摘要：随着科学技术的不断进步，我国的制造行业正蓬勃发展，其中数控技术在实际的生产中得到了更高的应用。数控铣床之所以能在制造领域得到大规模的应用，是因为其精度更高，速度更快。在数控铣床的生产应用中，数控铣床工装夹具设计，与数控机床的加工效率密切相连。因此想要使数控机床的加工效率得到提高，则需要对数控铣床工装夹具设计和改进等问题做到充分的了解和实践。本文主要针对数控铣床工装夹具设计要点，数控铣床工装夹具的设计步骤与内容，数控铣床工装夹具设计的创新等问题进行具体的研究和分析。
关键词：数控铣床；工装夹具设计；改进探索
工件之所以能够准确定位在机床上并被精确加工离不开工装夹具，而且与工件加工的效率、合格率等密切相关。工装夹具根据工件尺寸、铣床型号和工作性能等方面的差异，在结构和性能上也会略有不同，因此必须科学合理的设计工装夹具，才能提高制造效率，提高其使用性能，更好的应用于制造当中。
一、数控铣床工装夹具设计的要点
1、夹具应避免损伤工件。在工件夹紧时，夹具的夹紧力要适中，太大会使工件夹变形，而夹紧力过小会夹不稳工件。同时如果使用坚硬的夹具材料会对工件产生一定的划伤。工件夹紧时，要保持工件各个受力点的受力均衡，防止工件发生倾斜影响操作。夹紧力也应在主支承点上，使力位于夹具刚性较好的位置。夹紧力的方向应尽量与切削力、工件重力在同一方向上，使夹紧力降低，且垂直指向工件刚度最大的方向，来尽量避免工件的形变。
2、程序原点、起刀的位置和走刀的路线要设计合理。对夹具进行设计时，应在设计图中对起刀的位置、加工的位置和走刀的路线做好标注，用来联系机床坐标系统与工件坐标系统，方便操作人员实际加工并避免出现操作差错。
3、提高夹具制造效率。制造夹具时要根据国家标准进行制造，同时应采用通用化程度高的各种组合夹具，优化夹具件各部件的性能，可以利用已经拥有的组件拼合而成新的夹具，减少产品生产准备周期。可以大量采用气动、液压夹紧以及联合夹紧等装置来保证机动和辅助的时间一致，并尽量采用可随时更换的夹具，以此来有效地提高夹具制造的效率。
4、进行夹具防碰撞检验。在设计夹具时，对每个加工要求都要做到充分的分析和考虑，不能发生刀具与夹具碰撞的现象。所以夹具设计时应清明确加工的起刀点与走刀路线，避免夹具与刀具或机床发生干涉。设计者可以通过一些模型或者电脑的仿真软件来检验刀具是否与夹具发生干涉。一旦夹具和刀具发生碰撞要及时作出调整计算，避免这种情况再发生。
二、数控铣床工装夹具的设计步骤与内容
首先进行工件分析，确定加工工艺与工序。需要工作人员对工件的特点、材料性质以及相应的技术要求有充分的了解。同时对加工余量、精度、定位和表面情况进行分析，认真分析研究工序的顺序及连接问题，以此来确定一个科学合理的加工路线。走刀次数的确定在设计夹具过程尤为重要，可以通过刀具、机床的参数来确定走刀次数。加工过程应尽量加快装夹速度，并保证一次装夹和加工成形，这样可以大大提高生产效率，加工精度也有所提升。同时可在数控铣床加工工件过程中，使用多位、多件夹具，加快装夹速度来缩短加工时间。再次是对刀点的选择，通常为了简化程序计算，对刀点选择应根据零件的定位基准，以便进行机床找正检测，使加工的误差降到最低。大部分工作人员刀点选择在工件的基准上。接下来要合理的选择刀具和切削用量，刀具形状和尺寸的选择至关重要，关系着机床的安全问题，要根据设计要求选择合适的刀具，避免撞刀等情况的发生。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时根据不同的加工方式选择不同的机床切削用量，如对机床粗加工时，要保证生产效率的提高，通常会产生较大的切削量，同时切削力也会增大，因此应要保证工件装夹稳定性，同时重点考虑夹具的负荷。当机床进行半精加工和精加工时，工件装夹的精度决定着切削用量。对于夹具设计的标准化与通用化，夹具的各零部件要根据设计方案采用统一合理的标准，来提高夹具的工作性能和生产效率。夹具设计的通用化，可使用组合的夹具来缩短制造的周期。因此夹具设计阶段，应根据零件的结构特征、尺寸、用途和加工精度进行具体分类，来提高夹具的通用性和标准性。
三、数控铣床工装夹具设计的创新
夹具设计的创新主要是在保证工作安全稳定的运行，夹具工作效率有所提高的前提下，对当前的夹具设计方式进行改进，可以通过以下几点进行改进：
首先，增加工件装夹量。传统的夹具设计中，夹具和工件通常是一一对应的关系，利用铣床的自动换刀来实现整个流程的加工，这种方法有很多不足，刀具替换和损耗相对较为严重而且生产效率较低；而通过设计在成批生产中还可以采用多工位，即能够一次装夹多个工件的夹具，在相同时间内，能够使同一套刀具完成对更多工件的加工，如此以来，不仅使刀具损耗问题大大降低，或者采用一台机床多套夹具交互上下料和加工的方案，同时大大提高数控机床的工作效率。
其次，将夹具进行细化组合。此设计是通过将一个夹具完成的任务分给几个夹具来完成，在此设计中，需要设计人员和工作人员充分了解工件和机床，能够设计出各个夹具具体处在合理的位置。夹具要容易操作、定位及松开。根据工件外形尺寸、机床工作台尺寸、机床行程及生产批量来确定每次装夹的工件数量和布置方式。另外，安装后工件敞开性要好，以便实现工序集中加工。这种方法使加工的精确度得到一定程度的提高，同时更方便处理工件的装卸和碎屑的清理。
第三，对夹具夹紧方式进行改进。估计工装夹具所需夹持力时，应考量数控铣床件塑性变形后的回弹;实际的夹持力可能会大于估计的夹持力，在设计时最好将夹具所施最大应力一并考量;对夹具的夹紧元件在不改变基本功能的前提下，对其进行简化，比如采用联动夹紧的方式，可以使更少的夹紧单元完成相同的夹紧功能，从而更好的节省了空间，提高了空间利用率。对于刀具运行提供了更优的条件，从而提高数控铣床的生产效率。同时要注意夹定点应位于工件的强固部位，避免工件扭曲变形;夹紧的力量应通过工件到达一个固定的支持点;有适当且均匀的夹紧力，不可使工作物变形，或留有伤痕。
结语
本文针对数控铣床工装夹具设计与改进进行讨论、对数控铣床工装夹具设计的要点，设计步骤与内容以及创新的设计方法进行具体分析研究。不难看出，在数控铣床加工生产中，工装夹具扮演着重要的角色，而设计人员及工作人员应认识了解工装夹具设计的具体要求及可能面对的各种问题，深入了解工装夹具的设计思路并提出创新设计，并从实际生产的问题出发，对工装夹具设计进行适当的优化改进，才能使得工装夹具设计更符合实际生产要求，从而提高生产的效率，有效推动数控机床技术快速稳定的发展。
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论文作者:任朝阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
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