CIMT2015夹具专题

亮剑

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CIMT2015夹具专题

按（仅代表个人观点）：

众所周知，夹具是构成工艺系统的重要环节，相对刀具产品的异彩纷呈，这些年夹具显得落后多了。CIMT2015夹具展商，特别是发达国家的夹具展商多了很多，这是非常好的现象。过去我国没有专业夹具公司，后来南方有了，逐步北方也有了，但仍然很少，水平不足、发展的也不好。这一点说明夹具仍然没有被足够的重视。从计划经济时代政府进行行业管理，到改开，直到现在逐步自我规范的转换期里，机械制造企业一般都重视了产品开发、重视了设备，借鬼子的光逐步重视了刀具，但是，工艺弱化了，夹具几乎还是那个样子。十多年前俺就在这里提出，工艺文件是不是应该采用更直观的（如照片、3D图等）表达方式，抛弃那些所谓标准的专业符号，而夹具却几乎没有捷径，只有不足。实际上，做好夹具是一件非常难的事情，需要思想、需要精细、需要积累、需要综合能力。下面汇总几篇文章，为节省篇幅，均有删改。

文章目录：

1. 夹具 从工艺角度助推转型升级—— MM 现代制造

2. 夹具技术是促进中国制造业转型升级的重要推手——袁华

3. 夹具 应用技术的积累是关键——李恪

4. 柔性夹具确保自动化加工万无一失——项迎

5. 展会之夹具观感

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夹具 从工艺角度助推转型升级—— MM 《现代制造》

在经历了十几年的高速发展之后，中国机械加工制造业的发展目前正在进入瓶颈期，为了缓解目前的困境，我们亟需转型升级。在这个过程中，作为金属加工三大要素的机床、刀具和夹具的升级责无旁贷。

三者的有机结合是金属加工行业实现升级发展的根基。其中，通用性较强的机床和刀具已经满足甚至超出了我们的需求。从这个角度说，主要问题在于我们自己如何将机床更合理的使用，发挥最大效能。这就引出了目前我国机械加工制造业对于工艺不够重视的问题，而工艺问题才是机械加工的核心问题。

深入了解德国制造，就会发现，德国的机械加工水平之所以位居世界前列，就是因为德国不仅拥有世界一流的机床和刀具制造企业，同时也拥有一流的工装夹具制造企业。在德国，从设备制造商这个源头开始就非常重视工艺解决方案、重视夹具的应用。德国的夹具公司数量众多，虽然从规模上来看都是中小型企业，但绝大部分夹具厂都有很长的历史，而且各有专攻，它们对德国机械加工的贡献功不可没。如果中国金属切削企业能认识和熟悉这些技术，并将其合理应用到自己的加工制造中，那么，在短时间内就可明显提高加工工艺水平。

在机械加工三大要素中，机床、刀具是可以看得见、摸得着的，可是夹具涉及的工艺却是无形的。所以工艺的积累和进步不能也无法急功近利，必须脚踏实地，什么时候夹具问题解决了，什么时候中国机械加工制造业的转型升级才有了出路。

夹具技术是促进中国制造业转型升级的重要推手

作者：袁华博士 德国中欧工业技术咨询公司首席咨询顾问、同济大学客座教授

长期以来，在中国金属切削加工领域存在着一个误区，就是“重设备轻工艺”。许多企业在机床设备投资方面很舍得花钱，以为有了好的机床，一切问题就都解决了。但却没有意识到，工艺问题其实是机械加工的核心问题。对于金属切削加工而言，要实现一个好的工艺，除了机床，刀具和夹具是另外两个极为重要的环节。而要提高我国金属切削加工工艺水平，就必须提高夹具的使用水平。夹具用得对，用得好，不仅是达到加工质量的要求，更是提高加工效率的要求。提高我国机械加工夹具使用水平正是提高加工工艺水平的一条有效途径。

