每一个制造加工过程的整体效率都受限于其中效率最低的加工环节。 现代化的高性能机床如果配备的是落后的夹具系统， 还能发挥出它应有的效率吗? 为此， 夹具系统的优化和装夹快速便捷的设计可以最大程度地缩短加工设备的准备时间及辅助加工时间。

图 1 通过零位夹具系统， 工件和装置可以快速准
确地连接起来，工件还能够快速地进入下一个加
工步骤

当前的夹具系统必须满足什么样的要求呢?Haibuch公司执行董事 Gerhard Rall 先生认为答案很简单：“ 看看传统的大规模生产过程， 对夹具精度、 夹持力和夹具刚度的要求是非常严格的，目前新的加工策略更是使其开始变得更加重要。” 他指出， 可以以干式加工过程为例， 这一加工方式对夹具系统提出了完全不同的新要求。“ 保护环境无污染是一项重要的课题， 因为只有密封良好的夹具系统才能保证最短的维修和加工准备时间。” 正是基于这一理念， Haibuch 公司提出了新的Toplus 装夹系统。 Rall 先生解释道：“ 即便是在大型工件的容许公差范围内， 我们也能够达到装夹要求， 而且污染物不会渗透到工件表面。”

德国 Schunk 公司负责夹具系统与刀架销售的市场经理 Markus Berger 先生说道：“ 在单件生产和小批量生产中， 夹具系统需要从两个方面最大程度地满足灵活性，夹具系统必须能够适应最大差异的装夹任务， 并能够覆盖尽可能多的加工工件的种类范围。 此外，夹具应该能够在尽可能短的时间间隔内进行更换。 通过这种方式，可以避免效率低下、 高昂成本的加工设备的停机时间， 从而有效地降低生产成本。” 同时， 自动化装夹系统在大中型生产中也非常重要， 这类生产中通常采用气动和液压驱动的装夹系统。

图 2 Toplus 装夹系统具有很高的灵活性， 在不到 2min 之内，外部夹具就可以转换成一个夹具心轴或者一个 3 底板的进给机构

在 Berger 先生看来， 智能化的零位夹具系统代表了装夹系统未来的发展方向。“ 通过我们的Unilock 零位夹具系统， 工件和装置可以快速准确地结合到一起。” 由于系统接口统一， 有效地减少了车间的工作准备时间。 在夹紧螺栓尺寸一致的情况下， 可以保证工件顺利地从一台机床转移到另一台机床， 从一个模块转移到另一个模块， 从一个加工过程转移到另一个加工过程， 就像飞行一样。 这对于小批量多品种工件的加工来说具有无与伦比的优势。 在西欧国家， 零位夹具技术占据了主要地位。

通过一套合适的零位夹具系统， 人员的雇用成本也得以削减。 然而在一些所谓的低劳动力成本的国家，这种新的技术思想应用还不够普及。

由于生产批量不断减小、 品种不断增加， 生产过程必须具有更大的柔性。 为此， 如何提高加工设备的运行时间成为当务之急。“ 通过 Unilock 这类智能化的零位夹具系统， 减少 90% 以上的工作准备时间是完全有可能的。” Berger 说。 此外， Unilock 由于具有非常高的可重复精度， 因此适用于非常精密的加工。

对于单件生产和小批量生产而言， 零位夹具系统会因为成本和现场环境的原因很快失效， Ralls 先生说：“ 对于一个现代化的零位夹具系统， 需要诸如液压组合装置之类的配件。 但对这类配件的要求比较简单， 例如我们的 Centex 手动式的托盘系统就是应用于小批量加工的经济型解决方案。” 这种操作方便的托盘由浇铸材料构成， 具有简单易用的快速连接螺杆， 可以在几分钟内完全改变装夹状态。

图 3 通过零位夹具系统， 自动化生产中的工件载板在工作
区机器人的作用下进行定位、 固定和装夹

根据应用选择夹具

“ 零位夹具系统之所以受到青睐， 最主要的原因是它大大减少了设备停工时间。” Heinrich Kipp工厂的员工 Werner Schreiner 先生常就会发现智能化夹具系统可以提供许多的加工可能性。” 这是Berger 先生的经验之谈。 更进一步来说， 客户通常会看到高昂的采购成本很快地得到分期性回报。

