某安裝支架加工工藝技術(shù)研究

趙發(fā)銀，楊炯昕，鄧小燕，杜金城，孟金文，杜 強(qiáng)，蔡林宏

(中國兵器裝備集團(tuán)自動(dòng)化研究所 產(chǎn)品制造部，四川 綿陽 621000)

在機(jī)械加工過程中，安裝支架類零件占有很大的比重。這類零件形狀復(fù)雜，多個(gè)面都存在尺寸精度和相互位置精度要求較高的安裝孔[1]，幾何公差難保證，通常需要在臥式加工中心上進(jìn)行加工，費(fèi)用昂貴，且個(gè)別幾何公差測量困難。因此，安裝支架類零件的加工在機(jī)械制造業(yè)中是個(gè)難點(diǎn)。

本文以某安裝支架的加工為例，在認(rèn)真分析安裝支架的尺寸和相互位置精度、工藝難點(diǎn)后，通過在粗加工前增加試銑削工序，解決了毛坯加工余量少、內(nèi)孔易超差的質(zhì)量問題。通過設(shè)計(jì)專用定位工裝，將臥式加工中心的一次裝夾加工工藝優(yōu)化為普通三軸立式加工中心的二次裝夾加工工藝。通過增加工藝測量基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了利用通用量具直接測量中心距(87.5±0.01) mm。在保證幾何公差的同時(shí)，大大降低了安裝支架的加工費(fèi)用。

1 工藝難點(diǎn)分析

該安裝支架內(nèi)裝有傳動(dòng)軸、齒輪、旋轉(zhuǎn)變壓器等零部件，對X面、Z面、外圓D1、內(nèi)孔D2、D3、D4、D5的尺寸精度和相互位置精度要求都非常高(見圖1)。

該零件的加工精度將直接影響整個(gè)產(chǎn)品的裝配精度，其加工過程中主要有如下工藝難點(diǎn)。

1)毛坯的加工余量少，內(nèi)孔容易加工超差。

安裝支架的材料為ZL101-R-T5，采用真空砂型鑄造成型，毛坯組織細(xì)密，不易產(chǎn)生針眼、砂眼等缺陷[2]。但外形及內(nèi)孔的加工余量均只有2～2.5 mm，毛坯在澆鑄完成取模時(shí)，各孔難免會(huì)產(chǎn)生一定的拔模斜度[3]，造成加工余量分布不均勻，個(gè)別孔單邊的加工余量不足0.5 mm，從而在加工過程中容易出現(xiàn)內(nèi)孔超差的質(zhì)量問題[4]。

2)外圓、內(nèi)孔的同軸度誤差難保證。

圖1 某安裝支架結(jié)構(gòu)簡圖

安裝支架外圓D1與內(nèi)孔D3的同軸度誤差要求≤0.012 mm，普通的立式加工中心無法一次裝夾完成外圓D1與內(nèi)孔D3的精加工。若二次裝夾，受到裝夾誤差的影響，同軸度誤差難保證。

3)內(nèi)孔中心距無法直接測量。

內(nèi)孔D2、D3與內(nèi)孔D4、D5的中心距要求(87.5±0.01) mm，游標(biāo)卡尺、杠桿百分表等通用量具無法直接測量中心距。

如何利用普通三軸立式加工中心和游標(biāo)卡尺、杠桿百分表等通用量具實(shí)現(xiàn)安裝支架端面及各孔的精加工和檢測，成了亟需解決的問題。

2 制定工藝技術(shù)方案

1)針對毛坯的加工余量少，增加試銑削工序。

安裝支架個(gè)別內(nèi)孔的單邊加工余量不足0.5 mm，如按常規(guī)加工方法，找正內(nèi)孔的毛坯底孔后就開始加工，會(huì)出現(xiàn)加工至設(shè)計(jì)尺寸后，內(nèi)孔表面無法全部銑削見光的質(zhì)量問題。為此，在工藝中增加試銑端面及內(nèi)孔工序，以掌握毛坯外形及各孔的加工余量分布情況。如毛坯加工余量分布不均勻，可采用余量借用的辦法，將毛坯的加工余量分布調(diào)整均勻后再開始銑削，從而保證內(nèi)孔加工至尺寸后，表面也全部銑削見光[5]。

