大批量生產薄壁類螺紋零件的加工分析獲獎科研報告論文摘要：薄壁零件的加工方法有很多種，但加工的質量、刀具消耗、設備成本、加工效率有較大的區別。本文論述批量生產薄壁類螺紋零件在數控車床上的加工，包括夾具設計，如何提高效率，薄壁類螺紋加工工藝的工藝方法，從而在現有設備的功能條件下如何滿足加工的要求。

關鍵詞：提高效率；夾具設計；加工工藝的準備

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在車間加工一產品如毛胚圖1，零件圖2所示，在薄壁零件處需加工M24X2-6h的螺紋，材料45號鋼，形式為直徑40X38mm。需加工5000件，批量加工。

毛胚圖1（5000件）

材料為45＃鋼棒料加工毛胚直徑為40X38mm

圖2零件

一、加工效率對比分析

（1）手動鉆孔和工序集中加工的分析：

車間一開始接到加工任務的加工方案：在數控車床上手動鉆通孔——粗精車直徑20通孔——粗精車直徑38的外圓——調頭利用專用夾具裝夾加工螺紋外圓尺寸M24X2——加工螺紋——拆卸工件、完成加工。在一臺車床上批量加工時，手動鉆孔時，費時費力，增加勞動強度。工序集中時，在加工過程中基準刀出現崩刀或磨損，更換刀具重新對刀的時間長。需要反復上專用夾具和對刀，效率低，單件工時和單價過高，加工不經濟。經過一段時間我發現，車間的數車比較空閑，我仔細研究尋求以機動鉆孔代替手動鉆孔和分工序加工，最大限度的擴展機床的使用范圍和提高生產效率。最后我設計制作了在車床刀架上用專用夾具圖3所示裝夾鉆頭進行機動鉆孔和分工序加工的工藝流程如下面所示。

圖3鉆頭夾具

（2）機動鉆孔和分工序加工的分析：

調整后的加工方案：①先在一臺數控車床上利用專用夾具裝夾鉆頭進行機動鉆孔——粗精車直徑20的通孔——粗精車直徑38的外圓——拆卸工件、完成加工。單個工序時只設計鉆孔、鏜孔和外圓加工的程序，程序簡單，加工過程也簡單，減少對刀的次數和時間，用機動鉆孔代替手動鉆孔，較大地降低了勞動強度，減少了裝夾和換刀的次數和時間，真正實現批量加工。最大限度地擴展車床的使用范圍和提高了生產效率。②在另一臺數車上加工薄壁螺紋，利用專用夾具圖4所示裝夾工件——粗精車螺紋外圓尺寸——螺紋加工——拆卸工件，完成加工。單個工序加工時，程序設計簡單，裝夾和加工方便，對刀次數和時間減少，勞動強度降低，提高生產效率。

通過加工方案1和加工方案2的對比分析，加工效率是體現該夾具的設計（機動鉆孔代替手動鉆孔）和分工序加工的優點。方案1只能實現一次一件的加工，裝夾時間長，勞動強度高，對刀次數和時間長，加工效率低，不經濟，操作不當時還會影響工件的質量。方案2才用機動鉆孔和分工序加工，裝夾時間短，勞動強度低，對刀次數和時間少，同時還擴展了機床的使用范圍，提高了生產效率，通過上述的對比和分析可知，在數車用機動鉆孔和分工序加工，進行批量生產的效率高。

二、夾具的設計原理

夾具的設計原理就是通過夾具在刀架上安裝麻花鉆，用機動鉆孔代替手動鉆孔，最大限度的降低工人的勞動強度和提高生產效率，因此只需加工出麻花鉆的夾具配合件即可。

三、夾具制作工藝

1、根據麻花鉆的錐柄為莫氏錐柄2號，查表可得，各尺寸的如下表所示，制作麻花鉆夾具。

莫氏圓錐的尺寸（內圓錐）

莫氏圓錐號（2號）

小端直徑大端直徑錐長

14.917.7867

2、麻花鉆夾具的加工工藝（夾具加工精度的保證）

（1）在數車上車麻花鉆夾具圖3所示，材料為45號鋼，毛胚直徑為45X150mm，工件伸出長度110mm。①平端面，用鉆頭直徑是14mm鉆孔，長度為80mm，——②鏜錐孔，最大端直徑為17.78mm，最小端直徑為14.9mm，錐長為67mm——③車外圓尺寸直徑為36mm——④切斷，控制總長90mm——⑤拆卸工件，完成加工。在一次裝夾加工過程中，可保證麻花鉆與夾具體的同軸度。

（2）在數控銑床上銑平面，為了保證夾具體在刀架上安裝過程中，不出現高低不平的現象，對其平面有平面度的要求，因此工件在裝夾銑削過程中，要用百分表校正平面的平面度誤差要小于0.01mm，分別進行3個平面的銑削，深度為4mm，保證了麻花鉆夾具體安裝時的同軸度。

