摘要：多品種小批量生產(chǎn)是企業(yè)為適應(yīng)消費(fèi)者的多樣化需求而采取的生產(chǎn)方式，為了加快工業(yè)化進(jìn)程，大力發(fā)展智能制造設(shè)備中的數(shù)控機(jī)床的同時(shí)對(duì)夾具提出了更高的要求。高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)不僅是解決多品種小批量生產(chǎn)模式的完美工具，同時(shí)借助高級(jí)計(jì)劃排程的歷史運(yùn)行方案數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析模型和算法解決了機(jī)床加工產(chǎn)品的最佳夾具效用，對(duì)夾具的改進(jìn)有重要的指導(dǎo)意義。

1、多品種小批量生產(chǎn)模式

多品種小批量生產(chǎn)是企業(yè)為適應(yīng)消費(fèi)者的多樣化需求而采取的生產(chǎn)方式，它有效率低、成本高、不易流水作業(yè)的弊端。企業(yè)可通過改變生產(chǎn)組織及生產(chǎn)流程，改造生產(chǎn)設(shè)備、工裝，以及加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等方法實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，從中獲利。過去，多品種小批量生產(chǎn)是中小企業(yè)采取的主要生產(chǎn)方式，但是隨著消費(fèi)者需求的多元化，現(xiàn)在大企業(yè)也不得不采取這種生產(chǎn)方式，多品種小批量生產(chǎn)已成為時(shí)下眾多企業(yè)的主要生產(chǎn)方式。

2、智能制造設(shè)備數(shù)控機(jī)床

目前，世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。我國(guó)當(dāng)前在數(shù)控機(jī)床中常用的夾具有組合夾具、成組夾具、自動(dòng)化夾具、數(shù)控機(jī)床夾具等，每種夾具都有各自的特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)加工精度、加工速度等的要求越來越高，使得數(shù)控機(jī)床夾具也面臨更新?lián)Q代的要求，因此設(shè)計(jì)先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床夾具以使之可以適應(yīng)現(xiàn)代加工的需要，成為當(dāng)前機(jī)械加工行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

3、數(shù)控機(jī)床的夾具

隨著機(jī)械加工行業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的加工精度更高、加工速度快、加工產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換容易實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化程度較高，適合用在多種不同規(guī)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(shù)控機(jī)床中，對(duì)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(duì)加工工件的快速裝夾，其次，夾具應(yīng)具有良好的敞開性和機(jī)動(dòng)性，機(jī)床坐標(biāo)系中坐標(biāo)關(guān)系明確，數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單，便于坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換計(jì)算；最后，部分?jǐn)?shù)控機(jī)床要求相應(yīng)夾具還需要具備協(xié)助刀具的自動(dòng)對(duì)刀的功能。

4、高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)中產(chǎn)品加工機(jī)床與夾具的設(shè)置

案例描述：

某企業(yè)有2000多種產(chǎn)品，產(chǎn)品經(jīng)過一系列數(shù)控機(jī)床加工而最終產(chǎn)生成品。每個(gè)數(shù)控機(jī)床都配套有多種夾具和工裝來加工不同的產(chǎn)品。其中夾具和工裝種類大概有2萬種，企業(yè)一方面對(duì)車間計(jì)劃調(diào)度比較頭疼，另一方面對(duì)產(chǎn)品加工過程中機(jī)床與夾具的配套效用管理不知所措，需要高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)作為輔助工具。

產(chǎn)品加工工序以及加工設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品加工機(jī)床與夾具的選擇方案

產(chǎn)品工序加工機(jī)床與夾具的選擇方案

高級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)確定機(jī)床與夾具的建模已經(jīng)完成，那么在實(shí)際運(yùn)行過程中，企業(yè)根據(jù)各自的業(yè)務(wù)確定訂單的優(yōu)先排程順序經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，得到產(chǎn)品工藝路線中各個(gè)工序?qū)?yīng)機(jī)床的各個(gè)夾具的制造時(shí)間。為下一步產(chǎn)品，機(jī)床與夾具效用最大化給出數(shù)據(jù)積累。

