技術(shù)

 隨著數(shù)控加工技術(shù)的普及，產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，盤類零件已大量采用數(shù)控車床進(jìn)行加工。正確的工藝、工裝設(shè)計(jì)使數(shù)控車床呈現(xiàn)出加工精度高、加工靈活等眾多特點(diǎn)。

發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、剎車盤等是典型的汽車盤類零件。本文將通過(guò)加工實(shí)例來(lái)分析、闡述此類零件在工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)上的一些關(guān)鍵點(diǎn)及常用設(shè)備的選擇意見(jiàn)。

工藝設(shè)計(jì)

盤類零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)，最重要的是將有相互行位公差要求的加工面安排在一道工序內(nèi)，在一次裝夾下完成加工，消除二次裝夾誤差。

1、精加工某發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪（圖1）

若用圖2所示的立式多刀自動(dòng)車床加工，加工工藝為：

（1） 精車大平面。安排左、右其中一個(gè)刀架車平面，另一個(gè)刀架車內(nèi)孔（φ438mm、φ50mm）。

（2）再精車基準(zhǔn)A面。安排左、右其中一個(gè)刀架車平面，另一個(gè)刀架車內(nèi)孔（φ128mm）和外圓（φ412mm）。

 

圖2 立式多刀自動(dòng)車床

該工藝受機(jī)床動(dòng)作功能限制φ128mm孔與φ50mm孔不能在同一工序內(nèi)完成，需正反兩次裝夾加工，由于重復(fù)定位誤差及夾具制造誤差的存在，很難穩(wěn)定滿足產(chǎn)品兩孔的同軸度要求。

為滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，穩(wěn)定控制產(chǎn)品質(zhì)量，可采用如圖3的數(shù)控車床加工，工藝設(shè)計(jì)上利用數(shù)控車床的自動(dòng)換刀功能采用內(nèi)孔背鏜刀用程序控制從A面加工φ50mm內(nèi)孔，將φ128mm、φ50mm安排在同一道工序內(nèi)加工完成。避免重復(fù)定位誤差及夾具制造誤差對(duì)加工精度的影響，保證產(chǎn)品φ0.03mm的同軸度要求。

 圖3 立式數(shù)控車床

2、精加工某發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪正反兩個(gè)平面（圖4）

一般傳統(tǒng)工藝是先精車一面，然后下道工序再精車另一面。第二序工件再次裝夾的質(zhì)量對(duì)加工精度（平行度）的影響非常大（用一般三爪卡盤夾緊，工件易產(chǎn)生夾緊抬起）。若采用數(shù)控車床，工藝設(shè)計(jì)上可根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)專用刀具（如圖5）在一道工序上完成兩面的精加工：大平面朝上，程序控制專用刀具背鏜F面。因?yàn)閮?nèi)孔直徑為φ48mm，F(xiàn)面最大加工直徑φ100mm，切削寬度26mm，圖示專用刀桿的強(qiáng)度最弱處尺寸為20mm，用于精加工強(qiáng)度足夠。該工藝方案充分利用了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)控設(shè)備動(dòng)作控制靈活的特點(diǎn)，不但可減少一道加工工序，節(jié)約設(shè)備和加工成本，而且可穩(wěn)定保證加工質(zhì)量。

3、 精加工某制動(dòng)盤

精加工圖6所示基準(zhǔn)A面及上下制動(dòng)面，要滿足產(chǎn)品要求三個(gè)平面必須一次裝夾在同一工序內(nèi)完成加工，并且要采用圖7所示專用刀夾和卡爪，同時(shí)精車上下制動(dòng)面。這樣加工并不完全是提高加工效率，更主要的是為了滿足產(chǎn)品“兩制動(dòng)面一周厚度變化不大于0.01mm”的質(zhì)量要求。雖然數(shù)控車可以采用兩把刀具通過(guò)程序控制分別加工。

上下制動(dòng)面受主軸的擺差、加工變形等因素的影響，很難滿足上述要求，只能采用“同時(shí)”加工，將系統(tǒng)的誤差“同時(shí)”反映在上下制動(dòng)面上才能滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。兩把刀加工完畢后不能直接退刀，否則，將在制動(dòng)面上留下退刀痕跡。因此，下面一把刀必須具備向下“讓刀”動(dòng)作，然后機(jī)床程序控制刀塔上移，使上面的刀具“讓刀”后兩把刀一起快退，最后，下面一把刀必須向上“復(fù)位”，以保證上下制動(dòng)面尺寸。這樣，數(shù)控車要配備專用“液壓雙面刀架”。

盡管數(shù)控車加工精度高、加工靈活，在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)仍要根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)仔細(xì)分析，沒(méi)有正確的工藝設(shè)計(jì)，再先進(jìn)的設(shè)備也發(fā)揮不了它的價(jià)值。

工裝設(shè)計(jì)

數(shù)控車床的主要裝夾工具是卡盤，設(shè)計(jì)使用時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮卡盤的定心精度，避免工件夾緊變形和抬起現(xiàn)象。

1、保證定心精度的方法

當(dāng)加工面與裝夾面有較高的同軸度要求時(shí)，卡盤的卡爪一般要在設(shè)備本身經(jīng)過(guò)“自車”來(lái)保證定位面與主軸軸線同心度。“自車”時(shí)應(yīng)盡量模擬在加工狀態(tài)下自車：例如“自車”正爪時(shí)，應(yīng)在卡爪行程的中間位置卡緊一個(gè)輔具（如圖8），并且“自車”時(shí)的油缸壓力應(yīng)與正常工作時(shí)壓力一致。

