机床夹具的应用与发展方向

田晓光，刘丽娜

（黄河交通学院，河南 焦作　454950）

机床夹具的应用与发展方向

田晓光，刘丽娜

（黄河交通学院，河南 焦作454950）

众所周知，夹具被比喻为机床的“手”，机床夹具在机床中起着重要的作用。文章从机床夹具的应用现状和加工制造行业对工件制造的要求来看机床夹具的发展趋势，提出了机床夹具未来正朝着高效、高精、组合、模块、通用、经济的方向发展。

机床夹具；应用；发展

在机床上加工工件的时候，必须用夹具夹牢所要加工的工件。机床夹具是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件组装而成，这些元件具有很好的互换性和较高的精度及耐磨性，可以根据机床工作台的尺寸和不同零件的加工要求来选用所需要的元件组装成数控机床、加工中心等机床使用的各种夹具，组装方式简单灵活。

机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可整夹具和成组夹具、组合夹具以及随行夹具五种类型。机床夹具的主要作用就是完成工件的装夹工作，工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度，甚至浪费人力、物力，不仅降低了劳动强度，而且还会降低生产效率。由于机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以其应用十分广泛。机床夹具还可以保证工件在一次定位装夹中同时加工多个表面，甚至可以加工工件的全部表面，也可以一套夹具同时装夹多个工件来进行加工，这样可以减少机床的停机时间，充分发挥数控机床、加工中心等设备的高效性能。

1　机床夹具的应用现状

据国际内生产统计表明，多品种生产工件的加工生产已占据工件种类总数的75%左右。现代企业制造需要经常进行技术革新以免被市场淘汰。企业可根据自身产品的特点采用不同类型的夹具，我国国内主要研究专用夹具和通用夹具，而专业化程度较高的企业则多以专用夹具和可调夹具为主，由此看来，企业内部往往是以多种类型夹具并存，不过是侧重点不同。另一方面，在具有一定规模的工厂中，每隔2～3年都会更新换代夹具，而夹具的实际磨损只达到了30%左右。夹具更换频率的加快会大幅度的提高生产成本。同时，现在工业生产中数控机床、成组技术、加工中心以及柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具又提出了以下要求：能够快速把新研发的产品投入到生产中，降低生产周期，降低生产成本；能装夹具有相似特征的一组工件；适用于可精密加工的高精度机床夹具；适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；能够使用液压动力源的高效夹紧装置；可提高机床夹具的标准化程度。

2　机床夹具的发展趋势

（1）高精度。夹具精度要求是随着机械产品的精度日益提高而提高的，而机械产品的精度提高是现代科技飞速发展所造成的必然结果。精密化夹具多用于尖端产业，例如用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，定心精度为5μm。如：德国戴美乐公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，等高误差为±0.03mm；该精密平口钳的平行度以及垂直度误差在5μm以内；夹具的重复安装定位精度可高达±5μm；瑞士柔性夹具的重复定位精度可高达2～5μm。如今机床夹具精度可以高达微米级别，全球很多的知名夹具生产制造企业都属于精密制造。

（2）效率高。效率是企业的立足之本，为提高劳动生产率，缩短工件加工工时，工件的加工已经向着高速，大切削量方向发展，工序高度集中对机床夹具提出了高效化的要求。为了减少生产周期降低成本许多企业选择高效化夹具来提高生产效率。企业使用了铣床电动虎钳用来装夹工件，效率可以提高到6倍以上，在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可以使卡盘的转速高达8000r/min，所以大大提升了生产的切削速度降低了生产时长。

如今双面、四面以及多件装夹的夹具产品逐年增多。为了提高生产效率，各种用于快速夹紧功能的部件不断更新换代以适应市场潮流，如：气动和液压夹紧、杠杆夹紧、自动定心夹紧等。当然，工业生产中除了在生产线或自动线上配置相应的高效化夹具外，在数控机床上，特别是在加工中心上也配有各种自动装夹工件的高效化夹具，或者自动更换夹具的装置以缩短机床上安装与调整夹具的时间，充分发挥了数控机床的效率。如：瑞典3R型夹具，仅用1min即可完成线切割机床夹具的安装与校正，大大缩短了在机床上安装及调整夹具的时间。在美国Jergens公司的球锁装夹系统中1min内可将夹具定位和锁紧在机床工作台上，该球锁装夹系统用于柔性生产线上来更换夹具，可以起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。

