縫紉機針腳板的加工工藝研究*

郭秀華 陳祥林 周曲珠

(①蘇州經貿職業技術學院機電系，江蘇 蘇州215009;②蘇州市職業大學機電工程學院，江蘇 蘇州215104)

工業縫紉機是服裝機械設備的主體和核心，隨著科學技術的發展和進步，縫紉機新機型不斷增加，其高速化、精密化、多功能化、智能化和自動化程度越來越高。各種電子技術和自動化裝置已廣泛應用于縫紉機械中，但由于縫紉機運動復雜，又要求高度的協調性，使得機構系統仍處于核心和樞紐地位。

針腳板是縫紉機送料機構中的一個關鍵性零件，在生產過程中起著非常重要的作用，其加工精度及安裝精度直接影響到縫紉機的正常工作。圖1 是德國某品牌工業縫紉機針腳板的三維零件圖，其結構極其復雜。利用立式加工中心進行加工時，首批生產合格率僅為86%，效率極低，滿足不了德國廠方的產能要求(月產能需5000 件)，如加大設備及人員的投入，則利潤會很低。針對該情況，期望通過優化針腳板的加工工藝，以提高加工效率。

1 針腳板零件技術分析

針腳板二維零件圖如圖2 所示，該零件加工要素較多，且多處尺寸偏小，所需刀具較多。在加工中心上需要正反面加工，且不易裝夾。傳統的加工方法和設備需要反復更換刀具以及多次裝夾，加工效率低，難以滿足客戶的產能需求。合理安排加工工藝和選擇夾具是提高加工效率和保證零件尺寸精度的關鍵。

原加工工藝的毛坯為35 mm×85 mm×16 mm，夾具采用精密平口鉗，加工工時約2 h，工序如表1 所示。

表1 原加工工序

從上述工序可以看出，毛坯采用型材鋸割下料到尺寸，利用平口鉗固定鉗口定位，背面加工去除量比較大，大切削量去除材料時，為防止夾持松動，背吃刀量需要適當降低，毛坯厚度需減小(當前所夾持的部位約3 mm);翻轉工件正面加工，采用平口鉗加靠塊的方式，先銑面到零件厚度尺寸，然后完成正面加工。

2 新加工工藝設計

加工工藝方案的制定，必須體現技術先進、保證質量，并且達到提高生產效率、降低加工成本、減輕工人勞動強度的目的。

2.1 加工設備選擇

根據該零件的結構類型，銑和鉆是主要加工方式，且尺寸精度屬于常規要求，故仍采用立式加工中心作為該零件加工的首選設備。

2.2 毛坯選擇

針腳板零件材料是16MnCr5，這是歐洲的鋼號，德國制訂的標準，相當于我國15CrMn 鋼，其化學性能如表2 所示(GB/T 3077 -1999)。該鋼有較好的淬透性和切削性，對較大截面零件，熱處理后能得到較高表面硬度和耐磨性，低溫沖擊韌度也較高。

表215CrMn 牌號和化學成分

零件外輪廓尺寸為31 mm×79 mm×14 mm，為了提高加工效率，毛坯采用尺寸為195 mm ×79 mm ×14 mm 的長方形坯料，同時可加工出5 個零件，兩零件間隔為10 mm，且增加4 個M8 攻絲工藝孔，用平面磨床磨削到要求的尺寸，如圖3 所示。

2.3 夾具設計

根據針腳板零件的特點，常規的壓板、平口鉗和卡盤均不合適，需要針對該零件特點設計一個專用夾具。夾具如圖4 所示(虛線為毛坯安裝位置)，材料用45號鋼，分為2 個工位:前部是正面加工工位，毛坯左側和前側均有兩個定位圓柱銷，中間有2 個φ9 mm 孔;后部為背面加工工位，根據工件正面特征，設有與之對應的2 個定位圓柱銷，分別與工件正面φ6 mm 圓孔和4 mm 寬的長槽配合;中間有4 個φ9 mm 和10 個φ5 mm 通孔。夾具利用壓板安裝于加工中心工作臺上后，銑出上表面，定位的圓柱均通過刀具銑出，一方面保證上表面的水平，另一方面保證圓柱銷的定位精度。毛坯未加工前安裝于前部工位，靠兩側圓柱銷定位后，用兩個M8 螺釘從夾具下部與毛坯的工藝螺紋孔緊固。工件正面加工后，翻轉面安裝于后部工位，依靠中間圓柱銷定位后，用4 個M8 螺釘從夾具下面與毛坯的工藝螺紋孔緊固。

