摘要: 針對激光切割機切割頭支架加工精度不穩定問題，分析（xī）得出當前設備和夾具是產生加工誤差的主要原因; 通過更換加工設備和專用夾具，使得產品合格率（lǜ）提高到 97% ，加工成本降到原（yuán）來的61% ，減少了對高性能機床的依賴，極大（dà）提高了經濟（jì）效益，且在同類零件加工中具有一定的推廣價值。
  
     關鍵（jiàn）詞: 加工（gōng）中心; 夾具設計; 加工工藝（yì）; 激光切割機
 
     0 引言
 
    激光切（qiē）割（gē）機是一種新型的切割工具，采用不可見的光束代替傳統的機（jī）械（xiè）刀，具有切割速度快，加工精度高，加工（gōng）成本低等特點（diǎn）。切割頭支架( 以下簡稱為支架) 是組成激光切割機的關鍵部件，其加工與組（zǔ）裝精度直接影響到切割的精度（dù）。蘇州某激光有限公司有多年的激光切割機生產經驗，支架（jià）零件的月需求量在200 ～ 300 件之間，因受公司設備（bèi）工藝的限製，一直采用外包的生產方式（shì），但支架零（líng）件精度（dù）不穩定，加工費用昂貴。為提（tí）高經濟效益及（jí）支架質量（liàng）穩定性，公司決定優化加工工藝的方法，完成該支架零件的（de）加工。本文
通過對機床、夾具、刀具等方麵進行分析與研究，提出了解決該問題的有效辦法。
 
     1 、支架加工技術分析
 
     支架零件如圖 1 所示，有兩處尺（chǐ）寸直接對設備精（jīng）度造（zào）成影響，一個是平麵度 0． 02mm，另一個是長度（dù）800－ 0． 02mm，這兩尺寸與（yǔ）工件（jiàn）的底麵夾角均（jun1）為 45°，受支架結構影響，加工精（jīng）度難以保證［1］。
  
  

    
                            圖 1 支架零件圖
  
  

     
         圖 2 毛（máo）坯（pī）零件圖
 
     根據（jù）市場鋁材的規格，支架毛坯選用 70mm 厚度的 LY12 板材（cái），經鋸割後的尺寸為 226 × 185 × 70mm，用銑（xǐ）床銑削（xuē）六個平麵尺寸到 216 × 180 × 68mm，製作 4個工（gōng）藝孔［2］，如圖 2 所示，再采用（yòng）四軸加工中心完成，原加工工序（xù）如表 1 所示。
 
           表 1 支（zhī）架原加工工序( 四軸加工中心)
    
  
     由表 1 可見，前期製作的毛坯利用 4 個吊（diào）緊螺（luó）絲通過製作的工藝孔固定於如圖 3 所示的夾具上，在四軸加工中心 A 軸的轉動下，能夠完成支架（jià）各部（bù）位的加工［3-4］，主要加工工序分為三個階段。
 
     ( 1) A = 0°在第四軸 A = 0 時，利用端（duān）銑刀完成外輪廓的粗精加工，再用定位鑽、鑽頭和絲錐（zhuī）完成 5 個 M6 螺紋的加工。
     ( 2) A = 45°在第四軸 A = 45°時，原 45°斜（xié）平麵理論上已經成為水（shuǐ） 平 麵（miàn），利（lì）用麵銑刀完成平麵銑削，保 證 平 麵 度0. 02mm 達 到 圖 樣 要 求; 再 用 端 銑（xǐ） 刀 粗、精 加 工 輪（lún）廓［5］，確保尺寸精度在 800－0． 02 mm 公差範圍內。
     ( 3) A = 180°在第四軸 A = 180°時，主要是利用定位鑽和鑽頭完成（chéng）剩下的 3 個 M6 螺紋的底孔加工，為（wéi）手動（dòng）攻絲（sī）完成最（zuì）後的工序做好準（zhǔn）備。
 
     2 、影響因（yīn）素分析
 
     通過以上三個（gè）環節，利用四軸加工中心能夠完成支架零件的加工。通過對原加工工序及檢測數據分（fèn）析，得（dé）出（chū）以下兩個方麵是影響（xiǎng）加（jiā）工精度的主（zhǔ）要因素:
 
    ( 1) 如（rú）圖 3所示，受支架零件本 身（shēn） 結 構 的影響，夾具安裝於 A 軸轉（zhuǎn）台，沿著 A 軸方向尺寸越長，轉台的轉動精度及剛性對加工精度的影（yǐng）響會隨之放大;
  
     
          圖3 四軸（zhóu）裝夾加工狀態圖
 
    ( 2) A 軸轉台依靠三爪卡（kǎ）盤夾緊夾具，三爪卡盤使用久了，隨著卡盤的磨損（sǔn）三爪會（huì）出現喇叭口（kǒu）狀，三爪也會慢慢偏離 A 軸轉台中心，由（yóu）夾具影響到支（zhī）架，造成支架的形位公差增大，精度難以保證［6］。
  
