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活塞的數(shù)控加工工藝
活塞的數(shù)控加工工藝【1】
摘要：本文通過對活塞數(shù)控加工的裝夾方案、加工順序、刀具選擇和切削用量等方面的工藝分析，探討提高其批量生產(chǎn)效率的途徑，對同類型的零件加工具有參考意義。
Abstract： Through the technology analysis on the clamping scheme， order processing， cutting tool selection and cutting dosage and other aspects， this paper discusses the ways to improve the efficiency of the mass production. That has reference significance for the similar parts processing.
關(guān)鍵詞：數(shù)控;活塞;加工工藝
0 引言
數(shù)控機床是一種技術(shù)密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設(shè)備，是綜合應(yīng)用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術(shù)的產(chǎn)物。
本文就活塞在數(shù)控機床中的加工工藝問題進行探討，該活塞零件屬新研發(fā)的產(chǎn)品，在論文數(shù)據(jù)庫中未能搜索到相關(guān)的加工工藝方法。
活塞所用的材料為PA6(尼龍6)，其機械減振能力好、加工性能好，但在機械加工中容易發(fā)生熱變形，從而影響尺寸精度。
接到該批量零件加工之前，筆者曾給企業(yè)打過樣板，兩種不同型號(尺寸)的活塞的各一件，難點主要是最后一道工序――鉆端面兩對稱圓柱孔(2×Ф5孔深20)，由于孔與螺旋槽位置角度要求為50°、55°，當時利用分度盤裝夾，直接在普通立鉆上加工，過程中耗費大量的對刀調(diào)整時間，效率很低，如果是中小批量生產(chǎn)，該方法在現(xiàn)代化生產(chǎn)大潮中沒有競爭。
鑒于此，必須探索出可以提高批量化生產(chǎn)效率的工藝方法。
1 活塞的數(shù)控加工工藝制訂
1.1 零件圖樣工藝分析
如圖1所示，該工件材料是PA6(尼龍6)，尼龍6吸濕性強，所以加工時不能使用切削液，可使用風冷。
工件由外圓柱面、內(nèi)圓柱面、圓周槽、螺旋通槽(2個)、端面圓柱孔(2個)等輪廓組成。
加工數(shù)量為1000件，屬中小批量生產(chǎn)，前期先加工1件，送檢合格后，安排批量生產(chǎn)。
零件的尺寸標注基準(對稱軸線、大端面、各孔中心線)較統(tǒng)一，且無封閉尺寸;構(gòu)成零件輪廓形狀的各幾何元素條件充分，無相互矛盾之處，有利于編程。
該零件的外圓、圓槽、內(nèi)孔等部位的形狀、位置尺寸公差為0.1mm或0.2mm，加工精度易保證;難點主要集中在兩對稱螺旋槽的加工，尺寸精度為17■■，其次是端面兩對稱圓柱孔(2×Ф5孔深20)與螺旋槽的位置角度50°、55°，必須設(shè)計專用夾具裝夾零件，才可保證批量生產(chǎn)要求，該專用夾具的設(shè)計是整個零件各工序加工中的難點。
內(nèi)外未標注表面粗糙度Ra為1.6μm。
1.2 裝夾方案的確定
該零件的加工需使用三種夾具，四次裝夾，其中外形車削部分使用傳統(tǒng)三爪卡盤，左右調(diào)頭，裝夾兩次。
螺旋槽的銑削采用四軸加工中心，使用包容式的氣動三爪卡盤(圖2)裝夾，提高裝卸工件的效率，減少夾緊變形。
端面兩對稱圓柱孔(2×Ф5孔深20)的加工采用數(shù)控銑床，設(shè)計專用夾具裝夾(圖3)。
該角度定位裝置，共限制了工件三個不定度，X、Z軸的平移和Z軸的旋轉(zhuǎn)。
圓柱銷，限制了工件Z軸旋轉(zhuǎn)的不定度，保證了Ф5孔相對于螺旋槽的50°、55°角度位置，圓柱銷采用的是可調(diào)可換設(shè)計，可以根據(jù)不同型號尺寸的活塞進行靈活更換和調(diào)整高度。
燕尾槽插銷與端面定位板上的燕尾槽間隙配合，保證了角度定位裝置的穩(wěn)定性。
端面定位板是由一個大平面和一個R61的圓弧側(cè)面進行定位的，大平面限制了工件Z軸平移和X、Y軸旋轉(zhuǎn)共三個不定度，R61的圓弧側(cè)面限制了Y方向平移的不定度。
