固定零件的方式不止一种：四周、下方或上方
SMW Autoblok 的五轴固定工件夹具在不使用传统夹具的情况下将设置时间减少了 90%。采用 Sintergrip 插入技术的 Proofline 密封 ST5-2G 自定心虎钳（如图所示）仅需要 3.5 毫米的夹紧深度，并且零件无需与模块化 APS 零点系统接合。 （由 SMW Autoblok 提供）在选择工件的五轴加工时，利大于弊。有些部件错综复杂，有些部件又大又复杂——而且大多数部件都很难握住。设置必须适合机床外壳，并为主轴、工件和工件夹具留出足够的间隙。
五轴加工在机床领域开辟了新的商机用于航空航天/国防、汽车、医疗、能源和通用工程的零件。但五轴加工真正出彩的地方在于操作和加工效率。该技术通过减法的方式改进了流程和吞吐量。添加一台多功能机床可以消除功能较弱的机器，减少设置次数，并通过最大限度地减少人为和其他方面的错误来源来提高准确性。
那么，五轴适合所有人吗？它适合您的商店吗？可能是。但需要对工作持股的方式和原因进行系统分析，才能做出明智的决定。以下是一些主要供应商建议车间应该如何进行。
五轴工件夹持的本质
现在大多数人都听说过五轴加工，但您可能还没有熟悉这种高效加工技术带来的所有问题和复杂性。这些知识只能通过亲身实践获得据伊利诺伊州霍夫曼庄园 BIG Daishowa Inc. 的技术专家 John Zaya 介绍，经验和流程固有的条件。
Zaya 成功设计和实施五轴工件夹持的步骤包括：
- 评估工作
- 确定设备要求
- 了解切割操作
- 克服切割间隙问题 / ul>
- 工具范围
- 加工范围
- 工具长度，以及
- 如果夹具加上工件超过工作中心的 Z 轴高度。
“首先，我尝试了解正在处理的零件和固定装置的尺寸和质量，”Zaya 解释道。 “运动部件的质量和动量可能是影响系统稳定性的主要变量。
UNILOCK 5轴零点模块化系统可以各种组合堆叠以匹配零件尺寸和重量以及机器主轴的间隙表。 （由 BIG Daishowa 提供）“接下来要考虑的是机器类型、工作台尺寸和工件夹具的不同安装要求。零件固定在地板或工作台上的龙门式机器与整个机器围绕工件移动的龙门式机器之间存在很大差异，”Zaya 继续说道。 “与带有垂直或水平主轴的耳轴机器相比，这有很大的不同，耳轴旋转并绕着整个工作台旋转，[其中] 夹具和零件以高度动态的运动移动。由此产生的动量和负载必须由机器和工件夹具吸收，以防止零件四处移动。”
还需要考虑正在执行的切削操作类型，扎亚说。这包括钻孔尺寸、铣削（轻度精加工、重度粗加工或两者）、螺纹加工（攻丝或螺纹铣削）和镗孔（重度粗加工、轻度精加工或两者）。切割他补充说，负载、施加负载的方向以及施加负载的位置都会影响工件夹持系统的适当尺寸。
“对于大多数卧式和立式加工中心，负载通常与切削刀具轴线一致或能够被机床吸收。然而，当涉及到五轴机床或工件夹具时，切削操作发生的方向具有更大的灵活性，”Zaya 指出。例如，他说，在一个简单的块上钻孔和攻丝涉及轴向切削载荷，这些载荷都与主轴对齐，靠在工作台支撑的平面上。
“在立式机床中，没有问题。在卧式机器中，即使零件悬垂在墓碑的一侧，您通常也可以抵抗轴向载荷可能产生的切削运动，”Zaya 解释道。 “使用五轴机器，可以在30°、45° 或任何角度。”
主要问题：间隙
传统夹具，例如虎钳或夹具，都有一个基本问题，即间隙，需要用于五轴加工。
“它们通常会产生某种障碍物，阻止切削刀具到达零件的特征或表面，”Zaya 说。 “五轴虎钳通常通过 3 毫米的薄型夹持边缘和紧凑的占地面积最大限度地减少这种情况。夹具可以设计为允许完全接触棱柱形零件六个面中的五个面，但这意味着您需要为每个零件或零件系列配备一个夹具。另一个需要考虑的主要间隙是主轴到工作台的外壳。工作台最多可倾斜 90o 或更多，这会产生一个不容忽视的干扰区域。”
