零件数控加工时夹具设计对加工精度的影响及改进

零件数控加工时夹具设计对加工精度的影响及改进

孙建伟

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司  黑龙江省哈尔滨市  150060

摘要：时代的进步中我国制造行业发展也更加迅猛，为了提升加工质量各种加工技术迎来巨大挑战。夹具设计在零件数控加工中对加工精度有重要影响。夹具刚性、夹紧力控制和夹具定位精度是主要影响因素。优化夹具结构、精确控制夹紧力、提高夹具定位精度和严格的质量控制是改进的关键措施，可提高夹具设计的精度和稳定性，从而提升零件数控加工的精度和质量。

关键词：零件数控；加工技术；夹具设计；加工精度

引言

目前，数控机床相关技术发展快速，加工技术水平和生产质量不断提升。在数控机床的生产制造过程中，夹具是其重要组成部分，夹具的主要功能是固定待加工零部件，将其固定在合适的位置，让机床刀具通过上下左右移动，作用于相应的待加工零部件上，完成相应的生产过程。对此，夹具的质量、夹具的安装固定方式、运行轨迹等对相关零部件的制造质量和精度会产生较大的影响，而对多工序加工系统的数控夹具设计来说，更需要严格要求、精准控制，才能确保机床夹具加工精度有效提升。

1机床夹具应用在零件加工中的意义

对于制造行业而言，设备是否先进、可靠是企业加工技术水平表现，尤其是机床夹具，机床夹具作为零件加工主要组成部分，对企业、国家制造行业而言，有着极为重要意义，是企业、国家制造水平的表现。技术人员必须对机床夹具设计图纸、技术要求有充分了解，以相关工艺标准为依据，对其零件进行相应加工、装配、检测。而评判机床夹具优势在于是否能够保证零件精度、工艺性、实用性，零件质量提升才能有效提高制造企业生产效率、经济收益。工作人员应用和设计机床夹具时，必须要保证机床夹具能够对零件进行准确衔接、定位，从而满足相应加工需求，由于机床夹具具有一定特性，如调节性、精准度高等，逐渐被众多制造企业广泛应用，大幅度降低废品率，提高零件生产效率。

2零件加工中存在的问题

在其加工过程中，中心大孔（D38.015±0.015mm）和轴承孔（D14±0.0150.01mm）采用一面两销的方式加工。X轴和Y轴的原点在坐标上定义，焊接侧轴承孔和其他孔，然后在装置后旋转和定位工件，另一侧轴承孔。但是，在加工此类零件时，存在的问题较多，如夹具定位不当、加工工艺不合理等，另外，在夹具零件组件定位方面及定位稍的定位方式方面也存在一定问题。一般情况下，装配水平面由下部曲面组成，下曲面有两个定位销孔，但下表面的两个孔洞相对于中间孔洞是不对称的，两孔洞的中心线和中部大孔的中心线相距较大。由于定位销和定位孔之间存在一定的间隙，被加工零件向加工中心小幅度旋转，影响加工精度，同时又容易对零件的质量产生较大的影响。对此，操作人员操作机械加工零件时，不可避免地会使定位间隙和定位孔之间出现间隙，在实际定位中，操作人员很可能因为上述原因而出现零件加工操作误差，从而导致零件的定位出现偏差，影响零件质量。

3夹具的设计方向与设计要点

3.1根据产品需求设计工装夹具

在设计工装夹具时，如果生产的产品需求量比较小，可以通过自由装的方式安装钻模夹具；若生产大批量产品，可以设计专用的工装夹具，永久安装使用；对于一些比较复杂的产品，要单独设计夹具以保证其精度；对于需要焊接的产品，可设计成可拆卸的工装夹具，这样可以多次使用，降低成本。

3.2数控加工进给路线设计

数控进给路线图表示用行业统一的符号准确体现出刀具的运动轨迹，主要包含有刀具运动轨迹、起点位置、切削位置、切削量、起刀点以及起刀高度等。数控进给路线图是开展数控编程工作的主要载体，数控加工人员也能够依照数控进给路线图提前预知刀具的运动情况。严格遵照数控进给路线图进行编程，可以很好的预防切削刀具与工件、夹具等产生碰撞，引起加工设备的损坏。现阶段不同的数控技术人员绘制的数控加工进给路线图有一定的差异，如图所示为某个要求加工不规则外形的数控加工进给线路图。

