模块化夹具的用户可以将零件的 CAD 文件与夹具组件的 CAD 图像进行匹配，并快速探索工件夹具选项。安全，精确的工件夹持为一致的加工生产率奠定了基础。根据所涉及的零件和工艺，工件夹持可以像普通虎钳或夹具一样简单和临时，也可以像定制设计用于固定独特零件的机加工和制造夹具一样复杂和永久。介于两个极端之间的是模块化工件夹具。降低制造产量的趋势和 CAD 技术能力的提高使人们对这一多方面概念有了新的关注。
标准组件
模块化工件夹具通常采用标准定位和抓取组件，这些组件是装配根据需要为短部分运行放血。加工完成后，将夹具拆开并重新组装组件以固定不同的零件。目标是加快设置和拆卸速度，同时节省建造和存储永久性夹具的时间和费用。
模块化工件夹具是加工原型和当今高混合、小批量的理想选择生产环境。模块化夹具的其他候选者包括大批量生产运行的早期阶段，其中工程更新可能需要夹具更改，以及在批量生产工作结束后发生的较小部件运行。
模块化工件夹持设备各不相同，但大多数系统都使用钻孔底板、块、夹具和立管。尽管模块化固定装置通常标有 Tinkertoys 或 LEGO 等玩具店术语，但它们除了节省安装成本外还具有其他重要优势。商店设计和组装模块化夹具的速度比永久性夹具快得多。标准组合ents 提高装配速度和可重复性，同时最大限度地减少错误的机会。损坏的模块化夹具通常可以通过仅更换损坏的组件来快速修复。
此 DESTACO 摆动夹具可重新用于在现有夹具内以不同方向夹紧setup.打下基础
如前所述，模块化工件夹具填补了永久性夹具与临时通用工件夹具之间的空白。从本质上讲，模块化和永久性夹具非常相似。两者都实现相同的基本目的，并且组件通常相似。但是，所有模块化组件都可以针对某个零件或项目进行组装，并在拆卸后重新使用。由于模块化组件是标准化和可调的，因此它们不像永久固定装置的组件那样紧凑。
也许模块化工件夹具的最大区别在于特殊的工具板和其他组件用螺栓固定在其上的块。
“任何建筑物都与其本身一样好基础，”Aaron Hull 说，他是标准化工件夹持产品先驱 Carr Lane Manufacturing Co.（圣路易斯）的高级制造工程师。没有坚实的基础，其他一切都是可疑的。”底板具有以标准网格图案排列的精密孔。一些供应商的基板交替使用用于固定组件的螺纹孔和用于对齐的普通孔。为了最大限度地提高灵活性，Carr Lane 底板上的孔采用两部分结构。每个孔的顶部都有一个用于精确定位的精密衬套，而下方的螺纹插入件允许紧固其他部件。每个孔都可以提供对齐、安装位置或两者。
虽然模块化灯具适合 short 部分运行，批量不是使用它们的唯一原因。当一项工作频繁重复时，每次重复重新组装模块化夹具所需的时间加起来。因此，创建可重复使用的永久夹具可能更经济。
当需要重新组装以前使用过的夹具时，访问设置信息至关重要。大公司可能会设计一个夹具并将工作说明存储在工作跟踪系统中。许多较小的商店只是简单地拍摄设置以显示组件及其位置。
但是，Hull 说，最好的文档包括详细的装配图，显示每个组件的位置以及材料清单，包括模块化组件零件号。 “这样一来，就没有问题，哪些组件可以放在哪里，如果需要更换组件，你有零件号，”他说。 “照片很好，但你常常看不到细节或分辨出哪个组件ents 应该被使用。”
仔细存储和组织组件可以加快模块化夹具的初始设置和重新组装。 “在不使用时，应将它们从固定装置上取下、清洁、防止生锈，并按零件号存放在单独的位置，”赫尔说。 “这样一来，你就知道零件在哪里，每个零件有多少，以及是否需要更换你在紧急情况之前发现的任何东西。如果需要，您还将获得更换零件号。”
