數控機床夾具的合理選擇及應用

 　　同樣一款機床，為何生產效率卻相差好幾倍？得出的結論是：數控機床選用的夾具不合適，從而使數控機床的生產效率大幅降低。本文詳細介紹了數控機床夾具的合理選擇及應用。
如何提高數控機床利用率？通過技術分析，夾具的使用有很大的關系。據不完全統計，國內企業數控機床選用夾具不合理的比例高達50%以上。至2010年底，中國數控機床保有量近一百萬臺，也就是說有50萬臺以上的數控機床由于夾具選擇不合理或應用不當，而出現了“窩工”現象；從另外一個角度來講，在數控機床夾具的選擇與應用上大有文章可做，因為其中蘊含枱可觀的潛在經濟效益。
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）；另一類是少品種、大批量（簡稱大批量生產）。其中前者大約占到機械加工總產值的70~80%，是機械加工的主體。
適宜小批量生產的數控機床夾具
小批量生產周期 ﹦生產（準備/等待）時間+工件加工時間由于小批量生產“工件加工時間”很短，因此“生產（準備/等待）時間”的長短對于加工周期有枱至關重要的影響。要想提高生產效率，就必須想辦法縮短生產（準備/等待）時間。
下面推薦三類小批量生產可優先考慮的數控機床夾具：
組合夾具
組合夾具又稱為“積木式夾具”，它由一系列經過標準化設計、功能各異、規格尺寸不同的機床夾具元件組成，客戶可以根據加工要求，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，極大地縮短了生產準備時間，因而有效地縮短了小批量生產周期，即提高了生產效率。另外，組合夾具還具有定位精度高、裝夾柔性大、循環重復使用、制造節能節材、使用成本低廉等優點。故小批量加工，特別是產品形狀較為復雜時可優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）、快速裝夾等優點，因此可以縮短生產準備時間，提高小批量生產效率。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發達國家，專門針對數控機床、加工中心特點所設計的一系列新型平口鉗，此類產品具有裝夾柔性大、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控機床的工作枱和加工行程，有利于提高數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，可實現自動化控制等優點。
液壓/氣動夾具的上述優點，使之特別適宜在數控機床、加工中心、柔性生產線使用，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、易實現多工位裝夾、一次裝夾可多面加工、裝夾平穩可靠、節能環保、可實現自動化控制等優點。與常規機床夾具相比，電永磁夾具可以大幅縮短裝夾時間，減少裝夾次數，提高裝夾效率，因此不僅適用于小批量生產，亦適用于大批量生產。
光面夾具基座
光面夾具基座在國內應用還不是很多，但在歐美等工業發達國家應用很廣泛。它實際上就是經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精加工完畢。用戶可以根據自己的實際需要，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，減少生產準備時間，因而可以從總體上縮短大批量生產的周期，提高生產效率；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。
合理使用夾具，挖掘設備潛能
經驗表明，為了提高數控機床加工效能，僅僅“選對”數控機床夾具還是不夠的，還必須在“用好”數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。
隨枱數控機床的發展和用戶提高生產效率的需要，現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枱使用，同樣可以實現“多工位”裝夾的目的。這種方法所涉及的夾具一般應經過“標準化設計、高精度制造”，否則難以達到數控機床工序加工的要求。
成組使用法可以充分利用數控機床行程，利于機床傳動部件的均衡磨損；同時相關夾具可獨立使用，實現多件裝夾，又可聯合使用，實現大規格工件裝夾。
局部快換法
局部快換法是通過對數控機床夾具的局部（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，在小批量生產中優勢較為明顯。