通過以上兩個定位元件，實現(xiàn)活塞的完全定位。
以上兩個定位元件可采用硬鋁材料，方便制作。
夾具體(基礎(chǔ)板)的尺寸根據(jù)數(shù)控銑床工件臺加工范圍進行設(shè)計，爭取盡可能大的尺寸，滿足夾具一次性裝夾幾個零件，提高生產(chǎn)率的要求。
端面定位板設(shè)計成一字排開，螺旋夾緊裝置更換成氣動夾緊裝置，每個零件對應(yīng)一個角度定位裝置，裝置的動力由側(cè)向安裝的氣缸提供。
1.3 確定加工順序和進給路線
加工內(nèi)容包括：車兩端面、車外圓柱、切槽、車內(nèi)孔、銑螺旋槽、端面鉆孔。
根據(jù)以上所述的加工內(nèi)容，所需的加工方法有：車削、銑削、鉆削。
加工順序如下：
�、俅周嚲�Φ90■■端。
第一步用三爪卡盤裝夾，用刀尖角為R2外圓車刀加工端面、Φ90■■外圓，用Ф50鉆頭粗加工內(nèi)孔，用內(nèi)孔車刀精加工Φ54■■內(nèi)孔和Φ84■■孔深10臺階。
既有外形又有內(nèi)孔的位置建議采用“內(nèi)外交叉”原則安排加工順序――先粗加外形，接著粗加工內(nèi)孔，再精加工外形，最后精加工內(nèi)孔。
�、诖周嚲�Φ122■■端。
第二步用三爪卡盤裝夾已加工外圓Φ90■■端，為了不夾傷已加工表面，可使用Φ91的鋼夾套套到Φ90■■外圓上，再使用三爪卡盤。
先用外圓刀粗精加工端面和Φ122■■外圓，接著用內(nèi)孔車刀加工端面Φ45孔，最后用切槽刀(單邊斜角為5°)加工寬6mm深3.5±0.1mm的槽。
�、奂庸�17■■mm的螺旋通槽。
第三步用加長桿的三爪卡盤裝夾Φ122■■端，用兩刃Φ17鍵槽銑刀加工兩個螺旋通槽。
鍵槽銑刀可軸向進刀，軸向進給到分層深度3mm后再XY方向走刀加工。
考慮到加長桿的三爪卡盤卡爪與工件的接觸長度短，所以分層以減小切削力，保證加工質(zhì)量。
�、芗庸�Φ5深20的兩小孔。
第四步用專用夾具裝夾Φ122■■端，用Φ5麻花鉆加工深20mm的兩小孔。
1.4 刀具的選擇和切削用量
根據(jù)以上所述的加工順序，所需的加工方法有：車削、銑削、鉆削和倒角等。
根據(jù)不同的加工方法，選擇的刀具和切削參數(shù)如表1。
2 結(jié)束語
數(shù)控機床具有加工精度高、自動化生產(chǎn)、效率高等特點。
本文先對活塞零件圖進行了分析，接著根據(jù)零件加工的內(nèi)容和難點，選擇合適的裝夾方案，其中Φ5端面孔的加工是整個零件加工的難點，文中對該工序加工所用的專用夾具進行設(shè)計，實現(xiàn)多個零件的完全定位，夾緊元件采用了效率高、穩(wěn)定性好的氣動夾緊裝置，有效地保證了加工質(zhì)量，提高了加工效率。
事實證明，單件生產(chǎn)(打樣板)和批量生產(chǎn)的工藝方法會有很大不同，在批量化生產(chǎn)中，針對某道工序設(shè)計和使用專用夾具，可以保證產(chǎn)品的一致性，大大縮短裝卸工件的輔助時間，生產(chǎn)率是單件生產(chǎn)工藝方法的幾倍，甚至十幾倍。
當然，本文并未能解決該零件多次裝夾，耗費時間，提高夾具設(shè)計的成本等問題。
在未來數(shù)控加工的領(lǐng)域里，利用多軸加工，減少裝夾次數(shù)是一個發(fā)展方向。
參考文獻：
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活塞桿加工工藝方法【2】
【摘 要】俗話說車工怕桿，意思是說車工加工細長桿類零件時很不容易達到技術(shù)要求，一個是尺寸公差很難保證，另一個是桿類零件加工后是彎曲的。
往復(fù)式壓縮機的活塞桿就是這種典型的細長桿類零件，尤其是采用液壓連接的活塞桿，長徑比較大，加工難度較大，出現(xiàn)彎曲桿的可能性隨之增高。
如果將一根彎曲的活塞桿安裝在壓縮機上，那么活塞桿在往復(fù)運動中是跳動的，填料函中的密封環(huán)就會隨著活塞桿的跳動而跳動，從而導(dǎo)致氣體無法密封而大量外泄。
同時，活塞桿的跳動也將引起整臺機組的振動，從而使設(shè)備無法安全運行。
因此，尺寸公差及形位公差完全合格的活塞桿是往復(fù)式壓縮機正常運轉(zhuǎn)的首要條件之一。
【關(guān)鍵詞】活塞桿 加工方法 壓縮機 公差
1引言
怎樣才能生產(chǎn)出合格的活塞桿呢?下面就活塞桿產(chǎn)生彎曲的原因進行分析，總結(jié)出對活塞桿加工有影響的幾點要素。
2切削力的分析
2.1總切削力F
