可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置的應(yīng)用

呂利偉

(一拖(洛陽)柴油機(jī)有限公司，河南 洛陽 471003)

“一面兩銷”組合定位裝置在夾具設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，是最常用的一種定位方式之一，在機(jī)械加工行業(yè)的殼體、蓋類零件夾具定位中普遍使用，具有夾具簡單緊湊，定位便捷的特點(diǎn)?！耙幻鎯射N”和夾具的連接組合方式又分為固定式和可調(diào)整式。固定式是當(dāng)前大多數(shù)該類夾具所采用的一種方式，在設(shè)計(jì)時已經(jīng)根據(jù)產(chǎn)品位置、空間需求、工藝要求和定位精度設(shè)計(jì)好了一面兩銷定位裝置，固定安裝在夾具體上?？烧{(diào)整式是通過采用定位銷基座或基板的方式連接在夾具體上，能夠通過基座或基板的定量移動來優(yōu)化定位銷位置，從而達(dá)到調(diào)整定位誤差的目的。

1 可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置定位原理及定位誤差分析

1.1 可調(diào)整式“一面兩銷”定位原理

可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置的定位原理和固定式“一面兩銷”定位裝置的定位原理完全相同?！耙幻鎯射N”是從夾具方面進(jìn)行的命名簡稱，從零件或工件方面又稱“一面兩孔”定位，是一種完全定位方式，在機(jī)械加工中廣泛應(yīng)用?！耙幻妗本褪菤んw、蓋等工件的大平面，用一周圈若干個墊塊(裝配后磨平)支撐，墊塊用螺釘緊固在夾具體上，限制零件的Z向移動，繞X、Y向的轉(zhuǎn)動3個自由度?！皟射N”即為夾具上的兩個定位銷，定位銷的設(shè)計(jì)對保證加工質(zhì)量和降低制造成本具有一定的實(shí)際意義。定位銷分為標(biāo)準(zhǔn)定位銷和非標(biāo)準(zhǔn)定位銷，通常采用標(biāo)準(zhǔn)的一面兩銷定位方式。一面兩銷采用2位銷(菱形銷或扁銷)與4位銷(圓形銷)組合定位，限制零件X、Y向移動以及繞Z向的轉(zhuǎn)動3個自由度。兩銷可以布置成對角形式，也可以布置成相鄰形式，具體布局根據(jù)零件形式設(shè)計(jì)(如圖1)。國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)線機(jī)床都采用一圓銷和一菱銷的組合定位方式，圓銷作為主銷起主要的定位作用，而菱銷通常作為副銷起定角向的作用 ，定位孔必須是兩圓。當(dāng)然也可以采用兩圓銷的組合定位方式，但定位孔必須是3個圓孔和3個長圓孔，圓孔銷起主要的定位作用，而長圓孔銷通常起定角向的作用。兩圓銷設(shè)計(jì)較為簡單，但是零件加工工藝稍微復(fù)雜，通常不采用。

1.2 采用固定式“一面兩銷”定位裝置帶來的定位誤差對零件加工精度的影響及當(dāng)前常見的主要解決方案

根據(jù)零件定位原理分析，“一面兩銷”定位主要的誤差影響因素有：主銷配合間隙造成的X向和Y向的移動誤差、副銷轉(zhuǎn)角的誤差、銷孔和“一面”垂直度誤差受銷和定位孔配合長度帶來的誤差、兩銷及兩銷孔中心距的誤差、夾具多點(diǎn)支撐形成的“一面”的平面度帶來的誤差、工件“一面”定位面平面度的誤差、工件定位夾緊后因零件形變等其他原因?qū)е碌亩ㄎ徽`差，這些定位誤差都不同程度地降低了“一面兩銷”定位方式的定位精度，對工件加工后的形位公差精度產(chǎn)生一定的影響，尤其是各個孔系位置度精度難以滿足高精度要求。

