多孔零件加工工藝方法及機(jī)床設(shè)備

■湖北神力鍛造有限責(zé)任公司 （丹江口 442700） 劉國(guó)偉

多孔零件加工工藝方法及機(jī)床設(shè)備

■湖北神力鍛造有限責(zé)任公司 （丹江口 442700） 劉國(guó)偉

摘要：介紹多孔零件的幾種加工方式，重點(diǎn)介紹了一種重型商用車轉(zhuǎn)向節(jié)法蘭面上多孔的加工工藝方法和機(jī)床設(shè)備，指出機(jī)床在設(shè)計(jì)和使用過程中的注意事項(xiàng)。

1. 加工方式分析

隨著我國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，多孔零部件如汽車、摩托車的發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、鋁鑄件殼體、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動(dòng)鼓、輪轂、剎車盤、轉(zhuǎn)向器、差速殼、軸頭、后橋殼和半軸等，泵類、閥類、液壓元件及太陽(yáng)能配件等的加工需求日益增長(zhǎng)。目前，國(guó)內(nèi)多孔零部件通常采用以下4種方式進(jìn)行加工。

（1）采用普通臺(tái)鉆搖臂鉆床加帶鉆模板的夾具進(jìn)行加工。但是存在著一次只能加工一個(gè)孔，經(jīng)過多次加工才能成型，加工效率低、質(zhì)量不夠穩(wěn)定的局限性。

（2）采用普通臺(tái)鉆加裝多軸器進(jìn)行加工。但是存在著剛性不夠、加工覆蓋面積小、加工孔范圍小、加工行程小、加工精度不夠高、可靠性較差、手動(dòng)操作以及加工效率低等局限性。

（3）采用單面或雙面多軸鉆床，或稱多孔鉆床加工。它是一種運(yùn)用于機(jī)械領(lǐng)域鉆孔、攻螺紋的機(jī)床設(shè)備。一次進(jìn)給同時(shí)加工數(shù)孔，同單軸鉆（攻螺紋）比較，工件加工精度高、工效快，可有效地節(jié)約人力、物力和財(cái)力。

多軸鉆床分為可調(diào)式和固定式兩種類型。①可調(diào)式多軸鉆床：本體結(jié)構(gòu)由齒輪箱配合萬向節(jié)頭組成，由于萬向節(jié)是可活動(dòng)軸件，故在限定范圍內(nèi)可左右移動(dòng)。在調(diào)整加工孔距時(shí)不受齒輪所限制，適合加工多樣不定性孔件，使用范圍較廣。缺點(diǎn)是精度方面控制有所欠缺，長(zhǎng)期使用跑位率相對(duì)略高。適合單件加工量不大，長(zhǎng)年更換加工件的企業(yè)。②固定式多軸鉆床：根據(jù)單件加工件量身定制多軸器，即依照零件的間距、排布，定死動(dòng)軸，從而達(dá)到單品單軸，一件一臺(tái)的多軸器標(biāo)準(zhǔn)方案。這是使用多軸器最終的模式，是提高生產(chǎn)效率最快的鉆床設(shè)備。固定式加導(dǎo)孔板多軸器準(zhǔn)確耐用，在更換試件時(shí)，有很多空間取付方便，不會(huì)受到治具的妨礙。所加工出來的產(chǎn)品更精確，多軸鉆床也更耐用。

（4）采用數(shù)控鉆床或加工中心類機(jī)床加工。不需要鉆模板，更換品種方便，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，但是由于也是依次加工所有的孔，生產(chǎn)效率較低，設(shè)備投入大。

因此，在加工法蘭面上多孔時(shí)，為了提高加工效率，通常采用多軸鉆的方式。但是多軸鉆存在受各個(gè)主軸軸承大小的限制，當(dāng)同一工件上多個(gè)孔的空間距較小（或同一分布圓直徑較小，而孔的數(shù)量過多）時(shí)，主軸布排不下的問題。

