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數控機床工裝夾具的合理選擇及應用


發布日期:(2021/12/17)   點擊次數:404

數控機床工裝夾具的合理選擇及應用

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。
   
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。今天為大家詳細介紹數控機床夾具的合理選擇及應用。 SHAPE \* MERGEFORMAT
   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,因為其中蘊含著可觀的潛在經濟效益。
  
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著至關重要的影響。要想提高生產效率,就必須想辦法縮短生產(準備/等待)時間。

一、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的裝夾范圍一般在1000mm以內,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臺和加工行程,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/c㎡,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30 c,即夾緊力不小于450Kgf。

二、大批量加工宜選用的數控機床夾具

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?!凹庸?span>/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。

三、數控機床夾具的使用

  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。隨著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臺使用,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。


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