BIG Daishowa 的 UNILOCK 5 轴零点系统旨在为这些五轴工艺要求提供解决方案。这根据 Zaya 的说法，产品解决的主要考虑因素是机器主轴与工作台的间隙，他指出可以根据零件尺寸和重量调整尺寸。
三种旋钮尺寸（System25、System40 和 System68） ，其中每一个都可以处理越来越多的重量负载、动量和切割负载。例如，UNILOCK 5 轴系统 40 每个堆叠能够承受 13-28 kN（1,325-2,855 kg）的侧向载荷。在零件下方添加多个堆叠只会增加更多的侧向载荷能力。
夹紧系统还对每个夹紧旋钮施加 11 kN（1,122 千克）的保持力，并结合大型优质紧固件提供非常坚固的持有的一部分。通过使用从 80 毫米过渡到 50 毫米的缩减量来接触所有面，这允许机器有间隙来切割零件的整个面，并且如果需要，可以切入缩减量，因为它们在硬态和软态。
系统是 mo模块化，可以根据需要以各种组合堆叠以容纳零件、夹具和机器。底座分为三种类型，具有不同的底座轮廓和三种高度：75、100 和 125 毫米。加长款还提供 75、100 和 125 毫米的尺寸，而缩减款提供 25、50 和 75 毫米的高度。 CAD 模型可用。
“对于任何工件夹持系统，模块化组件的可重复性都至关重要，”Zaya 强调说。 “工件探测仍然是许多用户放弃的一个选项，他们表示这是一种非切削操作，因此没有价值。对于这些情况，他们依靠系统来获得可重复性，或者强制设置人员指示零件。”
Zaya 认为，即使使用精确的夹具，也应始终使用探测。 UNILOCK 系统具有 5 µm 的可重复性，与零件探测结合使用时，可实现准确且可重复的加载和定位。
数字孪生对于所有产品
据总部位于圣路易斯的 Carr Lane Manufacturing Co. 的首席运营官 Colin Frost 说，要开始为五轴工作中心设计工件夹持解决方案，首先要分析工作的可行性。他指出有许多项目需要考虑，包括：
“由于五轴工作中心可能是操作中成本最高的设备”Frost 说，“必须仔细考虑工件夹持，特别是如果它需要工件准备，例如加工燕尾榫或“压印”，因为这些操作确实包含成本。一旦确定使用五轴工作中心制造零件将导致成本降低，那么工作就应该继续进行。”
Carr Lane 提供各种专为五轴工作中心设计的产品，包括用于小批量到大批量生产的机械和动力版本，以及从零点系统到薄型边缘夹具和虎钳的所有产品。
虎钳是Roemheld 在德国制造，采用全钢结构，与市场上大多数其他五轴虎钳不同。 “在这种应用中，钢比铝坚硬得多，”弗罗斯特解释道。 “这不仅有助于将工件提升到离工作台更远的位置，而且会缩短加工周期，从而可以去除更多材料，而不会出现颤振、表面光洁度差或刀具破损。”
Carr 的许多人Lane 的产品是模块化的，例如 Drop Zero 机械零点解决方案，还有 CL5 系列产品，包括立管、虎钳和板。它们可以在可下载的 CAD 模型软件上构建，并通过仿真进行验证。所有 CLM 产品都存在数字孪生ts at carrlane.com。
根据 Frost 的说法，与传统工件夹具不同的五轴设置主要考虑三个因素。他说，第一个因素是工件夹具是否将工件充分抬离工作台，以允许主轴接近工件？
其次，工件夹具接触工件的区域不能加工 —这对产品有影响吗？如果是这样，将采取哪些其他决定来解决这个问题？
