長(zhǎng)圓形端蓋加工工藝

■沈陽工學(xué)院 （遼寧 110005） 李銀玉 吳 敬

長(zhǎng)圓形端蓋加工工藝

■沈陽工學(xué)院 （遼寧 110005） 李銀玉 吳 敬

摘要：分析長(zhǎng)圓形端蓋加工的難點(diǎn)，研究了原加工工藝存在的問題，提出新的加工工藝和手段。采用兩臺(tái)數(shù)控車床和一臺(tái)加工中心進(jìn)行加工，通過設(shè)備調(diào)整和工裝設(shè)計(jì)，保證了加工精度，大幅提高了生產(chǎn)效率和零件合格率。

1. 零件結(jié)構(gòu)

某公司生產(chǎn)一種設(shè)備上的長(zhǎng)圓形端蓋（見圖1）。材質(zhì)Q235A，零件總長(zhǎng)380mm，總寬180mm，兩端半徑R=90mm。零件A端面有φ1 1 5 m m孔、φ1 3 0 m m圓凹面孔；B面有φ125mm圓凸臺(tái)。加工難點(diǎn)在于：①以φ130mm圓凹面孔為基準(zhǔn)A，保證φ125mm圓凸臺(tái)同軸度為φ0.02mm。②零件A、B兩端面相對(duì)于基準(zhǔn)A的跳動(dòng)量為0.02mm。首件加工采用一臺(tái)立式加工中心，加工后經(jīng)檢測(cè)，兩項(xiàng)指標(biāo)不合格。為此進(jìn)行反復(fù)研究，改變加工方法和手段，取得了較好的效果。

圖1　零件結(jié)構(gòu)示意圖

2. 原加工工藝及存在的問題

原加工工藝采用一臺(tái)立式加工中心。毛坯料為Q235A鋼板，尺寸為390mm×190mm× 36mm，板材厚36mm。

先加工零件A面，利用機(jī)用平口鉗裝夾零件毛坯側(cè)面，利用面銑刀銑加工A面，立銑刀加工φ115mm孔、φ130mm圓凹孔面和φ95mm圓凹面。再用鉆頭絲錐完成鉆孔和攻螺紋工序等。最后完成零件外輪廓加工。φ115mm孔和φ130mm圓凹孔面一次裝夾完成，兩者同軸度基本一致。

加工零件B面，采用設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易夾具（見圖2）。零件φ115mm孔為定位基準(zhǔn)，利用短軸定位，限制兩個(gè)自由度，零件A面大平面為定位面，限制三個(gè)自由度。在零件側(cè)面一側(cè)安裝一個(gè)短銷，作為一個(gè)定位點(diǎn)，限制一個(gè)自由度，共實(shí)現(xiàn)六點(diǎn)定位。夾緊利用零件本身的螺孔，采用螺栓從夾具底板底部向上串，擰在零件上夾緊固定，零件固定后加工φ125mm圓孔凸臺(tái)和φ18mm孔等工序。

應(yīng)用上述加工方法和手段加工該零件，存在以下問題：①采用平口鉗夾固零件，零件本身發(fā)生微小變形，并存在夾緊應(yīng)力，當(dāng)A面加工完，零件離開平口鉗，應(yīng)力將釋放，導(dǎo)致零件再次發(fā)生變形，這種變形影響零件B面的跳動(dòng)量。②采用簡(jiǎn)易夾具加工B面，在夾具設(shè)計(jì)上，為方便裝夾拆卸，φ115mm孔與定位短軸的配合采用間隙配合，這種間隙的存在導(dǎo)致φ130mm孔基準(zhǔn)與φ125mm圓孔凸臺(tái)的同軸度超差。

圖2　加工零件B端面工裝夾具示意圖

3. 新工藝研究及實(shí)施

新工藝方案采用兩臺(tái)數(shù)控車床和一臺(tái)加工中心進(jìn)行加工完成。毛坯選用厚度δ=32mm的鋼板，利用等離子切割器直接割出零件外形，φ115mm孔割出毛坯孔為φ105mm，半徑方向留5mm加工余量。

具體步驟如下：①利用車床1，采用單動(dòng)卡盤裝夾毛坯外輪廓，以φ105mm孔為基準(zhǔn)找正，加工零件A面，鏜刀鏜加工φ115mm孔和φ130mm圓孔凹面。②拆除零件，安裝到車床2上，采用自定心卡盤，使用軟爪內(nèi)撐φ115mm孔，找正，加工零件B面，用外圓刀加工φ125mm圓孔凸臺(tái)。③利用加工中心完成其他加工部位如φ95mm凹面、M10螺孔及φ11mm孔等。

采用單動(dòng)卡盤夾持零件毛坯，可以通過調(diào)整四爪位置，裝夾各種矩形及不規(guī)則零件，該零件為長(zhǎng)圓形，恰好可以利用單動(dòng)卡盤。

自定心卡盤使用軟爪，采用內(nèi)撐圓環(huán)夾緊方式，在軟爪受壓情況下加工出軸向定位面和徑向定位面，安裝零件后，在幾乎同樣大小夾緊力作用下，三個(gè)軟爪組成的定位面保證零件同軸度和端面跳動(dòng)公差。

零件為長(zhǎng)圓形，自定心卡盤內(nèi)撐φ115mm孔后，零件質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)中心，為保持平衡，設(shè)計(jì)三個(gè)軟爪，其中一個(gè)正上方軟爪質(zhì)量大于其他兩個(gè)軟爪，這樣就可將卡盤的質(zhì)量分布不均勻程度減少到允許范圍內(nèi)，保證加工平衡（見圖3）。

圖3　軟爪內(nèi)撐裝夾零件示意圖

4. 結(jié)語

（1）原工藝采用一臺(tái)機(jī)床加工，屬于工序集中方式，工序集中有其優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)該零件的加工存在質(zhì)量問題，故不能完全采用。采用新工藝，利用三臺(tái)機(jī)床加工，表面上看是工序分散，但實(shí)際上實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，還是比較方便的，且能保證質(zhì)量。

（2）新工藝采用車床加工，不使用工裝夾具，縮短了加工時(shí)間，效率提高近一半。

（3）新工藝采用軟爪內(nèi)撐零件，軟爪本身已加工出定位面。加工中定位準(zhǔn)確，保證了加工定位的精度，零件合格率超過98%。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孟少農(nóng). 機(jī)械加工工藝手冊(cè) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[2] 楊叔子. 機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

專家點(diǎn)評(píng)

原工藝采用一臺(tái)立式加工中心完成端蓋的全部加工內(nèi)容，工序雖然集中，但效率較低，兩項(xiàng)指標(biāo)均不合格。新工藝采用等離子切割零件外形和內(nèi)孔輪廓，再采用兩臺(tái)數(shù)控車床和一臺(tái)加工中心進(jìn)行組合加工（充分利用數(shù)控車床的去面和鏜孔優(yōu)勢(shì)），通過設(shè)備調(diào)整和工裝設(shè)計(jì)，不僅保證了加工精度，還大幅提高了生產(chǎn)效率，體現(xiàn)了工藝的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，在生產(chǎn)中具有一定的實(shí)用價(jià)值。

收稿日期：（20150128）