异型面零件加工工艺分析

柯建平 宋国亮

摘要：一般零件的加工方法很多，但对于异型面零件的加工，有时候需要更多方案的比较。本文通过对异型面零件的加工工艺分析，采取设计工装来加工异型面零件的方案，更具合理性、实用性。有时候，合理的工装设计，会显著地提高生产效率，缩短生产时间，并能获得较好的经济效益。

关键词：铣削 异型面 工艺 定位基准

1 概述

有些零件从几何角度看属异型面加工。正如图1所示。从图中可以看出：零件的加工精度较高，外型面互不垂直，应用通用夹具装夹有一定的难度，如果进行批量生产，可设计工装提高生产效率。原有的加工方案是利用数控的插补功能使用三维实体软件造型（CAXA制造工程师）、编程、在线加工，使用这种方案避免了多次定位装夹，能满足加工要求，但是生产效率较低，表面粗糙度差，刀具路径过长，生产周期长，刀具耐用度降低，诸多因素使得生产成本居高不下。考虑是大批量生产，结合零件自身的特点以及生产效率等因素，可改变生产加工工艺。设计了几套工装夹具，在满足零件生产要求和保证质量的前提下，既提高了劳动生产率，又降低了生产成本。

2 零件的工艺分析

2.1 工艺过程

①首先确定加工基准，通过分析零件图，明确加工基准为工件的底面，根据工序集中的原则，将毛坯料底面作为被加工工件的底面；

②加工工件右边的75°棱面，作为后续加工中的定位面；

③以毛坯的上表面和已加工的75°棱面为定位面加工垂直于工件底面的孔系，在加工工件两侧棱面的后道工序中是以工件底面的两孔作为定位基准；

④以工件的底面和75°棱面作为定位基准粗加工工件的上表面、精加工7.9mm深的台阶面和工件的左侧棱面；

⑤以工件的底面和75°棱面作为定位基准加工工件0.5mm台阶面和孔系；

⑥以工件的底面和面上的孔系，按一面两销的定位原理加工工件的两侧棱面；

⑦最后以0.5mm的上台阶面和面上的两孔系作为定位基准对工件底面的螺纹孔进行刚性攻丝。

2.2 加工图纸

工件的零件图，如图1所示。

3 零件加工的具体工艺安排和工装设计

3.1 铣削毛坯料为：138×70×45（mm）

注意：在夹紧过程中夹紧力应能保持工件定位后获得的正确位置。夹紧力大小应适当，既要保证工件在整个加工过程中其位置稳定不变，不振动，又不允许使工件产生不适当的夹紧变型和表面损伤。保证工件的平行度±0.02。

3.2 铣削工件75°棱面

在单件小批量生产时，采用虎钳直接装夹，然后用百分表拉表找正工件。即将工件在虎钳的横向目测倾斜63.1°，略微施加夹紧力，以保证工件不由本身重力而倾斜为准。

在大批量生产时，设计工装定位来加工工件。考虑到大批量生产，如果每次都这样找正加工，生产效率极低，劳动强度大，辅助时间长，故设计了如下工装：用线切割机床以工装的底面找正，在工装的上部加工出一个90°的V型槽，V型槽的右边与工装的底面为63.1°夹角，如图2所示。

3.3 底面钻孔

①工艺分析

本工序的任务是加工2-Ф6H7的标准孔和2-M6的螺纹底孔，由于在后道工序中，为了加工定位把2-M6的螺纹底孔作为定位的销孔，故本道工序中孔位间的相对位置要精确。根据螺纹的切削参数表，2-M6底孔加工成Ф5.1mm，中心钻打定心孔，然后用Ф5的钻头钻孔，然后再用Ф5.1H7的自制键槽刀插铣，作为后道工序的定位销孔。2-Ф6H7为标准孔，在批量生产中为了提高生产效率，采用钻、扩、绞的方式加工。

②切削参数

钻孔切削参数如下表所示。

③刀具路径

为了在钻孔加工路线中避免进给机构的反向间隙对加工精度的影响，采用“追加式补偿法”的顺序按1→2→3→P→4孔的顺序进行（如图3所示）。

3.4 铣削工件11.9°棱面

工装设计分析：从零件图分析7.9mm的台阶面与75°棱面和底面的交点有较严格的尺寸公差要求，在外型面上没有基准，无法在工件上对刀。现以工件的底面和75°棱面为定位基准，做一工装。将工装与工件安装在虎钳上贴紧、砸实、夹紧。从六点定位的角度分析，该工装属于过定位，鉴于在加工过程中各个尺寸之间都有相互较严格位置尺寸关系，互换性良好，对工件的实际加工影响并不大，可以使用。

