多工位数控加工专用夹具设计

何平

【摘 要】针对传统数控加工机床单个工位加工效率低的不足，设计开发了多工位数控机床专用夹具。以方形铝块为加工对象，介绍了夹具的布局及工件加工流程和多工位专用夹具方案设计及工作原理两方面内容。

【关键词】多工位；专用夹具；夹具布局

0 前言

数控加工技术作为一种先进制造技术，在当前零件加工中占有十分重要的位置[1]。多工位数控加工将多个加工工位布置在一台数控机床上，通过对数控机床及机械手的联动控制，实现加工零件自动装夹，从而实现连续加工，使加工过程紧凑，提高加工效率，保证加工精度，降低人工成本。

在数控加工中，数控夹具的设计和装配是生产加工的重要组成部分[2]，数控夹具设计的优劣将直接影响零件的质量和加工的效率，夹具的设计必须保证工件安装简单，定位精确，夹紧力可靠。因此，如何設计优质可靠的夹具及合理安装布置夹具是现代制造技术的一个重要研究课题[3]。本文以实现方形铝块表面多工位连续加工为样本，设计开发数控专用夹具，对夹具在工作台上的合理布局和夹具结构的设计过程两方面进行探究。

1 工作台布局及加工流程

多工位数控加工专用夹具布置如图1所示，五工位均布，结构相同，布局紧凑，分别进行平面铣削、型腔铣削、曲面加工、校标加工和钻孔加工等五个工位加工。其加工流程为：首先通过控制系统操纵机械手夹持待加工件，由装在机械手的感应器读取夹持邻面的尺寸，然后根据尺寸数据调整机械手将待加工件准确放到待加工工位①，同时执行工位①平面加工，当工位①加工完成，机床传输加工完成信号给机械手，机械手将工位①零件夹到待加工位②，并将待加工位①零件放入加工工位①，按此顺序执行后面加工操作直至五个面全部加工完成，最后由机械手将成品件放到指定区域。待所有工位都加工完成，工作台重新移到工位①，进入下一个循环。

2 夹具方案设计及工作原理

多工位数控加工专用夹具设计如图2所示，主要由定位装置和气动夹紧装置两部分组成[4]。

2.1 定位装置

定位装置主要由底板和三个定位块组成，其中的两个定位块安装在垂直相排布的同一平面上，从而限制了零件的部分自由度。为了减少设计步骤，简化加工工艺，缩短加工时间及节约加工成本，设计的三个定位块在尺寸和外形上保持一致性，采用一次性线切割完成。为了保证及时清理切屑，保证连续定位精度，设计过程中充分考虑排屑空间。

2.2 气动夹紧装置

气动夹紧装置主要由气缸组件、中间连接块和楔形块组成。气缸组件的气缸杆铰接中间连接杆，中间连接杆上设有斜导向面，斜导向面正对着楔形块的楔形面，且落在楔形块的来回伸缩轨迹上。为了满足不同尺寸规格的方形铝块加工需求，在中间连接块上设计了可调压紧装置，其装置主要由螺杆和螺母组成，螺母固定在中间连接块上，螺杆的一侧端面旋入螺母后贯穿中间连接杆。

2.3 夹具工作原理

气缸组件的气缸杆通过带动整个中间连接件向工件夹紧方向移动，在楔形块和可调压紧装置的共同作用下，将方形铝块固定在工作台上，使整个工件夹紧定位，实现气缸杆单方向运动控制两个垂直方向的夹紧力。

3 结论

本文从多工位数控加工专用夹具的布局和设计出发，重点介绍了多工位数控加工的流程、夹具设计的特点及夹具工作原理。夹具设计过程遵循一致性原则，具有较好的通用性，设计结构简单，装夹方便，布局合理，定位准确。

【参考文献】

[1]盛伯浩.我国数控机床现况与技术发展策略[J].制造技术与机床，2006（2）：17-21.

[2]黄剑波.数控机床夹具的发展[J].电子机械工程，2011，27（5）：33-36.

[3]张国政，韩江.多工序加工系统的数控夹具设计应用研究[J].机械设计，2012，29（11）：75-79.

[4]尤丽华，刘媛，李崇洋.基于CATIA平台的夹具设计与组件的干涉检验[J].机械设计与制造，2010，7；226-228.

[责任编辑：朱丽娜]