2.4 工序設計

針腳板按照加工的內容分為正面加工和背面加工兩部分，加工工序如表3 所示。

表3 新加工工序

如圖4 所示，正面加工時，毛坯安裝于夾具前部工位，緊貼圓柱銷定位，利用左右兩個M8 螺釘鎖緊;正面加工步驟如下所示:

(1)首先通過定心鉆、鉆頭完成φ5 mm 孔加工，其中φ5 mm 鉆頭需鉆通整個毛坯;

(2)其次用φ4 mm 的鍵槽刀完成對寬長槽、錐度孔的加工;

(3)最后用φ2 mm 和φ1.5 mm 的鍵槽刀完成窄長槽及小孔的加工。

正面加工后如圖5 中正面加工位置所示，毛坯按照X軸方向旋轉180°，安裝于后部工位，利用圓柱銷定位，4 個M8 螺釘鎖緊。針腳板背面結構復雜，加工步驟如下所示:

(1)用φ10 mm、φ8 mm 立銑刀對上表面進行粗、半精加工，去除大量的余量，在此過程中4 個M8 螺釘在去除余量過程中也被同時切割，螺紋鎖緊部分只留下2～3 牙;

(2)使用φ4 mm、φ2 mm 和φ1.5 mm 鍵槽刀對上表面及小孔和犄角位置進行精細加工，去除余料;

(3)程序暫停，電動螺絲刀快速安裝10 個M4 鎖緊螺絲，鎖緊毛坯，再卸除4 個M8 螺釘;

(4)用φ10 mm 立銑刀銑掉五個針腳板之間的連接部位，用25°倒角刀完成工件側面的倒角。

加工完成后的工件如圖5 背面加工位置所示。

3 工藝對比分析

在原方案中，采用型材鋸割下料方便，利用精密平口鉗，不需要專用夾具，節約了成本。夾緊后，平口鉗的活動鉗口會有微小變形，是造成零件精度下降的直接原因，如果采用打表找正，則效率更低。背面加工時，加大了毛坯厚度，可以提高夾持量，但造成了材料的浪費，如減小毛坯厚度，夾持量小，背吃刀量不大，加工效率降低，換刀頻繁，導致加工效率極低。

一般大批量生產時，趨向于采用高效、專用機床的工序集中;但在某些復雜零件的生產中適當采用工序分散，也會凸顯出其加工優勢，這就需要工藝人員根據實際做出正確決策。新方案中靈活應用了工序集中與分散的方法。具體變化如下:

(1)毛坯制作利用磨床磨削表面和人工制作4 個M8 螺紋工藝孔，前期的制作節約了加工中心機時，分散了加工集中的時間。經過驗證，完成5 個針腳板零件，切削花費了約5.5 h(包括人工安裝、對刀時間)，相對于原方案的切削時間2 h 完成一個零件，效率約提高了45%。

(2)增加了1 個夾具，但結構簡單，易于加工、安裝。夾具上表面經過機床加工，保證了毛坯上端面的水平，直接銑出定位的圓柱銷，保證了毛坯安裝的定位精度，合格率超過98%。

(3)夾具上有2 個工位，1 個是正面加工工位，另1 個是背面加工工位。夾具上可同時裝夾2 個毛坯，正面加工程序和背面加工程序合并后，可實現1 次裝夾依次完成不同毛坯的正面和背面的加工，大大節約加工時間。

(4)粗加工過程中，切削量相對較大，刀具磨損突出，如果不及時更換刀具，會導致刀具崩斷，并直接影響到程序中后序刀具，應用過程中采取了措施，利用機床刀具壽命管理功能，對磨損的刀具及時更換，同時對舊刀具進行批量刃磨，刀具成本并未增加太多。

4 結語

工藝在生產中占有極其重要的地位，根據針腳板的結構設計，制訂合理的加工工藝，使得針腳板加工效率得到極大提高，減少了材料損耗，縮短了產品生產周期，產能得以顯著提高，協助加工企業完成了既定的生產目標，且取得較大的經濟效益，為企業解決了一項技術難題，對同類零件的加工具有一定的實踐指導意義。

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