精密薄壁十字殼體零件加工工藝研究

徐志剛

(海鷹企業(yè)集團有限責任公司，江蘇 無錫 214061)

精密薄壁十字殼體零件加工工藝研究

徐志剛

(海鷹企業(yè)集團有限責任公司，江蘇 無錫 214061)

精密薄壁十字殼體結構復雜，形狀奇異，壁薄剛度差，十字軸線的幾何公差精度等級高。在零件加工中，利用了現(xiàn)有普通數(shù)顯臥式鏜床TX6113C，通過對工藝方法的研究和裝夾方式上大膽創(chuàng)新，利用專用夾具彌補了機床精度的不足，并在零件裝夾和夾具找準等工藝方法上采取了一系列相應的創(chuàng)新措施，有效地解決了精密薄壁十字殼體零件在普通機床上精密加工的難題，節(jié)省了高精設備的資金投入，產(chǎn)品贏得了市場。

薄壁十字殼體；數(shù)顯臥式鏜床TX6113C；工藝研究；工藝創(chuàng)新；精密加工

1 零件結構和技術要求

典型的薄壁十字殼體零件的特點是精度要求高，外形不規(guī)則且壁薄，其三維圖如圖1所示，零件圖如圖2所示。零件的外形結構形式是常見管道設計中常用的“四通”零件，零件的材質是00Cr17Ni14Mo2低磁不銹鋼鑄鋼件，殼體的最薄壁

2 加工工藝分析和創(chuàng)新工藝方法

圖1 薄壁十字殼體零件三維圖

從圖1可以看出，十字殼體零件的坯料是鑄件，加工主要集中在殼體上相互垂直的4個方向的臺階孔、臺階外圓、密封槽和倒角，而加工工藝的主要難點是如何利用裝夾方式和加工設備來保證零件設計要求的幾何公差。

借鑒箱體類十字孔的加工原理，將殼體要加工的4個方向水平放置，就可以在臥式鏜床、專用組合機床以及臥式加工中心通過一次裝夾完成所要加工的內容。箱體類十字孔的加工一般都有平面作為工藝基準，而十字殼體沒有平面基準；因此，必須研制適合十字殼體的專用夾具，通過專用夾具定位，建立工藝基準。薄壁十字殼體零件的定位、裝夾示意圖如圖3所示。

2.1 零件加工工藝分析

十字殼體零件的加工孔徑為φ222～φ390 mm，臺階外圓為φ120～φ370 mm。從加工范圍可以看出，加工的孔徑和外徑都比較大，不論采用高精度臥式鏜床還是高精度臥式加工中心，用鏜桿主軸加工大孔徑都是困難的，而十字殼體零件的4個方向的孔徑和臺階外圓可采用平旋盤加工，同時可以避免主軸加工與平旋盤加工交叉使用時產(chǎn)生的機床固有的同軸度誤差。

圖2 薄壁十字殼體零件圖

圖3 薄壁十字殼體零件的定位、裝夾示意圖

十字殼體零件主要孔徑的加工深度為65～123 mm，臺階外圓加工長度為93 mm，其孔徑深度與臺階外圓長度基本接近，因而平旋盤上使用的刀桿長度可以保證基本一致，可有效避免由于刀桿長短相差懸殊而引起刀具撓度較大，產(chǎn)生加工誤差。

2.2 加工設備的選擇

海鷹企業(yè)集團有限責任公司現(xiàn)有設備為普通臥式鏜床T68、數(shù)顯臥式鏜床TX6113C和DMG公司的DMU-80P五面體加工中心。其主要規(guī)格見表1。

表1 加工設備主要規(guī)格

由表1可知，DMU-80P五面體加工中心的工作臺尺寸及孔徑加工范圍不滿足要求，T68臥式鏜床和TX6113C數(shù)顯臥式鏜床雖然加工范圍能夠滿足要求，但是工作臺回轉定位精度均無法滿足十字殼體零件的設計精度要求(依據(jù)十字殼體零件的垂直度要求，可以計算出對工作臺回轉定位精度要求應≤4.85"，工藝要求應提高至≤2")。解決的方案有2種:1)購置高精度臥式加工中心(或專用機床)，該方案需要近千萬的資金投入，且單件加工投入和產(chǎn)出的性價比極差，難以實施；2)設計和制造專用夾具，利用專用夾具彌補機床精度的不足，該方案投入的資金少，且能夠保證零件的加工精度。本文選用數(shù)顯臥式鏜床TX6113C(見圖4)，并配專用夾具。數(shù)顯控制機床的精度可靠，操作直觀、方便；同時，數(shù)顯控制機床的精度和剛度比臥式鏜床T68好。

圖4 TX6113C數(shù)顯臥式鏜床

2.3 加工工藝的創(chuàng)新

由于受加工設備精度的限制，加工工藝應綜合考慮機床、夾具、找準方法以及加工方法等各種因素。

1)找準方法。在加工中，臥式鏜床的回轉工作臺不做回轉分度，只做切削進給，十字殼體的分度依靠夾具底板(連同零件)做回轉(90°、270°、360°)，以夾具底板的一對直角面(K面與J面)作為十字殼體分度后找準的工藝基準。

