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摘要 ：在我国经济迅猛发展的今天，科技事业也取得 了长足进步。数控技术作为一项关键的工业技术，在其中 扮演着重要的角色。利用数控铣床的优势，可以在一定程 度上提高企业的生产效率， 并为企业带来更多的经济效益。 因此，通过大量的调研和试验，对数控铣床工装夹具的设 计要点进行了分析， 以期对制造业起到积极的促进作用。
关键词：数控铣床,工装夹具,设计要素,改进策略,制造业
随着我国经济社会和科学技术的不断发展，装备制造业的发展速度也在加快。其中，数控铣床由于其高精度和 快速生产的特点，在各个工业生产领域得到了广泛的应 用。在实际制造过程中，操作人员需要花费大量时间选择 工件、刀具等，并对其进行调试，同时还需要对所制造的 零部件进行检验。为了提高数控铣床的加工技术，合理地 使用数控机床的工装夹具是必要的。这样可以有效地提 高产品的精度，并减轻操作人员的劳动强度。在数控铣削中，工装夹具技术起着至关重要的作用，它可以使工件在 加工过程中保持有序的工作状态。特别是在大规模生产 中，采用工装夹具可以有效地降低各种资源的损耗，从而 提高工作效率。尽管夹具本身并不具备切削加工功能，但 它能够将工件固定到特定位置， 在实际生产中减少加工误 差。因此， 机床工装夹具的设计和改进显得非常关键。
1 数控铣床工装夹具应用现状及设计要求
1.1 数控铣床工装夹具应用现状
夹具是用于精确支撑、定位和夹持一个或多个工件的 装置，以便于加工、切削，或用于装配、检验、焊接等。夹 具在批量生产中起到减少工作时间浪费、提高生产效率、 保持产品质量、降低产品不合格率的作用。工装夹具虽然 没有切割功能，但可以固定工件在一定位置，以承受切割 时的力量。根据工作性质、加工机械和工件尺寸的不同， 工装夹具的结构也会有相应变化。由于工厂的设备、工 艺、生产成本等因素，导致相同产品的工装夹具设计存在 较大差别。数控铣床是一种多刀片工具，在切削时会产生 较大的切削力， 因此数控铣床上的工装夹具必须具有较高 的夹紧和强度，才能承受产生的铣削力。数控加工中常用 的刀具和夹具通常都是经过标准化和专业化生产， 其主要目标是节约生产工装夹具架的时间。
1.2 数控铣削加工工具的设计要求
为了提高数控铣床的精度和速度，工装夹具的设计必 须与数控铣床相结合，这是铣床的基本设计需求。在实际 设计中，工装夹具必须确保工件的切割表面完全呈现出 来，以提高数控铣床的加工效率。此外，在工装夹具的设 计中，必须确保与铣床有关的部件的装配距离，以及所采 用的数控程序坐标系统的一致性。因此，工装夹具的设计 方向要保持灵活， 以便在实际加工时能根据生产要求进行 方向调整，从而提高加工工艺的灵活性。另外，数控铣削 工艺是一种机械振动较大的工序， 因此为了保证工装夹具 在实际应用中的刚性和强度，其稳定性也是设计的基础。 最后，尽管工装夹具在实际数控铣床中处于中心地位，但 本质上它还是辅助工具。因此在设计时，必须遵循简洁原 则，尽可能地简化结构， 减少数控机床调试的难度。
2 数控铣床工装夹具功能及设计内容
2.1 数控铣床工装夹具功能
2.1.1 提高数控加工精确度
在零件制造和制造过程中，采用工装夹具对零件进 行精确定位，以提高各种零件的精度，确保工件的加工质 量，并改善工件的加工精度，从而提高成品加工质量。此 外，使用工装夹具还可以提高数控设备的加工效率。
2.1.2 提高劳动生产率
工装夹具的结构中包含精密的定位元件和快速的夹 紧控制机制。通过使用工装夹具对被加工的零件进行定位 和夹紧，只需将工件毛坯放置在工装夹具上，就能快速地 进行定位和夹紧操作，从而大大减少了定位和夹紧过程 中所需的辅助时间。尤其对于外形相同、外形复杂或难以 迅速定位和安装的部件， 工装夹具能够有效地完成装配任 务。同时，铣床操作人员也能轻松完成多个复杂部件的组 合装夹， 从而显著提高工作效率。
2.1.3 改善工作需求
使用工装夹具可以改善数控作业人员的基本工作环 境，降低对其专业技能水平的要求。特殊工装夹具的使用 使得装配和夹持操作更加迅速、高效，方便易用，减轻了 机械操作人员的工作压力。由于大量应用工装夹具，大大简化了各种复杂工件的装夹和定位过程， 使一般机床操作 人员能够准确地完成对较大、复杂工件的定位和夹持。因 此，广泛使用和推广工装夹具将极大地减少机械工人在工 件定位和夹持方面的技术需求。
2.2 数控铣床工装夹具的主要设计内容
2.2.1 数控铣床工装夹具的固定方式
