数控机床夹具设计要点

数控机床使用的夹具一般比较简单，其设计原理与普通机床夹具是相同的。

（1）数控机床夹具设计要求

设计用于数控机床（NC）、加工中心（MC）、柔性制造系统（FMS）的夹具，应满足下列要求：

①夹紧机构或其他元件不能影响进给，加工部位要敞开。为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做得尽可能敞开，因此要求夹持工件后夹具上一些组成件（如定位块、压块和螺栓等）不能与刀具运动轨迹发生干涉。夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件位置尽量降低，以防止夹具与加工中心主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞。如图7.25所示零件用立铣刀铣削零件的六边形，若用压板机构压住工件的A面，则压板易与铣刀发生干涉；若夹压B面，就不影响刀具进给。

当在卧式加工中心上对工件的四周进行加工时，若很难安排夹具的定位和夹紧装置，则可通过减少加工表面来留出定位夹紧元件的空间。如图7.26所示为一箱体零件，可利用其内部空间来安排夹紧机构，将其加工表面敞开。

②为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能使零件定位面与机床之间保持一定的坐标联系。

③夹具的刚性和稳定性要好。在考虑夹紧方案时，夹紧力应力求靠近主要支承点，或在支承点所组成的三角形内，并靠近切削部位及刚性好的地方，尽量不要在被加工孔的上方；尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计；当必须在加工过程中更换夹紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件的定位精度。

图7.25　不影响进?给的示例

图7.26　敞开加工面的装夹示例

④装卸方便，辅助时间尽量短。由于加工中心效率高，装夹工件的辅助时间对加工效率影响较大，所以要求配套夹具在使用中也要装卸快而方便。

⑤对小型零件或工序不长的零件，可考虑在工作台上同时装夹多件工件进行加工，以提高加工效率。例如，在加工中心工作台上安装一块与工作台大小一样的平板（见图7.27（a）），该平板既可作为大工件的基础板，也可作为多个小工件的公共基础板。又如，在卧式加工中心分度工作台上安装一块四周都可装夹一件或多件工件的立方基础板（见图7.27（b）），可依次加工装夹在各面上的工件。当一面在加工位置进行加工的同时，另3面都可以装卸工件，因此能显著减少换刀次数和停机时间。

图7.27　数控夹具上安装平板

⑥夹具结构简单。由于零件在数控加工中大都采用工序集中原则，加工的部位较多，同时批量较小，零件更换周期短，夹具的标准化、通用化和自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有很大影响。

⑦减少更换夹具的准备、结束时间。夹具应方便与机床工作台面及工件定位面间的定位联接。加工中心工作台面上一般都有基准T形槽、定位孔；转台中心有定位圆；台面侧面有基准挡板等定位元件。可先在机床上设置与夹具配合的定位元件，在组合夹具的基座上精确设计定位孔，以便于与机床床面定位孔或槽对准来保证编程原点的位置。对于夹具定位件在机床上的安装方式，由于加工中心主要是加工批量不大的小批或成批零件，在机床工作台上会经常更换夹具，这样易磨损机床台面上的定位槽，且在槽中装卸定位件十分困难，也会占用较长的停机时间。为此，在机床上用槽定向的夹具，其定位元件常常不固定在夹具体上而固定在机床的工作台上，当夹具在机床上安装时，夹具体上有引导棱边的淬火套导向。固定方式一般用T形槽螺钉或工作台面上的紧固螺孔，用螺栓或压板压紧。夹具上用于紧固的孔和槽的位置必须与工作台上的T形槽和孔的位置相对应。