2)精度要求。由于夾具體要在回轉工作臺做回轉分度，所以對臥式鏜床回轉工作臺和夾具底板的平面度提出相應的工藝要求。臥式鏜床回轉工作臺和夾具底板的精度對十字殼體十字軸線的對稱度有直接的影響。工藝要求擺放夾具體的回轉工作臺的平面度(在回轉工作臺上找一塊平面度最好的區(qū)域)≤0.01 mm，夾具體底平面的平面度≤0.01 mm。

3 工藝實施

3.1 夾具的定位與找準

確定夾具與機床工作臺的相對位置，必須找準夾具上一組直角邊的工藝基準的直線度(≤0.01 mm)。為了避免機床工作臺的X軸與Z軸之間的垂直度誤差對夾具找正帶來的影響，無論夾具在0°、180°、90°還是270°的位置，主軸鏜桿(并裝夾千分表)應伸出足夠的長度(≥夾具體定位直角邊的長度)后不動，工作臺始終以Z軸正方向(與加工孔時的走刀方向一致)來找準夾具的工藝基準面(K面或J面)的直線度(≤0.01 mm)，以確保殼體十字軸線的垂直度。

3.2 殼體的定位與夾緊方法

十字殼體零件的結構特征之一是薄壁，夾具設計以φ280、φ420及φ350 mm外圓定位。由于零件為鑄件，外圓不圓整，因此定位塊沒有采用V型塊，而是在雙V型上采用了4個可調支承零件(每節(jié)外圓)，以增加支點數(shù)量，這樣，可使殼體夾緊時的變形量相對均勻，同時彌補外圓的不圓整。同理，夾緊塊也沒有采用V型塊，而是采用了板式鏈條捆幫，這樣，圓弧面180°的兩端可同時壓緊，便于調整夾緊力。

3.3 零件在夾具上定位與夾緊調整工藝要領

十字殼體因為沒有基準平面，因此，不論是粗加工還是精加工，加工前應對十字殼體進行劃線。殼體進入夾具后，應找準殼體的十字軸線和4個端頭的水平線，確保殼體位置與夾具位置的正確和加工余量的分配，同時應做到自由狀態(tài)和夾緊狀態(tài)基本一致。

由于十字殼體是薄壁零件，從夾具的夾緊方式和力學分析，夾緊時殼體的最高點受力最大，其變形量也最大。夾緊時會引起彈性變形，若可調節(jié)支承調整不合適，其彈性變形會有大有小，一旦夾緊消失后，零件恢復彈性變形，將會引起加工尺寸和幾何公差的變化。

精加工時的零件夾緊調整主要方法如圖5所示。在零件的4個方向上，用百分表來監(jiān)測實際的變化值。臺階外圓的剛度好，在最高點用1個百分表監(jiān)測，內孔同時用2個百分表在最高點和最低點監(jiān)測。3個方向同時夾緊，同時觀測百分值的變化，要求百分表同步變化值≤0.03 mm，且方向一致；放松時零件恢復變形也應做到基本一致，各百分表的相對誤差值≤0.01 mm，且夾緊與松開要重復3次左右，若達不到上述工藝要求，應重新調節(jié)支承螺釘，直至達到要求為止。

圖5 零件夾緊調整方法

3.4 檢測量器具的配置

為保證零件的加工質量，對零件主要配合孔徑尺寸(IT5)的測量配置高精度比較環(huán)規(guī)，便于校對孔的尺寸基準，控制實際加工尺寸。使用外徑千分尺測量外圓配合尺寸。配置了便攜式粗糙度測量儀，滿足加工現(xiàn)場測量的要求。使用三坐標測量儀測量零件加工的幾何公差，為確保測量的數(shù)據(jù)正確性，檢測時連接夾具上三坐標測量儀，板式鏈條全部放松，使十字殼體處在自由狀態(tài)下(不施加任何的外力)。

4 結語

精密薄壁十字殼體零件的切削加工中，當受限于加工設備精度的時候，只要在加工工藝上采取切實有效的措施和創(chuàng)新的工藝調整方法，就能夠彌補機床部分精度不足的難點。完成加工后的零件經(jīng)三坐標測量儀檢測，其幾何公差和尺寸公差均符合設計要求，有效地驗證了該創(chuàng)新工藝方法的正確性和可操作性，節(jié)省了高精設備的投入，產(chǎn)品贏得了市場。

責任編輯馬彤

ResearchonProcessingTechnologyforPrecisionCross-shapedShellPartswithThinWalls

XU Zhigang

(Haiying Enterprise Group Co., Ltd., Wuxi 214061, China)

Cross-shaped shell parts with thin walls share the feature of complex design, odd shape, thin walls with poor rigidity and high demand of cross axis geometric tolerance. In the processing of these parts, full use of the existing digital TX6113C horizontal boring machine was made. Based on the research on processing method and the bold innovation of clamping, effectively used the accuracy of the fixtures to make up the lack of accuracy in machine tools. Besides, a series of corresponding innovation methods were adopted in clamping and alignment of parts. All these methods solved the problem of processing high precision cross-shaped shell parts on general-purpose machine tools. The parts processed easily win the market while saving the money to purchase high-precision equipment.

cross-shaped shell parts with thin walls, digital TX6113C horizontal boring machine, research on process, innovation of process, precision machining

TH 161

：A

徐志剛(1960-)，男，工程師，主要從事精密加工和特種加工等方面的研究。

2014-09-02