第三个问题，Frost 指出，操作员是否可以反复适当地定位工件？ “与传统的工作中心不同，五轴工作中心通常使用工作台的中心作为原点或 0 点。将工件的中心与工作台的中心对齐可以消除尺寸过大的材料浪费和/或工件探测。每一项都增加了成本，”他指出。
工作中心有两种截然不同的配置：耳轴式和龙门式机器。 “带有耳轴工作台或旋转耳轴的机器通常比龙门式机器具有更小的加工空间，”Frost 说。 “如果龙门式机器具有旋转头，则尤其如此。虎钳是在耳轴式机器中灵活夹持工件的常用解决方案。”
可能会重复的工作通常会从简单夹具的创建中获益匪浅。 “说到底，虎钳不就是靠固定挡块移动的夹子吗？”霜若有所思。 “龙门式机器通常用于非常大的工件，需要不同的解决方案，因为虎钳需要很大。对于这些大型工作中心，Carr Lane 的 Drop Zero 是一种模块化、手动的工件夹具解决方案，旨在提供对工件所有五个侧面的完全访问，而没有工件夹具干扰，”Frost 说。
五个重要的考虑因素轴夹持是其自动化的可扩展性。 “即使使用快速更换固定装置ure 解决方案，任何实现工作中心装载/卸载自动化的机会都是控制成本（并提高盈利能力）和提高吞吐量的重要机会，”Frost 说。
“购买产品生态系统，例如立管、快速更换底板和仅在机械操作中提供的虎钳将需要重新购买工件夹具以支持自动化，”Frost 继续说道。 “CLM 虎钳和夹具有机械和动力（准备自动化）两种版本。有些，如新的 Pivoting Edge Clamp 系列，可以在不改变工件夹具的情况下升级为动力夹具。由于所有 Roemheld 五轴台钳都提供相同尺寸的电动版本，因此无需重新制作台钳钳口，甚至无需更换底板或立管。”
构建灵活性
“一般情况下，客户会根据今天的部分购买。我们告诉客户的是尽量在他们的应用程序中提供尽可能多的灵活性伊利诺伊州惠灵市 SMW Autoblok 商业部总裁拉里·罗宾斯 (Larry Robbins) 说。
“与传统的三轴加工相比，五轴加工轴加工更快、更精确，并且适合特定应用。开箱即用的夹具解决方案足以满足大约 50% 到 60% 的应用。像我们这样的工件夹持合作伙伴的亮点在于设计灵活的工件夹持解决方案，以最大限度地提高工作中心的生产率，无论是龙门式还是耳轴式机器，”Robbins 说。
找到合适的工件夹持解决方案取决于零件配置和机器配置.根据 Robbins 的说法，对于龙门式机器，Z 高度和工作台尺寸是零件和工具间隙的限制。他指出，对于五轴耳轴机床，用户必须关注“工具和零件间隙以及工件夹具和耳轴旋转的能力完全不会撞到侵入物或机器本身。”
当您观察五轴龙门式机器时，它是一台带有固定工件的立式机器。卧式机床对五轴加工提出了一系列不同的挑战，其中零件被固定在墓碑上或平放在托盘化快速转换系统（如 SMW Autoblok 的 WPS/APS 工件定位系统）的工作台上。 APS 系统具有手动零点夹紧系统，用于各种加工应用，包括车削、铣削、检测和精加工操作。
偏心和同心夹具设计用于夹紧内部较小的孔在五轴类型设置中有效，允许加工所有侧面以及顶面。 （由 Vektek 提供）
“对于五轴加工应用，手动 WPS 和 WPS-PPD 工件定位系统灵活且易于使用，”Robbins 说，并补充说它无需传统夹具即可将设置时间缩短多达 90% .它还通过一系列附件和适配器提供更好的机器可及性，而不会干扰机器或轮廓。
SMW Autoblok 提供范围广泛的工件夹持系统，从全液压或气动装置一直到手动夹紧应用。该公司用于固定工件夹具的新型机械、液压和气动虎钳“完全可在现场配置”，Robbins 说，并补充说它们包括 IMG 虎钳、Sintex 虎钳和 SP52G 虎钳，以及气动和液压动力虎钳。
