激光切割機(jī)切割頭支架的加工工藝研究*

陳祥林，郭秀華

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

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激光切割機(jī)切割頭支架的加工工藝研究*

陳祥林1，郭秀華2

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

針對(duì)激光切割機(jī)切割頭支架加工精度不穩(wěn)定問題，分析得出當(dāng)前設(shè)備和夾具是產(chǎn)生加工誤差的主要原因；通過更換加工設(shè)備和專用夾具，使得產(chǎn)品合格率提高到97%，加工成本降到原來的61%，減少了對(duì)高性能機(jī)床的依賴，極大提高了經(jīng)濟(jì)效益, 且在同類零件加工中具有一定的推廣價(jià)值。

加工中心；夾具設(shè)計(jì)；加工工藝；激光切割機(jī)

0 引言

激光切割機(jī)是一種新型的切割工具，采用不可見的光束代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械刀，具有切割速度快，加工精度高，加工成本低等特點(diǎn)。切割頭支架(以下簡(jiǎn)稱為支架)是組成激光切割機(jī)的關(guān)鍵部件，其加工與組裝精度直接影響到切割的精度。蘇州某激光有限公司有多年的激光切割機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，支架零件的月需求量在200～300件之間，因受公司設(shè)備工藝的限制，一直采用外包的生產(chǎn)方式，但支架零件精度不穩(wěn)定，加工費(fèi)用昂貴。為提高經(jīng)濟(jì)效益及支架質(zhì)量穩(wěn)定性，公司決定優(yōu)化加工工藝的方法，完成該支架零件的加工。本文通過對(duì)機(jī)床、夾具、刀具等方面進(jìn)行分析與研究，提出了解決該問題的有效辦法。

1 支架加工技術(shù)分析

圖1 支架零件圖

圖2 毛坯零件圖

根據(jù)市場(chǎng)鋁材的規(guī)格，支架毛坯選用70mm厚度的LY12板材，經(jīng)鋸割后的尺寸為226×185×70mm, 用銑床銑削六個(gè)平面尺寸到216×180×68mm，制作4個(gè)工藝孔[2]，如圖2所示，再采用四軸加工中心完成，原加工工序如表1所示。

表1 支架原加工工序(四軸加工中心)

由表1可見，前期制作的毛坯利用4個(gè)吊緊螺絲通過制作的工藝孔固定于如圖3所示的夾具上，在四軸加工中心A軸的轉(zhuǎn)動(dòng)下，能夠完成支架各部位的加工[3-4]，主要加工工序分為三個(gè)階段。

(1)A=0°

在第四軸A=0時(shí)，利用端銑刀完成外輪廓的粗精加工，再用定位鉆、鉆頭和絲錐完成5個(gè)M6螺紋的加工。

(2)A=45°

(3)A=180°

在第四軸A=180°時(shí)，主要是利用定位鉆和鉆頭完成剩下的3個(gè)M6螺紋的底孔加工，為手動(dòng)攻絲完成最后的工序做好準(zhǔn)備。

2 影響因素分析

圖3 四軸裝夾加工狀態(tài)圖

通過以上三個(gè)環(huán)節(jié)，利用四軸加工中心能夠完成支架零件的加工。通過對(duì)原加工工序及檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出以下兩個(gè)方面是影響加工精度的主要因素：

(1)如圖3所示，受支架零件本身結(jié)構(gòu)的影響，夾具安裝于A軸轉(zhuǎn)臺(tái)，沿著A軸方向尺寸越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度及剛性對(duì)加工精度的影響會(huì)隨之放大；

(2)A軸轉(zhuǎn)臺(tái)依靠三爪卡盤夾緊夾具，三爪卡盤使用久了，隨著卡盤的磨損三爪會(huì)出現(xiàn)喇叭口狀，三爪也會(huì)慢慢偏離A軸轉(zhuǎn)臺(tái)中心，由夾具影響到支架，造成支架的形位公差增大，精度難以保證[6]。

3 支架夾具設(shè)計(jì)及加工

綜上所述，在原方案中，支架零件在四軸加工中心上能夠完成加工，但加工誤差難以避免，且目前該公司只有兩臺(tái)三軸的加工中心，不具備四軸加工能力，如在現(xiàn)有的立式加工中心上完成該支架的加工，需從工藝著手提出新的加工方案，以解決該項(xiàng)加工難點(diǎn)。

圖4 新工藝夾具零件圖

經(jīng)過研究，新工藝在A=0°和180°時(shí)采用精密機(jī)用平口鉗裝夾，在A=45°時(shí)，需設(shè)計(jì)專用夾具來實(shí)現(xiàn)。此處有兩個(gè)問題需要解決，一是支架的半成品夾具設(shè)計(jì)定位問題；二是支架半成品的工件坐標(biāo)系設(shè)定及對(duì)刀問題[7]，參考支架在四軸上的加工狀態(tài)，設(shè)計(jì)了如圖4所示的夾具[8]，該夾具左右兩側(cè)設(shè)置了壓板槽，可利用壓板固定于加工中心工作臺(tái)，夾具實(shí)物如圖5所示，設(shè)置了兩個(gè)側(cè)面(定位面Ⅰ、定位面Ⅱ)作為定位面，與支架半成品已加工的臨近兩側(cè)面對(duì)應(yīng)，4個(gè)螺絲吊緊固定，夾具的左前點(diǎn)作為對(duì)刀位置，按照?qǐng)D3中的尺寸，只要加工前對(duì)刀時(shí)輸入夾具和支架相應(yīng)的數(shù)據(jù)(在夾具設(shè)計(jì)之初考慮)就能完成工件坐標(biāo)系的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝置的自動(dòng)加工[9]。