    3 、支（zhī）架夾具設計及加工
 
    綜上所述，在原方（fāng）案中，支架零件在四軸（zhóu）加工中心上（shàng）能夠完成加工，但加工誤差難以避免，且目（mù）前該公司隻有兩台三軸的加工中心，不具備四軸加工能力，如在（zài）現有的立式加工中心上（shàng）完成該支架的加工（gōng），需從工藝著手提出新（xīn）的加工方案（àn），以解決（jué）該項加工難點。
 

             圖4 新工藝夾（jiá）具零件圖
 
    經過研究，新工藝在 A =0°和180°時采用精密（mì）機用平口鉗裝（zhuāng）夾，在A =45°時，需設計專用夾具來（lái）實現。此處有兩個問題需要 解 決，一是支架的半成品（pǐn）夾具設計（jì） 定 位 問題; 二 是 支（zhī）架半成（chéng）品的工件（jiàn）坐標係設定及（jí）對刀問 題［7］，參考支架在四軸上的加（jiā）工狀（zhuàng）態，設計了如圖4 所示的夾（jiá）具［8］，該夾具左右兩側設置了壓板槽，可（kě）利用壓板固定於加工中心工作台，夾（jiá）具實物（wù）如圖5 所示，設置了兩個側麵( 定位麵Ⅰ、定（dìng）位麵Ⅱ) 作為定位麵，與支架半成品已加工的臨近兩側麵對應，4 個螺絲（sī）吊（diào）緊固定，夾具的左前點作為對刀位置，按照圖 3 中的尺寸，隻要加工前對刀時輸入夾具和支架相應的數（shù）據( 在夾具設計（jì）之初（chū）考慮) 就能完成工（gōng）件坐標係的設定，實現數控裝置的自動加工［9］。
 
    夾具（jù）毛坯材（cái）料采用 Q235，具體（tǐ）加工工序如（rú）表 2 所示（shì），先將夾（jiá）具毛坯放置於 90°的 V 型鐵中，再用精密（mì）機用平口鉗夾持毛坯的兩個側麵，完成 45°麵、A 麵、定位麵（miàn）和螺紋孔的加工。需要（yào）加工的 45°斜麵基本處於水平狀態，保證了該斜麵的加工精度和表（biǎo）麵質量，即使 V型鐵存（cún）在誤差，也影響不了 A 麵與 45° 麵的夾（jiá）角 精度［10］。其次，利用已（yǐ）加工 A 麵定位，平口鉗夾持兩側麵，完成 B 麵加工; 最後，平口（kǒu）鉗（qián）夾持 A、B 麵，完（wán）成壓（yā）板槽的加工。
 
                     表 2 夾具的加（jiā）工（gōng）工序
    
  
  
     4 、對比分析
 
    兩種加工方案比較，主要有以下幾點區別:
 
    ( 1) 原方案（àn）中設備采用了四軸加工中心，新方案根據支架結構製作了新夾具，采用了常規的三軸（zhóu）加工中心，減少了對高性能機床的依賴。如圖 6 所示，支架在（zài）三軸加工（gōng）中心（xīn）加工狀態圖。
 

        圖 5 夾具（jù）實物圖  圖         6 支架加工圖
   
    2) 新方案利用了（le）公司閑置機床，盤活了固定資產，原外（wài）包單個支架零件加工（gōng）費用為 1380 元，現公司自己生產，成本僅為 850 元，此項每（měi）年為（wéi）公司綜合節約資金約（yuē） 150 萬，有效提高了經濟效益（yì）。
 
    ( 3) 因公司采用專（zhuān）人（rén）生產，尺寸精度得到大（dà）幅度提高。經（jīng）三坐標檢測，支架零件合格（gé）率達（dá）到 97% ，排除了外包加工帶來的精度（dù）不穩定和交（jiāo）貨時間難（nán）以保證等不利因素，提高了激光切割（gē）機的加（jiā）工（gōng）精度，使產（chǎn）品品質得到（dào）了保證。
 
    5 、結束語
 
    加工工藝在生產（chǎn）中占有極其（qí）重要的地位，根據支零件的特殊結構，利用（yòng）三軸加（jiā）工中心和夾具的組合，減少了對高性（xìng）能（néng）機床的依賴。製訂了適合現有加工設（shè）備的加工工藝，不但使（shǐ）支架的加工精度得（dé）以保證，同時降低了生產成本，協助該企業取得較大的經（jīng）濟效益，完成了既定的生（shēng）產目標，保障了激（jī）光切割機的品質，在同類零件（jiàn）加工中具有一定的推廣價值。