3.3合理刀点选择

在刀点的选择中，基于计算便捷度考虑，需要以工件的定位基准为基础和参考，方便利用数控机床进行有效的找正，避免加工中出现超出范围的误差。通常相关工作人员在选择刀点的时候，需要以工件基准为基础，合理选择刀具以及切削用量，针对刀具的形状以及尺寸进行有效把握，确保符合夹具的设计标准。这对减少数控机床的装刀以及超程现象也具有积极作用。在选择数控机床的切削用量时，还要以具体的加工工艺为参考，一般针对数控机床的工件粗加工工艺中，提升工件加工效率是关键，因此这种情况下制定的切削量以及力度都会比较大，针对这种工件加工工艺，往往要针对加剧的稳定性以及负荷进行计算，有效控制夹具的负荷和稳定性。针对工件的精加工，对夹具的精度要求会比较高，这就需要在夹具设计中有效把握加剧的定位以及力度，确保夹具的运动高度和开敞情况。

3.4优化夹具刚性和稳定性的设计

第一，夹具的刚性设计需要考虑材料的选择和结构的设计。在选择材料时，可以优先选择高强度、高刚性的合金材料，如钢铁和铝合金等。这些材料具有良好的刚性和耐磨性，可以有效提高夹具的稳定性。而在结构的设计上，可以采用加强筋、增加连接处的支撑等方式来增加夹具的整体刚性；第二，稳定性设计是保证加工过程中零件位置稳定的关键。可以通过增加零件的定位点和夹紧力来提高夹具的稳定性。合理分布多个夹紧点，使夹持力均匀分布，避免零件在加工过程中发生变形或者位移。此外，可以利用辅助装置，如弹簧、阻尼器等来增加夹具的稳定性，有效减少振动和共振现象的产生；第三，对于零件数控加工时的夹具设计，需要考虑加工过程中的切削力和热变形等因素。可以根据切削力的大小和方向，合理选择夹具的支撑点和夹持方式，以减小切削力对夹具的影响。同时，要考虑加工过程中的热变形问题，采取合适的散热措施，如增加散热片、冷却液等，以降低夹具温度和热应力，确保夹具的稳定性。总之，优化夹具刚性和稳定性的设计是提高零件数控加工质量和效率的重要手段。通过选择适当的材料、设计合理的结构、增加夹紧点和夹紧力、加强散热措施等方法，可以提高夹具的刚性和稳定性，确保零件加工的精度和稳定性。

3.5设计要点

在夹具设计过程中，要综合考虑几点：（1）确定夹紧装置精准定位夹具，通过提升夹具的适应性与驱动性，确保数控加工程序的顺利运行；（2）综合考虑夹具的需求、受力部件，确保夹具强度与刚度的合理性，以此满足数控加工需求与要求；（3）综合考虑夹具设计的通用性，解决夹具旋转引发的质量均衡问题与操作安全问题，以此提升夹具使用率；（4）避免机床与夹具两者间的相互影响，不断提升夹具尺寸精度，满足高标准工艺需求。

结语

机械加工产业正逐渐向着智能化、灵捷化、精密化发展，工装夹具的设计也随着新材料、新工艺的出现向高精度、结构紧凑等方向发展。使用夹具对工件进行装夹便于操作、定位精准，可以有效的提高生产加工的质量和效率，降低了生产过程中的成本，极大地提高了企业的收益。各制造企业单位和相关技术科研人员要提高对工装夹具设计的重视，增强工装夹具的设计研发和生产制造能力，保障机械加工行业的创新发。

参考文献

[1]都垚,李国学,倪长圣,等.工艺工装夹具体的设计[J].世界制造技术与装备市场,2023(1):48-50.

[2]高磊,吴书磊,高中川.机械装备制造中的先进焊接工装夹具应用研究[J].山东工业技术,2017(11):1.

[3]韦建军,刘科明,李派霞,等.基于PMC的连杆零件数控机床自动夹具设计与实现[J].机床与液压,2020,(02):27-29.

[4]杨峰,郑朝砖,康召军.多件装夹在发动机零件加工中应用[J].工程技术研究,2018,(05):68~71.