CAD 配置
推动模块化夹具发展的另一个因素是 CAD 技术的广泛可用性和实用性.据 Bluco Corp.（伊利诺伊州奥罗拉）的销售总监 Brian Dodsworth 称，模块化工件夹持装置以前是围绕有形零件设计和建造的。现在，潜在用户可以将零件的 CAD 文件与夹具组件的 CAD 图像进行匹配，并快速探索工件夹具 options。
模块化夹具供应商 Bluco 为新客户提供免费设计服务。 “我们鼓励人们向我们发送他们的 CAD 文件。我们可以向他们展示如何处理特定项目，或者让他们知道工具如何固定他们的零件类型，”Dodsworth 说。 “我们根据他们的需求调整工具包的大小，他们可以将其用于数百个项目。”
机外夹具设计和构造速度很快。 Dodsworth 说，当组件可用并且操作员熟悉设计过程时，可以在不到一个小时的时间内设计、构建并准备好运行夹具。与从头开始构建夹具相比，“您不必计算出那么多的几何形状，因为几何形状已内置到工具中，”他说，“所以这实际上只是一个配置过程，对于有经验的用户来说会很快”
大型原始设备制造商通常在原型机加工和螺纹加工中使用模块化工件夹具呃第一篇文章制作。 “然后他们运用所学来构建或外包他们的硬工具，”Dodsworth 说。当对零件的需求放缓时，可能会恢复使用模块化夹具以满足偶发性需求。 “模块化再次变得有意义，因为商店不必持有和存储它可能每三年只需要一次的固定装置，”Dodsworth 说。他补充说，不保留旧夹具需要“公司内部的拥护者”，他可以拥有模块化概念并在零件进入售后市场生命周期时激励采取行动来摆脱旧夹具。
固定费用还是资本投资？
这款 DESTACO 摆动夹具可以重新用于在现有设置中以不同方向夹紧。许多公司，尤其是合同制造商，包括在投标工作时考虑工件夹持设备成本。然而，模块化工件夹持设备具有增加灵活性的特性，并且通常使其比一次性、单一项目夹具更昂贵。模块化系统成本不应该计入一个项目，Dodsworth 表示：“模块化工件夹具可以完成数百个项目。在一个零件或一个项目上证明它的成本是合理的是不公平的。”
对于许多商店来说，将模块化夹具视为资本设备而不是费用需要一种新的思维方式。管理层应该像看待折弯机或激光切割机一样看待模块化工件夹具。 “你不能通过一项工作来证明该设备的合理性。您想要一种能让您赢得更多工作的能力，”Dodsworth 说，并补充说，消除大部分夹具费用可以使商店对某些工作的出价更低。
虽然 CAD 技术已经Dodsworth 还指出，越来越多的人接受模块化工件夹具两者结合可能有助于应对制造业劳动力的变化。制造商正在失去熟练的技工退休，而他们的替代者没有相同水平的经验。然而，年轻工人是在计算机和 CAD 环境下长大的，这种熟悉程度以及模块化夹具固有的标准化有助于抵消年长工人的经验和技能损失。
钳制
模块化夹具的精髓在于其可调性和灵活性。全球工件夹持和自动化设备供应商 DESTACO（密歇根州奥本山）的北美分销销售总监 Tom Stimac 指出，夹紧可调性补充了模块化概念。例如，DESTACO 的一些凸轮作用夹具提供高达 5/16 英寸（7.94 毫米）的可变性，有助于在同一设置中夹持不同厚度的毛坯铸件。
另一种类型的夹具同时提供垂直l 和角度的可调性。 DESTACO 的 Carver 系列支撑夹用于薄型或薄型工件，取代普通的带式夹具。支撑夹具有可调节、自对准的旋转枢轴，可让紧固螺栓保持垂直，从而消除侧向力。夹具可提供高达 18,000 磅（8165 千克）的力。
