數控銑床加工中薄板類零件的夾具設計
2022-5-10 來源： 中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司 作者：員建璽
摘要：單件零件的加工可以采用通用夾具進行裝夾。加工前，要先對其進行找正、夾緊和對刀。這類零件的加工耗時多在于前期工作中，實際切削加工占用的時間不多。由于是單件加工，只能按照這種方法進行。但是，對于中大批量零件，如果采用通用夾具進行找正、對刀等操作，每一個零件都重復一次，將會浪費較多時間。因此，設計了一種可用于批量生產的專用夾具。該夾具在保證零件加工精度的同時，可最大限度地保證生產效率。
關鍵詞：數控銑床加工；薄板類零件；夾具設計
在一些薄板類零件的生產過程中，若能夠使零件的裝夾位置相同、加緊力度適中，不僅能夠保證零件的生產質量，還可以有效縮減找正和對刀的時間，提升加工效率。
在對零件進行準確定位時，技術操作人員先要明確零件的加工工藝要求和加工特點，而后綜合各種條件和因素選擇合適的加工方式。設計人員可根據相關加工步驟設計專門用于生產此類零件的夾具，從而在保證零件加工精度的同時，提高零件的生產效率。
1、專用夾具的介紹
專用夾具是一種在固定的中大批量零件生產過程中使用的零件生產輔助工具，是依據加工工藝要求而設計的工藝設備，可提高零件的生產速度和生產質量。通常情況下，專用夾具可以快速、準確地定位零件，并輔助落實對刀和夾緊操作，從而減輕操作人員的勞動強度，并保證全面發揮機床工藝性能。
1.1 專用夾具的使用優勢
第一，專用夾具能夠對零件進行準確可靠的定位。主要利用夾具中的定位元件以及其他裝置保證零件的定位更加精確，同時確保每個零件的裝夾位置一致，提高大批量零件的生產效率，使加工過程更加穩定。
第二，大幅提升生產效率。由于使用專用夾具時，零件的找正和對刀可直接根據預設好的溝槽定位，所以不需要花費時間來定位元件與各裝置的裝夾位置，從而可以節約大量的時間。
1.2 夾具的主要組成元件在夾具中的作用
通過設計數控銑床加工中薄板類零件的夾具并觀察其生產過程可知，夾具的主要組成元件以及夾具所體現的生產輔助作用可直接有效定位零件與各裝置，并保證零件的生產加工精度。同時，由于每次裝夾的位置相同，零件生產技術人員不需要對每一個生產零件對刀，從而有效節約了大量的準備時間，提升了零件生產效率。
2、夾具設計案例
在裝夾薄板類的零件時，如平口鉗等通用夾具可能會無法使用，原因是平口鉗的裝夾工作效率較低。同時，裝夾過程中還可能無法保證零件的穩定性，而且因為該類零件的板厚較薄，所以在裝夾過程中很容易導致零件出現變形問題。因此，技術操作人員需要依據零件的加工要求和特點使用更專業的夾具或自主設計專用夾具，以保證零件的裝夾過程符合要求。
2.1 零件圖紙分析
本文以某 5 mm 薄板零件為例設計一種專用夾具，零件的尺寸參數如圖 1 所示。
圖1 零件圖
此零件屬于可批量生產的零件，其外輪廓已經使用激光切割機處理完畢，但是 2 個孔和 4 個螺紋的加工操作還未得到落實。結合圖 1 可知，由于孔和螺紋加工的技術要求較高，尤其是孔心與零件中心距離的精確度必須要符合相關要求，因此該部位的加工必須使用精度較高的機床，以保證孔和螺紋的精度符合要求。
2.2 加工方案
通過分析以上薄板類零件的加工精度要求和加工技術難點，技術操作人員可采取以下兩種加工技術方案并作出對比，保證最終選出的加工技術方案科學、適宜，從而在最短的時間內完成加工操作，同時保證加工精度。
方案一：先加工完成零件的外輪廓，在落實孔和螺紋加工技術操作步驟時，直接使用平口鉗裝夾。為了獲得更好的裝夾效果，操作人員需要在平口鉗的一側安裝定位裝置，同時在定位裝置的下部支撐平行墊鐵。定位裝置安裝完成后，技術人員要將零件和平行墊鐵壓實，以保證零件的加工精度。因為該類零件的板厚較薄，所以在進行夾緊操作時需要精確控制夾緊力度。若力度過大，不僅會影響薄板零件的性能水平，而且會導致薄板零件在實際應用過程中出現不穩定的情況。此加工技術方案最大的缺點在于加工效率較低。
方案二：采用以壓板壓緊零件的操作方式。此方式可省略平行墊鐵的壓實步驟，優勢是能夠獲得更好的加工穩定性，且零件能夠獲得令人滿意的壓實與支撐效果。此方式能夠依據零件的輪廓落實定位操作，不僅不會占用過長的時間，而且能夠獲得較好的零件加工效果。
2.3 夾具制作步驟
夾具的制作共可分為夾具安裝、加工找正基準和夾具凹槽以及加工夾具上的孔和螺紋 3 個步驟。首先，安裝夾具的過程中，技術操作人員應保證板材的寬度和厚度較為適宜，同時保證下料的尺寸滿足要求。此時，技術操作人員應先處理機床壓緊的一面，即將該面銑平，然后加工一鍵槽，并將鍵裝到鍵槽中。這一過程要保證鍵與機床 T 形槽對應，而后將板材裝到數控銑床的工作臺上，并嚴格按照相關操作標準要求做找正和壓緊處理。其次，在加工找正基準和夾具凹槽部分時，為了使夾具拆卸步驟和下一次的安裝找正操作更加順利，技術操作人員應先落實長直邊具上的壓板螺紋是壓板壓緊零件的主要參考依據，所以技術操作人員要依據尺寸要求先加工夾具上的壓板螺紋，然后在零件上的預留孔位置開設出一些比零件孔稍大的孔洞，以預防加工過程中因為孔洞預留數量不足或是尺寸不夠大而出現外在阻礙因素。設計的零件夾具如圖 2 所示。
圖2 夾具示意圖
由于后續的步驟可以參照前面的操作經驗，在實際加工過程中，加工效率會隨著零件加工數量的增加而提高。技術操作人員還可以依據實際情況擴大夾具的體積，從而進一步提高生產效率。具體操作是在加具體外部加工兩個凹槽，以協助加工操作。因為此夾具零件的定位基準是凹槽輪廓，所以能夠獲得較為可靠、穩定的定位效果。同時，技術操作人員可以根據加工的凹槽進行對刀操作。對刀時要保證零件尺寸與凹槽一致，以提升對刀的準確度。借助塊夾板落實零件壓緊操作，不僅可以使零件獲得足夠的壓緊面積，而且能夠保證夾緊力度適中。
3、結語
使用此夾具落實零件的加工步驟不僅能夠大幅提升生產效率，而且能夠提高零件的加工質量，從而加工出較為可靠的零件。加工其他薄板類的零件時，同樣可以采用此類方法。在夾具設計和零件加工的過程中，需要結合零件的實際要求規劃設計合理的加工方案，并選擇合適的輔助工具以提高零件的加工精度和生產效率。
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