2)針對外圓D1與內(nèi)孔D3的同軸度誤差≤0.012 mm，設(shè)計(jì)專用定位工裝。

安裝支架外圓D1與內(nèi)孔D3的同軸度誤差要求≤0.012 mm，普通的立式加工中心無法一次裝夾完成外圓D1與內(nèi)孔D3的精加工，為了減少定位誤差，達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣要求的同軸度，二次裝夾時(shí)必須設(shè)計(jì)專用定位工裝。工裝的內(nèi)孔與端面B垂直度誤差≤0.003 mm，內(nèi)孔與零件外圓D1的間隙<0.005 mm[6](見圖2)。

在零件的X端面、外圓D1精加工完畢后，翻面將零件的外圓D1壓入工裝內(nèi)孔，同時(shí)讓零件X端面緊貼工裝上端面(見圖3)，來完成D2、D3、D4、D5四處內(nèi)孔的精加工，通過工裝定位來保證外圓與內(nèi)孔的同軸度誤差[7]。

圖2 專用定位工裝結(jié)構(gòu)簡圖

圖3 工裝定位安裝支架示意圖

3)增加工藝測量基準(zhǔn)(Y面)，實(shí)現(xiàn)中心距(87.5±0.01) mm的測量。

通過認(rèn)真分析安裝支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定增加左側(cè)面Y面作為工藝測量基準(zhǔn)，在上端面Z面加工完畢后，將Z面緊貼方箱側(cè)面后對Y面進(jìn)行精銑，保證Z面與Y面的相互垂直度誤差≤0.005 mm。

精加工前，以Y面為定位基準(zhǔn)，利用尋邊器找正Y面后，對一端外圓D1和另一端D2、D3、D4、D5四處內(nèi)孔分別進(jìn)行加工。

檢測時(shí)，也以Y面作為定位基準(zhǔn)，利用游標(biāo)卡尺、杠桿百分表等通用量具分別測出內(nèi)孔D3、D5中心與Y面的距離，換算后即可得出中心距(87.5±0.01) mm的實(shí)測值。

3 繪制工藝流程圖

根據(jù)上述分析，繪制相應(yīng)的機(jī)械加工工藝流程圖(見圖4)。

圖4 齒輪安裝支架加工工藝流程圖

4 工藝方案的實(shí)施

根據(jù)上述工藝技術(shù)方案及工藝流程圖，編制了如下加工工藝路線。

第1步：試銑齒輪安裝支架的Z端面及內(nèi)孔D3、D5，以掌握外形及各孔的加工余量分布情況。如毛坯加工余量分布不均勻，需采用余量借用的辦法，將毛坯的加工余量分布調(diào)整至均勻后再開始粗加工，從而避免出現(xiàn)加工至設(shè)計(jì)尺寸后，內(nèi)孔表面未全部銑削見光的質(zhì)量問題[8]。

第2步：粗銑X面，留0.3 mm的精加工余量。粗銑外圓D1、內(nèi)孔D2，留0.2 mm的精加工余量[9]。

第3步：將零件翻面后，粗銑Z面，留0.3 mm的精加工余量。粗銑內(nèi)孔D3、D4、D5，留0.2 mm的精加工余量。

第4步：精銑Z面，保證表面粗糙度1.6 μm及平面度誤差≤0.005 mm[10]。

第5步：利用壓板將方箱壓緊于加工中心的工作臺(tái)面，將精銑后的Z面緊貼于方箱側(cè)面并利用絲夾夾緊后，對Y面進(jìn)行精銑，保證表面粗糙度1.6 μm，且Y面與Z面的相互垂直度誤差≤0.005 mm。

