在金屬加工領(lǐng)域，機(jī)床、刀具和夾具是三大關(guān)鍵技術(shù)。其中，機(jī)床和刀具的技術(shù)發(fā)展日新月異，令人目不暇接。然而，由于夾具的專業(yè)性較強(qiáng)，技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后，這導(dǎo)致了一些問題。它限制了昂貴且高效的數(shù)控機(jī)床和刀具的最大潛力發(fā)揮，成為制約金屬加工技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要障礙。
在我國(guó)，這種情況直到幾年前還十分普遍，專業(yè)夾具公司稀缺，更不用說商品化的通用夾具零部件了。對(duì)于一般的金屬加工夾具而言，其基本需求包括精確的定位、可靠的夾緊、便捷的操作，以及防止夾緊變形和易于排屑。
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控機(jī)床的普及，對(duì)夾具提出了新的要求：
1.減少輔助時(shí)間：減少裝夾和找正工件的輔助時(shí)間是最容易實(shí)現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)的。
2.可靠性：數(shù)控機(jī)床一般能高速切削、多工序集成加工，往往要求夾具具有更高的剛性、可靠性和能夠適應(yīng)多種切削工況。
3.輕量化：跟傳統(tǒng)機(jī)床不同的是，數(shù)控機(jī)床往往是多軸聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，夾具不是固定的，而是隨某軸運(yùn)動(dòng)的。這就要求數(shù)控機(jī)床夾具減少重量、從而減小運(yùn)動(dòng)慣量，提高定位精度和快移速度。
4.專業(yè)化柔性化模塊化：數(shù)控機(jī)床夾具的專業(yè)化趨勢(shì)，已經(jīng)成為了不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展方向。專業(yè)機(jī)構(gòu)能夠針對(duì)機(jī)床刀具的特色，持續(xù)研發(fā)出適應(yīng)各種需求的夾具及相關(guān)配件，從而促進(jìn)了更廣泛模塊化和靈活性的組合。
夾具設(shè)計(jì)觀點(diǎn)：
1.夾緊狀態(tài)下盡可能消除夾具元件運(yùn)動(dòng)間隙，并實(shí)現(xiàn)自鎖。
間隙的存在是失去剛性的根本原因。夾具零件偶合件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)需要間隙，這個(gè)間隙會(huì)隨著切削力的大小和方向不斷的改變。
而現(xiàn)在廣泛采用的小型液壓或氣動(dòng)夾具缸，這2種是實(shí)現(xiàn)夾具輕量化非常好的模塊。但是，目前還沒有夾緊后能夠消除活塞桿間隙的夾具缸產(chǎn)品。
對(duì)于這種廣泛應(yīng)用的夾具缸多說兩句，目前最容易失效的是轉(zhuǎn)角缸，輔助支撐缸好的多，主要失效模式是：
活塞桿彎曲變形
壓板與桿配合孔軸變形
壓板換向失靈
密封件失效
抗污染能力差
究其原因，主要是活塞桿承受偏載力，壓緊時(shí)造成桿子后仰，引起各種失效；內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸小、對(duì)材料、加工精度等指標(biāo)要求高，而且價(jià)格昂貴。
2.多點(diǎn)密集夾緊
為了克服切削力，必須保證足夠的夾緊力。但是，傳統(tǒng)夾具結(jié)構(gòu)往往夾緊點(diǎn)不夠多。如下圖所示實(shí)測(cè)加工過程中工件晃動(dòng)0.5mm，但是僅僅4個(gè)夾緊點(diǎn)的力量無(wú)法保證工件不變形的情況下克服切削力。在液壓氣動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，技術(shù)上已經(jīng)很容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)密集夾緊。
3.盡可能在工件原有狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)夾緊
盡量保證工件加工后只有切削應(yīng)力的釋放，沒有彈性變形的恢復(fù)。如采用彈性套類夾緊圓形工件是改變工件的異形實(shí)現(xiàn)全面接觸，而采用液壓控制的多點(diǎn)密集夾緊，對(duì)工件的夾緊沒有改變工件的異形。
4.盡可能減小甚至消除慣量的影響。
對(duì)于回轉(zhuǎn)件的普通三爪卡盤，高速回轉(zhuǎn)時(shí)卡爪受旋轉(zhuǎn)慣量的影響，會(huì)失去一部分甚至全部夾緊力，此時(shí)宜采用筒形夾具體、或增加端面壓緊，當(dāng)然，動(dòng)平衡是必須的。對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)夾具，采用輕量材料或者減重結(jié)構(gòu)是必須考慮的。
5.改變夾具偶合件面接觸狀態(tài)，盡可能采用鋸齒形接觸面
6.大型異形工件夾具
如下圖的大型回轉(zhuǎn)件的卡盤夾具，十字架式設(shè)計(jì)的基本思路是利用機(jī)床工作臺(tái)自身的精度保證夾具的定位精度和自動(dòng)化操作，避免了獨(dú)立卡爪找正的麻煩、整體卡盤造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)。
7.快速柔性裝夾的最佳方案——零點(diǎn)定位系統(tǒng)
這個(gè)方案既可快速精密定位，又能通過更換最少的零件實(shí)現(xiàn)夾具的快速切換。而且是采用機(jī)械式(碟形彈簧)可靠夾緊，液壓或氣動(dòng)自動(dòng)松開。通用化程度很高。
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