活塞的数控加工工艺分析

葛旺生 GE Wang-sheng（肇庆市技师学院，肇庆 506020）（Zhaoqing Technician Institute，Zhaoqing 506020，China）摘要：本文通过对活塞数控加工的装夹方案、加工顺序、刀具选择和切削用量等方面的工艺分析，探讨提高其批量生产效率的途径，对同类型的零件加工具有参考意义。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.网 http://www.lw2005.com
关键词 ：数控；活塞；加工工艺Key words： numerical control；piston；processing technic中图分类号：TH162 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）25-0151-03作者简介：葛旺生（1980-），男，广东高州人，模具讲师，工学学士，研究方向为模具与数控技术。0 引言数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。本文就活塞在数控机床中的加工工艺问题进行探讨，该活塞零件属新研发的产品，在论文数据库中未能搜索到相关的加工工艺方法。活塞所用的材料为PA6（尼龙6），其机械减振能力好、加工性能好，但在机械加工中容易发生热变形，从而影响尺寸精度。接到该批量零件加工之前，笔者曾给企业打过样板，两种不同型号（尺寸）的活塞的各一件，难点主要是最后一道工序——钻端面两对称圆柱孔（2×Ф5孔深20），由于孔与螺旋槽位置角度要求为50°、55°，当时利用分度盘装夹，直接在普通立钻上加工，过程中耗费大量的对刀调整时间，效率很低，如果是中小批量生产，该方法在现代化生产大潮中没有竞争。鉴于此，必须探索出可以提高批量化生产效率的工艺方法。1 活塞的数控加工工艺制订1.1 零件图样工艺分析如图1所示，该工件材料是PA6（尼龙6），尼龙6吸湿性强，所以加工时不能使用切削液，可使用风冷。工件由外圆柱面、内圆柱面、圆周槽、螺旋通槽（2个）、端面圆柱孔（2个）等轮廓组成。加工数量为1000件，属中小批量生产，前期先加工1件，送检合格后，安排批量生产。零件的尺寸标注基准（对称轴线、大端面、各孔中心线）较统一，且无封闭尺寸；构成零件轮廓形状的各几何元素条件充分，无相互矛盾之处，有利于编程。该零件的外圆、圆槽、内孔等部位的形状、位置尺寸公差为0.1mm或0.2mm，加工精度易保证；难点主要集中在两对称螺旋槽的加工，尺寸精度为17+0.1，其次是端面两对称圆柱孔（2×Ф5孔深20）与螺旋槽的位置角度50°、55°，必须设计专用夹具装夹零件，才可保证批量生产要求，该专用夹具的设计是整个零件各工序加工中的难点。内外未标注表面粗糙度Ra为1.6μm。1.2 装夹方案的确定该零件的加工需使用三种夹具，四次装夹，其中外形车削部分使用传统三爪卡盘，左右调头，装夹两次。螺旋槽的铣削采用四轴加工中心，使用包容式的气动三爪卡盘（图2）装夹，提高装卸工件的效率，减少夹紧变形。端面两对称圆柱孔（2×Ф5孔深20）的加工采用数控铣床，设计专用夹具装夹（图3）。该角度定位装置，共限制了工件三个不定度，X、Z轴的平移和Z轴的旋转。圆柱销，限制了工件Z轴旋转的不定度，保证了Ф5孔相对于螺旋槽的50°、55°角度位置，圆柱销采用的是可调可换设计，可以根据不同型号尺寸的活塞进行灵活更换和调整高度。燕尾槽插销与端面定位板上的燕尾槽间隙配合，保证了角度定位装置的稳定性。端面定位板是由一个大平面和一个R61的圆弧侧面进行定位的，大平面限制了工件Z轴平移和X、Y轴旋转共三个不定度，R61的圆弧侧面限制了Y方向平移的不定度。通过以上两个定位元件，实现活塞的完全定位。以上两个定位元件可采用硬铝材料，方便制作。夹具体（基础板）的尺寸根据数控铣床工件台加工范围进行设计，争取尽可能大的尺寸，满足夹具一次性装夹几个零件，提高生产率的要求。端面定位板设计成一字排开，螺旋夹紧装置更换成气动夹紧装置，每个零件对应一个角度定位装置，装置的动力由侧向安装的气缸提供。1.3 确定加工顺序和进给路线加工内容包括：车两端面、车外圆柱、切槽、车内孔、铣螺旋槽、端面钻孔。根据以上所述的加工内容，所需的加工方法有：车削、铣削、钻削。加工顺序如下：1.4 刀具的选择和切削用量根据以上所述的加工顺序，所需的加工方法有：车削、铣削、钻削和倒角等。根据不同的加工方法，选择的刀具和切削参数如表1。2 结束语数控机床具有加工精度高、自动化生产、效率高等特点。本文先对活塞零件图进行了分析，接着根据零件加工的内容和难点，选择合适的装夹方案，其中Φ5端面孔的加工是整个零件加工的难点，文中对该工序加工所用的专用夹具进行设计，实现多个零件的完全定位，夹紧元件采用了效率高、稳定性好的气动夹紧装置，有效地保证了加工质量，提高了加工效率。事实证明，单件生产（打样板）和批量生产的工艺方法会有很大不同，在批量化生产中，针对某道工序设计和使用专用夹具，可以保证产品的一致性，大大缩短装卸工件的辅助时间，生产率是单件生产工艺方法的几倍，甚至十几倍。当然，本文并未能解决该零件多次装夹，耗费时间，提高夹具设计的成本等问题。在未来数控加工的领域里，利用多轴加工，减少装夹次数是一个发展方向。网 http://www.lw2005.com
参考文献：[1]韩鸿鸾.数控加工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.[2]钱可强.机械制图[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.[3]刘学强.浅谈活塞数控加工[J].内燃机与动力装置，2012（06）.