某安裝支架加工工藝技術研究

趙發銀，楊炯昕，鄧小燕，杜金城，孟金文，杜 強，蔡林宏

(中國兵器裝備集團自動化研究所 產品制造部，四川 綿陽 621000)

在機械加工過程中，安裝支架類零件占有很大的比重。這類零件形狀復雜，多個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行加工，費用昂貴，且個別幾何公差測量困難。因此，安裝支架類零件的加工在機械制造業中是個難點。

本文以某安裝支架的加工為例，在認真分析安裝支架的尺寸和相互位置精度、工藝難點后，通過在粗加工前增加試銑削工序，解決了毛坯加工余量少、內孔易超差的質量問題。通過設計專用定位工裝，將臥式加工中心的一次裝夾加工工藝優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，實現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，大大降低了安裝支架的加工費用。

1 工藝難點分析

該安裝支架內裝有傳動軸、齒輪、旋轉變壓器等零部件，對X面、Z面、外圓D1、內孔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產品的裝配精度，其加工過程中主要有如下工藝難點。

1)毛坯的加工余量少，內孔容易加工超差。

安裝支架的材料為ZL101-R-T5，采用真空砂型鑄造成型，毛坯組織細密，不易產生針眼、砂眼等缺陷[2]。但外形及內孔的加工余量均只有2～2.5 mm，毛坯在澆鑄完成取模時，各孔難免會產生一定的拔模斜度[3]，造成加工余量分布不均勻，個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內孔超差的質量問題[4]。

2)外圓、內孔的同軸度誤差難保證。

圖1 某安裝支架結構簡圖

安裝支架外圓D1與內孔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)內孔中心距無法直接測量。

內孔D2、D3與內孔D4、D5的中心距要求(87.5±0.01) mm，游標卡尺、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卡尺、杠桿百分表等通用量具實現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。

安裝支架個別內孔的單邊加工余量不足0.5 mm，如按常規加工方法，找正內孔的毛坯底孔后就開始加工，會出現加工至設計尺寸后，內孔表面無法全部銑削見光的質量問題。為此，在工藝中增加試銑端面及內孔工序，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整均勻后再開始銑削，從而保證內孔加工至尺寸后，表面也全部銑削見光[5]。

2)針對外圓D1與內孔D3的同軸度誤差≤0.012 mm，設計專用定位工裝。

安裝支架外圓D1與內孔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與內孔D3的精加工，為了減少定位誤差，達到設計圖樣要求的同軸度，二次裝夾時必須設計專用定位工裝。工裝的內孔與端面B垂直度誤差≤0.003 mm，內孔與零件外圓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壓入工裝內孔，同時讓零件X端面緊貼工裝上端面(見圖3)，來完成D2、D3、D4、D5四處內孔的精加工，通過工裝定位來保證外圓與內孔的同軸度誤差[7]。

圖2 專用定位工裝結構簡圖

圖3 工裝定位安裝支架示意圖

3)增加工藝測量基準(Y面)，實現中心距(87.5±0.01) mm的測量。

通過認真分析安裝支架的結構特點，決定增加左側面Y面作為工藝測量基準，在上端面Z面加工完畢后，將Z面緊貼方箱側面后對Y面進行精銑，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，利用尋邊器找正Y面后，對一端外圓D1和另一端D2、D3、D4、D5四處內孔分別進行加工。

檢測時，也以Y面作為定位基準，利用游標卡尺、杠桿百分表等通用量具分別測出內孔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的實測值。

3 繪制工藝流程圖

根據上述分析，繪制相應的機械加工工藝流程圖(見圖4)。

圖4 齒輪安裝支架加工工藝流程圖

4 工藝方案的實施

根據上述工藝技術方案及工藝流程圖，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整至均勻后再開始粗加工，從而避免出現加工至設計尺寸后，內孔表面未全部銑削見光的質量問題[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面，將精銑后的Z面緊貼于方箱側面并利用絲夾夾緊后，對Y面進行精銑，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面緊貼工作臺面并利用壓板壓緊，同時利用尋邊器找正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至設計尺寸，同時保證外圓D1與X面的垂直度誤差≤0.002 mm。

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

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

表1 10套安裝支架主要尺寸和幾何公差的實測值 (mm)

齒輪安裝支架與傳動軸、齒輪、旋轉變壓器等零部件裝配后，產品精度滿足設計要求，證明上述工藝路線是可行的。

5 經濟和社會效益

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行，精加工時間大約為4 h/件，臥式加工中心按市場價350元/h計算，精加工費用：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現了齒輪安裝支架的精加工。精加工時間大約為5 h/件，三軸立式加工中心按市場價70元/h計算，精加工費用：70元/h×5 h/件=350元/件，可節約精加工費用：1 400元/件-350元/件=1 050元/件。

齒輪安裝支架的年產量大約為160件/a，可節約精加工費用：1 050元/件×160件/a=168 000元/a。

上述加工工藝方案的實施，大大降低了齒輪安裝支架的加工費用。該零件的加工工藝還可以廣泛應用于其他結構類似安裝支架的生產加工中。

6 結語

通過分析安裝支架的尺寸精度、位置精度及工藝難點，制定了相應的工藝技術方案：通過在粗加工前增加試銑削工序，解決了毛坯加工余量少、內孔易超差的問題。通過設計專用定位工裝，將臥式加工中心的一次裝夾加工工藝優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，實現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，大大降低了安裝支架的加工費用，為其他結構類似安裝支架的加工和檢測提供了寶貴的參考經驗。