通常，机床和刀具都具有较强的通用性，而夹具则与工件的相关性较强。在各行各业中，工件的种类是千变万化的，这就对夹具提出了不同的要求。我国夹具制造行业在过去几年里有了较大发展，有些标准夹具（如三爪卡盘、平口虎钳等）基本可以满足企业的使用需求，但对于许多高效、高精度、以及具有复杂和特殊功能的夹具，尚无法制造。这是因为掌握这些夹具开发、设计和制造是以长年的技术沉淀和经验积累以及成熟的制造工艺为基础的，而这些正是我国夹具行业目前还欠缺的。德国的机械加工水平之所以位居世界最前列，就是因为德国不仅拥有世界一流的机床和刀具制造企业，同时也拥有一流的工装夹具制造企业。

现在许多人在谈“工业 4.0 ”。“工业 4.0 ”为我们描绘了一张理想的蓝图，但要真正实现它却是任重而道远。在金属切削行业逐步迈向工业 4.0 这一进程中，夹具所起的作用同样不可忽视。与工件相关性很强的夹具如何去适应智能化制造？我认为，首先应当从夹具的多用性、快换性和易于数控这些方面入手，在注重基础研究的基础上，开发出相应的新型夹具来。

在这方面，从德国夹具行业近年来开发出的新产品中，我们已经看到了一些雏形。举例说，目前在车床上常用的三爪卡盘，未来就有被一种叫“四爪浮动定心卡盘”的新型夹具完全替代的可能。在车削加工中，会有一些截面是矩形的工件需要被夹持，这时三爪卡盘就不再适用，而需要使用四爪卡盘来夹持。但是传统的四爪定心卡盘在实用中却显得非常不方便：工件尺寸存在误差，通常无法保证四个爪都同时接触到工件，在夹持过程中一般通过加垫片的方法来解决这一问题，但这个过程费时费力，效率低下。因此，能够快速实现四爪夹持的浮动定心卡盘应运而生。这种卡盘的卡爪首先在浮动运动过程中将工件推向中心，并使四个爪同时接触工件，而后再实现夹紧动作。使用这种卡盘，往往不需要进行任何人工调整即可完成对不同工件的装卡。这种四爪浮动定心卡盘大大扩展了传统卡盘的适用范围，堪称卡盘研发史上的一次革命性成果。

再如适合五面加工的咬合式夹持技术，夹具只须在高 3mm 宽 80mm 的一个狭窄区域内夹持工件，从而使工件能最大程度地露出五个加工表面。夹持的可靠性由卡爪上的齿嵌入工件材料来保证。尽管夹持面积很小，但仍然可以进行重切削加工。采用这种技术的咬合式虎钳与标准快换机构配合使用，可以以极快的速度更换工件或夹具。

而在夹具的易于数控性这方面，取代液压驱动缸的电动驱动缸则是一个典型的例子。

中国机械加工业已经逐渐失去了人力成本低廉、以低价格抢占市场的优势，为了寻找新的发展出路，转型升级迫在眉睫。作为这一过程中的主要推动力，工艺的升级已成必然，作为重要的组成部分，夹具更是责无旁贷。好在我们已经有了先进机床和刀具的强大基础，只要对夹具这一工艺核心给予更多的关注，那么中国制造业的升级指日可待。

夹具 应用技术的积累是关键

作者：李恪 罗姆精密夹具（上海）有限公司首席执行官

夹具作为工艺过程中的关键环节，已经与机床、刀具比肩，成为影响金属加工的三大要素之一。尤其在中国制造业面临人力成本不断上升、加工效率及质量亟待提高等问题时，我们需要通过自动化加工、智能化加工等先进加工方式来改变现状，实现转型升级。而在这些先进加工理念的贯彻过程中，夹具所扮演的角色越来越重要，通过夹具的合理使用和特殊设计，可以从质量、效率以及加工稳定性等方面给产品提供全方位的保障。

