筒形件的復(fù)雜孔系加工方法研究

劉佩林，喻 萍，吳 登，姚春臣

(江南工業(yè)集團(tuán)有限公司 工藝技術(shù)研究所，湖南 湘潭 411207)

隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)大量使用數(shù)控加工設(shè)備，許多零件的精度由數(shù)控設(shè)備來(lái)保證。然而，受設(shè)備精度等條件的制約，某些零件的加工僅靠數(shù)控加工設(shè)備往往不能保證其性能，還需通過(guò)傳統(tǒng)加工方法來(lái)完成。本文以一種筒形件上復(fù)雜多孔系的加工為例開(kāi)展零件孔系加工方法的研究。

1 零件特征

2 零件孔系的加工方法

根據(jù)零件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，加工方法為將筒形件內(nèi)、外形加工到位后再進(jìn)行孔加工，包括鉆底孔、锪孔。具體加工方式考慮如下2種：1)從快速換產(chǎn)的方式采用數(shù)控加工；2)為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，應(yīng)采用專(zhuān)用夾具裝夾加工。

2.1 數(shù)控加工

2.1.1 數(shù)控加工方法

在數(shù)控加工高速發(fā)展的今天，對(duì)于復(fù)雜零件的加工,通?？紤]采用數(shù)控加工方法。針對(duì)筒形件的裝配特點(diǎn)，加工工藝首先以端面定位，內(nèi)孔脹緊，中心架輔助支承，以定位塊定向，加工定位孔；然后用分度頭分度加工第1排孔，Z軸移動(dòng)一定距離后加工另外2排孔。

圖1 零件結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 數(shù)控設(shè)備加工零件孔系的工藝圖

2.1.2 零件在產(chǎn)品裝配中出現(xiàn)的問(wèn)題及原因分析

采用上述數(shù)控加工方式加工的筒形件，在后續(xù)產(chǎn)品裝配時(shí)存在最后幾個(gè)孔很難裝配到位的問(wèn)題。每次產(chǎn)品裝配時(shí)先要進(jìn)行預(yù)裝，并用絲錐套絲，試裝到位后，再進(jìn)行正式裝配。零件互換性差。

由此可見(jiàn)，孔的位置和精度有累積誤差，是導(dǎo)致裝配困難的主要原因。

圖3 孔間位置關(guān)系

圖4 第2排孔位置偏移

2.1.3 孔間位置偏差較大的原因及數(shù)控加工的弊端

孔間位置出現(xiàn)較大偏差，分析原因如下：1)零件長(zhǎng)約1 m，其內(nèi)腔是一個(gè)階梯孔，軟三爪夾頭長(zhǎng)度約60 mm，設(shè)備行程有限，整個(gè)零件尾端沒(méi)有支承，加工時(shí)受加工力的影響，零件相當(dāng)于一個(gè)受力微彎的懸壁梁，從而產(chǎn)生孔系加工誤差[2]；2)加工過(guò)程中存在分度頭誤差，也造成誤差累積。

由此可見(jiàn)，上述筒形件的孔系加工采用數(shù)控加工方法存在如下弊端：1)在裝夾方法上，零件長(zhǎng)，裝夾支承部位短，零件依靠自身的重力形成一個(gè)懸臂梁，導(dǎo)致孔系的加工相當(dāng)于是在有彈性變形的懸壁梁上進(jìn)行；2)在定位方式上，依靠定位塊上平面與導(dǎo)軌平面垂直，控制定位孔與定位塊中心線在同一條直線上，難以保證其位置精度；3)锪孔采取鉆頭加工，既無(wú)夾具定位，又無(wú)底孔導(dǎo)向，容易引起锪孔與底孔單邊現(xiàn)象。

2.2 采取專(zhuān)用夾具的普通機(jī)床加工方法

2.2.1 工裝設(shè)計(jì)及裝夾

隨著產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)，對(duì)上述筒形件孔系的加工進(jìn)行工藝優(yōu)化。

圖5 普通鉆床加工工藝圖

零件定位裝夾采取以零件需鉆孔一端的端面定位，鎖緊塊漲內(nèi)腔，V型支座輔助支承外圓，從零件的另一端壓緊。夾具上設(shè)計(jì)有定向卡板，找準(zhǔn)夾具上第1組孔與第2組孔中在一條直線上的孔，用定位插銷(xiāo)將定向卡板上孔與該孔鎖緊，定向卡板的2個(gè)內(nèi)表面與零件定位塊的2個(gè)側(cè)面定位，然后用壓緊板將零件的另一端壓緊。零件裝入夾具到位后，將定向卡板與定位插銷(xiāo)卸下。夾具上還設(shè)計(jì)了4個(gè)小方孔，以便在壓緊過(guò)程中調(diào)整定位面之間的間隙，保證筒形件端面與夾具端面貼合[5]，從而保證孔的一致性和唯一性[6]。