摆动夹具还可以固定不同厚度的零件。 “它们在工件上方摆动 90˚，然后笔直向下，”Stimac 说。无需进行任何调整即可改变夹紧位置。 “我们的一个摆动夹具系列可以将摆动向右或向左调节，也可以向上和向下调节。它们非常灵活，因为您可以根据现有设置重新调整夹具的用途，使其朝不同的方向移动。您无需另购夹具并进行设置，”Stimac 说。
模块化钳口
一些机加工虎钳具有使它们模块化的元素。例如，库尔特Manufacturing（明尼阿波利斯）销售由一组主钳口和可加工钳口组组成的快速更换钳口。该公司的 DoveLock 快速更换钳口系统允许在不到一分钟的时间内更换钳口，重复精度为 ±0.001 英寸（0.0254 毫米）。钳口可加工以定制匹配某些零件轮廓，并且每个钳口都可以旋转 180˚ 以处理两种不同的设置，而无需离开机床。 Kurt 使用 6061 铝或 4140 预硬化钢生产 4–10 英寸（101.6–254 毫米）长度的虎钳。
Kurt 还开发了用于托盘化加工的模块化工件夹具。其 SeraLock 塔和 SeraLock 托盘具有互锁的 V 形锯齿表面，在配备 WedgeLock 和 MoveLock 夹紧模块时有助于精确和可重复的对齐。可重复安装位置和标准夹紧模块相结合，使用户能够快速配置定制的高密度工件夹持系统。模组单元组件可以拆卸和重复使用。 Kurt 提供 SeraLock Towers 和 SeraLock 托盘，其配置专为匹配大多数 HMC 和 VMC 应用而设计。
五轴固定
与三轴和四轴操作一样，模块化工件夹具可能是五轴加工的重要组成部分，特别是当车间需要快速从一个工作转移到另一个工作时。并非总是这样。早期的五轴设置通常没有达到应有的效率。工具和工件夹具制造商 Jergens Inc.（克利夫兰）的全国销售经理 Tim Easton 表示，起初很难找到能够对机器进行有效编程的人，也很难找到愿意投资于一项投资回报不确定的技术的商店. “通常情况下，一台昂贵的机器在 40 小时的工作周中只能运行 10 个小时，”伊斯顿说。 “机器会切割几个零件，然后闲置几天。换工作很困难b 在合理的时间内完成。”
如今，快速更换和模块化工件夹持系统可帮助用户最大限度地利用五轴加工。精确、可重复的机台安装系统，结合各种模块化托盘、立管、适配器和零件夹持顶部工具，提供适应性、灵活性和速度。车间可以在托盘上放置机器上的一个零件，同时另一个零件正在加工，然后快速将新零件移入。“在过去的 10 年里，它一直致力于让零件以尽可能快的速度进出机器。可能，同时尽可能准确地重复和保持它，”Easton 说。
Jergens 的 Fixture Pro 多轴快速更换系统采用“自下而上”的方法，Easton 说。在夹具的最低层，一块带有精确孔的网格图案的子板用螺栓固定在机台上。安装在底板上的一系列立管和适配器可提升虎钳、夹头和其他顶部工具 to 所需的水平。
适配器和顶级工具的快速更换允许车间从加工五轴式零件平稳地转移到只需要简单的铣削或钻孔的工作。根据 Easton 的说法，该系统的准确性和可重复性可以使技能较低但经验丰富的操作员的表现接近经验丰富的机械师的水平。
快速更换模块化夹具的其他优势包括能够将锁定在顶部工具中的零件直接带到 CMM，其工作台具有与机床相同的网格模式。检查关键尺寸后，可以将零件放回机床而不会丢失位置。