目前，中国的很多企业都购买了大量的先进设备和刀具，但是还是无法达到加工目的，很大一部分原因就在于对工艺的理解不够充分和深入，没有意识到夹具的重要性，以及如何利用夹具实现加工目的。至今已经拥有 110 年发展历史的 R?HM 公司，于 2011 年来到中国，并于 2012 年在上海正式成立中国分公司。我们看到了中国用户的使用现状，迫切希望可以通过我们的技术积累帮助他们实现转型升级。

无论是在机床中，还是在机床的自动化配套设备中，夹具的身影无处不在，而不是简单的工件装卡和刀具装卡那么简单。以车床为例，一般车床上能够用到的夹具就包括：自动化抓手、夹紧油缸、刀柄、顶尖、中心架、动力卡盘。铣床上还会包括旋转单元、拉刀机构、工作台快换系统、台虎钳等。

在金属加工领域，提到夹具，就会想起R?HM。R?HM有十大系列产品，包括钻夹头（用于电动工具或数控机床）、顶尖、手动卡盘/花盘、精密台钳/夹具快换系统、自动化抓手、摆缸、动力卡盘/油缸、芯轴、加工中心主轴或卧加工作台拉紧机构、中心架。这些产品几乎覆盖了夹具的各个方面，规格齐全，小到钟表、首饰、医疗植入物，大到风电齿轮、石油和天然气工业，R?HM都能提供全套的夹具产品。比邻德国宝马、奔驰、大众等一流汽车制造厂的天然优势，R?HM的夹具也遍及了发动机缸体、曲轴、变速箱、涡轮增压机壳体、转向齿轮、刹车系统、轮毂等产品的加工中。

最重要的是，从成立至今的一百多年中，R?HM始终致力于夹具的研发和生产，积累的夹具应用知识和工艺知识是任何其他同类厂商无法企及的。尤其是R?HM的夹具定制化生产能力，是建立在R?HM雄厚的技术背景之下的，这一优势并非一日之功，也是衡量一家夹具公司整体技术实力的最好标准。

作为夹具行业的领导者， R?HM 是一家技术驱动型企业，始终引领夹具领域的技术发展。比如我们正在倡导的电驱动夹具就是未来夹具领域的一个发展趋势。现在，用户大多采用的是液压为动力的夹具，但液压系统为了保持压力，系统需要一直在工作、即使在夹具夹紧的情况下仍然时刻消耗着的电机，并且能源利用率低；从环保的角度考虑，液压油始终有泄漏，并且需要定期更换，污染环境。其次，液压控制的精度不如电驱动的那么精准，受温度以及油的品质影响大。电驱动则不存在上述问题，从安全角度来讲更胜一筹。目前， R?HM 几乎所有产品门类都实现了电驱动夹具设计，比如电动中心架、电动夹紧头、电动自动化抓手、电动拉紧缸、电动夹紧／放松单元等，都极具代表性。今后， R?HM 还将提供更多的电驱动夹具产品，以满足市场的进一步需求。

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柔性夹具确保自动化加工万无一失

作者：项迎 北京精密机电控制设备研究所工艺管理处处长 / 研究员

纵观我国机加工行业，随着人们对于高端产品认识的提高，中国用户越来越多地购买德国等工业发达国家的先进机床设备，然而使用现状并不乐观。国外两班制工作，数控机床开机切削使用率为 60-70% ，而国内只能达到 20%-30% ，切削效率不足 20% 。其中很重要的一个原因就是“设备先进、工艺落后”，其中在柔性夹具的制造和使用方面有待解除束缚，不断进取和发展。提高柔性夹具的设计、制造和使用水平，从而提高加工能力和劳动生产率、降低生产成本，是摆在我们面前的紧迫任务。

