“自我加工”提升平口鉗數(shù)控加工的裝卡效能

肖根先，李粉粉

(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院 機電工程學院，江蘇 徐州 221116)

平口鉗(見圖1)是一種通用夾具，其在較簡零件的數(shù)控加工中應(yīng)用廣泛，也常見于學校數(shù)控專業(yè)教學。常用于簡易零件加工及小批量多面零件的調(diào)整加工，但調(diào)整困難費時，效果也因人而異。本文采用“自我加工”的方法，提升其在數(shù)控加工中的裝卡效能。此處的“自我加工”是指在安裝工件前，先利用機床對已安裝于其上的夾具進行局部再加工，因夾具通?？梢暈闄C床的一部分，故稱之為“自我加工”。

圖1 數(shù)控機床上的平口鉗及其在本文中的坐標軸與方位關(guān)系

1 現(xiàn)有問題分析

數(shù)控加工常加工多面(含雙面，下同)零件，毛坯多為長方體。此時因需多次裝卡，平口鉗呈現(xiàn)出明顯的效能不足，主要有如下幾個方面。

1)調(diào)整校正難度大、耗時長，各面位置精度難以保證。其定位夾緊依靠2個鉗口，再無其他定位面，位置關(guān)系只能依賴裝卡中的調(diào)整校正，難度可想而知。調(diào)整用時及效果也因人而異，所加工的工件常出現(xiàn)正反兩面不平行、各面輪廓間位置偏差較大等問題。

2)數(shù)控加工多次裝卡時，因工件位置變化，原工件坐標系不能繼續(xù)使用，需由操機人員重新對刀建立坐標系，因而加大了勞動強度，增加了輔助用時，累積了人為誤差。

3)裝卡可靠性差。數(shù)控加工切削用量和切削力大，一旦裝夾不緊，易出現(xiàn)工件翹起，影響精度，甚至造成刀具、工件及人員損傷。

目前，解決上述問題常見的方法是針對平口鉗進行再設(shè)計[1-5]，包括液壓化[6-7]和自動化[8]，結(jié)構(gòu)上變動較大，效果也很好；但是，實現(xiàn)起來限制較多，成本較高，較難付諸實現(xiàn)。

2 效能提升方案

平口鉗效能不足的原因在于定位面少和缺少工件底部支承。而如果增加這些功能，不僅成本會提高，安裝到機床上時，還是無法避免會引入夾具安裝誤差。

2.1 創(chuàng)建定位面

打破常規(guī)看問題，要銑工件，先銑鉗口。將平口鉗在機床上安裝到位后，再銑削鉗口，鉗口開槽如圖2所示(僅畫出鉗口銜鐵，夾具體略去)。將鉗口擰緊對齊，以鉗口閉合線為刀位點進給路線，在閉合鉗口銜鐵上加工出前后對稱、接近鉗口寬度的凹槽，槽兩端垂直于閉合線進行對稱切削，做出較短的左右定位面。具體槽形和尺寸可以根據(jù)自身情況選擇，例如小零件，可以加工多個槽，1次裝卡多個工件；但應(yīng)保證工件夾持牢靠，建議槽單邊寬度和深度為3～5 mm。為保證加工精度，需精銑1次。銑削時，應(yīng)嚴格單軸進給。如此，便有了左右定位面A、前定位面B(其對邊作為夾緊面)和底部支承面C。由于這些面較小，精度較高，保證了定位及夾緊可靠的同時，三面交匯處過定位的負面作用可不予考慮[9]，且同時有利于提高局部裝卡剛度[10-11]。

圖2 鉗口開槽示意圖

2.2 裝卡效能提升分析

銑槽時，各槽邊、底是嚴格平行于機床的3個坐標軸，槽底平行于機床XY平面，故定位面與零件加工走刀方向完全一致，因采用“自我加工”方法，直接消除了夾具制造裝配誤差和夾具安裝誤差，故夾具本身引入的加工誤差幾可忽略。

針對平口鉗效能不足問題，采用“自我加工”方法效能分析如下：1)裝卡時，除第1個加工面外，只需依次將已加工面扣入槽口內(nèi)，靠C面托起，不需調(diào)整便可保證相對表面的平行關(guān)系，方便快捷；2)工件可向左右的A面靠緊，這樣機床上零件有了固定的3個坐標的位置，工件坐標系可1次對刀完成后，重復(fù)調(diào)用，省時省力，不累積對刀操作誤差；3)由于有了底部平面的可靠支承，工件也不易翻轉(zhuǎn)翹起。

理論上，上述方法可以使裝卡效能得到全面的提升。事實上，通過“自我加工”，平口鉗已經(jīng)變成了多面方坯零件的專用簡易夾具了，方坯零件尺寸差別不大時，夾具具有較好的通用性，無需經(jīng)常更換鉗口；另外，平口鉗鉗口一般可拆卸，如需復(fù)原和更換也容易，還可以自己制作鉗口，安裝到鉗體上，從而提高效能。

3 實例驗證

3.1 加工對象

圖3 加工對象剖面簡圖

3.2 加工過程

改良后平口鉗夾持加工示意圖如圖4所示。加工中由于凹槽提供了精準的Z向支承和定位作用，正面加工和翻面加工時，保證平行關(guān)系優(yōu)勢明顯，直接裝卡，省去了繁雜的調(diào)節(jié)鋪墊過程，驗證中工件并未靠緊圖2所示的左右A面，也未發(fā)生工件翹起等不良現(xiàn)象，表明工件夾持剛度足夠可靠。由于為考量夾持可靠性未靠緊A面，故通過中心孔對刀，完成除齒形外的所有加工(實際可選擇靠A面定位，省去1次對刀)。

圖4 改良后平口鉗夾持加工示意圖

3.3 加工結(jié)果

齒輪盤經(jīng)過雙面輪廓的加工，齒形采用快走絲線切割完成。最終產(chǎn)品照片如圖5所示。

圖5 齒輪雙面結(jié)構(gòu)形狀細節(jié)

實測尺寸10 mm的公差僅為(-0.01，0)，完全保證了加工要求。從照片也可以看出，零件雙面的形狀均完整對稱，雙面齒上倒角均勻，尺寸形位保證良好。

4 結(jié)語

本文基于現(xiàn)有平口鉗，利用數(shù)控機床，將已經(jīng)安裝到其上的平口鉗進行了“自我加工”，加工出了新的定位面，提升了其裝卡效能。該方法成本低，可操作性強，適用于方坯多面零件的加工。通過裝卡加工實例驗證表明，安裝定位無需調(diào)節(jié)校正，省時省力；加工中夾持牢靠，易于保證零件各面的位置關(guān)系；加工精度和效果較原裝卡方式提高明顯，是一種實用有效的方法，可供加工企業(yè)和學校數(shù)控教學參考。

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