大批量生产薄壁类螺纹零件的加工分析

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摘要：薄壁零件的加工方法有很多种，但加工的质量、刀具消耗、设备成本、加工效率有较大的区别。本文论述批量生产薄壁类螺纹零件在数控车床上的加工，包括夹具设计，如何提高效率，薄壁类螺纹加工工艺的工艺方法，从而在现有设备的功能条件下如何满足加工的要求。

关键词：提高效率；夹具设计；加工工艺的准备

中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）10-018-02

在车间加工一产品如毛胚图1，零件图2所示，在薄壁零件处需加工M24X2-6h的螺纹，材料45号钢，形式为直径40X38mm。需加工5000件，批量加工。

毛胚图1（5000件）

材料为45＃钢棒料加工毛胚直径为40X38mm

图2 零件

一、加工效率对比分析

（1）手动钻孔和工序集中加工的分析：

车间一开始接到加工任务的加工方案：在数控车床上手动钻通孔――粗精车直径20通孔――粗精车直径38的外圆――调头利用专用夹具装夹加工螺纹外圆尺寸M24X2――加工螺纹――拆卸工件、完成加工。在一台车床上批量加工时，手动钻孔时，费时费力，增加劳动强度。工序集中时，在加工过程中基准刀出现崩刀或磨损，更换刀具重新对刀的时间长。需要反复上专用夹具和对刀，效率低，单件工时和单价过高，加工不经济。经过一段时间我发现，车间的数车比较空闲，我仔细研究寻求以机动钻孔代替手动钻孔和分工序加工，最大限度的扩展机床的使用范围和提高生产效率。最后我设计制作了在车床刀架上用专用夹具图3所示装夹钻头进行机动钻孔和分工序加工的工艺流程如下面所示。

图3钻头夹具

（2）机动钻孔和分工序加工的分析：

调整后的加工方案：①先在一台数控车床上利用专用夹具装夹钻头进行机动钻孔――粗精车直径20的通孔――粗精车直径38的外圆――拆卸工件、完成加工。单个工序时只设计钻孔、镗孔和外圆加工的程序，程序简单，加工过程也简单，减少对刀的次数和时间，用机动钻孔代替手动钻孔，较大地降低了劳动强度，减少了装夹和换刀的次数和时间，真正实现批量加工。最大限度地扩展车床的使用范围和提高了生产效率。②在另一台数车上加工薄壁螺纹，利用专用夹具图4所示装夹工件――粗精车螺纹外圆尺寸――螺纹加工――拆卸工件，完成加工。单个工序加工时，程序设计简单，装夹和加工方便，对刀次数和时间减少，劳动强度降低，提高生产效率。

通过加工方案1和加工方案2的对比分析，加工效率是体现该夹具的设计（机动钻孔代替手动钻孔）和分工序加工的优点。方案1只能实现一次一件的加工，装夹时间长，劳动强度高，对刀次数和时间长，加工效率低，不经济，操作不当时还会影响工件的质量。方案2才用机动钻孔和分工序加工，装夹时间短，劳动强度低，对刀次数和时间少，同时还扩展了机床的使用范围，提高了生产效率，通过上述的对比和分析可知，在数车用机动钻孔和分工序加工，进行批量生产的效率高。

二、夹具的设计原理

夹具的设计原理就是通过夹具在刀架上安装麻花钻，用机动钻孔代替手动钻孔，最大限度的降低工人的劳动强度和提高生产效率，因此只需加工出麻花钻的夹具配合件即可。

三、夹具制作工艺

1、根据麻花钻的锥柄为莫氏锥柄2号，查表可得，各尺寸的如下表所示，制作麻花钻夹具。

莫氏圆锥的尺寸（内圆锥）

莫氏圆锥号（2号）

小端直径 大端直径 锥长

14.9 17.78 67

2、麻花钻夹具的加工工艺（夹具加工精度的保证）

（1）在数车上车麻花钻夹具图3所示，材料为45号钢，毛胚直径为45X150mm，工件伸出长度110mm。①平端面，用钻头直径是14mm钻孔，长度为80mm，――②镗锥孔，最大端直径为17.78mm，最小端直径为14.9mm，锥长为67mm――③车外圆尺寸直径为36mm――④切断，控制总长90mm――⑤拆卸工件，完成加工。在一次装夹加工过程中，可保证麻花钻与夹具体的同轴度。

（2）在数控铣床上铣平面，为了保证夹具体在刀架上安装过程中，不出现高低不平的现象，对其平面有平面度的要求，因此工件在装夹铣削过程中，要用百分表校正平面的平面度误差要小于0.01mm，分别进行3个平面的铣削，深度为4mm，保证了麻花钻夹具体安装时的同轴度。

