符式貴

(廣東省國(guó)防科技技師學(xué)院,廣東 廣州 510515)

隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快,對(duì)零件加工的難度、精度和速度的要求也愈來(lái)愈高。為滿足這個(gè)復(fù)雜多變市場(chǎng)的需求,當(dāng)前機(jī)床正向高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化的趨勢(shì)發(fā)展。對(duì)于一些比較復(fù)雜的,加工難度較高的零件,使用一般的加工方法來(lái)加工生產(chǎn)效率普遍不高,因而要求設(shè)計(jì)和使用專用的夾具,通過(guò)對(duì)零件的裝夾,把程序輸入到數(shù)控車床,同時(shí)調(diào)用程序進(jìn)行加工,從而提高批量生產(chǎn)時(shí)的效率,以及保證工件的精度、節(jié)省工時(shí)和降低生產(chǎn)成本以達(dá)到加工要求。其中數(shù)控車床加工設(shè)備已經(jīng)大量進(jìn)入制造業(yè),特別是近年來(lái)高速加工的普及,更是讓數(shù)控車床加工跨上了一個(gè)新的臺(tái)階。小型缸體因?yàn)樯a(chǎn)批量較大,裝夾困難,選用數(shù)控車床和使用專用夾具進(jìn)行加工更有自身的優(yōu)勢(shì)。

1 零件結(jié)構(gòu)分析

小型缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要零件,它的缸頭面(如圖1端面A)和箱體面(如圖1端面B)分別和汽缸頭和箱體裝配,密封性要求很高,否則會(huì)漏氣,造成功率下降。所以對(duì)產(chǎn)品的加工精度要求很高,特別是兩個(gè)端面的平面度、平行度和粗糙度等,都有較高的精度要求。如圖1所示零件圖分析可得,該零件為鑄鋁,是半成品加工,只需要精加工φ57mm的外圓長(zhǎng)22mm,端面A以及端面B,毛坯余量只有0.8mm左右,其中多個(gè)尺寸有較嚴(yán)的尺寸精度和表面粗糙度等要求。如φ57mm的外圓與端面A、B精度要求為0.8,φ57mm的外圓與端面A的垂直度要求為0.05mm,端面A和端面B除了有平面度要求0.05mm外還有平行度要求為0.05mm。也就是說(shuō)該零件的精度要求較高,而難度就在于裝夾非常困難,必須要保證工件的中心與車床主軸中心同軸。

圖1 小型缸體零件圖

2 傳統(tǒng)加工工藝分析

該零件并非軸類零件,不能像加工普通的軸類零件那樣用三爪卡盤來(lái)夾緊工件。也不是對(duì)稱的零件,周邊有很多壓鑄出來(lái)的散熱片,而且凹凸不平,不能作為夾緊部位。長(zhǎng)22mm的φ57mm外圓,如果用卡盤夾持這一部分,有以下幾個(gè)問(wèn)題:1夾持長(zhǎng)度太少,不利于夾緊工件,工件易飛出,造成安全事故;2刀具無(wú)法同時(shí)車削兩個(gè)平面,刀具會(huì)與卡盤發(fā)生干涉;3壁厚太小,如被夾持容易產(chǎn)生變形。

綜上所述,該零件的裝夾不能按照常規(guī)的方法進(jìn)行,不能從外觀上進(jìn)行裝夾,必須考慮內(nèi)孔的定位裝夾方式。

根據(jù)零件的毛坯特點(diǎn),小型缸體的兩個(gè)端面比較平整,內(nèi)孔也經(jīng)過(guò)加工,有一定的尺寸精度和表面粗糙度,可以用于定位。因此,最終定位方式為:以小型缸體端面為Z軸方向定位,內(nèi)孔為X、Y軸方向定位。夾緊方式采用小型缸體帶動(dòng)拉桿移動(dòng),拉桿的錐面使?jié)q芯漲開(kāi),靠漲芯外表面與工件內(nèi)孔的摩擦力來(lái)夾緊工件。

2.1 傳統(tǒng)夾具設(shè)計(jì)圖如下:

圖2 傳統(tǒng)夾具示意圖

2.2 漲芯圖如下:

圖3 傳統(tǒng)夾具漲芯圖

2.3 對(duì)夾具結(jié)構(gòu)說(shuō)明:

①漲芯的材料為65Mn(彈簧鋼),彈性較好,在漲芯上開(kāi)槽,增加彈性。裝夾時(shí)漲芯與工件內(nèi)孔有較大的間隙,以方便裝夾,漲芯的外徑尺寸為51.9 －0.1 －0.15,最大可漲開(kāi)直徑為52.4以上,而小型缸體內(nèi)孔直徑為52+0.1 0,故夾持沒(méi)有問(wèn)題。

② 因整個(gè)夾具伸出部分較長(zhǎng),故在右端用頂尖定位,增加夾具剛性,減少震動(dòng),提高加工精度。

③工件裝夾時(shí)小型缸體端面與定位套的端面接觸,這樣能保證大批量生產(chǎn)中的定位精度。

④拉桿左端與小型缸體連接,右端與漲芯是錐面配合,當(dāng)小型缸體向左移動(dòng)時(shí),帶動(dòng)拉桿向左移動(dòng),拉桿通過(guò)與漲芯的錐面配合使?jié)q芯向外漲開(kāi),達(dá)到夾緊的目的。

⑤通過(guò)限位圈的厚度限制拉桿向左移動(dòng)的行程。

2.4 加工程序

根據(jù)尺寸精度和形位公差的要求,因毛坯余量較小,只需要精加工就可以完成。車削小型缸體的兩個(gè)端面,必須采用左偏外圓車刀和右偏外圓車刀,刀具材料為金剛石。加工程序如下:

