異形件拐臂的加工工藝探究

聶永強 曹國彬 劉振才 陳俊磊 閆建林 李虎孬

(①平高集團有限公司，河南平頂山467000;②河南平高電氣股份有限公司，河南平頂山467000)

拐臂是筆者公司1100kV GIS開關設備滅弧室［1］中的關鍵零部件，其能否批量化生產將會很大程度上影響產品的成套周期。工件材質為45鋼，結構特征如圖1所示，尺寸、形位公差和內孔粗糙度設計精度較高。由于拐臂屬異形件，加工時存在裝夾困難、變形和顫振等問題，造成尺寸、粗糙度不合格等質量缺陷，生產效率低。因此，在工裝設計和加工工藝方面需要采取一定的措施來提高切削系統剛性，解決顫振和加工變形問題，從而實現高效經濟的生產［2］。

1 工藝分析

1.1 傳統加工工藝闡述

傳統加工工藝方案如表1所示，拐臂的加工內容集中在銑床。其中，銑工序僅依靠虎鉗裝夾、劃線找正，勞動強度大，生產效率低;由于設備、虎鉗等精度及裝夾系統剛性，存在定位、裝夾誤差，易發生顫振和變形，影響加工精度和工件質量。加工中心工序鏜孔時利用組合夾具裝夾，使得工件拆裝繁瑣，切削剛性低，存在同樣的問題。

表1 拐臂傳統工藝方案

1.2 新加工工藝方案制定

針對傳統加工方案的弊端，考慮對其進行工藝改進，并根據夾具設計原則［3］，設計一種專用裝夾工裝，二者結合，工序集中，以改善上述現象。改進后工藝方案如表2。

表2 拐臂新工藝方案

2 新工藝方案實施

2.1 加工中心一

以噴砂后的拐臂外形定位，精銑一面并精加工工藝孔;然后以兩處工藝孔和精銑面為定位基準裝夾，加工兩端槽(見圖3)。

為了便于裝夾和加工，根據六點定位原理［4］，設計專用裝夾工裝1(見圖4)，在臥式加工中心上，通過旋轉工作臺，一次裝夾完成加工兩端槽。刀具及切削參數選用以減小產生加工應力，增強切削剛性為原則［5］。刀具選用與切削參數如表3～6。

(1)用20 mm和30 mm的U鉆排鉆兩端槽，切除毛坯量，切削參數如表3。

表3 U鉆粗加工切削參數

表4 方肩銑刀粗加工切削參數

表5 合金銑刀半精加工切削參數

表6 合金銑刀精加工切削參數

2.2 加工中心二

2.2.1 設計專用工裝2

選擇定位基準時要考慮工件的加工精度和裝夾，依據“基準重合”和“基準統一”原則［6］，將精銑后的面作為定位基準，并結合拐臂的結構特點，設計專用工裝2(見圖5)。

專用工裝2設計優點:

(1)以拐臂的外形為定位基準，裝夾方便，省去找正時間，適用于批量生產。

(2)工裝中的臺階面由同一把刀具一次裝夾加工而成，精度高，定位更精準，工件的加工精度隨之提高。

(3)配合刀具和切削參數的使用，系統切削剛性增強，能夠有效減少工件在加工過程中產生的變形量和顫振，提高工件的尺寸精度、粗糙度及尺寸穩定性。

(4)工裝設計有排屑排氣孔，可減少因排屑不暢帶來的質量問題。

2.2.2 加工一面及臺階面

以拐臂外形和加工中心一所精銑面為定位基準，裝夾方式見圖6，加工部位見圖7。加工時需要注意事項為:精銑表面及臺階面時一定要用同一把刀加工，保證三個臺階一次裝夾完成(工藝要求)，為下次加工做定位基準。粗銑面用100 mm面銑刀，精銑面用70 mm面銑刀，切削參數見表7。

表7 銑削面切削參數

2.2.3 加工另一面、臺階面及孔

以圖7中加工過的面為定位基準，裝夾方式如圖8，盡量減小夾緊力對工件產生的變形，加工內容見圖9。加工時需要注意事項為:加工孔時，要求一次裝夾加工成，注意清理鐵屑;每個孔都要分半精、精加工，保證粗糙度、尺寸穩定和平行度。面加工參數如表7;三種孔加工切削參數見表8。

表8 三種孔加工切削參數

3 結語

實踐證明，合理的工藝路線和專用工裝對異形件的批量生產至關重要，尤其在對于控制異形件的加工變形量和提高切削系統剛性時，專用裝夾工裝、刀具以及合理的切削參數都是必須要考慮的因素。根據拐臂的結構特點，對傳統工藝方法進行改進，設計專用工裝以及摸索合理的切削參數解決了加工過程中出現的裝夾困難、形變難以控制、粗糙度不合格的問題，實現了工件的批量生產，從而縮短了交貨周期。同時，拐臂的加工工藝方法對類似異形件的加工具有重要的參考實用價值。