在大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術的推動下，智能制造儼然成為中國制造業(yè)轉型升級的“新動能”。如今，各行各業(yè)都在加速布局智能制造，夾具行業(yè)也不例外，只不過，對于夾具加工，智能制造提出了高要求。
變機械夾具為機電一體化夾具
現(xiàn)有的動力夾具絕大多數(shù)使用液壓或者氣動的驅動方式，無法實現(xiàn)對夾具的靈活控制。例如采用油缸驅動動力卡盤時，只能實現(xiàn)卡爪的夾緊和完全張開這兩個位置。而裝有伺服電機的電動驅動缸則可以通過機床的控制系統(tǒng)控制卡爪在其行程范圍內達到任意位置，大大提高卡盤的靈活性，實現(xiàn)對卡盤的智能控制。再如，在刀具夾持系統(tǒng)方面，德國羅邁研制的機電一體化的轉角式刀具夾頭不僅可以利用數(shù)控系統(tǒng)進行靈活控制，還能與移動通訊設備共同實現(xiàn)實時監(jiān)控。
圖1 純機械式角度頭與機電一體化角度頭（右）
機電一體化展示了機械加工系統(tǒng)的發(fā)展方向，從未來發(fā)展來看，動力夾具的驅動最終都會被易于控制的電動方式所取代。
變單一夾具為多功能夾具
開發(fā)適應多種類工件和多工況的夾具，能最大限度減少夾具更換次數(shù)。以車削加工中最常見的卡盤為例，正是因為工件形狀各不相同，所以卡盤的種類眾多，二爪卡盤、三爪卡盤、四爪卡盤、六爪卡盤……如果一臺車床需要頻繁更換卡盤，那智能制造就無從談起。
而四爪浮動定心卡盤就實現(xiàn)了既可以夾持圓形工件，也可以夾持長寬各不相同的矩形工件，覆蓋二爪、三爪、四爪卡盤的功能。此外，在夾持薄壁工件時，工件的變形量可以減小到三爪卡盤夾持時的三分之一以下，所以也特別適合薄壁工件的加工。如果在這種卡盤上使用浮動爪，則可以實現(xiàn)對工件的八點夾持(如圖2 )。這時，工件的變形量比六爪卡盤夾持時還要小。
再如為了解決各種形狀薄壁空間曲面工件的夾持難題而被研發(fā)出來的點陣式柔性夾持系統(tǒng)，能夠自動適應不同工件的曲面形狀，實現(xiàn)工件的快速夾持。
變有效——增強夾具加工有效性
夾具的加工有效性是指能夠可靠地夾持工件，同時不能妨礙加工的進行，它直接影響了加工工藝的優(yōu)劣。以銑削加工中的五面加工為例，要求工件一次夾緊的情況下實現(xiàn)五個面的加工，但是使用傳統(tǒng)夾具時由于夾持面過大，五面加工往往難以實現(xiàn)。德國LANG公司的咬合式虎鉗展示了一個很好的解決方案，只占據(jù)工件3mm夾持高度，就能可靠夾緊工件并無障礙地對工件進行五面加工。
在車削加工中也常常遇到類似的問題：例如工件被卡盤夾持的部位需要進行掉頭加工，這對加工精度和效率都有明顯影響。此時采用“頂尖+驅動頂尖”的方案(如圖5)，一次夾緊即可實現(xiàn)工件的全長加工。
如今驅動頂尖技術日趨成熟，已成為被車削加工和磨削加工中最有效的夾具之一，解決了大批軸類件的高效加工問題。
變“快”——發(fā)展夾具快換技術
雖然我們有方法研發(fā)制造出功能更強的夾具，但是“萬能夾具”是不存在的。因此在智能制造系統(tǒng)中，如何快速更換夾具就成為一個重要的課題。夾具快換技術近年來有了極大的發(fā)展，在銑削加工和車削加工中都有成功應用，其中有一些已經邁向了智能制造的門檻。
例如，德國LANG公司的“Robo•Shelf”系統(tǒng)將機器人技術，夾具快換技術和咬合式夾持技術有機地結合起來，構成加工中心進行五面加工的自動上下料單元。在該系統(tǒng)的料庫中可以放置不同工件毛坯，加工中心通過對工件的識別選擇運行不同的加工程序，實現(xiàn)工件的單件和小批量生產?？梢韵胂?，這種單元經過進一步完善，可以成為未來智能制造系統(tǒng)中的一種基本單元。
結語
現(xiàn)有的夾具技術雖然還不能滿足智能制造的要求，但從上述先進夾具技術特征的變化，似乎已經能窺探出未來智能制造下夾具技術的發(fā)展方向。智能制造是未來的一大愿景，在制造技術的發(fā)展中，不變的理念為：機械加工的核心問題是工藝問題，重視這一問題，才能朝著智能制造的方向穩(wěn)步邁進。
（原標題：智能制造浪潮下 夾具技術的變與不變）
