“自我加工”提升平口钳数控加工的装卡效能

肖根先，李粉粉

(江苏建筑职业技术学院 机电工程学院，江苏 徐州 221116)

平口钳(见图1)是一种通用夹具，其在较简零件的数控加工中应用广泛，也常见于学校数控专业教学。常用于简易零件加工及小批量多面零件的调整加工，但调整困难费时，效果也因人而异。本文采用“自我加工”的方法，提升其在数控加工中的装卡效能。此处的“自我加工”是指在安装工件前，先利用机床对已安装于其上的夹具进行局部再加工，因夹具通常可视为机床的一部分，故称之为“自我加工”。

图1 数控机床上的平口钳及其在本文中的坐标轴与方位关系

1 现有问题分析

数控加工常加工多面(含双面，下同)零件，毛坯多为长方体。此时因需多次装卡，平口钳呈现出明显的效能不足，主要有如下几个方面。

1)调整校正难度大、耗时长，各面位置精度难以保证。其定位夹紧依靠2个钳口，再无其他定位面，位置关系只能依赖装卡中的调整校正，难度可想而知。调整用时及效果也因人而异，所加工的工件常出现正反两面不平行、各面轮廓间位置偏差较大等问题。

2)数控加工多次装卡时，因工件位置变化，原工件坐标系不能继续使用，需由操机人员重新对刀建立坐标系，因而加大了劳动强度，增加了辅助用时，累积了人为误差。

3)装卡可靠性差。数控加工切削用量和切削力大，一旦装夹不紧，易出现工件翘起，影响精度，甚至造成刀具、工件及人员损伤。

目前，解决上述问题常见的方法是针对平口钳进行再设计[1-5]，包括液压化[6-7]和自动化[8]，结构上变动较大，效果也很好；但是，实现起来限制较多，成本较高，较难付诸实现。

2 效能提升方案

平口钳效能不足的原因在于定位面少和缺少工件底部支承。而如果增加这些功能，不仅成本会提高，安装到机床上时，还是无法避免会引入夹具安装误差。

2.1 创建定位面

打破常规看问题，要铣工件，先铣钳口。将平口钳在机床上安装到位后，再铣削钳口，钳口开槽如图2所示(仅画出钳口衔铁，夹具体略去)。将钳口拧紧对齐，以钳口闭合线为刀位点进给路线，在闭合钳口衔铁上加工出前后对称、接近钳口宽度的凹槽，槽两端垂直于闭合线进行对称切削，做出较短的左右定位面。具体槽形和尺寸可以根据自身情况选择，例如小零件，可以加工多个槽，1次装卡多个工件；但应保证工件夹持牢靠，建议槽单边宽度和深度为3～5 mm。为保证加工精度，需精铣1次。铣削时，应严格单轴进给。如此，便有了左右定位面A、前定位面B(其对边作为夹紧面)和底部支承面C。由于这些面较小，精度较高，保证了定位及夹紧可靠的同时，三面交汇处过定位的负面作用可不予考虑[9]，且同时有利于提高局部装卡刚度[10-11]。

图2 钳口开槽示意图

2.2 装卡效能提升分析

铣槽时，各槽边、底是严格平行于机床的3个坐标轴，槽底平行于机床XY平面，故定位面与零件加工走刀方向完全一致，因采用“自我加工”方法，直接消除了夹具制造装配误差和夹具安装误差，故夹具本身引入的加工误差几可忽略。

针对平口钳效能不足问题，采用“自我加工”方法效能分析如下：1)装卡时，除第1个加工面外，只需依次将已加工面扣入槽口内，靠C面托起，不需调整便可保证相对表面的平行关系，方便快捷；2)工件可向左右的A面靠紧，这样机床上零件有了固定的3个坐标的位置，工件坐标系可1次对刀完成后，重复调用，省时省力，不累积对刀操作误差；3)由于有了底部平面的可靠支承，工件也不易翻转翘起。

理论上，上述方法可以使装卡效能得到全面的提升。事实上，通过“自我加工”，平口钳已经变成了多面方坯零件的专用简易夹具了，方坯零件尺寸差别不大时，夹具具有较好的通用性，无需经常更换钳口；另外，平口钳钳口一般可拆卸，如需复原和更换也容易，还可以自己制作钳口，安装到钳体上，从而提高效能。

3 实例验证

3.1 加工对象

图3 加工对象剖面简图

3.2 加工过程

改良后平口钳夹持加工示意图如图4所示。加工中由于凹槽提供了精准的Z向支承和定位作用，正面加工和翻面加工时，保证平行关系优势明显，直接装卡，省去了繁杂的调节铺垫过程，验证中工件并未靠紧图2所示的左右A面，也未发生工件翘起等不良现象，表明工件夹持刚度足够可靠。由于为考量夹持可靠性未靠紧A面，故通过中心孔对刀，完成除齿形外的所有加工(实际可选择靠A面定位，省去1次对刀)。

图4 改良后平口钳夹持加工示意图

3.3 加工结果

齿轮盘经过双面轮廓的加工，齿形采用快走丝线切割完成。最终产品照片如图5所示。

图5 齿轮双面结构形状细节

实测尺寸10 mm的公差仅为(-0.01，0)，完全保证了加工要求。从照片也可以看出，零件双面的形状均完整对称，双面齿上倒角均匀，尺寸形位保证良好。

4 结语

本文基于现有平口钳，利用数控机床，将已经安装到其上的平口钳进行了“自我加工”，加工出了新的定位面，提升了其装卡效能。该方法成本低，可操作性强，适用于方坯多面零件的加工。通过装卡加工实例验证表明，安装定位无需调节校正，省时省力；加工中夹持牢靠，易于保证零件各面的位置关系；加工精度和效果较原装卡方式提高明显，是一种实用有效的方法，可供加工企业和学校数控教学参考。

[1] 柏世杰. 一种机床用平口钳设计研究[J]. 新技术新工艺, 2016(5): 29-31.

[2] 陈华, 鲁超奇, 马国栋. 一种新型开合螺母机构设计在平口钳中的应用[J]. 机械制造, 2015, 53(10):84-85.

[3] 王杰, 杨晓红. 平口钳活动钳身设计及加工工艺规程编制[J]. 科技资讯, 2015, 13(1): 66.

[4] 叶继军, 朱达新. 机用平口钳钳口的改进设计[J]. 机械工程师, 2014(10):88-89.

[5] 何铁男, 王树元. 机用平口钳性能改进方案[J]. 中国校外教育, 2013(12): 141.

[6] 杨志勤, 杨安林. 一步到位式平口钳液压传动方案的开发[J]. 液压与气动, 2011(12):16-18.

[7] 沈永乐, 吴小明. 液压台虎钳的油路设计及PLC动作控制[J]. 煤矿机械, 2013, 34(6):157-158.

[8] 李金亮. 基于自动控制系统的平口钳设计[J]. 装备机械, 2015(4):61-63.

[9] 童永华, 曹俊, 沈晓伟. 组合夹具中运用过定位的研究[J]. 纺织机械, 2010(5):35-38.

[10] 张秀丽, 宋新文. 浅谈过定位在加工夹具中的应用[J]. 机械管理开发, 2015, 30(7):57-58.

[11] 盖永亮, 邵荣森. 某薄壁细长外花键轴加工工艺研究[J]. 新技术新工艺, 2016(12):3-5.