设计数控铣床的工装夹具时，应遵循“坚固、安全” 的原则，以确保其安装方向与工作时的受力方向一致。同 时，在采用工具夹持工件时，每次夹紧高度必须保持在适 当位置，以确保各工件参数在合理范围内。工件夹紧技术 符合力学原理，用极小的受力产生强大作用。在进行夹具 设计时，要将多个部件结合起来，而不能只依靠一个部 件。此外，在工件加工过程中，应预先安装或拆除工作物 品。为了确保工装夹具的稳定固定，必须选择高精度的部 件进行装配和设计。
2.2.2 数控铣床工装夹具的工艺设计
在进行工装夹具的工艺设计时，必须事先了解各种工 装夹具的特点。不仅要注重工装部件的材质和质量，还要 注意加工技术和精度。对工装夹具的加工过程进行清晰界 定，各种技术参数成为工装夹具工艺设计的依据，同时也 决定了工装夹具在工作时的切削方向。
2.2.3 数控铣床工装夹具的对刀设计
在设计数控铣床的工装夹具时，必须严格按照铣床工 作台上工件的定位来设计， 并根据刀具的实际长度确定适 合的刀型，然后进行装配。这样可以防止在数控加工时发 生碰撞。此外，数控铣床的实际切削量也要根据加工程序 来确定。根据不同情况，可以采用相应的方法解决问题。 在进行粗加工时，需要增加切削量以提高机床效率，而在 精细加工中则需要考虑对刀的精确性问题。
3 数控铣床工装夹具设计要点
3.1 重视原始工艺文件
在进行正式的设计工作之前，设计者必须全面了解各 个工序的坐标图和修改后的坐标图。具体来说，工艺坐标 是指确定程序原点、起刀点和走刀路径的过程。在此基础 上，还必须根据工件的结构形式和特定加工位置确定其定 位。同时，在图纸上标注零件的加工位置、起刀位置和走 刀路径等，以确保后续工作的顺利进行。从工艺坐标校正 图的积极作用来看， 它是根据铣床坐标系与工件坐标系之 间的关系进行不同设计的。通过系统化和科学化的设计图 纸，可以清晰地定位固定位置，使操作人员了解整体安装 流程，并对不同的基点位置、程序原点和定位基准尺寸等 进行明确界定， 从而提高设计效率和装配效率。
3.2 尽量提高工件的加工精度
在进行数控铣床工装夹具的设计时，必须充分考虑工 件的位置和安全稳定性。为了最大限度地保证连接件接触 面的耐磨性能并提高其成形精度， 可以利用传感器或检测 仪器将其固定在夹具基座上，并进行安全安装。为了提高 夹具的开孔性能和加工孔的垂直度， 必须准确地移动工作 台以进行精准移位， 从而提高加工效率。因此， 可以看出， 提高刀具系统的刚性对铣床加工精度有很大影响。
3.3 提高加工效率
在设计过程中，可以利用各种具有较高通用性、标准 化和模块化的工装夹具将它们结合在一起，形成一台固定 型数控铣床，从而保证工装装配和调节效率得到有效提 高。另一方面，也可以减少不必要的时间和费用，提高生 产效率， 增加企业的经济效益。
3.4 重视防碰撞校核对夹具影响
随着数控技术的迅速发展，使用的刀具种类和数量也 呈现出迅猛的增长趋势。由于不同刀具的性能不同，在这 些因素的作用下，容易发生夹具和刀具的碰撞和摩擦。因 此，在正式安装之前，必须先确定加工过程中的起刀点、 起刀路线和相应的坐标点， 以减少刀具和夹具之间的相互 影响。当夹具的结构比较复杂时，设计者可以根据工作需 要制作一个仿真塑胶夹具。针对整个设计过程中可能存在 的凸起、凹陷以及夹具与工件之间的关系等问题，如果有 必要，还可以进行碰撞计算。在最后的加工过程中，对其 进行精确计算， 提高产品设计和装配效率。
4 数控铣床工装夹具的改进策略
4.1 多工件一次加装
在数控铣削过程中，夹具动力通过压缩空气来完成相 应动作，并能自动夹紧和松脱，方便操作人员。此外，该 自动控制机构还可以实现刀具的自动更换和按照不同顺 序进行表面加工。然而，由于刀具更换时间较长，容易出 现故障。因此，在充分考虑加工要求的前提下，需要对刀 具更换的数量进行优化，同时适当减少加工时间，减少故 障次数，提高数控铣削的稳定性和安全性。一种方法是采 用多件一次装夹的方式，优化加工过程，减少刀具更换的 次数。例如，可以根据数控铣床的设计和工件的大小进行 夹具优化，一次装夹多个工件，根据实际情况进行调整， 尽量减少加工时间， 同时确保加工精度。
4.2 加装自动控制装置
在实际应用中，常规的工装夹具设计只能完成一台铣 床的一次加工，完成后需要进行再装配。这不仅影响了铣 床的工作效率，还会导致成本浪费，并且对工装夹具的使用造成较大影响。因此，在工装夹具设计方面，必须将提 高铣床加工效率作为首要任务，增加自动控制设备，减少 刀具更换对机床的限制。采用自动换刀操作可以减少人工 更换刀具对生产效率的影响。此外，还应使用自动转动和 自动控制的工装夹具，使机床工装夹具真正实现自动化。 这样，在不需要更换刀具或增加工件的情况下，可以提高 加工效率， 提升机床整体性能， 同时降低加工成本。
