方形板料加工方案的优化

关焯远

摘要：随着我国数控机床的普及，我国加工制造业得到了飞速的发展。数控机床具有加工精度高、生产效率高、适应能力强等优点。特别适用于小批量、复杂零件的加工，数控机床在机械加工中得到日益广泛的应用。但很多零件的批量生产需要使用专用夹具进行零件的夹持或辅助装夹。本论文主要介绍方形零件的四个侧面加工方案的对比及零件加工的优化方案。

关键词：批量加工、侧面、专用夹具

前言：我校需要准备一批钳工实训用零件，尺寸为58×58×10mm零件的图纸及具体要求如图1所示，准备数量约六百多件并且以后还需要不定期准备本零件。若采用单件生产的加工方案对于58±0.05mm尺寸及垂直度要求是比较容易保证的并且生产合格率也较高，但单件生产需要大量的装夹次数导致总体装夹时间长、加工效率低。显然本次加工任务不适宜采用单件生产的方案。

一、方形板料批量加工的探索

1、方案一：使用机床平口钳尝试批量加工

单件生产的方法不适用于本次任务的加工，那我们就尝试批量生产的方案。把毛坯以10件分为一组，整组毛坯一起放入铣床平口钳装夹加工。这种加工方法使得零件的四个侧边加工速度得到很大的提高，且两个相对的侧面能互为平行，尺寸精度也容易控制。但C侧面不能保证垂直于B侧面，很多毛坯加工完成四个侧面后毛坯并不是正方形而是平行四边形。零件的C面与B面的垂直度达不到零件的加工要求成了废品。整组毛坯放入平口钳中加工虽然加工尺寸易保证、加工效率高但C侧面不能垂直于B侧面。所以这种加工方案不能用于本任务中。

2、方案二：使用机床平口钳+精密磨床钳尝试批量加工

我们从平面磨床磨削直角面的加工方法中得到启发，把精密磨床钳应用到本次的零件加工中。加工方法是以10坯料件为一组，整组坯料夹紧在精密磨床钳的一侧，并伸出夹具之外。把精密磨床钳连同坯料一同装夹在数控铣床的平口钳上如图2，先把正上方的坯料侧面用面铣的加工方法铣平，再松开平口钳把精密磨床钳连同坯料一起转过90°并装夹在机床平口钳上，把旋转后正上方的坯料侧面用面铣的加工方法铣平，这样就得到了两个相互垂直的侧面。完成了图纸上C面垂直于B面的要求。再把精密磨床钳和整组坯料分别拆下，利用已经加工好的B侧面作基准把整组坯料装夹在机床平口钳上（B侧面在下方）。用面铣的方法加工正上方的侧面并保证尺寸58±0.05mm的精度，用同样的方法加工最后一个侧面即可完成四个侧面的加工。

采用这种加工方法能得到垂直、平行的正方形，并能很好地控制加工精度。但经过多次的加工后发现有一部分零件的C面不垂直于B面，B、C两侧面的夹角有的大于90°有的小于90°并超出了公差范围成了废品。经过查找出现问题的根源并验证得出问题出现的原因，问题出现在利用精密磨床钳转过90°加工第二个侧面（C侧面）时，由于精密磨床钳本身夹紧力不大（精密磨床钳主要用于磨床的轻量磨削加工用），并且精密磨床钳口装夹面积不足导致了整组坯料的夹紧力不足。当磨床钳用于切削力较小的加工方式时能满足夹紧力的需求，但用于切削力较大的加工方式时就容易因夹紧力不足而使坯料发生位移。加工C侧面时坯料发生了位移所以不能与第一次加工的B侧面垂直，导致了零件的B、C侧面的垂直度达不到要求。这种使用磨床钳的加工方案容易出现一定的废品率也不适用于本零件的批量生产加工。

3、方案三：设计并制作专用夹具尝试批量加工

根据零件的加工要求只须加工零件的四周侧面，保证C侧面垂直于B侧面、58±0.05mm×58±0.05mm的尺寸精度及对边相互平行。两大面的精度和粗糙度不需加工的要求。使用铣刀侧刃加工的方式设计出一款专用夹具如图3为了在批量加工中不用重复对刀，增加重复定位的准确性在夹具的基座处设计出一个定位台阶。

本夹具为一体夹具，夹具分三块装夹区域，每块区域可装夹两块坯料。在每块区域顶部有3颗圆周分布的内六角沉孔螺丝作坯料的压紧部件。本夹具可一次装夹和加工六块坯料。在准备坯料时使用宽60mm厚10mm的长条坯料进行锯削，锯削长度约57-58mm。在单边余量不多的情况下只须进行一次铣削加工，即可完成三个相邻侧面的加工并能保证三个侧面的垂直度、平行度及一个58±0.05mm尺寸的精度要求，走刀轨迹如图4示。这种加工方案能很好地控制58的尺寸精度及三个侧面的垂直度、平行度。剩下的最后一个侧面以12件一组，整组夹到机床平口钳中以面铣的方式进行加工并保证58±0.05mm尺寸。这个58的尺寸及与对边的平行也容易得到保证。这个加工方案加工效率高出现废品的机率极低，适合本坯料的批量加工使用。

二、以上各种加工方案的对比

三。使用专用工具进行加工生产效率高、精度容易保证但还存在改进的空间。

三、结束语

在本零件的批量加工中利用专用工具能快速准确地完成坯料的加工，提升生产效率。本专用工具结构简单、容易制作、可靠性强，是用于本零件生产中较为理想的一款夹具。为减少机床等待装夹的时间进一步提高生产效率，可制作两个相同的专用夹具。一个夹具在机床上加工坯料时另一个夹具可以在机床外面的工作台上进行坯料的拆卸和装夹。铣床加工完成后可利用定位台阶，把已经装好待加工坯料的专用夹具，夹紧在平口钳上而无需重新对刀即可运行程序进行加工。但本专用夹具还有不足这处，专用夹具每块区域有三颗螺丝作为压紧部件，一个夹具总共有9颗螺丝。每一次拆装零件都需要把9颗螺丝松紧一遍，这坯料装夹的工作量比较大也会降低生产效率。希望以后能继续改进加工方案减少螺丝或不用螺丝，进一步减轻操作人员的工作负担，提高生产质量和生产效率。

参考文献：

[1]黄凌.装配拖拉机半轴专用工具的设计——湖南农机杂志社.2015

[2]薛岩.机械加工精度测量及质量控制——化学工业出版社.2016