多年來(lái)我公司機(jī)械加工基本都是傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，一個(gè)零件的加工完成是需要多套不同的傳統(tǒng)專用夾具來(lái)保證，從而使得零件的生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)，設(shè)備利用率低，加工效率低等問(wèn)題。
零點(diǎn)定位系統(tǒng)的推廣及快換夾具的運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)工裝夾具與機(jī)床之間的快速定位和夾緊，減少機(jī)械加工中的輔助時(shí)間，提高機(jī)床使用效率，降低生產(chǎn)成本。
一、零點(diǎn)定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介
零點(diǎn)定位系統(tǒng)：零點(diǎn)定位系統(tǒng)的快速定位安裝機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖1)，是幫助生產(chǎn)加工實(shí)現(xiàn)工裝夾具與機(jī)床之間的快速定位和夾緊，減少機(jī)械加工中的輔助時(shí)間，提高機(jī)床使用效率。它包括兩部分：零點(diǎn)定位器和定位拉釘，零點(diǎn)定位器通過(guò)大直徑高剛度的滾珠夾緊定位拉釘，當(dāng)給零點(diǎn)定位器通入液壓或者氣壓時(shí)，滾珠向兩側(cè)散開(kāi)，定位拉釘可自由進(jìn)出零點(diǎn)定位器;當(dāng)切斷壓力時(shí)滾珠向中心聚攏并鎖緊定位拉釘。這兩部分之間的重復(fù)定位精度是0.005mm，同時(shí)提供 5kN 至30kN 的夾緊力。
使用時(shí)將零點(diǎn)定位器安裝到機(jī)床工作臺(tái)上，在機(jī)床工作臺(tái)上的位置標(biāo)記為零點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際加工需要可安裝多個(gè)定位器(至少2個(gè));定位拉釘與夾具、或者工件通過(guò)定位臺(tái)階和螺栓緊固到一起(每個(gè)夾具、或工件至少安裝2個(gè)定位拉釘)。
零點(diǎn)定位系統(tǒng)操作非常簡(jiǎn)單，只要托盤(pán)或者工件上的定位拉釘大致對(duì)上定位器，拉釘上的錐面就會(huì)自動(dòng)找到路徑和中心并滑入定位器，裝夾只需幾秒鐘。
零點(diǎn)定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：(1)重復(fù)定位精度0.005mm，定位精度非常高。
(2)定位夾緊一次完成，快速準(zhǔn)確，節(jié)省90%的換裝時(shí)間，大幅提高了生產(chǎn)效率。
(3)獨(dú)有的自清潔系統(tǒng)使得精度有了更好的保障，免去了維護(hù)。
(4)擁有與眾不同的特性，夾持力大，適合從輕型到重型的所有加工需求。
二、公司使用零點(diǎn)定位系統(tǒng)現(xiàn)狀
公司目前只有北郊采用了零點(diǎn)定位系統(tǒng)快換工裝，加工零件為復(fù)雜殼體，零件在加工中心加工時(shí)需要刀具數(shù)量大， 一臺(tái)加工中心的刀具數(shù)量無(wú)法滿足，故選用零點(diǎn)定位系統(tǒng)快換工裝，解決刀具不足問(wèn)題。在320廠房均沒(méi)有采用快換工裝。使用的零點(diǎn)定位系統(tǒng)的定位器部分是外購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件，定位拉釘和快換工裝—燕尾鉗夾具部分是由我們65廠設(shè)計(jì)研發(fā)并加工制造。
三、基于零點(diǎn)定位系統(tǒng)的工裝設(shè)計(jì)及應(yīng)用
快換工裝燕尾鉗夾具的設(shè)計(jì)：根據(jù)北郊用戶要求及所加工產(chǎn)品的特點(diǎn)，做的零點(diǎn)定位系統(tǒng)的項(xiàng)目是針對(duì)數(shù)銑、加工中心等高精度機(jī)床設(shè)計(jì)快換工裝及托盤(pán)部分燕尾鉗夾具如圖2。
材料的選擇：設(shè)計(jì)夾具材料時(shí)考慮到夾具的工作狀態(tài)有冷卻液首先要防銹，普通的45鋼容易生銹，高硬度合金鋼耐磨但加工難度大，有些配加工孔無(wú)法加工，均不符合要求。S136 是一種塑膠模具鋼，具有優(yōu)良的耐腐蝕性，高耐磨性，而且S136 經(jīng)過(guò)“電渣重溶” (ESR) 精煉，具備純凈而細(xì)微的組織，使 S136 具有很好的綜合機(jī)械性能，高的拋光性能，更適合在潮濕的環(huán)境下工作及儲(chǔ)存，基于它的這種特殊性質(zhì)，我們首批快換夾具各零件均選用S136 這種材料。快換夾具在交付使用單位后，客戶反饋非常滿意，既滿足了用戶使用性能要求，同時(shí)外觀也非常美觀大方，但制造成本相對(duì)較高。
