异形零件加工

异形零件的加工
摘要：在我校校办工厂生产中遇到的一种 “拐臂” 零件，该零件具有异形零件的形状复杂、不规则特点，造成加工工艺复杂等棘手问题，使质量和进度受到了很大影响。

本文就此“拐臂”零件加工过程中遇到的一些问题为例，经过具体实践分析、总结，对异形零件工艺、夹具、刀具进行合理改良，提高了生产效率，保证了产品的质量，也为同类异形零件的加工提供了参考。

关键词：异形零件 工装 夹具 加工方法
异形零件，即一些形状复杂、不规则的零件。

在机械加工中，对于简单的长方体类、轴类零件，使用通用的工艺、夹具就能满足其要求;对于这类复杂或者不规则的零件的加工，采用一般的加工方法很难达到其要求，且其加工工艺相当复杂。

而采用科学的工艺流程、设计专用的工装设备则能较好地解决此类零件的加工，特别是批量加工时才能保证加工过程的顺利进行。

该零件形状如图1所示，其材料为铸铁。

加工要求：
① 2组厚度为0
05.040-mm 的平面，且2组005.040-的中心平面相距
35±0.1mm 。

② φ10mm 、φ16mm 两通孔相距70±0.05mm,且两孔轴线平行度0.05。

③ 35mm ×28mm 封闭孔、35mm ×20mm 封闭孔两端相切且
与φ16mm 基准孔尺寸0
1.0136-
1 最初方案一的工艺流程
工序：①铣削面Ⅰ②铣削面Ⅱ③铣削面Ⅲ④铣削面Ⅳ⑤铣削面Ⅴ
⑥钻、镗φ16基准孔⑦铣削1.0015+直槽⑧钻镗φ10⑨钻削M16螺纹底
孔⑩铣削35×28封闭孔、35×20封闭孔（预钻落刀孔省略）⑾攻M16螺纹⑿去毛刺、交检。

2 分析方案一在加工过程中出现的工艺，夹具，刀具问题
⑴ 铣削面Ⅰ中，粗基准选择不合理，没有遵循粗基准选择原则中的较大而平整这一原则。

以未加工的面Ⅴ为粗基准，该面小而不平整，加之两侧面为毛坯，很大程度上是以点接触，在受到切削冲击力时，工件的前端就会产生上浮或下沉，至使面Ⅰ过切，面Ⅱ、面Ⅴ余量不均匀甚至局部没加工余量，导致报废。

如图2所示
⑵ 铣削面Ⅲ面Ⅳ中，由于加紧力作用点不合适、远离加紧点的基准面与定位面出现虚假接触。

选用盘形平面刀具直径φ100mm 过大，铣削冲击产生的震动，导致Ⅲ面Ⅳ面尺寸不稳定，出现报废。

分析如图3所示加紧力作用点的确定：应落在定位元件上或几个定位元件所形成的支撑区域内、应作用在工件钢性较好的部位、应尽量靠近加工部位。

刀具选择：用端铣刀铣平面时，端铣刀的直径应大于工件加工面宽度的1.2～1.5倍。

加工后Ⅲ面Ⅳ面的位置关系如图4所示
⑶ 铣削面Ⅴ，图纸要求Ⅰ、Ⅴ面尺寸为0
05.040 ，在实际加工中，
Ⅰ、Ⅴ面平行度非常难保证，导致尺寸不稳定，严重者超差达0.5mm。

其原因，由于Ⅰ、Ⅴ面的两侧面不加工，加之两侧面有一定的拔模度，在平口钳加紧后，Ⅰ面不能很好与垫铁紧密贴合，产生过切。

如图5
一般平口钳，活动钳口与导轨间存在间隙t。

在平口钳导轨的下面。

在夹紧工件时，夹紧力与工件作用于活动钳口的反作用力F´不在同一直线上，将产生一转动力矩M，M=F×L该转动力矩使动钳口有顺时针转动的趋势，活动钳口与导轨间的间隙位置上移，使活动钳口上抬，产生一个转角α，α最大为arcsin(t/A)。

活动钳口顺时针转动会带动工件逆时针转动，从而使工件的定位面离开钳体导轨面，造成铣削面与地面不平行，由图6可知，该不平行面的夹角角度最大为α。

由此可知：要使该转角最小，那么转矩就得尽可能最小。

一是要让力臂L尽可能小，即尽可能选用浅钳口平口钳，让工件尽可能沉到钳口中；二是铣削加工面尽可能贴近平口钳钳口，只要在加工过程中铣刀不切到钳口即可；三是夹紧力尽可能小一些，防止固定钳口外倾，
这在精加工时尤为重要。