柔性夹具应用使得单件流生产成为可能

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传统的批量生产模式受传统夹具装卡和调整方式限制，在一个产品完成所有工序之前不能转入下一个工序。中间换装一般要重新调整和首件检验确认，这样严重影响机床加工效率的发挥；这样也造成批数越大，单个产品在流程之间停留的时间越长。

一种采用托盘式换装装置的柔性夹具的使用，使得上述的单件流生产成为可能。图中下面是基准座，通常是永久固定在机床工作台面上的；上面是托盘，可重复使用，价格相对低廉，不同品种、不同工序配不同装卡夹具，并放到货架上备用（这个东西就是所谓的零点定位精密夹具）。

装有此类通用定位托盘的夹具，在装卡零件的装夹可以在线下完成。在进行装卡和拆卸的同时，机床可以加工其他零件。由于托盘和基准座之间的定位原理如同机床的可交换工作台，其重复装卡精度为极高，可以达到 0.002mm ，且装拆换装时间小于机床切削时间。由于可以在线下完成工件的拆装，使生产准备特别是因为换装工件的等待时间明显缩短，线下换装好的被加工件可以放到货架上，靠机器人完成自动换装，使机床利用率成倍提高，根据不同工艺实现一人多机操作。

自带基准柔性夹具为工序间共用基准的流转提供便利

图2所示的零件，材料为17-4不锈钢，由于?8.5内孔与?15外圆有同轴度要求，而且内孔和外圆的表面粗糙度要求为Ra0.1；需要先安排车加工内孔和外圆，留加工余量；然后按照图纸的同轴度和表面粗糙度要求磨削。传统方法是采用通用的三爪卡盘装卡，磨削时不可避免要“找正”，但是，如果采用一种自带基准的柔性夹具，将工件固定安装在带有装卡夹头的基准片上，先完成车加工，不需找正，继续完成磨加工工序，就大大节约了找正时间。此基准片是可重复利用的，因此成本很低。（点评：二次装夹实际上也是加工应力释放的过程，这个过程不能完全用节省加工时间来衡量。需要根据实际情况决定是不是能够采用）。

另外，诸多高位置精度的复杂零件需采用多轴联动数控设备，在一次装卡下完成加工，有了上述柔性夹具，就可以采用多台各自有一致标准的安装基准座的设备，用协同加工的方法加工，在同一时间段内，多台机床同时参与切削，使单位时间金属加工去除率大幅度提高。这种方式可带着夹具，延伸到三坐标机、圆柱度仪等检测设备，同样可以减少检验的装卡找正时间。（认为这个说法有问题：检测是应该区分的）。

柔性夹具应用可拓展机床设备的功能

图 3 的壳体类零件，上面的 ?6.4 的孔与主视图 ?30 孔有位置度的严格要求，按照传统加工方式可能要用 4 轴数控设备在一次装卡完成相互垂直两个面上的孔加工，以保证位置精度；但是，采用前面所述的柔性夹具，可以分成两个工步，在一台普通的三轴数控铣床上，通过旋转后的二次装卡完成加工。

事实上，我国现有的大量高档机床设备的效率没有真正发挥，其中一个重要原因就是人们存在重设备轻工艺的观念。工艺创新能力不足，影响着我国发展成为制造大国。

现在，工业4.0将工业推向网络化、智能化，机械加工设备也朝着复合化多元化发展，但工件的装卡无论如何是离不开对夹具特别柔性夹具的需求。形式多样化、可重复利用、高定位精度、装卡简便可靠是柔性夹具的设计、制造追求。未来，柔性夹具将不断满足用户的个性化需求，并促进制造业的良性发展。