2.2.2 設(shè)計(jì)和應(yīng)用專(zhuān)用刀具

在保證底孔位置精度后，又設(shè)計(jì)和應(yīng)用了專(zhuān)用锪孔刀具(見(jiàn)圖6)。刀具的前部設(shè)計(jì)有導(dǎo)向部位，以保證沉孔與底孔同軸。

圖6 锪孔刀示意圖

通過(guò)設(shè)計(jì)專(zhuān)用鉆孔夾具、锪孔刀具，克服了筒形件多孔系加工的锪孔與底孔不同軸問(wèn)題，使零件工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了裝配的互換性。

2.2.3 工藝驗(yàn)證及生產(chǎn)應(yīng)用

采用普通鉆床加工筒形件3件，任選合格的配套件試裝，毋需配鉆，螺釘均能順利裝配到位。進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出，產(chǎn)品一致性很好。

表1 三坐標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

工藝驗(yàn)證結(jié)果表明，用此工藝方法連續(xù)批量生產(chǎn)筒形件2個(gè)批次，產(chǎn)品均能滿(mǎn)足裝配的互換性要求。該裝置已申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利一項(xiàng)，專(zhuān)利受理號(hào)ZL201621236847.0 。

3 改進(jìn)后的經(jīng)濟(jì)效果

該筒形件的鉆孔采用加工中心VMC850，刀具用合金鉆頭，進(jìn)給速度為15 mm/min，加工節(jié)拍為2.5 h/件，1天加工3件。如果采用二班制，可加工產(chǎn)品5件，锪孔節(jié)拍為30 min/件。采取鉆孔夾具用普通鉆床加工，鉆孔節(jié)拍為1 h/件，锪孔節(jié)拍為20 min /件。改進(jìn)后，每加工1件可節(jié)省工時(shí)100 min。改進(jìn)前后的比較見(jiàn)表2[7]。

表2 筒形件孔系加工方法改進(jìn)前后的比較

由此可見(jiàn)，采用數(shù)控設(shè)備銑復(fù)雜孔系費(fèi)用高、工時(shí)長(zhǎng)；而采用普通鉆床鉆孔，工時(shí)費(fèi)用低，且運(yùn)用專(zhuān)用夾具裝夾，保證了孔的唯一性及互換性，省卻了產(chǎn)品裝配時(shí)的試裝工序，提高了產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效率。

改進(jìn)后的加工方法，只需一臺(tái)普通鉆床，一名普通鉗工一次裝夾，即可完成加工。實(shí)現(xiàn)了多工位、多工步的工藝集成，具有不低于加工中心加工的產(chǎn)品精度及合格率，加工過(guò)程簡(jiǎn)單流暢，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了勞動(dòng)力，消除了質(zhì)量隱患，提高了生產(chǎn)的精益性。

4 結(jié)語(yǔ)

筒形件復(fù)雜孔系采用專(zhuān)用工裝在普通鉆床上加工，產(chǎn)品質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，保證了孔的加工精度和產(chǎn)品的互換性，與改進(jìn)前的數(shù)控機(jī)床加工相比，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，省去了產(chǎn)品裝配中的試裝工序，提高了產(chǎn)品加工和裝配工作效率，并且顯著降低生產(chǎn)成本，是適合于批量生產(chǎn)的好方法。

數(shù)控機(jī)床加工具有適應(yīng)性、通用性強(qiáng)，能及時(shí)解決產(chǎn)品加工試制急需的優(yōu)點(diǎn)，適合于單件、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)；普通機(jī)床應(yīng)用專(zhuān)用工裝的加工方法具有質(zhì)量好、效率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。因此，不能一概認(rèn)為數(shù)控加工方法先進(jìn)，普通加工方法落后，盲目地以數(shù)控加工方法淘汰普通機(jī)床加工方法，而應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的類(lèi)型、生產(chǎn)批量、質(zhì)量要求、經(jīng)濟(jì)性以及數(shù)控機(jī)床加工與普通機(jī)床加工各自的特點(diǎn)，合理選擇加工方法和設(shè)備。