異形件預(yù)留工藝臺(tái)階實(shí)例分析

石丹,胡俊

（成都市技師學(xué)院,成都610000）

0 引言

零件機(jī)械加工過(guò)程中的夾具有通用夾具[1]、組合夾具及專用夾具。夾具利用零件的平面或孔來(lái)裝夾定位零件，使之完成加工過(guò)程。中小型企業(yè)的業(yè)務(wù)單來(lái)源分散，且訂單品種多，遇到一些異型零件無(wú)規(guī)則裝夾平面和孔，往往不便于加工。

選擇合適的預(yù)留工藝臺(tái)階的方法，并配合通用夾具來(lái)完成加工。既可以縮短加工周期，又可以減少制作專用夾具的費(fèi)用。如圖1、圖2為一個(gè)檢驗(yàn)使用的檢具，長(zhǎng)大約為68 mm，寬大約為21 mm，厚度周邊為斜面，使用位置是沿厚度周邊斜面和中間的兩個(gè)孔。孔為直徑4 mm光孔，孔徑太小，不適合用來(lái)做裝夾定位孔。所以選用預(yù)留工藝臺(tái)和通用夾具平口虎鉗來(lái)完成銑削加工。

圖1

圖2

經(jīng)工藝分析，由于厚度周邊斜面和彎曲面處三軸不便于加工，因此選用的五軸雙轉(zhuǎn)臺(tái)AC旋轉(zhuǎn)軸的五軸加工中心完成加工，其他夾具、刀具等附件均選用通用設(shè)備。

1 工藝臺(tái)預(yù)留的位置選擇

1.1 工藝臺(tái)盡量不要留在零件使用面和區(qū)域

零件的使用面和區(qū)域的位置尺寸要求要比零件非使用面和區(qū)域高出許多。工藝臺(tái)往往在最后零件成型后才去除，工藝臺(tái)若留在零件使用面和區(qū)域，會(huì)使零件加工成型時(shí)無(wú)法加工完成使用面和區(qū)域。為了保證零件使用面和區(qū)域的位置尺寸要求，工藝臺(tái)要盡可能留在零件非使用面和區(qū)域。如圖3所示，深色面為零件非使用面，上下對(duì)稱的大面適于用來(lái)預(yù)留工藝臺(tái)階。

圖3

1.2 工藝臺(tái)預(yù)留位置要盡量簡(jiǎn)化加工工藝過(guò)程

在加工過(guò)程中，零件加工裝夾定位的次數(shù)越多，所產(chǎn)生的誤差控制難度就越大[2]。為提高零件的加工精度及效率，工藝臺(tái)的預(yù)留要考慮在加工時(shí)以最少的裝夾次數(shù)完成零件的加工過(guò)程[3]。

如圖4中A面與B面比較：選擇B面留置工藝臺(tái)時(shí)，加工上區(qū)域和零件使用面時(shí)就會(huì)受到加工刀具干涉影響，更加提高了加工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。選擇A面用來(lái)留置工藝臺(tái)階，可以一次完成加工B面和上區(qū)域及零件的使用要求面。A面就比B面更適合用來(lái)留置工藝臺(tái)階。

圖4

1.3 工藝臺(tái)的預(yù)留位置要有利于加工完成后工藝臺(tái)的去除工作

圖5

圖6

如圖5、圖6中留置工藝臺(tái)，將無(wú)法加工零件與工藝臺(tái)相接處的曲面。造成最后去除工藝臺(tái)的時(shí)候，曲面處材料殘余過(guò)多，去毛刺工作無(wú)法進(jìn)行，或去除毛刺后所得零件形狀尺寸與實(shí)際零件相差太大，超出零件要求的公差尺寸。

如圖7，工藝臺(tái)留置位置應(yīng)當(dāng)選擇在有線條的輪廓位置上，這樣就能避免去除工藝臺(tái)時(shí)過(guò)多的殘留。工藝臺(tái)的留置位置盡量對(duì)稱。

