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Steve Grangetto和Chris Taylor共同創(chuàng)建了5th Axis公司，他們對(duì)五軸加工技術(shù)所固有的復(fù)雜性非常熟悉，也正是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)，他們的新型機(jī)加工車(chē)間聲名遠(yuǎn)揚(yáng)。由于缺少5軸加工的經(jīng)驗(yàn)，這兩位老總便較早地將注意力集中到了自動(dòng)化生產(chǎn)上。不久前，他們安裝了第一臺(tái)Mikron HSM 400U型5軸加工機(jī)床，包括與其配套的托盤(pán)系統(tǒng)，他們一共從GF AgieCharmilles公司引進(jìn)了三臺(tái)同一類(lèi)型的機(jī)床。但卻碰到了一個(gè)意想不到的技術(shù)障礙，即尋找合適的新型夾具系統(tǒng)，這要求他們?cè)O(shè)計(jì)一系列新的專(zhuān)用燕尾槽工裝夾具設(shè)備。事實(shí)證明，這一內(nèi)部開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品是成功的，可推廣到更大的市場(chǎng)。

圖1 5th Axis公司約有90%的工件采用其內(nèi)部設(shè)計(jì)的燕尾槽工裝夾具

Taylor和Grangetto兩人都是機(jī)械工程師，具有在機(jī)加工、機(jī)械工程和自動(dòng)化生產(chǎn)等方面的技術(shù)背景，他們?yōu)閷?shí)現(xiàn)五軸加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、提高加工效率的共同目標(biāo)，于2005年購(gòu)買(mǎi)了第一臺(tái)基本型機(jī)床。他們的冒險(xiǎn)投資得到了回報(bào)——在一年內(nèi)，5th Axis公司就吸引了足夠的業(yè)務(wù)，并且搬到了位于加利福尼亞州圣迭戈市占地20?000?ft2(1?ft2=0.093?m2)的廠房里。

自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)成為了車(chē)間發(fā)展成長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵因素，兩位老總說(shuō)，而Mikron機(jī)床恰恰具備了無(wú)燈光作業(yè)所需的全部必要條件。該機(jī)床除了具有高速度和高精度的特點(diǎn)之外，還配有測(cè)量探針、激光測(cè)量工具、刀具斷裂檢測(cè)儀以及其他更多的裝置。這一切幫助該車(chē)間避免了與系統(tǒng)配套的相關(guān)獨(dú)立產(chǎn)品打交道。然而，事實(shí)證明，要想找到合適的工裝夾具與其托盤(pán)系統(tǒng)配套，比他們預(yù)期的更為困難。“我們的手頭擁有所需的托盤(pán)，但卻沒(méi)有辦法來(lái)裝卡固定我們的零件。”Taylor先生回憶說(shuō)。

起初，大家認(rèn)為使用臺(tái)鉗似乎是最切實(shí)可行的選擇。然而，購(gòu)買(mǎi)足夠數(shù)量的臺(tái)鉗安裝在托盤(pán)內(nèi)，成本很高。此外，市場(chǎng)上目前提供的臺(tái)鉗機(jī)型，很多不具有足夠的夾緊力，其設(shè)計(jì)也無(wú)法解決刀具的間隙問(wèn)題，特別是對(duì)5軸加工來(lái)說(shuō)是很成問(wèn)題的。于是，該車(chē)間決定開(kāi)發(fā)自己的專(zhuān)用工裝夾具，經(jīng)研究后最終得出結(jié)論：采用燕尾槽設(shè)計(jì)最能滿(mǎn)足要求。

就拉伸強(qiáng)度而言，燕尾槽是最強(qiáng)的結(jié)構(gòu)連接之一，對(duì)于5th Axis公司常見(jiàn)的高速和多軸加工來(lái)說(shuō)特別適用。其特殊的設(shè)計(jì)由淬硬的合金鋼加工而成，而夾具零件則通過(guò)相應(yīng)的45°深入加工到工件的余量部分和夾具的本身。這種配置可使5軸加工機(jī)床的主軸接近工件的全部五個(gè)加工面，無(wú)需額外的裝卡調(diào)試(圖1)。

這種夾具首先是為滿(mǎn)足5th Axis公司自己的需要而開(kāi)發(fā)的，然后才推向市場(chǎng)，其設(shè)計(jì)反映了該公司對(duì)大部分制造廠所關(guān)心的問(wèn)題非常熟悉，他們不愿使用燕尾槽夾具。例如，事實(shí)證明該夾具可以?shī)A持小至0.06?in(1?in=25.4?mm)的材料，從而減少了夾持工件和加工工件余量所需的相關(guān)時(shí)間和費(fèi)用。同樣，該夾具比傳統(tǒng)臺(tái)虎鉗還能夠適應(yīng)更小余量的能力，可以降低材料成本，尤其在加工諸如鈦、鉬、鎢和高溫合金類(lèi)貴重金屬時(shí)更是如此。

圖2 燕尾槽夾具的定位銷(xiāo)重復(fù)精度達(dá)0.001?in，使得該車(chē)間的零件能夠在不同的機(jī)床之間無(wú)縫移動(dòng)

另一種最常見(jiàn)的問(wèn)題是：燕尾槽端面銑刀的價(jià)格昂貴，而且在切削加工硬質(zhì)材料時(shí)，需要頻繁更換刀具。鑒于這個(gè)原因，該車(chē)間創(chuàng)造了一種燕尾槽專(zhuān)用切削刀具。這種刀具由H13工具鋼制成，帶有直徑1?in的刀柄，配有固定螺絲、夾頭或熱套夾座，該刀具使用V型刀片，可根據(jù)需要更換。“現(xiàn)在，我們只需更換刀片即可，不需要更換整把價(jià)值200美元的端面銑刀。”Grangetto先生說(shuō)。

提高零件的密度也是推動(dòng)夾具發(fā)展的一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力。其模塊化的設(shè)計(jì)，占地面積小，使得用戶(hù)能夠安裝大量的零件，不論安裝在3軸或是5軸機(jī)床上或安裝在臥式墓碑型機(jī)床上。“我們可以很容易地在墓碑型機(jī)床的每一個(gè)面上或小型3軸工作臺(tái)上安裝20個(gè)或更多的零件，”Grangetto先生說(shuō)，“這種夾具可以讓我們放心地實(shí)施無(wú)燈光作業(yè)，不用擔(dān)心會(huì)出現(xiàn)報(bào)廢零件。”

事實(shí)上，這種夾具在5th Axis公司的一個(gè)重要應(yīng)用是創(chuàng)造了其他的夾具。恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)，大部分夾具安裝在Mikron HSM 400U型機(jī)床的托盤(pán)上都用于機(jī)加工作業(yè)。較小型號(hào)的夾具，例如0.5?in×0.5?in的微型燕尾槽夾具，要求在該車(chē)間的GF Agiecharmilles Cut 20型線(xiàn)切割機(jī)床上操作使用(圖2)。燕尾槽夾具系統(tǒng)也一直與這類(lèi)機(jī)床配套使用，其重復(fù)精度達(dá)到0.001?in，該夾具的精密定位銷(xiāo)，可以使該車(chē)間加工的零件在放電加工機(jī)床與加工中心之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫移動(dòng)。