復(fù)雜殼體零件生產(chǎn)過程設(shè)計(jì)

于士杰 張曉山

【摘 要】針對有色金屬材料質(zhì)量輕、易變形的特點(diǎn)，在進(jìn)行組合產(chǎn)品加工時，通過對產(chǎn)品的技術(shù)要求和功能特點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真的分析，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，可以有效優(yōu)化生產(chǎn)過程，控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】有色金屬；生產(chǎn)工藝；裝夾

特殊材料的制造加工一直是生產(chǎn)制造單位面臨的技術(shù)難題，如何合理地進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，優(yōu)化生產(chǎn)過程也是教學(xué)與生產(chǎn)結(jié)合的重點(diǎn)。近期，與合作企業(yè)生產(chǎn)加工某組合裝備的維護(hù)設(shè)備構(gòu)件。該維護(hù)設(shè)備構(gòu)件是氣動控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，由上蓋、下蓋、座架三部分組合而成，具備箱體薄壁類特征，內(nèi)部為空腔形，箱壁上有垂直孔系，材料為有色金屬ZL102，鑄件毛坯余量小，首先采用單件試制生產(chǎn)。

根據(jù)構(gòu)件在產(chǎn)品中的作用、位置、裝配關(guān)系和工作條件，清楚了裝配質(zhì)量與使用性能的技術(shù)要求，依照現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，對其構(gòu)件生產(chǎn)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行工藝技術(shù)文件編制，確定生產(chǎn)加工步驟。

1繪制零件圖與工藝分析

這是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位裝夾易產(chǎn)生變形、表面質(zhì)量要求高，其加工質(zhì)量影響到產(chǎn)品的運(yùn)動精度、使用性能與工作壽命的基礎(chǔ)件。從生產(chǎn)工藝的角度分析，難以采用通用零件的裝夾方法進(jìn)行生產(chǎn)加工，而要采用工序集中，將零件集中在少數(shù)幾道工序內(nèi)完成，粗、精加工連續(xù)相結(jié)合的方法。

為加工出符合圖紙要求的產(chǎn)品，須選擇合理的工藝路線與加工方法，解決加工過程中的裝夾應(yīng)力變形，達(dá)到圖紙要求的尺寸精度、形位公差與技術(shù)要求[1]。在生產(chǎn)中，由車、銑、鉗多工種配合作業(yè)，完成法蘭孔的基準(zhǔn)定位、螺紋車削、限位槽的銑削、法蘭扁勢加工等內(nèi)容。

使用設(shè)備為：普通車床、數(shù)銑、鉗鉆等設(shè)備。工藝路線為：車→數(shù)控銑→鉗。工藝要求如下：（1）根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，車削加工時首先選取裝夾基準(zhǔn)，校正，夾緊力適當(dāng)。（2）由于端面面積較大，定位可靠，利于簡化裝夾結(jié)構(gòu)，減少裝夾變形，選取端面作為定位基準(zhǔn)，軸向受力裝夾，使用螺栓與U形夾頭固定，避免徑向受力造成工件裝夾變形，自制輔助夾具，如下圖所示。（3）數(shù)控銑加工時，工作臺裝夾工件，校正工件中心，鉆出法蘭分布孔位，使用彎板裝夾工件端面校正，頂持，銑削扁勢、槽，外圓，錐口。（4）控制尺寸精度與同軸度、位置度、表面粗糙度，保證零件加工質(zhì)量。

2裝配調(diào)試

該產(chǎn)品經(jīng)過加工與檢測，裝配后，如右圖所示。

使用單位將軸、軸承、活塞、膜片等零件按相互位置關(guān)系總裝調(diào)試，協(xié)調(diào)其傳動關(guān)系與運(yùn)動，產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可替代進(jìn)口設(shè)備使用，其成本約為進(jìn)口的五分之一，大大解決了依賴進(jìn)口的尷尬局面。

3殼體類零件裝夾時需注意的問題

殼體鑄件毛坯尺寸和表面形狀允差小，以保證加工余量均勻，殼體零件硬度變化范圍小，以保證刀具壽命穩(wěn)定，保證精加工的質(zhì)量（尺寸精度、表面粗糙度等）穩(wěn)定。有時因?yàn)樵诩庸ぶ行纳涎b夾的需要，還要在殼體上預(yù)作出工藝凸臺、工藝平面。殼體類零件一般以“一面兩銷”方式裝夾，還應(yīng)做到：

3.1選用精基準(zhǔn)定位，以減少定位誤差。

3.2盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，以減少基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的定位誤差。

3.3所選定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量減少隨設(shè)備的不同而帶來的變化（臥式加工中心、立式加工中心、普通設(shè)備）。

3.4所選基準(zhǔn)應(yīng)有利于夾具結(jié)構(gòu)的通用化，能有效減少殼體在夾具上的安裝誤差。

3.5能使得夾具夾緊機(jī)構(gòu)簡單、穩(wěn)定。

3.6應(yīng)使殼體露出盡可能多的加工面，以便于實(shí)現(xiàn)多面加工，利于保證加工面間的相對位置精度和技術(shù)要求，且減少加工設(shè)備的數(shù)量。

3.6殼體往往較大、較重，所選定位基準(zhǔn)應(yīng)使所加工的零件盡可能多露出加工面，以便實(shí)現(xiàn)多面加工，以確保加工面間相對位置精度。

4復(fù)雜曲面零件的工藝方案設(shè)計(jì)