（3）鉆孔，在數控銑床上鉆孔，孔徑為5mm，用絲錐M6攻螺紋，保證麻花鉆夾具體的定位，防止出現打滑現象。

四、加工工藝的準備

根據以上分析，該零件的加工采取分工序加工的方法，工序1是：機動鉆孔與鏜孔和外圓直徑38的切削加工，工序2是：外圓M24X2和螺紋的切削加工。

1、刀具幾何角度的合理選擇：

①前角：在薄壁零件中，在保證車刀有足夠強度前提下應盡量使刀具的前角增大，前角應取ro=30°

②主偏角：較大主偏角，有利于防止工件彎曲變形和振動，提高刀具壽命、便于斷屑，主偏角選用Kr=85°~90°

③刃傾角：刃傾角影響車削過程中切屑的流向，在車削薄壁零件時，應采用刃傾角在+3°～+10°之間，以便切屑流向待加工表面。

根據以上分析，加工時為保證生產效率和加工質量，選用標準刀具為主：

(1)內鏜孔刀采用機夾刀，縮短換刀時間，無需刃磨刀具，具有較好的剛性，能減少振動變形和防止產生振紋；

(2)外圓粗、精車均選用90°外圓機夾刀；

(3)螺紋刀選用機夾刀，標準刀尖角度，以便磨損時易于更換。

2、選用合理的切削用量

為減小因切削力產生的零件變形而造成零件報廢，加工此薄壁零件時切削用量選擇為：

(1)內孔粗車時，主軸轉速為500～600r/min，進給速度F60～F80，背吃刀量1～2mm，留精車余量0.2～0.3mm；

(2)內孔精車時，主軸轉速為1100～1200r/min，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進給速度F100～F120，采用一次走刀加工完成；

(3)外圓粗車時，主軸轉速為500～600r/min，進給速度F60～F80，背吃刀量2～3mm，留精車余量0.3～0.5mm；

(4)外圓精車時，主軸轉速為1100～1200r/min，進給速度F80～F100，采用一次走刀加工完成。

3、工件的裝夾方式

由于工件壁薄，剛性較差，如果采用常規方法裝夾，在夾緊力的作用下容易產生直徑變形，在加工過程中將會受到切削力和熱變形的影響出現彎曲變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度，很難達到技術要求。為解決此問題，我們設計出了一套適合上面零件的加工的專用夾具，如圖4所示.

圖4工件專用夾具

4、麻花鉆的安裝方式

（1）鉆頭裝入夾具體的定位保證：根據麻花鉆夾具圖3所示，在夾具體安裝麻花鉆用機動鉆孔代替手動鉆孔時，在一次裝夾加工夾具體錐孔的情況下，夾具體的圓錐孔具有定心和周向固定的作用，可保證夾具體與麻花鉆的同軸度。在一次裝夾車錐孔和用百分表校正平面銑削平面，保證了同軸度和平面度的形位公差，其作用是保證麻花鉆夾具體在安裝過程中不出現高低不平的現象，并保證鉆頭夾具體與工件的同軸度。使用螺釘壓緊麻花鉆是為了保證其與夾具體的定位，防止麻花鉆在鉆孔過程中出現打滑現象。

（2）保證鉆頭裝入夾具體的剛性：鉆頭裝入夾具體過程中，因為鉆頭本身過長的原因，在鉆孔過程中，會出現晃動，剛性差，容易折斷。因此鉆頭的工作長度不宜過長，使用線切割，切割麻花鉆保證其工作長度為50mm，增強鉆頭的剛性，使其切削順利。

（3）麻花鉆裝夾時要對準工件旋轉中心：在車床安裝麻花鉆時，要使麻花鉆的軸心線和工件的旋轉中心平行，不能把麻花鉆裝斜，否則麻花鉆容易折斷和可能擴大鉆孔直徑。因此麻花鉆裝夾時要對準工件的旋轉中心。數車的刀架在轉位時不能確保其本身不出現歪斜現象和安裝夾具體過程中不能確保麻花鉆安裝的很直很正對中心，這時會出現麻花鉆的軸心線與工件的旋轉中心不正的現象，利用百分表校正夾具體的平面，使其平面度小于0.01mm，保證麻花鉆裝夾時對準工件旋轉中心。

（4）麻花鉆裝夾時要對準中心高：通過設計加工得到夾具體的高度為14mm，車床安裝車刀時的高度為22mm，也就說要墊高8mm的墊片，為了保證麻花鉆的夾具體的安裝的精度，墊片要有一定的精度，其平面的平面度誤差不小于0.02mm，我就使用二把刀寬是4mm的高速鋼切斷刀作為專用的墊片，因為其平面度誤差小，能滿足麻花鉆夾具體安裝時的要求。

5、麻花鉆的對刀方式

X軸方向的對刀：利用麻花鉆夾具的外邊緣的面，輕碰工件的圓柱面，X軸方向的值就是工件的直徑值加上夾具的半徑值，即是X軸對刀的值。

Z軸方向的對刀：利用麻花鉆的中心點的尖點，輕碰工件的端面，在對刀的方式下輸入Z0，即可。

通過實際加工生產，以上措施很好地解決了批量加工的效率問題，減少了裝夾和對刀的時間，減輕了操作者的勞動強度，提高效率并保證加工后零件的質量，