G00 X51.8 Z0.5 (快速定位到至工件端面0.5mm處,避免刀具與工件發(fā)生碰撞)

T0202 S1 (右偏外圓車刀,轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn))

G01 X56.99 F30 (X56.99取中徑值編程)

根據(jù)傳統(tǒng)的工藝方案進(jìn)行加工,小型缸體加工完成后,最終零件圖樣如圖4所示。因?yàn)樗捎玫膴A具存在多次裝夾,使其定位精度不高,所加工的零件有三分之一是達(dá)不到精度要求的,零件報(bào)廢率較高,而且在裝夾過(guò)程中耗時(shí)較長(zhǎng)。單件零件加工需要5分鐘才能完成,效率不算高。為了更好地減少零件報(bào)廢率,減低成本,縮短單件零件的生產(chǎn)時(shí)間,以提高生產(chǎn)率,我在原有的工藝基礎(chǔ)上擬進(jìn)行改進(jìn)。

圖4 加工后的小型缸體

3 夾具的改進(jìn)

由于之前設(shè)計(jì)的夾具主要問(wèn)題在于定位精度不夠高,導(dǎo)致零件無(wú)法達(dá)到精度要求,所以必須從定位上下手。改進(jìn)后的零件圖如下:

圖5 夾具示意圖(1)

3.1 對(duì)夾具結(jié)構(gòu)說(shuō)明:

1 夾具材料為65Mn(彈簧鋼),夾具由拉桿和夾套兩部分組成,由圖4所示,零件左邊是拉桿,右邊的是夾套。

2 夾套的左端開(kāi)有4個(gè)裂口,當(dāng)拉桿與夾套配合時(shí),拉桿的錐面使夾套左端漲開(kāi),靠夾套外表面與工件內(nèi)孔的摩擦力來(lái)夾緊工件。夾套左端外徑尺寸為51.9 －0.1 －0.15,最大可漲開(kāi)直徑為52.4以上,而小型缸體內(nèi)孔直徑為52+0.1 0,故夾持沒(méi)有問(wèn)題。

3 工件裝夾時(shí)小型缸體端面與夾套定位端面接觸,通過(guò)夾套中段的端面作為定位基面,零件的定位就可以非常準(zhǔn)確了,這樣就能保證大批量生產(chǎn)中的定位精度。

4 由于零件只有一個(gè)內(nèi)孔,而且還是通孔,所以該夾具可以掉頭繼續(xù)裝夾,也就是說(shuō),零件的兩次加工都用同一個(gè)夾具裝夾就可以了。如圖5所示。

圖6 加工操作示意圖

3.2 加工程序

程序一:加工箱體面(端面B),裝夾圖如圖6所示。

G00 X51.8 Z0.5 (快速定位到至工件端面0.5mm處,避免刀具與工件發(fā)生碰撞)

程序二:調(diào)頭后加工缸頭面(端面A),裝夾圖如圖6所示。

G00 X56.99 Z0.5(快速定位到至工件端面0.5mm處,避免刀具與工件發(fā)生碰撞)

改進(jìn)后的方案雖然需要一次加工后掉頭進(jìn)行二次加工,但改進(jìn)后的夾具裝夾非常方便快捷,所需裝夾時(shí)間非常短,最重要的是加工出來(lái)的成品精度非常高,完全符合生產(chǎn)要求,相比較加工效果比原來(lái)的加工方法要好,單件零件加工時(shí)間更快,每3分鐘就可以完成一件零件加工,生產(chǎn)效率提高將近有40%,有效地縮短了生產(chǎn)時(shí)間,降低了成本,符合生產(chǎn)要求。與方案一相比,方案二有優(yōu)越性,因此采用方案二進(jìn)行生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹的使用數(shù)控車床加工小型缸體,第一次工藝方案設(shè)計(jì)試用后,對(duì)加工效果不太理想,加工精度不高,耗時(shí)較長(zhǎng)。為了更好地提高生產(chǎn)效率,縮短勞動(dòng)時(shí)間,我們對(duì)工藝進(jìn)行了改良,設(shè)計(jì)了一個(gè)更簡(jiǎn)單更實(shí)用的夾具。改進(jìn)后,加工零件的時(shí)間大大減少了,由原來(lái)的5分鐘/每件,提高到3分鐘/每件,而且大大的提高了工件的精度,減少了工件的報(bào)廢率,提高了生產(chǎn)效率和節(jié)約了成本。該零件加工后已正式投放市場(chǎng),而且投放市場(chǎng)后取得了較好的市場(chǎng)效應(yīng)。因此,我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該充分發(fā)散思維,多創(chuàng)新,多思考,多嘗試,以便更好地提高自身的基礎(chǔ)知識(shí)和技能。

[1]沙莉、陽(yáng)夏冰主編.《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》[M].北京.北京理工大學(xué)出版社. 2012年8月.

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[2] 機(jī)械加工工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編.《機(jī)械加工工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè)》[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1998年6月.ISBN: 9787111058571

[3] 劉黨生主編. 《金屬切削原理與刀具》[M]. 北京. 北京理工大學(xué)出版社.2009年8月.ISBN:9787564025885

[4] 郭仁生主編. 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》[M]. 北京. 清華大學(xué)出版社.2006年1月.ISBN:9787302120049

[5] 徐鴻本、曹甜東主編. 《車削工藝手冊(cè)》[M]. 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社.2011年11月.ISBN:9787111352082

[6] 杜國(guó)臣主編. 《數(shù)控機(jī)床編程》[M]. 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社.2010年01月.ISBN:9787111282204