縫紉機(jī)針腳板的加工工藝研究*

郭秀華 陳祥林 周曲珠

(①蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇 蘇州215009;②蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州215104)

工業(yè)縫紉機(jī)是服裝機(jī)械設(shè)備的主體和核心，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，縫紉機(jī)新機(jī)型不斷增加，其高速化、精密化、多功能化、智能化和自動(dòng)化程度越來(lái)越高。各種電子技術(shù)和自動(dòng)化裝置已廣泛應(yīng)用于縫紉機(jī)械中，但由于縫紉機(jī)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，又要求高度的協(xié)調(diào)性，使得機(jī)構(gòu)系統(tǒng)仍處于核心和樞紐地位。

針腳板是縫紉機(jī)送料機(jī)構(gòu)中的一個(gè)關(guān)鍵性零件，在生產(chǎn)過(guò)程中起著非常重要的作用，其加工精度及安裝精度直接影響到縫紉機(jī)的正常工作。圖1 是德國(guó)某品牌工業(yè)縫紉機(jī)針腳板的三維零件圖，其結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。利用立式加工中心進(jìn)行加工時(shí)，首批生產(chǎn)合格率僅為86%，效率極低，滿足不了德國(guó)廠方的產(chǎn)能要求(月產(chǎn)能需5000 件)，如加大設(shè)備及人員的投入，則利潤(rùn)會(huì)很低。針對(duì)該情況，期望通過(guò)優(yōu)化針腳板的加工工藝，以提高加工效率。

1 針腳板零件技術(shù)分析

針腳板二維零件圖如圖2 所示，該零件加工要素較多，且多處尺寸偏小，所需刀具較多。在加工中心上需要正反面加工，且不易裝夾。傳統(tǒng)的加工方法和設(shè)備需要反復(fù)更換刀具以及多次裝夾，加工效率低，難以滿足客戶的產(chǎn)能需求。合理安排加工工藝和選擇夾具是提高加工效率和保證零件尺寸精度的關(guān)鍵。

原加工工藝的毛坯為35 mm×85 mm×16 mm，夾具采用精密平口鉗，加工工時(shí)約2 h，工序如表1 所示。

表1 原加工工序

從上述工序可以看出，毛坯采用型材鋸割下料到尺寸，利用平口鉗固定鉗口定位，背面加工去除量比較大，大切削量去除材料時(shí)，為防止夾持松動(dòng)，背吃刀量需要適當(dāng)降低，毛坯厚度需減小(當(dāng)前所夾持的部位約3 mm);翻轉(zhuǎn)工件正面加工，采用平口鉗加靠塊的方式，先銑面到零件厚度尺寸，然后完成正面加工。

2 新加工工藝設(shè)計(jì)

加工工藝方案的制定，必須體現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)、保證質(zhì)量，并且達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低加工成本、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。

2.1 加工設(shè)備選擇

根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)類型，銑和鉆是主要加工方式，且尺寸精度屬于常規(guī)要求，故仍采用立式加工中心作為該零件加工的首選設(shè)備。

2.2 毛坯選擇

針腳板零件材料是16MnCr5，這是歐洲的鋼號(hào)，德國(guó)制訂的標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于我國(guó)15CrMn 鋼，其化學(xué)性能如表2 所示(GB/T 3077 -1999)。該鋼有較好的淬透性和切削性，對(duì)較大截面零件，熱處理后能得到較高表面硬度和耐磨性，低溫沖擊韌度也較高。

表215CrMn 牌號(hào)和化學(xué)成分

零件外輪廓尺寸為31 mm×79 mm×14 mm，為了提高加工效率，毛坯采用尺寸為195 mm ×79 mm ×14 mm 的長(zhǎng)方形坯料，同時(shí)可加工出5 個(gè)零件，兩零件間隔為10 mm，且增加4 個(gè)M8 攻絲工藝孔，用平面磨床磨削到要求的尺寸，如圖3 所示。

2.3 夾具設(shè)計(jì)

根據(jù)針腳板零件的特點(diǎn)，常規(guī)的壓板、平口鉗和卡盤(pán)均不合適，需要針對(duì)該零件特點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè)專用夾具。夾具如圖4 所示(虛線為毛坯安裝位置)，材料用45號(hào)鋼，分為2 個(gè)工位:前部是正面加工工位，毛坯左側(cè)和前側(cè)均有兩個(gè)定位圓柱銷，中間有2 個(gè)φ9 mm 孔;后部為背面加工工位，根據(jù)工件正面特征，設(shè)有與之對(duì)應(yīng)的2 個(gè)定位圓柱銷，分別與工件正面φ6 mm 圓孔和4 mm 寬的長(zhǎng)槽配合;中間有4 個(gè)φ9 mm 和10 個(gè)φ5 mm 通孔。夾具利用壓板安裝于加工中心工作臺(tái)上后，銑出上表面，定位的圓柱均通過(guò)刀具銑出，一方面保證上表面的水平，另一方面保證圓柱銷的定位精度。毛坯未加工前安裝于前部工位，靠?jī)蓚?cè)圓柱銷定位后，用兩個(gè)M8 螺釘從夾具下部與毛坯的工藝螺紋孔緊固。工件正面加工后，翻轉(zhuǎn)面安裝于后部工位，依靠中間圓柱銷定位后，用4 個(gè)M8 螺釘從夾具下面與毛坯的工藝螺紋孔緊固。

