徐躍增

XU Yue-zeng

（浙江同濟科技職業(yè)學院，杭州 311231）

0 引言

現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，機械制造最新特點是集成化、精密化、高速化、智能化、虛擬化、敏捷化和全球化-以及綠色化。CAPP理論與應用從60年代開始研究，已經(jīng)取得了很多的成果，推動了機械制造領域的技術革命，使傳統(tǒng)的機械制造單一式正在向現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)發(fā)展。在世界機器制造業(yè)發(fā)展中，在不同機床上加工，零件生產(chǎn)長期存在的一個重要問題，裝夾次數(shù)多，效率較低，箱體類復雜零件等需用多種刀具先后加工不同平面與孔穴。針對這種實際狀況，運用新思維、新設計、新工藝在一般數(shù)控機床的基礎上，研制出了帶自動換刀裝置的加工中心，成為機床中一種多工序集中的復合式機床。加工中心是機電一體化的典型產(chǎn)品，可以說是現(xiàn)代最完善的單機。它是體現(xiàn)柔性自動化的基本單元，實現(xiàn)先進制造技術的載體，可以自動換刀，大大減少了工件搬運和裝夾次數(shù)，縮短輔助時間，進一步提高精度、效率和自動化程度，降低成本。

由于歷史的原因，基于計算機圖形學發(fā)展起來的加工系統(tǒng)與基于數(shù)控技術發(fā)展起來的系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的設計思想，各自都有自己的發(fā)展過程，大多相互獨立設計而成，從而導致了零件的設計模型很難轉(zhuǎn)化為制造模型。它們雖在一定的程度上促進了生產(chǎn)力的發(fā)展．促進了科技進步。給企業(yè)帶來了一定的經(jīng)濟效益與社會效益，但隨著市場的激烈競爭，這種單一的系統(tǒng)已遠不能滿足現(xiàn)代化企業(yè)的需要，從而使一體化技術成為科技界的熱門研究課題。

針對在鉆、銑、鏜類加工中心上加工箱體零件的工序特點，探討了箱體零件加工工藝路線的確定原則和程序；在分析工步排序和典型工藝路線的基礎上，建立了不同特征的加工方法匹配規(guī)則庫；同時研究了零件一次裝夾的優(yōu)化問題，對加工中心的工藝規(guī)劃問題進行了詳細的研究；實現(xiàn)箱體零件特征要素加工方法的決策和工步排序，最終得到了箱體零件在加工中心上的最優(yōu)工藝路線。對傳統(tǒng)工藝過程進行優(yōu)化具有非常重要的工程實用價值。

1 箱體零件加工工藝路線

1.1 加工中心工藝方案的特點

加工中心是一種功能較全的數(shù)控機床，可減少工件的裝夾次數(shù)，節(jié)省大量的專用和通用工藝裝備，節(jié)省占用的車間面積。它集銑削、鉆削、鉸削、鏜削、攻螺紋和切螺紋于一身，有利于保證各加工部位的位置精度要求。采用加工中心加工，還可減少裝卸工件的輔助時間，消除因多次裝夾帶來的定位誤差，使其具有多種工藝手段，提高加工精度。避免了工件多次裝夾所帶來的定位誤差，綜合加工能力較強，當零件各加工部位的位置精度要求較高時，與普通機床加工相比，可減少機床數(shù)量，加工中可減少周轉(zhuǎn)次數(shù)和運輸工作量，并相應減少操作工人，降低生產(chǎn)成本。加工工藝方案采用“工序集中”原則，加工中工藝方案具有許多顯著的工藝特點。

1.2 工藝路線的確定

工藝路線的擬定是制定工藝規(guī)程的重要內(nèi)容之一，設計者應根據(jù)從生產(chǎn)實踐中總結出來的一些綜合性工藝原則，在對零件功用、結構特點及技術要求進行充分仔細的工藝分析的基礎上，擬定工藝路線是工藝規(guī)程設計最關鍵、最重要的內(nèi)容。全部工序不都在加工中心上完成，首先選擇平面、孔系、孔系與平面中精度要求高的關鍵、重要加工工序，加工中心加工前的預加工，適合數(shù)控加工的內(nèi)容，安排在加工中心上，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，結合實際生產(chǎn)條件，找出最優(yōu)方案。

