袁华 博士

德国中欧工业技术咨询公司首席咨询顾问

同济大学客座教授、合肥工业大学客座教授

夹具技术的重要性日益突显

九十年代中期以来，中国制造业在经历了十多年的高速增长之后，使中国一跃成为世界“制造大国”。在这一时期，中国的机械加工产业不仅大量引进了工业发达国家的先进机床设备，同时，市场的需求也大大促进了民族工业在机床制造领域的发展。数控机床的极大普及带来了产能的不断扩大。然而，近些年来中国机械加工产业的发展却进入了瓶颈阶段，许多企业在国际市场上已经或者正在失去其原有的竞争力。产生这一状况的原因很明显：这就是在过去产业高速发展的同时，人员工资也以每年两位数的速度持续增长，从而使得中国人口红利的优势消耗殆尽。而在这一过程中，中国机械加工业的制造水平和能力并没有得到同等程度的提高。价格和质量失去了平衡，带来的是竞争力的明显下降。

如何使中国的机械加工企业生存下去，走出经济低谷，创造新的竞争力，已经成为摆在我们面前刻不容缓的任务。纵观德国机械加工产业的发展历程，我们可以得到许多借鉴和启发。我认为对我们解决目前这个问题最具启发性的经验可以总结成一句话，就是“工艺问题是机械加工的核心问题”。同样的一台机床，为什么在德国的企业就能发挥更好的效用?因为他们能够使用这台机床实现更好的加工工艺。金属切削加工工艺由“机床-刀具-夹具”这三大要素所决定，中国的现状是机床和刀具的使用已经达到了比较高的水平，而夹具的使用却停留在非常落后的状态。正如水桶的短板效应，夹具的落后制肘着中国机械加工工艺水平的提高。换言之，要提高中国机械加工工艺水平，就必须重视先进夹具技术的应用。可以断言，中国绝大部分机械加工企业一旦在先进夹具技术的应用上下了功夫，对其加工工艺水平的提高立即会起到立竿见影的效果。近年来，我的这一观点在中国各行业金属切削加工领域得到了传播，并在专业人士中形成了共识。

中国机械加工领域的夹具技术水平

既然夹具技术如此重要，那么，为什么在中国的机械加工领域却没有得到重视?其根本原因在于，人们长期以来存在着“重设备轻工艺“的偏见，而夹具更是其中被人们最为忽视的一个环节。这就导致了中国夹具行业长期以来得不到应有的发展。在过去的20年里，中国大陆和台湾的夹具生产行业虽然成功地占领了标准卡盘、通用虎钳以及一些简单夹具元器件的市场，在组合夹具和以标准液压元器件为核心的专用工装夹具方面也取得了一些发展，但是，在技术含量更高、功能性更强、结构也更为复杂的高技术高效夹具(我们不妨称其为高端夹具)领域却几无建树。高端夹具开发设计生产的技术门槛高，需要长年的经验积累和技术沉淀以及高超的机械加工工艺能力。这些正是中国长期以来所缺乏的。

然而，高端夹具在中国的机械加工领域并不是没有应用，我们在一些机械加工质量和效率要求高的企业时常能看到它们的身影。这些夹具通常是随着工业发达国家，尤其是德国生产的机床设备逐渐进入中国机械加工领域的。例如，图1所示的卡爪后撤式卡盘就是随着德国机床厂提供的曲轴生产线进入中国汽车制造行业的。使用这种卡盘可以在一次夹紧的情况下完成曲轴主轴线上所有需要车削加工的部分，有效地提高了机床的加工效率和工件的加工精度。

图1: 用于曲轴加工的卡爪后撤式卡盘

图2是一种液压直接驱动的六爪浮动定心卡盘，使用它可以非常有效地减小工件的变形和在加工中的振动。这种卡盘随德国提供的刹车盘加工生产线进入中国，并受到汽车零部件加工领域的高度好评。近年来，这种卡盘在薄壁易变形凸轮的高精度车削加工中也得到了成功应用。此类例子很多，限于篇幅，这里不一一枚举。

