多孔零件加工工藝方法及機床設備

■湖北神力鍛造有限責任公司 （丹江口 442700） 劉國偉

多孔零件加工工藝方法及機床設備

■湖北神力鍛造有限責任公司 （丹江口 442700） 劉國偉

摘要：介紹多孔零件的幾種加工方式，重點介紹了一種重型商用車轉向節(jié)法蘭面上多孔的加工工藝方法和機床設備，指出機床在設計和使用過程中的注意事項。

1. 加工方式分析

隨著我國機械行業(yè)的發(fā)展，多孔零部件如汽車、摩托車的發(fā)動機箱體、鋁鑄件殼體、轉向節(jié)、制動鼓、輪轂、剎車盤、轉向器、差速殼、軸頭、后橋殼和半軸等，泵類、閥類、液壓元件及太陽能配件等的加工需求日益增長。目前，國內(nèi)多孔零部件通常采用以下4種方式進行加工。

（1）采用普通臺鉆搖臂鉆床加帶鉆模板的夾具進行加工。但是存在著一次只能加工一個孔，經(jīng)過多次加工才能成型，加工效率低、質(zhì)量不夠穩(wěn)定的局限性。

（2）采用普通臺鉆加裝多軸器進行加工。但是存在著剛性不夠、加工覆蓋面積小、加工孔范圍小、加工行程小、加工精度不夠高、可靠性較差、手動操作以及加工效率低等局限性。

（3）采用單面或雙面多軸鉆床，或稱多孔鉆床加工。它是一種運用于機械領域鉆孔、攻螺紋的機床設備。一次進給同時加工數(shù)孔，同單軸鉆（攻螺紋）比較，工件加工精度高、工效快，可有效地節(jié)約人力、物力和財力。

多軸鉆床分為可調(diào)式和固定式兩種類型。①可調(diào)式多軸鉆床：本體結構由齒輪箱配合萬向節(jié)頭組成，由于萬向節(jié)是可活動軸件，故在限定范圍內(nèi)可左右移動。在調(diào)整加工孔距時不受齒輪所限制，適合加工多樣不定性孔件，使用范圍較廣。缺點是精度方面控制有所欠缺，長期使用跑位率相對略高。適合單件加工量不大，長年更換加工件的企業(yè)。②固定式多軸鉆床：根據(jù)單件加工件量身定制多軸器，即依照零件的間距、排布，定死動軸，從而達到單品單軸，一件一臺的多軸器標準方案。這是使用多軸器最終的模式，是提高生產(chǎn)效率最快的鉆床設備。固定式加導孔板多軸器準確耐用，在更換試件時，有很多空間取付方便，不會受到治具的妨礙。所加工出來的產(chǎn)品更精確，多軸鉆床也更耐用。

（4）采用數(shù)控鉆床或加工中心類機床加工。不需要鉆模板，更換品種方便，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，但是由于也是依次加工所有的孔，生產(chǎn)效率較低，設備投入大。

因此，在加工法蘭面上多孔時，為了提高加工效率，通常采用多軸鉆的方式。但是多軸鉆存在受各個主軸軸承大小的限制，當同一工件上多個孔的空間距較?。ɑ蛲环植紙A直徑較小，而孔的數(shù)量過多）時，主軸布排不下的問題。

圖1　零件加工示意圖

2. 零件工藝分析

我公司生產(chǎn)的某重型商用車轉向節(jié)如圖1所示，其法蘭面上均布16個M16-6 H螺紋孔（其中一個孔不加工，實際

加工15個孔），要求鉆深最大為35mm，攻深最小為28mm，90°倒角至牙底深。分布圓直徑為φ193m m，位置度要求為φ0.3mm。各孔間距較小，一個多軸箱上不能同時布置16個主軸，而且孔的位置度要求較高。對于這么多孔，若一個一個地進行加工，則加工時間很長。若要滿足整條生產(chǎn)線的工藝節(jié)拍要求，則需要多臺設備，投入較大。為此，需要高效率的加工方法和機床，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的同時，提高生產(chǎn)效率，減少成本。

3. 加工工藝方法和機床

根據(jù)我公司該轉向節(jié)加工生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃、生產(chǎn)節(jié)拍及采用機器人進行上、下料的要求，經(jīng)和機床制造廠家充分溝通與交流，結合專機特點，我們提出了該零件的加工工藝方法、機床方案、技術要求，由機床廠家設計、制造了用于該15×M16-6H螺紋孔的專用四工位回轉盤多軸鉆機床（見圖2）。