“SP5 2G 系统使我们能够将销钉放入零件、虎钳或夹具中，并反复将这些零件安装在不同的机器上和从不同的机器上拆下在零件到零件、机器到机器的十分之五内使用相同的基础设置，”Robbins 说。 “我们还有成型式固定夹具，可让您采用夹头式材料，将其安装到底座上，让您可以重复定位，并在饼状钳口中加工组件。这几乎就像你准备好你的机器在三个边上捕获零件，这样你就不必担心翻转，除了你的第四个边。
“由于五轴台钳的设计，你永远不会像标准虎钳一样夹住零件。您夹住两侧，然后将零件翻转到另一侧，或者转到不同的配置。通过系统中的五轴虎钳，我们在我们的钳口中使用了一种叫做 SinterGrip 的东西，这是一种获得专利的插件，适合我们和竞争对手的工件夹持的钳口。它可以让您抓住 3 毫米的壁架或边缘，并获得与全表面接触夹持一样大的刚度，”罗宾斯
SMW Autoblok 的 SINTEX 100 和 125 虎钳系列提供 155 至 250 毫米的夹紧范围，包括该公司的高级 SinterGrip 插入技术，提供 3.5 毫米的夹紧范围（其他行业型号的标准为 30 毫米），并且没有零件的接合或预加工。在 IMTS 上，SMW Autoblok 将推出其全新的电子驱动卡盘、夹具和虎钳系列，以实现制造过程的完全自动化。
一个好的起点
设计五轴工件夹具解决方案Vektek LLC., Emporia, Kan. 的应用工程师 Braden Damman 表示，首先要收集有关零件类型、其关键特性和任何加工挑战的信息。接下来的步骤是确定与操作员装载或机器人装载有关的预期过程托盘或工作台的尺寸，知道加工范围的大小，以及要装载和卸载的工件数量。
“传统和五轴之间的区别工件夹持应用取决于如何牢固地夹持零件以进行精确的五轴加工，”Damman 说。 “在五轴应用中，目标是尽可能减少操作。这可能需要改变传统的三座原理，以不同的方式夹紧零件，以便尽可能多地实现特征。
“3-2-1 夹具方法需要三个点定义零件位置的平面。加工时，零件通常需要在 Z 平面上提供额外的支撑。浮动支撑，例如 TuffGrip 工作支撑，提供了一种可以在任何使用千斤顶螺钉的地方使用的解决方案。在零件运动或振动导致零件变形、颤动、振铃或表面光洁度差的应用中，工作支撑可以减少或消除问题，”Damman 解释说。
间隙是一个主要问题两种不同的工作中心样式。 Vektek 的 TuffCam 摆动夹具nd TuffGrip 工作支架，例如，提供满足耳轴和龙门式机器间隙要求的解决方案。 “很多方面都是由设计师完成的，但我们帮助他们朝着正确的方向开始。通常用于较大零件的龙门式机器需要通过工作支架来夹紧以减少振动。耳轴工作中心涉及较小的工件，必须考虑安装在耳轴上的工件的动态运动。”
Damman 解释说，Vektek 夹紧产品是通用的，这意味着它们特定于零件加工应用。 Vektek 也有更小的夹具，适用于五轴应用。
“拉力缸可以与楔形夹具或扩大的山魈或零件下方的东西配对，”Damman 说。 “我们还有偏心和同心压紧夹具，旨在夹在较小的孔内。这些非常方便五轴型加工，因为您在零件下方夹紧，现在可以加工所有侧面和顶部，”他说。
Vektek 的所有 CAD 模型都特定于一个型号，并且所有可从其网站下载。 CAD 格式包括 STEP、IGES、SolidWorks、Creo/ProEngineer PRT、DWG、DXF 和给出零件尺寸的 pdf 布局。
设计有效的五轴工件夹持解决方案的关键是了解工艺流程根据 Damman 的说法，通过工作中心，无论是需要自动夹紧还是精密夹紧。 “如果是这样，可能需要额外的动力系统，例如高压、低压按需液压泵，或者在机器端额外的 M 代码或自动夹紧循环所需的 PLC 编程。”
