1、不 规 则 零 件 的 加 工 工 艺在机械加工过程中,批量加工时必须使用工装设备才能提高生产率,使产品质量稳定。对于简单轴类、盘类、套筒类零件,使用通用夹具就能满足要求;但复杂或者不规则零件的加工,需要设计专用夹具以提高加工效率,保证加工过程的顺利进行。因此机床夹具设计是机械制造系统的重要组成部分。作者通过实例研究不规则工件的工艺过程,并设计专用夹具。1 不规则工件零件图图 1 二维零件图文中不规则工件为曲柄板零件,其二维零件图如图 1 所示,三维图如图 2所示。该工件材料为 45 号钢铸件,属于异形零件,在加工时存在一定的难度,因此一定要设计合适的夹具方能确保所有工序的完成。图 2三维零件
2、图该零件主要由圆柱面、端面、孔系等组成。由图 1 得知,该零件尺寸公差主要有:30H8 的通孔;偏心外圆柱29h6, 偏心距为 30003,长 24003;8 的圆孔深度为 59005。粗糙度公差分别为:30H8 的内孔粗糙度 08m;5-10 和 5-5 粗糙度均为 125m,在 180范围内均布;103 和44 圆柱断面粗糙度均为 63m。在整个加工过程中要充分考虑其技术要求以保证偏心孔的位置、小孔之间的角度关系以及表面质量要求等。在机械加工过程中，批量加工时必须使用工装设备才能提高生产率，使产品质量稳定。对于简单轴类、盘类、套筒类零件，使用通用夹具就能满足要求；但复杂或者不规则零件的加工
3、，需要设计专用夹具以提高加工效率，保证加工过程的顺利进行。因此机床夹具设计是机械制造系统的重要组成部分。（1） 锻造制坯：热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大量推广。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小而且生产效率高。（2）正火：这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准备，以有效地减少热处理变形。公司所用齿轮钢的材料通常为 20CrMnTi，一般的正火由于受人员、设备和环境的影响比较大，使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制，造成硬度散差大，金相组织不均匀，直接影响机加工和最终热处理
4、；使得热变形大而无规律，零件质量无法控制。为此，采用等温正火工艺。实践证明，采用这种等温正火有效地改变了一般正火的弊端，产品质量稳定可靠。（3）车加工：为了满足高精度齿轮加工的定位要求，齿坯的加工全部采用数控车床，使用机械夹固不重磨车刀，实现了在一次装夹下孔径、端面及外径加工同步完成，既保证了内孔与端面的垂直度要求，又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。从而提高了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量，经济性好。（4）滚/插齿：加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机，虽然调整维护方便，但生产效率较低，若完成较大产能需要多机同时生产。随着涂层技术的
5、发展，滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀可方便地进行，经过涂镀的刀具能够明显地提高耐用度，一般能提高 90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显著。目前，这项技术已在公司推广。（5）剃齿：径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现的优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。公司自 1995 年技术改造购进意大利公司专用径向剃齿机以来，在这项技术上已经应用成熟，加工质量稳定可靠。（6）热处理：汽车齿轮要求渗碳淬火，以保证其设计要求的良好机械性能。对于热后不再进行磨齿加工的产品，稳定可靠的热处理设备是必不可缺的。公司引进的是德国劳易公司的连续渗碳淬火生产线，获得了满意的热处理效果。（7）
