自制氣動(dòng)分度盤在框架類零件加工中的應(yīng)用
2022-6-30 來源：貴州航天南海科技有限責(zé)任公司 作者： 陳天進(jìn)
某型號產(chǎn)品本體屬于典型的框架類零件，用這個(gè)產(chǎn)品作為氣動(dòng)分度盤在框架類零件加工中的試驗(yàn)案例。該產(chǎn)品采用的毛坯材料為鋁合金整料，原試制數(shù)控加工工藝根據(jù)工序集中原則，采用精密三軸加工中心多次裝夾完成大量的工作內(nèi)容，加工成本高，零件變形嚴(yán)重，尺寸精度不易保證，合格率不高。經(jīng)工藝改進(jìn)后，采用重新設(shè)計(jì)的氣動(dòng)分度盤工裝即可完成零件的精加工。
氣動(dòng)分度盤是利用氣缸將壓縮空氣轉(zhuǎn)換成動(dòng)力來鎖緊產(chǎn)品的一種氣動(dòng)夾具，然后在其基礎(chǔ)上加裝防振工裝，減少產(chǎn)品在加工過程中的振動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾，多面加工。
1. 零件的總體分析
零件本體的材料為鎂硅鋁合金，屬于鋁合金的一種，其硬度較小、韌性較好，在加工過程中容易產(chǎn)生熱變形。
圖 1 某型號產(chǎn)品本體
如圖 1 所示，產(chǎn)品是將一整塊鋁原料，經(jīng)過機(jī)械加工成型，且零件型腔內(nèi)無任何加強(qiáng)筋和支撐，僅靠 4 根支柱支撐，剛性差， 且圓形凸臺上表面平面度要求為 0.005mm，內(nèi)孔公差為0.03mm。
2. 零件加工存在的主要問題
原加工工藝為粗加工→熱處理（高低溫去應(yīng)力處理）→依次精加工 6 個(gè)面，受鋁合金原材料易變形特性所限，尤其在加工最后面的時(shí)候，產(chǎn)品內(nèi)部沒有支撐，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致零件線性尺寸超差。
在加工過程中極易產(chǎn)生變形和振刀的現(xiàn)象，從而影響加工精度，導(dǎo)致幾何公差超差而造成產(chǎn)品不合格。傳統(tǒng)的加工工藝方法為先對毛坯材料進(jìn)行粗加工，單邊留 2mm 的精加工余量，然后進(jìn)行去應(yīng)力熱處理，最后在三軸立式加工中心上進(jìn)行精加工，即用虎鉗夾持多次翻面進(jìn)行加工。
由于產(chǎn)品內(nèi)腔沒有任何支撐，在加工的過程中很容易造成產(chǎn)品變形，致使產(chǎn)品圓形凸臺上表面的平面度公差超差，零件接刀痕較嚴(yán)重和尺寸超差，對操作人員的裝夾要求很高，每次裝夾必須要控制好夾緊力。加工效率很低，產(chǎn)品加工質(zhì)量不易保證。
3. 解決方法和途徑
針對產(chǎn)品易變形的特性，按照先粗后精，基準(zhǔn)先行的加工原則，先對產(chǎn)品進(jìn)行粗加工，然后進(jìn)行去應(yīng)力熱處理。精加工工序 : ①加工基準(zhǔn)面。②自制氣動(dòng)分度盤（見圖 2）和增加防振工裝進(jìn)行加工后面的面。③半精加工圓形凸臺上表面留0.3mm 的精加工余量。④待所有面加工完以后，用精鏜刀精加工圓形凸臺上表面和內(nèi)孔的內(nèi)容，以保證其幾何公差。
4. 確定數(shù)控加工內(nèi)容
數(shù)控加工一般采用工序集中原則，新加工工藝是以原工藝為基礎(chǔ)改進(jìn)而來的，是對原工藝精銑加工工序內(nèi)容的加工方法和加工順序進(jìn)行改進(jìn)，將其確定為數(shù)控銑削加工工序。基于此，設(shè)計(jì)了該工裝夾具。
由于改進(jìn)后的工藝采用自制工裝加工該框體上的全部型腔、孔，適合放在加工中心設(shè)備上加工完成。該零件加工內(nèi)容只有半精銑、精銑及鉆等工步，所需刀具不超過 20 把，故采用現(xiàn)有設(shè)備 V20i 立式加工中心即可滿足上述要求，工件裝夾后可自動(dòng)完成零件加工。