圖1　零件加工示意圖

2. 零件工藝分析

我公司生產(chǎn)的某重型商用車轉(zhuǎn)向節(jié)如圖1所示，其法蘭面上均布16個(gè)M16-6 H螺紋孔（其中一個(gè)孔不加工，實(shí)際

加工15個(gè)孔），要求鉆深最大為35mm，攻深最小為28mm，90°倒角至牙底深。分布圓直徑為φ193m m，位置度要求為φ0.3mm。各孔間距較小，一個(gè)多軸箱上不能同時(shí)布置16個(gè)主軸，而且孔的位置度要求較高。對(duì)于這么多孔，若一個(gè)一個(gè)地進(jìn)行加工，則加工時(shí)間很長(zhǎng)。若要滿足整條生產(chǎn)線的工藝節(jié)拍要求，則需要多臺(tái)設(shè)備，投入較大。為此，需要高效率的加工方法和機(jī)床，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率，減少成本。

3. 加工工藝方法和機(jī)床

根據(jù)我公司該轉(zhuǎn)向節(jié)加工生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃、生產(chǎn)節(jié)拍及采用機(jī)器人進(jìn)行上、下料的要求，經(jīng)和機(jī)床制造廠家充分溝通與交流，結(jié)合專機(jī)特點(diǎn)，我們提出了該零件的加工工藝方法、機(jī)床方案、技術(shù)要求，由機(jī)床廠家設(shè)計(jì)、制造了用于該15×M16-6H螺紋孔的專用四工位回轉(zhuǎn)盤多軸鉆機(jī)床（見圖2）。

圖2　四工位回轉(zhuǎn)盤多軸鉆機(jī)床

（1）加工工藝方法和要求。①采用兩臺(tái)機(jī)床，一臺(tái)用于鉆孔，一臺(tái)用于攻螺紋。②工藝節(jié)拍≤3min/件（含上、下料時(shí)間）。③采用機(jī)器人進(jìn)行上、下料。④為保證工藝節(jié)拍要求，機(jī)床采用臥式四工位回轉(zhuǎn)夾具，四個(gè)工位（見圖2b，圖中的一、二、四是指第一、二、四工位，第三工位被擋著了，故未標(biāo)識(shí)）工步如下。第一工位：裝、卸工件；第二工位：對(duì)工件鉆法蘭面8個(gè)M16螺紋底孔、倒角（攻螺紋）；第三工位：對(duì)工件鉆法蘭面7個(gè)M16螺紋底孔、倒角（攻螺紋）；第四工位：對(duì)工件法蘭面上15個(gè)孔進(jìn)行切屑清理。其中二、三工位加工的孔錯(cuò)開布置，以解決15個(gè)孔分布圓直徑偏小、主軸布排不開的問題。⑤為適應(yīng)機(jī)器人進(jìn)行上、下料，對(duì)夾具提出了以下特殊要求：夾具采取液壓夾緊、液壓退料；夾具具有工件裝夾氣密檢測(cè)裝置和對(duì)夾具定位面自動(dòng)清理的裝置，以確保工件被正確定位；配備鉆孔完畢后自動(dòng)對(duì)加工的所有孔的切屑進(jìn)行清理的裝置。

（2）機(jī)床的主要組成及說明。該四工位回轉(zhuǎn)盤多軸鉆孔機(jī)床的主要部件為：八軸動(dòng)力箱（共2個(gè)，其中1個(gè)安裝7把刀具）、刀具（共15個(gè)）、退料裝置、工件孔內(nèi)吹屑機(jī)構(gòu)、伺服滑臺(tái)（2個(gè)）、四工位夾具、夾具定位面清理機(jī)構(gòu)、工件、夾具回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。為方便刀具轉(zhuǎn)速的調(diào)整，動(dòng)力箱采用變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而進(jìn)給量的調(diào)整則由FANUC數(shù)控系統(tǒng)控制的兩個(gè)伺服滑臺(tái)5實(shí)現(xiàn)。

