曲柄零件加工工藝

摘 要：文章合理設(shè)計(jì)某新機(jī)一曲柄零件加工工藝方案、安排工藝路線，利用UGCAD/CAM軟件編程及VERICUT仿真軟件對(duì)編制的程序進(jìn)行模擬仿真，減少零件加工過(guò)程中的程序調(diào)整時(shí)間，提高加工效率和加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：曲柄；效率；加工工藝

引言

在新機(jī)研制期間，零件結(jié)構(gòu)及各種參數(shù)都需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)才能最終確定，使用最少的工藝裝備，利用各種辦法將零件在最短的時(shí)間內(nèi)加工出來(lái)，節(jié)省研制費(fèi)用是目的所在。

1 某機(jī)一級(jí)曲柄結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求

某研制機(jī)一級(jí)曲柄材料為1Cr11Ni2W2MoV，其結(jié)構(gòu)是由基準(zhǔn)圓柱上連接三個(gè)不在同一水平面上的外臂，基準(zhǔn)圓柱底面及大孔中心為零件基準(zhǔn)，零件上的孔及裝配關(guān)節(jié)軸承處的槽是零件的關(guān)鍵部分。零件上孔的精度等級(jí)為7級(jí)精度，各孔相對(duì)大孔及基準(zhǔn)圓柱下表面位置度為Ф0.03；槽的上下面對(duì)基準(zhǔn)面的尺寸公差為±0.05mm，槽處臂厚3.5mm，槽寬5mm，槽底的轉(zhuǎn)接圓角為R0.5和R1。

2 一級(jí)曲柄加工工藝分析

零件上與軸承配合的孔尺寸精度及位置度要求較高，零件基準(zhǔn)面小，裝夾定位困難，零件孔位置度及連接槽尺寸測(cè)量困難。

合理安排工藝方案，在零件上留工藝壓緊部位，磨出基準(zhǔn)，始終以磨出的基準(zhǔn)定位找正，進(jìn)行上、下表面及三處連接槽的加工，使零件的加工及測(cè)量更加方便。在加工上、下表面時(shí)采用銑加工，精密孔在數(shù)控鏜床上加工，連接槽采用慢走絲線切割加工。

3 一級(jí)曲柄加工工藝

通過(guò)以上工藝分析制定主要工藝路線如下。

毛料→銑六方→磨基準(zhǔn)面→鏜基準(zhǔn)孔→銑上表面→銑下基準(zhǔn)面→鏜孔→線切割三處槽（分三個(gè)工序）→線切割外型→去除重熔

層。

零件毛料為鍛件，為提高新機(jī)研制進(jìn)度，毛料采用自由鍛，鍛成方料。

在普通立式銑床上將毛料六面銑平。上、下大面按尺寸要求留出磨削量，其余側(cè)面銑去的量盡可能少，為后續(xù)工序留的壓緊面盡量大。

磨基準(zhǔn)面工序磨削零件上下表面及兩相鄰側(cè)面，上下面相互平行度不大于0.01mm，磨削的相鄰表面相互垂直度不大于0.02mm，磨削后表面作為后續(xù)工序的定位、找正基準(zhǔn)。

銑上表面工序，在數(shù)控銑床上，以磨削后基準(zhǔn)表面作為定位面，用壓板壓緊上表面，拉直找正磨削側(cè)面，以下表面上鏜削后的基準(zhǔn)孔中心作為加工坐標(biāo)系原點(diǎn)進(jìn)行銑加工。粗加工則可選擇不帶底R(shí)的立銑刀去除大部分余量，給精加工留0.2mm～0.3mm加工余量。由于三處外臂上下表面不在同一平面內(nèi)，與基準(zhǔn)圓柱相連處有轉(zhuǎn)接R，需用帶R的圓柱立銑刀或球頭立銑刀進(jìn)行加工，用球頭立銑刀加工時(shí)平面處需另一把平頭立銑刀，兩把刀加工易使加工面產(chǎn)生接刀痕，為使加工表面不產(chǎn)生接刀痕，使用一把帶R的圓柱立銑刀既可加工出R又可加工平面。加工時(shí)盡量選擇大直徑的刀具，零件凸臺(tái)邊外臂較寬，與側(cè)壁較近，為保證轉(zhuǎn)接R處加工相對(duì)完整，又不碰到凸臺(tái)外臂（如圖1所示），最后選擇直徑8mm帶底R(shí)的立銑刀進(jìn)行精加工。零件加工后如圖2所示。

銑下基準(zhǔn)面工序，零件翻面，用壓板壓緊上表面，拉直找正磨削側(cè)面（與上工序相同），以上表面上鏜削后的基準(zhǔn)孔中心作為加工坐標(biāo)系原點(diǎn)進(jìn)行數(shù)控銑加工。零件加工時(shí)有一處深槽，為避免打刀，采用小切深（ap=0.15mm）、大進(jìn)給（f=300-500mm/min）的方式進(jìn)行銑加工，加工中充分澆注冷卻液，提高刀具壽命，降低加工成本。零件上轉(zhuǎn)接R與上工序相同，為減少刀具種類，粗精加工使用刀具與上工序相同。加工后零件如圖3所示。