（3）柔性化。柔性夹具系统可大致分为柔性夹具单元、专用夹具和组合夹具相互结合应用提高产能而成的一种夹具系统。柔性夹具元件具有较好的互换性和较高的精度以及耐磨性，而柔性夹具系统正是由一套预先制造好的不同形状功能、不同规格尺寸的系列化、标准化元件组装而成。柔性夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的加紧，也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。这种夹具系统能适应不同的机床，不同的产品或同一产品不同规格型号，能最大限度的满足各种机床夹具的需要，并且具有高精度、高强度、结构简单、通用性好的优点。在粗加工的时候可以承受一定的切削用量，发挥机床高效的生产力，在精加工时更好的保证加工的精度和产品质量。在夹具上能一次装夹多个工件同时依次加工，可减少夹具、刀具、工件系统的调整时间，还能减少刀具更换次数和刀具调整时间，可减少机床的停机时间并且更好地发挥数控机床的加工效率和性能。柔性夹具具有元件性能多功能、元件规格统一、元件结构简单、组装管理数据化、重复使用可调和夹紧工件快速自动的特点以及夹具系统的高精度、高刚度、模块化的优点适合于产品批量少、品种多、精度高的企业加工要求，将是现代夹具的一个主要发展方向。

（4）组合夹具元件模块化。夹具元件模块化是实现夹具组合化的基础。为夹具元件设计一个标准，利用模块化设计、可快速便捷组装成各种生产需要的夹具，这已经成为开发夹具的基准。目前省时、节约材料、减少劳动力、节约能源的理念，已体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化的设计也为计算机辅助设计夹具与组装夹具打下基础，应用proE等技术，可建立夹具元件模型、典型夹具模型以及用户使用的档案库，不断进行夹具的创优，便于用户用三维实体组装夹具。也可以用计算机动画模拟仿真刀具的切削过程，为用户提供正确安全合理的夹具配套组合，不仅方便安全也便于积累经验，不断改进和完善夹具系统。

（5）通用性、经济性。夹具的通用性可直接影响工厂的经济和生产效率。采用传统的夹具系统，不仅投资大，而且费时费力，只有不断开阔创新，把夹具系统设计规模化、系列化，提高效率才能推动经济的发展。

（6）标准化。为了缩短生产准备周期，降低生产成本，迅速方便地将装备新产品的投入使用，有必要对机床夹具进行标准化设计。夹具的标准化与通用化是互相联系缺一不可的。目前，在我国有夹具零件及部件的国家标准（GB/T2148～T2259-91）。另外，标准化夹具可以最大限度的发挥加工中心机床的高效性。

3　结语

综上所述，随着现代化加工制造行业对工件制造的精度等方面的要求越来越高，数控机床夹具也正在朝着精密化、标准化、柔性化、高效化的方向发展，可以预见，随着科学技术的不断发展还会涌现出更为先进的机床夹具，因此作为机床夹具设计人员，要具有不断创造革新的思维，不断设计出符合现代加工理念的机床夹具，以促进机械加工行业的稳步发展。

［1］关慧珍，冯辛安.机械制造装备设计［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］黄剑波.数控机床夹具的发展［J］.电子机械工程，2011，（5）：33-36.

Application and Development Direction of Machine Tool Fixture

TIAN Xiao-Guang，LIU Li-na
（HuangHe Transportation University，Jiaozuo，Henan 454950，China）

As is known to all，the fixture has been compared to the machine tool“hand”，Machine tool fixture plays an important role in the machine tool.This article predict the trend of the development of machine tool fixturefrom the present situation of the application of machine tool fixture and processing manufacturing industry for manufacturing demands and puts forward the future machine tool fixture moving toward economic and general direction of high precision，high efficiency and module.

machine tool fixture；application；development

TG751

A

2095-980X（2016）07-0025-02

2016-06-18

田晓光（1978-），女，河南平顶山人，硕士，讲师，主要从事机械工程及其教学研究工作。