如圖8，工藝臺(tái)留置不對(duì)稱，存在以下弊端：1）加工原材料的浪費(fèi),使毛坯的尺寸變大，零件一樣的情況下，毛坯越大，毛坯的成本就越高。增加產(chǎn)品零件的總體成本，降低產(chǎn)品零件的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。2）裝夾加工時(shí)不易裝夾定位，裝夾時(shí)由于工藝臺(tái)不對(duì)稱，使整體外形不規(guī)則，裝夾時(shí)缺少簡(jiǎn)易性，增加了裝夾工時(shí)和工人勞動(dòng)強(qiáng)度。找正時(shí)外形不規(guī)則，增加了裝夾時(shí)間，降低了找正工件基準(zhǔn)的精度，使產(chǎn)品零件的加工一致性受到影響。3）增加刀具切削工作量，使刀具使用量增加。加工時(shí)加工區(qū)域越大，去除的材料就越多，刀具的切削時(shí)間越長(zhǎng)，刀具損耗增加。切削加工時(shí)間變長(zhǎng)，降低了加工效率，增加了刀具成本。4）過(guò)量切削還會(huì)引起零件加工完成后的應(yīng)力變形量增加。

圖7

圖8

產(chǎn)品零件在刀具加工過(guò)程中，會(huì)在內(nèi)部充斥一定的切削應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)品加工完成后，在自然狀態(tài)應(yīng)力會(huì)慢慢釋放，造成不規(guī)則的產(chǎn)品形狀變化。加工的量越大，加工后產(chǎn)品零件內(nèi)部充斥的應(yīng)力越大，從而變形越嚴(yán)重。

1.4 合理的工藝臺(tái)預(yù)留措施

圖9

如圖9工藝臺(tái)對(duì)稱預(yù)留的優(yōu)點(diǎn)：1）零件毛坯尺寸合理，對(duì)稱工藝臺(tái)毛坯尺寸比不對(duì)稱工藝臺(tái)毛坯偏小，毛坯成本降低，更加綠色節(jié)能。2）產(chǎn)品零件方便裝夾定位，工藝臺(tái)對(duì)稱預(yù)留使產(chǎn)品零件四周更規(guī)則，有利于產(chǎn)品零件裝夾定位，縮短裝夾所需的輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。3）刀具切削加工量更少，加工的切削量小，縮短了加工時(shí)間，減少了刀具的損耗，降低了刀具成本。

2 工藝臺(tái)的形狀選擇

2.1 工藝臺(tái)外側(cè)盡量是立方體

圖10

圖11

工藝臺(tái)是方方正正的有助于零件裝夾定位，提高裝夾效率，保證定位精度[6]。工藝臺(tái)靠零件的內(nèi)側(cè)盡量與零件的輪廓相近。此時(shí)，能減少加工時(shí)的切削量，有效縮短加工時(shí)間。工藝臺(tái)的形狀要保證支撐的產(chǎn)品零件有承受加工的強(qiáng)度。如圖10、圖11所示，此工藝臺(tái)形狀，零件的支撐強(qiáng)度欠缺，在加工底面的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題：1）支撐強(qiáng)度低，剛性不足，在刀具切削過(guò)程中會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，影響加工表面質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至使刀具崩壞，報(bào)廢零件。2）刀具在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生作用力和反作用力，由于零件支撐強(qiáng)度低，在刀具切削過(guò)程中，零件局部會(huì)向下彎曲讓刀，使零件尺寸得不到保證。3）工藝臺(tái)與零件連接處強(qiáng)度過(guò)低，在加工時(shí)甚至可能直接撕裂折斷。

2.2 細(xì)長(zhǎng)和薄壁零件應(yīng)增大接觸面積

1）如圖12所示，當(dāng)零件與工藝臺(tái)連接處剛性不足時(shí)，可適當(dāng)增加連接處面積，提高接觸剛度和抗震性。2）如圖13所示，當(dāng)零件過(guò)于細(xì)長(zhǎng)而剛性不足時(shí)，可適當(dāng)增加連接處數(shù)量，提高剛度和抗震性。