（3）钻孔，在数控铣床上钻孔，孔径为5mm，用丝锥M6攻螺纹，保证麻花钻夹具体的定位，防止出现打滑现象。

四、加工工艺的准备

根据以上分析，该零件的加工采取分工序加工的方法，工序1是：机动钻孔与镗孔和外圆直径38的切削加工，工序2是：外圆M24X2和螺纹的切削加工。

1、刀具几何角度的合理选择：

①前角：在薄壁零件中，在保证车刀有足够强度前提下应尽量使刀具的前角增大，前角应取ro=30°

②主偏角：较大主偏角，有利于防止工件弯曲变形和振动，提高刀具寿命、便于断屑，主偏角选用Kr=85°~90°

③刃倾角：刃倾角影响车削过程中切屑的流向，在车削薄壁零件时，应采用刃倾角在+3°～+10°之间，以便切屑流向待加工表面。

根据以上分析，加工时为保证生产效率和加工质量，选用标准刀具为主：

(1)内镗孔刀采用机夹刀，缩短换刀时间，无需刃磨刀具，具有较好的刚性，能减少振动变形和防止产生振纹；

(2)外圆粗、精车均选用90°外圆机夹刀；

(3)螺纹刀选用机夹刀，标准刀尖角度，以便磨损时易于更换。

2、选用合理的切削用量

为减小因切削力产生的零件变形而造成零件报废，加工此薄壁零件时切削用量选择为：

(1)内孔粗车时，主轴转速为500～600r/min，进给速度F60～F80，背吃刀量1～2mm，留精车余量0.2～0.3mm；

(2)内孔精车时，主轴转速为1100～1200 r/min，为取得较好的表面粗糙度选用较低的进给速度F100～F120，采用一次走刀加工完成；

(3)外圆粗车时，主轴转速为500～600 r/min，进给速度F60～F80，背吃刀量2～3mm，留精车余量0.3～0.5mm；

(4)外圆精车时，主轴转速为1100～1200 r/min，进给速度F80～F100，采用一次走刀加工完成。

3、工件的装夹方式

由于工件壁薄，刚性较差，如果采用常规方法装夹，在夹紧力的作用下容易产生直径变形，在加工过程中将会受到切削力和热变形的影响出现弯曲变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度，很难达到技术要求。为解决此问题，我们设计出了一套适合上面零件的加工的专用夹具，如图4所示.

图4工件专用夹具

4、麻花钻的安装方式

（1）钻头装入夹具体的定位保证：根据麻花钻夹具图3所示，在夹具体安装麻花钻用机动钻孔代替手动钻孔时，在一次装夹加工夹具体锥孔的情况下，夹具体的圆锥孔具有定心和周向固定的作用，可保证夹具体与麻花钻的同轴度。在一次装夹车锥孔和用百分表校正平面铣削平面，保证了同轴度和平面度的形位公差，其作用是保证麻花钻夹具体在安装过程中不出现高低不平的现象，并保证钻头夹具体与工件的同轴度。使用螺钉压紧麻花钻是为了保证其与夹具体的定位，防止麻花钻在钻孔过程中出现打滑现象。

（2）保证钻头装入夹具体的刚性：钻头装入夹具体过程中，因为钻头本身过长的原因，在钻孔过程中，会出现晃动，刚性差，容易折断。因此钻头的工作长度不宜过长，使用线切割，切割麻花钻保证其工作长度为50mm，增强钻头的刚性，使其切削顺利。

（3）麻花钻装夹时要对准工件旋转中心：在车床安装麻花钻时，要使麻花钻的轴心线和工件的旋转中心平行，不能把麻花钻装斜，否则麻花钻容易折断和可能扩大钻孔直径。因此麻花钻装夹时要对准工件的旋转中心。数车的刀架在转位时不能确保其本身不出现歪斜现象和安装夹具体过程中不能确保麻花钻安装的很直很正对中心，这时会出现麻花钻的轴心线与工件的旋转中心不正的现象，利用百分表校正夹具体的平面，使其平面度小于0.01mm，保证麻花钻装夹时对准工件旋转中心。

（4）麻花钻装夹时要对准中心高：通过设计加工得到夹具体的高度为14mm，车床安装车刀时的高度为22mm，也就说要垫高8mm的垫片，为了保证麻花钻的夹具体的安装的精度，垫片要有一定的精度，其平面的平面度误差不小于0.02mm，我就使用二把刀宽是4mm的高速钢切断刀作为专用的垫片，因为其平面度误差小，能满足麻花钻夹具体安装时的要求。

5、麻花钻的对刀方式

X轴方向的对刀：利用麻花钻夹具的外边缘的面，轻碰工件的圆柱面，X轴方向的值就是工件的直径值加上夹具的半径值，即是X轴对刀的值。

Z轴方向的对刀：利用麻花钻的中心点的尖点，轻碰工件的端面，在对刀的方式下输入Z0，即可。

通过实际加工生产，以上措施很好地解决了批量加工的效率问题，减少了装夹和对刀的时间，减轻了操作者的劳动强度，提高效率并保证加工后零件的质量，经济效益十分明显。本文所介绍的，只是针对某一具体的工件所采取的加工策略，虽然不具备普遍性，但还是希望能起到抛砖引玉的作用。本人因写作时间仓促，理论水平有限，文中难免会有错漏及不足之处，在此，我诚恳地希望专家和教授及同行们批评指出。

本论文在撰写过程中，得到了广东省国防技师学院的老师们和广州市技师学院的老师们、特别是唐红权老师的具体指导并对本文提出宝贵意见，在此表示衷心的感谢！

参考文献：

[1] 《数控车床编程与操作》.宋小春,张木青.主编,广东经济出版社.

[2] 《车工工艺与技能训练》.唐云岐.中国劳动社会保障出版社.