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數(shù)控機(jī)床夾具的合理選擇及應(yīng)用
2013-10-29

同樣一款機(jī)床,為何生產(chǎn)效率卻相差好幾倍?得出的結(jié)論是:數(shù)控機(jī)床選用的夾具不合適,從而使數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率大幅降低。本文詳細(xì)介紹了數(shù)控機(jī)床夾具的合理選擇及應(yīng)用。?

  
  如何提高數(shù)控機(jī)床利用率?通過技術(shù)分析,夾具的使用有很大的關(guān)系。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)企業(yè)數(shù)控機(jī)床選用夾具不合理的比例高達(dá)50%以上。至2010年底,中國(guó)數(shù)控機(jī)床保有量近一百萬臺(tái),也就是說有50萬臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床由于夾具選擇不合理或應(yīng)用不當(dāng),而出現(xiàn)了“窩工”現(xiàn)象;從另外一個(gè)角度來講,在數(shù)控機(jī)床夾具的選擇與應(yīng)用上大有文章可做,因?yàn)槠渲刑N(yùn)含枱可觀的潛在經(jīng)濟(jì)效益。?

  
  正確選擇夾具類型是**加工的基礎(chǔ)
  
  目前,機(jī)械加工按生產(chǎn)批量可分為兩大類:一類是單件、多品種、小批量(簡(jiǎn)稱小批量生產(chǎn));另一類是少品種、大批量(簡(jiǎn)稱大批量生產(chǎn))。其中前者大約占到機(jī)械加工總產(chǎn)值的70~80%,是機(jī)械加工的主體。
  
  適宜小批量生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床夾具
  
  小批量生產(chǎn)周期﹦生產(chǎn)(準(zhǔn)備/等待)時(shí)間+工件加工時(shí)間由于小批量生產(chǎn)“工件加工時(shí)間”很短,因此“生產(chǎn)(準(zhǔn)備/等待)時(shí)間”的長(zhǎng)短對(duì)于加工周期有枱至關(guān)重要的影響。要想提高生產(chǎn)效率,就必須想辦法縮短生產(chǎn)(準(zhǔn)備/等待)時(shí)間。
  
  下面推薦三類小批量生產(chǎn)可優(yōu)先考慮的數(shù)控機(jī)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(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、功能各異、規(guī)格尺寸不同的機(jī)床夾具元件組成,客戶可以根據(jù)加工要求,象“搭積木”一樣,快速拼裝出各種類型的機(jī)床夾具。由于組合夾具省去了設(shè)計(jì)和制造專用夾具時(shí)間,極大地縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間,因而有效地縮短了小批量生產(chǎn)周期,即提高了生產(chǎn)效率。另外,組合夾具還具有定位精度高、裝夾柔性大、循環(huán)重復(fù)使用、制造節(jié)能節(jié)材、使用成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。故小批量加工,特別是產(chǎn)品形狀較為復(fù)雜時(shí)可優(yōu)先考慮使用組合夾具。
  
  精密組合平口鉗
  
  精密組合平口鉗實(shí)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(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)化程度更高、使用更簡(jiǎn)便、裝夾更可靠,因此在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。精密組合平口鉗具有快速安裝(拆卸)、快速裝夾等優(yōu)點(diǎn),因此可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間,提高小批量生產(chǎn)效率。目前國(guó)際上常用的精密組合平口鉗裝夾范圍一般在1000mm以內(nèi)的,夾緊力一般在5000Kgf以內(nèi)。
  
  需要注意的是,這里所說的精密組合平口鉗并不是老式機(jī)加虎鉗,老式機(jī)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(shù)控機(jī)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(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,專門針對(duì)數(shù)控機(jī)床、加工中心特點(diǎn)所設(shè)計(jì)的一系列新型平口鉗,此類產(chǎn)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(diǎn),特別適合數(shù)控機(jī)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(yùn)用現(xiàn)代磁路原理而設(shè)計(jì)出來的一種新型夾具。大量的機(jī)加工實(shí)踐表明,電永磁夾具可以大幅提高數(shù)控機(jī)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(shí)間;常規(guī)機(jī)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(guī)機(jī)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(shù)控機(jī)床的工作枱和加工行程,有利于提高數(shù)控機(jī)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(yīng)小于30cm2,即夾緊力不小于450Kgf。
  
