王 鈞，李 瑋，劉 斌，王周梅，郭志偉，王泰恒，魏新宇，汪 穎

（西南林業(yè)大學(xué)機械與交通學(xué)院，云南 昆明 650224）

我國的玉米秸稈利用率較低，收獲后秸稈大多留在田間。利用脫葉機進行脫葉是目前再加工的首選機械，脫葉輪零件是玉米脫葉機中的重要組成部分，其加工的精度和布置間距決定了脫葉的效果和對莖稈的破壞程度。目前脫葉輪加工中往往采用焊接的方式，先打孔，后加工，再裝配。在工藝上焊接帶來的變形、裝配只能憑借手動補償，不能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化加工，嚴(yán)重影響使用效果。如果使用鑄件在數(shù)控機床上進行加工就可以保證其布置的形狀位置公差，使脫葉輪上的脫葉片很好地脫葉且不破壞莖稈。為了達到該零件的加工精度，將對脫葉輪設(shè)計一款專用夾具，使其能夠?qū)崿F(xiàn)批量化、穩(wěn)定、可靠的高精度自動化生產(chǎn),對提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度具有重要意義[1]。

1 零件工藝分析

1.1 工藝分析

在機械加工工藝技術(shù)實施過程中，定位是指要工件固定在加工機床上，保證準(zhǔn)確的定位，可以提高作業(yè)精準(zhǔn)化程度，并保證較高的生產(chǎn)效率[2]。在定位基準(zhǔn)選擇的合理與否將直接影響零件加工的質(zhì)量。如圖1所示，通過脫葉輪的3D模型可以了解該脫葉輪的結(jié)構(gòu)特點，在加工中保證固定塊在裝夾脫葉片的契合度，以及脫葉片的間距，還有M4.8的8組孔位的同軸度必須要在給定的范圍內(nèi)，該零件的加工難點主要在于回轉(zhuǎn)體零件無法一次性加工，8組M4.5的孔分布在固定板上，加工時會出現(xiàn)振動，而且孔的位置很深，容易在加工過程中使鉆頭折斷，并且在側(cè)面有R10的一個凸臺會干涉到該零件的加工。所以，為了達到加工要求，先將有3個孔的底面銑平，銑平后再利用其底面的孔位制作夾具完成后續(xù)的孔位加工。

圖1 脫葉輪3D模型Fig.1 The 3D model of impeller

1.2 專用夾具設(shè)計

1.2.1 夾具自由度干涉計

該工件的特點為底端有接觸面和3個孔，根據(jù)特征結(jié)合其特點可以用其來定位。定位的設(shè)計要求在原理上來說是不過定位和不干涉，如果出現(xiàn)了過定位和干涉，則通過驗算把干涉的部分削去。脫葉輪定位夾具位置關(guān)系見圖2所示，左邊孔1中心O1和O1'是重合的，兩者存在一個最小的間隙為X1min；孔2中心的O2'與銷2的中心O2也是同樣的重合，其中的最小間隙為X2min=D2min-d2max。

圖2 脫葉輪定位夾具位置關(guān)系Fig.2 The position relationship of impeller positioning fixture

根據(jù)以上計算將該菱形銷應(yīng)削去b值5 mm最為合適。

1.2.2 專用夾具設(shè)計

該零件的鉆孔大小要完全符合零件加工的標(biāo)準(zhǔn)和精度，以免出現(xiàn)孔洞無法滿足加工零件的加工需求，從而影響到加工零件的精度和質(zhì)量。脫葉輪工裝夾具見圖3所示。實現(xiàn)定位首先要能控制自由度，既不過定位也不缺定位。其次，利用一個D4.5圓柱銷定位其中的小孔，圓柱銷內(nèi)部需要有M3的內(nèi)螺紋且材質(zhì)為不銹鋼，有內(nèi)螺紋是方便在偏過盈的過渡配合中使用沖擊錘可以很輕松將其取出，而不會被真空壓強吸附無法取出。一個D27的菱形銷來進行旋轉(zhuǎn)方向的自由度限制，最后使用壓板進行z軸方向的自由度限制使。

圖3 脫葉輪工裝夾具Fig.3 The impeller removal fixture

2 加工仿真

利用UG軟件加工仿真，是未來的重要發(fā)展趨勢[3]。本次仿真將使用UG進行虛擬仿真，進行驗證。

2.1 編撰NC程序

在工件中插入MCLL_MILL加工坐標(biāo)系，并選擇工件為鑄件體，選擇毛坯體為部件偏置3，進入編程頁面，選擇命令為DRILLING，選擇需要加工的孔，設(shè)置轉(zhuǎn)速為S800，進給F70，Q的設(shè)置一般為鉆頭的1/2，即4.5的1/2取整數(shù)為2.3，即加工深度為2.3 mm，以后抬到安全平面排除碎屑。設(shè)置其他相關(guān)參數(shù)后生成NC代碼，設(shè)置其加工方法為啄鉆生成刀路。

2.2 仿真計算

進入機床仿真模塊，插入1臺3AIX-MILL-VERTICAL型機床，選擇使用Fanuc系統(tǒng)，行程1 200×800帶自動換刀，使用裝配命令中的“接觸對齊”使夾具底座和機床底座相連，位置居中，設(shè)置加工坐標(biāo)MCS在裝夾板底面分中位置。并且完成對刀，分中等準(zhǔn)備操作。完成后進行切削模擬，分析其加工情況及精度是否滿足。

2.3 數(shù)據(jù)分析

圖4 余量檢測云圖Fig.4 The cloud chart of allowance detection

圖5 孔壁20點余量波動圖Fig.5 The residual fluctuation diagram

3 結(jié)語

玉米深加工是變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟優(yōu)勢，提高玉米經(jīng)濟效益的有效途徑。通過合理的對脫葉輪進行分析，找出其可以利用的特點再配合科學(xué)的計算，確定后續(xù)工序能否進行，避免浪費工時，減少費用。利用底面的特征正好能夠用于裝夾以便于對等距孔進行加工的特性，通過計算設(shè)計了該產(chǎn)品的專用夾具。完成以后為了驗證該產(chǎn)品的可行性利用UG軟件對其進行設(shè)計建模裝配并在加工環(huán)境中模擬仿真，編制了NC程序和機床仿真運行刀路宏程序。通過余量檢測云圖和測量作出其余量分布圖，找到了其余量的分布最大最小值區(qū)間，完整地驗證了該設(shè)計的可行性、正確性。為該產(chǎn)品批量化、精確化生產(chǎn)提供了可行方案。