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 文章来源: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 发布时间:2015-03-25
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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.

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,这对夹具就提出了不同的要求。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。

今天,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。举例来说,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垫垫片的方法来解决这一问题,但这一过程费时费力,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,常常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,从而使得工件能够最大程度地露出五个须加工的表面。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,但仍然可以进行大进刀量的重切削加工。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、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。

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