外護(hù)罩加工工藝及定位心軸的設(shè)計(jì)

陳堪權(quán)

廣東省湛江市技師學(xué)院，廣東湛江 524037

0 引言

在機(jī)械零件加工過程中，往往遇到一些形狀不規(guī)則而材料又較特殊的零件，如圖1所示的外護(hù)罩零件，如使用常規(guī)傳統(tǒng)加工方法很難保證零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量，甚至無法加工；需要編制先進(jìn)的加工工藝和設(shè)計(jì)合理的定位夾具來保證產(chǎn)品的加工精度并提高生產(chǎn)率。

1 零件分析

外護(hù)罩零件材料為0Cr18Ni9（0Cr19Ni9、304）不銹鋼材質(zhì)，具有良好的綜合性能。但由于0Cr18Ni9不銹鋼屬于難切削材料，在編制加工工藝和選用刀具時(shí)，必須考慮加工面精度要求和零件變形等各方面因素：

1）外護(hù)罩零件薄細(xì)，加工缺口圓周圓弧斜面時(shí)受到零件薄細(xì)的限制，存在零件跳動(dòng)、刀具振動(dòng)難以加工的現(xiàn)象；

圖1

2）裝夾困難，易于變形。由于外護(hù)罩形狀獨(dú)特，零件圓周受力薄弱，在加工過程中難以裝夾定位，在夾持部位易造成工件的變形；

3）內(nèi)孔形狀特殊。在加工內(nèi)孔Φ72mm時(shí)，無法用車削擴(kuò)孔、鏜孔、插孔等方法進(jìn)行加工；

4）材料特殊，增加切削難度。產(chǎn)品采用0Cr18Ni9不銹鋼，此材料抗拉強(qiáng)度高，延伸率大、韌性大，采用普通刀具加工時(shí)，會(huì)出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象造成刀具損傷和崩刃、零件報(bào)廢的嚴(yán)重后果。

2 加工精度分析

外護(hù)罩的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度，刀具、夾具對(duì)工件加工精度的影響也較大。加工精度在數(shù)值上通過加工誤差的大小來表示，刀具誤差對(duì)加工精度的影響隨刀具的種類不同而不同。一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀等）的制造誤差對(duì)加工精度沒有直接的影響；定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、拉刀等）的尺寸誤差直接影響被加工零件的尺寸精度；成形刀具（成形刀、成形銑刀等）的誤差主要影響被加工面的形狀精度；刀具的磨損會(huì)直接影響刀具相對(duì)被加工表面的位置，造成被加工零件的尺寸誤差。夾具的作用是使工件相對(duì)于刀具和機(jī)床具有正確的位置，其制造誤差對(duì)工件的加工精度（特別是位置精度）有很大影響。因此，應(yīng)在滿足公差范圍要求的前提下，優(yōu)選經(jīng)濟(jì)合理的加工方法以提高機(jī)械加工的生產(chǎn)率。

3 工藝設(shè)計(jì)

外護(hù)罩的切削工藝包括加工面及加工基準(zhǔn)的確定、加工工序的確定、加工刀具的選用和切削用量的確定等方面。

3.1 加工面及加工基準(zhǔn)的確定

主要加工面和主要基準(zhǔn)面的確定見表1所示。

表1 外護(hù)罩加工面及加工基準(zhǔn)的確定

表2 電火花加工規(guī)準(zhǔn)

3.2 零件加工工序

根據(jù)外護(hù)罩的加工難度及其工作量，綜合考慮加工精度和提高生產(chǎn)效率的前提下，優(yōu)化加工工藝，盡可能減少加工工序，特制定如下加工工序（見表3）。

?

