郭秀華

(蘇州經(jīng)貿職業(yè)技術學院機電系，江蘇蘇州 215009)

飛叉是飛叉轉子繞線機的關鍵零件，如圖1 所示，結構相對復雜，屬于異形件范疇。

圖1 飛叉件零件圖

圖中φ47H7 和φ37H7 兩孔加工后分別與軸及軸承配合，安裝到轉子繞線機上，同軸度要求為0.03 mm。目前，某公司加工后，使用三坐標機床檢測出同軸度超差在0.09～0.15 mm 之間，直接造成了飛叉轉子繞線機繞線不穩(wěn)定，使得廢品率大大提高。圍繞這個問題，文中通過對機床設備、夾具、刀具等方面進行分析、研究，提出了能夠有效解決這個問題的方法。

1 影響因素分析

該飛叉件在立式加工中心上加工，材料為6061鋁，夾具為精密機用平口鉗。兩孔加工采用的工藝如表1 所示，先加工φ20 孔，粗鉆后，精鏜該孔，并以此孔為基準，加工φ47 孔到尺寸;掉頭裝夾后，打表找正φ20 孔的中心為基準，加工φ37 孔到尺寸。假定φ47 與φ20 孔同軸度誤差為x1、φ47 與φ37 孔同軸度誤差x2，經(jīng)檢測如表2 所示。

表1 飛叉加工工藝(部分)

表2 同軸度檢測記錄表 mm

由檢測數(shù)據(jù)可知:x1值很小，且數(shù)據(jù)變化不大，波動范圍穩(wěn)定;x2值超出設定的同軸度誤差值。由x1、x2數(shù)據(jù)結合加工工藝過程可知，機床設備、刀具對同軸度影響極小，造成同軸度值大的主要原因是掉頭裝夾及加工，其產(chǎn)生機制如下:

加工兩孔均使用平口鉗裝夾，飛叉已加工面精度(與平口鉗接觸的表面，主要是平行度、平面度、粗糙度)達不到要求，造成二次裝夾后的加工誤差。如圖2 所示，第一次裝夾后，φ20 和φ47 孔的中心線平行于加工中心Z 軸線，掉頭二次裝夾后，由于工件表面質量的原因，該工藝孔的中心線并不與機床Z軸線平行，此時打表找正，已經(jīng)不能找回原來的基準。此時再進行φ37 孔加工，做好的孔中心線與機床Z 軸線平行，但與先前加工的φ47 孔中心線不平行，存在夾角A，最終導致同軸度達不到要求。就理論而言，兩次裝夾后鏜出的兩段孔的軸線，不可能絕對重合為一根軸線。

圖2 平口鉗兩次裝夾誤差示意圖

2 解決方法

經(jīng)過以上分析，在實際操作中，采用了3 種方法來加工該零件，取得了不同的結果，具體如下:

(1)更換新刀具

利用現(xiàn)有立式加工中心，選用如圖3 所示的全自動反鏜刀。原加工工藝不變，使用鏜刀加工φ47 到尺寸，然后更換新式全自動反鏜刀，先將主軸正轉下降到已經(jīng)加工好的φ20 孔內，當鏜刀前端伸出時，主軸開始反轉，在離心力的作用下，會使該刀的刀片彈開。在Z 軸向上移動過程中，加工φ37 孔到尺寸，有效地保證了同軸度的要求。這種鏜刀使加工方法有了很大的改進，同時避免了二次裝夾、調整刀具，比傳統(tǒng)加工過程節(jié)省80% 的安裝及加工時間，安全可靠，保證了工件的質量。