機(jī)床采用FANUC數(shù)控系統(tǒng)，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)以下動(dòng)作：①滑臺(tái)快進(jìn)、工進(jìn)（工退）、快退、停止。②工件的夾緊、松開。③夾具定位面的自動(dòng)清理。④工件切屑自動(dòng)清理。⑤裝夾工件的氣密檢測(cè)。⑥退料裝置的動(dòng)作。⑦切削冷卻系統(tǒng)和加工過程的聯(lián)動(dòng)。⑧回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的分度旋轉(zhuǎn)、鎖緊。

其中，四工位夾具安裝在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，依靠回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾具四個(gè)工位的分度、旋轉(zhuǎn)。

（3）機(jī)床設(shè)計(jì)和使用中的注意事項(xiàng)。①為保證鉆15個(gè)M16螺紋底孔的位置度，同時(shí)機(jī)床采用四工位結(jié)構(gòu)，每個(gè)鉆模板上布置了16個(gè)鉆模套。②由于機(jī)床采用的刀具數(shù)量高達(dá)15把，為減少更換、調(diào)整刀具的時(shí)間，對(duì)于多軸鉆床，配備了2套刀柄，可在加工時(shí)先將刀具和刀桿調(diào)整好，需要更換時(shí)，對(duì)機(jī)床上的刀桿、刀具一同全部更換；對(duì)于多軸攻絲機(jī)絲錐的更換，我們?cè)O(shè)計(jì)、制造了專用的絲錐卡頭，既可以實(shí)現(xiàn)絲錐的快速更換，又能將絲錐鎖死，滿足攻螺紋要求。③為了提高鉆孔的表面粗糙度質(zhì)量和加工時(shí)排屑方便，編程時(shí)，采用“啄式”鉆孔的方法，在鉆孔的過程中，退刀兩次，使切屑隨退刀從孔內(nèi)排出。④對(duì)于多軸鉆床，由于加工的為盲孔，且孔口要求進(jìn)行倒角，便于攻螺紋，故采用的階梯鉆在刃磨時(shí)，必須保證所有的階梯鉆前端長(zhǎng)度一致。⑤調(diào)整更換多軸鉆的刀具時(shí)，必須保證刀柄的定位面到階梯鉆的階梯部位的長(zhǎng)度全部一致，以保證各孔口倒角深度相同。為此，我們?cè)O(shè)

計(jì)制造了專用的調(diào)刀儀。

（4）工藝方法和機(jī)床驗(yàn)證。經(jīng)過對(duì)該機(jī)床的調(diào)試和工藝驗(yàn)證，該機(jī)床達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，工藝驗(yàn)證結(jié)果如附表所示。其中15 個(gè)M16螺紋孔的位置度φ0.3mm，以螺紋底孔進(jìn)行檢查，共驗(yàn)證10件，CMM檢測(cè)全部合格。

工藝驗(yàn)證結(jié)果

4. 結(jié)語

針對(duì)該零件的加工工藝方法設(shè)計(jì)制造的四工位回轉(zhuǎn)盤多軸鉆孔機(jī)床由于具有四個(gè)工位，且采用2個(gè)8軸鉆孔動(dòng)力箱（其中1個(gè)安裝7把刀具），可以在四個(gè)工位上同時(shí)進(jìn)行工件的上下料、15個(gè)孔的加工、加工孔內(nèi)的切屑的清理，并可自動(dòng)進(jìn)行快進(jìn)、工進(jìn)（工退）、快退、停止，大大縮短了作業(yè)時(shí)間，單臺(tái)機(jī)床的生產(chǎn)節(jié)拍≤3min/件，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

同單軸鉆（攻螺紋）比較，工件加工精度高、工效快，可有效地節(jié)約人力、物力和財(cái)力。尤其是機(jī)床的自動(dòng)化大大減輕了作業(yè)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

當(dāng)然該工藝方法和設(shè)備也存在著通用性不好的問題，若更換品種，多軸動(dòng)力箱各主軸的間距不可調(diào)，需更換2個(gè)多軸箱，同時(shí)需更換鉆模板，且每個(gè)品種需要4個(gè)鉆模板，投入較大。

收稿日期：（20141015）