一種機(jī)床活動塊兩孔平行度加工工藝探析

劉旸，劉云豫

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南南陽473000)

近二十余年來，光電技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步迅猛，致使光電產(chǎn)品的加工設(shè)備研發(fā)也快速發(fā)展起來。光電產(chǎn)品的質(zhì)量、精度要求越來越高，加工光電產(chǎn)品的裝備質(zhì)量也必須要得到進(jìn)一步的提升，這就必然涉及到此類加工裝備關(guān)鍵重要件的加工和裝配精度的問題。其中，光學(xué)加工機(jī)床的關(guān)鍵零部件——滑架部件中活動塊的加工就涉及到此類加工精度問題。

在光學(xué)行業(yè)所用的加工機(jī)床中，滑架部件滑動的靈活性、穩(wěn)定性和精度是該類機(jī)床的一個重要技術(shù)指標(biāo)。要保證滑架部件滑動中的這一技術(shù)指標(biāo)，關(guān)鍵的一點(diǎn)就是要保證活動塊中安裝軸承兩孔的形位公差——平行度。其他諸如活動塊的孔間距、局部尺寸公差等，都可通過常規(guī)的技術(shù)手段，一般技術(shù)水平的操作人員即可做到，且不影響裝配的質(zhì)量和精度，在此不做贅述。

現(xiàn)就活動塊的加工過程中，如何保證活動塊的兩孔平行度的問題進(jìn)行分析和探討。

在保證活動塊兩孔平行度的前提下，可進(jìn)行批量生產(chǎn)，同時還能提高效率、減小廢品率、降低加工成本，是要面臨解決的關(guān)鍵問題。

下面就此類加工問題展開，對現(xiàn)有的幾種加工方法進(jìn)行對比，以期得到更優(yōu)秀經(jīng)濟(jì)的加工手段和加工工藝。

1 在臥式鏜床上加工保證活動塊的兩孔平行度

首先，在車床、銑床或其他機(jī)械加工機(jī)床上，對活動塊(圖1)進(jìn)行加工，到圖紙規(guī)定的尺寸。

然后，活動塊的兩孔加工工序安排在臥式鏜床上進(jìn)行加工。按常規(guī)的加工手段和辦法，定位、夾緊，一次裝夾，先鉆孔，后粗鏜、精鏜兩孔，保證兩孔的平行度和孔間距尺寸公差。因為是在一次裝夾中加工完畢，活動塊的平行度由鏜床的精度很容易得到保證?？椎钠叫卸裙睿话阏？杀ＷC在0.01 ～0.02 mm，極少數(shù)因為各方面的因素會超差，但最大不超過0.03 mm，對裝配使用基本沒有影響。加工出來的產(chǎn)品，基本沒有廢品，合格率完全有保證。

此種加工工藝方法，由于是在臥式鏜床上加工，所以就會帶來一個很大弊端，加工效率過低，加工成本太高。在單件、小批量的生產(chǎn)中，體現(xiàn)還不太明顯，但對于批量的生產(chǎn)，效率低、成本高、加工周期長的問題就特別突出，使該機(jī)床生產(chǎn)周期變長，成本增加，快速交貨受到限制，缺乏一定的市場競爭力，不利于該類機(jī)床短時間內(nèi)的批量生產(chǎn)，更不利于該類機(jī)床在市場中的應(yīng)用推廣。

圖1 活動塊

2 在車床上加工保證活動塊的兩孔平行度

利用車床的花盤和彎板配合對活動塊的兩平行孔進(jìn)行加工。

花盤是安裝在車床主軸上的一個大圓盤，盤面上的許多長槽用來穿放螺栓，工件可用螺栓直接安裝在花盤上。也可以把輔助支承角鐵(彎板)用螺釘牢固夾持在花盤上，工件則安裝在彎板上。為了防止轉(zhuǎn)動時因重心偏向一邊而產(chǎn)生振動，在工件的另一邊要加平衡鐵。工件在花盤上的位置需經(jīng)仔細(xì)找正。

