弧形曲面零件組合加工的工藝研究

王 震

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州 225001）

0 引 言

隨著科學(xué)發(fā)展和電子產(chǎn)品的小型化、集成化，其應(yīng)用和安裝場合越來越廣，安裝要求也越來越特殊。機(jī)載、星載、彈載轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外形往往都是圓柱或圓筒弧形曲面零件的組合體，其轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圓周布置要求也相對較高，這些零件的特點(diǎn)是對稱度要求高、同軸度要求高，設(shè)計(jì)和定位均相對精準(zhǔn)，例如圖1所示的支撐支架。

加工圖1所示的支撐支架時(shí)，由于零件主體呈弧形，單個(gè)零件無可靠的裝夾定位基準(zhǔn)，且加工工序繁多，重復(fù)定位及加工都有很大的困難。如果零件的結(jié)構(gòu)和外形尺寸合適，采用組合加工的工藝方法是一種很好的解決方案。本文以支撐支架的組合加工方法為例，介紹一下弧形曲面零件組合加工的工藝設(shè)計(jì)。

圖1 支撐支架零件

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮的是結(jié)構(gòu)要滿足產(chǎn)品的性能和使用要求，對產(chǎn)品的加工工藝性關(guān)注不多，尤其對于節(jié)能、高效的加工工藝性缺少考慮。加工工藝師在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段加強(qiáng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的溝通和交流會(huì)對產(chǎn)品的加工生產(chǎn)起到重要作用。例如支撐支架（見圖1），它使用4件1組安裝在上下圓盤之間，由于相對中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)對稱和同軸要求，其支撐支架的一致性要求較高。從單個(gè)零件加工而言，在圓弧面上開若干個(gè)孔與槽，即使通過加工中心，無論是裝夾定位和加工都相當(dāng)復(fù)雜，要確保一致性很難。加工工藝師在了解了該零件使用功能及大概尺寸后，擬采用8件組合加工的方案。可以看出該零件是筒狀零件的一部分，如采用棒料將幾件組合加工，通過車削和銑削加工即可將零件的外表面和內(nèi)孔加工成型。組合加工此類零件的關(guān)鍵點(diǎn)在于組合零件加工初步完成后的合理分割，而此類分割的要點(diǎn)在于徑向方向有對穿孔位和沿軸向的軌跡。經(jīng)與設(shè)計(jì)師共同商討，該零件與上下圓盤的配合尺寸ΦD、Φd已經(jīng)確定（見圖2），確定零件的寬度L是能否組合加工的關(guān)鍵：L過大（見圖2（a）），零件組合后相互干涉，陰影部分為重疊區(qū)，不能成功制造；L過小（見圖2（b）），加工時(shí)不僅會(huì)產(chǎn)生多余的加工廢料，而且零件兩側(cè)夾角為90°的斜面還需另行加工。經(jīng)過設(shè)計(jì)師綜合使用及加工方面的需求，最終確定了合適的L，見圖2（c）。該尺寸外形不僅使組合緊湊，減少加工廢料，而且方便加工，一次加工就可以完成分割及斜面的加工（圖中虛線為線切割走絲路徑示意）。

圖2 零件組合加工分析示意圖

經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師與加工工藝師共同的努力，確定了零件的外形幾何尺寸及組合加工的組合形式，見圖3。

圖3 支撐支架組合三維示意圖

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝方案

對于此類零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的工藝設(shè)計(jì)，需保證產(chǎn)品加工滿足設(shè)計(jì)要求，并兼顧生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，工藝設(shè)計(jì)的基本思路如下［1］：

（1）確定組合零件的總體工藝方案；

（2）確定分割部分的加工工藝方法和可行性；

（3）根據(jù)工藝方案對設(shè)計(jì)提出工藝性修改意見；

（4）設(shè)計(jì)合理的等分定位加工工裝夾具；

（5）確定零件的工藝端和分割要求；

（6）分割后零件的局部處理和其他要求。

按上例，零件組合外形的加工變成了簡單的工藝實(shí)現(xiàn)，其端面可以清晰地分割出單個(gè)零件的線切割線，可以看出交叉定位的相關(guān)線在零件剖面上是對穿的（見圖2（c）），為了保證零件的整體性，工藝上主要考慮的重點(diǎn)有：零件的中心定位、零件線切割時(shí)的整體性、零件分割的可操作性、零件分割定位的準(zhǔn)確性。

2.2 工藝路線制定

（1）材料選用尺寸合適的棒料，在下料時(shí)兩端預(yù)留合適的工藝端用料。

（2）臥式車床粗車外圓、外圓徑向臺(tái)階、內(nèi)孔，留合適余量，在考慮工藝端用料的基礎(chǔ)上車削兩端面至預(yù)定長度。根據(jù)內(nèi)孔配車兩端工藝悶頭，并加工悶頭外端面中心頂尖孔后裝悶頭于工件兩端，如圖4所示。

圖4 支撐支架組合加工示意三維圖

（3）立式加工中心采用分度頭裝夾一段工藝悶頭，另一端利用頂尖孔頂持。首先，在兩端工件的工藝端分別加工出后續(xù)加工的找正基準(zhǔn)平面，再分度粗加工外形各臺(tái)階及通槽，留合適余量。

（4）采用熱處理去除材料及加工應(yīng)力。

（5）臥式車床精車內(nèi)外各部尺寸至圖紙要求，并裝配、配車兩端工藝悶頭。

（6）立式加工中心采用分度頭裝夾，并找正工藝基準(zhǔn)平面后，首先見光找正基準(zhǔn)面，然后分度精加工外形各臺(tái)階、通槽部分。同時(shí)在工藝端給定位置加工線切割穿線孔。

（7）線切割分割零件。采用分度頭裝夾工藝端，另一端頂持，在找正外形基準(zhǔn)面后進(jìn)行分度切割：

（a）首先進(jìn)行軸向切割，切割至零件長度，不切割至工藝端。

（b）在軸向分度切割后，再進(jìn)行徑向切割，去除工藝端。

（c）采用工裝裝夾定位加工孔。

3 加工結(jié)果

經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，加工出一批合格的零件，如圖5所示。這大大縮短了加工周期，事實(shí)證明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師和工藝師共同確定的工藝方法合理可行，且節(jié)約了生產(chǎn)成本。

圖5 支撐支架三維零件圖

4 結(jié)束語

從支撐支架的加工工藝上考慮了零件組合加工的可行性，從實(shí)例和步驟上論述了該類零件的設(shè)計(jì)和工藝考慮過程。這種設(shè)計(jì)思路避免了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程和生產(chǎn)工藝過程的脫節(jié)，在保證產(chǎn)品加工質(zhì)量的同時(shí)大大提高了生產(chǎn)效率。尤其是對有一定批量的筒類零件，設(shè)計(jì)師和工藝師建立良好的溝通機(jī)制，共同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝方案，將會(huì)使生產(chǎn)化繁為簡，成倍地降低成本。對于復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，采用類似操作思路具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］王勇，郭磊.數(shù)控線切割加工技巧［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009，7（1）：36－42.