復雜殼體零件生產過程設計

于士杰 張曉山

【摘 要】針對有色金屬材料質量輕、易變形的特點，在進行組合產品加工時，通過對產品的技術要求和功能特點進行認真的分析，對生產工藝進行合理的設計，可以有效優化生產過程，控制產品質量，提高生產效率。

【關鍵詞】有色金屬；生產工藝；裝夾

特殊材料的制造加工一直是生產制造單位面臨的技術難題，如何合理地進行工藝設計，優化生產過程也是教學與生產結合的重點。近期，與合作企業生產加工某組合裝備的維護設備構件。該維護設備構件是氣動控制系統的執行元件，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。

根據構件在產品中的作用、位置、裝配關系和工作條件，清楚了裝配質量與使用性能的技術要求，依照現有的生產條件，對其構件生產過程進行設計，進行工藝技術文件編制，確定生產加工步驟。

1繪制零件圖與工藝分析

這是一個結構復雜、定位裝夾易產生變形、表面質量要求高，其加工質量影響到產品的運動精度、使用性能與工作壽命的基礎件。從生產工藝的角度分析，難以采用通用零件的裝夾方法進行生產加工，而要采用工序集中，將零件集中在少數幾道工序內完成，粗、精加工連續相結合的方法。

為加工出符合圖紙要求的產品，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力變形，達到圖紙要求的尺寸精度、形位公差與技術要求[1]。在生產中，由車、銑、鉗多工種配合作業，完成法蘭孔的基準定位、螺紋車削、限位槽的銑削、法蘭扁勢加工等內容。

使用設備為：普通車床、數銑、鉗鉆等設備。工藝路線為：車→數控銑→鉗。工藝要求如下：（1）根據零件結構，車削加工時首先選取裝夾基準，校正，夾緊力適當。（2）由于端面面積較大，定位可靠，利于簡化裝夾結構，減少裝夾變形，選取端面作為定位基準，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，保證零件加工質量。

2裝配調試

該產品經過加工與檢測，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系總裝調試，協調其傳動關系與運動，產品達到設計要求，可替代進口設備使用，其成本約為進口的五分之一，大大解決了依賴進口的尷尬局面。

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，以保證刀具壽命穩定，保證精加工的質量（尺寸精度、表面粗糙度等）穩定。有時因為在加工中心上裝夾的需要，還要在殼體上預作出工藝凸臺、工藝平面。殼體類零件一般以“一面兩銷”方式裝夾，還應做到：

3.1選用精基準定位，以減少定位誤差。

3.2盡量與設計基準重合，以減少基準不重合產生的定位誤差。

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

3.4所選基準應有利于夾具結構的通用化，能有效減少殼體在夾具上的安裝誤差。

3.5能使得夾具夾緊機構簡單、穩定。

3.6應使殼體露出盡可能多的加工面，以便于實現多面加工，利于保證加工面間的相對位置精度和技術要求，且減少加工設備的數量。

3.6殼體往往較大、較重，所選定位基準應使所加工的零件盡可能多露出加工面，以便實現多面加工，以確保加工面間相對位置精度。

4復雜曲面零件的工藝方案設計

4.1 零件結構的化繁為簡

基于我廠現有的加工設備（三軸加工中心）和加工能力（僅能加工一些簡單的曲面），將連續復雜的曲面零件的內容進行分解，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，加工內容的化繁為簡，使現有資源能得到充分的利用。

4.2工藝方案設計的關鍵點分析

4.2.1 基準的確定

分析桁條的結構特點，該零件外形結構不規則，沒有相對穩定的定位基準，故定位基準的確定是一大難點。

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

（2）精基準：因結構不規則，沒有相對容易找到的定位基準，本次工藝方案的關鍵性難點是如何確定定位基準，結合零件的結構特點，本次工藝方案設計是：增加輔助工藝塊，自己設定定位基準。

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，定位基準為長度方向的中心和零件直邊的交匯處。該定位基準定位可靠，方便測量，半精加工和精加工均可用該基準。

4.2.2 工裝的合理設計

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，易發生傾斜，且存在變形，導致精加工后的曲面二與曲面一易產生錯位，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生錯位現象，故兩曲面的加工基準必須統一，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重合統一，保證尺寸穩定，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，一般以提高生產率為主，兼顧經濟性和加工成本，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：該階段要在保證質量的前提下，兼顧切削效益、經濟性和加工成本，要著重注意控制零件的變形，工件的定位可靠穩定，產品尺寸的有效保證，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，并進行尺寸的檢測[2]。試切過程中通過不斷調整切削用量（包括切削速度的控制、進給量的控制、及背吃刀量的控制），以達到最優的結果。

4.2.4 刀具的合理選擇

根據機床的加工能力、工件材料的切削性能、工序內容、切削用量等因素，合理選擇刀具，綜合考慮生產率、刀具的耐用度，以達到適用、安全、經濟的目的。粗加工選擇較大尺寸的刀具，精加工要求準確加工出每個細微結構，選擇小尺寸的刀具。

桁條由連續不規則的曲面構成，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小的圓弧面構成，刀具銑削圓弧時，刀尖圓弧R上一點始終與圓弧面相切銑削，利用直線插補的方法，加工出所需要的曲面。

5效果驗證

從現場的情況來看，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，能較好的實現復雜曲面零件的加工，提高了自身的競爭力，為同類型零件的加工奠定了基礎。

6結論

綜上所述，產品多樣化復雜化是時代發展的必然趨勢，只有技術的不斷創新，才能更好的適應市場需求，不被市場淘汰。本次工藝方案研究，從零件的結構特點出發分析，合理選擇加工方法，合理選用定位基準，實現了裝夾穩定可靠，尺寸得到了有效保證，為后續類似零件的工藝方案設計奠定了基礎。

參考文獻：

[1]胡占齊，楊莉.機床數控技術.機械工業出版社.2010.1：22-23.

[2]關慧貞，馮辛安.機械制造裝備設計.機械工業出版社.2009.11：6-32

（作者單位：長城汽車股份有限公司）