4.3 多件装工装夹具的设计要点
在改进数控铣削工装夹具设计时，我们需要关注多件 装工装夹具的设计，并注意以下几点。首先，在改进多件 装工装的设计时，需要合理安排工件，根据工件的外形、 尺寸、生产批量和加工设备的尺寸，确保工件之间保持适 当的间距。这样的设计改进可以提高工装夹具的开放度， 从而提高工件的集中加工效率。同时，它还可以使工装夹 具的工件处理和排屑更加顺畅，有助于提高生产效率。其 次，需要准确确定一些定位要素。在特定应用中，工装夹 具应采用一面二销的方式进行零件定位，并根据零件的实 际大小和特殊用途，准确确定零件内菱形销与圆柱销之间 的间距。在实际使用中，利用精确定位的零件可以使铣床 的各运动零件在加工时准确移至相应位置，从而大大提高 机床的精度。此外，在对多件装工装夹具的设计改进中， 还可以提出另一种方法，即使用连杆夹持法同时夹持多个 工件。另外，为了使刀具具有较大的移动空间，需要尽可 能简化内部夹具。此外，由于数控铣床的加工方法一般较 为集中，会产生较大的夹持力，导致工件表面出现一定的 凹陷。因此，为了解决这个问题，必须在压板与工件的接 触部分进行焊接，可以有效提高夹持方法。在设计多件装 模具时，也要重视立体式数控铣床的工装夹具设计。与一 般数控铣床相比，三维数控铣床在切削时，其切屑经常会 落在工装夹具上。因此， 在立体式铣削工装夹具的设计中， 需要适当处理排屑量，避免排屑影响刀具的自动工作，同 时也不能让排屑掉落到零件表面，以保证工装夹具的高精 度定位， 这是提高多件装工装夹具设计质量的关键。
4.4 根据工件的特性进行优化设计
在进行数控铣削工装夹具的设计时，必须以工件为 研究对象。因此，根据这一方面的特性，设计者需要对其 所设计的产品有足够的理解和界定。在各种零件中，其规 格、性能、参数等都存在较大差异。在开始设计前，设计 者要对产品进行多次检查，包括零件、材料等相关数据。 同时，在检查结束后，还要将相关数据记录存档。在信息 技术飞速发展的今天， 我们可以借助互联网和大数据技术的优势，进行数据备份和处理。在以后的工作中，如果发 生数据遗失问题， 也能通过大数据方式及时地查找到有关 资料，为以后的设计工作提供充分保证。设计者必须充分 了解各种工艺、工艺过程和设计过程，以及不同的加工工 艺。在不同的工装夹具设计中，所采用的加工工艺也会有 所不同。利用前期收集到的资料，绘制出数控铣床基础结 构和设计图，提高加工精度。在这个过程中，要注意不同 工件之间的距离产生的影响。通常情况下，如果两个零件 间距比较小，在加工时，很有可能会发生碰撞，甚至是拆 装工作困难。如果在加工时出现大量的碎片，必须进行彻 底清除，以减少对工件精度的影响。而如果工件间的间距 太大，就有可能造成工件安装速度降低的问题。这会导致 生产效率下降，从而对公司的经济效益产生不利的影响。 因此，要想有效地避免以上问题，就必须从工程实践的观 点全面考虑到安装、设计中的各种问题。在此基础上，采 取相应的预防措施，使设计方案更加科学、合理，为稳定 提高生产效率和经济效益提供了充分保证。
4.5 通用标准零件方便生产企业加工
在工件使用过程中，由于经常会发生一些无法避免的 异常情况，因此需要定期更换零件。基于这个背景，通用 标准产品应运而生，推动了这些产品的大规模应用。从生 产企业的角度来看，这也是加工普通零件的一个重要原 因。因此，在未来的设计过程中，必须重视对通用零件的 测量工作。合理地设计各类通用产品为企业的生产活动 提供了良好的环境。然而，从另一个角度来看，尽管这些 零件具有某种共性，但在实际使用中却存在差异。如果在 制造过程中存在较大误差，就会导致零件松脱的问题。因 此，在实际设计中，应充分利用垫圈、垫片等积极作用， 以减少松动的可能性。
5 结语
综上所述，工装夹具是数控铣床加工过程中的关键 部件，对提高加工效率和加工精度起着重要作用。因此， 必须适当调整工装夹具的设计，才能真正发挥其功能。首 先，可以为工装夹具的设计增加自动化控制系统，以降低 工程成本。其次，应设计多件装工装夹具。最后，还需要 改进工装夹具的工作距离和夹紧方式， 以确保其在数控铣 床上的应用效果。
(作者单位 ：江苏省昆山第一中等专业学校)
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