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    1. 3R夾具工藝基準系統的應用

      日期: 2021-11-26  來源:  點擊數:  

      0 引 言


      3R是減量化(reducing)、再利用(reusing)和再循環(recycling)3種原則的簡稱,1959年由英國學者提出,隨后逐漸被世界科技工作者認同與采用。3R夾具是在3R原則上延伸制造的輔助性夾具,具有良好的工藝性,便于加工、調整、裝配和檢驗,降低了工件的生產成本,且工件裝卸方便快速,定位準確,縮短了安裝時間,提高了生產效率。


      3R夾具基準系統經過校準后,可以快速定位工件,節省找正時間用于加工工件,并能將電極或工件穩固地夾持在機床的工作區,通過統一的3R基準片接口,使電極或工件在每道工序的機床上實現1 min換裝。


      1 傳統制造工藝分析


      1.1 材料分析


      隨形定位工裝如圖1所示,材料為聚丙烯(PP),是一種無色、無臭、無毒、半透明的熱塑性合成樹脂,具有耐化學性、耐熱性、電絕緣性、高強度力學性能和高耐磨性能。該材料不具備導電性,只能采用數控銑床加工,而聚丙烯強度低于鋼材,數控銑床采用虎鉗裝夾容易使待成形工裝變形,產生切應力,工裝加工完成后因應力釋放而產生變形。在考慮應力的情況下,聚丙烯工裝的公差為±0.05 mm。


      圖1   隨形定位工裝


      1.2 制造工藝分析


      該工裝重點尺寸為(見圖1):①型腔曲面公差為±0.02 mm;②定位腰型孔公差為±0.005 mm;③槽距工件底面尺寸(20±0.01)mm。既要保證工裝夾具與工件接觸面尺寸相對位置精度,也要保證重點尺寸的公差,如圖2所示。


      圖2   定位工裝


      1.3 制造難點分析


      經分析隨形定位工裝制造難點主要如下。


      (1)材料加工難度大。聚丙烯材料較軟,裝夾容易變形,精銑完成后工件釋放應力也容易變形。


      (2)定位腰型孔過深,精銑時銑刀工作長度過長,加工過程中銑刀震動過大。如果翻面精銑定位腰型孔則容易造成基準不統一,工作面與定位孔相對位置產生偏差,且工件材料為聚丙烯,不導電,不能使用慢走絲加工。


      (3)尺寸及位置精度要求高,如型腔曲面一般公差為±0.02 mm,定位腰型孔公差為±0.005 mm等。


      綜上所述,使用傳統數控銑床制造隨形定位工裝存在許多弊端,如多次裝夾容易造成加工誤差累積,加工難度大,不易裝夾,相對位置精度不能保證,對操作人員熟練度要求較高等。


      2 使用3R夾具的制造工藝


      3R夾具原理如圖3所示,其定位片與定位棱柱體僅以線接觸,卡盤的棱柱定位齒插入定位片預定位,夾緊后定位片產生彈性變形,柔性定位片清理切屑,接觸面最小化使切屑和微粒的影響減至最小。


      圖3   3R夾具原理


      2.1 工藝基準的制定


      通過對隨形定位工裝的結構分析,確定加工基準面與工藝臺階位置,使待成形工裝與工藝臺階連接面盡可能設在不影響使用的輔助面上,并使用UG NX 12.0軟件建立模型,如圖4所示。


      圖4   模型結構


      2.2 毛坯尺寸確認


      在確認工裝外形及工藝臺階后,使用UG NX創建方塊命令,包容工裝及工藝臺階形成包容塊,制作毛坯時將工裝及工藝臺階最大外形尺寸單面加工余量設置0.5 mm(見圖5)。因鋸床下料時尺寸偏差較大,所以下料時可適量放大毛坯余量,完成后使用臺鉆加工與3R基準片連接的螺紋底孔,與3R基準片安裝連接狀態如圖6所示。


      圖5   毛坯尺寸


      圖6   毛坯與3R基準片連接


      2.3 加工制造


      校準3R夾具基座基準后,毛坯直接與3R基準片連接,因加工基準為3R基準片中心(見圖7),毛坯由3R基準片傳遞達到使用同一基準快速裝夾、轉換的目的。當一個工作面加工完成后,只需拆卸基準片旋轉至另一個需加工的工作面,然后鎖緊基準片即可直接繼續加工,不需要重新找正基準。隨形定位工裝加工完成后效果如圖8所示。


      圖7   制造基準


      圖8   加工實物


      2.4 3R夾具的優勢


      使用3R夾具對工件進行加工制造,主要有以下4個特點。


      (1)3R夾具保證工裝的重復定位精度為2 μm。從源頭上控制累積誤差,保持機床和工件(電極)精度相等。


      (2)統一的坐標零點基準。無需再次校正,大幅降低機床停機時間,使設備利用率達到最高。


      (3)標準化的接口。實現銑削、鉆銷、車銷、磨削、電火花等不同加工類型機床之間的高精度、高效率轉換。


      (4)急件加工。固定的基準點和系統的重復精度,可以中斷工件加工,運走托板,完成急件加工,隨后繼續對未加工完的工件加工,無需校正或再調整。


      3 結束語


      3R夾具在實際加工運用中,將企業常用的數控、數顯機床,包括立式/臥式加工中心、數控車床、坐標鏜床、坐標磨床、電火花機床、線切割機床、慢走絲機床、三坐標測量機等連接成統一的基準平臺,集成為一個柔性的制造系統,縮短生產準備周期,提高生產效率,降低生產成本,提高企業競爭力。并且3R系統有適用于模具行業小型零件加工的Macro、Refix等系統,還有適用于裝備行業的Delphin Big大型工件定位系統,最大工件承重量可達10 t。不論模具和零件大小,3R夾具都能滿足工件正常切削加工和強力切削加工的需要。


      原文作者:楊金健林靜財 劉健曾杰 作者單位:成都宏明雙新科技股份有限公司


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