V20i 立式加工中心各項(xiàng)參數(shù) :X 軸行程為 500mm，Y 軸行程為 450mm，Z 軸行程為500mm，工作臺尺寸為 600mm×500mm，定位精度和重復(fù)定位精度分別為0.005mm和0.010mm，刀庫容量為 20 把，采用機(jī)械手換刀。
5. 氣動(dòng)分度盤的設(shè)計(jì)與制造
為降低生產(chǎn)成本，充分合理利用設(shè)備資源，使用自制氣動(dòng)分度盤，通過氣缸來鎖緊工裝，一次裝夾（通過轉(zhuǎn)位分度）完成對零件 4 個(gè)面的精加工，從而減少了因人為裝夾不當(dāng)或者力度控制不好而造成的零件尺寸超差。
工裝設(shè)計(jì)要求定位精度和分度盤回轉(zhuǎn)精度控制在 0.02mm 以內(nèi)，結(jié)構(gòu)尺寸合理，同時(shí)為了防止產(chǎn)品在加工過程中變形和振動(dòng)，還加裝了防振裝置。加工與機(jī)床無干涉，裝夾方便可靠，滿足了加工需要。
工裝固定座底面與零件定位面的垂直度控制在 0.02mm 以內(nèi)，工裝回轉(zhuǎn)中心軸與固定座的底面垂直度控制在 0.02mm 以內(nèi)。定位銷與活動(dòng)轉(zhuǎn)軸的定位孔的配合采用 φ8H6/h5（滑合），固定底座回轉(zhuǎn)中心孔與活動(dòng)轉(zhuǎn)軸的配合采用 φ63H8/h6（滑合）。
工裝的主體采用模具鋼，定位銷采用優(yōu)質(zhì)合金鋼（40Cr）經(jīng)調(diào)質(zhì)處理具有綜合力學(xué)性能。在定位銷上安裝一根彈簧，以實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)定位的作用。活動(dòng)轉(zhuǎn)軸的中心孔和定位孔采用鏜削和鉸削，然后再進(jìn)行研磨來保證其孔的精度，定位銷釘先用數(shù)控車床進(jìn)行加工，然后采用磨削和調(diào)質(zhì)處理，以保證各定位孔和軸的幾何公差控制在 0.02mm。自制氣動(dòng)分度盤工裝的組成部分如圖2所示，先加工產(chǎn)品基準(zhǔn)面，把產(chǎn)品固定到工裝上，打開氣缸，用尾座頂住產(chǎn)品右邊的面，加工前后框架面 ; 然后關(guān)閉氣缸，用防振裝置把已加工面支撐好，防止產(chǎn)品加工時(shí)變形和振刀，打開氣缸，加工上、下兩個(gè)框架面 ; 最后再關(guān)閉氣缸，取下產(chǎn)品進(jìn)行測量，檢測合格后進(jìn)行下一工步的加工。
1- 彈性定位銷釘 2- 氣缸 3-工裝固定座 4- 產(chǎn)品 5- 防振裝置
圖 2 自制氣動(dòng)分度盤
6. 氣動(dòng)分度盤在產(chǎn)品加工中的驗(yàn)證
工裝設(shè)計(jì)是否合格要用科學(xué)的檢測方式，通過對工裝用千分表對其垂直度和回轉(zhuǎn)精度進(jìn)行檢測，均在0.02mm以內(nèi);通過高精度三坐標(biāo)檢測機(jī)對利用工裝加工的首件零件進(jìn)行檢測，尺寸全部合格。經(jīng)對工裝加工的批量產(chǎn)品進(jìn)行抽檢，零件變形量在圖樣要求公差范圍內(nèi)，批產(chǎn)品檢驗(yàn)合格率達(dá) 99% 以上，證明工藝改進(jìn)和工裝設(shè)計(jì)可行可靠。工裝效果如圖 3 所示。
圖 3 工裝與機(jī)床連接示意
7. 結(jié)語
通過對該產(chǎn)品的研究和試制，利用自制的氣動(dòng)分度盤和防振裝置在某型號產(chǎn)品本體加工中的應(yīng)用，其技術(shù)難度得到有效解決，加工質(zhì)量完全滿足圖樣要求，合格率達(dá)到 99% 以上。實(shí)踐證明，在加工中心上加工該產(chǎn)品時(shí)采用合理的工裝裝夾方式，可以避免多次裝夾過程中對零件造成的變形現(xiàn)象，減少了因多次重復(fù)定位而造成的裝夾誤差，使裝夾操作更加方便、準(zhǔn)確和便捷。
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