Понимание приспособлений и оснасток: ключевые инструменты точного производства

Для тех, кто занимается производством или прототипированием, термины «приспособление» (jig) и «оснастка» (fixture) встречаются часто, особенно при рече о механической обработке — вычитающем производственном процессе для пластиковых и металлических деталей. Но что такое приспособления и оснастка, для чего они используются и почему они так важны?

Хотя их часто группируют вместе, эти два инструмента выполняют разные функции в производственном процессе и часто используются с разным производственным оборудованием. Оба помогают производить более точные и повторяемые детали, и оба могут быть изготовлены несколькими разными производственными техниками, но приспособления и оснастка остаются принципиально разными.

Эта статья служит введением для всех, кому нужно объяснение приспособлений и оснасток. Она рассмотрит основные различия между приспособлениями и оснастками, а также их основные применения и как их можно изготовить.

Что такое приспособления и оснастка?

Прежде чем переходить к конкретным атрибутам приспособлений и оснасток, мы должны отступить назад и задать более широкий вопрос: какого типа объекты являются приспособлениями и оснастками.

Мы можем считать оба этих предмета инструментами или элементами оснастки: приспособлениями, используемыми в изготовлении новых деталей, которые отличаются от производственного оборудования (например, ЧПУ-станок, 3D-принтер) и самих изготавливаемых деталей. (Другие примеры оснастки включают устройства для формовки материалов, такие как формы и штампы, и режущие инструменты, такие как сверла.)

Более конкретно, и приспособления, и оснастка — но особенно оснастка — можно рассматривать как устройства для закрепления заготовки: предметы, используемые для удержания заготовки (детали в процессе изготовления) стабильной и безопасной во время производства.

Что такое приспособление (jig)?

Начнем объяснение с приспособлений. Кратко: приспособление — это инструмент, используемый для контроля или направления движения режущего инструмента, такого как сверло (иногда одновременно удерживающего заготовку).

Зачем производители используют приспособления? Вводя инструмент, который точно направляет движение режущего инструмента, производитель может, например, гарантировать повторяемость: обеспечивая выполнение одного и того же реза в точно таком же месте на нескольких копиях детали. То же приспособление можно использовать снова и снова, получая один и тот же результат при каждом использовании.

Поскольку их цель — в основном направлять и управлять режущими инструментами, приспособления чаще всего используются для ручной работы, то есть ручной механической обработки и сверления. (ЧПУ-станки менее зависят от приспособлений, так как они спроектированы для обеспечения микронной точности без помощи; их режущие инструменты «направляются» компьютерными инструкциями.)

Типы приспособлений:

• Шаблонное приспособление (Template jig): Простое приспособление, которое можно наложить на заготовку, оно имеет отверстия, через которые можно направить режущий инструмент (например, сверло).
• Плитное приспособление (Plate jig): Похоже на шаблонное, но с втулками для сверла вместо простых отверстий.
• Угловая плита (Angle-plate jig): Используется для установки заготовки под углом для облегчения сверления, например, диагональных отверстий.
• Шарнирное приспособление (Leaf jig): Приспособление с шарнирным листом, который можно откидывать для быстрой загрузки или выгрузки.
• Диаметральное приспособление (Diameter jig): Используется для сверления круглых заготовок, которые нелегко зафиксировать в других типах приспособлений.

Что такое оснастка (fixture)?

Оснастка имеет несколько общих черт с приспособлениями, но ее цель принципиально иная. Единственная функция оснастки — держать заготовку стабильной и безопасной во время производства; оснастка — это устройство для закрепления заготовки в самом настоящем смысле.

Оснастка может выполнять несколько функций. Удерживая заготовку полностью зафиксированной, она обеспечивает точность и повторяемость. Она также может быть настроена для удержания заготовки под конкретным углом, позволяя режущим операциям в ряде направлений. Оснастка также минимизирует ошибки и гарантирует безопасность рабочих, предотвращая случайный выброс заготовки со стола. Как и приспособления, оснастка часто используется в операциях механической обработки.

Вы, скорее всего, увидите оснастку в использовании на ЧПУ-обрабатывающих центрах и другом автоматизированном производственном оборудовании. ЧПУ-станки могут направлять свои режущие инструменты без приспособлений, но они не будут работать правильно, если заготовку нельзя удержать надежно.

В то время как приспособления обычно фиксируются с помощью крепежей или даже удерживаются вручную оператором станка, оснастка имеет множество вариантов зажимания, включая гидравлические, пневматические и вакуумные системы для приложения необходимой силы.

Типы оснасток:

• Токарная оснастка (Turning fixture): Обычно устанавливается на шпиндель станка или лицевую плату, токарные оснастки полезны для более сложных деталей, изготавливаемых на токарном станке.
• Фрезерная оснастка (Milling fixture): Обычно закрепляется на столе с крепежами, эти оснастки позволяют выполнять различные фрезерные операции.
• Сверлильная оснастка (Drilling fixture): Состоит из отверстия и втулки, сверлильные оснастки иногда используются вместо (или в дополнение к) приспособлений.
• Шлифовальная оснастка (Grinding fixture): Используется для поддержки заготовки во время шлифовальных операций.