卡爪“自車”后的圓弧面直徑應(yīng)與工件的卡緊外圓直徑盡量一致。同樣，“自車”反爪時(shí)，最好漲緊一個(gè)輔具。

2、保證端面跳動(dòng)精度的方法

工件的軸向定位支撐可以通過(guò)調(diào)整或“自車”來(lái)保證定位點(diǎn)“共面”。但是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤，卡爪要在卡爪座內(nèi)移動(dòng)，必然要存在一定的滑動(dòng)間隙。在夾緊過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生 。

工件“抬起”現(xiàn)象。當(dāng)工件要求加工面與定位面之間有較嚴(yán)的跳動(dòng)要求時(shí)，統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪卡盤是很難保證裝夾精度的。圖9是某發(fā)動(dòng)機(jī)用飛輪，為保證內(nèi)孔、外圓的同軸度要求必須將它們安排在同一道工序內(nèi)完成（大平面向上裝夾）。可是工件翻面加工A面時(shí)，要保證圖示跳動(dòng)要求，加工時(shí)必須保證工件的定位面緊貼卡盤的軸向定位面。若采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三爪盤裝夾很難滿足加工要求。因此，應(yīng)采用帶有“向下拉力”的卡盤，工件夾緊時(shí)，有一個(gè)向下的分力將工件緊貼定位面。另外，卡盤作為數(shù)控車床的關(guān)鍵部件，要按說(shuō)明書(shū)指定的方法，按時(shí)潤(rùn)滑及拆解清洗，防止鉄屑加劇滑動(dòng)面的磨損。

設(shè)備選擇意見(jiàn)

1、機(jī)床結(jié)構(gòu)的選擇

(1) 臥式“簡(jiǎn)易數(shù)控車床”（如圖10）。這種機(jī)床采用平床身的布局，機(jī)床的制造工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架，可提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看，刀架水平放置使滑板橫向尺寸較長(zhǎng)，從而加大了機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。該設(shè)備的主要特點(diǎn)是具備兩軸聯(lián)動(dòng)功能并且設(shè)備價(jià)格便宜。但是之所以稱其為“簡(jiǎn)易數(shù)控車床”是因?yàn)樗闹鬏S不能無(wú)級(jí)調(diào)速、刀架裝刀數(shù)量較少、快移速度慢、無(wú)自動(dòng)排屑機(jī)構(gòu)，床身整體結(jié)構(gòu)比數(shù)控臥式車床的剛性差、加工精度低。但是該設(shè)備經(jīng)過(guò)多年改進(jìn)，技術(shù)成熟、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，加工精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T8，可用于零件的粗加工、半精加工和簡(jiǎn)單的型面加工。

 

圖10 臥式簡(jiǎn)易數(shù)控車床

(2) 臥式數(shù)控車床（如圖11）。這類機(jī)床結(jié)構(gòu)一般有斜床身結(jié)構(gòu)和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)兩種布局。導(dǎo)軌傾斜的角度小，排屑不便；傾斜角度大，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性及受力情況差。其傾斜角度的大小還直接影響機(jī)床外形尺寸高度與寬度的比例。綜合考慮以上因素，中小規(guī)格的數(shù)控車床，其床身的傾斜度以60°為宜。其中平床身斜滑板結(jié)構(gòu)。

 

圖11 臥式數(shù)控車床

一方面具有水平床身工藝性好的特點(diǎn)，另一方面機(jī)床又具有斜床身結(jié)構(gòu)寬度方向的尺寸小、排屑方便、機(jī)床占地面積小，外形美觀，容易實(shí)現(xiàn)封閉式保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。這兩種布局形式被中、小型數(shù)控車床所普遍采用。在選擇時(shí)，整體斜床身結(jié)構(gòu)的剛性略高于平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，設(shè)備價(jià)格也略高一些。當(dāng)存在重切削加工內(nèi)容時(shí)最好選用整體斜床身結(jié)構(gòu)。臥式數(shù)控車床比較適宜軸類零件及直徑較小（<φ300mm）重量較輕（<10kg）的盤類零件的加工。

(3) 立式數(shù)控車床。與臥式數(shù)控車床最大的區(qū)別是主軸與水平方向垂直，適宜直徑較大、較重的盤類、輪轂類工件，工件裝卸方便、定位可靠，便于組成加工自動(dòng)線。另外德國(guó)埃馬克公司研制的倒置式數(shù)控車，是對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一種革新，它更有利于組成自動(dòng)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料。但是此類設(shè)備價(jià)格較高，一般轎車用的盤類零件由于批量大、直徑小比較適宜選用。

2、刀塔結(jié)構(gòu)的選擇

圖12為立式刀塔，該結(jié)構(gòu)刀具的安裝數(shù)量較多，適宜加工工件高度不高盤類零件。若加工類似輪轂這樣需要鏜深孔的工件，則適宜選擇圖13所示的臥式刀塔，因?yàn)榈毒邞疑钶^長(zhǎng)，選擇立式刀塔，刀具的干涉半徑較小，裝刀的數(shù)量將受到限制。為避免干涉，實(shí)際裝刀數(shù)量將減少。

圖12 立式刀塔

圖13 臥式刀塔

另外在轉(zhuǎn)位方式上有電動(dòng)和液壓兩種方式。電動(dòng)刀塔換刀快捷并且故障低、維修方便，但價(jià)格略高。

由于數(shù)控立車的投資比較大，在選擇時(shí)，要廣泛調(diào)研，結(jié)合加工工件特點(diǎn)及成本投入綜合考慮。在選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工工件的復(fù)雜程度、工廠的應(yīng)用習(xí)慣綜合進(jìn)行考慮。目前國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)在一般加工應(yīng)用中也很成熟和穩(wěn)定。