針對以上誤差影響因素，目前主流的設(shè)計(jì)是采用漲心式圓柱銷與菱形銷組合可提高“一面兩銷”組合定位的移動精度和轉(zhuǎn)動精度，采用漲心式圓柱銷與模擬式菱形銷組臺定位顯著地提高移動定位精度和轉(zhuǎn)動定位精度，同時可以消除中心距誤差帶來的裝夾困難的影響。如果采用普通圓柱銷，需要根據(jù)定位精度要求，選用合適公差配合對定位銷和銷孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高配合精度。另外通過降低兩銷和銷孔的配合長度，采用短銷的形式來消除銷孔和定位面的垂直度誤差帶來的影響，針對多點(diǎn)支撐形成的“一面”定位面，需要一次磨平等高的方式建立初次的基準(zhǔn)平面，保證“一面”的整體平面度要求，提高定位精度。針對工件定位基準(zhǔn)加工精度、夾具夾緊后零件可能產(chǎn)生的形變對定位精度產(chǎn)生的影響，一方面要做好工件定位基準(zhǔn)加工精度的檢查和管控，另一方面也要根據(jù)工件特點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的多點(diǎn)支撐和多點(diǎn)氣檢方式來滿足零件的定位要求，從而提高零件“一面兩銷”的定位精度。

2 可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置在專用夾具中的設(shè)計(jì)方案

2.1 可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置設(shè)計(jì)方案的由來

當(dāng)工件工藝路線確定后，根據(jù)加工工藝設(shè)計(jì)好定位銷，通常將定位銷嵌入固定到夾具臺，有些設(shè)計(jì)了襯套，便于后期的更換，以提高定位銷和夾具臺的配合定位精度。這種固定式“一面兩銷”定位裝置連接方式的圓銷和菱形銷固定在夾具體的固定位置，兩銷中心距相對穩(wěn)定，適用于加工種類固定，品種單一的批量零件加工定位，具有定位精度準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，但是當(dāng)由于各種原因出現(xiàn)定位誤差時，難以調(diào)整優(yōu)化，給生產(chǎn)帶來影響。機(jī)械制造行業(yè)隨著產(chǎn)品研發(fā)周期的不斷縮短，零件加工品種不斷變化，生產(chǎn)效率不斷提高，這就要求機(jī)床從單一品種向多品種兼容逐漸過渡，柔性加工也就越來越受設(shè)計(jì)人員的青睞。按以往經(jīng)驗(yàn)，加工多品種就要為機(jī)床準(zhǔn)備多套夾具，有些對于研發(fā)的單件零件加工十分不便，成本太高。因此可兼容夾具越來越受到機(jī)械行業(yè)的歡迎，因此，可調(diào)整式“一面兩銷”裝置在夾具中的應(yīng)用越來越廣泛。

2.2 可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置的設(shè)計(jì)方案

為了達(dá)到“一面兩銷”定位裝置的微量調(diào)整，滿足便捷的可調(diào)式要求，通過對該裝置的仔細(xì)研究，只有實(shí)現(xiàn)定位銷能夠便捷高效的微量移動，改變零件定位位置相對刀具及鏜模板或?qū)椎脑形恢茫拍軐?shí)現(xiàn)零件的定位精度修正。經(jīng)過認(rèn)真研究分析，實(shí)現(xiàn)可調(diào)整的具體方案有A、B這2種：

A方案采用獨(dú)立布局的結(jié)構(gòu)，對圓形定位銷和菱形定位銷分別設(shè)計(jì)。根據(jù)原有定位裝置及零件空間布局，設(shè)計(jì)增加定位銷固定基板，設(shè)計(jì)定位銷固定基板和夾具體的連接方式及定位方式，連接方式通過螺釘?shù)暮侠聿季执_保定位銷固定基板能夠固定在夾具體上，定位方式采用調(diào)整限位支座和調(diào)整墊片的方式使定位銷固定基板和夾具體完成兩個方向的定位要求；針對調(diào)整限位支座和夾具體的連接采用銷定位及螺釘連接的方式，作為定位銷固定基板調(diào)節(jié)的定位基準(zhǔn)；為了兼顧空間布局，將定位塊的安裝嵌套入定位銷固定基板中，滿足空間布局的緊湊性；對定位銷機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，設(shè)計(jì)成制造簡單，更換快捷的鎖緊頂絲結(jié)構(gòu)形式，滿足磨損后的快換要求。

