摘要：随着我国科学技术的不断发展，数控加工技术作为新兴的加工技术，其精度高、适用性好、产品质量稳定的特性决定了其逐渐替代传统加工方式的结果。夹具作为数控机床加工的重要组成部分，运用效果不但会影响加工的精度与质量，更会在根本上影响加工效率与进度。所以，夹具设计中应该更加强调与生产的适应性，提升设计的人性化程度，不断推动我国数控加工行业的发展。
关键词：数控加工；加工工艺；夹具设计
相比于传统的机械加工手段，数控加工具有精度高、效率快以及产品质量控制稳定等特征。特别是针对一些需要进行高精度加工的工艺设计，数控机床的优势更加显著。此外，由于数控机床本身就是属于一次性设计，多次加工的自动化设备的最大优势就是可复制性。所以，在进行批量加工工作时，它往往能够节约大量的人工和经费开支，从而显著提升企业的综合经济效益，实现企业的全面健康发展。随着数控加工工艺的不断发展，当前夹具的设计水平已经逐渐成为一个发展限制因素。
一、数控加工工艺概述
1、数控加工流程。数控加工的基本流程与传统的机械加工区别不大。一般来说，数控加工包括零件的结构分析、毛坯的外部结构确定、工艺设计优化以及工艺文件填写等方面。但是，由于数控加工本身属于自动化加工的范畴，所以整个加工设计流程更加偏向于计算机控制。同时，对夹具的精度、适用性要求更高，也是数控加工流程中的突出特征。
2、数控加工原则。数控加工方案确定时，往往需要结合工件的具体工作需求，以以下原则为基本点开展。第一，由远及近的加工方式。数控加工的走刀应该遵从由远及近的加工方式，以有效缩短刀具的加工频率和空刀次数，同时通过改善切削条件提升加工性能。第二，确保加工程序的稳定性。尽管数控加工本身具有自动化特征，但是由于自动化设备在加工过程中的基准具有偏移的风险，在确定夹具稳定性的同时，还要尽量降低加工程序数量，从而提升加工的稳定性，降低出现加工误差的风险。
二、数控加工工艺设计
数控加工中很多工艺的设定可以依照传统的工艺方法进行，比如说加工流程、基准面选择以及热处理工序等，但是在刀具进给路线的选择、加工安全性等方面必须要给予高度关注。
1、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。
2、切削安全性问题。数控加工中，机械动作都是依照数控程序逐步进行的，现阶段数控加工速度非常快，通过人工干预难防范紧急情况。所以，在使用数控设备进行加工过程中，必须要格外重视设备安全与操作者安全。数控加工中任何加工速度的提升都必须建立在安全的基础上，这也是数控加工安全的基本守则。数控机床运行中相关部件运行速度较快，产生的惯性也相应增大，即便是运动部件微小的碰撞也会影响到机床的整体运行。首先，数控切削进给量不能太大。在传统观念中，数控设备中加工三要素的数值要比普通机床要大，这是没有任何科学依据的。在实际加工过程中，进给量以及进给速度的选取要结合待加工零件材质、机床、刀具以及夹具的强度等。数控加工效率的提升，一方面要优化数控程序，尽可能的降低刀具空走时间，另一方面要保证满足加工精度要求的前提下，尽可能的提升切削量。但是切削量的增加也要在合理的范围内，防止出现崩刀、工件被击落等问题，避免由于设备故障耽误更长的加工时间。其次，提高换刀环节的安全性。
加工中心设备能够实现刀具的自主切换，但是对加工中心设备故障情况进行分析和归纳可以看出，有大约一半以上的问题都集中在换刀部位，所以在进行数控加工中应当遵从科学换刀、尽可能少换刀的原则。比如说在使用日内瓦刀库时，因为不具备自动换刀的机械手，一般将刀库调整到和主轴距离较近位置时进行换刀，在这个过程中要特别注意查看主轴上以及相对应的刀位上不能同时有刀，否则会造成刀具的碰撞，损坏刀具部件。
三、数控加工夹具设计
在传统机床上夹具的功能主要为夹紧、定位、导向以及对刀，在进行数控机床夹具设计时，其夹紧与定位功能和传统机床夹具差别不大，然而数控加工中需要基于工件坐标系规划工件与夹具的相对位置，这个方面和传统机床夹具具有较大的区别。
1、夹具在机床中定位问题。数控夹具也是数控加工中不可或缺的一部分，不管是数控铣床、车床，还是加工中心，在进行数控加工中都离不开夹具的使用。在进行数控程序编写时，通常以零部件坐标系原点为参考点，而对零部件的定位以及夹紧操作都是在夹具上完成的。当将夹具装配到数控机床上时，就同时决定了零部件的坐标系原点。然而这个坐标系原点和机床本身的原点位置在 x、y、z 轴三个方向存在一定的偏差。为了弥补这个位置偏差，可以通过G54- G59 这个数控指令来完成，即设置对刀点，在结束这部分工作后就明确了工件坐标系与机床坐标系之间的偏差，为程序正常运行奠定基础。然而当需要将工件夹具拆卸下来重新安装时，就会导致零部件坐标系原点与机床原点相对位置出现变化，为了确保数控程序能够熟练运行，必须要通过 G54- G59 指令重新进行对刀操作，使得工作更加繁琐，也浪费了大量的时间。为了解决问题，首先，在夹具中增设一个定位块，并将定位块与夹具放到指定的位置；其次，机床初始化以后，将定位块的两个基准面分别对准主轴下方与前方，准确记录定位块相对位置尺寸；最后，在将数控夹具拆卸后进行再次装配时，确保定位块的位置不发生变化，那么零部件坐标系原点在 x、y 轴方向与机床坐标系原点的相对位置就不会发生变化，另外零部件z 轴方向的高度通常由夹具高度决定的，在夹具不变的情况下 z轴方向与机床坐标系原点的相对位置也不会产生变化，确保夹具拆卸前后零部件坐标系原点与机床坐标系原点的相对位置不会改变。
2、夹具设计其它问题。第一，在进行数控夹具设计时，夹具刚性要预留较大的安全系数。数控加工过程中，往往是完成一整套加工环节，这就意味着在进行粗加工与精加工时采用的夹具是一样的，而在粗加工状态下，刀具进给量较大，夹具承受的力也更大，所以在进行夹具设计时要充分考虑到强度因素。第二，夹具设计时尽可能实现多工件装夹。当加工的零部件外形尺寸不大时，可以同时夹持多个零部件，极大的缩减了零部件换装时间，提高加工效率；此外相同的刀具能够同时对多个零部件进行加工，减少了不必要的换刀操作。
总之，数控加工工艺精度高、自动化程度高、劳动强度高、工精度、产品质量稳定、能满足更高加工需求等优点，因此，数控加工在机械加工中越来越被重视。夹具设计是数控加工要想提高数控加工的加工质量和效益，必须根据企业加工生产实际，制定科学合理的加工方案，做好夹具设计工作，严格按照数控加工的工艺流程操作，保证数控加工工作高质量高效率的完成。
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