供应商响应新的制造需求和技术
Lang 的 RoboTrex 自动处理系统通过自动化推车操作加工中心，该自动化推车用作虎钳的存储介质。根据零件尺寸，手推车最多可存放 42 个虎钳。不久前，提到工件夹具可能会让人想起传统的虎钳或三爪卡盘。正确夹具对成功加工的不可或缺的性质永远改变了这种范式，并使工件夹具对制造过程至关重要，就像它所属的任何机器或系统一样。
始终是准确性和可重复性的关键、工件夹持技术、材料和策略不断发展，以响应更复杂的零件、改进的加工能力和新兴的连接要求，以满足需求工业 4.0。
受到非传统材料、衍生式设计和小批量生产的挑战，制造商对工件夹持的重要性有了新的认识。良好的工件夹持使加工更容易且利润更高。
对用传统硬质材料（包括钛、不锈钢和定制合金，以及陶瓷和玻璃）加工的部件的需求不断增加，这意味着更积极的加工和更高的加工速度和饲料。这反过来又促进了新工件夹具设计的开发。
挑战出现在许多层面，从基本尺寸和强度考虑延伸到共振和谐波问题。堪萨斯州恩波里亚市 Vektek 液压夹紧装置制造商客户支持主管兼应用专家 Reese Johnson 评论说：“当您产生更大的切削力时，您需要更高的夹持能力——但不增加工件夹持装置的尺寸。作为回应，我们’我们开发了大容量工作支架，其占地面积与我们当前的产品相同。”
威斯康星州哈特兰市 Lang Technovation Co. 的运营、技术和内部销售人员 Eric Nekich 指出，“许多新的加工概念可以使您的工件夹持更容易，甚至可以使用更少的工件夹持来达到预期的结果——例如，更小、更紧凑的卡盘和虎钳。”他认为这对于在高夹紧力下容易发生工件变形的新合金特别有用。他说：“与此同时，您需要确保您的工件夹具是刚性的并且能够支持增加的速度和进给”，同时为进入和最佳刀具路径提供适当的间隙。
工件夹具的刚性至关重要
明尼阿波利斯 Kurt 制造工业产品部的项目工程师 Brian Rich 是一家工作夹具、液压装置和其他部件的供应商，他观察到，“当涉及到积极的加工是刚性、可重复性和共振。谐波可能是一个严重的问题，并且在自动化设置中经常未被检测到。因此，我们正在创建预先开发的系统，不仅可以解决零件持有能力问题，还可以实现快速更改。”
Vektek 的需求型两级电动/液压工件夹持泵。在操作中，泵打开，建立到预设压力，然后关闭。在压力衰减的情况下，压力开关会自动重新启动泵以补充系统夹紧压力。总部位于圣路易斯的 Carr Lane Manufacturing Co. 的首席运营官 Colin Frost 评论了对进化能力的需求。 “高速铣削和钻孔改变了客户所需解决方案的类型和尺寸。为了允许更大的加工表面，他们倾向于使用更多的边缘夹紧装置。自动化的出现和对快速更换能力的需求促使我们开发了一种机械式边缘夹具，但随着自动化的结合，它可以轻松升级为液压应用。”
Hainbuch America of Germantown, Wis ., 为客户提供旋转部件的工件夹具。据该公司称，Hainbuch 产品线允许在不牺牲可重复性和精度的情况下快速转换 ID 和 OD 应用。 “刚性和可重复性一直是工件夹持的最关键方面，”应用工程师 Jim McCraw 说。 “随着机床和刀具设计的进步，以及编程和应用方面的技术升级，工件夹持不佳的问题显而易见。”
大进给铣削改变了传统切削力的大小和方向，而高速钻孔可能会因振动而失败。给定 m 的较短运行矿石复杂的零件，快速转换现在对于制造业赚钱至关重要。 “我们设计和制造我们的产品，以确保刚性在弱点可能堆积的应用中得以延续。如果整个系统要取得成功，这一点至关重要，”他说。
多轴加工挑战
多轴加工的优势正在彻底改变制造的几乎每个环节和每个零件的零件生产尺寸。五轴加工中心正在迅速成为新机器销售和现有设备改造方面的“标准”。车铣复合装置和瑞士式加工应用对于从航空航天到医疗植入物等行业生产零件至关重要。
