数控铣床工装夹具设计与改进策略

卜耀光

摘要：数控铣床工装夹具的设计对零件的加工效率与定位精度有着十分重要的影响，随着互联网科技和智能制造的不断发展，对传统工装夹具设计进行优化和改进有着重要的研究价值。本文首先介绍数控铣床工装夹具的功能，进而分析了工装夹具的设计要点和内容，最后对数控铣床工装夹具的设计提出改进策略，为工装夹具的实际设计提供参考。

关键词：数控铣床;工装夹具;设计;改进

中图分类号：TG519.1                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）06-0068-02

0  引言

随着我国制造业的升级，互联网科技和智能制造的发展使得数控加工技术在制造业中得到了更广泛、更深入的应用。目前，数控铣削机床正朝着高精密、高效率、数字化和智能化的趋势向前高速发展，这对数控铣床工装夹具的设计工艺提出了更具体的设计要求。因此，对数控铣床工装夹具的工艺结构设计和对现有工装夹具进行优化设计及改进是一项非常有价值的研究。

1  数控铣床工装夹具的功能

1.1 加强对数控加工零件精度的控制

在零件加工生产过程中，为了提升零件各类数据的精准度，保证工件加工质量，需要利用工装夹具将零件进行精准固定，保证工件加工精度，稳定整批零件的加工质量，提高数控加工设备的加工质量。

1.2 提高劳动生产率

工装夹具在结构上具有精确定位部件和快速夹紧控制机构，依靠工装夹具对加工零件进行定位装夹时，只需要把工件毛坯安放到工装夹具上即可实现快速的定位和装夹，可以有效缩短零件在定位装夹时所需的辅助时间。特别是对那些形状一致，轮廓整体结构复杂，且不易快速找到正确定位安装的零件，可以实现高效率的安装夹紧。机床操作工人还可轻松实现多个复杂零件同时综合装夹加工，提高加工效率。

1.3 改善数控机床操作工人的基本劳动条件，降低对数控机床操作工人的专业技术水平等级上的要求

数控铣床切削工件时，采用专用工装夹具后，使工件可以快速而有效的安装夹紧，方便快捷，减轻了机床操作工人的劳动强度。工装夹具的广泛应用，使得各种复杂工件的精确装夹定位得到大大简化，使得一些零件生产企业的普通机床操作技术人员对复杂大型工件的精确定位和安装夹紧工作也得到胜任。因此，工装夹具的广泛应用推广可以大大降低机床操作技术人员在工件找正和夹紧方面的技术要求。

2  数控铣床工装夹具设计要点与内容

2.1 数控铣床工装夹具设计要点

数控铣床在实际生产应用当中对工装夹具的要求并不高，只要求工装夹具能保证工件的定位和固定作用，以及工件在加工过程中的稳定性即可。因此，在工装夹具设计时，应当结合数控铣床的实际加工需求进行。

在数控铣床工装夹具设计时应当符合以下四点：

第一，具备宽敞开阔的加工活动空间。工件在机床上进行加工时，工件的被加工面要完全显现在机床工作台上，且要保持有足够的装卸空间以及安全距离，具备宽敞开阔的加工活动空间可以有效防止主轴、加工刀具和工装夹具之间出现相互干涉和碰撞的现象;

第二，工装夹具在安装时应采用可灵活调整的方式进行安装固定，以适应工件的基准面与数控铣床之间的加工坐标能灵活调整;

第三，设计时重点考虑工装夹具整体结构的刚性，提升工装夹具的稳定性，使其完全符合数控铣床的实际生产使用性能要求;

第四，在研究设计数控铣床机床工装夹具时，要特别注重综合考虑如何提高机床加工的效率、防滑、防碰撞和校核等各个方面的关键因素。

2.2 数控铣床工装夹具设计内容

在工装夹具设计的工作过程中，需要综合分析思考一些有可能直接影响工装夹具质量的因素。科学设计工装夹具定位夹紧工作方式和夾具机构的固定形式可以有效保证加工零件不会出现移位现象。要注意保证每一个工件在工装夹具上的定位装夹位置保持一致。对不同类型且需要批量生产加工的零件，要通过科学的方法合理设计工装夹具上的定位夹紧机构，使工件在定位安装时工装夹具能够快速进行夹紧。在进行工装夹具整体设计前，要系统的分析将要加工的零件，把握好零件在加工工艺方面的设计，全面分析加工零件的特征。工装夹具在设计时不仅要考虑其各个零部件所用的材料，还应注重各零件加工精度、热处理技术以及零部件装配等工艺设计，同时还要明确各加工零件整体加工工艺标准和零件加工工序，这样可以确保工装夹具每个零件都有足够的硬度和强度，保证工装夹具整体精度、刚性和稳定性。在设计数控铣床工装夹具时，对刀位置的合理设计能够有效提高换刀和对刀的辅助时间，对刀位置的设计必须根据工装夹具与加工零件在数控铣床工作台面上的确切位置情况来进行确定。只有将这些工装夹具的设计内容做到尽可能科学、合理，才能确保设计出来的工装夹具在实际工作过程中发挥稳定、高效的作用。