定位基準的選擇應盡量選擇零件上的設計基準作為定位基準，還要考慮一次裝夾就能夠完成全部關鍵精度部位的加工。當無法同時完成包括設計基準在內(nèi)的工位加工時，其定位基準的選擇需考慮完成盡可能多的內(nèi)容，應盡量使定位基準與設計基準重合。中心上既加工基準又完成各工位的加工時，最好采用一面兩銷的定位方式，以便刀具對其他表面進行加工。一次裝夾能完成箱體許多表面的加工，且精度高而穩(wěn)定，又可選用較小的零件加工余量。

2 箱體零件數(shù)控加工系統(tǒng)的關鍵技術

2.1 零件信息的輸入

零件信息包括總體信息、尺寸、容差、熱處理及其他技術要求等方面的信息。當工藝設計是由人工完成時，工藝設計的任務就是要根據(jù)這些信息，人用眼睛看圖，制定一個零件的制造過程。在采用計算機進行輔助工藝設計時，并在頭腦中還原圖樣上表達的產(chǎn)品設計要求，否則計算機就不能進行工藝設計。按照目前已達到的技術水平，最重要的問題是計算機還不能直接讀懂零件圖。CAPP系統(tǒng)的零件信息輸人與計算機內(nèi)部如何對產(chǎn)品或零件進行表達的問題，需要確定合理的零件信息描述方法，其實質(zhì)就是如何組織和描述零件信息，分類編碼法從CAD系統(tǒng)讀取，讓計算機也能夠讀懂零件圖。

2.2 分類編碼法

所謂分類編碼法就是把信息從一種表現(xiàn)形式變換成另一種表現(xiàn)形式，零件分類編碼描述法是按照零件分類編碼系統(tǒng)對零件進行編碼，對于CAD/CAPP集成系統(tǒng)而言，零件代碼粗略地描述形狀、尺寸、精度等特征，就是用特殊的文字、數(shù)字和它們的組合來代表零件的基本特征信息及其相互聯(lián)系的信息，然后將代碼及一些補充信息輸人CAPP系統(tǒng)。這些特定的文字或數(shù)字，就稱之為代碼。這種信息輸入方式比較簡單，在編碼以后，對代碼的處理和傳遞，主要適用于派生式CAPP系統(tǒng)。

2.3 參數(shù)化造型

在機械CAD系統(tǒng)中，參數(shù)化造型是一種先進的設計思想，是實現(xiàn)CAD/CAPP集成的必由手段。進行這些產(chǎn)品設計所采用的數(shù)學模型及產(chǎn)品的結構都是固定不變的，結構尺寸的差異是由于相同數(shù)目不同值而造成的?？梢詫⒁阎獥l件隨著產(chǎn)品規(guī)格而變化的基本參數(shù)用相應的變量代替，由計算機自動查詢圖形數(shù)據(jù)庫，由專門的繪圖生成軟件在屏幕上自動地設計出圖形來。參數(shù)化CAD/CAPP應用軟件主要用于標準化的定型產(chǎn)品，對于這些定型產(chǎn)品，通過變量選取不同的數(shù)值可以將結構不同的產(chǎn)品歸并成一個參數(shù)圖。通過改變圓的直徑及正方形邊長這兩個變量，采用一個參數(shù)化繪圖程序進行設計。

3 箱體零件最優(yōu)工藝路線選擇

3.1 工藝規(guī)程編制

依據(jù)箱體類零件常規(guī)加工方法，初步擬定加工工藝規(guī)程為：在立式加工中心上，粗精加工箱體底平面和4個安裝孔。在臥式加工中心上，以箱體底平面和兩安裝孔定位，粗加工前后端面、曲軸孔，同時完成端面上各銷孔、螺紋孔加工。在立式加工中心上，以箱體底平面為基準，粗加工箱體內(nèi)壁面和孔，同時完成相應表面上閥孔、銷孔和螺紋孔的加工。在臥式加工中心上，均以箱體底平面和兩銷孔定位，先精加工前后端面和曲軸孔；加工箱體頂面及各螺紋孔；工作臺再旋轉(zhuǎn)一定角度，分別加工安裝簧片的缸孔端面淺溝槽等。