多轴环境中的挑战包括切削刀具与零件的可接近性，以及工件夹持装置的动作。来自 Lang Technovation 的 Nekich 解释说，“允许您访问所有侧面的工件夹具在不危及保持力的情况下对部件进行 s 处理是必须的。同样重要的是，实现这种访问级别不会通过添加涉及过多工件准备的额外操作（例如燕尾榫）来“耗尽资金”。我们的 Makro-Grip 闭合技术旨在帮助制造商摆脱切割燕尾榫的时间和费用。”
他还指出，在不使用挡块的情况下将工件定位在夹具中也非常方便重要的。末端挡块将切断对零件一侧的访问，否则将在第一次操作中进行加工。 “由于 C 轴，您还必须使用工件夹具，使您能够在旋转中心快速且精确地重复。零点系统对此特别有帮助，”Nekich 说。
A Kurt Cluster Tower 多部分 f夹具。八工位塔可快速装载零件，其内置液压活塞/螺母可节省空间。该装置包括 Kurt 的 AngLock 精密夹具和用于减震的刚性结构。它有英制和公制版本。Frost 也注意到了燕尾夹紧的问题。 “适用于较小工件的几种常用技术包括使用虎钳和燕尾夹具，但两者都有特定的局限性。燕尾夹紧需要在工件上进行额外的工作以进行额外的操作。这会抵消多轴加工的优势。另一方面，虎钳可以限制工件的尺寸和类型。较大的工件受益于使用边缘夹紧或什至不夹紧，使用零点系统。我们通过模块化手动系统和全自动液压解决方案来满足客户的需求。”
在多轴加工方面，工件夹持装置至关重要根据 Kurt 制造工业产品部的 Rich 的说法，e 提供安全的夹持能力，而不会影响工具接触零件。 “由于从节省时间的角度来看多轴加工是可取的，因此使用快速更换夹具是提高效率的首选方法。”
致动问题与工件夹具和机器是关键考虑因素。 Vektek 的 Johnson 指出，“在许多五轴加工应用中加入液压更加困难。”
Hainbuch 的 McCraw 同意：“对于旋转部件，我们开发了几种设计，考虑了最小的整体轮廓这解决了内径和外径夹紧的间隙问题。”同样，随着轮廓的减小，刚性尤为重要。另一个挑战可能是工件夹具的驱动。 “我们通过提供气动、液压aulic 和手动驱动用于我们的工作夹具，以便为机器配备的任何选项做准备。这些驱动源在设计上都是模块化的，”他说。
工件夹持适应自动化
自动化和机器人技术的使用增加一直是改进工件夹持方法发展的关键驱动力.在机器人零件放置方面，必须考虑多种因素。来自 Carr Lane 的 Frost 指出，“机器人，就像 CNC 机器一样，非常精确。他们努力分析和调整与工件、机器和工件夹具位置相关的数千个细节。因此，用于机器人装载的工件夹具很复杂，尤其是在涉及精密或高精度应用时。”
Carr Lane/Roemheld 的 MCP 系列五轴虎钳允许不受限制的工具访问 f或多面加工。它们提供机械或液压夹紧，底座宽度为 40、60、100 和 125 毫米。在这些情况下，工件夹具必须考虑到系统之间的小偏差，并且仍然确保准确定位和夹紧工件。这些应用程序还使用动力夹具（即由机器激活的夹具）以实现无人值守操作。在将机器置于循环之前，必须正确装载工件。 Frost 说：“我们开发了一个 Rest Button 以确保在此类应用中正确加载。”
Rich 强调了对机器人夹持系统进行微调的必要性。 “根据自动化过程中的零件，机器人手臂必须以能够正确放置在工件夹具中进行加工的方式定位零件。这可能意味着设计一种特殊的虎钳、夹具或其他夹持工件的方式，”他说。
Lang Tech 的 Nekichnovation 认为一个好的工件夹持系统提供了很好的过程可靠性，并且模块化应该允许制造商随着时间的推移有机地扩展自动化过程。 “正确完成后，适当的工件夹持将增强自动化系统的能力，”他说。 “与自动化系统相结合的模块化工件夹具解决方案提高了灵活性和容量。”
他举的一个例子是机床管理系统中的工件更换与夹具更换。通过工件交换，机床内部可能需要昂贵的液压自动设备，并且末端执行器很可能专用于特定零件。虽然这对于大批量零件有意义，但对于中小型生产运行可能会适得其反。
