新工法在機械加工中的應用

趙振華

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

0 引言

通常零件在進入機械加工前，首先要完成零件圖紙的繪制和加工工藝及流程的編制。在制定零件的加工工藝時，必須考慮零件的加工精度和表面粗糙度的要求，同時還應考慮生產效率和經濟效益。由于獲得同一種精度等級和表面粗糙度的加工方法有若干種，實際選擇時要根據零件的形狀結構、尺寸大小、精度等級的要求全面考慮。任何一種加工方法可以獲得的加工精度和表面質量均有一個相當大的范圍，但只有在規定范圍內的加工才是最經濟的，這種一定范圍內的加工精度就是該種加工方法的經濟精度。選擇加工方法時應根據具體要求選擇與經濟精度相適應的加工方法，在經濟精度范圍內加工的零件是最經濟的。采用新工法，不僅可以擴大機床的加工范圍，而且可以提高零件的加工質量。本文結合生產實際對用磨具替代磨床、用多件加工取代單件加工兩種新工法的研究和應用進行闡述。

1 磨具替代磨床

1.1 加工質量概況及問題的提出

不同的金屬切削設備其加工的經濟精度各不相同。表1、表2列出了常見外圓、內孔加工的經濟精度，為零件加工方法的選擇提供參考。

普通車床的經濟精度通常為IT 14～IT 8,表面粗糙度一般在 1.6 μm以下，若零件的加工精度要求更高,必須花費很長的時間和很大的精力,尤其對那些20世紀70年代制造、自身精度已經下降的機床來說，如不采取一定的措施，很難滿足加工精度。圖1所示的螺旋槳軸不僅外形尺寸大,而且加工要求相當高,關鍵部位的加工精度為IT 7以上,表面粗糙度要求達到0.8 μm。加工螺旋槳軸時通常采用先車加工后留有余量,再由磨床來完成最終加工的加工工藝。因為磨床的經濟精度為IT 8～IT 6，表面粗糙度0.8 μm以上，能夠滿足螺旋槳軸的加工精度。在沒有合適的磨床情況下，若使用現有的普通車床C61160這樣的老舊設備來完成所有的加工，難度很大。考慮到工件的加工難度和設備因素，在加工過程中安排經驗豐富的師傅操作，采用嚴格的加工工藝，經過粗車、時效、半精車、再時效、第二次半精車、精車、砂帶磨削，道道工序嚴格把關，用科學的操作和合理的裝夾、校調、檢測等保障措施來嚴格控制尺寸精度，用精車后砂帶磨反復磨削的方法來提高表面質量，最后在交驗過程中也只能勉強通過。但如果嚴格按圖紙要求檢驗的話，加工的產品在某些技術指標上還有欠缺。如表面粗糙度這一指標就很難達標，因為用砂帶磨磨削的表面粗糙度為1.6 μm，很難達到0.8 μm。原因在于砂帶磨在磨削過程中磨料易脫落、砂帶易磨損,導致磨削效果變差。頻繁更換砂帶會造成生產效率降低和材料損耗增加，同時在磨削過程中金屬粉末還容易嵌入砂帶劃傷工件,因而造成表面質量下降。

1.2 提高表面質量的措施

要提高工件表面加工質量就必須解決上述問題，為此，研究制作了千葉輪磨具和海綿砂輪拋光機，并且使用了海綿砂輪新材料，用磨具替代磨床，解決了上述加工過程中的質量問題，使工件的表面粗糙度由原來的Ra 1.6 μm左右提高到Ra 0.8～Ra 0.4 μm，提高了2個精度等級。

表1 外圓加工經濟精度

表2 孔加工經濟精度

圖1 螺旋槳軸圖(單位：mm)

1.2.1千葉輪磨具

千葉輪磨具的結構非常簡單，它主要由1只功率為0.75 kW、轉速為2 830 r/min的電機，1只直徑為250 mm、粒度為220目的千葉輪和1個便于車床裝夾的電機底座經簡單組裝而成,其組裝圖如圖2所示。使用時只要在工件精車結束尚留 0.15 mm左右的加工余量時拆去車刀換上千葉輪磨具，再以15 r/min的工件轉速、每轉1～2 mm 左右的走刀量進行磨削，進給量以看見少量火花為佳。它的主要特點是磨削力大、效率高,對所需磨削的加工表面一般只要兩個來回便可磨去大量余量，表面粗糙度達到Ra 1.6 μm，為拋光做好前期準備。