另外，工件装夹完毕，用榔头轻敲活动钳口上部，排除平口钳导轨上部间隙。

⑷ 封闭孔35×28、35×20距φ16基准孔位置超差，窜销划线试铣来保证01.0136-。

操作过程中随机性大，并且生产工人劳动强度大 ，效率底，在此工序加工时间长，且不稳定，影响质量和进度。

3 改进工艺路线、装夹方式
⑴ 铣削面Ⅰ时由于工件各面为毛坯，选择粗基准不合适，导致报废。

经前文分析报废原因，增大粗基准面积，设计Z 型垫铁，使未加工的毛坯面Ⅱ作为辅助支撑，平口钳加紧。

如图7所示：经过Z 字型垫铁的使用，不但减小了面Ⅰ加工中产生的过切，而且生产工人劳动强度降低，效率得到大幅度的提高。

⑵ 分别铣面Ⅲ面Ⅳ产生的两面尺寸不统一，而且多余的增加了一道工序，且夹紧力方向不合适，使夹紧力作用点没分布于工件的有效支撑面内。

通过如图8形式的压板加紧方式，改变加紧力作用点，使Ⅲ、Ⅳ面一次加工成形，装夹可靠质量稳定，大大缩短了零件的加工周期。

为了减小冲击震动，选用直径φ40硬质合金力铣刀。

⑶ 铣面Ⅴ由于工件两侧毛坯且有拔模度，造成0
05.040-尺寸超差报
废。

经工序调整，把铣面Ⅴ工序调到35×20封闭槽工序之后，用压板压35×20封闭槽壁，使Ⅰ、Ⅴ面尺寸0
05.040-得以保证。

⑷ 封闭孔距φ16基准孔位置超差，其主要是采用不可靠的划线、试铣，为了保证工件相对机床有唯一、可靠得位置，做一φ16定位销轴，以φ16基准孔为基准定位，保证了尺寸0
1.0136-，也遵循了设计
基准与定位基准相重合的原则。

如图9所示
4 方案二的工艺流程 工序 工装 刀具 ①铣面Ⅰ
Z 型垫铁，平口钳 φ60平面刀排 ②铣面Ⅱ
压板、千斤顶 φ40合金立铣刀 ③铣面Ⅲ、面Ⅳ
夹具 φ40合金立铣刀 ④钻镗φ16基准孔
压板 φ15.8钻头φ16H7铰刀 ⑤加工35×20封闭孔 定位夹具，平口钳 φ16钻头φ20合金立铣刀
方案二对工艺、工装及刀具的合理调整、优化，经过对20件零件的试加工，在方案一中出现的质量问题完全成功解决。

检测结果令人满意，试加工的20件零件全部合格，且加工精度较为稳定。

在后批零件的加工过程中，生产安排畅通，车间加工者对次加工方法反映良好，也受到厂家的好评。

5 异形类零件的装夹、定位，工序的设计
⑴异形零件的结构类型是多种多样的，所以在机床上加工异形零件时，为了保证工件被加工表面的尺寸、几何形状和相互位置精度等，必须将工件正确地安装到机床上。

工件的安装一般包括定位和夹紧两个过程：即首先应使工件相对于机床及刀具占有一个正确的位置，这就是工件的定位；然后将工件固紧在这一既定位置上，使之不至因受切削力、重力、离心力或惯性力作用而发生位置改变，这就是工件的夹紧。

⑵由于形状特殊，异形类零件上不少表面加工都难以采用通用夹具安装，因此，不少情况下会采用专用夹具安装，大量采用专用夹
具也就形成异形类零件加工中的一大特点及加工关键。

设计安装方案时，应认真分析零件图纸，分析零件上主要技术条件，零件安装时，尽可能选择表面的设计基准作定位基准，以减小定位误差和保证零件加工要求。

⑶零件形状、结构不同，组成表面不同，技术要求不同，加工方法选择及顺序安排也不同，因此，该类零件加工路线无特定的规律可循。

一般根据零件表面性质、加工要求及其表面在零件上所处的位置特点选择相应的加工方法。

值得注意的是，由于零件安装不便，应尽量减小安装次数，一般尽量在一次安装中加工较多内容。

为确保加工精度和表面质量，更适当增加走刀次数，调整切削用量。

随着科技和生产的发展，机械设计与制造中具有特殊用途的异形零件越来越多。

异形零件是由于各种机械设备中的结构特点和用途而设计及制造出来的，不同的异形零件往往在结构上、材质上和技术要求上等方面都有差异，所以其机械加工的工艺性变得复杂，给加工带来了各种技术上棘手的问题，特别是工装问题。

为此应对异形零件的加工工艺性进行技术分析，选用合理的装夹方法，设计与制造出正确的夹具，并进行有理有据的深度实验，为今后在加工异形零件时奠定了坚实的基础，从而为保证产品的质量，提高企业的生产效率提供了实际性和创造性的理论依据。

参考文献：。