图 4 德国 Schunk 公司负责夹具系统与刀架销售的市场经理 Markus Berger 先
生认为：“ 通过 Unilock 这类智能化的零位夹具系统， 减少 90% 以上的开工
准备时间是完全有可能的。”

给客户一个适合他们的方案建议是至关重要的， 因为对如何正确的选择夹具并无标准的解决方案。

现如今， 知识和信息是具有决定性的生产要素。 而对工件夹具技术来说同样如此： 标准的夹具是有限的， 而最终工件的种类范围却是没有限制的， 正如专门的工件加工方案一样。 因此， 系统设计师和设备操作员的专业技能通常能够决定小批量和大批量生产中大部分零件的成本。 Schreiner 先生说道：“ 通过我们模块化设计的夹具系统与套件， 将为缩短机器非生产时间提供广泛的解决方案， 模块化是保证装夹与开工准备步骤合理性的重要手段。” 由于几乎所有的夹具方案都必须加以专门开发和优化， 夹具生产商的专业技能知识是能否成功的决定性因素。他指出，Kipp 的 CAD 库和多媒体开发系统可以大大缩短开发时间。

图 5 客户可以通过多种定位缸的选择，使得零位夹具系统满足自己的需

夹具生产商已经通过一些技术手段进一步提高了工件夹具系统的效率。“ 通过新材料的应用， 我们可以使用全新的夹具几何学设说道。 但同时他还表示：“ 由于缺乏相应的加工设备作为， 或者必须对系统进行高成本的改造的原因， 因此对零位夹具系统的投资常常会失效。 来自 Kipp 公司的 Ball Lock 零位夹具系统是一种具有市场导向的解决方案。 夹具缸采用机械运行方式， 不需要与控制单元连接。 通过简单的操作，精确的定位和安装底板与基础部件的装夹可以在最短的时间内完成。 客户可以通过多种定位缸的选择， 使得零位夹具系统满足自己的需求。”

图 6“ 通过我们模块化设计的夹具系统与套件， 将为缩短机器非生产时间提供广泛的解决方案。” Heinrich Kipp 工厂的员工 Werner Schreiner 先生说

在选择夹具系统的时候， 客户的应用需求是关键。 对于夹具系统的选择， 他认为应该考虑多个因素， 比如夹具本身、 零件种类、零件大小及其制造结构等。 夹具必须实现自动化操作还是只需手动操作就可以呢? 更进一步的性能参数， 如所需夹紧力和夹持行程等也必须加以考虑。“ 单件生产和小批量生产中夹具使用的灵活性与快速夹具切换的可能性同样重要。” Berger 先生说道，“ 当然，大规模生产、 更长的寿命周期和较低的维护成本也非常重要。” 因此， 夹具的选择是一项很复杂的工作。“ 一旦客户开始花时间认真考虑这一问题的时候， 他们经常就会发现智能化夹具系统可以提供许多的加工可能性。” 这是Berger 先生的经验之谈。 更进一步来说， 客户通常会看到高昂的采购成本很快地得到分期性回报。

给客户一个适合他们的方案建议是至关重要的， 因为对如何正确的选择夹具并无标准的解决方案。现如今， 知识和信息是具有决定性的生产要素。 而对工件夹具技术来说同样如此： 标准的夹具是有限的， 而最终工件的种类范围却是没有限制的， 正如专门的工件加工方案一样。 因此， 系统设计师和设备操作员的专业技能通常能够决定小批量和大批量生产中大部分零件的成本。 Schreiner 先生说道：“ 通过我们模块化设计的夹具系统与套件， 将为缩短机器非生产时间提供广泛的解决方案， 模块化是保证装夹与开工准备步骤合理性的重要手段。” 由于几乎所有的夹具方案都必须加以专门开发和优化， 夹具生产商的专业技能知识是能否成功的决定性因素。他指出，Kipp 的 CAD 库和多媒体开发系统可以大大缩短开发时间。

图 7“ 我们新的夹具系统简化了钣金件的加工准备过程。” AMF 公司产品经理
Wilfried Braun 先生说道

夹具生产商已经通过一些技术手段进一步提高了工件夹具系统的效率。“ 通过新材料的应用， 我们可以使用全新的夹具几何学设计。” Rall 先生说。 随着钢材料和铸铁件的使用， 有可能首次在 Toplus 夹具的进给装置中实现复杂棱台六边形零件的装夹， 并且达到微米级的装夹精度。 给用户带来的好处不仅包括更好的减振效果和更轻的重量，而且还提高了进料密封性、 夹紧力和旋转性能。