圖2　四工位回轉盤多軸鉆機床

（1）加工工藝方法和要求。①采用兩臺機床，一臺用于鉆孔，一臺用于攻螺紋。②工藝節(jié)拍≤3min/件（含上、下料時間）。③采用機器人進行上、下料。④為保證工藝節(jié)拍要求，機床采用臥式四工位回轉夾具，四個工位（見圖2b，圖中的一、二、四是指第一、二、四工位，第三工位被擋著了，故未標識）工步如下。第一工位：裝、卸工件；第二工位：對工件鉆法蘭面8個M16螺紋底孔、倒角（攻螺紋）；第三工位：對工件鉆法蘭面7個M16螺紋底孔、倒角（攻螺紋）；第四工位：對工件法蘭面上15個孔進行切屑清理。其中二、三工位加工的孔錯開布置，以解決15個孔分布圓直徑偏小、主軸布排不開的問題。⑤為適應機器人進行上、下料，對夾具提出了以下特殊要求：夾具采取液壓夾緊、液壓退料；夾具具有工件裝夾氣密檢測裝置和對夾具定位面自動清理的裝置，以確保工件被正確定位；配備鉆孔完畢后自動對加工的所有孔的切屑進行清理的裝置。

（2）機床的主要組成及說明。該四工位回轉盤多軸鉆孔機床的主要部件為：八軸動力箱（共2個，其中1個安裝7把刀具）、刀具（共15個）、退料裝置、工件孔內(nèi)吹屑機構、伺服滑臺（2個）、四工位夾具、夾具定位面清理機構、工件、夾具回轉機構。為方便刀具轉速的調(diào)整，動力箱采用變頻電動機驅動，而進給量的調(diào)整則由FANUC數(shù)控系統(tǒng)控制的兩個伺服滑臺5實現(xiàn)。

機床采用FANUC數(shù)控系統(tǒng)，能自動實現(xiàn)以下動作：①滑臺快進、工進（工退）、快退、停止。②工件的夾緊、松開。③夾具定位面的自動清理。④工件切屑自動清理。⑤裝夾工件的氣密檢測。⑥退料裝置的動作。⑦切削冷卻系統(tǒng)和加工過程的聯(lián)動。⑧回轉機構的分度旋轉、鎖緊。

其中，四工位夾具安裝在回轉機構上，依靠回轉機構實現(xiàn)夾具四個工位的分度、旋轉。

（3）機床設計和使用中的注意事項。①為保證鉆15個M16螺紋底孔的位置度，同時機床采用四工位結構，每個鉆模板上布置了16個鉆模套。②由于機床采用的刀具數(shù)量高達15把，為減少更換、調(diào)整刀具的時間，對于多軸鉆床，配備了2套刀柄，可在加工時先將刀具和刀桿調(diào)整好，需要更換時，對機床上的刀桿、刀具一同全部更換；對于多軸攻絲機絲錐的更換，我們設計、制造了專用的絲錐卡頭，既可以實現(xiàn)絲錐的快速更換，又能將絲錐鎖死，滿足攻螺紋要求。③為了提高鉆孔的表面粗糙度質(zhì)量和加工時排屑方便，編程時，采用“啄式”鉆孔的方法，在鉆孔的過程中，退刀兩次，使切屑隨退刀從孔內(nèi)排出。④對于多軸鉆床，由于加工的為盲孔，且孔口要求進行倒角，便于攻螺紋，故采用的階梯鉆在刃磨時，必須保證所有的階梯鉆前端長度一致。⑤調(diào)整更換多軸鉆的刀具時，必須保證刀柄的定位面到階梯鉆的階梯部位的長度全部一致，以保證各孔口倒角深度相同。為此，我們設

計制造了專用的調(diào)刀儀。

（4）工藝方法和機床驗證。經(jīng)過對該機床的調(diào)試和工藝驗證，該機床達到了設計要求，工藝驗證結果如附表所示。其中15 個M16螺紋孔的位置度φ0.3mm，以螺紋底孔進行檢查，共驗證10件，CMM檢測全部合格。

工藝驗證結果

4. 結語

針對該零件的加工工藝方法設計制造的四工位回轉盤多軸鉆孔機床由于具有四個工位，且采用2個8軸鉆孔動力箱（其中1個安裝7把刀具），可以在四個工位上同時進行工件的上下料、15個孔的加工、加工孔內(nèi)的切屑的清理，并可自動進行快進、工進（工退）、快退、停止，大大縮短了作業(yè)時間，單臺機床的生產(chǎn)節(jié)拍≤3min/件，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量要求，達到了設計要求。

同單軸鉆（攻螺紋）比較，工件加工精度高、工效快，可有效地節(jié)約人力、物力和財力。尤其是機床的自動化大大減輕了作業(yè)者的勞動強度。

當然該工藝方法和設備也存在著通用性不好的問題，若更換品種，多軸動力箱各主軸的間距不可調(diào)，需更換2個多軸箱，同時需更換鉆模板，且每個品種需要4個鉆模板，投入較大。

收稿日期：（20141015）