3.3 加工刀具的選用

刀具的選擇應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能力、工件材料的性能、加工精度、加工工序、切削用量等相關(guān)因素正確選用。為了解決不銹鋼特有的切削加工難題，要對(duì)加工零件的形狀和性能進(jìn)行深入細(xì)致的研究，例如，外護(hù)罩的加工是根據(jù)高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、涂層刀具和陶瓷刀具等四種刀具的性能特點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行綜合分析、合理選用，從而有效提高零件加工精度。由于YB135涂層硬質(zhì)合金銑刀，具有高硬度、高耐磨性，適宜在高速下粗加工；YB125涂層硬質(zhì)合金銑刀，有很好的耐磨性和抗塑性變形能力，適宜在高速下精加工。采用刃口精細(xì)化和表面平滑化處理的涂層刀具，有效抑制毛刺的產(chǎn)生，減少粘刀現(xiàn)象的發(fā)生，防止刀具發(fā)生微小崩刀及突發(fā)性崩損，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異穩(wěn)定的切削加工，因此優(yōu)先選用涂層刀具進(jìn)行加工。

3.4 切削用量的確定

對(duì)于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。粗加工一般以提高生產(chǎn)率為主，半精加工和精加工應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。切削用量的選擇原則是保證零件加工精度、表面粗糙度和刀具耐用度，充分發(fā)揮機(jī)床、刀具切削性能，最大限度地提高生產(chǎn)率，降低成本。

1）確定銑前平面背吃刀量（銑削深度）ap：根據(jù)零件加工余量和加工表面粗糙要求，確定銑削為粗、精兩次加工，查閱實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)和數(shù)控系統(tǒng)用戶手冊(cè)可得粗銑ap=3.2mm，精銑ap=0.8mm；

2）確定銑前平面?zhèn)瘸缘读浚ㄣ娤鲗挾龋゛c：根據(jù)零件加工要求和零件加工面的寬度尺寸，采用Φ20mm YB135涂層硬質(zhì)合金帶整體刀頭的4齒立銑刀，粗精銑ac=（0.6～0.9）d=12～18mm，取ac=15mm；

3）確定銑前平面進(jìn)給量f：根據(jù)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的強(qiáng)度和剛性、工件剛度和表面粗糙度的要求。查閱實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)和數(shù)控系統(tǒng)用戶手冊(cè)可得每齒進(jìn)給量fz粗=0.10mm/z，fz精=0.04mm/z，故 f粗 =fz粗 z=0.4mm/r，f精 =fz精 z=0.16mm/r；

4）確定銑前平面切削速度vc：根據(jù)機(jī)床功率和在保證合理的刀具耐用度的前提下，查閱實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)可得粗銑vc=70m/min，精銑vc=90m/min；

5）確定銑前平面進(jìn)給速度vf：由vc=πdn/1000，故粗銑n=1000Vc/πd=1114.65 r/min，精 銑 n=1000Vc/πd =1433.12 r/min。查閱數(shù)控系統(tǒng)用戶手冊(cè)取粗銑n=1100r/min，精銑n=1500r/min。粗銑時(shí)vf=fn=440mm/min精銑時(shí)vf=fn =240mm/min。

同理，可計(jì)算出鉆削、車削等加工平面、圓弧、螺紋孔的切削用量，在此不作詳述。

4 電火花加工及電極設(shè)計(jì)

用電火花加工內(nèi)孔Φ72mm、內(nèi)孔平面、內(nèi)頂斜面∠43°并進(jìn)行電極設(shè)計(jì)。

4.1 電火花加工參數(shù)的確定

根據(jù)材料特性及加工效率，設(shè)定電火花加工規(guī)準(zhǔn)見表2所示。

4.2 電極設(shè)計(jì)

電極設(shè)計(jì)的目的主要是為了完成內(nèi)孔Φ72mm、內(nèi)孔平面、內(nèi)頂斜面∠43°的成型加工，因此設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是整體電極。又考慮到整體電極的加工存在困難，不利于加工生產(chǎn)，所以采用組裝整體電極。加工內(nèi)孔Φ72mm為電極1，加工內(nèi)孔平面為電極2，加工內(nèi)頂斜面∠43°為整體電極，如圖2、3、4所示。電極1圓柱平面槽上通過兩個(gè)螺絲將電極2固定，加工出頂斜面∠43°，形成整體電極。