2.4 工序設(shè)計(jì)

針腳板按照加工的內(nèi)容分為正面加工和背面加工兩部分，加工工序如表3 所示。

表3 新加工工序

如圖4 所示，正面加工時(shí)，毛坯安裝于夾具前部工位，緊貼圓柱銷定位，利用左右兩個(gè)M8 螺釘鎖緊;正面加工步驟如下所示:

(1)首先通過(guò)定心鉆、鉆頭完成φ5 mm 孔加工，其中φ5 mm 鉆頭需鉆通整個(gè)毛坯;

(2)其次用φ4 mm 的鍵槽刀完成對(duì)寬長(zhǎng)槽、錐度孔的加工;

(3)最后用φ2 mm 和φ1.5 mm 的鍵槽刀完成窄長(zhǎng)槽及小孔的加工。

正面加工后如圖5 中正面加工位置所示，毛坯按照X軸方向旋轉(zhuǎn)180°，安裝于后部工位，利用圓柱銷定位，4 個(gè)M8 螺釘鎖緊。針腳板背面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工步驟如下所示:

(1)用φ10 mm、φ8 mm 立銑刀對(duì)上表面進(jìn)行粗、半精加工，去除大量的余量，在此過(guò)程中4 個(gè)M8 螺釘在去除余量過(guò)程中也被同時(shí)切割，螺紋鎖緊部分只留下2～3 牙;

(2)使用φ4 mm、φ2 mm 和φ1.5 mm 鍵槽刀對(duì)上表面及小孔和犄角位置進(jìn)行精細(xì)加工，去除余料;

(3)程序暫停，電動(dòng)螺絲刀快速安裝10 個(gè)M4 鎖緊螺絲，鎖緊毛坯，再卸除4 個(gè)M8 螺釘;

(4)用φ10 mm 立銑刀銑掉五個(gè)針腳板之間的連接部位，用25°倒角刀完成工件側(cè)面的倒角。

加工完成后的工件如圖5 背面加工位置所示。

3 工藝對(duì)比分析

在原方案中，采用型材鋸割下料方便，利用精密平口鉗，不需要專用夾具，節(jié)約了成本。夾緊后，平口鉗的活動(dòng)鉗口會(huì)有微小變形，是造成零件精度下降的直接原因，如果采用打表找正，則效率更低。背面加工時(shí)，加大了毛坯厚度，可以提高夾持量，但造成了材料的浪費(fèi)，如減小毛坯厚度，夾持量小，背吃刀量不大，加工效率降低，換刀頻繁，導(dǎo)致加工效率極低。

一般大批量生產(chǎn)時(shí)，趨向于采用高效、專用機(jī)床的工序集中;但在某些復(fù)雜零件的生產(chǎn)中適當(dāng)采用工序分散，也會(huì)凸顯出其加工優(yōu)勢(shì)，這就需要工藝人員根據(jù)實(shí)際做出正確決策。新方案中靈活應(yīng)用了工序集中與分散的方法。具體變化如下:

(1)毛坯制作利用磨床磨削表面和人工制作4 個(gè)M8 螺紋工藝孔，前期的制作節(jié)約了加工中心機(jī)時(shí)，分散了加工集中的時(shí)間。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，完成5 個(gè)針腳板零件，切削花費(fèi)了約5.5 h(包括人工安裝、對(duì)刀時(shí)間)，相對(duì)于原方案的切削時(shí)間2 h 完成一個(gè)零件，效率約提高了45%。

(2)增加了1 個(gè)夾具，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工、安裝。夾具上表面經(jīng)過(guò)機(jī)床加工，保證了毛坯上端面的水平，直接銑出定位的圓柱銷，保證了毛坯安裝的定位精度，合格率超過(guò)98%。

(3)夾具上有2 個(gè)工位，1 個(gè)是正面加工工位，另1 個(gè)是背面加工工位。夾具上可同時(shí)裝夾2 個(gè)毛坯，正面加工程序和背面加工程序合并后，可實(shí)現(xiàn)1 次裝夾依次完成不同毛坯的正面和背面的加工，大大節(jié)約加工時(shí)間。

(4)粗加工過(guò)程中，切削量相對(duì)較大，刀具磨損突出，如果不及時(shí)更換刀具，會(huì)導(dǎo)致刀具崩斷，并直接影響到程序中后序刀具，應(yīng)用過(guò)程中采取了措施，利用機(jī)床刀具壽命管理功能，對(duì)磨損的刀具及時(shí)更換，同時(shí)對(duì)舊刀具進(jìn)行批量刃磨，刀具成本并未增加太多。

4 結(jié)語(yǔ)

工藝在生產(chǎn)中占有極其重要的地位，根據(jù)針腳板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制訂合理的加工工藝，使得針腳板加工效率得到極大提高，減少了材料損耗，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，產(chǎn)能得以顯著提高，協(xié)助加工企業(yè)完成了既定的生產(chǎn)目標(biāo)，且取得較大的經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)解決了一項(xiàng)技術(shù)難題，對(duì)同類零件的加工具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

［1］吳敏，莊東海.基于嵌條壓板零件的加工工藝分析與專用夾具設(shè)計(jì).［J］機(jī)床與液壓，2013(8):43 -46.

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