弧形曲面零件組合加工的工藝研究

王 震

（船舶重工集團公司723所，揚州 225001）

0 引 言

隨著科學發展和電子產品的小型化、集成化，其應用和安裝場合越來越廣，安裝要求也越來越特殊。機載、星載、彈載轉動平臺和旋轉機構的外形往往都是圓柱或圓筒弧形曲面零件的組合體，其轉動機構的圓周布置要求也相對較高，這些零件的特點是對稱度要求高、同軸度要求高，設計和定位均相對精準，例如圖1所示的支撐支架。

加工圖1所示的支撐支架時，由于零件主體呈弧形，單個零件無可靠的裝夾定位基準，且加工工序繁多，重復定位及加工都有很大的困難。如果零件的結構和外形尺寸合適，采用組合加工的工藝方法是一種很好的解決方案。本文以支撐支架的組合加工方法為例，介紹一下弧形曲面零件組合加工的工藝設計。

圖1 支撐支架零件

1 結構設計的工藝性

結構設計師在進行結構設計時，首先考慮的是結構要滿足產品的性能和使用要求，對產品的加工工藝性關注不多，尤其對于節能、高效的加工工藝性缺少考慮。加工工藝師在產品的結構設計階段加強與結構設計師的溝通和交流會對產品的加工生產起到重要作用。例如支撐支架（見圖1），它使用4件1組安裝在上下圓盤之間，由于相對中心軸的轉動對稱和同軸要求，其支撐支架的一致性要求較高。從單個零件加工而言，在圓弧面上開若干個孔與槽，即使通過加工中心，無論是裝夾定位和加工都相當復雜，要確保一致性很難。加工工藝師在了解了該零件使用功能及大概尺寸后，擬采用8件組合加工的方案。可以看出該零件是筒狀零件的一部分，如采用棒料將幾件組合加工，通過車削和銑削加工即可將零件的外表面和內孔加工成型。組合加工此類零件的關鍵點在于組合零件加工初步完成后的合理分割，而此類分割的要點在于徑向方向有對穿孔位和沿軸向的軌跡。經與設計師共同商討，該零件與上下圓盤的配合尺寸ΦD、Φd已經確定（見圖2），確定零件的寬度L是能否組合加工的關鍵：L過大（見圖2（a）），零件組合后相互干涉，陰影部分為重疊區，不能成功制造；L過小（見圖2（b）），加工時不僅會產生多余的加工廢料，而且零件兩側夾角為90°的斜面還需另行加工。經過設計師綜合使用及加工方面的需求，最終確定了合適的L，見圖2（c）。該尺寸外形不僅使組合緊湊，減少加工廢料，而且方便加工，一次加工就可以完成分割及斜面的加工（圖中虛線為線切割走絲路徑示意）。

圖2 零件組合加工分析示意圖

經過結構設計師與加工工藝師共同的努力，確定了零件的外形幾何尺寸及組合加工的組合形式，見圖3。

圖3 支撐支架組合三維示意圖

2 工藝設計

2.1 工藝方案

對于此類零件結構設計基礎上的工藝設計，需保證產品加工滿足設計要求，并兼顧生產效率和經濟性，工藝設計的基本思路如下［1］：

（1）確定組合零件的總體工藝方案；

（2）確定分割部分的加工工藝方法和可行性；

（3）根據工藝方案對設計提出工藝性修改意見；

（4）設計合理的等分定位加工工裝夾具；

（5）確定零件的工藝端和分割要求；

（6）分割后零件的局部處理和其他要求。

按上例，零件組合外形的加工變成了簡單的工藝實現，其端面可以清晰地分割出單個零件的線切割線，可以看出交叉定位的相關線在零件剖面上是對穿的（見圖2（c）），為了保證零件的整體性，工藝上主要考慮的重點有：零件的中心定位、零件線切割時的整體性、零件分割的可操作性、零件分割定位的準確性。

2.2 工藝路線制定

（1）材料選用尺寸合適的棒料，在下料時兩端預留合適的工藝端用料。

（2）臥式車床粗車外圓、外圓徑向臺階、內孔，留合適余量，在考慮工藝端用料的基礎上車削兩端面至預定長度。根據內孔配車兩端工藝悶頭，并加工悶頭外端面中心頂尖孔后裝悶頭于工件兩端，如圖4所示。

圖4 支撐支架組合加工示意三維圖

（3）立式加工中心采用分度頭裝夾一段工藝悶頭，另一端利用頂尖孔頂持。首先，在兩端工件的工藝端分別加工出后續加工的找正基準平面，再分度粗加工外形各臺階及通槽，留合適余量。

（4）采用熱處理去除材料及加工應力。

（5）臥式車床精車內外各部尺寸至圖紙要求，并裝配、配車兩端工藝悶頭。

（6）立式加工中心采用分度頭裝夾，并找正工藝基準平面后，首先見光找正基準面，然后分度精加工外形各臺階、通槽部分。同時在工藝端給定位置加工線切割穿線孔。

（7）線切割分割零件。采用分度頭裝夾工藝端，另一端頂持，在找正外形基準面后進行分度切割：

（a）首先進行軸向切割，切割至零件長度，不切割至工藝端。

（b）在軸向分度切割后，再進行徑向切割，去除工藝端。

（c）采用工裝裝夾定位加工孔。

3 加工結果

經過生產實踐，加工出一批合格的零件，如圖5所示。這大大縮短了加工周期，事實證明結構設計師和工藝師共同確定的工藝方法合理可行，且節約了生產成本。

圖5 支撐支架三維零件圖

4 結束語

從支撐支架的加工工藝上考慮了零件組合加工的可行性，從實例和步驟上論述了該類零件的設計和工藝考慮過程。這種設計思路避免了結構設計過程和生產工藝過程的脫節，在保證產品加工質量的同時大大提高了生產效率。尤其是對有一定批量的筒類零件，設計師和工藝師建立良好的溝通機制，共同設計結構和工藝方案，將會使生產化繁為簡，成倍地降低成本。對于復雜零件的結構設計和工藝設計，采用類似操作思路具有一定的指導意義。

［1］王勇，郭磊.數控線切割加工技巧［J］.實驗科學與技術，2009，7（1）：36－42.