截止閥焊圈排布板加工工藝的改進(jìn)

□ 梁國(guó)柱 □ 舒 勇 □ 陽(yáng)衛(wèi)星

新昌技師學(xué)院 機(jī)電系 浙江新昌 312500

1 研究背景

截止閥自動(dòng)焊接設(shè)備專用于截止閥的自動(dòng)化焊接工作，主要由機(jī)架、工作臺(tái)、截止閥焊圈排布板和焊接機(jī)構(gòu)組成。工作臺(tái)安裝于機(jī)架上，截止閥焊圈排布板由定位銷固定安裝于工作臺(tái)上，焊接機(jī)構(gòu)安裝于截止閥焊圈排布板的正上方。工作時(shí)，工件插裝于截止閥焊圈排布板上低速旋轉(zhuǎn)，焊接機(jī)構(gòu)通過(guò)設(shè)定的程序?qū)Σ逖b于截止閥焊圈排布板上的工件進(jìn)行自動(dòng)焊接。為確保加工質(zhì)量，在加工中對(duì)焊接機(jī)構(gòu)與截止閥焊圈排布板的相對(duì)位置精度要求和工件旋轉(zhuǎn)同軸度的要求相對(duì)較高，同時(shí)使截止閥焊圈排布板的加工精度要求大大提高。

現(xiàn)有截止閥焊圈排布板的加工工藝雖然能滿足產(chǎn)品的精度要求，但是存在生產(chǎn)效率低、穩(wěn)定性差、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，一直困擾企業(yè)的發(fā)展，因此急需一種高效優(yōu)質(zhì)的新生產(chǎn)工藝，以滿足批量生產(chǎn)截止閥焊圈排布板的加工需求。

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，研制了一種在加工中心上應(yīng)用的專用夾具，用于裝夾圖1所示的截止閥焊圈排布板。通過(guò)設(shè)計(jì)高效鉆孔刀具，以及批量生產(chǎn)高精度截止閥焊圈排布板的新型加工工藝，為解決板類零件上高精度多孔加工問(wèn)題提供參考。

▲圖1 截止閥焊圈排布板

2 現(xiàn)有加工工藝分析

截止閥焊圈排布板的毛坯為鋁板型材，經(jīng)鉆孔、粗銑、精鏜孔、陽(yáng)極氧化等幾道工序后形成成品。板上的最大加工區(qū)域?yàn)闄M豎等距排列的99個(gè)閥體安裝孔。如圖2所示，這種閥體安裝孔為圓柱形臺(tái)階孔結(jié)構(gòu)，大端直徑為16.1 mm，小端直徑為6 mm，其中φ16.1 mm、深10 mm的內(nèi)孔尺寸精度和表面質(zhì)量要求較高，且兩閥體安裝孔之間的左右和前后間距較小，使大端孔壁較薄，加工時(shí)容易變形，加工難度大。因此，如何高效、高精度地完成閥體安裝孔加工，已成為保證截止閥焊圈排布板質(zhì)量的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行實(shí)際調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有加工工藝主要存在幾個(gè)問(wèn)題。

（1）在鉆孔和精銑鏜閥體安裝孔過(guò)程中，產(chǎn)生的鋁屑非常多，且由于孔徑較小，使排屑和冷卻不暢，容易堵住加工孔，導(dǎo)致后續(xù)工序鏜孔時(shí)孔徑和孔壁表面粗糙度穩(wěn)定性較差，刀具壽命短。為解決上述問(wèn)題，采用分散加工工藝，先用鉆床鉆削底孔，然后在加工中心上粗銑、精鏜孔。但這種分散加工工藝加工效率低，生產(chǎn)成本高［1］。

（2）由于采用分散加工工藝，導(dǎo)致裝夾定位誤差大，特別是在加工中心加工過(guò)程中，由于截止閥焊圈排布板面積較大，只采用四角四點(diǎn)壓裝，且截止閥焊圈排布板上閥體安裝孔圓度偏差大，尺寸穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致需要經(jīng)常檢測(cè)，且需修改程序進(jìn)行補(bǔ)刀加工，加工效率低［2］。

