車床刀架轉(zhuǎn)盤三維建模及機械加工工藝規(guī)程優(yōu)化設(shè)計

曹仁濤，熊朝山

CAO Ren-tao, XIONG Chao-shan

（蘭州交通大學(xué) 機電工程學(xué)院，蘭州 730070）

0 引言

車床刀架轉(zhuǎn)盤是普通車床刀架的重要零件，它位于上刀架和下刀架之間，是上刀架的導(dǎo)向件。 該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計精度高，加工難度大，生產(chǎn)中需要對其機械加工工藝不斷優(yōu)化，以保證優(yōu)質(zhì)高效低成本的加工。以下在原有加工轉(zhuǎn)盤的傳統(tǒng)工藝技術(shù)上，利用UG NX8.0建模，然后將數(shù)控加工技術(shù)和傳統(tǒng)機械加工技術(shù)合理結(jié)合，通過分析與研究對一些工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上完成工藝規(guī)程編制和關(guān)鍵工序端面銑專用夾具設(shè)計，獲得更高的經(jīng)濟效益和更強的市場競爭力。

圖1 車床刀架轉(zhuǎn)盤零件圖

1 轉(zhuǎn)盤零件三維建模

根據(jù)圖1所示零件圖，運用UG NX8.0建立轉(zhuǎn)盤三維模型，具體繪制過程為：

打開UG NX8.0軟件，點擊“新建”按鈕，系統(tǒng)彈出“新建”對話框。在“模型（模板）”選項卡中選擇模板類型“模型”，在“新文件名（名稱）”中輸入“C1.prt”。單擊“確定”，進(jìn)入建模環(huán)境。

選擇下拉菜單“插入→草圖”命令，單擊進(jìn)入“創(chuàng)建草圖”對話框。所有設(shè)置均按默認(rèn)，單擊“確定”，進(jìn)入草圖環(huán)境。按圖2繪制草圖，繪制完成后，單擊“完成草圖”，退出草圖環(huán)境。

選擇下拉菜單“插入→設(shè)計特征→回轉(zhuǎn)”命令，單擊進(jìn)入“回轉(zhuǎn)”對話框。選擇所繪制的“草圖”作為“截面”，以Y軸作為“指定矢量”，其他所有設(shè)置均按默認(rèn)，點擊“確定”，完成回轉(zhuǎn)特征創(chuàng)建。如圖3所示。

圖2 截面草圖

圖3 回轉(zhuǎn)特征

以相似的方法繪制其他草圖，然后選擇下拉菜單“插入→設(shè)計特征→拉伸”命令，單擊進(jìn)入“拉伸”對話框。進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，如圖4所示拉伸特征。

圖4 拉伸特征

除此之外，還用到細(xì)節(jié)特征（邊倒圓和倒斜角）的創(chuàng)建，最終轉(zhuǎn)盤三維模型如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)盤三維模型

2 轉(zhuǎn)盤機械加工工藝規(guī)程優(yōu)化設(shè)計

2.1 分析加工要求

通過對零件圖的分析，得知Φ35H7和Φ30H7內(nèi)孔、Φ70h6外圓都具有較高的尺寸精度和位置精度要求，表面粗糙度Ra為1.6μm，燕尾導(dǎo)軌面M、H面的表面粗糙度Ra的值為0.8μm，它們的位置精度要求較高，M面相對于P面的平行度要求為0.02mm，而兩導(dǎo)軌面的對稱度要求為0.02mm。因此導(dǎo)軌面是最關(guān)鍵的加工表面。

2.2 對零件圖進(jìn)行工藝審查

首先，零件圖中總共包括主視圖、俯視圖和左視圖三個視圖。采用了局部剖視、半剖等表達(dá)方法，轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)表達(dá)清晰、布局合理。轉(zhuǎn)盤的有關(guān)尺寸標(biāo)注、形狀精度和位置精度的標(biāo)注完整、統(tǒng)一，符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。其次，轉(zhuǎn)盤的材料為HT200，材料的切削加工性較好。最后，轉(zhuǎn)盤的技術(shù)要求明確可行。綜合以上分析，轉(zhuǎn)盤零件設(shè)計合理，可以組織生產(chǎn)并進(jìn)行工藝技術(shù)準(zhǔn)備。

2.3 確定生產(chǎn)類型

2.4 確定毛坯類型及制造方法

查閱相關(guān)文獻(xiàn)，確定毛坯類型為鑄件。轉(zhuǎn)盤毛坯備選方案有金屬型鑄造和砂型鑄造兩種方法?？紤]到工件數(shù)量較少，如果采用金屬型鑄造，那么造成制造周期較長，成本較高[2]。綜合衡量，確定轉(zhuǎn)盤毛坯采用砂型鑄造方法。

2.5 擬定工藝路線

分析零件圖可知，Φ30H7孔軸線是轉(zhuǎn)盤長度和寬度方向上的設(shè)計基準(zhǔn)，P面是轉(zhuǎn)盤高度方向上的設(shè)計基準(zhǔn)。以燕尾面M、H作為粗基準(zhǔn)，將精基準(zhǔn)面P加工出來，再以端面P作為第一基準(zhǔn)完成Φ30H7、Φ35H7加工，然后采用一面兩孔的定位方式加工其他表面。車床刀架轉(zhuǎn)盤機械加工工藝路線如表1所示。