模块化系统设计个性化解决方案

Schunk 公司正在利用大量标准化的单个部件来开发夹具系统。“ 我们的目标是开发一套模块化的系统， 让客户可以创建自己的个性化装夹方案。” Berger 先生强调。 这样， 利用标准模块的组合就可以实现特殊的装夹方案设计。 对客户而言， 模块化的一个显著优势就是快速的交付时间， 高可用性， 高性价比和高可靠性， 因为每一个模块在投放市场之前都要经过大规模的测试。“ 此外， 我们现在也看到了小型化的趋势。 工件和零件都在变得越来越小， 这也对夹具系统提出了新的要求。” 另外， 来自用户的装夹精确度要求也在提高。

图 8 多夹具系统的一致使用可以节省很多成本

为了提高激光焊接加工的效率， 作为夹具系统的专家， AMF Andreas Maier 公司提供了一种模块化设计的夹具系统， 可以精确夹持激光焊接加工中的钣金件。“ 我们新的夹具系统是和 Thumm 技术公司联合开发的， 它简化了钣金件加工设备的设计。” AMF 公司产品经理 Wilfried Braun 先生说道。 该系统由大量零部件组成， 结合了焊接工艺中已有的 T 形螺母系统和 D16 焊接工作台的优点。 Braun 先生说：“ 这些夹具系统的设计通常要先进行一个基本配置， 通过基本配置可以完成简单的设计。” 然后根据纵向焊接和角焊接的情况， 利用预先完成的可伸缩模块来扩展最终的夹具系统。

“ 这意味着不再需要复杂的开工准备工作以及令人心烦的新的工件对准工作。” CNC-Technik 公司销售部负责人 Patrick Diehl 先生说道。 新的 M-Fix 定位装置可以在需要的位置快速方便地将工件固定到设备的 T 形螺母上， 而且带有一个可调节的定位销。“ 可调节的定位销提供了最灵活的停止角设置， 通过基础的 4个定位装置， 可以很快地让工件停留在 0° 、 45° 、 90° 和180° 位置。 定位精度在 0.014mm以内。” Diehl 先生表示。 工件装夹还要通过一个通用的装夹底板完成。

合理化装夹方案的开发还可以通过多夹具系统的统一使用来完成。 Kipp 公司 Schreiner 先生说：“ 因此， 我们还提供了不同尺寸和种类的楔型夹具。” 楔型夹具可用于企业内部的多夹具系统或者特殊夹具设计中。“ 这里的一个明显优势就是紧凑的系统设计和强大的夹紧力， 从而使实用性大大提高。” Schreiner 先生说道。

图 9 带有可调节定位销的 M-Fix 定位装置可以便捷快速地将所要定位的工件
固定到工作台的 T 形螺母上

确立正确夹具系统的准则

Hilma Roemheld 公司研发的TS 100 塔式夹具系统具有 3 个呈120° 分布的夹点， 主要用于水平加工中心的多边加工。 这样分布夹点的好处在于可以从三个方向无 碰 撞 地 加 工 所 有 工 件。 另 外，

还可以使用短的标准刀具进行加工。 这个塔式夹具系统配有很多不同的钳夹， 允许加工最多 12 个相似的或形状不同的工件。

图 10 带有紧凑式数控双夹具的四塔式
夹具系统可以快速灵活地进行改装

通过集成“ 三手臂” 的功能，可以按顺序对所有夹点进行装夹。Rohm 公司为提高加工中心柔性化生产效率做出了贡献， 致力于向双塔式和四塔式夹具系统用户提供紧凑的数控双夹具 RKD。 这种双夹具系统可以灵活快速地改装， 最适合作为小批量和大规模生产中的通用夹具。 其中的机械式增力夹具将提供大夹紧力和高精度。 RKD 双夹具系统提供了多种可能性， 例如工作台上的双夹具夹住两个工件，双塔式夹具系统可夹持四个工件，而四塔式夹具系统则可以容纳八个工件。 因此， 正确地选择夹具系统必须考虑夹具质量， 也要考虑交付时间和价格。“ 在日常生产过程中，客户通常会问起夹具系统能提供哪些功能。” Rall 先生说。 只有那些没有复杂机械结构的夹具系统才能在连续生产中可靠地、 无故障地完成工作。