B方案依然采用獨(dú)立布局結(jié)構(gòu)，分別設(shè)計(jì)圓形銷和菱形銷的定位銷固定基板，與A方案不同的是，調(diào)整限位支座和夾具體采用更為可靠的鍵定位，定位銷固定基座的設(shè)計(jì)和定位塊獨(dú)立布局，使各個組件小型化，單一調(diào)整更便捷。

比較A、B方案，受到諸多空間和制造手段的影響，A方案更適合于設(shè)備改造，B方案更適合于設(shè)備的初期設(shè)計(jì)制造，因此筆者選擇了A方案。

2.3 可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置的調(diào)整原理和方法

遵循A方案的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合夾具體和零件的空間布局設(shè)計(jì)的可調(diào)整式“一面兩銷”裝置主銷圓柱銷部分如圖2所示。

可調(diào)整式“一面兩銷”裝置圓形定位銷的調(diào)整原理和方法：當(dāng)需要對零件X向的定位誤差精度調(diào)整時，首先將圓形銷定位銷基板1的9條緊固螺釘2略微松開，確保定位銷基板1能夠在X向微量的左右移動，此時通過改變X向調(diào)整墊片14的厚度，然后通過X向第一調(diào)整螺釘12將圓形銷定位基板1重新拉緊到X向第一限位支座11上，然后將圓形銷定位銷基板1的7條緊固螺釘2重新上緊即可；Y向的調(diào)整原理和方法與X向相同，由于圓形銷只對零件在該位置的X、Y向自由度進(jìn)行限制，因此需要調(diào)整零件該位置Z向精度時，首先將兩條緊固螺釘2松開，將定位塊5下面的調(diào)整墊片6進(jìn)行厚度的增減，然后重新將定位塊5緊固到圓形銷定位銷基板1以及夾具體10上；當(dāng)圓形定位銷4磨損需要更換時，首先需要將鎖緊頂絲3完全松開，然后將圓形定位銷4從圓形銷定位基板1銷孔中拔出，然后更換上新的圓形定位銷4，安裝到位后將鎖緊頂絲3鎖定在圓形定位銷4的止動斜面15上進(jìn)行鎖定。

副銷菱形定位銷部分如圖4所示。

由于菱形定位銷裝置與“一面兩銷”裝置的圓形定位銷調(diào)整原理和方法大致相同，只是作用不同，菱形定位銷只是對中心距偏心進(jìn)行修正，對轉(zhuǎn)角誤差引起的位置度偏差進(jìn)行修正。

2.4 可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置優(yōu)缺點(diǎn)

由于定位誤差的客觀存在，要想改善或者提高定位精度，固定式“一面兩銷”定位裝置只能通過特殊的漲銷，或者頻繁更換存在磨損的定位銷或者定位塊的方式保證定位的高精度要求，這些工作也增加了操作的復(fù)雜性，降低了設(shè)備使用效率。

可調(diào)整式的“一面兩銷”定位裝置，通過設(shè)計(jì)過度連接的定位基板的創(chuàng)新方式，解決了定位銷的可調(diào)整的位置修正要求，在修正和保證零件定位精度方面效果明顯，通過連接的定位銷基板實(shí)現(xiàn)兩銷位置的微量精確修正調(diào)整，從而使定位銷的局部和定位銷孔處于緊配合狀態(tài)，消除了因定位銷間隙大造成的定位精度超差問題，調(diào)整精度能夠控制在0.05 mm以內(nèi)。

