玉米稈脫葉機的脫葉輪鑄件加工工藝設計與仿真

王 鈞，李 瑋，劉 斌，王周梅，郭志偉，王泰恒，魏新宇，汪 穎

（西南林業大學機械與交通學院，云南 昆明 650224）

我國的玉米秸稈利用率較低，收獲后秸稈大多留在田間。利用脫葉機進行脫葉是目前再加工的首選機械，脫葉輪零件是玉米脫葉機中的重要組成部分，其加工的精度和布置間距決定了脫葉的效果和對莖稈的破壞程度。目前脫葉輪加工中往往采用焊接的方式，先打孔，后加工，再裝配。在工藝上焊接帶來的變形、裝配只能憑借手動補償，不能實現標準化加工，嚴重影響使用效果。如果使用鑄件在數控機床上進行加工就可以保證其布置的形狀位置公差，使脫葉輪上的脫葉片很好地脫葉且不破壞莖稈。為了達到該零件的加工精度，將對脫葉輪設計一款專用夾具，使其能夠實現批量化、穩定、可靠的高精度自動化生產,對提高勞動生產率，降低勞動強度具有重要意義[1]。

1 零件工藝分析

1.1 工藝分析

在機械加工工藝技術實施過程中，定位是指要工件固定在加工機床上，保證準確的定位，可以提高作業精準化程度，并保證較高的生產效率[2]。在定位基準選擇的合理與否將直接影響零件加工的質量。如圖1所示，通過脫葉輪的3D模型可以了解該脫葉輪的結構特點，在加工中保證固定塊在裝夾脫葉片的契合度，以及脫葉片的間距，還有M4.8的8組孔位的同軸度必須要在給定的范圍內，該零件的加工難點主要在于回轉體零件無法一次性加工，8組M4.5的孔分布在固定板上，加工時會出現振動，而且孔的位置很深，容易在加工過程中使鉆頭折斷，并且在側面有R10的一個凸臺會干涉到該零件的加工。所以，為了達到加工要求，先將有3個孔的底面銑平，銑平后再利用其底面的孔位制作夾具完成后續的孔位加工。

圖1 脫葉輪3D模型Fig.1 The 3D model of impeller

1.2 專用夾具設計

1.2.1 夾具自由度干涉計

該工件的特點為底端有接觸面和3個孔，根據特征結合其特點可以用其來定位。定位的設計要求在原理上來說是不過定位和不干涉，如果出現了過定位和干涉，則通過驗算把干涉的部分削去。脫葉輪定位夾具位置關系見圖2所示，左邊孔1中心O1和O1'是重合的，兩者存在一個最小的間隙為X1min；孔2中心的O2'與銷2的中心O2也是同樣的重合，其中的最小間隙為X2min=D2min-d2max。

圖2 脫葉輪定位夾具位置關系Fig.2 The position relationship of impeller positioning fixture

根據以上計算將該菱形銷應削去b值5 mm最為合適。

1.2.2 專用夾具設計

該零件的鉆孔大小要完全符合零件加工的標準和精度，以免出現孔洞無法滿足加工零件的加工需求，從而影響到加工零件的精度和質量。脫葉輪工裝夾具見圖3所示。實現定位首先要能控制自由度，既不過定位也不缺定位。其次，利用一個D4.5圓柱銷定位其中的小孔，圓柱銷內部需要有M3的內螺紋且材質為不銹鋼，有內螺紋是方便在偏過盈的過渡配合中使用沖擊錘可以很輕松將其取出，而不會被真空壓強吸附無法取出。一個D27的菱形銷來進行旋轉方向的自由度限制，最后使用壓板進行z軸方向的自由度限制使。

圖3 脫葉輪工裝夾具Fig.3 The impeller removal fixture

2 加工仿真

利用UG軟件加工仿真，是未來的重要發展趨勢[3]。本次仿真將使用UG進行虛擬仿真，進行驗證。

2.1 編撰NC程序

在工件中插入MCLL_MILL加工坐標系，并選擇工件為鑄件體，選擇毛坯體為部件偏置3，進入編程頁面，選擇命令為DRILLING，選擇需要加工的孔，設置轉速為S800，進給F70，Q的設置一般為鉆頭的1/2，即4.5的1/2取整數為2.3，即加工深度為2.3 mm，以后抬到安全平面排除碎屑。設置其他相關參數后生成NC代碼，設置其加工方法為啄鉆生成刀路。

2.2 仿真計算

進入機床仿真模塊，插入1臺3AIX-MILL-VERTICAL型機床，選擇使用Fanuc系統，行程1 200×800帶自動換刀，使用裝配命令中的“接觸對齊”使夾具底座和機床底座相連，位置居中，設置加工坐標MCS在裝夾板底面分中位置。并且完成對刀，分中等準備操作。完成后進行切削模擬，分析其加工情況及精度是否滿足。

2.3 數據分析

圖4 余量檢測云圖Fig.4 The cloud chart of allowance detection

圖5 孔壁20點余量波動圖Fig.5 The residual fluctuation diagram

3 結語

玉米深加工是變資源優勢為經濟優勢，提高玉米經濟效益的有效途徑。通過合理的對脫葉輪進行分析，找出其可以利用的特點再配合科學的計算，確定后續工序能否進行，避免浪費工時，減少費用。利用底面的特征正好能夠用于裝夾以便于對等距孔進行加工的特性，通過計算設計了該產品的專用夾具。完成以后為了驗證該產品的可行性利用UG軟件對其進行設計建模裝配并在加工環境中模擬仿真，編制了NC程序和機床仿真運行刀路宏程序。通過余量檢測云圖和測量作出其余量分布圖，找到了其余量的分布最大最小值區間，完整地驗證了該設計的可行性、正確性。為該產品批量化、精確化生產提供了可行方案。