不銹鋼薄壁精密件的加工工藝分析及夾具設(shè)計(jì)

文志成 羅華 唐杰 陳光源

關(guān)鍵詞：薄壁精密件;工藝分析;夾具設(shè)計(jì)

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)α悴考募庸ぞ纫笤絹?lái)越高，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的性能提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。薄壁復(fù)雜零件因?yàn)樗哂兄亓枯p，節(jié)約材料，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)已日益被越來(lái)越多的應(yīng)用于高新技術(shù)等領(lǐng)域，并經(jīng)常被用于特殊環(huán)境和特殊裝備中。但為達(dá)到減重、薄壁、高強(qiáng)度的效果，薄壁件通常使用綜合性能要求更高的材料制造，與此同時(shí)產(chǎn)生加工變形的原因又變得更加多種多樣，而這些因素之間又相互影響和制約。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)構(gòu)件加工變形問(wèn)題，本文通過(guò)不銹鋼薄壁精密件的加工工藝分析為案例，對(duì)現(xiàn)有加工藝進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種利用數(shù)控車(chē)削代替數(shù)控銑削的機(jī)加工夾具。該夾具能準(zhǔn)確快速的裝夾定位、降低切削力對(duì)薄壁件的沖擊，做到有效防止切削受力引發(fā)薄壁件加工變形，保障零件加工的質(zhì)量可控性，達(dá)到提高加工效率。

二、不銹鋼薄壁精密件的加工工藝分析

1.不銹鋼薄壁精密零件圖樣的分析

該薄壁精密件為不銹鋼材料，通過(guò)對(duì)圖1所示的零件圖進(jìn)行分析可知，該薄壁精密件單邊最厚為0.75mm、最薄處為0.5mm，并且同軸度與垂直度要求較高;薄壁件邊緣上有三段不均衡的圓弧。

圖2所示為壁精密件加工部位，零件的D、E、F是三段不均衡圓弧待加工部位，三個(gè)圓孔G、H、I在同一直徑圓上不等分分布，A、B、c、J是加工的內(nèi)外圓柱面，J圓柱面壁厚比較薄?，F(xiàn)有加工該零件通用的方法是：1.采用三爪卡盤(pán)裝夾后在數(shù)控車(chē)床車(chē)削加完成A、B內(nèi)外圓柱面;2.通過(guò)漲力心軸以A內(nèi)圓柱面為基準(zhǔn)固定，車(chē)削加完成C、J兩處外圓柱面;3.通過(guò)漲力心軸以A內(nèi)圓柱面為基準(zhǔn)固定，在數(shù)控銑床上銑削完成D、E、F三段圓弧和G、H、I三個(gè)圓孔。該加工方法為了保障零件的形位公差，每裝夾一次都需要用百分表校正裝夾定位精度，校正耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，造成加工效率低;在銑削D、E、F三段圓弧時(shí)，由于三段圓弧不均衡分布，銑削過(guò)程中產(chǎn)生的不均衡銑削力對(duì)薄壁件的沖擊極易引發(fā)薄壁件加工變形，在現(xiàn)實(shí)加工中該原因也是該零件在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生廢品率最高的工序。如何有效防止受力不均衡引發(fā)薄壁件加工變形，同時(shí)做到快速裝夾與校正零件，提高加工質(zhì)量的可控性，降低廢品率，是該零件加工需要解決的主要技術(shù)難題。

2.加工工藝分析

鑒于對(duì)上述不銹鋼薄壁精密件加工遇到的技術(shù)難題，目前數(shù)控加工設(shè)備、刀具及加工方法只要選擇得當(dāng)對(duì)加工此類(lèi)零件從技術(shù)層面分析是不存在太大技術(shù)難度，但要預(yù)防在加工過(guò)程中受力不均衡引發(fā)薄壁件加工變形，同時(shí)提高加工質(zhì)量的可控性，則要通過(guò)有效的加工工藝改進(jìn)，降低不均衡切削力對(duì)薄壁件的受力沖擊，防止受力不均衡引發(fā)薄壁件加工變形。

在此該不銹鋼薄壁精密件選用哈挺EU42M車(chē)削加工中心進(jìn)行加工，利用哈挺EU42M車(chē)削加工中心主軸做為動(dòng)力加工A、B、C、J的內(nèi)外圓柱面，用主軸卡盤(pán)做為固定裝夾并實(shí)現(xiàn)分度、利用刀架動(dòng)力頭作為動(dòng)力加工G、H、I三個(gè)圓孔，通過(guò)設(shè)計(jì)與制作一個(gè)專(zhuān)用夾具來(lái)滿足加ID、E、F三段不均衡圓弧，此方法可以有效實(shí)現(xiàn)以車(chē)代銑，減少裝夾次數(shù)，降低裝夾造成的誤差。

