专注于固定装置和工件夹具会带来回报
Lang Technovation 的 Makro-Grip 虎钳可在不到 3 毫米的材料上固定钢制工件。虎钳固定在 Quick Point 板上。在 Planet Perfection 上的 Nirvana Machine Shop，每个工件都被夹在安装在专用机床上的定制夹具上。每个工件的尺寸都与之前和之后的工件相同。所有夹具都是全自动的 - 以极高的精度即时定位、夹紧、加工、检查和释放零件。
回到地球上 - 我们受到金钱、空间、时间和资源的限制其他考虑因素——我们的机床更有可能是多用途的，而不是专用的。特制的固定装置并不常见。通常，设置是手动的。而且，我们的工件有多种变化：尺寸过大、尺寸过小和分型线偏移。
尽管如此，我们仍在寻找有效的解决方案，使我们离 Nirvana 更近一步。或者，至少，远离反复发作的头痛一步。根据专家的说法，一个很好的步骤是专注于工件夹持。
俗话说，“如果你不能握住它，你就无法切割它。”
执行是困难的部分工件夹持的目标是定位、定向和固定工件，以保持刀具在切削中。听起来很简单。然而，细微差别会把简单变成复杂。许多标准——工件的尺寸、重量和尺寸稳定性；周期;位置和方向；夹紧力；切削力——发挥作用。零件更换的速度也很关键。
幸运的是，现代工件夹持技术可以解决这些复杂问题。但是，有了多种选择，机加工车间如何检测找到合适的夹具解决方案，尤其是“非标准”解决方案？
Manufacturing Engineering 联系了几家夹具技术供应商，了解他们提供哪些解决方案来减少设置时间和提高生产率。
对高价值零件至关重要
Destaco 的 82M-3E 气动动力夹具系列。Destaco（密歇根州奥本山）于 1936 年开发并获得了第一个肘节夹具的专利，并拥有从那以后一直在发展工件夹持产品：手动、气动、气动摆动、气动和电动夹具；自动倾倒装置；自动化拾取和放置设备，以及用于大型零件的臂端工具。
据北美分销销售总监 Thomas Stimac 介绍，其先进的夹紧技术在这些行业尤为重要，包括汽车由于所生产的高价值部件，它被广泛应用于医疗、航空航天、医疗和农业领域。 Stimac 建议尽可能将工件夹具模块化。他说：“避免使用诸如将一块零件焊接到位的技术，因为这些技术会阻止您即时进行更改。” “我们在夹具上预加工螺丝孔和定位销孔，以便快速安装和轻松连接预配置的工具块。”
客户通常会询问公司关于如何最好地固定零件的建议。 “尽管我们不直接提供夹具，但我们的技术中心有应用工程师团队，他们可以与夹具供应商合作，将我们的产品集成到完整的工件夹具解决方案中，”Stimac 说。
手动夹具是根据 Stimac 的说法，它仍然很受欢迎，约占销售额的 50%。夹紧产品的演变现在包括气动、液压和电动模型。 Destaco 还提供一系列可变行程可以沿工件长度定位并补偿零件厚度差异的产品。
“就趋势而言，向电子设备的转移正在获得牵引力，”Stimac 说。 “随着工业物联网 [IIOT] 的蓬勃发展，我们正在发现新的方法来监控和充分利用可用数据——当零件被定位时，夹具打开或关闭时，夹具是否有变化力，加工过程何时开始和停止等。”
调查关键领域
Emuge Corp.（西博伊尔斯顿，马萨诸塞州）成立时是一家精密切削工具制造商，但开始当需要为自己的生产固定零件但找不到合适的解决方案时，它开发了工件夹具。
“高效的工件夹具对于任何正在加工或检查的工件都很重要，”精密产品经理 David Jones 说在公司工作。设计时一种有效的工件夹持解决方案，Jones 说他的公司正在研究关键领域，例如：工件可以多快地通过设备循环；从零件系列中的一个工件更换到下一个工件所需的时间；要求容纳全新的顶部工具或可互换部件，以及这是否可以在机器内或机器外完成；和所需的模具寿命。 “如果工件夹具不够坚固，切削刀具可能会过早磨损，从而增加成本和周期时间，”他说。
至于设置工件夹具的“提示和技巧”，Jones 提出了以下建议：“大多数优质供应商在主要元件上都有指示环，这些区域必须用于在工具中指示。如果有尾架，确保头架和尾架正确对齐很重要。精密工件夹持的另一个考虑因素是润滑。当组件精确到微米时，过度润滑会质量控制问题。”
琼斯也有一个警告：“有些工件夹具很大很坚固，看起来可以从建筑物的顶部掉下来并幸免于难。但请记住，您经常使用对微米敏感的设备，必须小心处理和存放。”