5、產(chǎn)品、機(jī)床、夾具的最佳效用數(shù)據(jù)分析

同樣一款機(jī)床，為何生產(chǎn)效率卻相差好幾倍？得出的結(jié)論是：數(shù)控機(jī)床選用的夾具不合適，從而使數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率大幅降低。如何提高數(shù)控機(jī)床利用率？通過技術(shù)分析，夾具的使用有很大的關(guān)系。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)企業(yè)數(shù)控機(jī)床選用夾具不合理的比例高達(dá)50%以上。至2010年底，中國(guó)數(shù)控機(jī)床保有量近一百萬臺(tái)，也就是說有50萬臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床由于夾具選擇不合理或應(yīng)用不當(dāng)，而出現(xiàn)了“窩工”現(xiàn)象；從另外一個(gè)角度來講，在數(shù)控機(jī)床夾具的選擇與應(yīng)用上大有文章可做，因?yàn)槠渲刑N(yùn)含枱可觀的潛在經(jīng)濟(jì)效益。

解決產(chǎn)品加工機(jī)床以及最佳夾具的數(shù)據(jù)模型

產(chǎn)品加工機(jī)床與夾具最佳效用數(shù)據(jù)模型

產(chǎn)品加工機(jī)床與夾具最佳效用的可選擇算法

6、數(shù)據(jù)機(jī)床夾具的指導(dǎo)意義

（1）標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)控機(jī)床夾具在實(shí)現(xiàn)通用性的前提下，為降低夾具本身的成本，應(yīng)當(dāng)朝著標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，即應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)行的國(guó)家通用夾具、組合夾具的基礎(chǔ)上，制定適合所有種類夾具的加工標(biāo)準(zhǔn)，使機(jī)床夾具成為一種標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)床配套設(shè)備，有利于促進(jìn)機(jī)床夾具本身的商品化和規(guī)?；a(chǎn)，降低夾具自身成本。

（2）精密化

隨著社會(huì)各行業(yè)對(duì)機(jī)械加工產(chǎn)品的精度要求越來越高，就要求數(shù)控機(jī)床夾具要向著高精密化的方向發(fā)展，夾具的精密化主要體現(xiàn)在夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，當(dāng)前較為精密的夾具結(jié)構(gòu)有三爪自定心卡盤、多齒盤等等，在對(duì)夾具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工向著更高精度的方向發(fā)展。

（3）高效化

隨著現(xiàn)代機(jī)械加工行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，要求機(jī)械加工企業(yè)要最大限度提高工作效率，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床夾具也提出了更高的要求，首先作為機(jī)床夾具要能適應(yīng)高速加工的要求，并最大程度降低夾具的輔助時(shí)間，以提高機(jī)床的勞動(dòng)生產(chǎn)率，保持加工的連續(xù)性和安全生產(chǎn)，用機(jī)械來代替人力，大大降低了工人的勞動(dòng)負(fù)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(yīng)將近每分鐘一萬轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速加工條件，又如采用電動(dòng)虎鉗來對(duì)工件裝夾，比人工裝夾效率提高5倍以上，大大提高了機(jī)械加工的生產(chǎn)效率，有利于實(shí)現(xiàn)企業(yè)的利潤(rùn)目標(biāo)。

（4）柔性化

夾具的柔性化就是通過對(duì)夾具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，將不可拆卸機(jī)構(gòu)改造成可拆卸機(jī)構(gòu)，使之可以通過自身的組合、調(diào)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(xiàn)代機(jī)械加工的高精度和高速度需求，簡(jiǎn)單的柔性化設(shè)計(jì)已經(jīng)顯得力不從心，因此要設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更加合理、精度更高、并且可自動(dòng)拆卸、更換夾具可拆卸部分將會(huì)大大提高夾具的工作效率，從而為現(xiàn)代加工提供更好的支持。

結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代加工制造行業(yè)對(duì)工件制造的要求越來越高，數(shù)控機(jī)床夾具正在朝著標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化、柔性化的方向發(fā)展，并且可以預(yù)見，隨著科技的發(fā)展還會(huì)出現(xiàn)更為先進(jìn)的機(jī)床夾具，因此作為夾具設(shè)計(jì)人員，要充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，不斷設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)代加工理念的機(jī)床夾具，促進(jìn)加工行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。