首先，在銑床或其他機(jī)械加工機(jī)床上，按照圖紙要求尺寸加工出外形。

在車床安裝好花盤，首先要利用活動塊已加工好的面作為基準(zhǔn)，打表、找正，利用彎板進(jìn)行定位，夾緊。在加工活動塊時，由于工件位置的原因，在離心力的作用下，加工工件孔的局部尺寸容易出現(xiàn)橢圓，兩孔的平行度公差一般可保證在0.05 ～0.1 mm 以內(nèi)。在實際生產(chǎn)過程中，通過裝配時的反復(fù)調(diào)整和實際的應(yīng)用驗證，只要孔距的平行度公差不超過0.1 mm，對活動塊裝配后的靈活性影響不大，所以此技術(shù)指標(biāo)可以放寬使用，此時廢品率仍在20%以上。

此種加工方法，對比鏜床加工來說，加工效率有很大的提高，加工成本大幅度降低，大約是鏜床的1/3 ～1/2;但是打表找正比較費(fèi)時間，對加工人員的個人技術(shù)要求較高，加工質(zhì)量一般，合格率較低，批量生產(chǎn)一般不予采用。

3 在車床上利用專用夾具精加工保證活動塊的兩孔平行度

專用夾具設(shè)計思路及依據(jù)如下:

一種具有平衡配重功能的偏心夾具，在夾具本體上，以可往復(fù)移動的方式，設(shè)計一個用以夾持工件的夾持裝置和至少一個配重件;另再設(shè)計一個傳動機(jī)構(gòu)，用以在夾持裝置移動時同步地傳動配重件作反向移動，以使夾頭在偏心夾置工件時仍能維持其重心在轉(zhuǎn)動軸心上，而能避免夾頭高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生偏心震動。一般沒必要去精確計算，可根據(jù)工作的經(jīng)驗，只要床頭不要太晃動就行了。

三爪卡盤與機(jī)床的連接需要一個連接法蘭盤。法蘭盤一端是內(nèi)螺紋的，與車床主軸的外螺紋相連接;一端是帶臺階孔(起定位作用)的法蘭盤，用螺絲與三爪卡盤背后的螺紋孔連接。

根據(jù)三爪卡盤和主軸連接的原理，利用常規(guī)車床主軸端部安裝好的法蘭盤，簡化有平衡配重功能的偏心夾具設(shè)計思路，簡化設(shè)計結(jié)構(gòu)，做一簡單實用的專用夾具，如圖2 (a)、(b)所示。其中，夾具體背面一端的止口、端面(起定位作用)分別和另一端面正面(基準(zhǔn)面)要有垂直度、平行度要求，和車床主軸上連接的法蘭盤止口 (起定位作用)相配合，安裝方法和三爪卡盤的安裝固定方式一樣。夾具體上安裝徑向滑動板，滑動板兩大面有平行度要求，滑動板上安裝有定位、夾緊元件。

圖2 車床專用夾具

對于批量生產(chǎn)，加工前，根據(jù)圖紙對活動塊外形進(jìn)行加工，并預(yù)鉆兩平行孔，基本保證中心距即可，留1 ～1.5 mm 的加工余量。在專用夾具中，找活動塊已加工好的面作定位基準(zhǔn)，定位、夾緊，依次對兩孔進(jìn)行精加工到尺寸，靠車床和夾具的精度來保證活動塊兩孔的平行度公差。

此種加工工藝方法，和前一種加工工藝相比較，特點(diǎn)是:操作相對更容易些，加工效率較高(可提高一倍以上)，產(chǎn)品的加工精度有一定提高，合格率較高。但和鏜床比較而言，加工精度還是有不少的差距。

4 在改造的車床上精加工保證活動塊的兩孔平行度

找一臺八成新以上的車床，目的是為了保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，還有絲杠和中托板絲桿的傳動精度。

首先，要把車床改造成一臺數(shù)控車床，費(fèi)用大概一萬余元，目的是為了提高加工的效率。第二步，改造中托板。把方形刀架去掉，固定方形刀架的基面，就變成專用夾具的工作固定臺面，按照和此基面的連接方式設(shè)計專用夾具的夾具體。要求夾具安裝固定完畢后，活動塊處在夾具中的位置應(yīng)保證精鏜時活動塊兩孔的軸線和主軸軸線等高且平行，即在同一高度的平面上。實際上就是以中托板上刀架的安裝基面設(shè)定為一個工作臺面，相當(dāng)于臥鏜的工作臺。改造后的車床，就是一臺數(shù)控車床;更進(jìn)一步講，就是一臺變相的簡易數(shù)控“鏜床”，完全是根據(jù)活動塊在臥鏜上加工的方法原理改造而成。夾具設(shè)計實物如圖3 所示。

