小零件加工的夹具使用与机床工艺

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夹具侠的用户风华老师为我们带来了受益匪浅的一堂课程，解答了小零件加工中夹具的使用问题，与机床刀具的配合问题，工艺的选择问题等。

关于目前在做什么

我目前在做的是一些手机小零部件的加工，对于夹具要求精度不是很高，能保证夹具的互换性、稳定性即可。但夹具的生产批量比较大，同一套夹具可能需要生产几百套。这样的话批量生产夹具中就会遇到一些问题，所以需要保证批量生产中的统一性，方便管理和制造生产。

图1 手机零部件

我们做小零件的时候夹具比较简单，太复杂的夹具会给加工带来更多不确定性。在批量生产中（如手机按键等零部件一天需要交数万的货），优先需要考虑保证夹具的稳定性。小零件夹具，零件本身尺寸比较小，定位夹紧机构设计困难，不采用液压系统。同时生产周期比较短，通常三个月左右需要对夹具进行更新换代，一般我们会采用机械锁紧机构，螺丝、压板、弹簧等。用气缸固定整块夹具板在工作台上，底座，气动的场合比较小。比较大的手机零件如手机壳需要用气动机构进行压紧。

比如手机摄像头是10mm左右的零件，固定位置有限，这类零件会全部加工出来。其他零件可能冲压粉末冶金做的胚料，胚料的精度不准，夹具固定位置非常有限。使用气缸的话效率高，但太小的气缸夹持力不够，太大的话加工的零件数量少。机床上做1个零件和20个零件，加上换刀时间效率会差很多。

我们做的零件多的优势就是在于加工时间会摊的比较少，包括换刀还有其他一些时间。虽然使用的钻攻机使用的刀具非常之多，有可能使用十多把，那我们只能通过在工作台上多装零件来减少这个换刀时间的浪费。像我们做按键的话，我们可以一次做出几百个零件出来。比如通常手机上那个音量键和电源键完成加工都不用一分钟一套，所以说效率是非常高的。

关于小零件夹具的设计方案

对于我们做手机小零部件这一行业的话，可能最快三个月需要更新换代，现在行业里面很多都采用一些比较低廉的材料用于制造。比如手机壳，基本上底座是固定的，然后换一个零件就把定位板换掉对应的，然后气缸调一下位置，这样减少夹具的生产周期和成本。

如果是通用型的零件，我们会采用第一套夹具的设计，然后后面的工艺根据这一套夹具进行排布。反正加工工艺基本上都是一样的，能通用的夹具尽量通用。因为这个行业的竞争很激烈，客户要求的交期非常短。有可能今天给图纸然后要求三天后交产品。而且我们本身工厂不具有具有做很大批量夹具的能力，这里只有加工中心跟车床。现做夹具的话，我们会用磨床还有其他一些机床。

线切割、热处理这块我们都是不具备的，如果是要外发的话，会有一个很长的周期。一套夹具可能会有很多零部件，像我们之前做一套夹具可能一两百个零部件。在零部件的制造周期上来说可能会比较长，供应商这一块可能会供不上货。因为你想一下，如果你是投入两百套夹具，从材料到组装完成，还要中间还要经过热处理，精加工等很多工序。

关于小零件的夹紧力选择

小零件这个夹紧力这块主要是几个方面。首先我们会给他增加一个工艺编，比如说一个按键是一套，但是我们会把这个零件排布在一整块板上分布，然后通过定位孔，用真空把它吸住进行切削。这样的话整板加工固定会非常有效，不会出现无法夹持的情况。从最开始就是一块板，到最后一个工序，我们会采用冲压或者是精雕切断成一个一个最后才组装。这样可以节约装夹时间，保证夹具有效的装夹与固定。

关于（不锈钢）多结构件的夹具设计

像手机其他一些结构件可能是不锈钢，结构很多的话，客户会开发粉末冶金，把金属不锈钢跟其他的粘结剂，还有一些辅助的东西用模具进行注塑，然后再真空烧结，最后进行整形，就跟塑胶塑料差不多，但是它在烧结的过程中，粘结剂会进行挥发，最后剩下金属。

这类零件在定位上和夹具设计上会稍微复杂一点。因为它本身烧结出来的胚料定位跟尺寸都不是很准，至少的说没有全部加工出来的精准。我们在设计这类夹具的时候可能对胚料的要求，定位的准确度这块比较难把握。特别是我们做的是外观件，比如手机摄像头需要做一圈高光的倒角，这个倒角不像普通零件去毛刺的角，外观上的要求会比较高。iPhone5的机身四周的倒角，如果左右偏了5个丝就会产生比较明显的不好看的视觉效果。如果是其他零件上差几个丝可能影响不大，但对于外观件，一般客户要求的话要控制在0.03毫米以内的公差，对配料的要求会非常非常的高。有些我们实在是无法完成的话，我们会使用一些比较复杂的手段，比如说使用在线测量。

图2 iPhone高光倒角

关于工艺的确定

对夹具来说，其实工艺更重要。通常在量产生产过程中我们会优先确定加工工艺，再根据加工顺序进行夹具设计。因为如果工艺不好的话会造成很大的浪费，比如效率达不到，刀具、机床耗损比较大的情况。做手机壳的话，如果做高光不用测量的话，可能报废率会更加高。因为一个手机壳到了最后两个高光的工序成本已经到了差不多一百多块钱，如果到最后一步报废的话，前面十几个工序都浪费掉了。

关于小零件的批量加工

对于零件来说通常我们把小的变大，化零为整，让小的集中在同一工艺连接料。否则采用单个加工效率会很低，夹具的设计会变复杂，同时装夹的操作人员难度增加，容易疲劳。通常我们采用工艺连接料，像手机上的一些按键，摄像头圈，卡托这种的话基本上都会把零件连起来，整板整板的做。这样加工效率，还有尺寸稳定方面会好很多。但是来料是单件设计的零件相对很复杂。要通过一些特殊的机构来加工，比如夹紧这一块，通常会采用一些弹簧机构，然后加斜度传动机构，再加上辅助装夹结构来共同完成。

关于加工过程中的工艺与工具管控

胚料生产的话要管控尺寸，首先夹具定位要精准，这是一个基础。然后是定位尺寸的管控，比如定位孔需要铰刀保证孔径，刀具重要尺寸的地方需要增加精光刀，用两到三把去加工。刀具寿命管控的话在机床上进行设置，比如加工到一千个的时候需要技术员进行换刀。很多时候尺寸的稳定性要通过全面验证，比如说我们要做cpk尺寸分析来验证我们制程中的稳定性，包括刀具、夹具，都要经过一个验证，还有每个工序之间这样做会有多大的影响。有些零件加工完会产生变形，做完前面工序那个尺寸可能是好的，后面的工序中导致变形。系数的话，要通过很多次验证才能够找出来，把前面的尺寸进行调整，到后面加工完，能够保证在公差范围之内。（更多的大牛经验分享，搜索夹具侠网站或者关注公众号jiajoin）

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