⑧减小夹具在机床上的使用误差。夹具上定位元件定位面的任何磨损以及任何污秽都会引起加工误差。因此，操作者在装夹工件时一定要将定位面擦干净。

（2）数控夹具的柔性化设计

夹具的柔性化设计主要包括夹具基础件设计、定位元件设计、托盘设计、夹紧装置设计及传输装置设计等。

1）基础件的设计

拼装夹具的基础件有四方立柱、角铁、平台等。

①网格孔系四方立柱

如图7.28（a）所示为网格孔系四方立柱。立柱上有坐标孔系和螺孔，在其平面上可拼装各种元件和组合件。坐标孔系的定位孔可用作编程零点。网格孔系四方立柱可用于多工位数控加工中。

图7.28　拼装夹具的基础件

②T形槽四方立柱

如图7.28（b）所示为T形槽四方立柱。立柱上有精密T形槽，用以联接和紧固各种元件。T形槽四方立柱可用以多工位数控加工。

③网格孔系角铁

如图7.28（c）所示为网格孔系角铁。它的结构设计与网格孔系四方立柱相同。在其底面上设计了定位孔，以便于夹具与数控机床工作台联接定位。

④矩形平台

如图7.29所示为矩形平台。平台上有精密T形槽，用作联接和紧固各种元件。B—B剖视图是按坐标分布的定位孔系，用作元件联接的定位用。可选其中一孔为编程零点。定位孔尺寸公差等级为IT7，两孔中心线的孔距精度为±0.02mm。C—C剖视图为辅助联接孔，用于平台与机床工作台的联接紧固。D—D剖视图的定位孔用于夹具与数控机床工作台中心对定。平台底面有两个定位孔，用于夹具与工作台的联接定位。

图7.29　矩形平台(www.xing528.com)

a—衬套；b—防尘罩

2）定位元件的设计

典型的定位元件应有高的柔性，以便调整更换重复使用。常见的结构有各种可调支承、可调支承板和可调V形块等。按成组工艺要求，也可采用典型零件族的专用定位元件。工件的定位应符合六点定位规则。

3）夹具的拼装

下面举两个例子说明夹具的拼装。

如图7.30（a）所示为加工中心的拼装夹具。它用于加工壳体零件族。网格孔系角铁用圆柱销、六角螺钉联接固定在网格孔系平台上。专用定位元件拼装在网格孔系角铁上。拼装的原理与组合夹具相同。

如图7.30（b）所示为数控线切割机床用的拼装夹具。夹具主要由基础板和支承件拼装而成。此夹具的柔性化较高，可用于圆柱形、矩形零件的装夹，调整拼装也较方便。

图7.30　拼装夹具的应用

1—网格孔系角铁；2—专用定位元件；3—网格孔系平台；4—压板；5—支承件；6—基础板

4）托盘的设计

如图7.31（a）所示的加工中心中使用多个托盘。其中，一托盘在回转工作台上，另一托盘则在输入工作台上，交替使用，可减少机床等工时间。如图7.31（b）所示为随行托盘。托盘上有两种尺寸的台阶槽，可联接或紧固各种元件或组件。托盘侧面的螺孔也用于紧固夹具元件。这类托盘的柔性化程度很高。

图7.31　柔性化托盘的设计

1，2—工作台；3，5—随行托盘；4—回转工作台

5）夹紧装置的柔性化设计

夹紧装置的设计目标是自动化和柔性化。如图7.32所示为数控铣镗床的夹紧装置。它是采用液压动力装置使压板在工件的下部夹紧。夹具为敞开式的，以满足在数控机床上在几个方向上对工件加工。液压装置的压力较高，可获得较大的夹紧力。在加工中心上，由于切削力的不断变化，故要求动力装置所输出的压力也是可变的。这种动力装置的压力适应切削力变化的柔性化系统，如图7.33所示。其中，压板的夹紧力经传感器、放大电路、滤波器以及微机的计算，将信息传至控制阀，调节油路的压力，满足夹紧力控制的柔性化要求。

图7.32　数控铣镗床夹具的夹紧装置

1，2，3—压板；4，5—液压缸

图7.33　夹紧力控制系统

1—传感器；2—工件；3—液压缸；4—压板