CIMT2015 我关注了的夹具介绍：

1.很久之前，夹具油缸已经铺天盖地了，这一次普遍没有特色，没有认真关注。

2.瑞班（Ringspann）机电传动技术。结构好，有很多跟我不谋而合的设计。

3.光洋液压。专业夹具、液压缸液压阀和液压系统。特色突出：1）技术突出，总经理即技术带头人。2）有很多专利产品，有自己的设计思想。3）感觉报价偏高。

4.哈威液压。产品很多，展出了一种面向机床行业的紧凑型液压泵站（集成液压泵、油浸电机、风机）。

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5.卡盘类夹具很多也很不错。

6.我的十字架，展会上没有（直径一米以上的自定心四爪卡盘，右上角是现在大家都在用的独立卡爪）。部分人对刚性担心，我的思路是把夹具刚性问题用机床工作台解决，实现操作方便、价格低廉的目的。部分人提出采用液压驱动问题，结构能够实现，作为系列产品会有自动化驱动（液压或电动），但个人认为这个需求不会强劲。

亮剑

1 o# V' |# d: G5 m
0 T9 n/ j+ \. o$ t' n用机床或者机床+工件解决夹具刚性问题，俺曾经用过。感觉不错。在大件的夹具上采用会省很多银子。这是一个概念罢了，相信很多人用过。

liuyong453

感觉是一个行家里手

luxiang821

A3 |0 n, D/ Z% Z7 A' d" A: H& B大侠，我工作中接触过三爪卡盘用的浮动卡爪（机床厂做的），用于立车加工制动鼓
使用时先用一个工件校准调节夹持螺钉位置，因为每个卡爪有四个夹持块，有五个铰接点，所以可以适应
$ ^- r/ F$ r, f2 ^8 C毛坯表面的拔模、凸起。您所说的浮动四爪看图片好像没有铰接点，四个爪同时夹紧我首先想到的就是液压（或者内部填充钢球）
; W5 p: i8 u3 v但是自定心怎么实现呢，难道另外还有一个定心的装置。
还有那个自带基准柔性夹具，给我的感觉就是一个随线夹具，工件被夹持部分好比是一个堵头
# F4 _# F$ B' f( ]' o加工完是需要去除的。带着夹具检测的情况我同意大侠的看法，如果夹具重复定位精度真的好的话，这就好比是在机床上
不拆卸工件直接测量，这体现的是机床的精度，并不是工件真实的情况。一个是没有卸活工件没有应力释放的过程，再一个
; R4 c2 ^6 m: ^( Z: m1 Y测量基准不一定一致。

liupt888

学习下

lwm911

做焊接夹具的表示对机加工夹具不是很了解

亮剑

luxiang821 发表于 2015-5-5 09:16
大侠，我工作中接触过三爪卡盘用的浮动卡爪（机床厂做的），用于立车加工制动鼓
/ }6 D4 Z6 F. F使用时先用一个工件校准调 ...

哥们是做制动鼓的啊。上午想问你，是不是24点，现在看到了，就是。其实，我认为，压根没有解决根本问题。俺有个瞎鸡巴吹的理论——多点密集夹紧，感觉比较适合这样的软皮蛋。
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luxiang821

亮剑 发表于 2015-5-5 16:03
哥们是做制动鼓的啊。上午想问你，是不是24点，现在看到了，就是。其实，我认为，压根没有解决根本问题。 ...