第6步：將Z面緊貼工作臺(tái)面并利用壓板壓緊，同時(shí)利用尋邊器找正Y面后，精銑X端面，保證X面的表面粗糙度1.6 μm及平面度誤差≤0.005 mm。再利用尋邊器找正外圓D1，精銑外圓D1至設(shè)計(jì)尺寸，同時(shí)保證外圓D1與X面的垂直度誤差≤0.002 mm。

第7步：將精銑后的外圓D1壓入定位工裝的內(nèi)孔，同時(shí)讓零件的X端面緊貼于工裝的上端面(見圖3)，利用尋邊器找正Y面及內(nèi)孔D3的中心后，將內(nèi)孔D2、D3、D4、D5分別精銑至設(shè)計(jì)尺寸。

按照上述加工工藝路線，加工10件安裝支架。外圓及4處內(nèi)孔的尺寸精度、同軸度誤差實(shí)測值見表1。外圓D1和D2、D3、D4、D5四處內(nèi)孔的尺寸精度和相互位置精度均滿足設(shè)計(jì)圖樣要求，利用普通的三軸立式加工中心實(shí)現(xiàn)了齒輪安裝支架端面及各孔的精加工。同時(shí)，增加工藝測量基準(zhǔn)Y面后，利用游標(biāo)卡尺、杠桿百分表等通用量具可以分別對內(nèi)孔D5、內(nèi)孔D3中心與Y面的間距進(jìn)行測量，經(jīng)過折算，可以得出中心距(87.5±0.01) mm的實(shí)際值(見表1)。

表1 10套安裝支架主要尺寸和幾何公差的實(shí)測值 (mm)

齒輪安裝支架與傳動(dòng)軸、齒輪、旋轉(zhuǎn)變壓器等零部件裝配后，產(chǎn)品精度滿足設(shè)計(jì)要求，證明上述工藝路線是可行的。

5 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

利用上述工藝方案加工前，齒輪安裝支架一直在臥式加工中心上進(jìn)行，精加工時(shí)間大約為4 h/件，臥式加工中心按市場價(jià)350元/h計(jì)算，精加工費(fèi)用：350元/h×4 h/件=1 400元/件。

利用上述工藝方案加工后，利用普通三軸立式加工中心實(shí)現(xiàn)了齒輪安裝支架的精加工。精加工時(shí)間大約為5 h/件，三軸立式加工中心按市場價(jià)70元/h計(jì)算，精加工費(fèi)用：70元/h×5 h/件=350元/件，可節(jié)約精加工費(fèi)用：1 400元/件-350元/件=1 050元/件。

齒輪安裝支架的年產(chǎn)量大約為160件/a，可節(jié)約精加工費(fèi)用：1 050元/件×160件/a=168 000元/a。

上述加工工藝方案的實(shí)施，大大降低了齒輪安裝支架的加工費(fèi)用。該零件的加工工藝還可以廣泛應(yīng)用于其他結(jié)構(gòu)類似安裝支架的生產(chǎn)加工中。

6 結(jié)語

通過分析安裝支架的尺寸精度、位置精度及工藝難點(diǎn)，制定了相應(yīng)的工藝技術(shù)方案：通過在粗加工前增加試銑削工序，解決了毛坯加工余量少、內(nèi)孔易超差的問題。通過設(shè)計(jì)專用定位工裝，將臥式加工中心的一次裝夾加工工藝優(yōu)化為普通三軸立式加工中心的二次裝夾加工工藝。通過增加工藝測量基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了利用通用量具直接測量中心距(87.5±0.01) mm。在保證安裝支架外圓及各孔精度要求的同時(shí)，大大降低了安裝支架的加工費(fèi)用，為其他結(jié)構(gòu)類似安裝支架的加工和檢測提供了寶貴的參考經(jīng)驗(yàn)。