产品加工机床与夹具效用的数据分析
关键字：高级计划排程 多品种小批量 数据分析 夹具与机床的效用
摘要：多品种小批量生产是企业为适应消费者的多样化需求而采取的生产方式，为了加快工业化进程，大力发展智能制造设备中的数控机床的同时对夹具提出了更高的要求。高级计划排程系统不仅是解决多品种小批量生产模式的完美工具，同时借助高级计划排程的历史运行方案数据，结合数据分析模型和算法解决了机床加工产品的最佳夹具效用，对夹具的改进有重要的指导意义。
1、多品种小批量生产模式
多品种小批量生产是企业为适应消费者的多样化需求而采取的生产方式，它有效率低、成本高、不易流水作业的弊端。企业可通过改变生产组织及生产流程，改造生产设备、工装，以及加强生产现场环境等方法实现柔性生产，提高生产效率、降低生产成本，从中获利。过去，多品种小批量生产是中小企业采取的主要生产方式，但是随着消费者需求的多元化，现在大企业也不得不采取这种生产方式，多品种小批量生产已成为时下众多企业的主要生产方式。
2、智能制造设备数控机床
目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。我国当前在数控机床中常用的夹具有组合夹具、成组夹具、自动化夹具、数控机床夹具等，每种夹具都有各自的特点。随着现代制造业对加工精度、加工速度等的要求越来越高，使得数控机床夹具也面临更新换代的要求，因此设计先进的数控机床夹具以使之可以适应现代加工的需要，成为当前机械加工行业关注的重点。
3、数控机床的夹具
随着机械加工行业的飞速发展，数控机床得到了广泛的应用，数控机床的加工精度更高、加工速度快、加工产品的转换容易实现，自动化程度较高，适合用在多种不同规格、种类工件的加工以及高精度、多工序、小批量工件的加工等，在数控机床中，对夹具提出了更高的要求：首先，夹具要具备高精度加工的要求，并且能够做到自身的快速更换以及夹具对加工工件的快速装夹，其次，夹具应具有良好的敞开性和机动性，机床坐标系中坐标关系明确，数据简单，便于坐标的转换计算；最后，部分数控机床要求相应夹具还需要具备协助刀具的自动对刀的功能。
4、高级计划排程系统中产品加工机床与夹具的设置
案例描述：
某企业有2000多种产品，产品经过一系列数控机床加工而最终产生成品。每个数控机床都配套有多种夹具和工装来加工不同的产品。其中夹具和工装种类大概有2万种，企业一方面对车间计划调度比较头疼，另一方面对产品加工过程中机床与夹具的配套效用管理不知所措，需要高级计划排程系统作为辅助工具。
产品加工工序以及加工设备结构示意图
高级计划排程系统对产品加工机床与夹具的选择方案
产品工序加工机床与夹具的选择方案
高级计划排程系统确定机床与夹具的建模已经完成，那么在实际运行过程中，企业根据各自的业务确定订单的优先排程顺序经过一段时间的运行，得到产品工艺路线中各个工序对应机床的各个夹具的制造时间。为下一步产品，机床与夹具效用最大化给出数据积累。
5、产品、机床、夹具的最佳效用数据分析
同样一款机床，为何生产效率却相差好几倍？得出的结论是：数控机床选用的夹具不合适，从而使数控机床的生产效率大幅降低。如何提高数控机床利用率？通过技术分析，夹具的使用有很大的关系。
据不完全统计，国内企业数控机床选用夹具不合理的比例高达50%以上。至2010年底，中国数控机床保有量近一百万台，也就是说有50万台以上的数控机床由于夹具选择不合理或应用不当，而出现了“窝工”现象；从另外一个角度来讲，在数控机床夹具的选择与应用上大有文章可做，因为其中蕴含枱可观的潜在经济效益。
解决产品加工机床以及最佳夹具的数据模型
产品加工机床与夹具最佳效用数据模型
产品加工机床与夹具最佳效用的可选择算法
6、数据机床夹具的指导意义
（1）标准化
数控机床夹具在实现通用性的前提下，为降低夹具本身的成本，应当朝着标准化的方向发展，即应当在现行的国家通用夹具、组合夹具的基础上，制定适合所有种类夹具的加工标准，使机床夹具成为一种标准化机床配套设备，有利于促进机床夹具本身的商品化和规模化生产，降低夹具自身成本。
（2）精密化
随着社会各行业对机械加工产品的精度要求越来越高，就要求数控机床夹具要向着高精密化的方向发展，夹具的精密化主要体现在夹具结构的设计上，当前较为精密的夹具结构有三爪自定心卡盘、多齿盘等等，在对夹具进行结构设计时要充分发挥主观能动性，以实现机械加工向着更高精度的方向发展。
（3）高效化
随着现代机械加工行业竞争日益激烈，要求机械加工企业要最大限度提高工作效率，因此对数控机床夹具也提出了更高的要求，首先作为机床夹具要能适应高速
加工的要求，并最大程度降低夹具的辅助时间，以提高机床的劳动生产率，保持加工的连续性和安全生产，用机械来代替人力，大大降低了工人的劳动负荷。例如在
高速车床上采用三爪自定心卡盘夹紧工件，可以适应将近每分钟一万转的高转速加工条件，又如采用电动虎钳来对工件装夹，比人工装夹效率提高5倍以上，大大提高了机械加工的生产效率，有利于实现企业的利润目标。
（4）柔性化
夹具的柔性化就是通过对夹具的结构进行科学设计，将不可拆卸机构改造成可拆卸机构，使之可以通过自身的组合、调整来满足各种工艺的需求，各种组合夹
具、成组夹具都是柔性化的代表，然而随着现代机械加工的高精度和高速度需求，简单的柔性化设计已经显得力不从心，因此要设计出结构更加合理、精度更高、并
且可自动拆卸、更换夹具可拆卸部分将会大大提高夹具的工作效率，从而为现代加工提供更好的支持。
结语
综上所述，随着现代加工制造行业对工件制造的要求越来越高，数控机床夹具正在朝着标准化、精密化、高效化、柔性化的方向发展，并且可以预见，随着科技的发展还会出现更为先进的机床夹具，因此作为夹具设计人员，要充分发挥创造性思维，不断设计出符合现代加工理念的机床夹具，促进加工行业的稳步发展。
