哈爾濱中天數(shù)控工具有限責(zé)任公司
公司網(wǎng)站：www.m.hmniuwr.cn
服務(wù)熱線：0451-82340716
服務(wù)熱線：0451-82340716
摘 要：文章分析了偏心直角圓錐管車削夾具原來(lái)的裝夾加工方法，經(jīng)過(guò)分析后重新改進(jìn)夾具結(jié)構(gòu)，使這直角圓錐管加工的效率提高了2倍，降低了生產(chǎn)成本。該夾具結(jié)構(gòu)模式對(duì)該類零件的加工具有參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：直角圓錐；偏心管；薄壁工件
我單位是一所中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校。辦學(xué)三十年來(lái)，主要為社會(huì)培養(yǎng)工業(yè)與財(cái)務(wù)管理等各方面人才。辦學(xué)多年來(lái)，學(xué)校的規(guī)模日漸擴(kuò)大，各方面的設(shè)備已漸漸增多與完善，現(xiàn)已成為廣東省示范職業(yè)教學(xué)基地之一。為了更好提高教師水平，更好地陪養(yǎng)好學(xué)生，學(xué)校會(huì)利用假期時(shí)間和外面一些企業(yè)聯(lián)系，進(jìn)行一些有意義有加工工作。
2004年7月，學(xué)校車間受東洋不銹鋼公司委托，進(jìn)行一系列偏心直角圓錐管制品的加工（制品材料為0Cr18Ni9型號(hào)不銹鋼）。制品尺寸如圖1所示。
該類零件主要用于衛(wèi)生管道安裝中大管道與小管道在水平連接中，不允許有積液現(xiàn)象產(chǎn)生的高要求安裝場(chǎng)合下使用的一個(gè)關(guān)鍵連接件，應(yīng)用比較廣泛，需求量較大。
由于其偏心直角圓錐管已由廠家采用φ57×2mm管材做坯料，經(jīng)過(guò)擠壓工件由圓管成形為偏心直角圓錐管。成形后工件小端壁厚由原2mm變?yōu)?.3mm，大小端長(zhǎng)度加工余量較多（大小端各5mm）。為了使工件符合圖紙尺寸要對(duì)工件進(jìn)行切削加工，要進(jìn)行加工先分析其加工工藝，相對(duì)而言用車床加工較其它方法有效率較高和成本較低的特點(diǎn)。
但是由圖1可以看到工件為薄壁工件，而且是偏心工件，在車床加工有一定的難度。
難點(diǎn)1：零件經(jīng)擠壓成形后，形狀奇特，是一個(gè)偏心距為6.35mm的偏心圓錐薄壁管，大小端面不平整。
難點(diǎn)2：該工件為薄壁偏心圓錐工件，薄壁工件加工時(shí)在夾緊力作用下容易變形，車削加工時(shí)在切削力作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)和變形，影響工件的尺寸精度和形位精度。另外，偏心工件加工的統(tǒng)一性和偏心精度難以保證。
難點(diǎn)3：該工件的形位精度較高，側(cè)母線與兩端面的垂直度不超過(guò)0.2mm，兩端面的平行度不超過(guò)０.1mm，形位精度的保證相當(dāng)困難。
難點(diǎn)4：該工件為擠壓成形件，垂直于兩端面的側(cè)母線不明顯，難以確定；大小兩端和偏心圓錐的連接線較模糊，使工件大小端直身段長(zhǎng)度尺寸不易控制，同時(shí)小端收縮后，小端壁厚由原2mm變?yōu)?.3mm，比圖紙要求的1.5mm厚了0.8mm，要車床切削方法加工到符合圖紙尺寸，加工找正相當(dāng)困難。
通過(guò)對(duì)工件加工要求的分析，如用常規(guī)裝夾方法，難以保證工件尺寸精度、形位精度的準(zhǔn)確及一致性。為使工件能順利加工，車間老師們?cè)O(shè)計(jì)制作了一套夾具，可以在三爪自定心卡盤上安裝加工。
