聶永強(qiáng) 曹國彬 劉振才 陳俊磊 閆建林 李虎孬

(①平高集團(tuán)有限公司，河南平頂山467000;②河南平高電氣股份有限公司，河南平頂山467000)

拐臂是筆者公司1100kV GIS開關(guān)設(shè)備滅弧室［1］中的關(guān)鍵零部件，其能否批量化生產(chǎn)將會(huì)很大程度上影響產(chǎn)品的成套周期。工件材質(zhì)為45鋼，結(jié)構(gòu)特征如圖1所示，尺寸、形位公差和內(nèi)孔粗糙度設(shè)計(jì)精度較高。由于拐臂屬異形件，加工時(shí)存在裝夾困難、變形和顫振等問題，造成尺寸、粗糙度不合格等質(zhì)量缺陷，生產(chǎn)效率低。因此，在工裝設(shè)計(jì)和加工工藝方面需要采取一定的措施來提高切削系統(tǒng)剛性，解決顫振和加工變形問題，從而實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)［2］。

1 工藝分析

1.1 傳統(tǒng)加工工藝闡述

傳統(tǒng)加工工藝方案如表1所示，拐臂的加工內(nèi)容集中在銑床。其中，銑工序僅依靠虎鉗裝夾、劃線找正，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低;由于設(shè)備、虎鉗等精度及裝夾系統(tǒng)剛性，存在定位、裝夾誤差，易發(fā)生顫振和變形，影響加工精度和工件質(zhì)量。加工中心工序鏜孔時(shí)利用組合夾具裝夾，使得工件拆裝繁瑣，切削剛性低，存在同樣的問題。

表1 拐臂傳統(tǒng)工藝方案

1.2 新加工工藝方案制定

針對(duì)傳統(tǒng)加工方案的弊端，考慮對(duì)其進(jìn)行工藝改進(jìn)，并根據(jù)夾具設(shè)計(jì)原則［3］，設(shè)計(jì)一種專用裝夾工裝，二者結(jié)合，工序集中，以改善上述現(xiàn)象。改進(jìn)后工藝方案如表2。

表2 拐臂新工藝方案

2 新工藝方案實(shí)施

2.1 加工中心一

以噴砂后的拐臂外形定位，精銑一面并精加工工藝孔;然后以兩處工藝孔和精銑面為定位基準(zhǔn)裝夾，加工兩端槽(見圖3)。

為了便于裝夾和加工，根據(jù)六點(diǎn)定位原理［4］，設(shè)計(jì)專用裝夾工裝1(見圖4)，在臥式加工中心上，通過旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，一次裝夾完成加工兩端槽。刀具及切削參數(shù)選用以減小產(chǎn)生加工應(yīng)力，增強(qiáng)切削剛性為原則［5］。刀具選用與切削參數(shù)如表3～6。

(1)用20 mm和30 mm的U鉆排鉆兩端槽，切除毛坯量，切削參數(shù)如表3。

表3 U鉆粗加工切削參數(shù)

表4 方肩銑刀粗加工切削參數(shù)

表5 合金銑刀半精加工切削參數(shù)

表6 合金銑刀精加工切削參數(shù)

2.2 加工中心二

2.2.1 設(shè)計(jì)專用工裝2

選擇定位基準(zhǔn)時(shí)要考慮工件的加工精度和裝夾，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則［6］，將精銑后的面作為定位基準(zhǔn)，并結(jié)合拐臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)專用工裝2(見圖5)。

專用工裝2設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn):

(1)以拐臂的外形為定位基準(zhǔn)，裝夾方便，省去找正時(shí)間，適用于批量生產(chǎn)。

(2)工裝中的臺(tái)階面由同一把刀具一次裝夾加工而成，精度高，定位更精準(zhǔn)，工件的加工精度隨之提高。

(3)配合刀具和切削參數(shù)的使用，系統(tǒng)切削剛性增強(qiáng)，能夠有效減少工件在加工過程中產(chǎn)生的變形量和顫振，提高工件的尺寸精度、粗糙度及尺寸穩(wěn)定性。

(4)工裝設(shè)計(jì)有排屑排氣孔，可減少因排屑不暢帶來的質(zhì)量問題。

2.2.2 加工一面及臺(tái)階面

以拐臂外形和加工中心一所精銑面為定位基準(zhǔn)，裝夾方式見圖6，加工部位見圖7。加工時(shí)需要注意事項(xiàng)為:精銑表面及臺(tái)階面時(shí)一定要用同一把刀加工，保證三個(gè)臺(tái)階一次裝夾完成(工藝要求)，為下次加工做定位基準(zhǔn)。粗銑面用100 mm面銑刀，精銑面用70 mm面銑刀，切削參數(shù)見表7。

表7 銑削面切削參數(shù)

2.2.3 加工另一面、臺(tái)階面及孔

以圖7中加工過的面為定位基準(zhǔn)，裝夾方式如圖8，盡量減小夾緊力對(duì)工件產(chǎn)生的變形，加工內(nèi)容見圖9。加工時(shí)需要注意事項(xiàng)為:加工孔時(shí)，要求一次裝夾加工成，注意清理鐵屑;每個(gè)孔都要分半精、精加工，保證粗糙度、尺寸穩(wěn)定和平行度。面加工參數(shù)如表7;三種孔加工切削參數(shù)見表8。

表8 三種孔加工切削參數(shù)

3 結(jié)語

實(shí)踐證明，合理的工藝路線和專用工裝對(duì)異形件的批量生產(chǎn)至關(guān)重要，尤其在對(duì)于控制異形件的加工變形量和提高切削系統(tǒng)剛性時(shí)，專用裝夾工裝、刀具以及合理的切削參數(shù)都是必須要考慮的因素。根據(jù)拐臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)工藝方法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)專用工裝以及摸索合理的切削參數(shù)解決了加工過程中出現(xiàn)的裝夾困難、形變難以控制、粗糙度不合格的問題，實(shí)現(xiàn)了工件的批量生產(chǎn)，從而縮短了交貨周期。同時(shí)，拐臂的加工工藝方法對(duì)類似異形件的加工具有重要的參考實(shí)用價(jià)值。