6、磨加工：主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分的精加工，以提高尺寸精度和形位精度。齿轮加工采用节圆夹具定位夹紧，能有效保证齿部与安装基准的加工精度，获得满意的产品质量。（8）修整：这是变速驱动桥齿轮装配前对齿部进行磕碰毛刺的检查清理，以消除它们在装配后引起的噪声异响。通过单对啮合听声音或在综合检查仪上观察啮合偏差来完成。制造公司生产的变速器中壳体零件有离合器壳、变速器壳和差速器壳。离合器壳、变速器壳是承重零件，一般采用压铸铝合金经专用模具压铸而成，外形不规则较复杂，一般工艺流程是铣结合面加工工艺孔和连接孔粗镗轴承孔精镗轴承孔和定位销孔清洗泄漏试验检测。当前使用两条由组合机床、专机组
7、成的刚性生产线和两条以加工中心为主组成的柔性生产线。这 4 条生产线年生产能力达到 22 万件。其中两条刚性生产线产能达到 12 万件，但只能加工两种壳体。差速器壳是运动零件，所用材料一般为球墨铸铁，外形似球，内外表面都需要机加工。一般工艺流程是半精加工一端精加工另一端精加工一端加工工艺孔及连接孔加工内球面清洗检验。零件排样问题在很多领域均有应用,其中主要应用在工业比如：冲裁件加工、造船、服装、皮革切割等。排样效率的微小提升可为这些行业带来巨大的经济效益。另外排样算法属于一类组合优化问题,具有极高的计算复杂度,国内外学者对此进行了几十年持续不断的研究。二维不规则零件排样问题一般来讲是个NP 完
8、全问题,本文在前人各方面研究的基础上做了如下几个方面的工作。(1)主要研究了各种不规则零件包含空洞的、有弧形外廓等预处理方法；介绍了二维不规则零件在排样空间中的矢量格式表示及多边形分离判据法和逐步移动判定法。多边形分离判据法就是将多边形之间的相对关系简化成为点与多边形的包含关系以及直线段间的相交关系。而逐步移动判定法,其核心为：如果零件分离,则靠进;如果零件重叠,则远离;直到靠接的误差满足精度要求。(2)介绍了改进了基于重心原理的不规则零件排样算法,该算法诠释了了零件排样问题的物理意义：各个零件在运动过程中总是试图通过移动和旋转运动来尽量降低零件的重心高度。然后为了寻求最优排样解降低零件的重心
9、,需要在母材上均匀布置一些点,让零件在每个可行点间隔一定的角度进行旋转。由于该种算法是一种定序列排样算法,可以结合前人的几种算法包括遗传算法和进化算法与基于重心原理算法相结合的混合算法可行性,介绍了旋转角数目以及排样点间距的数值分析,结果显示排样效率及时间与这两者有显著的联系,基于重心原理的不规则零件排样算法是可靠的,可以处理大多数二维不规则形状零件。(3)通过分析基于重心原理的不规则零件排样算法原理,开发了二维不规则零件优化排样系统。1.2 加工方法分析 当铸件只需要加工一个孔，且对该孔的偏心要求不严格时，可以采用划线找正的方法。然而，针对多孔铸件，且对偏心要求严格、铸件的外形呈现不规则变化
10、时，划线找正的方法所耗费的工时较长，精准程度易发生偏差，因此效率很低。虽然采用数控编程的方法能够精准的完成这类零件的加工，但是需要加工较大数量的不规则零件时，继续采用数控编程的方式会耗费大量的人力、物力和工时，对加工设备的损耗程度较高，无法获得可观的利润。 研究大规模的加工不规则零件的方法，需要操作者掌握丰富的实际操作经验，深刻的了解、认识和熟悉各类不容外观、精度要求不一的零件。在现有的普通机床的基础上，通过使用一种新的夹具，并按照如下步骤，能够实现不规则零件的大规模高效加工。 首先要使用 CA6140 型号车床先从整体上简单的加工零件的表面和各个孔。这个过程不需要精益求精，只需要打磨出基本的轮廓即可。 其次使用 M2120 型号车床细致打磨已经粗略加工好的各个孔。使用 M2120 型号车床时，一方面需要操作者依赖自身经验和操作熟练程度，精心加工；另一方面还需要使用同一种夹具，以确保每个孔的位置金准无比。 通过以上两个步骤加工出的零件既能保证质量，加工的成本低，时间短。 2 夹具结构原理分析 夹具体是夹具的最重要的元件，通过在夹具上安放各种元件和装置，是零件的各个孔和机床精准匹配。夹具体在安装前，必须考虑到其在装卸过程中的简便性。