2.3 工藝臺(tái)的形狀要易于加工

工藝臺(tái)內(nèi)輪廓與零件外輪廓的距離大小要選擇適當(dāng)。輪廓的距離選太小，則限制了加工時(shí)選擇加工刀具的直徑。刀具太小則降低了加工的效率，提高了加工過(guò)程的難度系數(shù)。輪廓的距離選太大，則增加了切削總量，降低了工藝臺(tái)與零件的連接強(qiáng)度，另外刀具越大切削時(shí)作用于零件的力越大，工藝臺(tái)連接的零件裝夾剛度較直接裝夾零件的低，易出現(xiàn)質(zhì)量與安全事故。

輪廓的距離選擇步驟是：根據(jù)零件的大小，選擇合理的加工刀具，輪廓的距離比最大加工刀具直徑寬1~2 mm。這樣刀具能夠順利完成加工不干涉，且加工切削量不會(huì)太大。

工藝臺(tái)的內(nèi)輪廓應(yīng)圓滑平直，避免出現(xiàn)小平面和小型腔。如圖14所示，工藝臺(tái)出現(xiàn)小平面，加工過(guò)程中，刀具加工到小平面處時(shí)會(huì)出現(xiàn)機(jī)床突然多次反向，產(chǎn)生沖擊載荷，影響機(jī)床加工精度和機(jī)床幾何精度。刀具也要承受不規(guī)則交變作用力，影響刀具壽命，甚至出現(xiàn)刀具蹦刃折斷。

如圖15所示，工藝臺(tái)在小平面處以圓弧過(guò)渡。加工過(guò)程中，有了圓弧的過(guò)渡，有效能降低換向沖擊強(qiáng)度，提高刀具壽命，保護(hù)機(jī)床幾何精度持久。

圖12

圖13

圖14

圖15

圖16

3 工藝臺(tái)的基準(zhǔn)選擇

3.1 選擇加工的基準(zhǔn)應(yīng)有足夠的精度

如圖16所示，一般毛坯的精度不高，可在外形上加工一面為基準(zhǔn)邊（如A面），加工一孔或一面來(lái)裝夾定位（如B孔和C面）。在選擇基準(zhǔn)加工方案時(shí)應(yīng)選有足夠的精度和基準(zhǔn)的加工要方便快捷。

3.2 加工的基準(zhǔn)盡量統(tǒng)一

在加工過(guò)程允許的情況下，加工過(guò)程中所有的工序都應(yīng)選擇同一基準(zhǔn)[9]。這樣能盡量減少誤差的累積，提高零件加工的精度。還能預(yù)防不同工序基準(zhǔn)混淆，加工時(shí)基準(zhǔn)混淆，會(huì)使機(jī)床基準(zhǔn)點(diǎn)和程序基準(zhǔn)點(diǎn)不同，出現(xiàn)撞機(jī)等嚴(yán)重事故。

4 工藝臺(tái)的去除工藝

1）工藝臺(tái)去除工作時(shí)要檢查是否有漏加工的工序，工藝臺(tái)一旦去除，零件的原基準(zhǔn)將無(wú)法找到，零件也不容易裝夾加工，漏加工的工序?qū)⒑茈y繼續(xù)加工完成。2）工藝臺(tái)的去除工作要盡量從簡(jiǎn)，工藝臺(tái)的去除方法有很多，如線切割、鉗工、切削加工去除等，可根據(jù)零件形狀選擇合適的去除方法。3）工藝臺(tái)去除工作要注意保護(hù)零件尺寸及外形表面。

工藝臺(tái)在去除過(guò)程中要注意保護(hù)零件形狀外表，防止表面劃傷、碰傷等，在去除過(guò)程注意不要把零件材料部分去除了。

殊途同歸，解決問(wèn)題的方法多種多樣，根據(jù)現(xiàn)有的資源，在保證質(zhì)量的前提下，運(yùn)用合理的方法，以最少的成本，盡可能地高效率完成工作任務(wù)，體現(xiàn)數(shù)控加工的經(jīng)濟(jì)意義。

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