  適宜大批量加工的數(shù)控機(jī)床夾具
  
  大批量加工周期=加工等待時(shí)間+工件加工時(shí)間+生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間“加工等待時(shí)間”主要包括工件裝夾和更換刀具的時(shí)間。傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)床夾具“工件裝夾時(shí)間”可達(dá)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(chǎn)效率的關(guān)鍵性因素,也是機(jī)床夾具“挖潛”的重點(diǎn)對(duì)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(yōu)先考慮以下三類機(jī)床夾具:
  
  液壓/氣動(dòng)夾具
  
  液壓/氣動(dòng)夾具是以油壓或氣壓作為動(dòng)力源,通過液壓元件或氣動(dòng)元件來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的定位、支承與壓緊的專用夾具。
  
  液壓/氣動(dòng)夾具可以準(zhǔn)確快速地確定工件與機(jī)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(jié)省了夾緊和釋放工件的時(shí)間;同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可多工位裝夾、可進(jìn)行高速重切削,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。
  
  液壓/氣動(dòng)夾具的上述優(yōu)點(diǎn),使之特別適宜在數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)多工位裝夾、一次裝夾可多面加工、裝夾平穩(wěn)可靠、節(jié)能環(huán)保、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。與常規(guī)機(jī)床夾具相比,電永磁夾具可以大幅縮短裝夾時(shí)間,減少裝夾次數(shù),提高裝夾效率,因此不僅適用于小批量生產(chǎn),亦適用于大批量生產(chǎn)。
  
  光面夾具基座
  
  光面夾具基座在國(guó)內(nèi)應(yīng)用還不是很多,但在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用很廣泛。它實(shí)際上就是經(jīng)過精加工的夾具基體精毛坯,元件與機(jī)床定位連接部分和零件在夾具上的定位面已經(jīng)精加工完畢。用戶可以根據(jù)自己的實(shí)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(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間,因而可以從總體上縮短大批量生產(chǎn)的周期,提高生產(chǎn)效率;同時(shí)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(chǎn)。
  
  合理使用夾具,挖掘設(shè)備潛能
  
  經(jīng)驗(yàn)表明,為了提高數(shù)控機(jī)床加工效能,僅僅“選對(duì)”數(shù)控機(jī)床夾具還是不夠的,還必須在“用好”數(shù)控機(jī)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(gè)工件,達(dá)到縮短單位裝夾時(shí)間,延長(zhǎng)刀具有效切削時(shí)間的目的。多工位夾具即擁有多個(gè)定位夾緊位置的夾具。
  
  隨枱數(shù)控機(jī)床的發(fā)展和用戶提高生產(chǎn)效率的需要,現(xiàn)在多工位夾具的應(yīng)用越來越多。在液壓/氣動(dòng)夾具、組合夾具、電永磁夾具和精密組合平口鉗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多工位設(shè)計(jì)越來越普遍。
  
  成組使用法
  
  將相同的幾個(gè)夾具放在同一工作枱使用,同樣可以實(shí)現(xiàn)“多工位”裝夾的目的。這種方法所涉及的夾具一般應(yīng)經(jīng)過“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、高精度制造”,否則難以達(dá)到數(shù)控機(jī)床工序加工的要求。
  
  成組使用法可以充分利用數(shù)控機(jī)床行程,利于機(jī)床傳動(dòng)部件的均衡磨損;同時(shí)相關(guān)夾具可獨(dú)立使用,實(shí)現(xiàn)多件裝夾,又可聯(lián)合使用,實(shí)現(xiàn)大規(guī)格工件裝夾。
  
  局部快換法
  
  局部快換法是通過對(duì)數(shù)控機(jī)床夾具的局部(定位元件、夾緊元件、對(duì)刀元件和引導(dǎo)元件)進(jìn)行快速更換,達(dá)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(shí)現(xiàn)裝夾功能的改變,比如由裝夾方料轉(zhuǎn)變成裝夾棒料;也可以通過快速更換夾緊元件實(shí)現(xiàn)夾緊方式的改變,比如由手動(dòng)夾緊轉(zhuǎn)變成液壓夾緊。局部快換法大幅縮短了更換及調(diào)整夾具的時(shí)間,在小批量生產(chǎn)中優(yōu)勢(shì)較為明顯。

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