2.6 選擇機床設(shè)備和工藝裝備

根據(jù)轉(zhuǎn)盤機械加工工藝方案和各表面加工方法，以及轉(zhuǎn)盤最大輪廓尺寸和加工精度，選取機床（XK5025、CA6140、ZQ3040×10/2等）、刀具（95o偏頭外圓車刀、Φ63單角銑刀、立銑刀、Φ20成形銑刀、麻花鉆、機用鉸刀、45o倒角車刀、成形砂輪等）、量具（游標(biāo)卡尺、角度尺、內(nèi)徑千分尺等）和夾具（四爪卡盤、平口鉗、端面銑專用夾具等）。

2.7 確定各工序加工余量、工序尺寸及公差

根據(jù)轉(zhuǎn)盤毛坯余量和粗、精加工原則確定各個工序加工余量，根據(jù)精度要求確定工序尺寸和公差。以燕尾面M為例進(jìn)行說明：

已知：燕尾面M、H的加工過程：粗銑→精銑→淬火→磨削；毛坯尺寸及偏差為LM毛坯=27±1.0；磨削工序尺寸LM精=22。

查閱平面加工余量及公差[1]和實踐經(jīng)驗。根據(jù)加工方案，精銑的加工余量取1.0，留給磨削加工的余量為0.3。由于精銑的加工余量都已確定，即可算出粗銑的加工余量為3.7。燕尾面M、H的加工余量及工序尺寸如表2所示。

表1 車床刀架轉(zhuǎn)盤機械加工工藝路線

表2 燕尾面M加工余量及工序尺寸

2.8 確定各工序切削用量和工時定額

查閱機械加工工藝手冊確定切削用量和工時定額（包括基本工時和輔助工時）[3]。

2.9 編制工藝規(guī)程

根據(jù)上述分析結(jié)果，編寫車床刀架轉(zhuǎn)盤的機械加工工藝過程卡、機械加工工序卡，該工藝規(guī)程為組織該零件生產(chǎn)的綱領(lǐng)性技術(shù)文件。

3 端面銑夾具設(shè)計

根據(jù)轉(zhuǎn)盤的機械加工工藝規(guī)程，針對工序110精銑2設(shè)計一套銑床專用夾具。

3.1 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案

轉(zhuǎn)盤端面銑夾具是針對工序110設(shè)計的。工序110采用一面兩孔定位，運用螺母、壓板進(jìn)行夾緊。如圖6所示，轉(zhuǎn)盤端面銑夾具總體結(jié)構(gòu)尺寸為：350mm、180mm、90mm。轉(zhuǎn)盤端面P與夾具體的上表面接觸，定位心軸、削邊銷分別與Φ30、Φ35的孔配合，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)盤的完全定位。然后用開口壓板將轉(zhuǎn)盤壓住，最后讓六角螺母與定位心軸配合使用，將轉(zhuǎn)盤固定在夾具體上。

3.2 夾具的定位與夾緊原理

以轉(zhuǎn)盤的端面P作為主要定位基面，限制3個自由度；用定位芯軸與Φ30H7配合限制2個自由度；用削邊銷與Φ35H7配合限制1個自由度，屬于完全定位[4]。端面P作為工件在高度方向上的設(shè)計基準(zhǔn)，而Φ30H7作為工件在長度和寬度方向上的設(shè)計基準(zhǔn)，符合基準(zhǔn)重合原則。在精加工時，都是以端面P、Φ30和Φ35定位，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。

圖6 端面銑夾具

如圖6所示，安裝轉(zhuǎn)盤時，先取下六角螺母、墊圈和開口壓板，將轉(zhuǎn)盤安放在夾具體上，并保證與定位心軸和削邊銷進(jìn)行良好配合，然后逐一安裝開口壓板、墊圈和六角螺母，擰動六角螺母將工件夾緊。松夾時，首先擰松六角螺母，取下開口壓板，就能將轉(zhuǎn)盤取出，達(dá)到快卸目的。

3.3 夾具零部件設(shè)計

根據(jù)夾具定位和夾緊原理，以及夾具的總體結(jié)構(gòu)完成裝配圖設(shè)計[5]。在夾具零部件設(shè)計時，標(biāo)準(zhǔn)件按國家標(biāo)準(zhǔn)和功能要求選取，非標(biāo)準(zhǔn)件根據(jù)零件功能和配合要求進(jìn)行設(shè)計。

4 結(jié)論

在對轉(zhuǎn)盤進(jìn)行機械加工工藝規(guī)程設(shè)計中，通過分析和研究，對轉(zhuǎn)盤機械加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，然后編制轉(zhuǎn)盤機械加工工藝過程卡和工序卡，并對工藝過程中的關(guān)鍵工序完成專用夾具設(shè)計。這樣對縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本，提高加工精度，延長刀具壽命，以及減少加工基本時間和輔助時間、提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度都有好處，初步完成對轉(zhuǎn)盤零件機械加工工藝的優(yōu)化設(shè)計。

[1] 徐海技.機械加工工藝編制[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2009.6.

[2] 馬賢智.實用機械加工手冊[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2012.2.

[3] 陳明.機械制造工藝學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2012.1.

[4] 吳拓.簡明機床夾具設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010.5.

[5] 沈永松.特殊孔機械加工工藝及夾具設(shè)計[J].輕工機械,2007,25(06)：55-56.