“高混合设施和小型商店应该关注更换夹具的系统，并且这就是工件夹持的关键所在，”Nekich 说。对于在立场，使用虎钳创造了一种夹持场景，可以支持许多不同尺寸的零件，因此使用虎钳的自动化系统可以涵盖许多不同的运行尺寸和零件类型。 “我们的 Makro-Grip 台钳标配了夹具和存储接口，用于夹具的自动装卸。这些台钳可以先手动使用，然后再整合到自动化系统中，从而节省新的夹具设备的成本，”他解释道。
Hainbuch TOPlus IQ 卡盘提供永久的、持续的、电子的、实时的夹紧力测量和变化根据制造商的说法，在旋转下进行分析。随着旋转部件系统的自动化，McCraw 看到了整合现有设备的经济优势。 “我们认识到能够使细胞自动化的重要性和当今制造环境中的操作。在 Hainbuch，我们一直在提供和改进夹头、一体式止动器，甚至设计用于自动化更换的卡盘。这不仅可以在零件到零件而且在工作到工作的情况下实现一致的转换，并且可以快速且具有精确的可重复性进行更改。客户正在寻求这一领域的进步，以在成本方面保持竞争力，在某些情况下，还可以在有限的劳动力中保持竞争力。尽早选择合适的产品可以实现这一点，并且能够将我们的系统改装到现有机器上可以节省成本。”
Vektek 的 Johnson 认为自动化系统中的工作夹具需要超越机械方面。 “在自动化方面，工件夹持系统确实需要更多的传感和反馈，”他说。 “反馈必须是无线的。当我们审视 Industry 4 所需的连接性时.0 和工业物联网 (IIoT)，我们需要实时运行的传感器和系统来记录数据，以确保夹紧力恒定。”
“工件夹持设备尚未发展到关于 IIoT 的重点，”Kurt 的 Rich 说。 “理想的系统可以测量夹紧力、谐波和输出工件偏移，并提醒操作员维护或夹具位置。”例如，工件夹持装置能够检测到是否放置了正确的零件。
“与收集数据的能力一样重要，我们必须知道如何最有效地使用它”弗罗斯特说。在我们自己的运营中，我们和我们的合作伙伴 Roemheld 正在开发创新的解决方案，可以监控夹紧力并收集其他相关的运营信息。”
Nekich 强调了简化的必要性。 “提供易于访问和准确的定位确保模型非常重要。与性能数据和监控一样重要，我们需要欣赏简单的优点，而不是仅仅因为我们可以就把自己淹没在不相关的数据流中。”
新发展意味着新挑战
随着未来的发展，制造业的许多显着进步——包括新材料、涂层、工艺和技术——带来了它们自己的挑战和优势。对工作控制的重要性的认识导致了研究和开发，这些研究和开发正在带来或大或小的变化，这将影响各个层面的制造。 “在四轴应用中，从垂直加工到水平加工的生产率有一个好处。一些商店的困难可能是资本成本和支持 CAM 软件和培训的投资，”Rich 观察到。 “考虑使用带有分度器和 Kurt Cluster Tower 或五轴虎钳的 VMC。在很短的时间内e，您将看到现有设备的生产率提高。”
Johnson 认为夹具设计需要更大的多功能性，并且对节能的重视程度越来越高。 “我们开发了一种改进的液压泵，它消耗更少的能量并产生更多的体积。我们的 Advanced Workholding Pump 获得了积极的反响。夹具可以容纳的零件越多，所需的能量就越少，效率就越高。”
Lang Technovation 的 Nekich 阐述了直观探测的优势。 “你可以探测夹具上的一个特征，结合机床宏，可以自动调用正确的程序。”他补充说，允许快速交换轮廓以进行净形夹持的解决方案对于增材制造中的术后铣削非常重要。
“在 Carr Lane，我们对不同材料和材料的可能性感到非常兴奋涂层，”弗罗斯特说。 “在-Size 是我们由殷钢 36 制成的新部件系列，这是一种高镍合金，即使在加热时也几乎不会改变形状。”他指出，这使得组件更容易用于碳纤维成型和塑料成型等应用。