夾具設(shè)計(jì)符合薄壁工件裝夾原則：采用軸向夾緊力夾緊，分三個(gè)工序?qū)ぜ庸?。先加工大端，再加工小端，最后加工小端?nèi)孔。
工序1．車削大端面時(shí)用心軸以工件內(nèi)偏心錐孔作為定位基準(zhǔn)，用一夾一頂?shù)难b夾方法車削大端面，其裝夾加工示意圖如圖2所示。工件用偏心圓錐心軸定位時(shí)，工件與心軸間無(wú)間隙，定位精度高，心軸限制了工件的z，y，x六個(gè)自由度。
其不足之處是:采用芯軸一夾一頂方法加工，由于零件的圓錐角大于7°自鎖角，需要用尾頂作軸向夾緊力，但是零件小端面不平整，與卡爪端面形成點(diǎn)接觸，在切削力作用容易造成工件返松打滑，令到側(cè)母線與大端面垂直度超差，車削大端是偏心車削，長(zhǎng)度加工量較大。
當(dāng)工件大端繞車床主軸中心線旋轉(zhuǎn)時(shí)，車床主軸中心線與工件大端是偏心的，增大了車削面積（如圖2左圖示）。用徑向方法車削時(shí)，由于是斷續(xù)切削容易引起振動(dòng)和扎刀；用軸向車削時(shí)，則切削深度較大為14.7mm，切削力大，容易振動(dòng)和變形，生產(chǎn)效率低。由于零件是擠壓成形，大端與偏心圓錐連接線不明顯，大端的長(zhǎng)度尺寸測(cè)量困難，尺寸難控制。批量制品的形狀及尺寸一致性較難保證。
工序2．車削小端面以大端面為定位基準(zhǔn)，用螺母軸向壓緊工件偏心圓錐外表面。螺桿端面可以限制了工件x軸的平行移動(dòng)自由度，y和z軸的旋轉(zhuǎn)自由度，螺母即可限制工件y,z,x軸平行移動(dòng)自由度。車削時(shí)小端軸線與車床軸線是偏心的，切削力大，車削困難，效率低。而且只可以加工端面不可以加工內(nèi)孔。其裝夾加工示意圖如圖3所示：
工序3．車內(nèi)孔用軟爪夾住小端外圓，用內(nèi)孔刀反向車削小端內(nèi)孔，內(nèi)孔測(cè)量較難。而且裝夾接觸面積少，工件剛性不足易引起振動(dòng)，生產(chǎn)效率低。其裝夾加工示意圖如圖4所示：
最后幾經(jīng)努力，終于完成了50只樣品交給東洋公司驗(yàn)收。
不久經(jīng)東洋公司反映所送樣品合格率為94%。由于其公司交貨期比較緊，所以要求學(xué)校盡量安排時(shí)間，按圖紙要求批量生產(chǎn)加工。在批量生產(chǎn)并要保證交貨期的情況下，原來(lái)的加工工藝因?yàn)樯a(chǎn)率低，加工裝夾繁鎖，已不能滿足生產(chǎn)需要。作為車工組組長(zhǎng)，我便擔(dān)起了這個(gè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品交貨期的任務(wù)。
一、偏心直角圓錐管的加工工藝分析
要找出工藝改進(jìn)的突破口，首先要對(duì)各工序的加工工藝和生產(chǎn)效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)合東洋公司統(tǒng)計(jì)如表1所示：
由表1可以看出，效率最低的工序是車削加工，屬于加工過(guò)程中的瓶頸工序。主要原因是夾具設(shè)計(jì)不合理，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率，根椐實(shí)際情況，要提高勞動(dòng)效率最好辦法就是改進(jìn)原有夾具，使其能夠定位準(zhǔn)確，快速裝夾。
