3R夹具工艺基准系统的应用

杨金健，林静财，刘 健，曾 杰

（成都宏明双新科技股份有限公司，四川 成都 610091）

0 引 言

3R是减量化（reducing）、再利用（reusing）和再循环（recycling）3种原则的简称，1959年由英国学者提出，随后逐渐被世界科技工作者认同与采用。3R夹具是在3R原则上延伸制造的辅助性夹具，具有良好的工艺性，便于加工、调整、装配和检验，降低了工件的生产成本，且工件装卸方便快速，定位准确，缩短了安装时间，提高了生产效率。

3R夹具基准系统经过校准后，可以快速定位工件，节省找正时间用于加工工件，并能将电极或工件稳固地夹持在机床的工作区，通过统一的3R基准片接口，使电极或工件在每道工序的机床上实现1 min换装。

1 传统制造工艺分析

1.1 材料分析

随形定位工装如图1所示，材料为聚丙烯（PP），是一种无色、无臭、无毒、半透明的热塑性合成树脂，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度力学性能和高耐磨性能。该材料不具备导电性，只能采用数控铣床加工，而聚丙烯强度低于钢材，数控铣床采用虎钳装夹容易使待成形工装变形，产生切应力，工装加工完成后因应力释放而产生变形。在考虑应力的情况下，聚丙烯工装的公差为±0.05 mm。

1.2 制造工艺分析

该工装重点尺寸为（见图1）：①型腔曲面公差为±0.02 mm；②定位腰型孔公差为±0.005 mm;③槽距工件底面尺寸（20±0.01）mm。既要保证工装夹具与工件接触面尺寸相对位置精度，也要保证重点尺寸的公差，如图2所示。

图1 随形定位工装

图2 定位工装

1.3 制造难点分析

经分析随形定位工装制造难点主要如下。

（1）材料加工难度大。聚丙烯材料较软，装夹容易变形，精铣完成后工件释放应力也容易变形。

（2）定位腰型孔过深，精铣时铣刀工作长度过长，加工过程中铣刀震动过大。如果翻面精铣定位腰型孔则容易造成基准不统一，工作面与定位孔相对位置产生偏差，且工件材料为聚丙烯，不导电，不能使用慢走丝加工。

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

综上所述，使用传统数控铣床制造随形定位工装存在许多弊端，如多次装夹容易造成加工误差累积，加工难度大，不易装夹，相对位置精度不能保证，对操作人员熟练度要求较高等。

2 使用3R夹具的制造工艺

3R夹具原理如图3所示，其定位片与定位棱柱体仅以线接触，卡盘的棱柱定位齿插入定位片预定位，夹紧后定位片产生弹性变形，柔性定位片清理切屑，接触面最小化使切屑和微粒的影响减至最小。

图3 3R夹具原理

2.1 工艺基准的制定

通过对随形定位工装的结构分析，确定加工基准面与工艺台阶位置，使待成形工装与工艺台阶连接面尽可能设在不影响使用的辅助面上，并使用UG NX 12.0软件建立模型，如图4所示。

图4 模型结构

2.2 毛坯尺寸确认

在确认工装外形及工艺台阶后，使用UG NX创建方块命令，包容工装及工艺台阶形成包容块，制作毛坯时将工装及工艺台阶最大外形尺寸单面加工余量设置0.5 mm（见图5）。因锯床下料时尺寸偏差较大，所以下料时可适量放大毛坯余量，完成后使用台钻加工与3R基准片连接的螺纹底孔，与3R基准片安装连接状态如图6所示。

图5 毛坯尺寸

图6 毛坯与3R基准片连接

2.3 加工制造

校准3R夹具基座基准后，毛坯直接与3R基准片连接，因加工基准为3R基准片中心（见图7），毛坯由3R基准片传递达到使用同一基准快速装夹、转换的目的。当一个工作面加工完成后，只需拆卸基准片旋转至另一个需加工的工作面，然后锁紧基准片即可直接继续加工，不需要重新找正基准。随形定位工装加工完成后效果如图8所示。

图7 制造基准

图8 加工实物

2.4 3R夹具的优势

使用3R夹具对工件进行加工制造，主要有以下4个特点。

（1）3R夹具保证工装的重复定位精度为2 μm。从源头上控制累积误差，保持机床和工件（电极）精度相等。

（2）统一的坐标零点基准。无需再次校正，大幅降低机床停机时间，使设备利用率达到最高。

（3）标准化的接口。实现铣削、钻销、车销、磨削、电火花等不同加工类型机床之间的高精度、高效率转换。

（4）急件加工。固定的基准点和系统的重复精度，可以中断工件加工，运走托板，完成急件加工，随后继续对未加工完的工件加工，无需校正或再调整。

3 结束语

3R夹具在实际加工运用中，将企业常用的数控、数显机床，包括立式/卧式加工中心、数控车床、坐标镗床、坐标磨床、电火花机床、线切割机床、慢走丝机床、三坐标测量机等连接成统一的基准平台，集成为一个柔性的制造系统，缩短生产准备周期，提高生产效率，降低生产成本，提高企业竞争力。3R系统有适用于模具行业小型零件加工的Macro、Refix等系统，还有适用于装备行业的Delphin Big大型工件定位系统，最大工件承重量可达10 000 kg。不论模具和零件大小，3R夹具都能满足工件正常切削加工和强力切削加工的需要。