新工法在機(jī)械加工中的應(yīng)用

趙振華

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

0 引言

通常零件在進(jìn)入機(jī)械加工前，首先要完成零件圖紙的繪制和加工工藝及流程的編制。在制定零件的加工工藝時(shí)，必須考慮零件的加工精度和表面粗糙度的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。由于獲得同一種精度等級(jí)和表面粗糙度的加工方法有若干種，實(shí)際選擇時(shí)要根據(jù)零件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級(jí)的要求全面考慮。任何一種加工方法可以獲得的加工精度和表面質(zhì)量均有一個(gè)相當(dāng)大的范圍，但只有在規(guī)定范圍內(nèi)的加工才是最經(jīng)濟(jì)的，這種一定范圍內(nèi)的加工精度就是該種加工方法的經(jīng)濟(jì)精度。選擇加工方法時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求選擇與經(jīng)濟(jì)精度相適應(yīng)的加工方法，在經(jīng)濟(jì)精度范圍內(nèi)加工的零件是最經(jīng)濟(jì)的。采用新工法，不僅可以擴(kuò)大機(jī)床的加工范圍，而且可以提高零件的加工質(zhì)量。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際對(duì)用磨具替代磨床、用多件加工取代單件加工兩種新工法的研究和應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 磨具替代磨床

1.1 加工質(zhì)量概況及問題的提出

不同的金屬切削設(shè)備其加工的經(jīng)濟(jì)精度各不相同。表1、表2列出了常見外圓、內(nèi)孔加工的經(jīng)濟(jì)精度，為零件加工方法的選擇提供參考。

普通車床的經(jīng)濟(jì)精度通常為IT 14～I(xiàn)T 8,表面粗糙度一般在 1.6 μm以下，若零件的加工精度要求更高,必須花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間和很大的精力,尤其對(duì)那些20世紀(jì)70年代制造、自身精度已經(jīng)下降的機(jī)床來(lái)說(shuō)，如不采取一定的措施，很難滿足加工精度。圖1所示的螺旋槳軸不僅外形尺寸大,而且加工要求相當(dāng)高,關(guān)鍵部位的加工精度為IT 7以上,表面粗糙度要求達(dá)到0.8 μm。加工螺旋槳軸時(shí)通常采用先車加工后留有余量,再由磨床來(lái)完成最終加工的加工工藝。因?yàn)槟ゴ驳慕?jīng)濟(jì)精度為IT 8～I(xiàn)T 6，表面粗糙度0.8 μm以上，能夠滿足螺旋槳軸的加工精度。在沒有合適的磨床情況下，若使用現(xiàn)有的普通車床C61160這樣的老舊設(shè)備來(lái)完成所有的加工，難度很大?？紤]到工件的加工難度和設(shè)備因素，在加工過(guò)程中安排經(jīng)驗(yàn)豐富的師傅操作，采用嚴(yán)格的加工工藝，經(jīng)過(guò)粗車、時(shí)效、半精車、再時(shí)效、第二次半精車、精車、砂帶磨削，道道工序嚴(yán)格把關(guān)，用科學(xué)的操作和合理的裝夾、校調(diào)、檢測(cè)等保障措施來(lái)嚴(yán)格控制尺寸精度，用精車后砂帶磨反復(fù)磨削的方法來(lái)提高表面質(zhì)量，最后在交驗(yàn)過(guò)程中也只能勉強(qiáng)通過(guò)。但如果嚴(yán)格按圖紙要求檢驗(yàn)的話，加工的產(chǎn)品在某些技術(shù)指標(biāo)上還有欠缺。如表面粗糙度這一指標(biāo)就很難達(dá)標(biāo)，因?yàn)橛蒙皫ツハ鞯谋砻娲植诙葹?.6 μm，很難達(dá)到0.8 μm。原因在于砂帶磨在磨削過(guò)程中磨料易脫落、砂帶易磨損,導(dǎo)致磨削效果變差。頻繁更換砂帶會(huì)造成生產(chǎn)效率降低和材料損耗增加，同時(shí)在磨削過(guò)程中金屬粉末還容易嵌入砂帶劃傷工件,因而造成表面質(zhì)量下降。

1.2 提高表面質(zhì)量的措施

要提高工件表面加工質(zhì)量就必須解決上述問題，為此，研究制作了千葉輪磨具和海綿砂輪拋光機(jī)，并且使用了海綿砂輪新材料，用磨具替代磨床，解決了上述加工過(guò)程中的質(zhì)量問題，使工件的表面粗糙度由原來(lái)的Ra 1.6 μm左右提高到Ra 0.8～Ra 0.4 μm，提高了2個(gè)精度等級(jí)。

表1 外圓加工經(jīng)濟(jì)精度

表2 孔加工經(jīng)濟(jì)精度

圖1 螺旋槳軸圖(單位：mm)

1.2.1千葉輪磨具

千葉輪磨具的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，它主要由1只功率為0.75 kW、轉(zhuǎn)速為2 830 r/min的電機(jī)，1只直徑為250 mm、粒度為220目的千葉輪和1個(gè)便于車床裝夾的電機(jī)底座經(jīng)簡(jiǎn)單組裝而成,其組裝圖如圖2所示。使用時(shí)只要在工件精車結(jié)束尚留 0.15 mm左右的加工余量時(shí)拆去車刀換上千葉輪磨具，再以15 r/min的工件轉(zhuǎn)速、每轉(zhuǎn)1～2 mm 左右的走刀量進(jìn)行磨削，進(jìn)給量以看見少量火花為佳。它的主要特點(diǎn)是磨削力大、效率高,對(duì)所需磨削的加工表面一般只要兩個(gè)來(lái)回便可磨去大量余量，表面粗糙度達(dá)到Ra 1.6 μm，為拋光做好前期準(zhǔn)備。