3  数控铣床工装夹具设计的改进策略

数控铣床工装夹具的设计必须经过实际应用不断的得到优化和改进，要综合考虑，进行整体设计，不断对设计进行完善。具体可以从以下几个方面来实施：

3.1 全面准确的分析零件加工图纸，优化加工工艺

要提高数控铣床工装夹具的整体工艺设计，需要对零件的整体结构和细节加工部位进行详细而全面的工艺分析，详细分析零件的材料加工工艺性能、加工的零件表面质量、加工尺寸公差以及工件热处理等。要合理设计一套科学的零件加工工艺路线，详细分析零件的加工定位及其基准、加工余量和前后各个工序之间的相互联系。合理设计选用加工刀具和机械加工机床参数，并根据所用机床和加工刀具的参数不同来合理确定加工过程中的走刀路线。在一次定位装夹中，能够进行多方位、多工序综合加工，减少零件的定位装夹次数，提高工件在定位装夹时的工作效率。

3.2 在工装夹具夹紧动力装置设计上进行改进

高效的工装夹具除了能适应高效率加工的夹紧精度要求外，还应充分表现在提高工件装夹的自动化、提高夹紧的可靠性、准确性和操作灵活性上，以盡量减少工件装夹的辅助工时。因此，改进夹紧传动机构的机械动力装置设计可以有效实现这一设计目的。

对数控铣床工装夹具的夹紧动力装置设计时可采用以下三点进行改进：

第一，采用气动夹紧动力装置。该控制装置中的压缩空气不会污染工作环境，可同时获得较高的工作运行速度，气动控制装置的输出力和它的工作运行速度可以很方便的进行调节，可以有效避免加工过程中工装夹具对加工工件装夹时过紧，造成工装夹具夹紧面对工件表面造成的损伤。

第二，采用液动夹紧控制装置。该驱动装置的工装夹具质量轻，工作稳定，噪声较小，容易实现复杂的自动化和工作动力循环，提高工装夹具的安装速度和提高工装夹具装夹工件时的稳定性，还可同时实现工装夹具远程控制。

第三，采用气液式混合自动夹紧控制装置。该装置兼具气动控制装置和液动控制装置的优点，工作时将气动装置所产生的空气压力转换为液动装置的压力，供应到夹紧元件的动力机构。

3.3 注重多件装夹工装夹具的设计

在进行多工件的安装和定位设计时，综合充分考虑数控铣床要加工生产的零件轮廓形状、工件最终尺寸、生产批量和数控铣床加工工作行程等诸多因素对零件定位和安装进行结构上设计配置，让各工件都能够保持在合理的安装间距，通过这种方式对工装夹具进行改进就能够做到让装在工装夹具上的各个工件之间有着更好的空间敞开性，提高机床加工的工作效率。同时，有利于各个工件的快速装卸、切屑的顺利清除，大大提升企业的生产效率。

在多个工件同时夹紧的工装夹具设计上必须进行优化改进，需特别做到以下几点：

第一，对工装夹具的夹紧形式进行优化改进。可采用多工位联动、同步夹紧的结构方式，对多个加工工件同时进行夹紧，此工作方法是企业优化夹紧工作方式的一种实用性解决措施，多个工件进行同步夹紧对产品生产率和加工效率的大幅提高非常有利。

第二，对工装夹具的内部整体结构设计进行优化改进。工装夹具内部活动的夹紧机械元件在进行设计时，不仅要能够保证其最大荷载，还要使其在正常使用时发挥出其基本功能，在此基础上，工装夹具内部夹紧元件的设计要尽量简单，这样可使机床主轴上的刀具有更大的切削运动空间。

第三，对夹紧元件的压板接触面设计进行优化改进。数控铣床的加工特点在于工件一次安装夹紧后，对工件的各加工面进行多工序集中加工，这时工装夹具压板会直接产生较大的夹紧压应力，会直接让加工工件的接触表面留下一些小的压痕，为了有效解决这一压痕问题，在工装夹具设计工艺改进上要对工装夹具压板和加工工件互相接触的部位焊上一层薄薄的铜片。

第四，注重在立式数控铣床上使用的各种工装夹具结构设计。立式数控铣床排屑相比卧式数控铣床，其在切削加工过程中的切屑通常都是直接落在工装夹具体上的，所以，在立式数控铣床上进行工装夹具排屑设计时，要对工装夹具排屑系统进行一些改进，不能直接让工装夹具排屑对主轴刀具的工作运动产生不良影响，也不能让切屑直接落在工装夹具元件的工作表面上，这样才可以有效保证工装夹具在机床工作运行过程中始终保持着最高精度的夹紧定位。

4  结语

工装夹具作为数控铣床的的重要配件，对工件的加工效率和尺寸精度控制都有着非常重要的作用。因此，需要在工装夹具的设计上进行一定的改进，使工装夹具发挥出其真正的作用。首先，要在工装夹具设计前对工件进行全面的分析，制定科学的加工路线，优化加工工艺;其次，要注重工装夹具动力装置设计;最后，设计多件装夹的工装夹具，并进行不断的优化和改进，确保工装夹具能够高效、高精度装夹，并在数控铣床中高效应用。

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