以上兩道銑工序均利用UGCAM軟件編制數(shù)控程序，對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行優(yōu)化，選擇合理步距，縮短區(qū)域內(nèi)、區(qū)域間抬刀距離，控制進(jìn)退刀距離，減少刀具空行程時(shí)間，提高零件加工效率。將UG毛坯和零件模型轉(zhuǎn)化為STL文件導(dǎo)入VERICUT仿真軟件，并將UGCAM生成的數(shù)控程序添加進(jìn)去，進(jìn)行數(shù)控程序仿真，在分析菜單下選擇自動(dòng)——比較選項(xiàng)，查看零件加工過(guò)程中是否產(chǎn)生過(guò)切、殘留，當(dāng)存在過(guò)切、殘留等現(xiàn)象時(shí)，通過(guò)分析VERICUT日志信息，對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行調(diào)整。對(duì)調(diào)整后的數(shù)控程序重新進(jìn)行仿真，直至在自動(dòng)——比較圖框下出現(xiàn)沒(méi)有區(qū)別時(shí)，在VERICUT界面下方信息提示欄會(huì)提示模型是一致的時(shí)，可將該程序用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

鏜孔工序，在數(shù)控鏜床上進(jìn)行，以零件基準(zhǔn)面為下表面，用墊塊墊起，將零件找平，拉直找正零件磨削側(cè)面用4個(gè)壓板將零件壓緊。零件上孔的位置度和尺寸精度較高，工藝上采用了打點(diǎn)-鉆孔-擴(kuò)孔-鏜孔-鉸孔工藝方案，通過(guò)鏜孔保證零件的位置度要求，鉸孔保證零件的尺寸要求，降低了對(duì)操作者的技能要求。

該零件凸臺(tái)處有Ф4和Ф9兩種孔，在零件未進(jìn)行切槽前形成臺(tái)階孔，需要注意Ф9孔的加工深度，由于鉸刀前端存在倒角，鉸削深度要大于孔深，將倒角長(zhǎng)度讓出，鉸孔前的鏜孔深度要保證足夠的鉸孔深度，擴(kuò)孔深度要保證足夠的鏜孔深度且不破壞下端Ф4孔。經(jīng)計(jì)算，用Ф8.5鉆頭擴(kuò)孔深度為8mm，鏜孔深度6.5mm，鉸孔深度6mm。

鏜孔加工后在此工序?qū)⒕€切割外型用穿絲孔一并加工完成。

線切割三處槽工序，分別以兩磨削側(cè)面為底面，拉直找正零件基準(zhǔn)大面跳動(dòng)不大于0.02，壓緊零件上表面。分三個(gè)工序加工三處槽。

為保證零件加工質(zhì)量，切槽工序在慢走絲機(jī)床上進(jìn)行多次切割，多次切割時(shí)應(yīng)注意在第一次切割完成后，應(yīng)暫停檢查料芯是否掉落，如料芯未掉落，應(yīng)將料芯撥落或吸出，以免料芯與銅絲之間產(chǎn)生放電，影響零件加工質(zhì)量。零件切割時(shí)應(yīng)將Z軸降到盡可能低，避免零件產(chǎn)生鼓肚現(xiàn)象。

零件切槽后，第二天用百分表對(duì)槽進(jìn)行檢查，槽表面平面度較好在0.01mm以內(nèi)，說(shuō)明用慢走絲進(jìn)行線切割槽可以有效控制零件加工變形。

線切割外型工序，將零件基準(zhǔn)面向下放平，拉直找正磨削側(cè)面，用壓板壓緊上表面。利用穿絲孔穿絲切割零件外型。切割零件外型時(shí)應(yīng)注意，零件外型切割完成時(shí)零件向下落會(huì)產(chǎn)生傾斜，如銅絲繼續(xù)放電，可能造成對(duì)零件已加工表面的破壞。需要采取相應(yīng)的保護(hù)措施：如在零件外型切割完成時(shí)的程序中加M00進(jìn)行暫停將零件取出；在零件進(jìn)退絲處加小凸臺(tái)對(duì)零件進(jìn)行保護(hù)；用吸鐵石將零件和余料吸在一起避免零件傾斜掉落（零件需有磁性）等。

全部線切割工序完成后，由鉗工對(duì)零件線切割表面重熔層進(jìn)行去除，去除該零件達(dá)到零件最終尺寸要求。至此，零件主要加工工序全部完成。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用該工藝加工曲柄零件，基準(zhǔn)統(tǒng)一，裝夾方便，不用專用夾具，只用壓板即可。利用UGCAD/CAM軟件繪制出工序三維模型，編制數(shù)控程序。利用VERICUT仿真軟件對(duì)編制的程序進(jìn)行模擬仿真。文章總結(jié)了加工過(guò)程中的注意事項(xiàng)，可為其他件加工提供參考。