(2)利用夾具一，使用數(shù)控車床鏜φ37 孔

對原加工工藝稍作修改 (留下φ37 孔不加工，其他不變)，完成飛叉件前期制作，再通過夾具一，將φ37 的孔放在數(shù)控車床上加工，如圖4 所示。

圖3 全自動反鏜刀

圖4 數(shù)控車床用夾具一

該夾具左端裝夾在數(shù)控機床卡盤上，右端圓柱在車床上車削到尺寸φ47 (保證此夾具車削到尺寸后不拆卸，防止二次裝夾誤差)，與飛叉件的φ47 孔小間隙配合。夾具一上設有通孔，用螺栓通過飛叉上φ32孔，加壓板固定飛叉件。數(shù)控車床的機床精度按照GB/T4020-1997 臥式車床幾何精度和工作精度標準執(zhí)行，在100 mm 范圍內，鏜孔的精度較高。用該車床鏜出φ37 的孔到尺寸，利用數(shù)控車床的精度來保證同軸度要求。該夾具禁止從卡盤上拆下，以便滿足下一個飛叉件的加工要求。

(3)利用夾具二，使用數(shù)控車床同時鏜φ47 和φ37 孔

仍然對原加工工藝稍作修改(鏜φ47 和φ37 兩孔時，留下0.5～1 mm 余量)，完成飛叉件前期制作，利用夾具二，放在數(shù)控車床上同時鏜出兩孔，如圖5 所示。該夾具左端裝夾在數(shù)控車床的主軸上，右下端芯棒與飛叉件中φ32 孔小間隙配合，φ20 孔的中心線理論上與數(shù)控車床的主軸中心線重合，夾具上4個小孔與飛叉上4 個螺紋孔相對應，用小螺絲將飛叉件緊固于夾具上。在砂輪機上磨出鏜刀，如圖6 所示，通過φ20 的孔，編程加工φ47 和φ37 的孔到尺寸，因用數(shù)控車一起加工，能做到兩個孔尺寸的一致性;同時，兩孔長度不大于100 mm，鏜刀桿不會太長，能保證孔壁的加工精度。

圖5 數(shù)控車床用夾具二

3 方法對比分析

方法一沒有更換機床，但需要添加一把全自動反鏜刀，在加工好φ47 的孔后，更換反鏜刀，直到加工φ37 孔到位，不得移動機床X 和Y 軸，這避免了機床反向間隙可能產(chǎn)生的誤差。加工后經(jīng)過三坐標機床測量，同軸度達到0.01 mm。由于添加的全自動反鏜刀市場價格在4 萬元以上，這對企業(yè)尤其是中小型企業(yè)是一筆較大的投入。

方法二在原有加工工藝基本不變的情況下，留下φ37 孔于數(shù)控車床上加工。利用夾具一與飛叉件φ47孔小間隙配合(間隙太大會造成同軸度誤差大，間隙太小難以裝配)，鏜φ37 孔到尺寸。經(jīng)三坐標機床檢測，同軸度基本控制在0.03 mm 范圍內。數(shù)控車床是常規(guī)設備，設計的夾具結構簡單，加工成本較低。

方法三也是在原有加工工藝基本不變的情況下，對φ47 和φ37 兩孔均留了余量，利用夾具二中的芯棒與飛叉件φ32 孔小間隙配合，利用鏜刀同時鏜出φ47 和φ37 兩孔，保證了同軸度，經(jīng)檢測達到0.01 mm 以內，效果明顯。夾具制作簡單，但所使用的鏜孔刀需經(jīng)驗豐富的車工在砂輪機上刃磨出來，因需要穿過φ20 的小孔，結構上受到一定限制，而且該刀剛性不足，加工時只能少量切削，一定程度上影響了加工效率。

圖6 車床鏜刀

4 結束語

通過對飛叉件φ47H7 和φ37H7 兩孔同軸度誤差的分析，提出了影響該同軸度的關鍵因素。通過更換刀具或通過設計夾具，利用加工中心與數(shù)控車床結合使用，提出了3 種加工工藝方案。經(jīng)檢測，加工出的飛叉件同軸度明顯提高，基本達到圖紙要求。通過對這3 種方案的比較，企業(yè)可以根據(jù)自身的條件，選擇其中的一種方案來生產(chǎn)該飛叉件。

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