* M: C) h( b- p! X) ^1 x制动鼓也没有那么薄那么软，最薄的地方也得有15mm左右，以我们使用经验24点卡爪还是有用的
( ~8 ^+ N" y; q9 _ e# `# W第一，像论文上说的夹持力分散，是有效的；
2 u& A7 N( k# z3 M一序粗车切削力比较大，夹持力也大，工件应力就大，有时候摩擦面要求跳动严的
用普通三爪真不好保证，24点对这个还是有效的。
第二，工装调试简单；
0 L& j" ^% y$ M: O0 d1 Y, J如果用死爪（相对24点的活动爪来说），为适应毛坯拔模以及不同夹持位置尺寸，需要自车卡爪
这个工作量也不小，而且车到最后，需要补焊，要不就只能报废了
+ r- {5 K. b, T! v2 C! E当然24点也有不少问题，所谓的自适应定心还是有限的，因为首件调试用的毛坯和后续加工的毛坯
0 x7 R: b' d0 R6 Z% `! u- W$ @尺寸肯定有差别，自定心肯定是有偏差的，不过对于这种单边余量至少3mm的大家伙，完全足够了。
! J7 d& T8 h6 i1 y7 u其实原来我们用24点卡爪是因为有一种制动鼓，法兰外端面有工艺毛坯凸台，用24点可以一次装夹加工完成
后来其他产品没有这个毛坯工艺凸台，工装维护的不好，再加上工艺时间匹配的问题，慢慢就没有一次装夹了。
, K2 g$ v1 x% S+ p$ q我对大侠自定心四爪卡盘和多点密集夹紧理论很感兴趣，希望向您学习，纯理论上的讨论不涉及专利的情况下，多谈谈。
; |: S) u# B2 ^8 x' g2 Z我现在公司就类似论文中提到浩信和朝阳飞马，属于使用单位，我主要负责机加工艺方面的工作，以前做过量具、非标设备，
工装设计算是唯一和以前工作有联系的部分了。
补充：上午关于24点卡爪的说法有误，应该是7个铰接点，错说成5个了（一个卡爪上）

亮剑

TOU1东海fyh126 。你说的真对啊，俺几乎100%的吹牛哈。

亮剑

luxiang821 发表于 2015-5-5 16:55
1 Z7 s( C6 w! @; s1 W1 L' B9 G- b' q制动鼓也没有那么薄那么软，最薄的地方也得有15mm左右，以我们使用经验24点卡爪还是有用的
) T; l" r w9 w- H7 f第一，像论文 ...

制动鼓也没有那么薄那么软，最薄的地方也得有15mm左右，以我们使用经验24点卡爪还是有用的
第一，像论文上说的夹持力分散，是有效的；
' Y: f" b; X- K( O3 o5 n4 w一序粗车切削力比较大，夹持力也大，工件应力就大，有时候摩擦面要求跳动严的
用普通三爪真不好保证，24点对这个还是有效的。
第二，工装调试简单；
$ H7 F; p: r5 s: r& j, a如果用死爪（相对24点的活动爪来说），为适应毛坯拔模以及不同夹持位置尺寸，需要自车卡爪
这个工作量也不小，而且车到最后，需要补焊
/ l& r3 D. _' o当然24点也有不少问题，所谓的自适应定心还是有限的，因为首件调试用的毛坯和后续加工的毛坯
) N: h7 f' C0 @* q3 O尺寸肯定有差别，自定心肯定是有偏差的，不过对于这种单边余量至少3mm的大家伙，完全足够了。
. z6 P9 I& T+ r' n3 N T其实原来我们用24点卡爪是因为有一种制动鼓，法兰外端面有工艺毛坯凸台，用24点可以一次装夹加工完成
/ b( m. V3 l6 ]# G* {# O后来其他产品没有这个毛坯工艺凸台，工装维护的不好，再加上工艺时间匹配的问题，慢慢就没有一次装夹了。
我对大侠自定心四爪卡盘和多点密集夹紧理论很感兴趣，希望向您学习，纯理论上的讨论不涉及专利的情况下，多谈谈。
1 {/ i( z- O/ _. S7 Q! i; K* x, p我现在公司就类似论文中提到浩信和朝阳飞马，属于使用单位，我主要负责机加工艺方面的工作，以前做过量具、非标设备，
工装设计算是唯一和以前工作有联系的部分了。
0 Y7 X9 Y$ P& D: I" C
- B4 a$ i- v) \ J您的回复俺一一说明：
1.一定程度说有效，没有根本改变。
2.无论车与不车，还有补焊，都很麻烦。
3.你的“当然”这一条，是它最大的问题。
4.24点还有一个很严重的问题，就是到处是间隙——只要有间隙存在，夹具刚性就好不了。
5.……
6.……
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