考慮到制造成本高這個(gè)問(wèn)題，在后面的加工制造中 ，選用 0Cr17Ni4Cu4Nb 替代 S136，0Cr17Ni4Cu4Nb 是沉淀、硬化、馬氏體不銹鋼，具有良好的抗腐蝕能力，而且這個(gè)材料在軍品零件加工中經(jīng)常用到，比較熟悉，既能滿足不生銹而且固溶時(shí)效后硬度不是很高，普通的加工方法也能進(jìn)行精加工，最主要一點(diǎn)生產(chǎn)成本相對(duì)比較低，客戶很容易接受。
在具體生產(chǎn)加工過(guò)程中，也遇到了一些問(wèn)題，因?yàn)?0Cr17Ni4Cu4Nb 冷加工性能不是很好，在工藝安排上將固溶時(shí)效放在一起進(jìn)行，要求用白剛玉砂輪，粒度46的砂輪進(jìn)行磨削，但磨削加工平面時(shí)還是太黏砂輪，而且板料零件表面發(fā)生大面積燒傷，一度使加工陷入困境。經(jīng)過(guò)咨詢材料方面的專家，了解了磨削加工此材料的技巧，經(jīng)過(guò)摸索實(shí)踐，最終順利解決了這一難題，夾具交付后客戶反饋也是非常滿意。
定位拉釘?shù)脑O(shè)計(jì)：
定位拉釘工作原理：在零點(diǎn)定位系統(tǒng)中，定位拉釘起著非常重要的作用。定位拉釘是工件或者夾具與機(jī)床臺(tái)面定位連接的關(guān)鍵功能件，它保證了精確的定位和可靠的夾緊，產(chǎn)生的作用力通過(guò)拉釘傳遞給零點(diǎn)定位器。(圖3)
定位拉釘?shù)腻F面自動(dòng)導(dǎo)向，易于安裝，不需要費(fèi)勁去找定位孔，通過(guò)緊固螺釘頭的斜面可自動(dòng)定心。(圖4)
任意角度傾斜裝卸，吊裝重型工件時(shí)無(wú)需保證工件的水平狀態(tài)。(圖5)
滾珠從三個(gè)方向被裹夾，定位拉釘?shù)靡苑€(wěn)固的鎖在零點(diǎn)定位器中，鎖緊力通過(guò)三點(diǎn)原理進(jìn)行力的傳遞，這種優(yōu)化的受力分布方式可防止對(duì)滾珠的剪切載荷。
定位拉釘?shù)膮?shù)設(shè)計(jì)及工藝加工方法：
1、設(shè)計(jì)定位拉釘時(shí)我們主要考慮兩個(gè)方面的問(wèn)題：
(1)結(jié)構(gòu)：定位拉釘參數(shù)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的確定是最關(guān)鍵的部分，通過(guò)反復(fù)測(cè)繪外購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件，分析測(cè)繪數(shù)據(jù)，最終確定了拉釘?shù)乃袇?shù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是有待客戶使用后驗(yàn)證。(圖6)
(2)材料：拉釘?shù)牟牧希仨毮軌虮ＷC高剛性，同時(shí)滿足耐腐蝕，而且加工性能要好。
基于這兩個(gè)因素的考慮，我們選用 TM210，TM210 是一種馬氏體時(shí)效鋼，熱處理性能好，變形非常小。固溶溫度820 °C, 時(shí)效溫度510 °C，HRC51~58。表面防銹性能在有油的工作環(huán)境耐腐蝕性能較好，在有冷卻液的環(huán)境下必須進(jìn)行防銹處理。
2、工藝加工方法
在工藝編排上，考慮到TM210 熱處理后硬度在 HRC51～58, 這么高的硬度常規(guī)的切削加工方法已經(jīng)不能加工，精度更是無(wú)從談起。因此我們先粗加工，在固溶之后，零件由數(shù)車一次精加工全部外形及內(nèi)孔，最后進(jìn)行熱處理時(shí)效處理，達(dá)到要求的 HRC51～58 硬度，經(jīng)過(guò)時(shí)效前后的檢測(cè)對(duì)比，對(duì)尺寸基本沒(méi)有影響。圖7為設(shè)計(jì)制造的整套快換工裝 —燕尾鉗夾具及定位拉釘。
圖8為北郊某工廠現(xiàn)場(chǎng)在使用的設(shè)計(jì)制造的整套零點(diǎn)定位系統(tǒng)快換工裝，用戶非常滿意。
四、結(jié)束語(yǔ)
隨著加工設(shè)備數(shù)字化的廣泛普及，零點(diǎn)定位系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)快速定位安裝機(jī)構(gòu)，減少輔助時(shí)間，提高機(jī)床使用效率的得力工具，具有一定的推廣意義。我們希望我們工模具公司能為公司的各生產(chǎn)單位，提供零點(diǎn)定位系統(tǒng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、制造、安裝，為提高公司產(chǎn)品加工能力提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，為公司的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)略