他还指出，从机器上拆卸工件夹具时应考虑机器主轴。应清除机器侧面的切屑和切屑，并根据规格进行润滑。如果切屑卡在已安装的工件夹具和机器锥度之间，可能会导致严重的问题。
当存在零件系列或类似工件时，Emuge 提供快速更换的工件夹具和可互换组件。这可以包括通过按下机器控制上的按钮激活的设备的免工具安装和拆卸。
“如果机器侧没有足够的牵引杆或其他连接可能性，我们有机械解决方案要求最小的操作员工作量，”琼斯说。 “还有零件转换，其中工件夹持装置非常相似，只需更换元件即可运行下一个工件。”
良好的工件夹持，大收益
Lang Technovation 的模块化机械 Quick-Point 零点夹紧系统可以改装到大多数机器工作台。照片还显示了五轴立管就位。Lang Technovation Co.（哈特兰，威斯康星州）是一家德国公司的美国子公司，成立时是一家合同制造商和工具制造商。如今，该公司生产工件夹持设备、零点夹紧系统和自动化设备。
运营、技术和内部销售经理 Eric Nekich 表示，正确的工件夹持有助于实现流程标准化、节省材料成本，增加安全性，改善操作员性能，甚至提高零件质量。
“工件夹持的一个关键应用是多轴加工，在这种情况下，在不影响夹持力的情况下接近工件是极其重要的，”Nekich 说。 “在某些应用中，由于夹紧力或材料硬度导致工件变形，这对工件夹持提出了挑战。”
Nekich 建议使用具有高重复精度的模块化工件夹持组件进行设置和分解的加工操作速度是需要的。 “这种夹具可以分解并快速准确地重新组装，而无需重新指示、定位等，”他说。 “使用拉钉、夹紧螺柱、固定旋钮 [随意称呼它们] 的系统非常棒，因为它们消除了费时的螺栓和螺钉的松开和拧紧过程。”
Lang Technovation 产品旨在减少周期时间。 “我们从简单的产品，如 Clean Tec 芯片风扇和 Vario Tec 配件钳口，”Nekich 说。 “此后不久，我们开发了 Quick Point 零点和 Makro-Grip 夹紧系统。 Makro-Grip 装置凭借其获得专利的闭合技术，改变了五轴加工中夹持硬质材料的游戏规则。最近，我们进入了机床自动化领域。”
针对未来趋势，Lang Technovation 认为机床自动化系统的作用越来越大，尤其是随着工业 4.0 的发展。 “我也对我们的产品在车铣加工中心等更先进的系统中的使用持乐观态度，&rdquØ; Nekich 说。
工件夹持不良的处罚
位于密苏里州芬顿的 Carr Lane Roemheld（现为美国 Roemheld）是全球工件夹持解决方案供应商，提供 80 多种气动和液压夹具动力工件夹具、精密机器虎钳和灵活的夹具。
虽然工件夹具在所有制造业中都至关重要，但进行大批量生产的车间将因工件夹具效率低下而受到更明显的惩罚，据 David Vilcek 说， Roemheld USA 工件夹具和装配经理。
Vilcek 在设计工件夹具时有何建议？ “坚持 KISS 原则，”他说。 “系统操作越简单，所有技能水平的工人就越容易正确使用它。我建议从可靠的零点系统 [ZPS] 开始。我们 Stark ZPS 的快速更换接口可能是开始减少设置和故障时间的最简单方法，让您可以从一个芯片到另一个芯片新夹具只需 60 秒，而手动则需要长达一个小时。”
借助 ZPS 解决方案，操作员只需按一下按钮即可更换夹具，无论是机械的，液压、气动、真空或电动夹具。 Stark ZPS 设计不断向下拉夹具托盘，从而形成极其坚固和精确的系统。
除了零点之外，该公司还提供一系列产品：快速模具更换、快速模具-变化、液压工件夹持、装配和搬运。大多数产品是液压的，但其他产品是气动的，甚至还有带零点的电动工件夹持系统。 “与液压夹具相比，如今使用电动夹具无法在相同的占地面积上放置尽可能多的零件，”Vilcek 说。 “这就是为什么我们目前最先进的夹具是液压和集成电子设备的混合体，以提供实时反馈。”
实时反馈不太常见，但公司&rsquo 的产品可以配备位置感应和零件感应功能。 “随着工业 4.0 成为推动力，我们正在定位自己以支持这些活动，”Vilcek 说。 “例如，我们现在提供的夹具可以实时反馈其位置、温度、施加的夹紧力，甚至反作用力。”