“该系统提供了灵活性和适应性，可应用于需要放入零件的任何地方并从机器中取出并准确地重新定位，包括三轴机器、CMM、EDM 以及装配和焊接等操作，”Easton 说。快速更换模块化夹具罐他补充说，当模块化系统能够让机器人装载多项工作时，有助于商店使用自动化。
保持准确性
Jergens Fixture Pro 系统结合了多种模块化托盘、立管、适配器和零件夹持顶部工具，以帮助用户最大限度地提高五轴加工生产率。当托盘在机器上移动和移动时，必须准确地重新安装它们，而无需将它们重新定位到与机床主轴的关系。零点夹紧系统——为夹紧系统建立一致的对齐位置——使托盘定位完全可重复。
在美国罗姆产品公司的 Power-Grip 零点夹紧系统中（ Suwanee, GA)，零点夹紧装置安装在安装在机台或墓碑上的底座上。这夹紧装置与安装在固定夹具或工件的可移动托盘上的定心/锁定衬套接合。每次将托盘装载到机床中时，其位置在 300 毫米长度内重复 2 µm 以内，而整体系统精度在 5 µm 以内。
关键的工程细节使Power-Grip 系统可保持这种一致性。 Röhm 将系统的零点设置在吊舱载体的中心。因此，首席执行官 Matthew Mayer 表示，当工作温度发生变化并热改变托盘的尺寸时，零点的中心位置可确保四个舱与机器的关系保持不变。
当商店将笨重的托盘移入和移出机器时，无论是通过自动化装载还是由操作员使用起重机装载，都可能发生碰撞和误装。任何损坏都会影响系统精度。 Röhm 设计其系统以在托盘过程中保护夹紧部件交换。
在错误加载的情况下，关键配合和参考表面受到保护免受影响。吊舱球笼周围的预定心环将吊舱引导到定心/锁定衬套中的正确位置。连接本身具有灵活的轴向缓冲和居中“唇缘”，可以弯曲和抑制吊舱和套管的配合。停用夹紧时，唇缘提供 2 毫米的提升作用，促进衬套和托盘的干净释放。 Mayer 说，这种设计使得在错误加载时不可能损坏吊舱。
克服主轴干扰
克服五轴加工中的干扰问题是中心焦点BIG Kaiser Precision Tooling Inc.（伊利诺伊州霍夫曼庄园）的零点模块化工件夹持系统。当车间从三轴加工过渡到五轴加工并且机床主轴和工件相互移动时，经常会出现这些问题。 “d从主轴中心线到外壳外部的距离成为一个新的限制，”工件夹具产品经理 John Zaya 说。 “它限制了可加工工件的尺寸、刀具的长度，以及夹具的处理方式。”当零件几乎填满机器工作台时，间隙通常不是问题。但是，当较小的零件仅占据工作台的一部分时，主轴和/或工作台的多轴运动会导致主轴与机床工作台或零件之间发生干涉。
对于较小的零件，解决方案是将零件抬高到桌面上方足够高以消除干扰。 BIG Kaiser 的模块化系统由不同高度的基础组件以及不同尺寸的加长件、缩减件和垫片组成，它们可以堆叠以消除间隙问题并让切削工具达到并加工复杂的零件特征。底座支撑部件被夹在工作台或底板可以通过 BIG Kaiser 的 Unilock 系统锁定到机器工作台，允许在机器外快速周转和设置。
制造连续体
分析模块化的状态工件夹具，DESTACO 的 Stimac 表示，该系统代表了一种临时解决方案，“在某些时候，人们需要从那里毕业，转向更可重复、动作更快、更符合人体工程学、用户密集度更低的工件夹具产品。”然而，他说，加工过程是连续的。它从原型到大批量生产和自动化，模块化工件夹具失去了优势。随着产品数量的减少，优势又回来了。 “对于小批量生产或当您正在完善流程或产品时，模块化工件夹持完全有意义，”Stimac 总结道。
