每个制造商都应该知道的CNC夹具解决方案

CNC 加工是一种传统的制造方法，它利用切削工具和旋转对固体材料块进行预定系列的切割。切割操作源自数字设计文件，可同时分发到多台 CNC 机床，使制造商能够更快速地生产零件的多个副本。

虽然加工是一种能够可靠地生产高精度和精确零件的多功能工艺——为什么它经常用于制造关键的汽车、医疗和航空航天部件——但该工艺的固有性质对使用 CNC 加工可能创建的几何形状造成了限制。例如，尖锐的内角等设计元素很难使用圆形旋转工具来创建，而像燕尾榫和 T 形槽这样的底切特征则很难使用标准工具来实现，如果不是不可能的话。

另一个潜在问题与工件夹持或在加工过程中如何将工件固定到位有关。如果工件难以抓握或抓握不当，零件的生存能力、生产时间和单位成本都可能受到负面影响。

以下是制造商需要了解的如何充分利用其工件夹持解决方案。

CNC 夹具的基础知识

零件的固定方式会显着影响许多后勤因素，包括可行的刀具路径、无需额外设置即可加工的工件表面，以及切削刀具的允许速度和力。钳口、虎钳甚至机床工作台等基本工件夹持部件都会限制切削刀具接触工件的能力，这可能会导致花费更多时间来设置零件，而不是运行主轴。

然而，就像 5 轴 CNC 加工如何在生产过程中为切削刀具和工件提供额外的旋转能力一样，5 轴工件夹持解决方案可以显着提高需要在大部分或所有侧面进行加工的零件的制造效率。

用于串联的多轴加工和工件夹持解决方案允许将工件放置在最佳位置，一次夹持，加工，然后快速更换。这通常是通过零点快速更换系统实现的，该系统可确保可靠的工件放置，同时允许根据需要将组件有效地转移到其他机器进行二次操作。

如果实施得当，CNC 工件夹持系统可以通过最大限度地减少设置和更换工件所需的时间来提高输出效率。工件夹具解决方案有助于使生产过程具有可重复性，这进一步有助于显着提高生产速度和过程可靠性，以及最终零件的准确性、精度和质量。

常见的 CNC 工件夹持挑战

当制造商试图生产具有不寻常几何形状的零件或笨重且大的零件时，最常见的 CNC 工件夹持挑战就出现了。

除了针对可制造性 (DFM) 优化零件设计外，在加工过程中保持异常、精密或薄壁工件稳定和安全的最佳方法是什么？在许多情况下，牺牲工具用于支撑非标准形状的工件，并且通常可以使用定位销孔或螺纹凸台等内置设计特征将工件夹紧到位。即使在工件底部加入仅 1/16 英寸的额外材料，也可以提高其夹持能力。

然而，有时，制造商可能需要采用更具创造性的解决方案。例如，沙袋可用于减少工件振动，而蜡、粘土和特种胶水可以帮助支撑工件的脆弱部分。尤其是蜡和粘土，在室温下相当坚硬，当暴露在较高温度下时会变成流体，这有助于在加工过程完成后将它们去除。

笨重的零件——例如用于航空航天、国防、工业或车辆应用的零件——提出了另一个挑战。专业和定制的工件夹持选项价格昂贵，而且考虑到一些大型部件的生产量相对有限，可能不值得投资。但是，如果用于大型生产运行或重新用于其他零件，定制的工件夹具解决方案可能会提供良好的投资回报。

无论车间选择为大型零件投资专用或自动化工件夹持解决方案，还是使用手动卡盘、卡爪和其他现成解决方案的组合来保持工件稳定，目标都应该是最大限度地减少切削总数操作和重新定位，以最大限度地延长主轴运行时间。限制切削操作的次数还可以最大限度地减少人为错误的机会，提高工艺可靠性，并且通常会提高加工精度。

除了尺寸外，还应考虑笨重部件的形状。固有的不对称部件，如涡轮叶片，需要复杂的、全面的主轴和刀具运动。这些类型的具有挑战性的零件需要能够将零件牢固地固定在适当位置的工件夹持解决方案，同时还允许切削工具和机器所需的间隙。

选择最佳的夹具解决方案

最适合特定零件的夹具解决方案将由几个因素决定，包括产量、零件形状、零件尺寸、材料和公差要求，以及转换频率。

与小型工作相比，大批量加工具有不同的基本要求：它依赖于可靠可重复的工艺，在较长的时间内生产出质量一致的零件，这通常需要专门的工件夹持解决方案。死长度卡盘是一种常见的解决方案，因为它们能够为二次加工操作提供高定位精度和增加夹持力，这对于在粗加工操作期间固定铸件或锻件很有用。

相比之下，小批量 CNC 加工工作通常可以依赖传统的工件夹持工具。采用滑动套筒的筒夹卡盘可以有效地夹持圆形、六角形和方形工件以及棒料，而不会失去夹持力——这是使用旋转和离心力工作时的一个重要问题。三爪卡盘也常用，因为它们在加工圆形工件时具有出色的抓地力，而二爪卡盘（或 2+2 四爪卡盘）则非常适合加工方形工件。

然而，这些传统的工件夹持解决方案通常会引入额外的考虑。夹具会增加每次操作所涉及的步骤数，并且会干扰多轴机器对工件的访问，而虎钳则限制了可以夹持的工件的尺寸和类型。

工件夹持是提高生产效率的关键

制造商依靠 CNC 加工来生产精确、可重复的零件。但是，只有将工件保持在具有已知方向的定义位置时，才能实现这种精度。此外，CNC 加工的可重复性要求加工设置可以在生产过程中经济地复制。因此，除了确保工件免受离心力、重力和刀具切削力的影响外，最有效和战略性的工件夹持解决方案还应有助于降低劳动力成本，同时最大限度地减少刀具和设置的变化。

模块化工件夹持解决方案可在不中断生产的情况下实现工件和切削刀具之间的快速更换、工业 4.0 技术的集成以及改进的自动化，这些技术发展有望简化 CNC 加工领域。通过提供更大的生产灵活性和产能，以及提高零件和不同工作之间转换的一致性，这些功能可能会帮助制造商以更少的劳动力实现更多目标。

然而，CNC 机床是一项巨额投资，这就是为什么将 CNC 加工外包给值得信赖的制造合作伙伴通常比将加工服务引入内部更具成本效益的原因。

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