圖3 專用夾具(固定于方形刀架基座上)

做專用的鏜刀桿，刀桿尾部的錐度要和所改造機(jī)床主軸錐孔的莫氏錐度相配套，長度可根據(jù)所加工的產(chǎn)品靈活設(shè)計，注意控制其長徑比，在可保證加工的前提下，盡可能縮短鏜刀桿，以滿足鏜刀桿足夠的強(qiáng)度?？深A(yù)先設(shè)計加工粗鏜刀桿1 把、精鏜刀桿2 把，刀具的材料為YG8，預(yù)先試鏜孔，調(diào)整保證粗鏜、精鏜的刀具尺寸。

每把精鏜刀加工的工件數(shù)量為40 ～50 件，兩把精鏜刀可加工80 ～100 件，一次的生產(chǎn)批量一般在100 件左右，所以事先準(zhǔn)備1 把粗鏜刀、2 把精鏜刀，足夠加工一個批次的產(chǎn)品。

首先，對活動塊外形進(jìn)行加工，并預(yù)鉆兩平行孔，基本保證中心距即可，留1 ～1.5 mm 的加工余量;再到改造好的數(shù)控車床上，選工件已加工好的面作為定位基準(zhǔn)，在設(shè)計的專用夾具上進(jìn)行定位、夾緊;然后，以任意一預(yù)鉆孔為基準(zhǔn)，大致找正即可。一次裝夾，通過中拖板絲杠控制孔間距(孔距公差靠中拖板絲杠精度保證)，靠換已事先準(zhǔn)備好的粗鏜刀桿和精鏜刀桿，對預(yù)鉆的兩孔進(jìn)行粗鏜、精鏜，保證兩孔的平行度公差。

加工的原理方法實際和在鏜床上加工一樣，只不過是一臺變通了的所謂“鏜床”，一般孔的平行度公差可比較輕松控制在0.02 ～0.04 mm 以內(nèi)，最大不超過0.05 mm。相比鏜床來說，加工成本低廉，效率大大提高，加工質(zhì)量也有保證，合格率高。

以CA6140 為例，車床的改造費(fèi)用1 萬余元;加上車床(不低于八成新)本身的費(fèi)用4 ～5 萬元，總計費(fèi)用在6 萬元左右，最多也不超過7 萬元。車床的加工工時在15 ～20 元/小時，一天可以加工活動塊成品大概40 ～50 件。而同樣一款臥式鏜床，價格40 余萬元，加工工時約60 元/小時，每天的加工成品大概為20 件。投入產(chǎn)出大概比例，前者是后者的1/12 ～1/14。

5 結(jié)論

通過對以上4 種加工工藝的對比分析，就能得到更優(yōu)的加工方法和拓寬零件加工思路，很自然地提高產(chǎn)品的加工效率和加工質(zhì)量。

對于批量大、精度要求高的活動塊加工來說，在改造的車床上，利用專用夾具精加工(鏜孔)，產(chǎn)品的合格率得到有效的保證，降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)品對操作人員的技術(shù)依賴度，降低生產(chǎn)的加工成本，有很好的社會經(jīng)濟(jì)效益，使得該類機(jī)床的大批量生產(chǎn)有了可靠的技術(shù)和物質(zhì)保障，在市場競爭中占據(jù)一定的優(yōu)勢地位。

推而廣之，在現(xiàn)代的機(jī)床工業(yè)中，在批量機(jī)床的生產(chǎn)和維修過程中，只要是中小型的類似活動塊的零件加工且平行度要求較高的，都可參照此種活動塊的加工工藝方法，避免對鏜床的依賴;同時，既可以提高生產(chǎn)效率，又能降低生產(chǎn)成本。

［1］楊叔子．機(jī)械加工工藝師手冊［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006．

［2］吳宗澤．機(jī)械設(shè)計師［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006．

［3］姬文芳．機(jī)床夾具設(shè)計［M］．北京:航空工業(yè)出版社，1994．

［4］戴曙．金屬切削機(jī)床設(shè)計［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994．

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