在切削過程中，為了克服金屬材料的變形抗力以及摩擦阻力，刀具必須受到一個作用力F，稱之為總切削力。
由于總切削力的方向及大小會隨著切削條件的變化而變化，故應(yīng)將總切削力分解成以下幾個既定方向的分切削力。
2.2主切削力Fc
主切削力Fc是總切削力沿主運動方向的分力。
在切削加工中，所消耗功最多，所以它是計算機床功率、刀桿、刀片強度以及夾具設(shè)計、選擇切削用量的主要依據(jù)。
2.3給力Ff
進給力Ff是總切削力沿進給運動方向的分力。
車外圓時，它作用在進給機構(gòu)上，是設(shè)計計算進給機構(gòu)強度的依據(jù)。
2.4背向力Fp
背向力Fp是總切削力沿工作平面垂直方向的分力。
車外圓時，背向力使工件彎曲變形或振動，對加工表面質(zhì)量影響極大，所以在加工桿類零件時應(yīng)盡可能設(shè)法減少背向力Fp。
3影響切削力的因素
3.1工件材料
工件材料的硬度或強度越高，切削力越大。
工件材料的塑型或韌性越好，變形抗力和摩擦阻力大，切削力也越大。
3.2切削量
切削量取決于切削速度和進給量以及背吃刀量，切削速度是通過影響切削變形程度來影響切削力的，切削變形大，則切削力增大。
進給量和背吃刀量增大，分別使切削寬度和切削厚度增大，切削層面積也增大所以變形抗力和摩擦阻力也增大，則切削力也就隨之增大。
但是兩者影響程度不同，當背吃刀量增大一倍時，主切削力也增大一倍，但當進給量增大一倍時，主切削力只增大75%～90%。
3.3刀具的因素
前角增大，切削變形減少，切削力也減少，并且前角對進給力及背向力的影響比對主切削力的影響大。
主偏角與副偏角主要影響三個切削分力的大小和比例關(guān)系。
在刀具圖弧半徑為零時，增大主偏角可減少主切削力，同時可使背向力減少，進給力增大。
同理，增大副偏角也可使背向力減少，有利減小工藝系統(tǒng)的彈性變形和振動。
4選擇合適的刀具角是加工活塞桿的關(guān)鍵
通過上面的分析，我們知道選擇合適的刀具角度對活塞桿加工至關(guān)重要，減少背向力是加工細長桿類的關(guān)鍵，下圖說明一下車刀的角度及作用。
4.1主偏角Kr
主偏角Kr是主切削平面與假定工作排平面間的夾角，其作用是改變切削力和刀頭的受力情況和散熱條件。
當主偏角Kr等于90°左右時，背向力趨近零，也就是說明我們在加工桿類零件時將車刀的主偏角取90°左右，對減少零件的彎曲度是有利的。
4.2副偏角K’r
副偏角K’r是副切削平面與假定平面間的夾角。
其作用是減少副切削刃與工件已加工表面間的摩擦，但是副偏角也不要取的太大，因為副偏角過大會降低刀具的強度。
4.3刀尖角εγ
刀尖角εγ是主、副切削平面間的夾角。
刀尖角的大小可以用下式計算εγ=180°-(Kr+ K’r)，刀尖角的大小影響刀尖處的強度和散熱面積。
4.4刃傾角λs
刃傾角λs是主切削刃與基面間的夾角。
以基面為基準，當主切削刃在選定點以后的部分位于基面之上時，規(guī)定刃傾角小于0°，當主切削刃位于基面上時，刃傾角等于0°。
4.5前角r0
前角與基面間的夾角為前角r0，以基面為基準，當前面在基面之上時，規(guī)定前角小
于0°，當前面在基面之下時，規(guī)定前角大于0°，當前面和基面重合時，前角等于0°。
增大前角能使刃口鋒利，減少切削變形，減少切削力，并使切削容易排出。
但使前角增大會降低刀頭強度。
4.6后角α0
后角α0是后面與切削平面間的夾角，后角能減少后面與工件之間的摩擦。
后角愈大，切削刃愈鋒利，但影響刀頭強度。
(如圖1)
5保證活塞桿中心孔的同軸度
保證活塞桿兩端中心孔的同軸度是活塞桿加工的關(guān)鍵所在。
因為活塞桿的加工工序較多，而中心孔是各道工序周轉(zhuǎn)中的定位尺寸。
如果活塞桿兩端的中心孔不在同一軸線上，那么在各道工序周轉(zhuǎn)時由于裝夾用力的差異，活塞桿各外圓面就會造成微小的變動，活塞桿的加工質(zhì)量會降低。
6中心架的調(diào)整
為防止活塞桿加工時產(chǎn)生彎曲，都設(shè)置中心架，以克服背向力造成活塞桿彎曲。
需要注意中心架的夾固力的調(diào)整，使三個支承爪受力均勻，支承力大小要合適，過大會使摩擦力增大，過小時將起不到夾固的作用。
支承爪與工件接觸處需要經(jīng)常加油潤滑，以防止拉毛工件及摩擦發(fā)熱。
同時也應(yīng)注意尾座頂尖的頂固力。
粗加工時可適當增大頂固力，以防工件脫落，精加工時頂固力要適當減小，以防頂彎活塞桿。
參考文獻：
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