Vektek TuffLink 360 链接夹使轻松该夹具上的杠杆定位和歧管端口。夹具下方是一个 Vektek 工作支架。没有错误余地
Vektek LLC（堪萨斯州恩波里亚）最初是一家加工车间，但当业主找不到可靠的夹具用于他们制造的液压泵和气缸组件。今天，Vektek 是液压和气动夹具的全球供应商。
Vektek hydraulic 电源钳由中等产量到高产量的制造商使用。正如客户支持主管兼应用专家 Reese Johnson 所解释的那样，他公司产品的最佳应用是操作员需要快速装卸零件且不允许出错的应用。
“操作员不再需要以正确的扭矩拧紧 15 个螺栓，但只需将零件放入夹具中并按下按钮或拨动开关即可，”Johnson 说。 “根据夹具上零件的复杂性，每个周期可以节省几分钟到半小时。”
Vektek 可以参与为夹具设计提出建议，但不提供固定装置。 “如果客户正在构建自己的夹具并请求我们帮助选择合适的工件夹具组件，我们非常乐意提供意见和建议，”Johnson 说。
当涉及到工件夹具设计建议时, 约翰逊提出以下警告：“很多人认为，如果手动夹具不能正常工作，他们可以在同一夹具上切换到液压装置，问题就会消失。那明显是错的。工件夹紧的成功基于可靠的夹具原则 [3-2-1 位置、夹紧点、基准位置等]，无论是手动还是液压。”
Vektek 的产品直接由厂家直接销售技术支援。 “我们的产品线主要是液压产品，由于夹具的夹紧力和占地面积小，最适合 CNC 操作，”Johnson 说。
自动化（或轻度照料）操作正变得越来越常规。工件夹持的自动化水平也不例外。 “我们的产品可以完全自动化，”约翰逊说。 “我们提供的产品带有压力确认、夹具定位传感，甚至还有无线压力监测系统。如果压力低于指定水平 i在夹具上，我们的系统会通知机器进入其安全停机程序，这样零件就不会因为夹紧力太低而报废。”
Best Economics
使用 Roemheld 夹具直接夹紧 BMW 发动机缸体的零件。拉钉可以踩入现有的零件螺纹中。其中三个螺柱定义平面，而第四个位置灵活，以免使零件变形。手动更换工件夹具以生产新零件可能需要 20 到 30 分钟，并且需要熟练的操作员确保工件夹持精度和可重复性得到满足。由于该过程在一个平均工作日内重复多次，因此很容易看出产生收入的主轴时间是如何损失的。
因此，工件夹持的直接投资回报率计算是通过检查循环时间（设置 + 加工 + 转换）来确定使用建议的解决方案每个班次（或每天）可以生产多少零件。节拍时间的节省等同于额外的主轴时间。当然，还有其他可以计算的节省：减少操作员伤害、减少废品、更好的光洁度、更少的刀具更换、更长的主轴寿命和更长的刀具寿命。
“为了优化投资， ”Destaco 的 Stimac 说，“夹具上零件的位置和数量、零件的方向、切削力和所需的夹紧元件都必须考虑在内。但是，经济回报可能会在几天内发生.仅从手动夹紧转向气动，我们就看到循环时间减少了 50%。这可能意味着，使用气动夹具可能只需要一个人，而不是在一个单元中配备两名操作员。”
Roemheld USA 的 Vilcek 表示同意。 “我们已经让客户实现了高达 90% 的减少通过从手动设置转移到设置时间。”
对于 Emuge 的琼斯来说，具有不同几何形状的零件以及生产零件的趋势已经完成，这就产生了对不被认为是现成的夹具的需求货架解决方案。 “我们的部分业务是设计和制造用于固定这些高价值工件的灵活夹具，”他说。 “鉴于这些夹具是专门设计的，回报来自于生产高质量的零件和低维护、易于使用的工件夹具解决方案。最终零件的质量会更好，废品率会更低——而且由于零件质量更高，所需的二次或离线操作可能会更少。”
有几个指标可以预测新产品的投资回报率根据 Lang Technovation 的 Nekich 的说法，工件夹持解决方案。 “如果提议的工件夹具解决方案的成本高于标准解决方案，那么这种成本通常是合理的，”他说。 “前面例如，一个普通的燕尾夹具可能比我们的 Makro Grip 虎钳便宜。但是，如果您必须在坚硬、昂贵的合金中准备燕尾榫，虎钳的成本会相对较快地收回。”
对于 Vektek 的 Johnson 来说，现代工件夹具带来的最大节省来自减少废料和循环时间. “从带式夹具转移到液压缸可能每次加载节省三分钟，”他说。 “对于一个复杂的夹具，放大这一点——我见过带有 200 个液压夹具的夹具——与手动夹具相比，液压夹具的投资回报率是巨大的。”
