產品加工機床與夾具效用的數據分析
關鍵字：高級計劃排程 多品種小批量 數據分析 夾具與機床的效用
摘要：多品種小批量生產是企業為適應消費者的多樣化需求而采取的生產方式，為了加快工業化進程，大力發展智能制造設備中的數控機床的同時對夾具提出了更高的要求。高級計劃排程系統不僅是解決多品種小批量生產模式的完美工具，同時借助高級計劃排程的歷史運行方案數據，結合數據分析模型和算法解決了機床加工產品的最佳夾具效用，對夾具的改進有重要的指導意義。
1、多品種小批量生產模式
多品種小批量生產是企業為適應消費者的多樣化需求而采取的生產方式，它有效率低、成本高、不易流水作業的弊端。企業可通過改變生產組織及生產流程，改造生產設備、工裝，以及加強生產現場環境等方法實現柔性生產，提高生產效率、降低生產成本，從中獲利。過去，多品種小批量生產是中小企業采取的主要生產方式，但是隨著消費者需求的多元化，現在大企業也不得不采取這種生產方式，多品種小批量生產已成為時下眾多企業的主要生產方式。
2、智能制造設備數控機床
目前，世界先進制造技術不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術的應用，柔性制造系統的迅速發展和計算機集成系統的不斷成熟，對數控加工技術提出了更高的要求。我國當前在數控機床中常用的夾具有組合夾具、成組夾具、自動化夾具、數控機床夾具等，每種夾具都有各自的特點。隨著現代制造業對加工精度、加工速度等的要求越來越高，使得數控機床夾具也面臨更新換代的要求，因此設計先進的數控機床夾具以使之可以適應現代加工的需要，成為當前機械加工行業關注的重點。
3、數控機床的夾具
隨著機械加工行業的飛速發展，數控機床得到了廣泛的應用，數控機床的加工精度更高、加工速度快、加工產品的轉換容易實現，自動化程度較高，適合用在多種不同規格、種類工件的加工以及高精度、多工序、小批量工件的加工等，在數控機床中，對夾具提出了更高的要求：首先，夾具要具備高精度加工的要求，并且能夠做到自身的快速更換以及夾具對加工工件的快速裝夾，其次，夾具應具有良好的敞開性和機動性，機床坐標系中坐標關系明確，數據簡單，便于坐標的轉換計算；最后，部分數控機床要求相應夾具還需要具備協助刀具的自動對刀的功能。
4、高級計劃排程系統中產品加工機床與夾具的設置
案例描述：
某企業有2000多種產品，產品經過一系列數控機床加工而最終產生成品。每個數控機床都配套有多種夾具和工裝來加工不同的產品。其中夾具和工裝種類大概有2萬種，企業一方面對車間計劃調度比較頭疼，另一方面對產品加工過程中機床與夾具的配套效用管理不知所措，需要高級計劃排程系統作為輔助工具。
產品加工工序以及加工設備結構示意圖
高級計劃排程系統對產品加工機床與夾具的選擇方案
產品工序加工機床與夾具的選擇方案
高級計劃排程系統確定機床與夾具的建模已經完成，那么在實際運行過程中，企業根據各自的業務確定訂單的優先排程順序經過一段時間的運行，得到產品工藝路線中各個工序對應機床的各個夾具的制造時間。為下一步產品，機床與夾具效用最大化給出數據積累。
5、產品、機床、夾具的最佳效用數據分析
同樣一款機床，為何生產效率卻相差好幾倍？得出的結論是：數控機床選用的夾具不合適，從而使數控機床的生產效率大幅降低。如何提高數控機床利用率？通過技術分析，夾具的使用有很大的關系。
據不完全統計，國內企業數控機床選用夾具不合理的比例高達50%以上。至2010年底，中國數控機床保有量近一百萬臺，也就是說有50萬臺以上的數控機床由于夾具選擇不合理或應用不當，而出現了“窩工”現象；從另外一個角度來講，在數控機床夾具的選擇與應用上大有文章可做，因為其中蘊含枱可觀的潛在經濟效益。
解決產品加工機床以及最佳夾具的數據模型
產品加工機床與夾具最佳效用數據模型
產品加工機床與夾具最佳效用的可選擇算法
6、數據機床夾具的指導意義
（1）標準化
數控機床夾具在實現通用性的前提下，為降低夾具本身的成本，應當朝著標準化的方向發展，即應當在現行的國家通用夾具、組合夾具的基礎上，制定適合所有種類夾具的加工標準，使機床夾具成為一種標準化機床配套設備，有利于促進機床夾具本身的商品化和規?；a，降低夾具自身成本。
（2）精密化
隨著社會各行業對機械加工產品的精度要求越來越高，就要求數控機床夾具要向著高精密化的方向發展，夾具的精密化主要體現在夾具結構的設計上，當前較為精密的夾具結構有三爪自定心卡盤、多齒盤等等，在對夾具進行結構設計時要充分發揮主觀能動性，以實現機械加工向著更高精度的方向發展。
（3）高效化
隨著現代機械加工行業競爭日益激烈，要求機械加工企業要最大限度提高工作效率，因此對數控機床夾具也提出了更高的要求，首先作為機床夾具要能適應高速
加工的要求，并最大程度降低夾具的輔助時間，以提高機床的勞動生產率，保持加工的連續性和安全生產，用機械來代替人力，大大降低了工人的勞動負荷。例如在
高速車床上采用三爪自定心卡盤夾緊工件，可以適應將近每分鐘一萬轉的高轉速加工條件，又如采用電動虎鉗來對工件裝夾，比人工裝夾效率提高5倍以上，大大提高了機械加工的生產效率，有利于實現企業的利潤目標。
（4）柔性化
夾具的柔性化就是通過對夾具的結構進行科學設計，將不可拆卸機構改造成可拆卸機構，使之可以通過自身的組合、調整來滿足各種工藝的需求，各種組合夾
具、成組夾具都是柔性化的代表，然而隨著現代機械加工的高精度和高速度需求，簡單的柔性化設計已經顯得力不從心，因此要設計出結構更加合理、精度更高、并
且可自動拆卸、更換夾具可拆卸部分將會大大提高夾具的工作效率，從而為現代加工提供更好的支持。
結語
綜上所述，隨著現代加工制造行業對工件制造的要求越來越高，數控機床夾具正在朝著標準化、精密化、高效化、柔性化的方向發展，并且可以預見，隨著科技的發展還會出現更為先進的機床夾具，因此作為夾具設計人員，要充分發揮創造性思維，不斷設計出符合現代加工理念的機床夾具，促進加工行業的穩步發展。