（3）在加工中心上加工時(shí)，截止閥焊圈排布板直接由壓板壓裝于工作臺(tái)上，底面與工作臺(tái)緊密接觸，導(dǎo)致閥體安裝孔排屑不暢，鋁屑堵塞在安裝孔內(nèi)，使清理鋁屑時(shí)非常不便，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且吹出的鋁屑容易給操作者造成眼部傷害。

▲圖2 截止閥焊圈排布板閥體安裝孔

3 加工工藝改進(jìn)

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者通過(guò)分析研究，對(duì)現(xiàn)有的截止閥焊圈排布板加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)。

（1）對(duì)原有的分散加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，集中采用在加工中心上一次裝夾，完成所有加工工序，以減小裝夾誤差，降低企業(yè)生產(chǎn)成本［3-4］。

（2）設(shè)計(jì)新型工裝夾具，將傳統(tǒng)的四角四點(diǎn)壓裝優(yōu)化設(shè)計(jì)為區(qū)域化分塊壓緊。為便于截止閥焊圈排布板上的閥體安裝孔排屑，進(jìn)行分塊壓緊，分塊加工，減小加工變形和尺寸誤差，提高閥體安裝孔尺寸的一致性［5］。此外，為確保加工時(shí)產(chǎn)生的鋁屑順利排出，提高排屑效果，減少孔內(nèi)鋁屑堵住的現(xiàn)象，對(duì)夾具內(nèi)部進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使孔內(nèi)暢通，并且盡量保持清潔，確保后續(xù)鏜孔時(shí)孔徑的尺寸精度和孔壁表面粗糙度要求，提升刀具壽命和產(chǎn)品合格率。

（3）改進(jìn)設(shè)計(jì)臺(tái)階式單刃鉆孔刀具，減少刀具數(shù)量，縮短換刀時(shí)間，提升加工效率。

（4）優(yōu)化設(shè)計(jì)φ9.7 mm中間孔加工工藝，采用定尺寸鎢鋼鉸刀鉸削加工替代鏜孔加工，在保證加工精度的同時(shí)縮短加工時(shí)間。

改進(jìn)后的生產(chǎn)加工工藝在車間小批量生產(chǎn)實(shí)踐后，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的生產(chǎn)加工工藝使生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率有明顯提高，尤其是φ16.1 mm閥體安裝孔尺寸穩(wěn)定性較好，尺寸精度和表面粗糙度都達(dá)到了圖紙要求。

4 專用夾具研發(fā)

為了徹底解決傳統(tǒng)工藝中存在的排屑不暢導(dǎo)致后續(xù)加工刀具損耗大、鏜孔孔徑尺寸穩(wěn)定性和表面粗糙度差等一系列問(wèn)題，筆者經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究，設(shè)計(jì)了一套自吸式截止閥焊圈排布板專用夾具［6］。

這一專用夾具主要包括夾具體、鎖緊機(jī)構(gòu)、進(jìn)氣機(jī)構(gòu)和排屑裝置。夾具體由45號(hào)鋼經(jīng)過(guò)銑削加工、熱處理、平面磨削而成，夾具體的上表面排列設(shè)置有排屑孔、導(dǎo)柱孔和16個(gè)壓裝鎖緊螺紋孔，排屑孔截面成漏斗形。夾具體的下表面開(kāi)設(shè)有一個(gè)排屑空腔，排屑孔的下端與空腔相連，形成排屑通道。夾具體的前側(cè)設(shè)置有一排進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔與空腔相互貫通。各進(jìn)氣孔通過(guò)管道與進(jìn)氣機(jī)構(gòu)相連接，由進(jìn)氣機(jī)構(gòu)控制空腔內(nèi)的氣流大小。夾具體的后側(cè)設(shè)置安裝了一個(gè)排屑裝置，排屑裝置與空腔相互貫通連接。夾具體上表面的左右兩側(cè)各設(shè)置有一組鎖緊機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)安裝時(shí)的快速鎖緊［7］。