可調(diào)整式的“一面兩銷”定位裝置，可以根據(jù)工件加工位置的精度要求以及加工后的精度狀況分析，確定定位誤差產(chǎn)生的主要原因和方向，進(jìn)而通過調(diào)整優(yōu)化定位銷的位置，定位塊的高度進(jìn)行定位誤差的修正，來滿足加工工件的高精度定位要求。還可以適應(yīng)多品種、不同批次零件的加工調(diào)整需求，可以有效解決零件裝夾時定位孔與定位銷配合不完善的問題，解決定位基準(zhǔn)加工精度誤差對零件定位精度的問題，尤其是適用于定位基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)不重合問題引起的零件加工精度問題。給零件定位精度的提升提供了一種便捷的解決方案。同時在柔性多品種加工時，可以解決定位孔位置不一致、中心距變化大的優(yōu)化調(diào)整問題，不同產(chǎn)品切換的問題。可調(diào)整式的“一面兩銷”定位裝置的缺點(diǎn)就是，隨著調(diào)整頻次的增多，定位銷的磨損會加劇，定位銷的更換將更頻繁。

2.5 可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置應(yīng)用實(shí)例分析

筆者公司的英國CROSS鏜床265、275屬于上世紀(jì)80年代進(jìn)口的設(shè)備，夾具定位采用固定式“一面兩銷”定位(如圖2)，零件加工現(xiàn)狀是孔系加工位置度不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)超差現(xiàn)象。機(jī)床上的定位銷底孔磨損變大，定位銷緊固螺釘螺紋底孔損壞，加工時零件定位精度差，而且由于目前加工品種較多，由于品種問題引起的零件孔系位置度偏差無法通過調(diào)整定位銷的方式滿足位置度要求，而是通過調(diào)整兩端鏜模板來滿足位置度要求，該種調(diào)整方式將造成刀桿彎曲變形、磨損、造成刀桿壽命的下降，后來又通過單邊斜墊調(diào)整定位銷改變定位銷垂直度的方式修正零件定位偏差，以臨時滿足加工工藝要求，為了提高零件的定位精度，筆者對該夾具進(jìn)行了認(rèn)真的研究，決定采用“一面兩銷”定位機(jī)構(gòu)的改造來解決設(shè)備定位精度下降的問題，進(jìn)行設(shè)備定位功能的拓展、提高設(shè)備定位精度。

在對大量“一面兩銷”定位裝置的理論研究和分析的基礎(chǔ)上，對原有設(shè)備夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)改造可行性分析，查閱大量原有圖紙資料，現(xiàn)場對原有“一面兩銷”定位裝置進(jìn)行測繪，按照可調(diào)整式“一面兩銷”定位裝置的設(shè)計(jì)思想，按照設(shè)計(jì)方案中的A方案，細(xì)化設(shè)計(jì)各個部件，繪制加工了包括定位基板、定位銷、定位塊、定位固定調(diào)整座和調(diào)整墊片等部件，最終順利完成夾具定位系統(tǒng)固定式到可精確調(diào)整式的設(shè)計(jì)改造(如圖5)。

通過可調(diào)整式“一面兩銷”定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，利用定位基座調(diào)整便捷的特點(diǎn)，解決了原有零件定位機(jī)構(gòu)定位精度下降引起加工出的零件位置精度穩(wěn)定性差的問題；解決了在原有定位機(jī)構(gòu)定位下，零件位置度偏差大后無法調(diào)整，或者不恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整方法引起兩端同軸度下降，刀桿受力不均出現(xiàn)彎曲、磨損的現(xiàn)象；適應(yīng)了當(dāng)今產(chǎn)品改進(jìn)、機(jī)型多的工藝需求，符合現(xiàn)代零件加工的工藝需求。設(shè)計(jì)改造后設(shè)備夾具工藝調(diào)整的效率大大提高，同時對刀桿的使用壽命、支撐銅套及導(dǎo)向套的使用壽命均有很大的延長，定位銷的制造復(fù)雜性降低，降低了設(shè)備使用成本。

3 結(jié)語

隨著設(shè)備現(xiàn)代化理念的不斷進(jìn)步發(fā)展，工藝先進(jìn)性的不斷提升，對設(shè)備夾具的兼容性、自動化程度提出了更高的要求，因此夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)用也要與時俱進(jìn)，不斷革新，更便捷可靠的實(shí)現(xiàn)設(shè)備工藝制造的需求，共同推進(jìn)制造業(yè)的高速發(fā)展。