一種彎頭（tóu）管嘴（zuǐ）類（lèi）零件車（chē）削加工的工藝優化
2020-12-3 來（lái）源：航（háng）空（kōng）工業慶安集團有限公司（sī） 作者： 李 濤
摘要： 介紹了某（mǒu）航空（kōng）產品120°彎頭管嘴零件的加工工藝（yì）及工裝設計方案優化過程，重（chóng）點論述了工藝流程中如何選擇（zé）定位基準及夾緊方式，如何通（tōng）過正確的基準轉換來確保（bǎo）零（líng）件加工質量，提高加工效（xiào）率，進而形成規範的工藝流程及典（diǎn）型工裝設（shè）計。
關鍵詞：彎頭管嘴（zuǐ）；定位夾緊；車削加工（gōng）；快（kuài）換係統（tǒng）
長期以來，無工藝附加彎頭管嘴類零件（jiàn）的加工過程（chéng）中，始終存在零件定位不可靠、夾持不緊、跳動量超差的問題。本（běn）文涉及的某管嘴零件如圖 1 所（suǒ）示，依次加工兩油（yóu）孔（kǒng）相貫錯位量（liàng）大，形位公差超差（chà）嚴重，零件加工（gōng）質量差，效率低，嚴重影響產品（pǐn）生產進（jìn）度。
圖1 零件圖樣
圖2 鍛（duàn）件（jiàn）毛坯
1、 工（gōng）藝分析（xī）
零件鍛件毛坯見圖（tú） 2 所示，鍛件表麵錯移，表麵不 規則，且無工藝附（fù）加，彎頭呈 120°夾角，頸部尺寸短，夾具難以設（shè）計可靠的定（dìng）位、夾緊（jǐn）結構。現（xiàn）場采用自（zì）製夾（jiá）具加工，經常出現零件尺寸超差，質量不穩定，效率低等現象，嚴重影響了零件的正常交付。圖 3 為原工（gōng）藝流程。
圖3 原工藝（yì）流程
1.1 原工（gōng）序分析
15、20 工序，使用自製夾具見（jiàn）圖 4。工序基準為零件兩個外圓和其中心線交點（diǎn），工件在夾具上的定位基準選擇與工序基準相同，符合基準重（chóng）合（hé）原則的要求，但（dàn）零件毛（máo）坯為鍛件且缺陷較重，零（líng）件（jiàn）兩次（cì）裝夾，定位基（jī）準選擇與工序（xù）基準均無法（fǎ）保證重合，定位（wèi）夾緊不可靠，加上自製夾具沒有（yǒu）經過熱處理，使用時（shí）間長產生（shēng）變形（xíng），導致粗車的兩端有偏移，不能保（bǎo）證零件兩端（duān）軸線在同一（yī）基準麵（miàn）上，120°夾角誤差較大，實際（jì）加工的工（gōng）件表麵形位誤差不能滿足後續加工要求。
30、35 工序，使用自製兩爪卡盤裝夾見圖 5，夾（jiá）緊比較牢靠，但此夾具兩道精車工序分別使用 15、20 工序的兩（liǎng）個粗（cū）基準進行定（dìng）位夾緊，理論（lùn）上（shàng）粗基準隻能選用一次，而且自製卡盤（pán）兩爪（zhǎo）材料未熱處理，長期使用後接觸麵產生變形，夾具（jù）中心偏移，導致（zhì）車削時外圓跳動量大，螺紋表麵（miàn）車削（xuē）不出來，且難以（yǐ）保證零件兩端（duān）軸線在同一基準麵上（shàng），120°夾角誤差也較大。導致零件兩中心油孔交叉錯位，造成成批量報廢、嚴重影響產品交付。
圖4 自（zì）製車外（wài）圓夾具
圖5 自製兩（liǎng）爪卡盤夾具
分析工藝方（fāng）案，找出造成（chéng）零件加工超差，不穩定的（de）三點原因（yīn），見表 1，並有針對的提出改進措施，保證零件順利加工（gōng）。
1.2 優（yōu）化後（hòu）的工藝流程
優化後的工藝（yì）流（liú）程如圖 6 所示，保證零件順利加工（gōng）完成。
表1 方案優化（huà）措施表
圖6 優化後工藝流程
2 、工藝及工裝優化（huà）過（guò）程
通常情況（kuàng）下，在機床上（shàng）加工工件時，為保證加工精度，首先需（xū）要保證工件在夾具上正（zhèng）確定位、夾緊，使工件在機（jī）床上占（zhàn）有正確（què）的位置[1]，才（cái）能加工出合格的零件。為此梳理優化工藝流程，改變原加工策略，最終形成工藝及配（pèi）套工（gōng）裝如下（xià）。
2.1 粗車 Φ16 外圓
15 工序，粗車 Φ16 外圓（yuán）至 Φ14。夾具設計如（rú）圖 7所示，采用了過定位原（yuán）理（lǐ），用雙 V 型同時定位，雙麵夾緊的結構，其中一個活動 V 型塊可以調（diào）節夾具中心高（gāo），彌補（bǔ）鍛件毛胚（pēi）來源不規則（zé）帶來的中心偏移問題，且材料選為耐磨性好的 Cr WMn，方便磨損後更換。另一固（gù）定 V 型起輔（fǔ）助定位夾（jiá）緊作用。在通常情況下，過定位是不（bú）能使用的（de），但在某（mǒu）些特定（dìng）情（qíng）況下采用過定位方式能解決工件在機（jī）械加工中難以解決的一些問題 , 從而可獲（huò）得良好的加（jiā）工效果 , 保證加工質量。
