作 者：杨建明
关键词：双面模；夹具设计；过定位
摘 要：针对带有曲线对称零件的正、反面加工的问题设计了一套夹具，解决了过定位问题及夹具精度的校核，可为解决同类夹具的设计问题提供一定的参考。
1 引言
数控机床具有自动化程度高、柔性好、加工精度高等优点，在现代制造加工过程中，利用数控机床加零件的比例越来越高。然而，在加工中对零件装夹的要求也越来越高。夹具是保证数控机床充分发挥效率的关键，夹具既有利于提高数控加工的效率，又能保证零件的加工质量。在对带有曲线对称零件的正反面进行加工时，夹具的重要性尤为突出。
图1所示为一双面热塑模具零件，材料为40钢，模具内腔粗糙度值为Ra1．6μm，2个定位孔和4个固定孔已经镗削加工完毕。现要求在数控铣床上加工模具的内腔，需要经过正、反两次装夹才可以完成，这也是双面模具加工的最大特点。双面模具的加工工艺过程一般为：工件找正→装夹→加工内腔→翻面进行二次装夹→加工另一面内腔。模具加工的关键是要使工件的正、反两面的内腔均匀、对称一致。
2 双面模具型腔数控加工中存在的问题
双面模具在加亡时经常会遇到下列问题：①找正不便。从图l可以看出，工件可以通过外边进行找正装夹。但动模与定模合模时并不是以外边来定位的，如果以外边为定位基准，则会造成定位基准不重合的误差。所以一般不以外边来定位，而以定位孔来进行定位装夹。②找正费时、费事。在利用定位孔进行定位时，由于只能采用圆弧定位，其定位难度大，既费时又费力。即使找正了工件，在加工过程中也容易产生问题，经常会出现正面加工是合格的，在加工反面时，内腔的圆弧出现不均匀、不对称的现象。
3 常用装夹方法优劣分析
加工双面模，经常采用一圆柱销与一削边销的装夹方法，如图2所示。其优点是结构简单，制作方便。
4.2 结构分析
图3所示的夹具结构，是典型的1面2孔组合定位方法。在批量生产过程中，加工箱体、杆件、盖板等类零件时，得到广泛应用。但此定位方法容易产生过定位的问题，必须对其进行工件的自由度分析和尺寸精度的校核。
一个工件在立体空间共有6个自由度，其中，支撑平面限制了工件的3个自由度(即工件在z轴方向上的移动、与x轴垂直平面内和与y轴垂直平面内的转动)，圆柱销限制了工件的2个自由度(即在轴方向和Y轴方向上的移动)，削边销除了限制工件在与z轴垂直的平面内的转动外，还有可能限制圆柱销与削边销中心连线方向上的自由度，即有可能产生过定位口。
如图4所示，假定工件上圆孔l与夹具上定位销1的中心重合，这时第l孔能装入的条件为：
式中：dlmax——第1定位销的最大赢径；Dlmin——第1定位孔的最小直径；Xlmin——第l定位副的最小间隙。
若完全用缩小定位销2直径的方法来补偿工件孔心距的误差和夹具上销心距的误差，则当定位销2的直径缩小到使工件在图4所示的两种极限情况下都能装入定位销2时，考虑到安装顺利，还应在第2定位副中增加一最小安装间隙X2min，此时，第2定位销的最大直径应为：
上式中就是定位销2要补偿的中心距偏差值，现在完全用缩小定位销2直径(即增大定位副2间的最小配合间隙)来补偿。同时它也表明，当第2个定位销直径缩小到
时，便可满足所有合格工件装入定位销的条件。
这种通过缩小定位销直径消除过定位安装干涉的方法，会导致工件转角误差的增大，常常影响定位精度，因此，只有在加工要求不高时才使用这种方法。为了减少转角误差，而又使工件仍边销及平面支撑的定位方法，该方法也称为1面2孔定位。
这种定位方法是直接通过“削边”的方式来改变定位销的结构，以此增加两孔连心线方向的间隙，补偿中心距的误差，消除了过定位(削边销只限制一个转动自由度)的影响。同时也因为在垂直连心线方向上销2的直径并未缩小，而使工件的转角误差没有增大，大大提高了定位精度。
削边销的结构如图5所示。为了保证削边销的强度，多采用菱形结构，故又称为菱形销。
在“l面2孔”组合定位中，安装削边销时，应注意使其削边方向垂直于两孔的连心线。
削边销尺寸的确定。如图5所示，削边销未削边圆柱部分的最大直径为：
补偿值口对转角误差、装卸工件是否方便、削边销宽度及其使用寿命对定位精度都有影响。在工作中，补偿值一般为a=δLD+δLd，必要时，经过精度分析后，再作调整。
在补偿值确定后，便可根据图5计算削边销的尺寸：
图5中的b1、B可参照国家标准《机床夹具零件及部件》标准GB/T2203-91选取。
4.3 设计计算与精度校核
(1)确定定位销中心距及尺寸公差。取
故两定位销中心距为(400±0.01)mm。
(2)确定圆柱销尺寸及公差。圆柱销如图6，材料为45钢，未标注表面粗糙度值Ra3.2μm，取
(3)按GB/T2203-91选定削边销的b1、B值。取b1=8mm;B=D-6=42mm
(4)确定削边销的直径尺寸及公差。取
所以：
削边销如图7所示，材料为45钢，未标注表面粗糙度值Ra3.2μm。
(5)计算定位误差。由于整个双面模具的内腔都在圆柱销和削边销之间。所以，其内腔的尺寸偏差在圆柱销和削边销连线方向上必然小于圆柱销与定位孔之间的最大间隙：
而其内腔的尺寸偏差在垂直于圆柱销和削边销连线方向上必然小于削边销与定位孔之间的最大间隙：
通过计算，各尺寸都满足零件要求，因此设计是成立的。
夹具改进后，零件的加工步骤为：
(1)夹具上工作台，直接利用百分表找正夹具垫板上边。
(2)利用夹具装夹待加工零件，进行机床对刀操作。
(3)调用零件加工程序，加工双面模具正面。
(4)正面加工完成后，将零件翻过来进行二次装夹，直接对双面模具的反面进行加工。
实践证明，该夹具使用方便，便于找正，使用效率高。夹具整体刚度好，定位精度高，有非常高的稳定性，加工的模具质量得到有效保证。
5 结束语
新设计的夹具相比传统夹具的使用极大地提高了工件装夹的速度，缩短了找正时间。新夹具不仅减少了定位误差，而且也能增加夹具的刚度，切削量也随着夹具刚度的增加而得到提高，从而大大提高了机床的生产效率，同时零件加工的精度也有了保障。通过对其进行工件的自由度分析和尺寸精度的校核，有效避免了产生过定位的问题。综上所述，此夹具使用方便、快捷、高效、可靠，并且具有较强的通用性，该夹具设计是成功的。