3.薄壁精密件機(jī)加工夾具設(shè)計(jì)與制作

該不銹鋼薄壁精密件機(jī)加工夾具設(shè)計(jì)原理：在裝夾固定盤(pán)中部設(shè)有用于安裝零件固定螺紋柱的階梯孔，裝夾固定盤(pán)上表面設(shè)有三個(gè)位于階梯孔周緣的薄壁件限位孔，薄壁件限位孔的周緣設(shè)有零件定位銷(xiāo)孔。零件固定壓緊盤(pán)中部設(shè)有定位孔，零件固定壓緊盤(pán)在與三個(gè)薄壁件限位孔相對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)有圓弧形的讓位凹槽，待加工零件定位在薄壁件限位孔中，待加工零件的加工邊緣方向由薄壁件限位孔周緣的定位銷(xiāo)孔通過(guò)零件定位銷(xiāo)定位，零件固定螺紋柱由階梯孔底端向上延伸，零件固定壓緊盤(pán)套在零件固定螺紋柱外并位于待加工零件的上端表面，固定螺母由零件固定螺紋柱上端向下旋鈕向下壓緊零件固定壓緊盤(pán)，使零件固定壓緊盤(pán)緊壓在待加工零件上表面。該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了裝夾工序、實(shí)現(xiàn)快速裝夾與校正、有效防止加工受力引發(fā)薄壁件加工變形、降低操作人員的裝夾難度。

4.薄壁精密件機(jī)加工夾具的應(yīng)用技術(shù)方案

待加工薄壁精密件定位在薄壁件限位孔中，薄壁精密件的銷(xiāo)孔與裝夾固定盤(pán)上的零件定位銷(xiāo)孔一一對(duì)應(yīng)，并裝上零件定位銷(xiāo)，零件定位銷(xiāo)定位在待加工零件的銷(xiāo)孔與薄壁件限位孔周緣的零件定位銷(xiāo)孔中，利用薄壁精密件的銷(xiāo)孔為基準(zhǔn)與機(jī)加工夾具的零件定位銷(xiāo)配合限制待加工零件的前后左右位置及轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，再利用薄壁精密件的薄壁外圓與機(jī)加工夾具的薄壁件限位孔裝配限制待加工零件的上下自由度。零件固定螺紋柱由裝夾固定盤(pán)階梯孔底端向上延伸且頂端穿出階梯孔，零件固定壓緊盤(pán)通過(guò)定位孔定位在零件固定螺紋柱中段定位部外并壓在待加工零件的上端表面，固定螺母與零件固定螺紋柱的上段固定部相配合，固定螺母由上向下壓在零件固定壓緊盤(pán)上表面，使得零件固定壓緊盤(pán)緊壓在薄壁精密件上表面。利用機(jī)加工夾具的零件固定壓緊盤(pán)壓緊薄壁精密件的連帽從而固定待加工零件，利用機(jī)加工夾具的固定螺母鎖緊薄壁精密件于機(jī)加工夾具的裝夾固定盤(pán)與零件固定壓緊盤(pán)之間，完成裝夾。以薄壁精密件邊緣上G、H、I三個(gè)圓孔對(duì)應(yīng)定位D、E、F三段不均衡圓弧，裝夾一次在夾具里的三個(gè)零件分別對(duì)應(yīng)完成一段圓弧加工，再將薄壁精密件依次對(duì)應(yīng)圓弧邊裝夾，即可完成薄壁精密件邊緣上不均衡的三段圓弧加工。

三、結(jié)論

通過(guò)不銹鋼薄壁精密件的加工工藝分析，針對(duì)本薄壁精密件加工特點(diǎn)設(shè)計(jì)與制作機(jī)加工夾具，可使傳統(tǒng)的銑削加工不均衡圓弧改為車(chē)削加工，有效減少不均衡切削力對(duì)加工零件的沖擊，防止受力不均衡引發(fā)薄壁件加工變形，簡(jiǎn)化裝夾工序、實(shí)現(xiàn)快速裝夾與校正、降低操作人員的裝夾難度。通過(guò)該薄壁精密件機(jī)加工夾具的應(yīng)用，在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中加工效率提高了30%。