圖2 千葉輪磨具圖

1.2.2海綿砂輪拋光機

海綿砂輪拋光機的結構與千葉輪磨具相似,區別在于它們使用的砂輪不同。該拋光機使用的是海綿砂輪,其特點為：材質較軟;磨削時振動少；不發熱；無火花；無燒傷；適合干磨；嵌藏性好。使用時，只要在粗磨結束尚留0.02 mm左右拋光余量時,換上海綿砂輪,以相同的轉速和走刀速度進行拋光。一般也只要一兩個來回便可滿足表面粗糙度0.8～0.4 μm加工要求。

這種加工方法不僅適用于造船生產中大型軸類零部件的加工,而且在修船生產中也得到了廣泛的推廣和應用。

2 多件加工取代單件加工

2.1 提高生產效率的措施

新工法的應用有利于提高產品質量和勞動生產率。生產效率是指單位勞動時間內生產合格產品的數量。提高勞動生產率的途徑體現在兩方面：一是縮減基本時間，二是縮減輔助時間。縮減基本時間可通過采用高生產率的機床和工藝裝備、提高切削用量、減小切削行程長度、合并工藝、多件加工等方法來實現。縮減輔助時間可通過采用直接縮短輔助時間、間接縮短輔助時間、縮減工作地服務時間、縮減準備終結時間等方法來實現。控制產品質量和生產用時是提高生產效率的有效途徑，而使用新工藝、新工法是實現這一目標最直接的措施。

在建船舶中，每艘船上都有200多只欄桿連接件需要加工，其外形尺寸為Φ20 mm×110 mm，其外形圖如圖3 所示。該零件的主要加工內容是：加工外圓和長度，再在任意一端加工出一長30 mm、深10 mm的臺階平面，最后在臺階平面的中央加工出一個Φ20 mm的通孔，此工件的關鍵工序是臺階平面的加工。按傳統的加工方法通常選用X62W銑床，采用臺虎鉗單個裝夾定位，調整好銑刀位置，選擇合適的切削用量和切削速度一個一個進行單件銑削。這種加工方法在零件批量大和加工周期短的情況下，尤顯其效率的低劣。因為頻繁更換工件時的重復定位、裝夾，調整要耗費掉大量的輔助時間，而且因頻繁裝夾而付出的勞動強度也相對較大。針對這方面的問題，進行了新工法的研究。根據零件的結構和機床的特點，設計制作了銑床專用工裝，實現了從單件加工到多件加工的跨越，不僅大大提高了生產效率，而且還減輕了操作者的勞動強度。

圖3 欄桿鏈接件圖

2.2 多件加工工裝

圖4為研制的多件加工工裝，其結構與特點是：工裝由夾具體和夾緊塊兩部分組成。為了裝夾方便，夾具體設計成箱式結構，其內腔根據銑床工作臺橫向行程和臺虎鉗的最大開口設計成能安裝5只工件的空間(如果機床行程允許,虎鉗開口夠大，可設計得更大些，效率會更高)，配合間隙為0.1～0.12 mm。多件工裝一端開口用于安裝工件，另一端半封閉便于工件定位和排屑，側面開有鎖緊孔，用于安裝夾緊塊夾緊工件。如果零件尺寸縮小則可以通過添加調整墊片來改變型腔大小，可以達到同樣的效果。本工裝最大特點是：結構簡單、裝夾快捷、牢固、省力，且制作方便，成本低廉，既經濟又實用。使用時先將裝好夾緊塊的夾具體置于銑床工作臺的鉗口上，并進行初步定位，再將5只已加工好外圓和長度的工件裝于夾具體內，夾緊虎鉗，工件則通過相互擠壓而牢固定位在夾具體內(符合六點定位原則，而且定位誤差符合工件的加工精度)，以工件外形對刀，吃深10 mm便可進行正常的銑削加工，一次成形5只零件。一組加工結束后松開虎鉗無需取下夾具，直接更換工件便可重復上述加工過程。

圖4 多件加工工裝圖

3 結語

產品質量和生產效率是企業的命脈，掌握和控制好這兩個要素對企業的發展至關重要。善于開發和應用新工藝新工法是企業的制勝法寶，它不僅可以提高產品的加工質量,而且還可以擴大機床的加工范圍,縮短生產周期，大大提高生產效率，直接或間接地提高經濟效益，更重要的是能解決生產中實際問題，使產品更具市場競爭力。