图2: 液压直驱式六爪浮动定心卡盘

可以说，如果没有这些高端夹具的配套，再先进的机床也不能实现其高效加工的性能，价格高昂的进口机床设备就不会具备其竞争优势。事实上，进口高端夹具为中国机械加工水平的提升起到了关键性的作用。遗憾的是，这些技术在中国的应用远远不够普及。中国绝大部分企业至今使用的仍然是传统的效能低下的夹具。

普及使用高端夹具必须克服价格心理障碍

尽管事实一再证明，高端夹具对提高机床的加工效率和加工质量起着举足轻重的作用，但是，为什么它们在中国仍然不能得到普及使用?其根本原因是有“价格心理障碍”作祟。我们衡量一个夹具的经济性，应该从“购置成本”和“使用成本”这两个方面来考虑。高端夹具虽然价格昂贵，即购置成本很高，但是在使用中可以大大提高机床的加工效率，从而降低产品的加工成本，即体现出低使用成本的特性。购置成本是一次性的，使用成本是持续性的，购置高端夹具所多花的钱，在使用中可以很快节省回来。这是一个浅显的道理。然而，中国许多企业却仍然在误区中徘徊：过度看重购置成本，忽视了使用成本。这是阻碍高端夹具在中国推广使用的重要原因。

高端夹具的经济性可以通过下面两个例子说明。

图3是一个液压柱塞泵的驱动轴，其加工难点是端面上的8个球窝。在德国，这些球窝是用车削的方法加工出来的，为此人们使用了一个具有自动偏心和自动分度功能的“偏心分度卡盘”(见图4)。采用这种卡盘可以在一次夹紧工件的情况下，依次将中心球窝和周向分布的球窝车削成功，不仅效率高而且加工质量好。但是在中国，这种产品上周向分布的球窝是用加工中心铣削加工的，需要使用数台加工中心才能达到一台车床的加工效率，而且加工质量差。这种产品在中国企业生产比在德国生产的成本明显地高。为什么中国企业不采用这种高效卡盘?因为它的购置成本比较高。

图3: 液压柱塞泵的驱动轴

图4: 偏心分度卡盘

再如，传统的四爪卡盘夹持工件时，为了使四个爪都夹到工件，往往需要对每一个工件的夹紧都进行长时间的调整。而使用四爪浮动定心卡盘可以不做任何调整立即夹住工件，节约大量的机床等待时间。统计证明，虽然四爪浮动定心卡盘的价格比传统四爪卡盘高，但是其购置成本的差价可以在一至三个星期的加工中节省回来。图5所示，用一个四爪浮动定心卡盘，不需要对卡爪做任何调整，既可以轻松夹持不同边长的矩形截面工件，又可以夹持圆柱形工件。然而，这种经济价值极高的高效卡盘却还没有被中国广大机械加工企业所认识。

图5: 高效四爪浮动定心卡盘

促进先进夹具技术在中国的应用

如前所述，先进夹具技术虽然具有极强的实用性和经济性，但在中国尚未能够普及使用。除了上述“价格心理障碍”以外，还有一个原因是，中国机械加工企业对国际先进夹具技术了解甚少。德国属于世界上夹具技术最强的国家，然而，

德国夹具行业的核心技术分散在众多中小型企业，出于企业规模的原因多数中小型夹具公司将其业务重点放在德国及欧洲市场。这就增加了中国企业了解代表国际先进水平的德国夹具技术的难度。不能了解，就更谈不上使用了。有鉴于此，“中欧工业技术咨询”现阶段的一个工作重点就是将这些具有实用价值的夹具技术知识导入中国机械加工领域，为广大机械加工企业提供相应的技术咨询。同时，通过技术讲座的形式为中国企业培养目前极度缺乏的懂夹具技术的工艺人才。我们相信，在中国机械加工业建立起重视工艺重视夹具的理念之后，先进夹具技术在中国的应用一定会产生一个飞跃性的发展，中国的机械制造能力和水平也将随之提高，进而增强中国企业在国际市场上的竞争能力。让我们一起努力，促进这一天的早日到来!