圖2

圖3

圖4

圖5

4.3 電火花成型加工

此工序在加工時(shí)，按設(shè)計(jì)好的規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行加工，以達(dá)到零件精度要求。在加工過程中，注意電極的校正、電極損耗程度來調(diào)整加工規(guī)準(zhǔn)，并分別用粗電極、精電極加工，以保證加工精度和滿足技術(shù)要求。

5 銑削外頂斜面∠43°、外頂內(nèi)框52×29mm等及定位心軸的設(shè)計(jì)

銑削外頂斜面∠43°、外頂內(nèi)框52×29mm、缺口圓周圓弧斜面∠58°需要正確選擇定位基準(zhǔn)并設(shè)計(jì)定位心軸。

5.1 定位基準(zhǔn)的選擇

在加工外頂斜面∠43°、外頂內(nèi)框52×29mm、缺口圓周圓弧斜面∠58°工序時(shí)，外護(hù)罩內(nèi)孔Φ72和內(nèi)頂斜面∠43°已經(jīng)加工到要求尺寸。因此選用外護(hù)罩內(nèi)孔Φ72作為定位基準(zhǔn)，配合專用心軸定位，完全限制了工件的6個(gè)自由度。

5.2 定位心軸的設(shè)計(jì)

定位心軸的設(shè)計(jì)主要是限制工件的自由度，通過心軸圓柱面右側(cè)一平面與外護(hù)罩內(nèi)孔Φ72平面緊密配合，配合側(cè)面緊固螺釘、心軸軸肩和緊固螺釘，限制了外護(hù)罩的6個(gè)自由度，達(dá)到定位作用，定位心軸的設(shè)計(jì)如圖5所示。

5.3 銑削外頂斜面∠43°、外頂內(nèi)框52×29mm

將外護(hù)罩安裝在定位心軸上，用螺釘從側(cè)面和上面兩個(gè)方向?qū)⑵涔潭?，使用V型架夾持定位心軸，夾持高度不超過外護(hù)罩底面3mm，配合分渡頭裝夾加工。先粗加工再精加工，其加工順序?yàn)椋杭庸ね忭斝泵妗?3°、外頂內(nèi)框52×29mm，在加工外頂內(nèi)框時(shí)要換刀進(jìn)行加工。

5.4 銑削缺口圓周圓弧斜面∠58°

此工序在加工時(shí)，由于使用定位心軸支承定位、V型架夾持，保證了在加工過程中零件的剛性，避免加工刀具振刀、零件晃動(dòng)和變形，達(dá)到定位夾具設(shè)計(jì)的要求和零件加工的各項(xiàng)指標(biāo)。

6 結(jié)論

現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品對(duì)加工精度和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，數(shù)控機(jī)床加工已成為機(jī)械加工中的重要裝備，在加工復(fù)雜形狀和特殊材料的零件時(shí)，對(duì)數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)提出更高的要求。為優(yōu)化設(shè)計(jì)加工工藝，關(guān)鍵在于正確選取切削用量和配合專用夾具的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮機(jī)床和刀具的整體性能，減少輔助裝夾、換刀時(shí)間，從而可靠地保證工件的加工精度，最大限度提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]陳宏鈞.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M]. 2版.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]陳子銀.模具數(shù)控加工技術(shù)[M].人民郵電出版社，2006.

[3]梁炳文.機(jī)械加工工藝與竅門精選[M].中化出版社機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[4]周成統(tǒng).銑工工藝與技能訓(xùn)練[M].人民郵電出版社，2009.

[5]北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)公司.KND-100M銑、鉆、鏜床用數(shù)控系統(tǒng)用戶手冊(cè).北京凱恩帝公司，2005.