圖2 千葉輪磨具圖

1.2.2海綿砂輪拋光機(jī)

海綿砂輪拋光機(jī)的結(jié)構(gòu)與千葉輪磨具相似,區(qū)別在于它們使用的砂輪不同。該拋光機(jī)使用的是海綿砂輪,其特點(diǎn)為：材質(zhì)較軟;磨削時(shí)振動(dòng)少；不發(fā)熱；無(wú)火花；無(wú)燒傷；適合干磨；嵌藏性好。使用時(shí)，只要在粗磨結(jié)束尚留0.02 mm左右拋光余量時(shí),換上海綿砂輪,以相同的轉(zhuǎn)速和走刀速度進(jìn)行拋光。一般也只要一兩個(gè)來(lái)回便可滿足表面粗糙度0.8～0.4 μm加工要求。

這種加工方法不僅適用于造船生產(chǎn)中大型軸類零部件的加工,而且在修船生產(chǎn)中也得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

2 多件加工取代單件加工

2.1 提高生產(chǎn)效率的措施

新工法的應(yīng)用有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。生產(chǎn)效率是指單位勞動(dòng)時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)合格產(chǎn)品的數(shù)量。提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的途徑體現(xiàn)在兩方面：一是縮減基本時(shí)間，二是縮減輔助時(shí)間。縮減基本時(shí)間可通過(guò)采用高生產(chǎn)率的機(jī)床和工藝裝備、提高切削用量、減小切削行程長(zhǎng)度、合并工藝、多件加工等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)?？s減輔助時(shí)間可通過(guò)采用直接縮短輔助時(shí)間、間接縮短輔助時(shí)間、縮減工作地服務(wù)時(shí)間、縮減準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂飘a(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)用時(shí)是提高生產(chǎn)效率的有效途徑，而使用新工藝、新工法是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)最直接的措施。

在建船舶中，每艘船上都有200多只欄桿連接件需要加工，其外形尺寸為Φ20 mm×110 mm，其外形圖如圖3 所示。該零件的主要加工內(nèi)容是：加工外圓和長(zhǎng)度，再在任意一端加工出一長(zhǎng)30 mm、深10 mm的臺(tái)階平面，最后在臺(tái)階平面的中央加工出一個(gè)Φ20 mm的通孔，此工件的關(guān)鍵工序是臺(tái)階平面的加工。按傳統(tǒng)的加工方法通常選用X62W銑床，采用臺(tái)虎鉗單個(gè)裝夾定位，調(diào)整好銑刀位置，選擇合適的切削用量和切削速度一個(gè)一個(gè)進(jìn)行單件銑削。這種加工方法在零件批量大和加工周期短的情況下，尤顯其效率的低劣。因?yàn)轭l繁更換工件時(shí)的重復(fù)定位、裝夾，調(diào)整要耗費(fèi)掉大量的輔助時(shí)間，而且因頻繁裝夾而付出的勞動(dòng)強(qiáng)度也相對(duì)較大。針對(duì)這方面的問題，進(jìn)行了新工法的研究。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和機(jī)床的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作了銑床專用工裝，實(shí)現(xiàn)了從單件加工到多件加工的跨越，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，而且還減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖3 欄桿鏈接件圖

2.2 多件加工工裝

圖4為研制的多件加工工裝，其結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)是：工裝由夾具體和夾緊塊兩部分組成。為了裝夾方便，夾具體設(shè)計(jì)成箱式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔根據(jù)銑床工作臺(tái)橫向行程和臺(tái)虎鉗的最大開口設(shè)計(jì)成能安裝5只工件的空間(如果機(jī)床行程允許,虎鉗開口夠大，可設(shè)計(jì)得更大些，效率會(huì)更高)，配合間隙為0.1～0.12 mm。多件工裝一端開口用于安裝工件，另一端半封閉便于工件定位和排屑，側(cè)面開有鎖緊孔，用于安裝夾緊塊夾緊工件。如果零件尺寸縮小則可以通過(guò)添加調(diào)整墊片來(lái)改變型腔大小，可以達(dá)到同樣的效果。本工裝最大特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝夾快捷、牢固、省力，且制作方便，成本低廉，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。使用時(shí)先將裝好夾緊塊的夾具體置于銑床工作臺(tái)的鉗口上，并進(jìn)行初步定位，再將5只已加工好外圓和長(zhǎng)度的工件裝于夾具體內(nèi)，夾緊虎鉗，工件則通過(guò)相互擠壓而牢固定位在夾具體內(nèi)(符合六點(diǎn)定位原則，而且定位誤差符合工件的加工精度)，以工件外形對(duì)刀，吃深10 mm便可進(jìn)行正常的銑削加工，一次成形5只零件。一組加工結(jié)束后松開虎鉗無(wú)需取下夾具，直接更換工件便可重復(fù)上述加工過(guò)程。

圖4 多件加工工裝圖

3 結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率是企業(yè)的命脈，掌握和控制好這兩個(gè)要素對(duì)企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。善于開發(fā)和應(yīng)用新工藝新工法是企業(yè)的制勝法寶，它不僅可以提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量,而且還可以擴(kuò)大機(jī)床的加工范圍,縮短生產(chǎn)周期，大大提高生產(chǎn)效率，直接或間接地提高經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是能解決生產(chǎn)中實(shí)際問題，使產(chǎn)品更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。