4.1 零件結(jié)構(gòu)的化繁為簡

基于我廠現(xiàn)有的加工設(shè)備（三軸加工中心）和加工能力（僅能加工一些簡單的曲面），將連續(xù)復(fù)雜的曲面零件的內(nèi)容進(jìn)行分解，分解為單一的、簡單的曲面組合，將零件分解為曲面一、曲面二和曲面三，加工內(nèi)容的化繁為簡，使現(xiàn)有資源能得到充分的利用。

4.2工藝方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)分析

4.2.1 基準(zhǔn)的確定

分析桁條的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該零件外形結(jié)構(gòu)不規(guī)則，沒有相對穩(wěn)定的定位基準(zhǔn)，故定位基準(zhǔn)的確定是一大難點(diǎn)。

（1）粗基準(zhǔn)：零件毛坯為長方體，故粗基準(zhǔn)選用毛坯的幾何中心，粗基準(zhǔn)位置比較可靠、簡單易測量。

（2）精基準(zhǔn)：因結(jié)構(gòu)不規(guī)則，沒有相對容易找到的定位基準(zhǔn)，本次工藝方案的關(guān)鍵性難點(diǎn)是如何確定定位基準(zhǔn)，結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本次工藝方案設(shè)計(jì)是：增加輔助工藝塊，自己設(shè)定定位基準(zhǔn)。

在零件的兩端增加輔助工藝塊，工藝塊長度方向的兩條邊垂直于零件的最長直邊，定位基準(zhǔn)為長度方向的中心和零件直邊的交匯處。該定位基準(zhǔn)定位可靠，方便測量，半精加工和精加工均可用該基準(zhǔn)。

4.2.2 工裝的合理設(shè)計(jì)

精加工曲面一后，零件壁厚變薄，與工裝板的接觸面積變小，裝夾困難，易發(fā)生傾斜，且存在變形，導(dǎo)致精加工后的曲面二與曲面一易產(chǎn)生錯位，為曲面三的加工增加了較大的困難。

為了保證曲面二加工后的尺寸穩(wěn)定，裝夾可靠，操作方便，故本次工藝方案研究為增加輔助工裝，增大零件與工裝的接觸面積。為了保證兩個曲面不發(fā)生錯位現(xiàn)象，故兩曲面的加工基準(zhǔn)必須統(tǒng)一，精加工曲面一時，在工藝塊的兩端做出兩定位孔，采用兩定位孔定位裝夾，精加工曲面二，這樣能有效保證兩曲面的基準(zhǔn)重合統(tǒng)一，保證尺寸穩(wěn)定，定位可靠。采用輔助工裝裝夾，有效的解決了零件壁厚較薄，接觸面積較小，裝夾困難的問題。

4.2.3 工藝方法的選擇

根據(jù)工藝流程安排，劃分為三個階段：粗加工――半精加工――精加工。

粗加工階段：去除多余余量，選較大尺寸的刀具，選用大的吃刀量和切削速度，縮短加工時間，一般以提高生產(chǎn)率為主，兼顧經(jīng)濟(jì)性和加工成本，但該階段切削力較大，要防止零件的松動。

半精加工階段：進(jìn)一步減少余量，該階段要注意控制零件的變形和余量的保證。

精加工階段：該階段要在保證質(zhì)量的前提下，兼顧切削效益、經(jīng)濟(jì)性和加工成本，要著重注意控制零件的變形，工件的定位可靠穩(wěn)定，產(chǎn)品尺寸的有效保證，加工工序的先后順序，以及裝夾的方便，穩(wěn)定可靠。加工過程中采用試切的方法，觀察零件的振動情況，并進(jìn)行尺寸的檢測[2]。試切過程中通過不斷調(diào)整切削用量（包括切削速度的控制、進(jìn)給量的控制、及背吃刀量的控制），以達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果。

4.2.4 刀具的合理選擇

根據(jù)機(jī)床的加工能力、工件材料的切削性能、工序內(nèi)容、切削用量等因素，合理選擇刀具，綜合考慮生產(chǎn)率、刀具的耐用度，以達(dá)到適用、安全、經(jīng)濟(jì)的目的。粗加工選擇較大尺寸的刀具，精加工要求準(zhǔn)確加工出每個細(xì)微結(jié)構(gòu)，選擇小尺寸的刀具。

桁條由連續(xù)不規(guī)則的曲面構(gòu)成，故選用刀尖帶有R的立銑刀，零件為曲面，可以看做由許許多多細(xì)小的圓弧面構(gòu)成，刀具銑削圓弧時，刀尖圓弧R上一點(diǎn)始終與圓弧面相切銑削，利用直線插補(bǔ)的方法，加工出所需要的曲面。

5效果驗(yàn)證

從現(xiàn)場的情況來看，通過本次工藝方案研究，該零件裝夾方便可靠，尺寸能得到有效的保證，本次工藝方案合理可靠，能較好的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面零件的加工，提高了自身的競爭力，為同類型零件的加工奠定了基礎(chǔ)。

6結(jié)論

綜上所述，產(chǎn)品多樣化復(fù)雜化是時代發(fā)展的必然趨勢，只有技術(shù)的不斷創(chuàng)新，才能更好的適應(yīng)市場需求，不被市場淘汰。本次工藝方案研究，從零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)分析，合理選擇加工方法，合理選用定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了裝夾穩(wěn)定可靠，尺寸得到了有效保證，為后續(xù)類似零件的工藝方案設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡占齊，楊莉.機(jī)床數(shù)控技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2010.1：22-23.

[2]關(guān)慧貞，馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社.2009.11：6-32

（作者單位：長城汽車股份有限公司）