圖7 粗車毛坯一端外圓
2.2 粗車（chē） Φ14 外圓
20 工序，粗車 Φ14 外圓至 Φ13。夾具設計（jì）如圖 8所示（shì），用零件 15 工序車削外圓 Φ14 定位，120°夾角和活（huó）動 V 型塊定向的結構，其中活動 V 型塊（kuài）可以調節夾具中心高，彌補中心（xīn）偏移問題，且材料選為耐磨性好的 Cr WMn，方便磨損後更（gèng）換。
圖8 粗車毛坯另一端外圓
2.4 精車 Φ10 外圓
40 工序，精車 Φ10 外圓、鑽中心油路孔（kǒng），夾具設計（jì）如圖（tú） 10 所示，用雙 V 型同時（shí）定位，雙麵夾緊（jǐn）的結（jié）構，其中（zhōng）一個 V 型限製車削零件中心高，側邊 V 型起輔助夾緊作用，定（dìng）位塊材料選用耐磨性好的 Cr WMn，保證工（gōng）件定位準確、夾緊牢固，夾緊部位對主軸跳動量應控製在Φ0.03 內，車間（jiān）使用非常穩定。
圖10 精車外圓麵
2.5 精車螺紋
45 工（gōng）序，精車 M12 螺紋、鑽中心油路孔，夾具設計如圖 11 所示，用零件 40 工序精車（chē）外圓 Φ10 作為主定位，零（líng）件 120°夾角定角向位置，15 工序粗車 Φ14 外圓為輔助定位，壓板采用圓（yuán）弧形式，保證了零件定位、夾緊（jǐn）可（kě）靠。該夾具由主體、配重（chóng）、定位板、壓板、螺釘、圓柱銷組成（chéng）。在結構上，定位部分鑲入襯套，材料為黃銅，以免劃傷（shāng）前道工（gōng）序外圓表麵，定位板和壓板均選用硬度高、耐磨性好的 Cr WMn 做為製造材料，且定位板用螺釘和圓柱銷（xiāo）連接在主（zhǔ）體上，以便（biàn）磨損（sǔn）後更換，夾具裝配時，夾緊部位對主軸跳動量應控製在 Φ0.03 內。經過本次工藝改進及工裝優化驗證，在車間加工（gōng）過程中，未（wèi）發生之前（qián）加工的質量（liàng）問題，零件的尺寸都符合（hé）設計圖紙要求，滿（mǎn）足了產品的配套交付任務。
圖11 精車螺紋麵
3 、車（chē）床夾具的模（mó）塊（kuài）化實現
夾具模塊化實現過程是在進行各工序需（xū）求分析的基礎上，對其夾具結構形式進行評估，確（què）定模塊化設計方案，主要包括專用模塊設計、通用（yòng）模塊設計、模塊間組（zǔ）合[2]。首先進行專用模塊的設計，四道工序使用的車削夾具因基準選擇、定位方式（shì）不一樣，對其（qí）單獨進行結構設計，車床夾具主體、配重塊、壓（yā）板等可設計成通用模塊，便於相（xiàng）互間的互換，最（zuì）後進行各模塊間的組合，形成（chéng）最終夾具。
而目前以外圓或者內孔定位（wèi）的車削工序，粗（cū）加工都是用三爪卡盤定位裝夾，三爪的自定心差，每次（cì）換爪（zhǎo）都要重新找正，在半精加工或精加工定位一般采用軟爪定位裝夾，但是軟爪更換（huàn），需要重（chóng）新鏜削軟爪，換裝、找正、調整時間長，效率低，另外三爪（zhǎo）卡盤裝（zhuāng）夾離心（xīn）力大（dà），無法獲得高轉速。
圖（tú）12 車床夾具快換過程
通過瀚（hàn）柏格夾具快換係統實現（xiàn）車削夾具模塊間的快速更換。如圖 12 所示，車床主軸與法（fǎ）蘭盤連接，法蘭盤與卡盤連接，卡盤內預留標準接口實現內徑（jìng）夾持、外徑（jìng）夾（jiá）持（chí）等，重複（fù）定位（wèi）精度保證在（zài） 0.01 以內，實現各工序（xù）夾具模塊（kuài）間的快（kuài）速更換。經生產車間實際驗證，運用快換係統實現各工序間的加工能（néng）夠滿足工藝要（yào）求，做到機外裝夾工件，機（jī）床不停機（jī）加工（gōng），縮短了輔助準備時間，降低了工人勞動強度，提高了零件加工質量和生產效率。
4、結束（shù）語
通過對某管嘴零件（jiàn）車（chē）削加工的工藝優化及工裝設計，徹底解決了以往該零件加工（gōng）多次返工，成批（pī）報廢的問題，車（chē）間生產過程中，零件加工質（zhì）量穩（wěn）定，效率明顯（xiǎn）提升，一次合格率達 98 ﹪，為（wéi）後續（xù）類似零件的加工提供（gòng）了重要的參考依（yī）據。
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