Carr Lane 还开始使用涂层为定位销等关键尺寸项目提供耐磨性。 “通过为我们的定位销提供这些超硬涂层，更换这些对尺寸精度至关重要的销的维护间隔通常会增加一倍，”他说。任何能够延长服务时间的措施都意味着显着的成本节约。
他还指出，该公司正在研究其合作伙伴公司 Roemheld 的电力夹具。 “与液压相比，电动有几个优势，包括客户通常不需要特殊的动力源，例如泵，”弗罗斯特说。夹具不会泄漏和污染工件、机器s 或产品，并且由于精确控制，可以在整个行程中监控夹具的绝对位置。
Hainbuch 的 McCraw 强调了与客户合作提供专门的工件夹持设备的重要性个人应用需求。有时，无论搜索多少目录或网站，标准目录应用程序都不适合该应用程序。那是追求特价的时候了。
“我们公司已经设计了数以千计的特殊应用，我们不断利用这些经验来满足客户的确切参数，”他说。 “由于这些应用程序中的一些应用程序被频繁请求，我们根据多个特殊请求识别的需求引入了新的标准产品线。这允许较小预算的负担能力。一个特别令人兴奋的发展是我们所说的“IQ”卡盘。面临的挑战是“从手中夺走明智的选择聪明人。'”卡盘测量夹紧力和温度，并包含测量传感器以检测副主轴和主轴之间的差异。
“许多新一代零件是薄壁或具有否则“微妙”的特征。我们开发了专门的夹紧力减小机制，可提供精确和准确的夹紧，吸收冲击和振动，并且可以在不损坏零件的情况下完成所有这些工作，”McGraw 总结道。
新材料、生产方法重新定义工件夹持
Precision Metal Products 的多部件夹具和成品单元的 CAD 绘图。
虽然人们对 3D 打印的大部分兴趣都集中在原型和零件生产上，但位于康涅狄格州米尔福德的 Precision Metal Products Inc. (PMP) ，一家服务于各种行业的加工车间，是 p开创了它在专用夹具开发中的应用。
据 PMP 副总裁 Sean O’Brien 说，“我们制造的许多零件都需要专门的工件夹持方法和工具。 2017 年，我们与 Methods Machine Tools 的人员讨论了我们的应用程序，他们建议使用 Markforged X7。经过一些非常有说服力的演示后，我们购买了这台机器。我们的第一个成功涉及直径小于 0.100 英寸（2.54 毫米）的不锈钢医疗设备。使用 3D 打印，我们创建了一个 5 × 5 × 3 英寸（127 × 127 × 76.2 毫米）的打印盒，带有 0.5 英寸（12.7毫米）孔。这使我们能够接触到工件的所有侧面，并使用固定在角落的磁铁在完成时抓住零件。”
展望未来，PMP 设计人员开发了软- 成功固定由 17-4 不锈钢制成的零件的夹爪夹头。夹头使用的材料是 Markforged 的 Onyx，由热塑性塑料制成th 短切碳纤维。 O'Brien 评论说：“Methods Machine 在与我们合作方面提供了极大的帮助，我们现在正在考虑购买一台 Markforged Metal X 打印机，它将用于零件和固定装置。我们的客户群正在转向数量更少、混合更多的生产运行。因此，3D 打印不仅会加快流程，还会带来更高的成本效益。”
Precision Metal Product 的多部件夹具和成品单元的 CAD 图纸。工程推进系统 (EPS)，新里士满威斯康星州正处于对私人飞机的柴油发动机进行认证的最后阶段。据 EPS 特殊项目协调员 Ryan Kuebker 说，“因为我们的设计是原创的，而且很多零件都很复杂，所以有必要为这两种情况创建大量的固定装置。铣削和车削操作。在开发过程中，许多零件需要更改和返工，因此我们使用的夹具在设计时必须考虑到灵活性。”
开发和原型阶段需要大量的夹具，所有这些都被编目并保存。 Ryan 指出，“发动机现在正在接受认证，这意味着我们将在短时间内投入生产。我们目前正在使用我们现有的工件库存来修改现有的单元，并利用我们在创建更新的固定装置时所学到的知识来生产能够满足我们最初的营销需求的中小批量组件。我们还在评估更有效地应对未来产量增加挑战的方法。”