帶著在實(shí)際生產(chǎn)操作中碰到的問(wèn)題，認(rèn)真分析了零件特征和加工要求，并參考大量有關(guān)薄壁工件和偏心工件的加工方法和裝夾方法、夾具設(shè)計(jì)和工件定位原理等有關(guān)資料，經(jīng)仔細(xì)分析研究，重新確定工件加工定位基準(zhǔn)，將薄壁工件裝夾方法和偏心工件的裝夾方法加工有機(jī)結(jié)合起來(lái)。重新改進(jìn)夾具，經(jīng)車間各師傅確定通過(guò)，準(zhǔn)以實(shí)施。
二、改進(jìn)思路
1. 夾具能將偏心零件在三爪自定心卡盤快速同軸裝夾，而無(wú)須找正就可以加工小端端面和內(nèi)孔。將原來(lái)偏心車削改為同軸車削，減少車削面積和難度，將原來(lái)加工工藝二個(gè)工序合為一個(gè)工序， 提高生產(chǎn)效率。
2．將原加工大端面的偏心車削，改成可同軸車削，減少車削面積和加工難度，提高生產(chǎn)率。車小端夾具改進(jìn)方案：
確定工件定位基準(zhǔn)：以偏心圓錐內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)。因?yàn)樵摴ぜ怯贸尚文＞邤D壓成形，工件形狀精度由成形模具保證。另外根據(jù)圓錐表面有較高定位精度和可以傳遞較大扭矩的特性，那么加工時(shí)，小端面與垂直側(cè)母線的形狀精度尺寸就能保證。
由于夾具定位基準(zhǔn)是偏心圓錐心軸和夾套，在普通銑床和車床無(wú)法加工，需要用加工中心或數(shù)控銑床加工。（這樣夾具的精度得到有效的保證）。
車小端夾套銑好后再用線割機(jī)在垂直于側(cè)母線方位的剖面處割一條1mm窄槽，既可以依靠窄槽的彈性變形夾緊工件又可起到加工薄壁工件的軟爪作用，保證了工件的形狀精度。如圖5所示：
加工車削過(guò)程：車削小端和內(nèi)孔時(shí)，將工件放進(jìn)偏心圓錐心軸，再將偏心夾套套進(jìn)工件，在車床上用三爪自定心卡盤裝夾，用百分表測(cè)量工件小端的圓跳動(dòng)為0.05mm。接著就可以車削小端和內(nèi)孔了。其裝夾如圖6所示：
由于心軸是用機(jī)床主軸錐孔作為定位基準(zhǔn)，定位精度高，工件以偏心圓錐心軸定位時(shí)，工件與心軸可以做無(wú)間隙配合，心軸限制了工件的x，y，z軸六個(gè)自由度。另外工件的圓錐角大于自鎖角，所以要加上一個(gè)夾套，使工件與心軸更緊密接觸，防止工件加工時(shí)返松。
車大端面夾具改進(jìn)方案：
將原車削大端面的偏心車削改成同軸加工，其夾具如圖7所示：
車削大端時(shí)，以小端面為定位基準(zhǔn)其裝夾如圖8所示：
大端軸線與車床同軸，用軸向車削切削深度只有2mm，比原偏心車削的切削深度減少了12.7mm，大大地提高了切削效率。
兩種夾具效果對(duì)比；
A1．原車小端夾具 A2. 改進(jìn)后車小端夾具
屬偏心車削 屬同軸車削
切削面積大，加工困難切 削深度只有2mm ，加工裝夾容易又牢固
不能加工內(nèi)孔 可以加工內(nèi)孔
定位精度高能,保證小端面與側(cè)母
線垂直度為0.2mm，無(wú)須找正
B1.車大端夾夾具 B2.改進(jìn)后車大端夾具
屬偏心車削 屬同軸車削
切削深度14.7mm 切削深度2mm
車削力大,容易使工件返松，操作簡(jiǎn)單，快速。
造成大端面與側(cè)母線垂直度超差。
三、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)夾具的改進(jìn)，簡(jiǎn)化了零件的加工操作，成功地解決了實(shí)際生產(chǎn)上遇到的困難順利地保證了產(chǎn)品按期交貨。自從產(chǎn)品開發(fā)成功至今已幫助東洋公司順利完成了一系列偏心直角圓錐管產(chǎn)品的出口任務(wù)，為學(xué)校創(chuàng)造出較大效益。
文章來(lái)源：中國(guó)刀具信息網(wǎng) 添加人：阿刀
