，部分装置可调整，可适用于不同工件的加工。可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷发展起来的一类夹具。成组夹具可理解为专用可调夹具，按成组原理设计且适用于系列化（尺寸相似、结构相似、工艺相似）的定型产品的批量生产。可调夹具与成组夹具的结构较为相似，都是按照经适当调整可多次重复使用的原理设计的。4.组合夹具采用一系列标准化元件、部件组装而成，专门为某一工件的某道工序组装的夹具称为组合夹具。组合夹具是一种模块化的夹具，标准元件有不同的形状、尺寸和功能，其配合部分具有较高的精度、良好的互换性和耐磨性。组合夹具可缩短生产周期，并有可调性、应急性的优点，因此特别适合单件小批量生产中位置精度要求较高的工件的加工。但组合夹具存在元件之间配合较多，夹具刚度较低，组装成的夹具体积和质量较大的缺点，所以在国内外数控加工中仅用于结构简单的小批量生产。5.随行夹具随行夹具主要应用于自动线和柔性制造系统中，要随着工件经历生产线的全过程，既要完成工件的定位和夹紧，又要作为运载工具将工件在机床间传送。二、机床夹具的应用现状各企业根据自身产品的特点采用不同的类型的夹具，例如国内研究所以专用夹具和通用夹具为主，而专业化程度较高的企业则多以专用夹具和可调夹具为主，由此看来，企业往往是多种类型夹具并存，只是侧重点不同而已。据统计，在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50%-80%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%-20%左右，大大增加了企业不必要的经济成本。机械制造装备设计课程论文—任宏昌-2-国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。而企业为适应市场的需求与竞争，制造的产品品种必须经常更新换代，这更加快了夹具的更换频率。但是在一个具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具，夹具更换频率的加快会大幅度的提高生产成本。总的看来，这一状况的形成主要是企业对夹具缺少深入研究和统一认识，在先进设备上采用相对落后的夹具系统，以致难以充分发挥设备的效率。同时，对夹具的设计创新提出了更高的要求。三、机床夹具的发展趋势近年来，随着数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，并且在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，对机床夹具提出了很多新的要求，夹具正朝着标准化、精密化、高效化和柔性化方向发展。1.标准化为缩短生产准备周期，降低生产成本而且可以迅速方便的装备新产品的投入，机床夹具进行标准化设计。夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准GB/T2148~T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。标准化夹具可以组大限度的发挥加工中心机床的高效性能。2.精密化夹具精度要求是随着机械产品的精度日益提高而提高的，而机械产品精度的提高正是由于科技飞速发展所造成的必然的效果。精密化夹具多用于尖端产业，例如用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。3.高效化效率是企业的立足之本，为提高劳动生产率，缩短工件加工工时，工件的加工已经向着高速，大切削量方向发展，工序高度集中对机床夹具提出了高效化的要求。高效化的夹具例如高速三爪自定心卡盘（车床），可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。为了减少工件的安装时间，各种快速夹紧功能部件不断地推陈出新，像自动定心夹紧、凸轮夹紧、杠杆夹紧、气动和液压夹紧等。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1～2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。当然，除了在生产线、自动线上配置相应的高效化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上也装配了各种自动装夹工件的高效化夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率，例如瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正，缩短在机床上安装与调整夹具的时间。4.柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。柔性夹具系统是由柔性夹具单元，专用夹具和组合夹具相互结合而成的一种夹具系统。4.1柔性夹具单元柔性夹具元件具有较好的互换性和较高的精度以及耐磨性，而柔性夹具系统正是由一套预先制造好的不同形状功能、不同规格尺寸的系列化、标准化元件组装而成。柔性夹具元件分为三个系列：槽系列夹具元件、孔系列夹具元件和光面系列夹具元件，是在组合夹具的基础上发展起来的。柔性夹具单元的代表有板类基础（图1）、四面基础（图2）、角铁基础（图3）、T型基础（图4）。各个基础上呈网格状分布着具有准确孔心距的一组定位孔和一组紧固螺丝，利用这些定位孔可以装夹各种夹具，通过夹具的定位方式、夹紧方式和加工方式的组合可以保证一次装夹可加工多个工件或同一机械制造装备设计课程论文—任宏昌-3-工件的多个表面，只需调整组装方式或更换相应的夹具便可转换不同工件的加工，更好发挥机床的生产柔性。4.2柔性夹具装配柔性夹具系统拼装简单且夹具单元可自行设计。4.3柔性夹具优点及应用柔性夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的加紧，也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。这种夹具系统能适应不同的机床，不同的产品或同一产品不同规格型号，能最大限度的满足各种机床夹具的需要，并且具有高精度、高强度、结构简单、通用性好的优点。在粗加工时能承受较大的切削用量，以充分发挥机床的生产能力，提高效率，在精加工时能更好地保证工件定位基准和加工表面的位置精度，还能根据加工中心机床的要求保证夹具应允许刀具接近尽可能多的被加工表面甚至是全部被加工表面。在夹具上能一次装加多个工件同时依次加工，可减少夹具、刀具、工件系统的调整时间，还能减少刀具更换次数和刀具调整时间，可减少机床的停机时间并且更好地发挥数控机床的加工效率和性能。柔性系统的优化应用需要建立柔性夹具系统：①配备一定数量的柔性夹具单元。②制定柔性夹具系统的设计、制造和管理规范。③相关人员的技术培训。柔性夹具具有元件性能多功能、元件规格统一、元件结构简单、组装管理数据化、重复使用可调和夹紧工件快速自动的特点以及夹具系统的高精度、高刚度、模块化的优点适合于产品批量少、品种多、精度高的企业的加工要求，将是现代夹具的一个主要发展方向。机械制造装备设计课程论文—任宏昌-4-[1]关慧珍，冯辛安.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，2009.[2]黄剑波.数控机床夹具的发展[J].电子机械工程,2011,05:33-36.[3]刘延林.柔性制造自动化概论[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.[4]沈晋君,闫献国.柔性夹具在数控机床上的发展与应用[J].太原科技大学学报,2007,01:43-46.[5]方和平.柔性夹具的发展与应用[J].现代制造工程,2002,01:55-57.[6]张培忠.柔性制造系统[M].北京：机械工业出版社，1998.[7]全晓春，刘晓花.基于机床夹具的设计[J].甘肃科技,2012,03:71-73.[8]吴天林.新加工技术对机床夹具提出的要求及发展方向[J].工具技术,2010,05:29.