自制氣動(dòng)分度盤(pán)在框架類(lèi)零件加工中的應用

文/貴州航天南?？萍加邢挢熑喂?/span> 袁宏偉

【內容摘要】：通過(guò)對該產(chǎn)品的研究和試制，利用自制的氣動(dòng)分度盤(pán)和防振裝置在某型號產(chǎn)品本體加工中的應用，其技術(shù)難度得到有效解決，加工質(zhì)量完全滿(mǎn)足圖樣要求，合格率達到99%以上。

某型號產(chǎn)品本體屬于典型的框架類(lèi)零件，用這個(gè)產(chǎn)品作為氣動(dòng)分度盤(pán)在框架類(lèi)零件加工中的試驗案例。該產(chǎn)品采用的毛坯材料為鋁合金整料，原試制數控加工工藝根據工序集中原則，采用精密三軸加工中心多次裝夾完成大量的工作內容，加工成本高，零件變形嚴重，尺寸精度不易保證，合格率不高。經(jīng)工藝改進(jìn)后，采用重新設計的氣動(dòng)分度盤(pán)工裝即可完成零件的精加工。

氣動(dòng)分度盤(pán)是利用氣缸將壓縮空氣轉換成動(dòng)力來(lái)鎖緊產(chǎn)品的一種氣動(dòng)夾具，然后在其基礎上加裝防振工裝，減少產(chǎn)品在加工過(guò)程中的振動(dòng)，可以實(shí)現一次裝夾，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(guò)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(guò)機械加工成型，且零件型腔內無(wú)任何加強筋和支撐，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，內孔公差為0.03mm。

2. 零件加工存在的主要問(wèn)題

原加工工藝為粗加工→熱處理（高低溫去應力處理）→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)品內部沒(méi)有支撐，加工質(zhì)量不穩定，導致零件線(xiàn)性尺寸超差。

在加工過(guò)程中極易產(chǎn)生變形和振刀的現象，從而影響加工精度，導致幾何公差超差而造成產(chǎn)品不合格。傳統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)品內腔沒(méi)有任何支撐，在加工的過(guò)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)行去應力熱處理。精加工工序:①加工基準面。②自制氣動(dòng)分度盤(pán)（見(jiàn)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孔的內容，以保證其幾何公差。

圖2 自制氣動(dòng)分度盤(pán)

4. 確定數控加工內容

數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改進(jìn)而來(lái)的，是對原工藝精銑加工工序內容的加工方法和加工順序進(jìn)行改進(jìn)，將其確定為數控銑削加工工序?；诖?，設計了該工裝夾具。

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備上加工完成。該零件加工內容只有半精銑、精銑及鉆等工步，所需刀具不超過(guò)20把，故采用現有設備V20i立式加工中心即可滿(mǎn)足上述要求，工件裝夾后可自動(dòng)完成零件加工。

V20i立式加工中心各項參數: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，定位精度和重復定位精度分別為0.005mm和0.010mm，刀庫容量為20把，采用機械手換刀。

5. 氣動(dòng)分度盤(pán)的設計與制造

為降低生產(chǎn)成本，充分合理利用設備資源，使用自制氣動(dòng)分度盤(pán)，通過(guò)氣缸來(lái)鎖緊工裝，一次裝夾（通過(guò)轉位分度）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或者力度控制不好而造成的零件尺寸超差。

工裝設計要求定位精度和分度盤(pán)回轉精度控制在0.02mm以?xún)?，結構尺寸合理，同時(shí)為了防止產(chǎn)品在加工過(guò)程中變形和振動(dòng)，還加裝了防振裝置。加工與機床無(wú)干涉，裝夾方便可靠，滿(mǎn)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?xún)?，工裝回轉中心軸與固定座的底面垂直度控制在0.02mm以?xún)?。定位銷(xiāo)與活動(dòng)轉軸的定位孔的配合采用φ8H6/h5（滑合），固定底座回轉中心孔與活動(dòng)轉軸的配合采用φ63H8/h6（滑合）。

工裝的主體采用模具鋼，定位銷(xiāo)采用優(yōu)質(zhì)合金鋼（40Cr）經(jīng)調質(zhì)處理具有綜合力學(xué)性能。在定位銷(xiāo)上安裝一根彈簧，以實(shí)現其自動(dòng)定位的作用?；顒?dòng)轉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(lái)保證其孔的精度，定位銷(xiāo)釘先用數控車(chē)床進(jìn)行加工，然后采用磨削和調質(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(pán)工裝的組成部分如圖2所示，先加工產(chǎn)品基準面，把產(chǎn)品固定到工裝上，打開(kāi)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(kāi)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。

6. 氣動(dòng)分度盤(pán)在產(chǎn)品加工中的驗證

工裝設計是否合格要用科學(xué)的檢測方式，通過(guò)對工裝用千分表對其垂直度和回轉精度進(jìn)行檢測，均在0.02mm以?xún)?通過(guò)高精度三坐標檢測機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，批產(chǎn)品檢驗合格率達99%以上，證明工藝改進(jìn)和工裝設計可行可靠。工裝效果如圖3所示。

圖3 工裝與機床連接示意

7. 結語(yǔ)

通過(guò)對該產(chǎn)品的研究和試制，利用自制的氣動(dòng)分度盤(pán)和防振裝置在某型號產(chǎn)品本體加工中的應用，其技術(shù)難度得到有效解決，加工質(zhì)量完全滿(mǎn)足圖樣要求，合格率達到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(guò)程中對零件造成的變形現象，減少了因多次重復定位而造成的裝夾誤差，使裝夾操作更加方便、準確和便捷。