使用時(shí)，夾具體通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)快速固定在加工中心的工作臺(tái)上，截止閥焊圈排布板放置于夾具體上，通過(guò)螺釘與16個(gè)壓裝鎖緊螺紋孔連接，將截止閥焊圈排布板壓裝在夾具體上，使加工區(qū)域區(qū)塊化，并通過(guò)螺釘定位實(shí)現(xiàn)快速定位裝夾。截止閥焊圈排布板加工時(shí)，同時(shí)打開(kāi)進(jìn)氣機(jī)構(gòu)和排屑裝置，使高壓氣體由進(jìn)氣機(jī)構(gòu)進(jìn)入夾具體空腔內(nèi)，形成氣流，將鉆孔所產(chǎn)生的鋁屑快速帶走，而后由排屑裝置將被氣流帶出的鋁屑快速收集，使夾具體空腔內(nèi)形成負(fù)壓狀態(tài)，確保鉆孔所產(chǎn)生的鋁屑能夠快速下落，防止鋁屑堵塞孔。

5 鉆孔刀具設(shè)計(jì)

為了滿足新加工工藝的加工要求，縮短輔助時(shí)間，減少刀具數(shù)量，提升加工效率，保證截止閥焊圈排布板加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，需要設(shè)計(jì)一款新型鉆孔刀具［8］。

截止閥焊圈排布板閥體安裝孔為圓柱形臺(tái)階孔結(jié)構(gòu)，孔徑變化較多。在傳統(tǒng)加工中，需要采用φ6 mm麻花鉆、φ9.5 mm麻花鉆、φ9.7 mm鉸刀、φ8 mm立銑刀、φ12 mm粗精鏜刀等多把刀具，換刀輔助時(shí)間較長(zhǎng)，并且在鉆孔過(guò)程中由于孔徑較小、孔較深，經(jīng)常出現(xiàn)鉆頭折斷現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，如何高效、高精度地完成閥體安裝孔的加工，減少刀具的數(shù)量，成為保證截止閥焊圈排布板加工質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。

為此，筆者設(shè)計(jì)了一款臺(tái)階式單刃鉆孔刀具［9］，刀具體由三個(gè)臺(tái)階組成，刀具整體結(jié)構(gòu)剛性較好。刀體的前段直徑為6 mm，中間段直徑為9.5 mm，后段直徑為15.9 mm。每個(gè)臺(tái)階上焊接有一片切削刀具，并在刀體上設(shè)置有一條螺旋槽，方便鋁屑排出。在刀體的中心開(kāi)設(shè)有三條刀具冷卻通道，對(duì)應(yīng)用于每個(gè)臺(tái)階上的刀片冷卻，在冷卻刀具的同時(shí)使鋁屑不易堆積［10］。

在臺(tái)階式單刃鉆孔刀具試生產(chǎn)中進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)新鉆孔刀具加工效率高，可實(shí)現(xiàn)三個(gè)臺(tái)階孔同時(shí)進(jìn)行鉆孔加工，節(jié)約了換刀時(shí)間，而且螺旋角度設(shè)計(jì)合理，排屑通暢，刀體冷卻效果和加工精度穩(wěn)定性好。數(shù)據(jù)顯示，截止閥焊圈排布板加工精度100%符合圖紙要求。

6 總結(jié)

筆者通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐研究，介紹了改進(jìn)后的截止閥焊圈排布板加工工藝。改進(jìn)后的加工工藝不僅能夠有效保證截止閥焊圈排布板的加工質(zhì)量，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高加工效率，而且可以防止因多道工序流轉(zhuǎn)引發(fā)的質(zhì)量問(wèn)題，為截止閥焊圈排布板的全面自動(dòng)化生產(chǎn)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

經(jīng)檢驗(yàn)，由改進(jìn)后新工藝生產(chǎn)的截止閥焊圈排布板，其尺寸精度、位置精度、孔表面粗糙度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足圖紙的設(shè)計(jì)要求，而且裝夾方便快捷，裝夾輔助時(shí)間較原工藝縮短了60%，加工效率大幅提高，產(chǎn)量由原來(lái)的每班8塊提高到每班14塊，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)踐證明，筆者設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的專用夾具和鉆孔刀具新穎實(shí)用，同時(shí)可用于其它板類零件上高精度多孔的生產(chǎn)加工，具有一定的參考價(jià)值。