夾具毛坯材料采用Q235，具體加工工序如表2所示,先將夾具毛坯放置于90°的V型鐵中，再用精密機(jī)用平口鉗夾持毛坯的兩個(gè)側(cè)面，完成45°面、A面、定位面和螺紋孔的加工。需要加工的45°斜面基本處于水平狀態(tài)，保證了該斜面的加工精度和表面質(zhì)量，即使V型鐵存在誤差，也影響不了A面與45°面的夾角精度[10]。其次，利用已加工A面定位，平口鉗夾持兩側(cè)面，完成B面加工；最后，平口鉗夾持A、B面，完成壓板槽的加工。

表2 夾具的加工工序

4 對(duì)比分析

兩種加工方案比較，主要有以下幾點(diǎn)區(qū)別：

(1)原方案中設(shè)備采用了四軸加工中心，新方案根據(jù)支架結(jié)構(gòu)制作了新夾具，采用了常規(guī)的三軸加工中心，減少了對(duì)高性能機(jī)床的依賴。如圖6所示，支架在三軸加工中心加工狀態(tài)圖。

圖5 夾具實(shí)物圖 圖6 支架加工圖

(2)新方案利用了公司閑置機(jī)床，盤活了固定資產(chǎn)，原外包單個(gè)支架零件加工費(fèi)用為1380元，現(xiàn)公司自己生產(chǎn)，成本僅為850元，此項(xiàng)每年為公司綜合節(jié)約資金約150萬，有效提高了經(jīng)濟(jì)效益。

(3)因公司采用專人生產(chǎn)，尺寸精度得到大幅度提高。經(jīng)三坐標(biāo)檢測(cè)，支架零件合格率達(dá)到97%，排除了外包加工帶來的精度不穩(wěn)定和交貨時(shí)間難以保證等不利因素，提高了激光切割機(jī)的加工精度，使產(chǎn)品品質(zhì)得到了保證。

5 結(jié)束語

加工工藝在生產(chǎn)中占有極其重要的地位，根據(jù)支架零件的特殊結(jié)構(gòu)，利用三軸加工中心和夾具的組合，減少了對(duì)高性能機(jī)床的依賴。制訂了適合現(xiàn)有加工設(shè)備的加工工藝，不但使支架的加工精度得以保證，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，協(xié)助該企業(yè)取得較大的經(jīng)濟(jì)效益，完成了既定的生產(chǎn)目標(biāo)，保障了激光切割機(jī)的品質(zhì)，在同類零件加工中具有一定的推廣價(jià)值。

[1] 宋淵．薄圓盤形零件車削加工工藝優(yōu)化和夾具設(shè)計(jì)[J]．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2012(5):82-85．

[2] 吳敬,張樹偉.連桿零件加工工藝分析及鉆孔夾具設(shè)計(jì).[J]機(jī)床與液壓,2013(6):131-132.

[3] 趙如福.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2000．

[4] 王光斗，王春福.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[5] 郭秀華等.提高法蘭同軸度和圓跳動(dòng)的應(yīng)用研究[J].機(jī)械傳動(dòng)，2014(11)：181-183.

[6] 陳祥林，郭秀華.減速機(jī)端蓋的加工工藝研究[J] . 制造技術(shù)與機(jī)床，2014(7)：131-134.

[7] 姚勝南，劉小娟.偏心零件的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)[J] . 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2014(11):140-142.

[8] 王先逵. 機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[9] 車璐,王宗彥,秦慧斌,等.轉(zhuǎn)杯的加工工藝研究 [J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013(5):120-122.

[10] 史全富.金屬切削手冊(cè)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版，2003．

(編輯 李秀敏)

Study on Processing Technology of Cutting Head Bracket for Laser Cutting Machine

CHEN Xiang-lin1，GUO Xiu-hua2

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Suzhou Vocational University, Suzhou Jiangsu 215104, China;2.Suzhou Institute of Trade & Commerce, Suzhou Jiangsu 215009, China)

Aiming at the problem of unstable machining accuracy of the cutting head bracket of laser cutting machine, Analysis shows that the current equipment and fixtures are the main reasons for the machining errors. By changing the processing equipment and special fixture, making the product pass rate increased to 97%, processing cost down to 61% of the original, reduces the dependence on high performance machine, greatly improve the economic benefit and has a certain popularization value in the similar parts.

machining center ；fixture design；processing technique; laser cutting machine

1001-2265(2016)10-0151-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.10.041

2015-12-17；

2016-01-24

江蘇省高等職業(yè)院校高級(jí)訪問工程師計(jì)劃(FG016)

陳祥林(1977—)，男，江蘇揚(yáng)州人，蘇州市職業(yè)大學(xué)高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)、CAD/CAM/CAE、自動(dòng)控制，(E-mail)cxl@jssvc.edu.cn。

TH162；TG506

A