0 引 言
3R是減量化（reducing）、再利用（reusing）和再循環（recycling）3種原則的簡稱，1959年由英國學者提出，隨后逐漸被世界科技工作者認同與采用。3R夾具是在3R原則上延伸制造的輔助性夾具，具有良好的工藝性，便于加工、調整、裝配和檢驗，降低了工件的生產成本，且工件裝卸方便快速，定位準確，縮短了安裝時間，提高了生產效率。
3R夾具基準系統經過校準后，可以快速定位工件，節省找正時間用于加工工件，并能將電極或工件穩固地夾持在機床的工作區，通過統一的3R基準片接口，使電極或工件在每道工序的機床上實現1 min換裝。
1 傳統制造工藝分析
1.1 材料分析
隨形定位工裝如圖1所示，材料為聚丙烯（PP），是一種無色、無臭、無毒、半透明的熱塑性合成樹脂，具有耐化學性、耐熱性、電絕緣性、高強度力學性能和高耐磨性能。該材料不具備導電性，只能采用數控銑床加工，而聚丙烯強度低于鋼材，數控銑床采用虎鉗裝夾容易使待成形工裝變形，產生切應力，工裝加工完成后因應力釋放而產生變形。在考慮應力的情況下，聚丙烯工裝的公差為±0.05 mm。
圖1 隨形定位工裝
1.2 制造工藝分析
該工裝重點尺寸為（見圖1）：①型腔曲面公差為±0.02 mm；②定位腰型孔公差為±0.005 mm;③槽距工件底面尺寸（20±0.01）mm。既要保證工裝夾具與工件接觸面尺寸相對位置精度，也要保證重點尺寸的公差，如圖2所示。
圖2 定位工裝
1.3 制造難點分析
經分析隨形定位工裝制造難點主要如下。
（1）材料加工難度大。聚丙烯材料較軟，裝夾容易變形，精銑完成后工件釋放應力也容易變形。
（2）定位腰型孔過深，精銑時銑刀工作長度過長，加工過程中銑刀震動過大。如果翻面精銑定位腰型孔則容易造成基準不統一，工作面與定位孔相對位置產生偏差，且工件材料為聚丙烯，不導電，不能使用慢走絲加工。
（3）尺寸及位置精度要求高，如型腔曲面一般公差為±0.02 mm，定位腰型孔公差為±0.005 mm等。
綜上所述，使用傳統數控銑床制造隨形定位工裝存在許多弊端，如多次裝夾容易造成加工誤差累積，加工難度大，不易裝夾，相對位置精度不能保證，對操作人員熟練度要求較高等。
2 使用3R夾具的制造工藝
3R夾具原理如圖3所示，其定位片與定位棱柱體僅以線接觸，卡盤的棱柱定位齒插入定位片預定位，夾緊后定位片產生彈性變形，柔性定位片清理切屑，接觸面最小化使切屑和微粒的影響減至最小。
圖3 3R夾具原理
2.1 工藝基準的制定
通過對隨形定位工裝的結構分析，確定加工基準面與工藝臺階位置，使待成形工裝與工藝臺階連接面盡可能設在不影響使用的輔助面上，并使用UG NX 12.0軟件建立模型，如圖4所示。
圖4 模型結構
2.2 毛坯尺寸確認
在確認工裝外形及工藝臺階后，使用UG NX創建方塊命令，包容工裝及工藝臺階形成包容塊，制作毛坯時將工裝及工藝臺階最大外形尺寸單面加工余量設置0.5 mm（見圖5）。因鋸床下料時尺寸偏差較大，所以下料時可適量放大毛坯余量，完成后使用臺鉆加工與3R基準片連接的螺紋底孔，與3R基準片安裝連接狀態如圖6所示。
圖5 毛坯尺寸
圖6 毛坯與3R基準片連接
2.3 加工制造
校準3R夾具基座基準后，毛坯直接與3R基準片連接，因加工基準為3R基準片中心（見圖7），毛坯由3R基準片傳遞達到使用同一基準快速裝夾、轉換的目的。當一個工作面加工完成后，只需拆卸基準片旋轉至另一個需加工的工作面，然后鎖緊基準片即可直接繼續加工，不需要重新找正基準。隨形定位工裝加工完成后效果如圖8所示。
圖7 制造基準
圖8 加工實物
2.4 3R夾具的優勢
使用3R夾具對工件進行加工制造，主要有以下4個特點。
（1）3R夾具保證工裝的重復定位精度為2 μm。從源頭上控制累積誤差，保持機床和工件（電極）精度相等。
（2）統一的坐標零點基準。無需再次校正，大幅降低機床停機時間，使設備利用率達到最高。
（3）標準化的接口。實現銑削、鉆銷、車銷、磨削、電火花等不同加工類型機床之間的高精度、高效率轉換。
（4）急件加工。固定的基準點和系統的重復精度，可以中斷工件加工，運走托板，完成急件加工，隨后繼續對未加工完的工件加工，無需校正或再調整。
3 結束語
3R夾具在實際加工運用中，將企業常用的數控、數顯機床，包括立式/臥式加工中心、數控車床、坐標鏜床、坐標磨床、電火花機床、線切割機床、慢走絲機床、三坐標測量機等連接成統一的基準平臺，集成為一個柔性的制造系統，縮短生產準備周期，提高生產效率，降低生產成本，提高企業競爭力。并且3R系統有適用于模具行業小型零件加工的Macro、Refix等系統，還有適用于裝備行業的Delphin Big大型工件定位系統，最大工件承重量可達10 t。不論模具和零件大小，3R夾具都能滿足工件正常切削加工和強力切削加工的需要。
原文作者:楊金健林靜財 劉健曾杰 作者單位：成都宏明雙新科技股份有限公司