Разница между приспособлениями и оснастками

Приспособления и оснастка — это одно и то же? Нет, они не являются: хотя оба являются типами оснастки, используемой в производстве, и хотя они имеют некоторые общие черты, это разные объекты.

Главное различие между приспособлением и оснасткой в том, что приспособление играет какую-то роль в контроле положения или движения другого инструмента, обычно режущего, в то время как оснастка заботится о положении заготовки (куска материала, превращаемого в новую деталь).

Приспособление иногда выполняет две роли, контролируя положение и заготовки, и другого инструмента, в то время как оснастка выполняет одну.

На практике это означает, что приспособления и оснастка часто используются в разных ситуациях. Применение приспособлений часто встречается в ручной работе, где людям нужна помощь, чтобы переместить режущий инструмент в точную точку (чтобы обеспечить, что сверло делает отверстие именно в нужном месте, например). С другой стороны, применение оснасток встречается и в ручной, и в автоматизированной работе: режущие инструменты не всегда нуждаются в направлении, но заготовка всегда должна быть закреплена для обеспечения точности и безопасности.

Другие различия между приспособлениями и оснастками включают:

• Приспособления часто довольно легкие, в то время как оснастка должна быть достаточно тяжелой для обеспечения стабильности
• Приспособления можно удерживать вручную, в то время как оснастка механически закрепляется на столе
• Приспособления могут требовать более сложного дизайна, в то время как оснастка обычно более проста

Преимущества приспособлений и оснасток

Использование приспособлений и оснасток во время производства может привести к значительным выгодам в плане производства и качества деталей. Основные преимущества включают:

• Повышение производительности
• Исключение необходимости ручных измерений и выравнивания
• Последовательность и точность по нескольким деталям
• Снижение зависимости от ручных навыков становщика
• Снижение зависимости от постпроизводственных мер контроля качества
• Повышение безопасности для рабочих
• Позволяет становщику регулировать подачу и скорость для более быстрого производства

Компоненты приспособлений и оснасток

Приспособления и оснастка могут выглядеть как простые инструменты, но они обычно состоят из нескольких секций. Эти секции:

Тело (Body): Основная часть приспособления или оснастки — это тело, обычно цельный кусок металла, достаточно прочный для выдержки значительных сил.

Зажимные устройства (Clamping devices): Зажимные устройства приспособления или оснастки используются для удержания заготовки надежной и сопротивления режущим силам.

Устанавливающие устройства (Locating devices): Обычно изготовленные из закаленной стали, устанавливающие устройства, такие как пальцы, используются для размещения приспособления или оснастки в правильном месте.

Втулки (Bushings): Обычно изготовленные из инструментальной стали, втулки используются в некоторых приспособлениях для направления станочного инструмента в его работе.

Как изготавливать приспособления и оснастки

Существует несколько разных вариантов производства приспособлений и оснасток. В то время как ЧПУ-обработка доминировала какое-то время, 3D-печать теперь является жизнеспособной альтернативой.

Хотя материалы для приспособлений и оснасток обычно металл — более конкретно, стали, такие как углеродистые, мягкие и штамповочные стали — также жизнеспособно изготавливать пластиковые приспособления и оснастки, если требуются низкие зажимные силы. Нейлон — распространенный пластик, используемый в производстве приспособлений и оснасток.

Проекторные соображения

• Приспособления и оснастка должны быть защищены от ошибок для предотвращения ошибочной установки
• Стоимость производства должна быть меньше прогнозируемой экономии затрат
• Установочные точки должны быть четкими (и идеально регулируемыми) для минимизации простоя
• Зажимные компоновки не должны быть сложными
• Приспособления и оснастка должны быть достаточно прочными для использования, но достаточно легкими для легкой перевозки
• Инструменты должны иметь достаточное пространство
• Должно быть достаточное пространство для удаления стружки

ЧПУ-обработка приспособлений и оснасток

Лучше всего для: надежных стальных приспособлений и оснасток, простых геометрий

На данный момент ЧПУ-обработка является доминирующим методом изготовления приспособлений и оснасток. Это потому, что ЧПУ-обработка стоимоэффективна для малых партий (а приспособления и оснастка обычно изготавливаются индивидуально для конкретных деталей).

ЧПУ-обработанные приспособления и оснастки идеальны, когда они должны быть надежными, но не особенно сложными в геометрии. Большинство стальных приспособлений и оснасток изготавливаются ЧПУ-обработкой.

3D-печать приспособлений и оснасток

Лучше всего для: быстрых и пластиковых приспособлений и оснасток, сложных геометрий

3D-печать или аддитивное производство — альтернатива ЧПУ-обработке для быстрого изготовления приспособлений и оснасток. Как и ЧПУ-станки, 3D-принтеры эффективны при изготовлении единичных изделий.

3D-напечатанные приспособления и оснастки могут иметь более сложные геометрии, чем механически обработанные, и 3D-печать может быть более доступным вариантом для пластиковых приспособлений и оснасток (например, через SLS). В большинстве случаев, однако, механически обработанные приспособления и оснастки имеют превосходную прочность.