此方案裝夾的次數(shù)增加了，避免了因切削應力過大而引起的尺寸變形問題，但各重要部位均是全面粗加工之后，再全面精加工，有效地完成了高難度加工質(zhì)量要求；粗精加工分開，兩臺加工中心同時加工，且先加工大余量、高硬度的部位，整個零件的加工時間并不長。

圖1 零件示例圖

3.2 定位、夾緊方案確定

本工件的主要面、孔不但有很高的尺寸精度要求，除了底平面加工之外，同時還有很高的形位公差要求。為了保證工件的精度要求，加工中途改換了機床及夾具，降低成本，壓板夾緊，這樣既符合基準統(tǒng)一的原則，夾具設計簡化。

3.3 加工方法及刀具選擇

該工件全部加工過程中共使用了40多把刀具。

加工箱體面時，難度最大之處是箱體側(cè)面與箱體正面硬度相差太大，先用+25 mm的立銑刀粗銑箱體側(cè)面端面，采用一把+50 mm的硬質(zhì)合金端面銑刀加工，進給量可達600mm/min）；最后用+50 mm的端面銑刀精銑整個缸蓋面（進給量選800 mm/min），再用同一把刀，以800 mm/min的進給量粗銑箱體側(cè)面以外硬度較小區(qū)域的缸蓋面。用小直徑銑刀加工效率明顯提高、刀具磨損減小，保證了表面粗糙度，粗加工不同硬度的部位采用不同的進給量，用大直徑銑刀精加工，解決了因局部材料過硬，用同一把大直徑端面銑刀加工時效率和質(zhì)量不可兼顧的問題。

本箱體上孔的種類多，數(shù)量大，對于類型不同、尺寸規(guī)格不同的孔應采用不同的加工方法。缸孔的尺寸精度要求高，調(diào)節(jié)尺寸方便、加工精度高、表面質(zhì)量好。粗鏜孔時選用雙刃鏜刀，硬度高、深度長，其切削力均勻、進給量大、效率高；精鏜孔時可選用一體式單刃鏜刀加工余量約為2 mm，要通過粗鏜、半精鏜、精鏜完成加工，曲軸孔尺寸精度要求亦較高，其加工余量為4 mm。組合式鏜刀可以依據(jù)孔的直徑、深度、形狀、工件材料等進行自由組合，特別是前端面曲軸孔尺寸小，粗加工時鏜刀的剛性不足，不但可以減少刀柄的數(shù)量、節(jié)省刀庫容量，選用銑削方法進行粗加工，還可以迅速滿足各種加工要求、延長刀具整體的壽命。再用組合鏜刀完成精加工；閥孔、通氣孔等因孔徑不大，尺寸精度要求不高，后端面曲軸孔尺寸較大，均采用二刃鍵槽銑刀加工完成，故用組合鏜刀進行粗精加工。工件上各螺紋孔均采用鉆孔、攻絲。四個底面安裝孔因用作定位孔，精度要求高，故采用鉆、擴、鉸孔。

3.4 切削用量參數(shù)控制

切削用量主要包括主軸轉(zhuǎn)速、進給量、吃刀量。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度來計算，吃刀量的大小主要受機床、工件和刀具剛度的限制。而切削速度的選擇是影響刀具耐用度的最主要因素；結合該工件的材料硬度、形狀尺寸、精度要求等諸多因素，進給量的選擇直接影響零件的加工精度和表面粗糙度，其大小選擇取決于工件材料的力學性能、刀具材料和結構等諸多因素。

4 結束語

在加工箱體類零件過程中，探討了箱體零件加工工藝路線的確定原則和程序，只有改進加工工藝方案，選擇合適的定位裝夾方案，實現(xiàn)零件特征要素加工方法的決策，有效利用各種數(shù)控設備和加工刀具，設定最佳切削用量，最終得到了箱體零件在加工中心上的最優(yōu)工藝路線。切實有效地保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，對傳統(tǒng)工藝過程進行優(yōu)化具有非常重要的工程實用價值。

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