加工时先用Ф50面铣刀分层铣削至7.9mm的深度，左侧留1mm余量，然后用Ф8端铣刀精加工7.9mm的侧面。

3.5 铣削工件12.9°棱面并钻2-Ф10.5的孔

①工装设计，如图4所示。

②使用方法

以工件的底面和75°棱面为定位基准，做一个工装，工装的斜面与水平线的夹角是12.9°（如图4所示），是专为铣削91°棱面设计的。

③加工顺序

加工时先用Ф50的面铣刀分层铣削铣到0.5mm的上台阶面，然后用Ф8的端铣刀加工0.5mm的台阶，接着用中心钻在2-Ф10.5的两个通孔位置上打定心孔，因为孔的底面是斜面，为了避免在钻到孔底的时候会因钻削的余量不均而折刀，刀具直径越大，在孔底钻削的不均匀余量就越大，故先用稍微小点的钻头把孔钻透，然后再用Ф9、Ф10.5的钻头分别扩孔。孔是通孔，故在胎具上预做了两个Ф12的让刀孔。

④加工完的工序外型如图5所示。

3.6 铣削工件两侧棱面

①工装设计

装夹成型效果图如图6所示。

②工装设计分析

在本工序中加工面为工件两侧的棱面，由于兩棱面的角度一致都与工件的对称中心有25°的尺寸要求，为了减少工装的设计成本，本着工序集中的原则，在胎具上加了C孔（见图7）。在用AC孔定位加工完工件的一侧棱面后，将工件拆卸在胎具上掉头装夹，用AB孔作为定位的销子孔，加工另一侧面。这样胎具就起到了一胎多用的作用，大大节省了加工的辅助时间和设计成本。

通过分析零件图纸，为了减小切削中的振动、保证工件的尺寸与质量，将工件的大面即底面作为工件的定位基准面，以2-M6的螺纹底孔2-Ф5.1H7作为定位的销子孔，加工两个Ф5.1g6的非标准轴作为工件的定位销定位，在工件的上面加工一压板，用两个M10的螺钉壓紧。在加工工件的另一侧面时，需把工件掉头，定位销需要移位，采用基孔制间隙配合装配。

为了端铣工件的棱面，必需将胎具斜面的角度加工成和工件底面与侧面的角度一致，定位销的加工位置需满足工件在安装到胎具上之后工件加工完的侧面成水平面，孔位之间的相互位置关系如图7中所示。

③胎具的使用方法

此胎具可加工左右两棱面，第一次在AB两个标准孔上放两个Ф6g6的短定位销，在工件上表面加工一压板压着，用两个M10的螺钉压紧，采用一面两销的定位方法定位加工工件的右侧25°棱面，满足工件的六点定位原理。为了避免胎具在工件加工中干涉，在胎具的设计过程中，胎具的上表面比工件加工后的棱面低1mm，作为Z向工件坐标系的零点。

3.7 刚性攻螺纹

①工装设计分析

此工序中以0.5mm的上台阶面和2-Ф10.5 的两孔定位，由于螺纹孔与攻螺纹不是在一次装夹下完成的，为了保证螺纹的精度和在攻螺纹过程中避免丝锥因孔位置错位而折在工件里，建立工件坐标系的时候以工装左端面为X方向的对刀点，然后偏移115mm即是螺纹孔的中心，位置关系简图如图9所示，Y方向可以取中。

②工件的装夹示意图如图8所示。

3.8 实体效果如图10所示

4 质量检验及其结果

通过使用三坐标测量机对工件的检测，图素的尺寸和位置均合格。设计的工装对工件的效果分析表明，具有可靠性高、互换性好等优点，减少了加工时间，从而提高了工作效率，并相对提高了社会经济效益，是一种有效而实用的方案。

5 结论

通过对异型面零件的加工实践表明，合理的选用刀具与制定加工工艺，配合夹具的制作，即使对难度大，精度高的零件，也能在加工技术上有所突破，操作技能可以迅速提高。同时对批量生产有一定的应用价值。

参考文献：

[1]王茂元主编.机械制造技术[M].机械工业出版社，2006.

[2]陆剑中，孙家宁主编.金属切削原理与刀具[M].机械工业出版社，2005.

[3]薛彦成主编.公差配合与技术测量[M].机械工业出版社，2001.

[4]兰建设主编.机械制造工艺与夹具[M].机械工业出版社，2004.

[5]梁炳文主编.机械加工工艺与窍门精选[M].机械工业出版社，2001.

作者简介：柯建平，女，大学本科毕业，高级工程师，北京电子科技职业学院机械工程学院模具技术系。